(57)【要約】【課題】物体の表面をより傷めずに保持することができるロボットハンドを提供する。【解決手段】ロボットハンド１０は、物体を収容する収容空間を形成する複数の保持部材１２と、複数の保持部材１２を回転させることにより、収容空間を形成しながら当該収容空間内に物体を収容する回転機構部１３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を収容する収容空間を形成する複数の収容空間形成部（１２，２２）と、
複数の前記収容空間形成部を回転させることにより、前記収容空間を形成しながら当該収容空間内に前記物体を収容する回転部（１３）と、
を備えるロボットハンド。
【請求項２】
前記収容空間形成部（１２，２２）は、当該収容空間形成部の回転軸に沿う螺旋部（１５，２５）を有する請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記収容空間形成部（１２，２２）において前記螺旋部（１５，２５）の螺旋形状が異なっている請求項２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記収容空間形成部（２２）は、非螺旋部（２６）を有する請求項１から３の何れか１項に記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記回転部は、複数の前記収容空間形成部を同期させながら回転させる請求項１から４の何れか１項に記載のロボットハンド。
【請求項６】
前記回転部は、遊星歯車機構（１６）を備える請求項１から５の何れか１項に記載のロボットハンド。
【請求項７】
物体を保持する保持機能を支援する支援機能が付加されている請求項１から６の何れか１項に記載のロボットハンド。
【請求項８】
前記回転部が複数の前記収容空間形成部を回転させることに伴い、前記収容空間内に物体が収容された収容状態、前記収容空間内に収容された物体を分離する分離状態、分離された前記収容空間内の物体を排出する排出状態に切り換わる請求項１から７の何れか１項に記載のロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、物体を把持する把持体と、把持体の把持面を覆う柔軟膜と、把持体と柔軟膜との間に充填された流体と、を備えるロボットハンド装置が開示されている。このロボットハンド装置は、把持体と柔軟膜との間の流体の量を調整することにより、物体の表面に作用する圧力を分散させ、これにより、物体の表面を傷めずに把持することを図ろうとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５７６２７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
物体の表面に作用する圧力を分散させることにより物体の表面を傷めずに保持しようとする従来構成は、特許文献１以外にも多数考えられている。しかし、従来構成では、物体の表面に作用する圧力を分散させたとしても、把持体が物体に直接接触することは避けられないため、特に、その接触部分において物体の表面を傷めてしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、物体の表面をより傷めずに保持することができるロボットハンドを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るロボットハンド（１０，２０，３０，４０）は、収容空間形成部（１２，２２）および回転部（１３）を備える。ロボットハンドは、複数の収容空間形成部を備える。収容空間形成部は、物体を収容する収容空間を形成する構成要素である。回転部は、複数の収容空間形成部を回転させることにより、収容空間を形成しながら当該収容空間内に物体を収容していく。
【０００７】
この構成によれば、複数の収容空間形成部を回転させながら物体を収容空間内に収容することができるので、物体の表面に圧力が作用する従来構成とは異なり、物体の表面をより傷めずに保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係るロボットハンドの構成例を概略的に示す正面図
【図２】保持部材の構成例を概略的に示す図（その１）
【図３】保持部材の構成例を概略的に示す図（その２）
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う保持部材の断面形状の一例を概略的に示す図（その１）
【図５】図３のＶ−Ｖ線に沿う保持部材の断面形状の一例を概略的に示す図（その２）
【図６】ロボットハンドの構成例を概略的に示す底面図
【図７】保持部材の異なる回転状態におけるロボットハンドの構成例を概略的に示す正面図（その１）
【図８】保持部材の異なる回転状態におけるロボットハンドの構成例を概略的に示す正面図（その２）
【図９】ロボットハンドの動作例を説明するための図（その１）
【図１０】ロボットハンドの動作例を説明するための図（その２）
【図１１】ロボットハンドの動作例を説明するための図（その３）
【図１２】ロボットハンドの動作例を説明するための図（その４）
【図１３】ロボットハンドの動作例を説明するための図（その５）
【図１４】ロボットハンドの動作例を説明するための図（その６）
【図１５】第２実施形態に係るロボットハンドの構成例を概略的に示す図
【図１６】ロボットハンドの構成例を概略的に示す平面図
【図１７】保持部材の構成例を概略的に示す図（その１）
【図１８】保持部材の構成例を概略的に示す図（その２）
【図１９】保持部材の異なる回転状態におけるロボットハンドの構成例を概略的に示す正面図（その１）
【図２０】保持部材の異なる回転状態におけるロボットハンドの構成例を概略的に示す正面図（その２）
【図２１】第３実施形態に係るロボットハンドの構成例を概略的に示す正面図
【図２２】ロボットハンドの構成例を概略的に示す平面図
【図２３】ロボットハンドの動作例を説明するための図
【図２４】第４実施形態に係るロボットハンドの構成例を概略的に示す正面図
【図２５】ロボットハンドの構成例を概略的に示す平面図
【図２６】ロボットハンドの動作例を説明するための図（その１）
【図２７】ロボットハンドの動作例を説明するための図（その２）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、ロボットハンドに係る複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
図１に例示するロボットハンド１０は、例えばロボットアームの先端部に取り付けられるものであり、例えば果物などの物体を収穫する用途に用いられる。ロボットハンド１０は、ベース部１１、保持部材１２、回転機構部１３を備える。ベース部１１は、ロボットハンド１０の土台を構成するものであり、この場合、所定の厚さを有する円板状に形成されている。保持部材１２は、収容空間形成部の一例である。ロボットハンド１０は、複数、この場合、６つの保持部材１２を備える。保持部材１２は、ベース部１１に取り付けられる基端部側に回転軸１４を備える。保持部材１２は、ベース部１１の表面側において、回転軸１４を中心に回転可能に取り付けられている。回転機構部１３は、回転部の一例であり、複数の保持部材１２を回転させるための機構部である。
【００１０】
図２および図３に例示するように、複数の保持部材１２は、何れも同じ形状となっており、回転軸１４に沿って渦巻き状に形成された螺旋部１５を有する。保持部材１２において、螺旋部１５は、各部位の螺旋形状が異なった構成となっている。即ち、例えば図２に示すＡ−Ｂ間では、螺旋部１５の半径は第１半径Ｒ１で一定であり、また、ピッチつまり螺旋形状の傾斜角度は第１ピッチＰ１から第２ピッチＰ２に向かって先端側に向かうほど徐々に増加する。また、図２に示すＢ−Ｃ間では、螺旋部１５の半径は第１半径Ｒ１から第２半径Ｒ２に向かって先端側に向かうほど徐々に増加し、また、ピッチは第２ピッチＰ２で一定である。また、図２に示すＣ−Ｄ間では、螺旋部１５の半径は第２半径Ｒ２で一定であり、また、ピッチは第２ピッチＰ２で一定である。
【００１１】
また、図４および図５に例示するように、螺旋部１５は、各部位における螺旋形状の断面Ｓ１，Ｓ２の形状および面積が異なっている。なお、断面Ｓ１，Ｓ２は、何れも、螺旋部１５の各部位において当該螺旋部１５が渦巻き状に延びる方向に直交する方向の断面である。
【００１２】
図６に例示するように、回転機構部１３は、ベース部１１の裏面側、つまり、保持部材１２とは反対側に設けられている。この場合、回転機構部１３は、遊星歯車機構１６を備える。遊星歯車機構１６は、内歯車１６ａと太陽歯車１６ｂとの間に複数、この場合、保持部材１２の数に対応して６つの遊星歯車１６ｃを備える。保持部材１２の回転軸１４の端部は、ベース部１１を挿通して当該ベース部１１の裏面側に突出している。遊星歯車１６ｃは、ベース部１１の裏面側において、それぞれ保持部材１２の回転軸１４の端部に固定されている。太陽歯車１６ｂの中心部は、中空となっている。
【００１３】
例えばロボットアームに備えられるモータなどの駆動部により太陽歯車１６ｂが回転されると、この回転に伴い、内歯車１６ａと太陽歯車１６ｂとの間で遊星歯車１６ｃが回転する。そして、遊星歯車１６ｃの回転に伴い保持部材１２が回転する。この場合、保持部材１２の回転軸１４の端部に固定される遊星歯車１６ｃは、何れも同じ大きさおよび形状であり、太陽歯車１６ｂ、つまり、ベース部１１の中央部の周囲において、太陽歯車１６ｂから等距離を有して配置されている。そのため、太陽歯車１６ｂの回転に伴い、複数の遊星歯車１６ｃ、換言すれば複数の保持部材１２が同期しながら回転するようになっている。
【００１４】
図１、図７、図８に例示するように、ロボットハンド１０は、太陽歯車１６ｂの回転角度の変化に伴い、複数の保持部材１２の回転位置が異なってくる。そして、太陽歯車１６ｂが所定角度、例えば図７に例示する初期状態から概ね６５度程回転すると、ロボットハンド１０は、図８に例示する状態を経て、図１に例示する状態となる。この状態において、ロボットハンド１０には、複数の保持部材１２により囲まれたほぼ球状あるいはほぼ楕円球状の収容空間Ｃ１が形成される。この収容空間Ｃ１には、保持対象である物体を収容可能である。なお、図８に例示する状態は、太陽歯車１６ｂが所定角度、例えば図７に例示する初期状態から概ね２５度程回転した状態である。
【００１５】
次に、ロボットハンド１０により物体、この場合、図示しない木に成っている果実Ｆを保持し、分離し、排出するまでの動作例について説明する。即ち、図９および図１０に例示するように、図示しないロボットアームの先端部に取り付けられたロボットハンド１０を初期状態とし、当該ロボットハンド１０を果実Ｆに徐々に接近させる。そして、さらにロボットハンド１０を果実Ｆに接近させつつ複数の保持部材１２を同期させながら回転させる。保持部材１２の回転に伴い、ロボットハンド１０には収容空間Ｃ１が徐々に形成されていく。そして、複数の保持部材１２をさらに回転させながら、つまり、収容空間Ｃ１の形成を進めながらロボットハンド１０を果実Ｆにさらに接近させていくことにより、図１１に例示するように、ロボットハンド１０は、複数の保持部材１２が形成する収容空間Ｃ１内に果実Ｆを収容した収容状態となる。
【００１６】
このとき、複数の保持部材１２が何れも螺旋形状をなしていることから、ロボットハンド１０を果実Ｆに接近させて収容空間Ｃ１内に収容するまでの過程において、果実Ｆは、回転する螺旋形状の保持部材１２に対し隙間を有しつつ当該保持部材１２の螺旋形状に螺合するようにしてベース部１１側に相対的に進むようになる。そのため、ロボットハンド１０を果実Ｆに接近させて収容空間Ｃ１内に収容するまでの過程において、複数の保持部材１２は、ベース部１１に接近する果実Ｆの周囲において当該果実Ｆに接触することなく回転することができる。
【００１７】
ロボットハンド１０が収容状態となってから、さらに保持部材１２の回転が進むと、図１２に例示するように、複数の保持部材１２の先端部がさらに接近して相互に重なるようになり、これら複数の保持部材１２の先端部により果実Ｆの茎部Ｆａが挟まれて切断される。これにより、ロボットハンド１０は、収容空間Ｃ１内に収容された果実Ｆを木から分離した分離状態となる。
【００１８】
ロボットハンド１０が分離状態となってから、さらに保持部材１２の回転が進むと、図１３および図１４に例示するように、収容空間Ｃ１が形成された状態が徐々に解消されていくとともに、回転する複数の保持部材１２により果実Ｆが押し出されるようになる。これにより、ロボットハンド１０は、木から分離した収容空間Ｃ１内の果実Ｆを排出する排出状態となる。なお、ロボットハンド１０が分離状態から排出状態に移行する過程において、果実Ｆを押し出す保持部材１２は滑らかな螺旋形状をなしている。そのため、果実Ｆを保持部材１２の螺旋形状に沿わせながら滑らかに排出することができ、果実Ｆを排出する場合においても、その表面を傷めてしまうことを回避することができる。
【００１９】
以上のように、ロボットハンド１０は、回転機構部１３により螺旋形状の複数の保持部材１２を回転させることに伴い、収容空間Ｃ１内に物体が収容された収容状態、収容空間Ｃ１内に収容された物体を分離する分離状態、分離された収容空間Ｃ１内の物体を排出する排出状態に順に切り換わるようになっている。
【００２０】
ロボットハンド１０によれば、収容空間Ｃ１を形成する複数の保持部材１２が何れも回転軸１４に沿う螺旋形状を有していることから、収容空間Ｃ１が形成される過程において保持部材１２が、ベース部１１に接近する果実Ｆを避けるようにして回転するようになり、複数の保持部材１２を果実Ｆに直接あるいは殆ど接触させることなく、収容空間Ｃ１を形成しながら果実Ｆを収容空間Ｃ１内に収容することができる。よって、物体の表面に直接的に押圧力が作用する従来構成とは異なり、果実Ｆの表面をより傷めずに保持することが可能となる。なお、果実Ｆを収容空間Ｃ１内に収容する過程において、保持部材１２が果実Ｆに多少接触してしまうことは許容される。
【００２１】
また、ロボットハンド１０によれば、保持部材１２において螺旋部１５の螺旋形状が部位によって異なっている。即ち、保持したい物体の特性、例えば形状、大きさ、硬さ、重さなどに応じて、螺旋部１５の形状を部位ごとに異ならせてきめ細かく設計することにより、物体に直接あるいは殆ど接触せずに当該物体を収容空間Ｃ１内に収容することを、より確実に行うことができる。
また、ロボットハンド１０によれば、複数の保持部材１２を同期させながら回転させる。即ち、同じ螺旋形状の複数の保持部材１２を同期させながら回転させることにより、保持しようとする物体が保持部材１２に接触してしまうことを、一層確実に回避することができる。
【００２２】
また、ロボットハンド１０は、複数の保持部材１２を同期させながら回転させるための構成として、遊星歯車機構１６を有する回転機構部１３を備える。この構成によれば、複数の保持部材１２を回転させるための駆動源としては、１つの太陽歯車１６ｂを回転させる１つの駆動部を用意すればよい。そのため、構成の複雑化を回避することができる。
また、ロボットハンド１０によれば、複数の保持部材１２を回転させることにより、収容状態、分離状態、排出状態に順に切り換わるので、物体を収容し、分離し、排出する一連の収穫動作を連続的に行うことができ、作業性の向上を図ることができる。
【００２３】
（第２実施形態）
図１５および図１６に例示するロボットハンド２０は、複数、この場合、６つの保持部材２２を備える。保持部材２２は、ベース部１１に取り付けられる基端部側に回転軸２４を備える。保持部材２２は、ベース部１１の表面側において、回転軸２４を中心に回転可能に取り付けられている。
【００２４】
図１７および図１８に例示するように、保持部材２２は、何れも同じ形状となっており、回転軸２４に沿って渦巻き状に形成された螺旋部２５、および、回転軸２４に沿って円弧状に延びる円弧状部２６を有する。円弧状部２６は、非螺旋部の一例であり、保持部材２２の基端側、つまり、回転軸２４側に設けられている。一方、螺旋部２５は、保持部材２２の先端側に設けられている。この場合も、螺旋部２５は、各部位の螺旋形状が異なった構成となっている。
【００２５】
図１５、図１９、図２０に例示するように、ロボットハンド２０は、太陽歯車１６ｂの回転角度の変化に伴い、複数の保持部材２２の回転位置が異なってくる。そして、太陽歯車１６ｂが所定角度、例えば図１９に例示する初期状態から概ね６５度程回転すると、ロボットハンド２０は、図２０に例示する状態を経て、図１５に例示する状態となる。この状態において、ロボットハンド２０には、複数の保持部材２２により囲まれた収容空間Ｃ２が形成される。この収容空間Ｃ２には、保持対象である物体を収容可能である。なお、図２０に例示する状態は、太陽歯車１６ｂが所定角度、例えば図１９に例示する初期状態から概ね２５度程回転した状態である。
【００２６】
この場合、収容空間Ｃ２を形成する保持部材２２は、基端部側が円弧状、先端部側が螺旋形状となっている。よって、これら保持部材２２により形成される収容空間Ｃ２は、基端部側が螺旋形状により囲まれるほぼ球状あるいはほぼ楕円球状となる空間から形成され、先端部側が円弧形状に囲まれるほぼ球状あるいはほぼ楕円球状となる空間から形成される。即ち、収容空間Ｃ２は、形状の異なる複数、この場合、２つの空間を合成したような空間となる。
【００２７】
ロボットハンド２０によっても、複数の保持部材２２が何れも回転軸２４に沿う螺旋形状および回転軸２４に沿う円弧形状をなしており、収容空間Ｃ２を形成する複数の保持部材２２を物体に直接あるいは殆ど接触させることなく、当該物体を収容空間Ｃ２内に収容することができる。よって、物体の表面をより傷めずに保持することができる。
【００２８】
また、非螺旋部を有する保持部材２２であっても、その非螺旋部の形状を、例えば回転軸２４に沿う円弧状に形成することにより、物体を保持部材２２に直接あるいは殆ど接触させずに収容空間Ｃ２内に収容することが可能となる。なお、非螺旋部の形状は、回転軸２４に沿う円弧形状に限られるものではなく、保持部材２２を物体に直接的に接触させることなく回転させることができ、且つ、保持部材２２同士が回転時に接触しない形状であれば、種々の形状を採用することができる。
【００２９】
（第３実施形態）
図２１および図２２に例示するロボットハンド３０は、ロボットハンド２０から保持部材２２を数個、この場合、１つ取り除いた構成である。ロボットハンド３０によれば、複数、この場合、５つの保持部材２２により収容空間Ｃ３が形成されるが、収容空間Ｃ３が形成された状態では、保持部材２２が取り除かれている部位に排出口３１が形成される。そのため、図２３に例示するように、収容空間Ｃ３内に収容し、分離した果実Ｆを、矢印Ｅで例示するように、排出口３１から容易に排出することができる。
【００３０】
（第４実施形態）
図２４および図２５に例示するロボットハンド４０は、ロボットハンド１０に吸引機能部４１を備えた構成である。即ち、ロボットハンド４０は、ロボットハンド１０が有する物体を保持する保持機能と、物体を吸引することにより保持機能を支援する吸引機能と、を有する。吸引機能は、支援機能の一例である。
【００３１】
吸引機能部４１は、ベース部１１の中央部を貫通する吸引管部４２と、吸引管部４２の先端部に設けられる吸引口部４３と、を備える。吸引管部４２は、太陽歯車１６ｂの中心部に挿通されており、且つ、ベース部１１の軸方向、換言すれば保持部材１２の回転軸１４の軸方向に沿って移動可能となっている。即ち、吸引管部４２は、中空となっている太陽歯車１６ｂの中心部を利用して備えられた構成となっている。吸引管部４２の他端部側、つまり、吸引口部４３とは反対側にはコンプレッサ４４が備えられている。吸引機能部４１は、コンプレッサ４４により空気を吸い込むことにより、吸引口部４３に物体を吸引することが可能となっている。
【００３２】
図２４、図２６、図２７に例示するように、吸引機能部４１は、複数の保持部材１２の回転状態に合わせながら、吸引管部４２をベース部１１側に徐々に引き込む。これにより、吸引口部４３に吸引した物体を、より安定した状態で収容空間Ｃ１内に導いて収容することができる。また、吸引口部４３に物体を吸引により固定した状態で収容空間Ｃ１内に収容することができ、物体を収容空間Ｃ１内に収容する過程において、物体がガタついて保持部材１２に接触してしまうことを一層確実に回避することができる。
【００３３】
ロボットハンド４０によれば、物体を保持する保持機能を支援する支援機能、この場合、物体を吸引する吸引機能が付加されているので、より安定した状態で収容空間Ｃ１内に物体を収容し、また、保持することができる。また、収容空間を形成しながら物体を収容していく過程において、物体が保持部材１２に接触してしまうことを一層確実に回避することができる。
【００３４】
（その他の実施形態）
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば、上述した複数の実施形態を適宜組み合わせて実施してもよい。
また、保持部材１２，２２の先端部に刃部を備える構成としてもよい。この構成によれば、収容空間Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３内に収容された果実Ｆの茎部Ｆａを容易に切断することができ、収容空間Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３内に収容した果実Ｆを木から分離しやすくすることができる。なお、この刃部による切断機能も、物体を保持する保持機能あるいは物体を収穫する収穫機能を支援する支援機能の一例として捉えることができる。
【００３５】
また、ロボットハンド１０，２０，３０，４０は、保持しようとする物体との距離を検知する距離センサを備える構成としてもよい。この構成によれば、物体との距離を正確に把握することができ、物体を保持部材に接触させることなく保持することを一層確実に行うことができる。なお、距離センサは、例えばベース部１１の中心部に備えることにより、物体との距離を一層正確に把握することができる。
【００３６】
また、保持部材の数、形状、大きさなどは、保持対象となる物体の特性に応じて適宜変更することができる。また、ベース部１１は、円板状に限られるものではなく、例えば矩形板状など種々の形状で構成することができる。また、保持部材を回転させるための駆動部を、複数の保持部材にそれぞれ備える構成としてもよい。また、１つの駆動部が発生する駆動力を、例えばベルトなどの伝達機構を介して複数の保持部材に伝達するようにしてもよい。
【００３７】
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【００３８】
図面中、１０はロボットハンド、１２は保持部材（収容空間形成部）、１３は回転機構部（回転部）を示す。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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