(57)【要約】【課題】一定量の保持対象を確実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１は、ベース１０と、６つの指リンク２０と、駆動機構３０と、を備える。ベース１０は、中心軸Ｃを有する。指リンク２０は、中心軸Ｃに沿って延びる基端部２１及び中心軸Ｃに交差する方向へ曲がるように延びる先端部２３を含み、ベース１０に取り付けられている。駆動機構３０は、６つの指リンク２０それぞれを当該指リンク２０の基端部２１を基軸に同期回転駆動する。各基端部２１は、中心軸Ｃから等距離に配置されている。駆動機構３０は、６つの指リンク２０の状態が閉状態と開状態との間で変わるように同期回転駆動する。開状態の場合、６つの指リンク２０の各先端部２３は、下方から見て互いに離れている。閉状態の場合、６つの指リンク２０の各先端部２３は、下方から見て重なっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を有するベースと、
前記中心軸に沿って延びる基端部、及び、前記中心軸に交差する方向へ曲がるように延びる先端部を含み、前記ベースに取り付けられた３つ以上の指リンクと、
３つ以上の前記指リンクそれぞれを当該指リンクの前記基端部を基軸に同期回転駆動する駆動機構と、を備え、
３つ以上の前記指リンクそれぞれの前記基端部は、前記中心軸から等距離に配置され、
前記駆動機構は、３つ以上の前記指リンクの状態が第１状態と第２状態との間で変わるように同期回転駆動し、
前記第１状態の場合、３つ以上の前記指リンクの前記先端部は、前記中心軸に沿う方向から見て互いに離れ、
前記第２状態の場合、２つ以上の前記指リンクの前記先端部は、前記中心軸に沿う方向から見て重なっている、ロボットハンド。
【請求項２】
前記指リンクは、前記中心軸に沿って延びる中間部を更に含み、
３つ以上の前記指リンクそれぞれにおいて、前記中間部は、前記中心軸に沿う方向から見て前記基端部から離れて配置されるように前記基端部の先端側にクランク部を介して連なると共に、前記先端部の基端側に連なり、
前記第１状態の場合、３つ以上の前記指リンクにおける前記中間部は、前記中心軸に沿う方向から見て第１内接円に内接し、
前記第２状態の場合、３つ以上の前記指リンクにおける前記中間部は、前記中心軸に沿う方向から見て、前記第１内接円よりも小径の第２内接円に内接する、請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
３つ以上の前記指リンクそれぞれの前記基端部は、環状に沿って等間隔で位置するように配置され、
３つ以上の前記指リンクそれぞれにおいて、前記先端部の先端は、前記中心軸に沿う方向から見て前記基端部から離れている、請求項１又は２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記駆動機構は、１つのモータと、３つ以上の前記指リンクに前記モータの駆動力を伝達するギヤ列と、を有する、請求項１〜３の何れか一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、中心軸に平行且つ中心軸から等距離に配置された３つ以上の指リンクと、各指リンクを同期回転駆動させて指リンクの内接円を拡大縮小させる同期回転駆動部と、中心軸を法線とする押出板と、押出板を中心軸に沿って直動駆動させる直動駆動部と、を具備するロボットハンドが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−４７４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ロボットハンドでは、保持対象を保持する保持量（容積）を一定量にすることが望まれる場合がある。この点、上記ロボットハンドでは、指リンクの内接円及び押出板によって保持量を一定量にすることが図られている。しかし、指リンクから保持対象がすべり落ちる可能性があり、確実に保持対象を保持する上で改善の余地がある。
【０００５】
本発明の一側面は、一定量の保持対象を確実に保持することができるロボットハンドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係るロボットハンドは、中心軸を有するベースと、中心軸に沿って延びる基端部、及び、中心軸に交差する方向へ曲がるように延びる先端部を含み、ベースに取り付けられた３つ以上の指リンクと、３つ以上の指リンクそれぞれを当該指リンクの基端部を基軸に同期回転駆動する駆動機構と、を備え、３つ以上の指リンクそれぞれの基端部は、中心軸から等距離に配置され、駆動機構は、３つ以上の指リンクの状態が第１状態と第２状態との間で変わるように同期回転駆動し、第１状態の場合、３つ以上の指リンクの先端部は、中心軸に沿う方向から見て互いに離れ、第２状態の場合、２つ以上の指リンクの先端部は、中心軸に沿う方向から見て重なっている。
【０００７】
このロボットハンドでは、第１状態とした３つ以上の指リンクを保持対象に挿し込み、その状態を第２状態へ遷移させることで、３つ以上の指リンクで囲まれた空間によって一定量の保持対象が保持される。このとき、３つ以上の指リンクで囲まれた空間の先端側は、第１状態では開かれている一方、第２状態では先端部が重なり合って閉じられる。そのため、閉じられた当該空間によって保持対象をしっかりと保持することができる。したがって、一定量の保持対象を確実に保持することが可能となる。
【０００８】
一実施形態において、指リンクは、中心軸に沿って延びる中間部を更に含み、３つ以上の指リンクそれぞれにおいて、中間部は、中心軸に沿う方向から見て基端部から離れて配置されるように基端部の先端側にクランク部を介して連なると共に、先端部の基端側に連なり、第１状態の場合、３つ以上の指リンクにおける中間部は、中心軸に沿う方向から見て第１内接円に内接し、第２状態の場合、３つ以上の指リンクにおける中間部は、中心軸に沿う方向から見て、第１内接円よりも小径の第２内接円に内接してもよい。この構成では、３つ以上の指リンクの状態を第１状態から第２状態へ遷移させることで、中間部の内接円を狭めて保持対象を保持することが可能となる。
【０００９】
一実施形態において、３つ以上の指リンクそれぞれの基端部は、環状に沿って等間隔で位置するように配置され、３つ以上の指リンクそれぞれにおいて、先端部の先端は、中心軸に沿う方向から見て基端部から離れていてもよい。各基端部が環状に沿って等間隔で位置することから、保持対象を保持する空間を３つ以上の指リンクの内側に効率よく形成することができる。先端部の先端が基端部上から離れていることから、先端部の先端が指リンクの回転軸上から離れることになるため、３つ以上の指リンクの状態を第１状態から第２状態へ遷移させた際には当該空間の先端側を確実に閉じることができる。
【００１０】
一実施形態において、駆動機構は、１つのモータと、３つ以上の指リンクにモータの駆動力を伝達するギヤ列と、を有していてもよい。この構成では、３つ以上の指リンクの同期回転量を容易に変更することができ、ひいては、保持量を容易に変更することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一側面によれば、一定量の保持対象を確実に保持することができるロボットハンドを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、一実施形態に係るロボットハンドを示す斜視図である。
【図２】図２は、図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】図３は、図２のギヤ列を模式的に示す平面図である。
【図４】図４（ａ）は、開状態から閉状態への指リンクの動作を説明する図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の続きを説明する図である。
【図５】図５（ａ）は、図４（ｂ）の続きを説明する図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の続きを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１及び図２に示されるように、ロボットハンド１は、一定量の保持対象を保持（把持）可能な装置である。ロボットハンド１は、食材ハンドリング用に用いることができる。例えばロボットハンド１は、トレーに収容された食材等の商品を、保持して弁当ケース等へ盛り付けることができる。なお、ロボットハンド１の保持対象及び使用用途は特に限定されず、種々の保持対象及び用途に適用可能である。保持対象としては、柔軟物、特に食品を対象とすることができる。「上」及び「下」の語は、鉛直方向の「上方」及び「下方」にそれぞれ対応する。
【００１５】
ロボットハンド１は、ベース１０と、指リンク２０と、駆動機構３０と、を備える。ベース１０は、中心軸Ｃを有する筐体部である。図示するベース１０は、鉛直方向に沿う中心軸Ｃを有する円柱状外形を呈する。ベース１０の上端部の外周面には、上下方向を厚さ方向とする板状のフランジ１１が設けられている。フランジ１１は、ロボットハンド１の取付けに利用できる。また、ベース１０の上端側には、円筒状のカバー１２が取り付けられている。
【００１６】
指リンク２０は、ベース１０に３つ以上取り付けられている。具体的には、指リンク２０は、下方へ突出するようにベース１０に６つ取り付けられている。各指リンク２０は、その上方から下方の順に、基端部２１、中間部２２及び先端部２３を含む。
【００１７】
基端部２１は、中心軸Ｃに沿って延びる棒状を呈する。基端部２１は、円形断面を有する。基端部２１は、ベアリング１３，１４を介してベース１０の貫通孔１５，１６に挿通されている。これにより、指リンク２０は、基端部２１を基軸に回転可能にベース１０に支持される。基端部２１は、Ｃリング等の止め輪によってベース１０に対して上下方向の位置が固定（抜け止め）されている。６つの指リンク２０それぞれの基端部２１は、中心軸Ｃから等距離に配置されている。６つの指リンク２０それぞれの基端部２１は、下方（中心軸Ｃに沿う方向）から見て、ベース１０において中心軸Ｃを中心にした正六角形の頂点を構成する位置に配置されている。各基端部２１は、円環状に沿って等間隔で位置するように配置されている。
【００１８】
中間部２２は、中心軸Ｃに沿って延びる棒状を呈する。中間部２２は、基端部２１と同径の円形断面を有する。中間部２２は、基端部２１よりも上下方向に長尺である。中間部２２は、下方から見て基端部２１から離れて配置されるように、基端部２１の下端側（先端側）にクランク部２４を介して連結されている。つまり、中間部２２の軸は、基端部２１の軸に対して水平方向にずれている。クランク部２４は、水平方向に延び、基端部２１の下端部と中間部２２の上端部とを連結する部材である。中間部２２の下端側は、先端部２３の上端側（基端側）に連続している。
【００１９】
先端部２３は、中心軸Ｃに交差する方向へ曲がるように延びる棒状を呈する。先端部２３は、中間部２２と同径の円形断面を有する。先端部２３は、中間部２２の下端から鉛直方向に対して斜めに曲がった後、当該斜めの方向に沿って真っすぐ延びる。
【００２０】
駆動機構３０は、６つの指リンク２０それぞれを、基端部２１を基軸に同期回転駆動する。具体的には、駆動機構３０は、６つの指リンク２０の状態が開状態（第１状態）と閉状態（第２状態）との間で切り替わるように、６つの指リンク２０を同期して同じ回転方向に駆動する。
【００２１】
駆動機構３０は、１つのモータ３１と、６つの指リンク２０にモータ３１の駆動力を伝達するギヤ列３２と、を有する。モータ３１は、駆動力を発生させる駆動源である。モータ３１は、ベース１０上にブラケット１７を介して固定されている。モータ３１の回転軸３１ａは、６つの指リンク２０のうちの１つの指リンク２０の基端部２１Ｘの上端部に、カップリング３３を介して同期回転可能に連結されている。ギヤ列３２は、ベース１０内に配置されている。ギヤ列３２は、６つの指リンク２０の各基端部２１に設けられた外歯車３４と、これらの外歯車３４と噛み合う内歯車３５と、を含む（図３参照）。内歯車３５は、ベース１０内においてボールベアリング等のベアリング３６の内輪に支持されている。ベアリング３６の外輪は、ベース１０に固定されている。
【００２２】
次に、指リンク２０の形状及び動作について、図４及び図５を参照しつつ詳説する。
【００２３】
図４及び図５は、指リンク２０の動作を説明するための図である。図４及び図５は、ロボットハンド１の底面図である。図４（ａ）は、指リンク２０の開状態を示す。図４（ｂ）は、指リンク２０が図４（ａ）に示す状態から一定角度回転した状態を示す。図５（ａ）は、指リンク２０が図４（ｂ）に示す状態から一定角度回転した状態を示す。図５（ｂ）は、指リンク２０の閉状態を示す。
【００２４】
図４及び図５に示されるように、６つの指リンク２０は、中心軸Ｃを中心として軸対称となるような向きでそれぞれ配置されている。６つの指リンク２０それぞれにおいて、先端部２３の下端は、下方から見て基端部２１から離れている（換言すると、基端部２１の軸上に先端部２３の下端が位置していない）。先端部２３は、基端部２１及び中間部２２を通る平面に対して交差するように傾斜している。基端部２１と中間部２２との軸間距離（換言すると、クランク部２４の長さ）は、隣接する基端部２１間の距離よりも長くなっている。
【００２５】
図４（ａ）に示されるように、開状態では、６つの指リンク２０の各先端部２３は、下方向から見て互いに離れている。これにより、各先端部２３の内側には、保持対象が入り込むスペースが存在する。開状態では、６つの指リンク２０の各中間部２２は、下方から見て、中心軸Ｃを中心とする第１内接円に内接する。開状態の各クランク部２４は、下方から見て、基端部２１から径方向の外側に延びるように配置されている。閉状態の各先端部２３は、下方から見て、当該第１内接円に接するように配置されている。
【００２６】
開状態の６つの指リンク２０は、駆動機構３０によって同期回転駆動され、各基端部２１を基軸に同じ回転方向に同じ回転角度回転される。これにより、図４（ｂ）及び図５（ａ）に示されるように、６つの指リンク２０は、下方から見て、各先端部２３が回転しながら内側に寄って行き、各先端部２３の下端が内側に渦巻状の軌跡で入り込むように移動し、各先端部２３の内側に形成されている当該スペースが縮小すると共に、各中間部２２が内接する内接円が縮小する。
【００２７】
そして、引き続き駆動機構３０によって同期回転駆動され、図５（ｂ）に示されるように、閉状態に至った場合、６つの指リンク２０の先端部２３は、下方向から見て重なる。ここでは、下方から見て、中心軸Ｃを含む中央領域で各先端部２３の下端が接触する。これにより、各先端部２３の内側のスペースが閉じられる（各先端部２３の下端の内接円半径が略ゼロとなる）。また、閉状態では、６つの指リンク２０の各中間部は、下方向から見て、第１内接円よりも小径で且つ中心軸Ｃを中心とする第２内接円に内接する。以上により、閉状態では、６つの指リンク２０をカゴのように包み込む構造とすることができる。
【００２８】
なお、閉状態の６つの指リンク２０は、上述した回転方向とは逆方向に駆動機構３０によって同期回転駆動されることで、上述した動作が逆に進行するように動作し、開状態に戻る。
【００２９】
以上、ロボットハンド１では、開状態とした６つの指リンク２０を保持対象に対して下方へ挿し込んで閉状態へ遷移させることで、これらの指リンク２０で囲まれた（内包された）空間によって一定量の保持対象が保持される。このとき、開状態では、各先端部２３の下端の内側にスペースが存在しており、６つの指リンク２０で囲まれた空間の先端側は開かれている。一方、閉状態では、各先端部２３が重なり合って当該スペースが塞がれ、６つの指リンク２０で囲まれた空間の先端側は閉じられ、当該空間とそれ以外とで縁を切ることができる。
【００３０】
これにより、閉じられた当該空間によって保持対象をしっかりと保持することができ、保持対象を指リンク２０との摩擦力だけで保持する必要がなくなる。滑り落ちようとする保持対象を下側から構造的に支えることができ、摩擦係数の低い食品であっても安定把持が可能である。保持した保持対象が指リンク２０から落ちづらくなる。機構的に保持対象を支えるため、当該保持の安定性を高めることができる。したがって、一定量の保持対象を確実に保持することが可能となる。その後、閉状態の当該ロボットハンド１を持ち上げて移動させ、例えば弁当ケースの所定部分の直上にて当該ロボットハンド１を開状態とすることで、一定量の保持対象を所定部分に盛り付けることができる。
【００３１】
ロボットハンド１において、開状態の場合、６つの指リンク２０の各中間部２２は、下方から見て第１内接円に内接する。一方、閉状態の場合、６つの指リンク２０の各中間部は、下方から見て、第１内接円よりも小径の第２内接円に内接する。この構成では、指リンク２０の状態を開状態から閉状態へ遷移させることで、個々の指リンク２０の各先端部２３を内側に入り込むように回転させつつ、各中間部２２を内側に寄せて内接円を狭めて、保持対象を保持することが可能となる。保持対象を一層確実に保持することが可能となる。
【００３２】
ロボットハンド１では、６つの指リンク２０の各基端部２１は、環状に沿って等間隔で位置するように配置されている。６つの指リンク２０それぞれにおいて、先端部２３の下端は、下方から見て基端部２１から離れている。この構成では、各基端部２１が環状に沿って等間隔で位置することから、６つの指リンク２０の内側に空間を効率よく形成することができる。先端部２３の下端が基端部２１上から離れることで、先端部２３の下端が指リンク２０の回転軸上から離れることになるため、指リンク２０を開状態から閉状態へ遷移させた際には、当該空間の先端側のスペースを確実に閉じることができる。したがって、一定量の保持対象を確実に保持する上記効果を効果的に実現することが可能となる。
【００３３】
ロボットハンド１において、駆動機構３０は、モータ３１とギヤ列３２とを有する。このように、１つのモータ３１で駆動機構３０が構成されていることから、６つの指リンク２０の同期回転量を容易に変更することができ、ひいては、ロボットハンド１による保持量（把持量）を容易に変更することが可能となる。
【００３４】
ここで、本実施形態のロボットハンド１の性能を評価する評価試験を行った。保持対象としては、トレーに収容された、油を混ぜたスパゲッティを採用した。評価試験では，保持対象を保持し、持ち上げ、平行に水平方向に移動した上で、一定時間保持を継続できるか否かを評価した。評価試験の結果、１０回の試行で１０回とも成功した。１分以上保持を継続させたとしても、保持対象が落下することは無かった。保持する保持量を、従来ハンドを用いた場合の保持量に対して増加することができた。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００３６】
上記実施形態では、指リンク２０の数は特に限定されず、３つ以上であればよい。上記実施形態では、指リンク２０の配置は特に限定されず、基端部２１が中心軸Ｃから等距離に配置されていればよい。上記実施形態では、指リンク２０の形状も特に限定されない。上記実施形態では、指リンク２０が中間部２２を含まない場合もあり、この場合には、基端部２１の下端に先端部２３が連なる。上記実施形態では、閉状態の場合、下方から見て、６つの指リンク２０の各先端部２３の全てが重なっているが、２つ以上の指リンク２０の先端部２３が重なっていればよい。
【００３７】
上記実施形態では、閉状態で指リンク２０に囲まれた空間の体積が所望の保持量になるように、先端部２３の曲がる角度を調整してもよい。これにより、所望の保持量の保持対象を保持することが容易となる。上記実施形態では、指リンク２０の少なくとも一部の部位は、剛体で構成されていてもよいし、弾性体等の可撓性を有する部材で構成されていてもよい。
【００３８】
上記実施形態では、例えば味噌等の粘性が高い食品を保持対象とする場合、開状態の指リンク２０を保持対象に押し込み、保持対象内で当該指リンク２０を閉じるのに併せて、ベース１０自体を中心軸Ｃを基軸に回転させてもよい。これにより、指リンク２０に囲まれた空間（当該空間内の保持対象）をその周囲の保持対象から切り取ることが可能となる。上記の「等距離」の語は、完全に等しい距離だけでなく、略等しい距離も含む。上記の「等間隔」の語は、完全に等しい間隔だけでなく、略等しい間隔も含む。
【符号の説明】
【００３９】
１…ロボットハンド、１０…ベース、２０…指リンク、２１…基端部、２２…中間部、２３…先端部、２４…クランク部、３０…駆動機構、３１…モータ、３２…ギヤ列、Ｃ…中心軸。
【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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