(57)【要約】【課題】高い精度で把持力を設定する。【解決手段】フィンガ部１２０は、変換機構１３０により矢印Ｘ１，Ｘ２方向に移動する主フィンガ１２１と、主フィンガ１２１に対して相対的に移動可能に主フィンガ１２１に支持された副フィンガ１２２と、副フィンガ１２２を付勢し、主フィンガ１２１に対する副フィンガ１２２の相対移動に伴って伸縮し、伸縮量に対応する弾性力を発生して、該弾性力により副フィンガ１２２に把持力を付与する圧縮コイルバネ１４０と、を有する。制御部２０１は、ワークＷを把持した時を基準にエンコーダ１０３により検出された回転角度の検出値の角度変化量を計測し、ワークＷを把持する把持力を目標把持力に設定するのに必要な目標角度変化量となるように回転駆動源１０２の交流モータ１１１を回転駆動させて角度変化量を変更して、圧縮コイルバネ１４０の弾性力により付与される副フィンガ１２２の把持力を制御する。【選択図】図２
2015214003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフィンガ部、回転駆動源、前記回転駆動源の回転角度を検出する角度検出部、及び前記回転駆動源の回転運動を前記複数のフィンガ部の開閉運動に変換し、前記複数のフィンガ部を、ワークを把持する把持方向又は前記把持方向とは逆方向に動作させる変換機構を有するハンド本体と、
前記回転駆動源を回転駆動させて前記複数のフィンガ部によるワークの把持力を目標把持力に制御する制御部と、を備え、
前記複数のフィンガ部のうち少なくとも１つのフィンガ部は、
前記変換機構に連結され、前記変換機構により前記把持方向又は前記逆方向に移動する支持部材と、
前記支持部材の移動する面内で前記支持部材に対して相対的に移動可能に前記支持部材に支持された把持部材と、
前記把持部材を付勢し、前記支持部材に対する前記把持部材の相対移動に伴って伸縮し、伸縮量に対応する弾性力を発生して、該弾性力により前記把持部材に把持力を付与する弾性部材と、を有し、
前記制御部は、ワークを把持した時を基準に前記角度検出部により検出された回転角度の検出値の角度変化量を計測し、ワークを把持する把持力を前記目標把持力に設定するのに必要な目標角度変化量となるように前記回転駆動源を回転駆動させて前記角度変化量を変更して、前記弾性部材の弾性力により付与される前記把持部材の把持力を制御することを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記目標把持力と前記目標角度変化量との対応関係を記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記対応関係に基づいて、前記目標把持力に対応する前記目標角度変化量を求めることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記支持部材は、前記把持部材に当接して前記把持部材の移動範囲を規定する第１ストッパ及び第２ストッパを有し、
前記弾性部材は、前記把持部材を前記第１ストッパに当接させる方向に付勢し、
前記制御部は、前記目標把持力が、前記把持部材が前記弾性部材の弾性力に抗して前記第２ストッパに当接するときの把持力以下の場合には、前記角度変化量が前記目標角度変化量となるように前記回転駆動源を回転駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記制御部は、前記目標把持力が、前記把持部材が前記弾性部材の弾性力に抗して前記第２ストッパに当接するときの把持力を超える場合には、ワークを把持する把持力が前記目標把持力となるように前記回転駆動源が発生するトルクを制御することを特徴とする請求項３に記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記制御部は、前記角度検出部により検出された回転角度の検出値が原点値から予め設定された設定量変化した値となる時を、ワークを把持した時として、前記角度変化量を計測することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロボットハンド。
【請求項６】
前記把持部材が前記第１ストッパに当接した位置から移動したか否かを検出する移動検出部を更に備え、
前記制御部は、前記移動検出部により前記把持部材が移動したと検出した時を、ワークを把持した時として、前記角度変化量を計測することを特徴とする請求項３又は４に記載のロボットハンド。
【請求項７】
前記把持部材は、前記支持部材に対して揺動可能に支持されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロボットハンド。
【請求項８】
前記把持部材は、
中央部が前記支持部材に揺動可能に支持された把持部材本体と、
前記把持部材本体の先端に設けられ、前記把持部材本体に対して前記把持方向に突出して形成された把持部と、を有し、
前記弾性部材は、前記把持部材本体の中央部と基端との間に接触し、前記把持部材本体を介して前記把持部を前記把持方向に付勢することを特徴とする請求項７に記載のロボットハンド。
【請求項９】
前記弾性部材がバネであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のロボットハンド。
【請求項１０】
前記制御部が前記ハンド本体に設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のロボットハンド。
【請求項１１】
前記回転駆動源が電動モータを有し、
前記角度検出部が前記電動モータの出力軸の回転角度を検出することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のロボットハンド。
【請求項１２】
前記回転駆動源が電動モータ及び減速機構を有し、
前記角度検出部が前記電動モータの出力軸の回転角度又は前記減速機構の出力軸の回転角度を検出することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のロボットハンド。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のロボットハンドと、
前記ロボットハンドのハンド本体が取り付けられたロボット本体と、を備えたロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のフィンガ部を有するハンド本体を備えたロボットハンド、及びロボットハンドを備えたロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットにおいては、多関節アームの先端にワーク（把持対象物）を把持する複数のフィンガ部が直線駆動される平行グリッパ方式のロボットハンドが使用されることが多い。このロボットハンドは、様々な形状、剛性、重量のワークを把持し、搬送あるいは組み付けを行うため、その作業に適した様々な把持力を持つものが考案、製品化されている。
【０００３】
このようなロボットハンドのフィンガ部の直線平行駆動は、交流モータやステッピングモータを駆動源として、ギア等を用いた減速機、カム機構、リンク機構等の様々な減速機構を介し行われる。
【０００４】
ワークを把持する把持力の制御は、モータに流す電流により発生するトルクを制御する力制御（電流制御）で行われることが一般的である。把持力の制御では、フィンガ部にストレインゲージを取り付けたり、フィンガ部の先端のワーク把持部分に圧力センサを取り付けたりして、実際にワークに働く力を検出して把持力の制御精度を高めたものもある。また、把持したワークの微小な位置決めを行い、また不慮の衝突が生じても把持したワークを落下することなく衝撃力を和らげるようにフィンガの先端部分にバネによる吸収機構を設けたロボットハンドも提案されている。
【０００５】
特許文献１には、平行グリッパ方式のロボットハンドが記載されている。この特許文献１には、ステッピングモータの軸に取り付けられた減速機構を介して、リニアガイドに取り付けられたフィンガを直線平行駆動するものが記載されている。特許文献１には、モータの発生するトルク（力）を把持力に変換し、モータに流す電流を制御することで把持力を制御する方法が記載されている。
【０００６】
特許文献２には、フィンガの先端部分にバネによる吸収機構を設けたロボットハンドが記載されている。特許文献２では、各フィンガの途中の関節に回転軸のまわりに回転力を発生するようにバネが取り付けられている。アクチュエータで各フィンガの姿勢を制御すると、アクチュエータの発生する力とバネ力により関節はワークから受ける力に応じて回転して把持力を発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２１２６８８号公報
【特許文献２】特開平６−１４３１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、カメラ、プリンタ等の小型で複雑な構造をした製品に対する自動組立の要求が高まっている。これらの電子機器には、様々な形状の金属あるいは樹脂の部品が使用されており、これらの部品の大半、特に樹脂部品は薄肉で剛性が低く、強く把持すると破損の可能性があり適切な把持力が要求される。また、部品の組み付け時はわずかに変形しても組み付け不能となるので可能な限り弱い力で把持することも要求される。一方、確実な把持が行われないと高速での部品搬送時に部品の脱落が発生する可能性がある。さらに最近では、生産効率の向上を図るため、１台のロボットで数個の部品の組み付けが要求されるようになっており、幅広く高精度の把持力制御が求められている。
【０００９】
しかし、特許文献１に開示されている方法では、減速機構や伝達機構に生じる駆動の瞬間と駆動後とで変化するクーロン摩擦や駆動速度や環境温度で変化する粘性摩擦による負荷変動により把持力制御に誤差を生じ、特に、低把持力の制御性が低化する。例えば、最大把持力が５０［Ｎ］で、制御誤差が±５［Ｎ］の時、５［Ｎ］の把持力に変更するには１／１０の電流を流せば良いが制御誤差はそのまま±５［Ｎ］程度発生する。これは、クーロン摩擦や粘性摩擦による負荷変動によるものなので把持力の大小に関係なくほぼ一定となることからである。従って、特許文献１に記載の制御方法を採用しても、小さな把持力を設定することが困難であった。
【００１０】
これに対し、特許文献２には、各フィンガの途中の関節に回転軸のまわりに回転力を発生するようにバネを取り付け、アクチュエータの発生する力とバネ力により小さな把持力を発生することが記載されている。しかし、特許文献２では、単に小さな把持力を発生させることが記載されているにすぎず、具体的にどのように制御するのか記載されていないため、精度の高い把持力を実現することができなかった。
【００１１】
そこで、本発明は、高い精度で把持力を設定するロボットハンド、及びロボットハンドを備えたロボット装置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】
【００１２】
本発明のロボットハンドは、複数のフィンガ部、回転駆動源、前記回転駆動源の回転角度を検出する角度検出部、及び前記回転駆動源の回転運動を前記複数のフィンガ部の開閉運動に変換し、前記複数のフィンガ部を、ワークを把持する把持方向又は前記把持方向とは逆方向に動作させる変換機構を有するハンド本体と、前記回転駆動源を回転駆動させて前記複数のフィンガ部によるワークの把持力を目標把持力に制御する制御部と、を備え、前記複数のフィンガ部のうち少なくとも１つのフィンガ部は、前記変換機構に連結され、前記変換機構により前記把持方向又は前記逆方向に移動する支持部材と、前記支持部材の移動する面内で前記支持部材に対して相対的に移動可能に前記支持部材に支持された把持部材と、前記把持部材を付勢し、前記支持部材に対する前記把持部材の相対移動に伴って伸縮し、伸縮量に対応する弾性力を発生して、該弾性力により前記把持部材に把持力を付与する弾性部材と、を有し、前記制御部は、ワークを把持した時を基準に前記角度検出部により検出された回転角度の検出値の角度変化量を計測し、ワークを把持する把持力を前記目標把持力に設定するのに必要な目標角度変化量となるように前記回転駆動源を回転駆動させて前記角度変化量を変更して、前記弾性部材の弾性力により付与される前記把持部材の把持力を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高い精度で把持力を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】第１実施形態に係るロボットハンドを示す斜視図である。
【図３】第１実施形態に係るロボットハンドの開閉動作を示す説明図である。
【図４】第１実施形態に係るロボットハンドのフィンガ部がワークの把持を開始した状態を示す説明図である。
【図５】第１実施形態に係るロボットハンドのフィンガ部がワークを目標把持力で把持している状態を示す説明図である。
【図６】第２実施形態に係るロボットハンドの斜視図である。
【図７】第２実施形態に係るロボットハンドの開閉動作を示す説明図である。
【図８】第２実施形態に係るロボットハンドの把持動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す説明図である。図１に示すように、ロボット装置５００は、ロボットハンド３００と、ロボット本体であるロボットアーム４００とを備えている。ロボットハンド３００は、ハンド本体１００と制御基板（プリント回路板）２００とを有して構成されている。制御基板２００は、ハンド本体１００に内蔵されている。ハンド本体１００は、ロボットアーム４００の先端に取り付けられている。ロボットアーム４００の基端は、作業台６００の作業面６０１上に固定されている。
【００１７】
図２は、本発明の第１実施形態に係るロボットハンド３００を示す斜視図である。なお、図２に示すロボットハンド３００の制御基板２００は、説明の都合上、ハンド本体１００の外部に図示している。ロボットハンド３００のハンド本体１００は、板状に形成された基台１０１と、基台１０１の一方の面に取り付けられた回転駆動源１０２と、回転駆動源１０２の回転角度（回転位置）を検出する角度検出部であるエンコーダ１０３とを有している。
【００１８】
回転駆動源１０２は、電動モータである交流モータ１１１と、交流モータ１１１の出力軸の回転を減速して出力する減速機構である減速機１１２とを有している。減速機１１２は、例えば波動歯車減速機である。第１実施形態では、減速機構が減速機１１２のみで構成されるものとしたが、減速機構が減速機と交流モータの出力軸の回転を減速機に伝達する伝達機構とを有する場合であってもよい。また、回転駆動源１０２が、減速機構を有しておらず、交流モータ１１１等の電動モータのみで構成されていてもよい。また、電動モータが交流モータである場合について説明するが、ステッピングモータ等であってもよい。
【００１９】
エンコーダ１０３は、ロータリエンコーダであり、例えばインクリメンタル型のロータリエンコーダやアブソリュート型のロータリエンコーダである。エンコーダ１０３は、第１実施形態では、交流モータ１１１の出力軸（回転子）の回転角度（回転位置）を検出するものであるが、減速機１１２の出力軸１１２Ａの回転角度（回転位置）を検出するものであってもよい。
【００２０】
ハンド本体１００は、複数（第１実施形態では２本）のフィンガ部１２０，１２０を有している。複数のフィンガ部１２０のうち少なくとも１つのフィンガ部、第１実施形態では全てのフィンガ部１２０は、それぞれ、支持部材である主フィンガ１２１と、把持部材である副フィンガ１２２とを有している。
【００２１】
また、ハンド本体１００は、回転駆動源１０２（具体的には減速機１１２の出力軸）の回転運動を複数のフィンガ部１２０，１２０の開閉運動（直線運動）に変換する変換機構１３０を有している。変換機構１３０は、回転駆動源１０２から伝達した駆動力により、複数のフィンガ部１２０，１２０を、ワークＷを把持する把持方向（閉鎖方向）である矢印Ｘ１方向又は把持方向とは逆方向（開放方向、把持解放方向）である矢印Ｘ２方向に動作させる。第１実施形態では、変換機構１３０は、ラックアンドピニオン機構である。
【００２２】
基台１０１には、回転駆動源１０２の出力軸、つまり減速機１１２の出力軸１１２Ａが貫通する貫通孔が形成されており、出力軸１１２Ａの先端が、基台１０１の他方の面側に突出している。
【００２３】
変換機構１３０は、出力軸１１２Ａに取り付けられたピニオンギア１３１と、ピニオンギア１３１に噛合する２つのラックギア１３２，１３２とを有する。各ラックギア１３２にはリニアガイド１３３が固定されている。基台１０１の他方の面には、互いに間隔をあけて平行に配置された２つのリニアガイドレール１３４，１３４が固定されている。各リニアガイドレール１３４には鋼球により支持されたリニアガイド１３３が配置され、各リニアガイド１３３が、各リニアガイドレール１３４に沿って直線移動可能となっている。
【００２４】
主フィンガ１２１は、変換機構１３０のラックギア１３２に連結され、変換機構１３０のラックギア１３２と共に把持方向である矢印Ｘ１方向と逆方向である矢印Ｘ２方向に移動する。
【００２５】
副フィンガ１２２は、主フィンガ１２１の移動する面内で主フィンガ１２１に対して相対的に移動可能に主フィンガ１２１に支持されている。第１実施形態では、副フィンガ１２２は、主フィンガ１２１の移動する面内で主フィンガ１２１に対して正逆方向（矢印Ｘ１，Ｘ２方向）に揺動可能に支持されている。
【００２６】
上述したように、ピニオンギア１３１のギア部には、各ラックギア１３２のギア部が噛み合っているので、減速機１１２を介した交流モータ１１１の回転駆動力が直線駆動力として各ラックギア１３２に伝達される。各ラックギア１３２には、それぞれ主フィンガ１２１が取り付けられているので、ラックギア１３２の直線動作により平行に開閉動作する。つまり、フィンガ部１２０全体が、互いに近接又は離間する矢印Ｘ１，Ｘ２方向に開閉駆動される。
【００２７】
主フィンガ１２１は、副フィンガ１２２に当接して副フィンガ１２２の移動範囲（揺動範囲）を規定する第１ストッパである閉鎖側ストッパ１２３及び第２ストッパである開放側ストッパ１２４を有している。副フィンガ１２２は、開放側ストッパ１２４および閉鎖側ストッパ１２３により開放方向である矢印Ｘ２方向および閉鎖方向である矢印Ｘ１方向に位置が規制される。
【００２８】
フィンガ部１２０は、副フィンガ１２２を付勢し、主フィンガ１２１に対する副フィンガ１２２の相対移動に伴って伸縮し、伸縮量に対応する弾性力を発生して、弾性力により副フィンガ１２２に把持力を付与する圧縮コイルバネ（弾性部材）１４０を有する。圧縮コイルバネ１４０は、副フィンガ１２２を閉鎖側ストッパ１２３に当接させる方向、つまり閉鎖方向である矢印Ｘ１方向に付勢する。
【００２９】
副フィンガ１２２の構成について更に詳細に説明する。副フィンガ１２２は、把持部材本体である棒状の本体１２２Ａと、本体１２２Ａの先端に設けられ、本体１２２Ａに対して把持方向である矢印Ｘ１方向に突出して形成された把持部１２２Ｂとを有する。本体１２２Ａは、中央部が揺動軸１２５を中心に揺動可能に主フィンガ１２１に支持されている。
【００３０】
なお、環状のワークの内周面を把持する場合には、副フィンガの把持部は、矢印Ｘ２方向に突出するよう形成すればよい。この場合、開放方向である矢印Ｘ２方向が把持方向となり、閉鎖方向である逆方向の矢印Ｘ１方向が把持解放方向となる。
【００３１】
圧縮コイルバネ１４０は、主フィンガ１２１と本体１２２Ａとの間に配置され、本体１２２Ａの中央部と基端との間に接触し、圧縮により本体１２２Ａを矢印Ｘ２方向に付勢することで、本体１２２Ａを介して把持部１２２Ｂを矢印Ｘ１方向に付勢する。
【００３２】
各主フィンガ１２１は、互いに対向する側面に形成された、矢印Ｘ１方向に突出する当接部１２６を有している。主フィンガ１２１を最大に閉じた状態にあるときに当接部１２６，１２６同士が当接する。
【００３３】
制御基板２００は、半導体（制御回路）で構成された制御部２０１と、半導体（メモリ回路）で構成された記憶部２０２とを備えている。制御部２０１は、回転駆動源１０２の交流モータ１１１を回転駆動させて複数のフィンガ部１２０，１２０によるワークＷの把持力を、外部の制御コントローラ（不図示）から取得した目標把持力（設定把持力、把持力指令値）に制御する。
【００３４】
次に、ロボットハンド３００の動作について説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係るロボットハンドの開閉動作を示す説明図であり、図３（ａ）は複数のフィンガ部１２０，１２０を最大に開いた状態、図３（ｂ）は複数のフィンガ部１２０，１２０を最大に閉じた状態を示している。
【００３５】
図３（ａ）には、ロボットハンド３００のハンド本体１００の動作開始時の状態が示されており、各リニアガイド１３３は開放側（外側）に手動で移動され、主フィンガ１２１は最大に開いた状態にある。副フィンガ１２２は、圧縮コイルバネ１４０の弾性力（バネ付勢）により閉鎖側ストッパ１２３に当接している。
【００３６】
次に、原点検出動作を行う。交流モータ１１１の駆動により各リニアガイド１３３が閉鎖方向である矢印Ｘ１方向に動作させ、図３（ｂ）に示すように、副フィンガ１２２の把持部１２２Ｂと同一位置に設定されている主フィンガ１２１の当接部１２６同士を当接させる。これにより各リニアガイド１３３は停止する。
【００３７】
このとき、制御部２０１は、エンコーダ１０３により検出された検出値（位置）を原点として、図２に示す記憶部２０２に原点値（動作原点）を記憶（設定）する。この後、ワーク把持動作の準備として図３（ａ）の状態に戻る。
【００３８】
図４は、フィンガ部１２０，１２０がワークＷの把持を開始した状態を示す説明図である。なお、ワークＷは、作業台６００の作業面６０１に載置されている。図２に示す記憶部２０２には、図４に示すワークＷの把持開始となる位置が、予め記憶（設定）されている。把持開始位置の設定について具体的に説明すると、まず、図３（ａ）に示すようにフィンガ部１２０，１２０を最大に開いた状態まで移動させる。次に、ワークＷを用意し作業者が目視しながらワークＷをフィンガ部１２０，１２０が把持するまで、フィンガ部１２０，１２０を、原点値から矢印Ｘ１方向（把持方向）に移動させる。
【００３９】
制御部２０１は、フィンガ部１２０，１２０によりワークＷの把持を開始した時点（位置）での原点値からの変化量を、エンコーダ１０３の検出結果から取得する。このとき、把持部１２２ＢはワークＷに接触しているが、ワークＷを把持する把持力は０又は０と見做せる把持力、つまりワークＷを把持する把持力が発生していない。制御部２０１は、この変化量を設定量として記憶部２０２に記憶（設定）させておく。なお、この説明ではワークＷを用いたが、ワークＷの基準器を用いてもよい。つまり、この把持位置の設定で用いるワークＷ又は基準器は、把持治具ということになる。
【００４０】
図５は、フィンガ部１２０，１２０がワークＷを目標把持力で把持している状態を示す説明図である。図５（ａ）は目標把持力が閾値以下の弱い把持力の場合、図５（ｂ）は目標把持力が閾値を超える強い把持力の場合を示している。
【００４１】
ここで、圧縮コイルバネ１４０は、伸縮量（圧縮量）に比例した弾性力を発生する。したがって、圧縮コイルバネ１４０を伸縮させる副フィンガ１２２には、圧縮コイルバネ１４０の弾性力に比例した把持力が発生する。つまり、副フィンガ１２２が開放側ストッパ１２４に当接するまでは、圧縮コイルバネ１４０の伸縮量（圧縮量）に比例した把持力が発生する。よって、ワークＷの把持を開始した時点から矢印Ｘ１方向に主フィンガ１２１を移動させたときの主フィンガ１２１の位置の変化量、即ち回転駆動源１０２（交流モータ１１１）の回転角度の角度変化量に比例した把持力が発生する。
【００４２】
ワークＷを弱い把持力で把持する場合、交流モータ１１１の駆動により図４の状態から更に図５（ａ）に示すように主フィンガ１２１を矢印Ｘ１方向に動作させると、副フィンガ１２２は矢印Ｘ２方向にワークＷに押圧される。
【００４３】
これにより、副フィンガ１２２は、圧縮コイルバネ１４０の弾性力（バネ付勢）に抗して、揺動軸１２５を中心に矢印Ｘ２方向に揺動し、圧縮コイルバネ１４０の圧縮量に比例した矢印Ｘ１方向の把持力を副フィンガ１２２の把持部１２２Ｂに発生する。
【００４４】
第１実施形態では、制御部２０１は、ワークＷを把持した時を基準にエンコーダ１０３により検出された回転角度の検出値の角度変化量を計測する。そして、制御部２０１は、ワークＷを把持する把持力を目標把持力に設定するのに必要な目標角度変化量となるように交流モータ１１１を回転駆動させて角度変化量を変更する。これにより、制御部２０１は、圧縮コイルバネ１４０の弾性力により付与される副フィンガ１２２の把持力を制御する。
【００４５】
ここで、記憶部２０２には、目標把持力と目標角度変化量との対応関係（テーブルデータ、又は演算式）が予め記憶されている。つまり、把持力と角度変化量とは比例関係にあるので、目標把持力と目標角度変化量との間にも比例関係があり、目標把持力を目標角度変化量に変換することができる。よって、第１実施形態では、制御部２０１は、記憶部２０２に記憶された対応関係に基づいて、目標把持力に対応する目標角度変化量を求める。そして、制御部２０１は、エンコーダ１０３による検出角度の角度変化量が目標角度変化量となるように交流モータ１１１を回転駆動する。
【００４６】
このように、圧縮コイルバネ１４０のバネ定数（弾性係数）より求められる目標把持力に対する撓み量を、各リニアガイド１３３のワークＷの副フィンガ１２２の当接位置からの移動量とすることにより、目標把持力でワークＷを把持することになる。
【００４７】
なお、ワークＷの副フィンガ１２２の把持部１２２Ｂの当接位置（原点値からの変化量）は、ワークＷの予め分かる寸法とエンコーダ１０３によるリニアガイド１３３の移動量から算出でき、上述したように予め記憶部２０２に設定値として設定されている。そして制御部２０１は、エンコーダ１０３により検出された回転角度の検出値が原点値から予め設定された設定量変化した値となる時を、ワークＷを把持した時として、原点値からの角度変化量を計測する。
【００４８】
以上、閾値以下の弱い把持力の設定範囲は、副フィンガ１２２が閉鎖側ストッパ１２３に当接している位置から揺動動作して開放側ストッパ１２４に当接するまでに圧縮コイルバネ１４０を撓ませて発生する力によって決まる。即ち、制御部２０１は、目標把持力が、副フィンガ１２２が圧縮コイルバネ１４０の弾性力に抗して開放側ストッパ１２４に当接するときの把持力以下の場合には、角度変化量が目標角度変化量となるように回転駆動源１０２の交流モータ１１１を回転駆動する。
【００４９】
このように、目標把持力が閾値以下の弱い把持力の場合には、エンコーダ１０３を用いた交流モータ１１１の位置制御により圧縮コイルバネ１４０の弾性力を変化させて把持力を変化させている。したがって、圧縮コイルバネ１４０のバネ定数（弾性係数）を設定することにより、弱い把持力を実現することができる。
【００５０】
つまり、弱い把持力は、ワークＷにおいて把持部１２２Ｂに把持される部分の幅と主フィンガ１２１の位置から決まる圧縮コイルバネ１４０の変位、つまり、圧縮コイルバネ１４０の撓み量によって設定される。主フィンガ１２１の位置決め精度は、交流モータ１１１に取り付けられたエンコーダ１０３の精度にもよるが数ミクロンから数十ミクロン程度であり、一方、圧縮コイルバネ１４０の撓み量あるいは撓みによるバネ力は、自由に設計することができる。従って、弱い把持力の設定は、ロボット毎に要求される把持力および精度に合わせバネを交換することによって対応することができ、幅広い把持力の設定を高精度に行うことが可能となる。
【００５１】
主フィンガ１２１の位置決め制御は、主フィンガ１２１の移動を一定した速度で行うことが可能なので、弱い把持力を力制御で設定するように速度を落とす必要がなく、作業時間が長くなるのを防止できる。
【００５２】
次に、閾値を超える強い把持力でワークＷを把持する把持動作について説明する。図４の状態から交流モータ１１１に閾値を超える強い把持力のトルクを発生させる電流を流すことにより、交流モータ１１１を回転駆動させ、各リニアガイド１３３を閉鎖動作させる。これにより、副フィンガ１２２の把持部１２２ＢがワークＷに当接した後、さらに、交流モータ１１１の駆動により各リニアガイド１３３が閉鎖動作を続ける。そして、図５（ａ）に示すように、副フィンガ１２２がワークＷに押され圧縮コイルバネ１４０のバネ付勢に抗して揺動軸１２５まわりに揺動動作を行い、開放側ストッパ１２４に当接するまで揺動する。
【００５３】
更に、交流モータ１１１には、閾値を超える強い把持力のトルクを発生させる電流が流れているので、図５（ｂ）に示すように、各リニアガイド１３３が閉鎖動作を継続する。副フィンガ１２２は、開放側ストッパ１２４に当接した状態で主フィンガ１２１と共に閉鎖動作を行い、副フィンガ１２２のワークＷの把持部１２２Ｂには交流モータ１１１に発生するトルクに相当する強い把持力が発生する。
【００５４】
つまり、制御部２０１は、目標把持力が、副フィンガ１２２が圧縮コイルバネ１４０の弾性力に抗して開放側ストッパ１２４に当接するときの把持力（閾値）を超える場合には、交流モータ１１１に供給する電流の電流制御を行う。具体的に説明すると、制御部２０１は、ワークＷを把持する把持力が目標把持力となるように交流モータ１１１が発生するトルク（力）を交流モータ１１１に供給する電流で制御する。
【００５５】
例えば、目標把持力の設定の上限値が５０［Ｎ］である場合には、電流制御により調整可能な範囲の下限値は約５［Ｎ］程度である。従って、制御部２０１は、５［Ｎ］を閾値とし、５［Ｎ］以下の弱い把持力を実現する場合には、上述した位置制御を行い、５［Ｎ］を超える強い把持力を実現する場合は、電流制御を行う。
【００５６】
電流制御において、副フィンガ１２２が開放側ストッパ１２４に当接した後は、主フィンガ１２１の位置（エンコーダ１０３の検出角度）が変化しても、主フィンガ１２１に対する副フィンガ１２２の揺動位置が変化しない。そのため、圧縮コイルバネ１４０の圧縮量は変化しない。したがって、把持力が閾値を超えた場合には、圧縮コイルバネ１４０により付与される把持力は一定となり、交流モータ１１１のトルクの変化に応じて把持力が変化する。
【００５７】
つまり、強い把持力の設定は、交流モータ１１１に把持力に相当する電流を流すことにより、主フィンガ１２１が把持閉鎖動作を行う。これにより、副フィンガ１２２がワークＷに当接し、圧縮コイルバネ１４０を撓ませ、副フィンガ１２２が開放側ストッパ１２４に回転し切った状態になり、主フィンガ１２１と副フィンガ１２２とが一体となった状態で把持力が発生する。
【００５８】
このように、第１実施形態によれば、圧縮コイルバネ１４０の伸縮量（圧縮量）に応じた把持力を、エンコーダ１０３により検出した検出角度に基づく位置制御により設定することができるので、高い精度で把持力を設定することができる。特に、交流モータ１１１に供給する電流の電流制御により設定可能な把持力よりも弱い把持力を高精度に設定することができる。
【００５９】
また、位置制御と電流制御とを組み合わせることにより、弱い把持力から強い把持力まで、幅広い範囲で高精度に把持力を設定することができる。
【００６０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るロボットハンドについて説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係るロボットハンドの斜視図である。なお、図６に示すロボットハンド１３００において、上記第１実施形態で説明したロボットハンド３００と共通の構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。第２実施形態のロボットハンド１３００は、上記第１実施形態のロボットハンド３００の各構成に加え、移動検出部である回転検出スイッチ１５０を更に備えたものであり、それ以外の構成は上記第１実施形態と同様である。なお、制御基板２００は、ロボットハンド１３００のハンド本体１１００に内蔵されているが、図６においては、説明の都合上、ハンド本体１１００の外部に図示している。
【００６１】
ハンド本体１１００の各フィンガ部１１２０は、主フィンガ１２１、副フィンガ１２２、圧縮コイルバネ１４０の他、図６に示すように、移動検出部である回転検出スイッチ１５０を有している。回転検出スイッチ１５０は、各主フィンガ１２１に配置されている。各回転検出スイッチ１５０は、副フィンガ１２２がワークＷを把持して圧縮コイルバネ１４０を圧縮し回動し始めることを検出する。即ち、各回転検出スイッチ１５０は、副フィンガ１２２が閉鎖側ストッパ１２３に当接した位置から移動（揺動）したか否かを検出する。
【００６２】
上記第１実施形態では、制御部２０１は、エンコーダ１０３により検出された回転角度の検出値が原点値から予め設定された設定量変化した値となる時を、ワークＷを把持した時として、角度変化量を計測した。第２実施形態では、制御部２０１は、回転検出スイッチ１５０により副フィンガ１２２が揺動したと検出した時を、ワークＷを把持した時として、ワークＷを把持した時を基準にエンコーダ１０３により検出された回転角度の検出値の角度変化量を計測する。これにより、把持対象物であるワークＷの形状が変わる場合についても対応することができる。
【００６３】
次に、ロボットハンド１３００の動作について説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係るロボットハンドの開閉動作を示す説明図であり、図７（ａ）は複数のフィンガ部１１２０，１１２０を最大に開いた状態、図７（ｂ）は複数のフィンガ部１１２０，１１２０を最大に閉じた状態を示している。
【００６４】
図７（ａ）には、ロボットハンド１３００のハンド本体１１００の動作開始時の状態が示されており、各リニアガイド１３３は開放側（外側）に手動で移動され、主フィンガ１２１は最大に開いた状態にある。副フィンガ１２２は、圧縮コイルバネ１４０の弾性力（バネ付勢）により閉鎖側ストッパ１２３に当接している。
【００６５】
次に、原点検出動作を行う。交流モータ１１１の駆動により各リニアガイド１３３が閉鎖方向である矢印Ｘ１方向に動作させ、図７（ｂ）に示すように、副フィンガ１２２の把持部１２２Ｂと同一位置に設定されている主フィンガ１２１の当接部１２６同士を当接させる。これにより各リニアガイド１３３は停止する。
【００６６】
このとき、制御部２０１は、エンコーダ１０３により検出された検出値（位置）を原点として、図６に示す記憶部２０２に原点値（動作原点）を記憶（設定）する。この後、ワーク把持動作の準備として図７（ａ）の状態に戻る。
【００６７】
次に、閾値以下の弱い把持力でワークＷを把持する把持動作について説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係るロボットハンドの把持動作を示す説明図である。図８（ａ）はフィンガ部１１２０，１１２０がワークＷの把持を開始した状態、図８（ｂ）はフィンガ部１１２０，１１２０が閾値以下の弱い把持力でワークＷを把持した状態を示している。
【００６８】
図８（ａ）では、交流モータ１１１の駆動により各リニアガイド１３３が閉鎖動作し、ワークＷに副フィンガ１２２の把持部１２２Ｂが当接した状態を示したもので、ワークＷを把持する力は発生していない。
【００６９】
さらに、交流モータ１１１の駆動により各リニアガイド１３３が閉鎖動作を続けると、副フィンガ１２２は、図８（ｂ）に示すように、ワークＷに押されて圧縮コイルバネ１４０の弾性力（バネ付勢）に抗して揺動軸１２５を中心に揺動する。
【００７０】
この時、主フィンガ１２１に取り付けられた回転検出スイッチ１５０が、副フィンガ１２２の揺動を検出してオンとなる。そして、上記第１実施形態と同様、圧縮コイルバネ１４０のバネ定数より求められる目標把持力に対する撓み量を各リニアガイド１３３のワークＷの副フィンガ１２２の当接位置からの移動量とすることにより目標把持力でワークＷを把持することになる。
【００７１】
このように、ワークＷと副フィンガ１２２の把持部１２２Ｂとの当接位置は、主フィンガ１２１に取り付けられた回転検出スイッチ１５０が、副フィンガ１２２の揺動でオンとなる位置で検知できる。
【００７２】
つまり、制御部２０１は、ワークＷを把持した時を、回転検出スイッチ１５０が揺動を検出した時として、この時を基準にエンコーダ１０３により検出された回転角度の検出値の角度変化量を計測する。そして制御部２０１は、目標把持力が、副フィンガ１２２が圧縮コイルバネ１４０の弾性力に抗して開放側ストッパ１２４に当接するときの把持力以下の場合には、角度変化量が目標角度変化量となるように交流モータ１１１を回転駆動する。
【００７３】
なお、閾値以下の弱い把持力の設定範囲は、副フィンガ１２２が閉鎖側ストッパ１２３に当接している位置から回転動作して開放側ストッパ１２４に当接するまでに圧縮コイルバネ１４０を撓ませて発生する力によって決まる。
【００７４】
閾値を超える強い把持力で把持する把持動作は上記第１実施形態と同じため説明を省略する。
【００７５】
以上、第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様、弱い把持力から強い把持力まで幅広い範囲で高精度に把持力の設定が行える。
【００７６】
また、第２実施形態では、回転検出スイッチ１５０が、副フィンガ１２２がワークＷに接触し揺動し始めたことを検出することで、副フィンガ１２２がワークＷに接触した位置を検出している。これにより、把持する実際のワークＷに対して弱い把持力を設定することが可能となり、ワークＷの寸法精度が低くても、また、ワークＷの置かれた位置がずれても、高精度の把持力の設定が行える。さらに、何らかの異常動作によるワークの脱落も検出できる。
【００７７】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
【００７８】
上記実施形態では、副フィンガ１２２が主フィンガ１２１に対して揺動軸１２５まわりに揺動（正逆方向に回転）する場合について説明したが、これに限定するものではなく、副フィンガが主フィンガに対して直線移動する場合であってもよい。
【００７９】
また、上記実施形態では、弾性部材が、圧縮コイルバネ１４０である場合について説明したが、引張コイルバネ等、他のバネであってもよく、またバネに限らず、ゴムであってもよい。
【００８０】
また、上記実施形態では、制御基板２００がハンド本体に内蔵されている場合について説明したが、ハンド本体の外部に配置されていてもよい。
【００８１】
また、上記実施形態では、フィンガ部が２本の場合について説明したが、３本以上であっても構わない。
【符号の説明】
【００８２】
１００…ハンド本体、１０２…回転駆動源、１０３…エンコーダ（角度検出部）、１２０…フィンガ部、１２１…主フィンガ（支持部材）、１２２…副フィンガ（把持部材）、１３０…変換機構、１４０…圧縮コイルバネ（弾性部材）、２０１…制御部、３００…ロボットハンド、４００…ロボットアーム（ロボット本体）、５００…ロボット装置
【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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