(57)【要約】【課題】把持装置の旋回可能な把持部の駆動精度を向上し、多様な把持対象物に容易に対応でき、把持装置の把持精度を向上できるようにする。【解決手段】ハンド１００の複数の指（１１０、１２０、１３０）を閉方向または開方向に互いに相対変位させて把持対象物を把持、または把持解放する。ハンド１００は、指１２０、１３０を基部（１４０）に対して旋回させ、指１２０、１３０の変位の方向を変更する旋回軸Ｏ２、Ｏ３を備える。モータ１４１の駆動力を複数の旋回軸Ｏ２、Ｏ３に分配するための伝達装置１４９が配置される。伝達装置１４９によって分配された駆動力は、伝達装置１４９と、旋回軸Ｏ２、Ｏ３と、の間にそれぞれ配置された旋回軸に伝達する波動歯車減速機１４５Ａ、１４５Ｂを介して各旋回軸に伝達される。【選択図】図４
2018089752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部により支持された複数の把持部を閉方向または開方向に互いに相対変位させて把持対象物を把持、または把持解放する把持装置において、
前記把持部を前記基部に対して旋回させ、前記把持部の相対変位の方向を変更する旋回軸と、
回転駆動源と、
前記旋回軸と、前記回転駆動源と、の間に配置され、前記回転駆動源の出力を変速し、前記旋回軸に伝達する波動歯車変速機と、
を含む旋回機構を備えた把持装置。
【請求項２】
請求項１に記載の把持装置において、複数の前記把持部にそれぞれ結合された複数の前記旋回軸と、前記旋回軸にそれぞれ結合された複数の前記波動歯車変速機と、前記回転駆動源の出力を複数の前記波動歯車変速機に伝達する伝達装置と、を備えた把持装置。
【請求項３】
請求項２に記載の把持装置において、複数の前記旋回軸のうち、特定の２つの旋回軸を逆方向に回転させるよう前記伝達装置が、前記回転駆動源の出力を、同一変速比で前記特定の２つの旋回軸に結合された波動歯車変速機に伝達する把持装置。
【請求項４】
請求項３に記載の把持装置において、前記特定の２つの旋回軸にそれぞれ結合された２つの把持部を互いに逆方向に旋回させることにより、前記２つの把持部のそれぞれの相対変位の方向が、前記２つの旋回軸の中点を通り前記２つの旋回軸を結ぶ直線と直交する基準線に対して対称的な角度を持つよう制御される把持装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の前記把持装置が前記把持対象物を把持する際の前記把持装置の位置姿勢を変更するロボットアームを備えたロボット。
【請求項６】
請求項５に記載のロボットを制御するロボット制御方法であって、
前記ロボットアームによって、前記把持装置を前記把持対象物を把持可能な位置姿勢に制御する位置姿勢制御工程と、
前記旋回機構によって、前記把持装置の前記把持部の旋回角度を決定する旋回制御工程と、
複数の前記把持部を相対変位させ、前記把持対象物を把持、または把持解放する把持制御工程と、
を含むロボット制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載の各工程を、前記把持装置ないし前記ロボットアームを制御する制御装置に実行させるための制御プログラム。
【請求項８】
請求項７に記載の制御プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項９】
請求項５に記載の前記ロボットが備える前記ロボットアームで前記把持装置の位置姿勢を制御し、前記把持対象物を把持、または把持解放することにより物品を組み立てる物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基部により支持された複数の把持部を互いに相対変位させて把持対象物を把持または把持解放する把持装置、その把持装置を用いるロボット、そのロボットの制御方法、およびそのロボットを用いた物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、把持装置として、例えば、物品の搬送や組立を行う装置、例えば多関節アームによるロボットアームの装置の先端に取り付けられ、物体を把持し、搬送や組みつけを行うロボットハンドやグリッパなどが知られている。この種の把持装置は、把持爪や把持指などと呼ばれる把持部を基部上に複数備え、それらを基部上で相対変位させることにより把持対称物を把持、または把持開放する。複数の把持部を相対変位させる駆動源としては、主にステッピングモータやサーボモータ等の電動アクチュエータを回転駆動源が用いられる。この回転駆動源の出力をラックギアやカム、ボールねじ等の動力伝達機構を介して直動運動に変換し、複数の把持部を相対変位させる。把持部は基部上に少なくとも２ないし３個、あるいはそれ以上の数、配置され、互いに開閉するようにこれら複数の把持部を相対変位させる。
【０００３】
しかしながら、この種の把持装置では、搬送や組立作業を行う際に把持する部品の形状や部品の剛性などに合わせて把持爪を設計するなど、適応範囲に制限が生じることがある。このため、把持装置を新たに設計、製造が必要になることがある。また、複数の仕様の異なる把持装置を用意して、作業に応じてロボットアームに装着する把持装置を交換するような構成も知られている。このような構成では、把持装置の交換によって物品の製造ラインの稼働効率が低下する可能性がある。
【０００４】
そこで、把持の対象物の形状や寸法違いに適応できるよう把持部を基部上で旋回させて把持部の相対変位の方向を調節できるようにしたロボットハンドが提案されている（例えば下記の特許文献１）。特許文献１では、ロボットハンドは把持部として３本の指部を持ち、３本の指部のうち２本の指部を旋回させる旋回機構を備えている。この旋回機構では、１つのモータ出力を２本の旋回可能な指部の旋回軸に分配するギアトレインを備えた伝達装置が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５９２９２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、ロボットハンドでは、小型軽量化などの目的で、高回転仕様の小型モータを高減速比の変速機で減速し、低回転数かつ高トルクによる駆動系を用いるのが普通で、上記の特許文献１の旋回機構の伝達系も同様に構成されている。特許文献１の旋回機構の伝達系では、ウォームギア、ウォームホイール、平ギアなどを多数、組合せたギアトレインが用いられている。
【０００７】
特許文献１のような多段構成のギアトレインでは、各ギア、ホイールの噛み合いで、それぞれバックラッシュが生じ、大きな駆動誤差が生じる可能性がある。このため、同期駆動される２つの指部の旋回軸に大きな角度誤差が生じ、複数の指部の相対変位の方向の制御精度が低下し、ロボットハンドの指部と把持対象物の位置出しが困難になる場合がある。
【０００８】
本発明の課題は、上述の問題点に鑑み、把持装置の旋回可能な把持部の駆動精度を向上し、多様な把持対象物に容易に対応でき、把持装置の把持精度を向上できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
課題を解決するため、本発明の把持装置においては、基部により支持された複数の把持部を閉方向または開方向に互いに相対変位させて把持対象物を把持、または把持解放する把持装置であって、前記把持部を前記基部に対して旋回させ、前記把持部の相対変位の方向を変更する旋回軸と、回転駆動源と、前記旋回軸と、前記回転駆動源と、の間に配置され、前記回転駆動源の出力を変速し、前記旋回軸に伝達する波動歯車変速機と、を含む旋回機構を備えた構成を採用した。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成によれば、把持装置の旋回可能な把持部の駆動精度を向上し、多様な把持対象物に容易に対応でき、把持装置の把持精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用可能なロボットシステムの概略構成を示した説明図である。
【図２】本発明を実施したロボットハンドの構成の一例を示した斜視図である。
【図３】図２のロボットハンドの上面図である。
【図４】図２のロボットハンドの旋回機構を示した斜視図である。
【図５】図２のロボットハンドの旋回軸に駆動力を分配する伝達装置を示した説明図である。
【図６】図２のロボットハンドの旋回機構の構成を示した断面図である。
【図７】図２のロボットハンドの把持制御例を示した説明図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｅ）は図２のロボットハンドの異なる把持制御例を示した説明図である。
【図９】図１のロボットシステムにおいて物品の組立を行う場合の把持制御例を示したフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。
【００１３】
［実施形態１］
＜ロボットシステム＞
本実施形態のロボットシステム３００は、アーム本体２００、ハンド１００、アーム制御装置４００、ハンド制御装置５００を備える。組立用部品であるワークＷ１は、ワーク載置台Ｓ１上に載置され、被組立対象物であるワークＷ２は、ワーク固定台Ｓ２上に固定されている。
【００１４】
ロボットシステム３００によってワークＷ１、ワークＷ２を操作し、組み立てることにより、工業製品、ないしはその部品などの物品を製造することができる。例えば、このワークＷ１、Ｗ２に対する組み立て操作は、アーム本体２００とハンド１００を用いて把持対象物としてのワークＷ１を把持し、移動させ、さらにワークＷ１をワークＷ２の組付部に嵌合させる、といった操作によって行われる。
【００１５】
アーム本体２００は、本実施形態では多関節のロボットアームであり、アーム本体２００の根元は基台６００に固定され、アーム本体２００の先端には、エンドエフェクタとして把持装置であるハンド１００が装着される。このハンド１００を介してワークＷ１に対して把持または把持解放動作を行う。また、アーム本体２００の各関節には、これらの関節を各々駆動する駆動源としてモータ（不図示）、およびモータの回転角度を検知する検知器としてエンコーダ（不図示）がそれぞれ設けられる。
【００１６】
アーム制御装置４００は、組立で用いるハンド１００の移動先であるアーム先端の目標位置姿勢に対して、アーム本体２００の各関節の取るべき角度を計算し、各関節のモータ（不図示）を制御するサーボ回路（不図示）に対して指令値を出力する。アーム制御装置４００は、ハンド制御装置５００と接続され、ハンド制御装置５００に対するコマンド送信などを介してハンド１００を制御する。
【００１７】
ハンド制御装置５００は、アーム制御装置４００からの指令に応じてハンド１００に対して把持指令または把持解放指令を送信する。また、ハンド１００は、把持部としての指（フィンガ）の把持態様を変更するために後述の旋回機構を備えており、アーム制御装置４００からの指令に応じてこの旋回機構を制御する。把持指令、把持解放指令、あるいは旋回機構の制御指令は、例えば番号、即ち数値表現のデータで表現される。
【００１８】
アーム制御装置４００の詳細は不図示であるが、後述のハンド制御装置５００の５００〜５０５で示す構成と同様、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、汎用信号インターフェイス、モータドライバなどから構成することができる。このうち、汎用信号インターフェイスはアーム本体２００の各部のセンサなどと通信するために、また、モータドライバは、アーム本体２００の各関節を駆動するモータの制御に用いられる。
【００１９】
ハンド制御装置５００は、図１に示すように、マイクロプロセッサなどから成るＣＰＵ５０１と、このＣＰＵ５０１にバス接続されたＲＯＭ５０２、ＲＡＭ５０３、汎用信号インターフェイス５０４、モータドライバ５０５などから構成される。
【００２０】
ＲＯＭ５０２には、ハンド１００を制御する後述の制御プログラムが格納される。後述の制御に係る変数あるいは定数領域は、例えばＲＡＭ５０３の記憶領域に配置することができる。ただし、定数領域に関しては、装置の実装仕様などによって、ＲＯＭ化可能であるものについては、ＲＯＭ５０２の記憶領域に配置してもよい。ＲＡＭ５０３は、ＣＰＵ５０１による演算実行時の一時記憶用のメモリや必要に応じて設定されるレジスタ領域としても使用される。汎用信号インターフェイス５０４は、アーム制御装置４００などに対する入出力装置として機能する。
【００２１】
モータドライバ５０５は、ＣＰＵ５０１で計算されたモータ電流指令値に基づいて、後述のハンド１００の各指の開閉（相対変位）および旋回を制御する後述のモータにそれぞれ電流制御した上で電流を供給する。
【００２２】
なお、本実施形態では、アーム制御装置４００と、ハンド制御装置５００を別体の制御装置として示しているが、これらの制御装置はロボット装置の実装によっては一体をなしていてもよい。即ち、アーム本体２００およびハンド１００を制御する共通の制御装置が１つ配置され、本実施形態においてアーム制御装置４００およびハンド制御装置５００がそれぞれ実行する制御として説明する制御をこの共通の制御装置で実行する構成であってもよい。この構成は、ハンドの制御装置がロボットアームの制御も行い、また逆にロボットアームの制御装置がハンドの制御も行う構成、と考えることができる。
【００２３】
＜ロボットハンドの構成＞
図２は本実施形態のロボットハンド（以下単に「ハンド」と記す場合がある）の構成を示している。同図に示すように、本実施形態のハンド１００は、基部１４０上に、把持部として３本の指１１０、１２０、１３０を備えている。これら各指はそれぞれ、指先１１４、１２４、１３４を前進または後退させるためのモータ１１１、１２１、１３１を備えている。
【００２４】
各モータ１１１、１２１、１３１の出力軸には不図示のギアが備えられ、各指に設けられた支持部１１２、１２２、１３２に設けられた不図示の減速装置の入力軸に動力が伝達される。この減速装置は、歯車の段数が少なく、そのためバックラッシュが比較的小さい波動歯車減速機（後述の１４５Ａ、１４５Ｂ）により構成できる。これら波動歯車減速機の出力は、後述のように直接、リンク１１３Ｂ、１２３Ｂ、１３３Ｂに結合することが望ましい。しかしながら、歯車を二つに分割し位相をずらす方法やコニカルギアを用いるなどの手法によって構成されたバックラッシュ低減機構介して伝達してもよい。また、指先を開閉させるためのモータ１１１、１２１、１３１の出力を減速する減速装置の出力はリンク１１３Ｂ、１２３Ｂ、１３３Ｂではなく、リンク１１３Ａ、１２３Ａ、１３３Ａ側に伝達する構成であってもよい。
【００２５】
この減速装置の出力軸は、各指の例えばリンク１１３Ｂ、１２３Ｂ、１３３Ｂに減速された駆動力を伝達する。リンク１１３Ａ、１２３Ａ、１３３Ａは、図中下方の端部の回転軸を介して、支持部１１２、１２２、１３２に回転可能に支持されている。また、リンク１１３Ａ、１２３Ａ、１３３Ａの他端の回転軸を介して、指先１１４、１２４、１３４が回転可能に支持されている。この例では、指先１１４、１２４、１３４は全体がほぼＬ字形状の形状を備えており、図中下側のＬ字の腕部分の他端にリンク１１３Ｂ、１２３Ｂ、１３３Ｂの上端が回転可能に結合されている。
【００２６】
これにより、リンク１１３Ａ、１２３Ａ、１３３Ａは、リンク１１３Ｂ、１２３Ｂ、１３３Ｂとともに、平行な姿勢を保って動作する四節平行駆動リンクを構成する。この駆動リンクを介して、各モータ１１１、１２１、１３１の駆動力によって、各指の指先１１４、１２４、１３４を、例えば図示のように基部１４０に対してほぼ直立した姿勢を保ったまま直線的に近接または離間するように相対変位させることができる。これにより、各指１１０、１２０、１３０の指先１１４、１２４、１３４を閉、または開方向に相対変位させ、把持対象物を把持、または把持解放することができる。
【００２７】
さらに、本実施形態のハンド１００では、第２、第３の指１２０、１３０の支持部１２２、１３２をそれぞれ旋回軸Ｏ２およびＯ３廻りに基部１４０で旋回させ、第１の指１１０とともに把持対象物を把持する際の姿勢を変更できるようにしてある。以下、図３〜図６を参照して、この第２、第３の指１２０、１３０旋回装置の構成例につき説明する。
【００２８】
図３は図２のハンドを上方から示している。図３に示す通り本発明のハンド１００は、支持部１１２、１２２、１３２を介して、３つの指１１０、１２０、１３０が基部１４０に装着されている。本実施形態では、これら複数（３本）の指のうち第１の指１１０については、第２、第３の指１２０、１３０のような旋回軸を設けておらず、指１１０の開閉駆動方向は図３の上下（垂直）方向のみとなっている。
【００２９】
これに対して、基部１４０上において、第２の指１２０と第３の指１３０の支持部１２２、１３２は、それぞれ特定の２つの旋回軸、本実施形態では、旋回軸Ｏ２およびＯ３によって基部１４０上に旋回可能に支持される。
【００３０】
基部１４０には回転駆動源としてモータ１４１を配置し、このモータ１４１の駆動力を後述する駆動・伝達系を介して旋回軸Ｏ２およびＯ３に伝達することにより、指１２０、１３０を旋回させる。
【００３１】
例えば、図３に示すように、第２の指１２０は、旋回軸Ｏ２を中心にＴ２方向に旋回させ指先１２４の前進後退（閉、開）方向をＰ２軸〜Ｑ２軸の間で変更することができる。同様に、第３の指１３０は、旋回軸Ｏ３を中心にＴ３方向に旋回させ、指先１３４の前進後退（閉、開）方向をＰ３軸〜Ｑ３軸の間で変更することができる。図３では、旋回軸Ｏ２およびＯ３廻りにＰ２軸、Ｑ３軸の位置まで指１２０、１３０を旋回させた時の指先１２４、１３４の位置を破線で示してある。
【００３２】
本実施形態では、後述の伝達装置１４９によって、特定の２つの旋回軸Ｏ２、Ｏ３を介してそれぞれ２つの指１２０、１３０の支持部１２２、１３２を互いに逆方向に旋回させる。これにより、２つの指１２０、１３０のそれぞれの例えば基部１４０や指１１０に対する相対変位の方向が、旋回軸Ｏ２、Ｏ３の旋回軸の中点Ｃ０を通り２つの旋回軸を結ぶ直線と直交する基準線Ｃに対して対称的な角度を持つよう制御される。
【００３３】
なお、本実施形態では、旋回機構を持たない第１の指１１０の支持部１１２の変位の方向、即ち、他の指（１２０、１３０）との相対変位の軸は、旋回軸Ｏ２、Ｏ３の旋回軸の中点Ｃ０を通り２つの旋回軸を結ぶ直線と直交する基準線Ｃに一致している。
【００３４】
また、本実施形態では、好ましくは、第２の指１２０および第３の指１３０が旋回した時に、相互に干渉することを防ぐ必要がある。例えば、図３において、指１２０をＰ２軸より時計廻り方向に、指１３０をＰ３軸より反時計廻り方向に、さらにそれぞれ旋回させた場合、各指のリンクや支持部１２２、１３２が接触する可能性がある。また、指１２０をＱ２軸より反時計廻り方向に、指１３０をＱ３軸より時計廻り方向に、さらにそれぞれ旋回させた旋回位置は、第１の指１１０との協働によって行う把持動作の実用性が低下する可能性がある。そこで、本実施形態の場合、好ましくは、第２の指１２０および第３の指１３０、ないしこれらの支持部１２２、１３２の旋回範囲を、例えばそれぞれ図３に示すＰ２軸〜Ｑ２軸、およびＰ３軸〜Ｑ３軸の範囲に制限する制限機構（不図示）を配置する。この制限機構は、例えば旋回軸Ｏ２、Ｏ３の周上に立設した上記の不図示のピンと、これらのピンをＰ２軸、Ｑ２軸、およびＰ３軸、Ｑ３軸にそれぞれ対応する回動角度で係止する不図示のストッパ部材などから構成することができる。これらのストッパ部材は、基部１４０のＰ２軸、Ｑ２軸、およびＰ３軸、Ｑ３軸にそれぞれ対応する回動角度の位置に配置する。また、同趣の制限機構は、例えば支持部１２２、１３２の縁部と、それらをそれぞれ係止する不図示のストッパ部材などの協働によって実現してもよい。
【００３５】
図４および図５に第２の指１２０と第３の指１３０を旋回させる旋回装置の構成を示す。図４は、基部１４０の外殻の図示を省略し、モータ１４１、その回転動力を指１２０、１３０の旋回軸Ｏ２、Ｏ３に分配する伝達装置１４９の概略構成を斜視図によって示している。また、図５は、基部１４０の下方からこの伝達装置１４９の概略構成を示している。
【００３６】
本実施形態では、図４に示すように、指１２０、１３０にそれぞれ結合された旋回軸Ｏ２、Ｏ３と、これら旋回軸にそれぞれ結合された複数の波動歯車変速機（波動歯車減速機１４５Ａ、１４５Ｂ）を備える。そして、伝達装置１４９によって、回転駆動源としてのモータ１４１の出力を各波動歯車変速機（波動歯車減速機１４５Ａ、１４５Ｂ）に伝達する。
【００３７】
図４に示すように、本実施形態の伝達装置１４９は、例えばモータ１４１の出力軸に結合されたギア１４２と、波動歯車減速機１４５Ａ、１４５Ｂの入力軸に結合されたギア１４４Ａ、１４４Ｂ、それらの間に配置されたギア１４３Ａ、１４３Ｂを含む。本実施形態ではこれら各ギアはスパーギア（平ギア）であるが、伝達装置１４９はプーリとベルトなどにより構成してもよく、また、一部のギアにはウォームギアなどが用いられていてもよい。
【００３８】
本実施形態では、図４に示すように、伝達装置１４９はモータ１４１の出力軸に備えられたギア１４２から、中間ギア１４３Ｂを介して波動歯車減速機１４５Ｂの入力軸に結合されたギア１４４Ｂに伝達される。また、中間ギア１４３Ｂは中間ギア１４３Ａを介して、波動歯車減速機１４５Ａの入力軸に結合されたギア１４４Ａに伝達される。本実施形態の把持部の旋回制御を実現するため、好ましくは、中間ギア１４３Ａ、１４３Ｂの歯数は同一とする。これにより、モータ１４１から波動歯車減速機１４５Ａへの変速比と、波動歯車減速機１４５Ｂへの変速比とが同一変速比となり、かつ回転駆動方向が互いに逆回転となる。本実施形態では、このように、モータ１４１の回転駆動力を、波動歯車減速機１４５Ａ、１４５Ｂの入力軸（図５の１４６Ａ、１４６Ｂ）へ互いに逆回転で伝達する。
【００３９】
図５は図４の駆動・伝達系を下方から示している。また、図６は、基部１４０の外殻内に配置された図４の駆動・伝達系の断面構造を示している。図５、図６に示すように、分岐した回転駆動力はギア１４４Ａを介して波動歯車減速機１４５Ａの入力側の旋回軸Ｏ２´に伝達され、波動歯車減速機１４５Ａを介して第２の指１２０の支持部１２２に設けられた回転軸１４７Ａ（Ｏ２）に伝達される。回転軸１４７Ａは、支持部１２２側の指（１２０）の指先（１２４）に印加された荷重を受けるための軸受け１４６Ａで支持されている。
【００４０】
特に、この伝達系では、一点鎖線で示すように、指１２０の旋回軸Ｏ２と波動歯車減速機１４５Ａの入力側の旋回軸Ｏ２´が同軸上に配置されている。このような同軸関係を成立させるため、例えば波動歯車減速機１４５Ａは好ましくは基部１４０に対して詳細不図示の位置調整機構を介して装着し、水平面内の装着位置調整を行えるようにしておく。
【００４１】
第３の指（１３０）の支持部１３２への伝達系も上記と同様であり、ギア１４４Ｂに入力された回転駆動力は、波動歯車減速機１４５Ｂの入力側の旋回軸Ｏ３´〜波動歯車減速機１４５Ｂを経て回転軸１４７Ｂ（Ｏ３）に伝達される。回転軸１４７Ｂは第３の指（１３０）の指先（１２５）に印加された荷重を受けるための軸受け１４６Ｂで支持されている。第３の指（１３０）側の伝達系でも、一点鎖線で示すように、指１３０の旋回軸Ｏ３と波動歯車減速機１４５Ｂの入力側の旋回軸Ｏ３´が同軸上に配置されている。このような同軸関係を成立させるため、例えば波動歯車減速機１４５Ｂも、好ましくは基部１４０に対して詳細不図示の位置調整機構を介して装着し、水平面内の装着位置調整を行えるようにしておくのがよい。
【００４２】
本実施形態では、波動歯車減速機１４５Ａ、１４５Ｂの水平方向の位置を調整することでＯ２とＯ２´、およびＯ３とＯ３´の各軸の同軸性を成立させるようにしている。しかしながら、これら各軸の同軸性を保証するため、伝達系の一部に軸継ぎ手などを介在させるようにしてもよい。その場合、波動歯車減速機１４５Ａ、１４５Ｂの水平方向の位置を調整する工程を省略できる可能性がある。
【００４３】
上記のように、本実施形態のハンド１００では、複数の指１１０、１２０、１３０を閉方向または開方向に互いに相対変位させて把持対象物を把持、または把持解放する。ハンド１００は、指１２０、１３０を基部（１４０）に対して旋回させ、指１２０、１３０の変位の方向を変更する旋回軸Ｏ２、Ｏ３を備えている。また、モータ１４１の駆動力を複数の旋回軸Ｏ２、Ｏ３に分配するための伝達装置１４９が配置される。そして、伝達装置１４９によって分配された駆動力は、伝達装置１４９と、旋回軸Ｏ２、Ｏ３と、の間にそれぞれ配置された旋回軸に伝達する波動歯車減速機１４５Ａ、１４５Ｂを介して各旋回軸に伝達される。
【００４４】
上記構成によれば、把持部としての指１２０、１３０の旋回装置に含まれる減速手段として、波動歯車減速機１４５Ａ、１４５Ｂを用いている。このため、多段の歯車を用いた減速機を配置することなく必要な減速比を得ることができる。波動歯車減速機は、通常の多段の歯車を用いた減速機よりも一般に噛み合いの段数および対応するバックラッシュの発生個所が少ない利点がある。また、波動歯車減速機は小型軽量である利点があり、このため、把持装置（ハンド１００）の基部１４０など、比較的実装スペースが制限された部位にも容易に配置できる。しかも、一般に、波動歯車減速機では、同じ実装スペースに実装可能な多段の歯車を用いた減速機よりも容易に大きな減速比を取ることができる。この大きな減速比を考慮した場合でも、波動歯車減速機の１次（入力）側、例えば上記構成では、伝達装置１４９の数段のギア伝達で回転角度誤差が生じていたとしても、その回転角度誤差の波動歯車減速機の２次（出力）側に生じる影響は小さくて済む。このため、本実施形態の構成によれば、把持装置（ハンド）の把持部（指）の旋回機構を小型軽量に構成でき、しかも把持部（指）の旋回制御を極めて高精度に実現することができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、波動歯車減速機として、好ましくは１段程度の歯車伝達段で構成されたハーモニックドライブ（登録商標）などの波動歯車減速機を好適に用いることができる。
【００４６】
＜対象物の把持方法＞
本実施形態の把持部として旋回可能な指１２０、１３０を有するハンド１００（把持装置）は、ロボットアーム、例えば図１のアーム本体２００の先端に装着して、工業製品などの物品の組立てに好適に用いることができる。図７および図８は、上記のハンド１００の旋回装置を利用して行う把持動作の制御例を示している。
【００４７】
図７は、［ＳＴＥＰ１］、［ＳＴＥＰ２］の異なる２つの制御タイミングにおけるハンド１００の状態を上下に分けて図示している。［ＳＴＥＰ１］、［ＳＴＥＰ２］では、図１のアーム本体２００によって、ハンド１００は把持対象物であるワークＷ１に対するピッキング位置に既に位置決めされている。また、［ＳＴＥＰ１］、［ＳＴＥＰ２］では、いずれもアーム本体２００によってハンド１００は同じ位置に位置決めされている。このことを示すため、図７の［ＳＴＥＰ１］、［ＳＴＥＰ２］は、便宜上、ハンド１００の基準位置、例えば基部１４０の図中左側面のＲ（一点鎖線）が一致するように図示してある。
【００４８】
このワークＷ１の把持動作では、まず図７の［ＳＴＥＰ１］に示すように、ワークＷ１に対するピッキング位置にハンド１００を位置決めする。そして、まず第２、第３の指１２０、１３０を位置決めする。この時、ハンド制御装置５００のＣＰＵ５０１は、位置制御（ｃｎｔ１）方式によって第２、第３の指１２０、１３０の第１の指１１０に対する相対変位を制御する。この位置制御には、例えば、指１２０、１３０の駆動系に配置されたロータリーエンコーダなどで検出した回転駆動量（例えば角度）の検出量を第２、第３の指１２０、１３０の移動制御にフィードバックすることによって行う。
【００４９】
続いて、［ＳＴＥＰ２］に示すように、第１の指１１０を指１２０、１３０に対して閉じる方向に相対変位させて、ワークＷ１を把持する。この時、第１の指１１０の移動の制御（ｃｎｔ２）は上記同様の位置制御によって行うか、あるいは、把持力制御によって行う。この把持力制御は、指１１０の指先や、支持部１１２と指先１１４の間などに配置した力覚（力センサ、トルクセンサ）などによって検出した力の検出量を第１の指１１０の移動制御にフィードバックすることによって行う。
【００５０】
図８（Ａ）〜（Ｅ）は、本実施形態のハンド１００で可能な指１１０、１２０、１３０の把持姿勢の例をいくつか示している。同図では、簡略化のため、第１〜第３の指１１０、１２０、１３０の指先１１４、１２４、１３４と種々の断面形状のワークＷ１のみを図示している。
【００５１】
図８（Ａ）は、ワークＷ１が円形断面であるなどの場合に適した各指の把持姿勢を示している。図８（Ａ）では、第２の指１２０および第３の指１３０を旋回させ、その場合、これらの指の指先１２４と指先１３４が変位する方向がなす角度を１２０°に制御している。図３の構成、特に指１１０の移動方向が指１２０、１３０の旋回軸Ｏ２、Ｏ３の中点を通る直線に一致している構成であれば、３本の指がそれぞれ相対変位する方向は１２０°の位置関係になる。
【００５２】
ハンド制御装置５００のＣＰＵ５０１は、上記のように第２の指（１２０）および第３の指（１３０）の旋回角度を決定し、指先１２４と指先１３４の基部１４０または指１１０に対する相対変位の方向を位置決めする。各指の旋回角度を介して指先１２４と指先１３４の変位方向の位置決めした後、第１の指１１０で例えば把持力制御を行いつつワークＷ１を把持させる。
【００５３】
この図８（Ａ）の指配置によると、ワークＷ１が図示のような円形断面である場合、バランスよくワークＷ１を把持でき、特に、把持位置の芯出し制御などが容易になる。これは、指（１１０、１２０、１３０）の指先１１４、１２４、１３４がワークＷ１の円周面に対して１２０°で均等配置された位置関係となるためである。
【００５４】
図８（Ｂ）の把持姿勢は、第１の指（１１０）とその指先１１４を用いない２指構成の使い方を示している。図８（Ｂ）の把持姿勢は、把持部品が小物の部品などを把持する場合に適している。図８（Ｂ）では、図３の軸Ｑ２、Ｑ３上に指先１２４、１３４の変位方向が一致するよう、これらの指（１２０、１３０）の支持部（１２２、１３２）を旋回させている。その結果、指先１２４と指先１３４の進行方向の軸のなす角度は１８０°で一直線上に並ぶ。
【００５５】
ハンド制御装置５００のＣＰＵ５０１は、上記のように第２の指１２０および第３の指１３０の旋回角度を決定し、指先１２４と指先１３４の基部１４０または指１１０に対する相対変位の方向を位置決めする。各指の旋回角度を介して指先１２４と指先１３４の変位方向の位置決めした後、これらの指を相対変位させ、ワークＷ１を把持させる。この時、指１２０または１３０は位置制御によって相対変位させる。また、指１２０または１３０に力センサが配置されている場合には、把持力制御を介在させることもできる。
【００５６】
図８（Ｃ）〜（Ｅ）は、ワークＷ１が例えば互いに平行な二つの面を有し、それらの各把持面から把持されるそれぞれ異なる形態を有するワークＷ１を把持する場合の把持姿勢を示している。図８（Ｃ）のワークＷ１は第１の指（１１０）の指先１１４の変位方向と直角の方向（図の横方向）の辺が比較的短く、逆に図８（Ｄ）のワークＷ１は第１の指（１１０）の指先１１４の変位方向と直角の方向（図の横方向）の辺が比較的長い。また、図８（Ｅ）のワークＷ１は第１の指（１１０）の指先１１４の変位方向と直角の方向（図の横方向）の辺が比較的長い。しかも、図８（Ｅ）のワークＷ１では、第１の指（１１０）の指先１１４の変位方向と並行の方向（図の縦方向）の辺の長さが異なる部位を有している。
【００５７】
図８（Ｃ）のようなワークＷ１では、第２、第３の指（１２０、１３０）の指先１２４と指先１３４の変位方向のなす角が０°、例えば、図３の軸Ｐ２、Ｐ３のようにこれらの指先の変位方向が平行になるように制御する。これにより、例えば直方体形状のワークＷ１を指先１１４、１２４。１３４の３点支持によって安定して把持することができる。
【００５８】
ハンド制御装置５００のＣＰＵ５０１は、上記のように第２の指（１２０）および第３の指（１３０）の旋回角度を決定し、指先１２４と指先１３４の基部１４０または指１１０に対する相対変位の方向を位置決めする。各指の旋回角度を介して指先１２４と指先１３４の変位方向の位置決めした後、第１の指１１０で例えば把持力制御を行いつつワークＷ１を把持させる。
【００５９】
また、図８（Ｄ）、（Ｅ）のような形状のワークＷ１の場合、第２、第３の指（１２０、１３０）の変位方向は、図８（Ｃ）のような平行配置よりも、図示（図８（Ａ）に類似した旋回角度で）のように互いに傾斜させた配置の方が適している可能性がある。図８（Ｄ）、（Ｅ）の把持姿勢では、指先１２４と指先１３４の例えば角部をそれぞれワークＷ１に接触させて同ワークを把持させる。このような旋回制御を行うことにより、指先１２４と指先１３４の間隔Ｌを大きく取れ、ワークＷ１の傾き誤差、例えばハンド１００の基部（１４０）に対するワーク中心の位置決め誤差を低減し、精度良くワークＷ１を把持できる。
【００６０】
ハンド制御装置５００のＣＰＵ５０１は、上記のように第２の指（１２０）および第３の指（１３０）の旋回角度を決定する。その場合、指先１２４と指先１３４の基部１４０または指１１０に対する相対変位の方向は、例えば基準線Ｃ（図３）に対してそれぞれ４５°〜６、７０°程度に取る。各指の旋回角度を介して指先１２４と指先１３４の変位方向の位置決めした後、ＣＰＵ５０１は例えば予め判明しているワークＷ１の形状、寸法に応じて位置制御により指先１２４と指先１３４の変位量を制御し、図８（Ｄ）、（Ｅ）のような位置に前進させる。その後、第１の指１１０で例えば把持力制御を行いつつワークＷ１を把持させる。なお、図８（Ｄ）、（Ｅ）の場合、ＣＰＵ５０１は、指先１２４と指先１３４を前進させる変位量を各指の旋回角度と必要なワークＷ１の厚さ方向の寸法に基づき３角関数計算を行うことなどによって決定できる。
【００６１】
以上のように、本実施形態の指１１０、１２０、１３０（把持部）の旋回装置を有するハンド１００（把持装置）によれば、ワークＷ１の寸法や断面形状などに応じて、各々の指の多彩な把持姿勢ないしそれぞれの指の相対変位の方向を選択することができる。このため、寸法や断面形状などが異なる種々のワークＷ１に対応し、確実かつ高精度な把持制御を行うことができる。
【００６２】
＜ロボット制御方法＞
図９は、図１のようなロボットシステムにおいて、ワークＷ１を把持する時のロボット制御方法の一例を示している。図９の制御手順は、例えばハンド制御装置５００のＣＰＵ５０１、あるいはさらにアーム制御装置４００のＣＰＵによって実行される。図９の制御手順は、これらのＣＰＵが実行可能な制御プログラムとして例えばＲＯＭ５０１（あるいはアーム制御装置４００側のＲＯＭなど）に格納しておくことができる。なお、図１では便宜上、アーム制御装置４００と、ハンド制御装置５００とを別に図示しているが、これらは一体の制御装置として構成されていてもよい。また、図９に概略を示す制御プログラムは、例えば着脱可能な不図示の各種フラッシュメモリや光ディスクに格納して図１の装置に供給してもよい。その場合これらのコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明の記録媒体を構成する。また、図９に概略を示す制御プログラムは、不図示のネットワークを介してネットワーク経由で供給してもよい。
【００６３】
図９の制御では、ハンド制御装置５００のＣＰＵ５０１（あるいはさらにアーム制御装置４００のＣＰＵ）は以下のような制御を行う。
【００６４】
図９のステップＳ１１、Ｓ１２の制御ループは、アーム本体２００（ロボットアーム）制御し、ハンド１００をワークＷ１を把持可能なピッキング位置（例えばワーク直上位置）に移動させる位置姿勢制御工程を構成する。この時、例えばアーム本体２００の各関節に配置されたロータリーエンコーダなどを介して得た関節角度に基づき、アーム本体２００の各部の位置姿勢を制御する。ステップＳ１２ではアーム本体２００の各関節の角度に基づく運動学計算によって、ハンド１００が所期のピッキング位置に移動したか否かを判定する。ハンド１００がピッキング位置に移動すると、この制御ループを終了する。
【００６５】
ステップＳ１３、Ｓ１４のループでは、ハンドのモータ１２１、１３１、１４１を制御して、旋回可能な指（１２０、１３０）を旋回させ、指先１２４、１３４の変位方向を決定する（旋回制御工程）。例えば、この時、指（１２０、１３０）の旋回角度は、図８で説明したようにワークＷ１の形状や寸法などによって決定する。指（１２０、１３０）の旋回角度を決定した後、さらに、ワークＷ１の形状や寸法などに基づき、指先１２４、１３４を前進（あるいは後退）させる。ステップＳ１４では、指先１２４、１３４が目標位置に到達したか否かを検出する。指先１２４、１３４が目標位置に到達すると、この制御ループを終了する。
【００６６】
ステップＳ１５、Ｓ１６の制御ループでは、モータ１１１を駆動し、その指先１１４を移動（前進）させることによって、把持対象物であるワークＷ１を押圧し、指先１２４、１３４に押し当てる（把持制御工程）。図９では把持力制御を行う場合を示しており、ステップＳ１６では、不図示の力センサを介して検出した把持力が所定値ないし所定範囲に到達したか否かを検出している。ステップＳ１６で所定の把持力が得られた場合には、この制御ループを終了する。なお、位置制御によって指先１１４を制御する場合には、ステップＳ１６では、例えばステップＳ１３と同様の位置制御判定を行えばよい。
【００６７】
以上のようにして、例えば、図１のようなロボットシステムにおいて、ワークＷ１を把持し、ワークＷ２の位置に移動させ、ワークＷ２に組み付ける組み立て動作を行わせることができ、これにより各種の工業製品などの物品を製造することができる。
【００６８】
本実施形態の把持装置における把持部（指）の旋回機構においては、伝達装置１４９の後段に、それぞれ各指のための波動歯車減速機（１４５Ａ、１４５Ｂ）を配置している。このため、伝達装置１４９のギア、ベルト（チェーンが介在する場合も同様）、などで生じたバックラッシュや伸びによる誤差が生じている場合でも、各旋回指（１２０、１３０）の旋回軸Ｏ２、Ｏ３の伝達段の位置で生じる回転角度を大きく低減できる。理論的には、伝達装置１４９の段で発生した角度誤差は、各旋回指（１２０、１３０）の旋回軸Ｏ２、Ｏ３の伝達段の位置では、１／（波動歯車減速機の減速比）に低減される。
【００６９】
また、波動歯車減速機（１４５Ａ、１４５Ｂ）は一般に内部の伝達段数が小さく、バックラッシュが小さく、かつ大きな減速比を有するコンパクトな製品を容易に入手できる。このため、本実施形態によれば、把持装置（ハンド）の把持部（指）を高精度に位置決め制御できる。従って、本実施形態の把持装置（ハンド）によれば、多様な把持形態を実現でき、把持対象物の形状や寸法違いに対応して高精度な把持制御が可能となる。
【００７０】
また、本実施形態では、伝達装置１４９の後段に、それぞれ各指のための波動歯車減速機（１４５Ａ、１４５Ｂ）を配置、駆動源の回転駆動力を減速前に分配している。これにより、伝達装置１４９に加わる負荷荷重を少なくでき、例えば伝達装置１４９の構成部材の強度、剛性などを小さくできる可能性がある。このため、伝達装置１４９には安価で小型軽量な部品を選択できる可能性があり、結果として、把持装置（ハンド）全体の小型軽量化あるいはコストダウンを期待できる。
【００７１】
また、本実施形態の把持装置（ハンド）では、旋回可能な第２および第３の指の旋回させた後、これらの指の前進または後退制御を行う時、位置制御で所望の位置に位置決めし、その後、第１の指で把持力を制御して対象物を把持する制御を行うことができる。これにより、第１の指により位置決め済みの第２の指及び第３の指へ対象物が寄せられ、把持対象物の把持位置が決定される。このような位置制御と把持力制御を組合せた制御を行うことにより、把持装置（ハンド）と把持対象物（ワーク）の所期の把持部位との相対位置を正確に制御でき、把持位置および把持力を高精度に制御することができる。
【００７２】
本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムをネットワーク又は記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給し、そのシステムまたは装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１００…ハンド、１１０、１２０、１３０…指、１１１、１２１、１３１、１４１…モータ、１１２、１２２、１３２…支持部、１１３、１２３、１３３…リンク、１１４、１２４、１３４…指先、１４０…基部、１４２、１４３、１４４…ギア、１４５Ａ、１４５Ｂ…波動歯車減速機、１４６…軸受け、１４９…伝達装置、５００…ハンド制御装置、５０１…ＣＰＵ、５０２…ＲＯＭ、５０３…ＲＡＭ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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