(57)【要約】【課題】多様な形状のワークにも対応して確実に保持することができるロボットハンドを、シンプルな構成により低コストで提供する。【解決手段】ロボット腕部１の先端から延設される複数の指部２と、各指部２に配される吸盤部３と、ロボット腕部１と指部２を角度変更自在に連結させる関節部５とを具備するロボットハンドとし、各吸盤部３の姿勢を変更自在に設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット腕部の先端から延設される複数の指部と、各指部に配される吸盤部とを具備するとともに、各吸盤部の姿勢を変更自在に設けて成ることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
ロボット腕部と各指部を角度変更自在に連結させる関節部を具備す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】
指部を、複数の指節部と、隣接する指節部同士を角度変更自在に連結させる関節部とで形成し、各指節部に吸盤部を配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】
関節部に設置される角度検出器を具備することを特徴とする請求項２又は３に記載のロボットハンド。
【請求項５】
関節部に設置される角度変更用のアクチュエータを具備することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項６】
角度変更用のアクチュエータとして、超音波モータを具備することを特徴とする請求項５に記載のロボットハンド。
【請求項７】
角度変更用のアクチュエータとして、形状記憶合金を具備することを特徴とする請求項５に記載のロボットハンド。
【請求項８】
ロボット腕部の先端中央に配される中央吸盤部と、中央吸盤部に着脱自在に装着されるとともに先端にドライバを有するドライバビットとを具備することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項９】
ロボット腕部側に、先端のドライバが軸中心に回転するようにドライバビットを一体に回転させる回転モータを具備することを特徴とする請求項８に記載のロボットハンド。
【請求項１０】
ドライバビット側に、先端のドライバを軸中心に回転させる回転モータを具備することを特徴とする請求項８に記載のロボットハンド。
【請求項１１】
ドライバビットから螺子が脱落したことを検知する脱落検知手段を具備することを特徴とする請求項８〜１０のいず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、ワークを保持することができるロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ワークを保持して組立作業等を行うためのロボットハンドとして、例えば特許文献１に開示されるように、ロボット腕部の先端に吸着パッドを備え、この吸着パッドを押し当ててエア吸引によりワークを吸着させる構成のものが知られている。しかし、このように単に吸着パッドを備えただけの構成であれば、所定形状を有する特定のワークでないと確実に保持することが困難であるという問題がある。
【０００３】
これに対して、例えば特許文献２に開示されるように人間の手のような複数本の指部を有し、これら複数本の指部でワークを挟み込むことでワークの保持を行う構成のロボットハンドも知られている。このような構造のロボットハンドを用いれば、多様な形状のワークに対応して確実に把持することができる。しかし、上記ロボットハンドは構造や制御が複雑であり、そのために低コストで提供することが困難であるという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−１６５０８１
【特許文献２】特開２００６−３４６７９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、多様な形状のワークにも対応して確実に保持することができるロボットハンドを、シンプルな構成により低コストで提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明を、ロボット腕部１の先端から延設される複数の指部２と、各指部２に配される吸盤部３とを具備するとともに、各吸盤部３の姿勢を変更自在に設けて成ることを特徴とするロボットハンドとする。このようにすることで、大きな平坦面を有するような特定形状のワークに限らず多様な形状のワークであっても、この姿勢変更自在な複数の吸盤部３を用いて確実に保持することができる。加えて、構造や制御はシンプルなので低コストで提供可能となる。
【０００６】
また上記構成のロボットハンドにおいては、ロボット腕部１と各指部２を角度変更自在に連結させる関節部５を具備することが好適である。このようにすることで、各指部２がそれぞれ角度変更をしながらワークを保持することができ、更に多様な形状のワークにも対応可能となる。
【０００７】
また、指部２を、複数の指節部９ａ，９ｂ，…と、隣接する指節部９ａ，９ｂ，…同士を角度変更自在に連結させる関節部１０とで形成し、各指節部９ａ，９ｂ，…に吸盤部３を配することも好適である。このようにすることで、大きさや形状が異なるワークに対しても各指部２が対応して折れ曲がり、多数の吸盤部３によりワークを確実に保持することができる。
【０００８】
また、関節部５，１０に設置される角度検出器を具備することも好適である。このようにすることで、検出される角度情報を基にして、保持されるワークとロボットハンドとの位置関係を推定することができ、これにより精密な組立作業が可能となる。
【０００９】
また、関節部５，１０に設置される角度変更用のアクチュエータを具備することも好適である。このようにすることで、各関節部５，１０の角度を任意に変更することができ、微妙な位置制御が可能となるので、精密な組立作業が可能となる。
【００１０】
ここで、角度変更用のアクチュエータとしては、超音波モータ１１や形状記憶合金１２を具備することが好適である。超音波モータ１１を用いた場合には、その寸法に対して大きなトルクを発生させることで小型軽量化が実現され、形状記憶合金１２を用いた場合には、ワークに対して吸盤部３を弾性的に当てることが可能となる。
【００１１】
更に、上記構成のロボットハンドにおいては、ロボット腕部１の先端中央に配される中央吸盤部１３と、中央吸盤部１３に着脱自在に装着されるとともに先端にドライバ１５ｂを有するドライバビット１５とを具備することも好適である。このようにすることで、組立作業等のワークを保持して行う作業と、ドライバを用いて行う締結作業を、一つのロボットハンドによって実現することができる。
【００１２】
そしてドライバビット１５を回転させる手段としては、ロボット腕部１側に、先端のドライバ１５ｂが軸中心に回転するようにドライバビット１５を一体に回転させる回転モータを具備することや、或いは、ドライバビット１５側に、先端のドライバ１５ｂを軸中心に回転させる回転モータ１８を具備することが好適である。例えば水平多関節型のロボット腕部１には軸中心に回転可能なものが多いので、このようにロボット腕部１側の回転モータを用いる構成とすれば、特別な構成を付加せずともドライバビット１５が回転可能となる。また、ドライバビット１５側に回転モータ１８を備える構成とすれば、軸中心に回転不能なロボット腕部１であっても適用可能である。
【００１３】
また、ドライバビット１５から螺子１６が脱落したことを検知する脱落検知手段を具備することも好適である。このようにすることで、磁気吸引力等により先端のドライバ１５ｂに保持させた螺子１６が運搬中等に落下した際にも、速やかにこれを検知して対処することが可能となる。
【００１４】
なお、以上述べた各構成は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜組合せ可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、多様な形状のワークにも対応して確実に保持することができるロボットハンドを、シンプルな構成により低コストで提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。図１には、本発明の実施形態における第１例のロボットハンドを示している。図示の如く本例のロボットハンドは、位置及び姿勢が制御自在なロボット腕部１の先端から左右対称に延設される一対の指部２と、各指部２の先端部分に一つずつ配される吸盤部３と、各吸盤部３に接続して該吸盤部３内のエアを吸引するホース４と、各ホース４に接続して吸引力を発生させるポンプ（図示せず）とを具備している。
【００１７】
一対の指部２は一直線状に一体形成されており、関節部５を介することで、ロボット腕部１に対して角度変更自在となっている。換言すれば、一対の指部２によって棒状を成す支持部材６を形成し、この支持部材６の中央に関節部５を介してロボット腕部１を回動自在に連結させ、支持部材６の軸方向の両端部分に吸盤部３を設けた構造である。
【００１８】
各吸盤部３は、同一方向（図示例では下方）を向くように各指部２に設置されるとともに、ボールジョイント７を介することで、上記同一方向を中心とする所定範囲内にて三次元的に回転自在となっている。なお、吸盤部３の設置箇所は各指部２の先端部分に限定されず、各指部２の先端部分から中央部分にかけての箇所に少なくとも一つずつ設置してあればよい。また指部２の数も二本に限定されず、三本以上備えてあってもよい。
【００１９】
本例にあっては、このようにボールジョイント７を介して各吸盤部３が独立して姿勢変更自在となっているので、図１（ｂ）に示すような平坦面を備えない任意形状のワークＷを保持する場合であっても、ロボット腕部１を駆動して吸盤部３をワークＷの外表面に近づけるとともにホース４を通じて吸盤部３からエア吸引を行うことで、各指部２の吸盤部３が姿勢変更しながらワークＷの外表面に吸着し、ワークＷを確実に保持するものである。
【００２０】
次に、本発明の実施形態における第２例のロボットハンドについて図２に基づいて説明するが、上記した第１例と同様の構成については詳しい説明を省略する。本例のロボットハンドにおいては、一対の指部２を一体に形成するのではなく、関節部５を介して、各指部２を独立してロボット腕部１に回転自在に連結させている。また、本例においては一例のようなボールジョイント７を設けてなく、各吸盤部３は同一方向（図示例では下方）を向けて指部２に固定させてある。
【００２１】
各指部２は、一対の指部２が一直線状を成すように逆方向に延設された初期姿勢（図２（ａ）参照）から、各指部２の吸盤部３を固定してある側を互いに接近させた略ヘ字状の保持姿勢（図２（ｂ）参照）に至るまでの範囲内で、回転可能である。指部２には、両指部２を上記初期姿勢に復帰させるための付勢力を与えるばね部材８が備えてあり、負荷のない状態では吸盤部３同士が最も離間した初期姿勢となるように設けている。本例においても換言すれば、一対の指部２によって、一直線状を成す初期姿勢から略ヘ字状を成す保持姿勢にまで屈折可能な棒状の支持部材６を形成し、支持部材６を初期姿勢に復帰させるばね部材８を備え、更に支持部材６の軸方向の両端部分において屈折時に互いに接近する側の面に吸盤部３を固定した構造である。なお、各指部２と吸盤部３との間に更にボールジョイント７を介在させてあっても構わない。
【００２２】
このように本例にあっては、関節部５を介して、各指部２延いては各吸盤部３が独立して姿勢変更自在となっている。したがって、図２（ｂ）に示すような平坦面を備えない任意形状のワークＷを保持する場合であっても、ロボット腕部１を駆動して吸盤部３をワークＷの外表面に近づけるとともにホース４を通じて吸盤部３からエア吸引を行うことで、各指部２及びその先端に固定される各吸盤部３は、各々が姿勢を変更しながらワークＷの外表面に吸着し、ワークＷを両側から確実に保持するものである。
【００２３】
次に、本発明の実施形態における第３例のロボットハンドについて図３に基づいて説明するが、上記した第２例と同様の構成については詳しい説明を省略する。本例のロボットハンドの各指部２は、一対の指節部９ａ，９ｂを、関節部１０を介して角度変更自在に連結させて形成している。各指節部９ａ，９ｂには、その先端部分に吸盤部３を固定するとともにエア吸引用のホース４を接続させており、都合４箇所の吸盤部３からエアが吸引される構成となっている。
【００２４】
図３（ａ）に示すように各指部２は、初期姿勢においては先端側の指節部９ａをロボット腕部１側に屈折させて待機させるものであり、通常時は根元側の指節部９ｂのみを第２例の指部２のように用いてワークＷを保持する。そして、根元側の指節部９ｂのみでは掴み難いような大型のワークＷを保持する際に、図３（ｂ）のように根元側の指節部９ｂと共に先端側の指節部９ａを利用する。
【００２５】
指節部９ａ，９ｂ同士の関節部１０には、角度変更用のアクチュエータを成す空圧式の回転シリンダ（図示せず）が内装してあり、先端側の指節部９ａを利用する際には、該指節部９ａのホース４からエア吸引を行うことで関節部１０の回転シリンダーを連動させ、該指節部９ａをワークＷ側に向けて回動させる。そして、都合四箇所の吸盤部３をワークＷの外表面に近づけるとともにエア吸引を継続することで、各吸盤部３を適宜の姿勢にてワークＷの外表面に吸着させ、ワークＷを確実に保持させる。
【００２６】
また、各関節部５，１０には、ロータリーエンコーダから成る角度検出器（図示せず）が備えてあり、図３（ｂ）に示すようにワークＷを掴んだ状態において該角度検出器から検出される角度情報と、予め入力してある各指節部９ａ，９ｂの長さやワークＷの形状情報を基にして、ロボットハンドの各指部２とワークＷとの位置関係が推定される。これによりロボット腕部１とワークＷとの位置関係が推定され、ロボットハンドにワークＷを保持させて行う組立作業等が精密なものとなる。
【００２７】
なお、本例にあっては一本の指部２を一対の指節部９ａ，９ｂで形成しているが、一本の指部２を三個以上の指節部９ａ，９ｂ，…で形成してもよい。この場合であっても、各指節部９ａ，９ｂ，…にそれぞれ吸盤部３及びホース４を接続してエア吸引自在とし、各指節部９ａ，９ｂ，…を連結させる関節部１０に同様のアクチュエータを配することで、ワークＷの形状や寸法に柔軟に対応しながら確実に保持させることが可能となる。
【００２８】
次に、本発明の実施形態における第４例のロボットハンドについて図４に基づいて説明するが、上記した第３例と同様の構成については詳しい説明を省略する。本例のロボットハンドの各関節部５，１０には、角度変更用のアクチュエータとして超音波モータ１１を装備している。各超音波モータ１１を駆動させることで、対応する各関節部５，１０の角度を自在に変更することができる。超音波モータ１１はその寸法に比して大きなトルクを発生させるためギアを備える必要がなく、小型軽量化が実現される。
【００２９】
ワークＷを掴む際には、まず関節部５の超音波モータ１１を駆動させてワークＷに合わせた角度に設定したうえで、各指部２の関節部１０を駆動させてワークＷを掴み易い位置に移動させる。そして各指節部９ａ，９ｂの吸盤部３にエア吸引を行わせることで、図４（ｂ）のような多様な形状及び寸法のワークＷにも対応して確実に保持させることができる。
【００３０】
また、各超音波モータ１１にはロータリーエンコーダから成る角度検出器（図示せず）が備えてある。これにより、ロボットハンドの各指部２とワークＷとの位置関係、及びボット腕部１とワークＷとの位置関係が推定されることは、第３例と同様である。
【００３１】
なお、超音波モータ１１から成るアクチュエータは、指節部９ａ，９ｂ同士の関節部１０にだけ備えてあっても構わない。この場合、根元側の指節部９ｂとロボット腕部１との関節部５には、第２例及び第３例と同様の復帰用のばね部材８を備えておき、吸盤部３のワークＷに対する吸引力でばね部材８の付勢力に抗して回動するように設ければよい。
【００３２】
次に、本発明の実施形態における第５例のロボットハンドについて図５に基づいて説明するが、上記した第３例と同様の構成については詳しい説明を省略する。本例のロボットハンドの各関節部５，１０には、角度変更用のアクチュエータとして、つる巻きばね形状に設けた形状記憶合金１２を装備している。この形状記憶合金１２は電流を流すと発熱により収縮する構造であり、各形状記憶合金１２を作動させることで、対応する各関節部５，１０の角度を自在に変更することができる。このような形状記憶合金１２を用いたアクチュエータに拠れば、構造がシンプルになるとともに、各指部２の吸盤部３をワークＷに対して弾力的に押し当てることが可能となる。また、関節部５，１０には復帰用のばね部材８を備え、形状記憶合金１２を作動させない場合には図５（ａ）の初期姿勢を維持するように設けている。
【００３３】
ワークＷを掴む際には、まず関節部５の形状記憶合金１２に電流を流して適宜量だけ収縮させ、関節部５をワークＷに合わせた角度に設定する。次に、各指部２の関節部１０の形状記憶合金１２に電流を流して関節部１０を回転させ、ワークＷを掴み易い位置にまで移動させる。そして各指節部９ａ，９ｂの吸盤部３にエア吸引を行わせることで、図５（ｂ）のような多様な形状及び寸法のワークＷにも対応して確実に保持させることができる。
【００３４】
また、各関節部５，１０にはロータリーエンコーダから成る角度検出器（図示せず）が備えてある。これにより、ロボットハンドの各指部２とワークＷとの位置関係、及びロボット腕部１とワークＷとの位置関係が推定されることは、第３例と同様である。
【００３５】
なお、形状記憶合金１２から成るアクチュエータは、指節部９ａ，９ｂ同士の関節部１０にだけ備えてあっても構わない。この場合、根元側の指節部９ｂとロボット腕部１との関節部５においては、吸盤部３のワークＷに対する吸引力でばね部材８の付勢力に抗して回動するように設ける。
【００３６】
次に、本発明の実施形態における第６例のロボットハンドについて図６に基づいて説明するが、上記した第１例と同様の構成については詳しい説明を省略する。図６（ａ）に示すように、本例のロボットハンドにおいてロボット腕部１の先端中央となる箇所（即ち、ロボット腕部１の中心軸Ａが通る箇所）には中央吸盤部１３を配しており、ホース１４を通じて中央吸盤部１３からエアを吸引自在としている。そして本例にあっては、上記の中央吸盤部１３に着脱自在に装着するドライバビット１５を備えている。このドライバビット１５は、吸着用の平坦面を有する平板状の着脱部１５ａと、この着脱部１５ａの平坦面と直交する方向に延設されるドライバ１５ｂとで、主体を成している。
【００３７】
ロボット腕部１側には、該ロボット腕部１を中心軸Ａ回りに回転駆動するためのモータ（図示せず）が備えてあり、ロボット腕部１の中央吸盤部１３にドライバビット１５の着脱部１５ａの平坦面を吸着し、ロボット腕部１側の上記モータを駆動することで、ロボット腕部１と一体にドライバビット１５が回転駆動されるようになっている。上記ドライバビット１５は、先端のドライバ１５ｂが軸中心に回転するように、ドライバ１５ｂの中心軸とロボット腕部１の中止に軸Ａとが一致する位置で吸着させる。
【００３８】
上記の中央吸盤部１３やドライバビット１５を備えておくことで、螺子１６の締結作業を行う場合にはドライバビット１５を装着させて作業を行い、ワークＷを保持して組立作業等を行う場合にはドライバビット１５を取り外したうえで他の吸盤部３を用いて該ワークＷを吸着させるといったように、一つのロボットハンドを用いて種々の作業を行うことが可能となる。勿論、同様の構成を第２例〜第５例のロボットハンドに適用しても同様の効果が得られる。
【００３９】
加えて、本例のドライバビット１５には、先端側のドライバ１５ｂから螺子１６が脱落したことを検知する脱落検知手段として、歪ケージ１７を備えている。螺子１６は磁気吸引力によりドライバ１５ｂに保持されるが、このドライバ１５ｂに張着してある歪ケージ１７によって螺子１６の重量を検知することで、移動時に螺子１６が脱落した場合には重量変化により脱落を知ることができる。上記脱落検知手段としては歪ケージ１７に限定されず、例えば金属探知センサや画像処理装置等を用いた他の手段であってもよい。
【００４０】
図６（ｂ）には本例の更に変形例を示しているが、図示のように、ロボット腕部１の先端中央に中央吸盤部１３を配しただけのロボットハンドに、本例のドライバビット１５を着脱させて用いても構わない。なお図６（ｂ）中の変形例においてはドライバビット１５に歪ケージ１７は備えていない。
【００４１】
次に、本発明の実施形態における第７例のロボットハンドについて図７に基づいて説明するが、上記した第６例と同様の構成については詳しい説明を省略する。本例のドライバビット１５にあっては、着脱部１５ａとドライバ１５ｂとの間に、ドライバ１５ｂを着脱部１５ａに対して軸中心に回転させる回転モータ１８を備えている。したがって、ロボット腕部１の中央吸盤部１３にドライバビット１５の着脱部１５ａを吸着させ、ドライバビット１５の回転モータ１８を駆動させることで、先端のドライバ１５ｂが軸中心に回転するようになっている。
【００４２】
図７（ｂ）には本例の更に変形例を示しているが、図示のように、ロボット腕部１の先端中央に中央吸盤部１３を配しただけのロボットハンドに本例のドライバビット１５を着脱させて用いても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態における第１例のロボットハンドの説明図であり、（ａ）は初期姿勢、（ｂ）は保持姿勢を示している。
【図２】本発明の実施形態における第２例のロボットハンドの説明図であり、（ａ）は初期姿勢、（ｂ）は保持姿勢を示している。
【図３】本発明の実施形態における第３例のロボットハンドの説明図であり、（ａ）は初期姿勢、（ｂ）は保持姿勢を示している。
【図４】本発明の実施形態における第４例のロボットハンドの説明図であり、（ａ）は初期姿勢、（ｂ）は保持姿勢を示している。
【図５】本発明の実施形態における第５例のロボットハンドの説明図であり、（ａ）は初期姿勢、（ｂ）は保持姿勢を示している。
【図６】本発明の実施形態における第６例のロボットハンドの説明図であり、（ａ）は締結作業を行う状態、（ｂ）は変形例において締結作業を行う状態を示している。
【図７】本発明の実施形態における第７例のロボットハンドの説明図であり、（ａ）は締結作業を行う状態、（ｂ）は変形例において締結作業を行う状態を示している。
【符号の説明】
【００４４】
１  ロボット腕部
２  指部
３  吸盤部
５  関節部
９ａ  指節部
９ｂ  指節部
１０  関節部
１１  超音波モータ
１２  形状記憶合金
１３  中央吸盤部
１５  ドライバビット
１５ｂ  ドライバ
１６  螺子
【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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