(57)【要約】      （修正有）【課題】ロボットハンドの情報記録部に形状情報が記録されていない新規の把持対象物を安定して把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】ベース部２に対し多自由度を有するアーム部３と、把持対象物９を把持する方向で対峙する３本の指４１〜４３を有するハンド部４と、把持対象物９の距離を検知する２台の視覚センサ１１４と、全体の動作を制御する制御部１０１と、把持対象物９の属性に関する情報を読み取るタグリーダ１２１とを備える。一方、把持対象物９に、該把持対象物９自身の属性に関する情報を記録する小型タグ１３１を添付しておく。そして、上記タグリーダによって上記把持対象物９の小型タグ１３１から読み取った把持対象物９自身の属性に関する情報に応じて該把持対象物９を把持する。【選択図】図１
2004284001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースに対し多自由度を有するアーム部と、
少なくとも把持対象物を把持する方向で対峙する２本の指を有するハンド部と、
把持対象物の距離を検知する視覚センサと、
全体の動作を制御する制御部と、
把持対象物の属性に関する情報を読み取る情報読み取り部と
を備えている一方、
把持対象物には、該把持対象物自身の属性に関する情報を記録する情報記録部が添付または内蔵されており、
上記情報読み取り部によって上記把持対象物の情報記録部から読み取った把持対象物自身の属性に関する情報に応じて該把持対象物を把持するようにしたことを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
上記請求項１に記載のロボットハンドにおいて、
ハンド部の各指部は、各指部を折り曲げ駆動させる関節を備えていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項３】
上記請求項１に記載のロボットハンドにおいて、
情報読み取り部は、少なくとも把持対象物の重量に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として読み取るようにしたことを特徴とするロボットハンド。
【請求項４】
上記請求項１に記載のロボットハンドにおいて、
情報読み取り部は、少なくとも把持対象物の材質に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として読み取るようにしたことを特徴とするロボットハンド。
【請求項５】
上記請求項１に記載のロボットハンドにおいて、
情報読み取り部は、情報記録部から情報を読み取るに際し、把持対象物に対し非接触の通信により情報記録部からの情報の読み取りが行われるようにしたことを特徴とするロボットハンド。
【請求項６】
上記請求項５に記載のロボットハンドにおいて、
把持対象物に対する非接触の通信手段としては、電磁放射の周波数が適用されていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項７】
上記請求項１に記載のロボットハンドにおいて、
ハンド部は、触覚センサを備えていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項８】
上記請求項１に記載のロボットハンドにおいて、
情報読み取り部は、ハンド部に設けられていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項９】
上記請求項１に記載のロボットハンドにおいて、
情報読み取り部は、少なくとも把持対象物の把持に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として読み取るようにしたことを特徴とするロボットハンド。
【請求項１０】
上記請求項１に記載のロボットハンドにおいて、
各指は、指先側から順に第１ないし第３指部を備えているとともに、その互いに相隣なる指部同士の間およびハンド部との間に指先側から順に第１ないし第３関節を備えており、
上記第１指部を第２指部に対し第１関節回りに駆動させる第１モータは、第２関節よりもハンド部側に内蔵され、この第１モータの駆動力が第１ベルト機構を介して第２関節から第１関節に伝達されるように構成されているとともに、
上記第２指部を第３指部に対し第２関節回りに駆動させる第２モータは、第３関節よりもハンド部側に設けられ、この第２モータの駆動力が第２ベルト機構を介して第３関節から第２関節に伝達されるように構成されていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項１１】
上記請求項１０に記載のロボットハンドにおいて、
第１ベルト機構は、第３関節から第２関節に伝達される駆動力に対し第２関節から第１関節に伝達される駆動力を切り離して第１指部を駆動する駆動力分離機構を備えていることを特徴とするロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、任意の把持対象物を安定して把持するロボットハンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロボットハンドによって物体を把持する方法としては、ワーク把持方法がある。この把持方法では、ロボット本体に把持対象物を撮影する撮影手段と、把持対象物を所定の方向から見たときの把持対象物の形状情報を記録している記録手段とを有し、撮影画像と形状情報とから把持対象物の姿勢を検出し、その検出結果に応じて把持動作を開始するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２６３４８２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のロボットハンドによる把持方法では、把持対象物を撮影した撮影画像と、把持対象物を所定の方向から見たときの把持対象物の形状情報とから把持対象物の姿勢を検出して把持動作が行われるため、ロボット本体の記録手段としての情報記録部に形状情報が記録されている把持対象物しか把持することができず、情報記録部に形状情報が記録されていない新規の把持対象物を把持することができない。
【０００５】
さらに、撮影手段による撮影画像からは硬さなどの材質に関する情報を得ることができないため、ロボット本体の情報記録部に記録されている形状情報と同じ形状であっても、把持対象物の硬さに差、例えば想定硬さよりも柔らかければ、ロボットハンドの指先の力が強過ぎて把持対象物を破損してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ロボットハンドの情報記録部に形状情報が記録されていない新規の把持対象物を安定して把持することができるロボットハンドを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明が講じた解決手段は、ロボットハンドとして、ベースに対し多自由度を有するアーム部と、少なくとも把持対象物を把持する方向で対峙する２本の指を有するハンド部と、把持対象物の距離を検知する視覚センサと、全体の動作を制御する制御部と、把持対象物の属性に関する情報を読み取る情報読み取り部とを備える。一方、把持対象物に、該把持対象物自身の属性に関する情報を記録する情報記録部を添付または内蔵しておく。そして、上記情報読み取り部によって上記把持対象物の情報記録部から読み取った把持対象物自身の属性に関する情報に応じて該把持対象物を把持するようにしている。
【０００８】
この特定事項により、把持対象物に添付または内蔵されている情報記録部から情報読み取り部を利用してその把持対象物自身の属性に関する情報が取得されるので、ロボットハンド装置内の情報記録部に記録されている把持対象物しか把持できないものに比べて把持可能な把持対象物の範囲が飛躍的に拡大され、全く新規な把持対象物もその属性に関する情報に応じた把持力でもって安定して把持することが可能となる。
【０００９】
ここで、ハンド部の各指部を折り曲げ駆動させる関節を各指部に備えている場合には、各指部によって把持対象物を包み込むことも可能となり、各指部に関節がないものに比べてより安定して把持対象物を把持することが可能となる。
【００１０】
特に、把持対象物の属性に関する情報を具体的に示すものとして、以下の構成が掲げられる。
【００１１】
つまり、少なくとも把持対象物の重量に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として情報読み取り部でもって読み取るようにしている。
【００１２】
この特定事項により、同じ形状であるにも係わらず把持対象物同士の間で重量に大きなバラツキがあったとしても、把持対象物個々に異なる重量のバラツキも把持対象物毎の属性に関する情報として情報読み取り部により確実に取得されることになり、想定重量よりも重い把持対象物に応じた把持力でもって安定して把持することが可能となる。
【００１３】
また、少なくとも把持対象物の材質に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として情報読み取り部でもって読み取るようにしている場合には、同じ形状であるにも係わらず把持対象物の硬さに大きな差があったとしても、把持対象物個々の硬さの違いも把持対象物毎の属性に関する情報として情報読み取り部により確実に取得されることになり、想定硬さよりも柔らかい把持対象物を破損させることなくその把持対象物に応じた把持力でもって安定して把持することが可能となる。
【００１４】
特に、把持対象物の破損をより効果的に防止するものとして、以下の構成が掲げられる。
【００１５】
つまり、情報読み取り部は、情報記録部から情報を読み取るに際し、把持対象物に対し非接触の通信により情報記録部からの情報の読み取りが行えるようにしている。
【００１６】
この特定事項により、ロボットハンドが把持対象物に接触する前に把持対象物に関する情報が取得されることになり、把持作業が効率よく行える上、把持対象物が非常に脆くてもその把持対象物が破損する危険性を確実に回避することが可能となる。
【００１７】
ここで、把持対象物に対する非接触の通信手段として、電磁放射の周波数を適用している場合には、把持対象物に添付または内蔵する情報記録部に対しバッテリを付設する必要がなくなる。
【００１８】
特に、把持対象物に加わる指先力を高精度に検出し得るものとして、以下の構成が掲げられる。
【００１９】
つまり、ハンド部に触覚センサを設けている。
【００２０】
この特定事項により、把持対象物に加わる指先力をモータトルクから算出する場合に比べて高精度に検出することが可能となる。
【００２１】
また、情報読み取り部をハンド部に設けている場合には、アーム部の自由度を利用して情報読み取り部が環境をスキャンすることが可能となり、情報記録部と情報読み取り部との間の通信距離が比較的短い場合にもロボットハンドの可動範囲内に存在する把持対象物を検出することが可能となる。
【００２２】
更に、少なくとも把持対象物の把持に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として情報読み取り部でもって読み取るようにしている場合には、把持対象物の属性に関する情報として少なくとも把持対象物の把持に関する情報を記録し、その把持に関する情報をロボットハンドの制御に利用することで、より高速で安定した把持制御を実現することが可能となる。
【００２３】
特に、各指の関節の高トルク駆動を実現し得るものとして、以下の構成が掲げられる。
【００２４】
つまり、各指に、指先側から順に第１ないし第３指部を設けるとともに、その互いに相隣なる指部同士の間およびハンド部との間に指先側から順に第１ないし第３関節を設ける。そして、上記第１指部を第２指部に対し第１関節回りに駆動させる第１モータを、第２関節よりもハンド部側に内蔵し、この第１モータの駆動力を第１ベルト機構を介して第２関節から第１関節に伝達させるように構成するとともに、上記第２指部を第３指部に対し第２関節回りに駆動させる第２モータを、第３関節よりもハンド部側に設け、この第２モータの駆動力を第２ベルト機構を介して第３関節から第２関節に伝達させるように構成している。
【００２５】
この特定事項により、第１モータは、第２関節よりもハンド部側となる各指部の中で最も容積の大きい第３指部に内蔵され、第１ベルト機構を介して第２関節から第１関節に伝達される駆動力によって第１指部を第２指部に対し第１関節回りに駆動させるようになされているので、所定の指部を関節回りに駆動させるモータをその関節のハンド部側に隣接する指部内に内蔵している場合、例えば、第１モータを第１関節のハンド部側となる第２指部に内蔵している場合のように、狭い第２指部の容積によって第１モータのサイズが第２指部の容積内で制約されることがなく、より容積の大きい第３指部内にサイズの大きい第１モータが内蔵されることになり、第２指部の容積を拡大させることなく第１関節回りに駆動する第１指部の高トルク駆動を実現することが可能となる。また、第２モータは、第３関節よりもハンド部側となる広い容積のハンド部に内蔵され、第２ベルト機構を介して第３関節から第２関節に伝達される駆動力によって第２指部を第３指部に対し第２関節回りに駆動させるようになされているので、第２モータを第２関節のハンド部側に隣接する第３指部に内蔵している場合のように、第２モータのサイズが第３指部の容積内で制約されることがなく、容積の大きいハンド部内にサイズの大きい第２モータが内蔵されることになり、第３指部の容積を拡大させることなく第２関節回りに駆動する第２指部の高トルク駆動を実現することが可能となる。
【００２６】
ここで、第３関節から第２関節に伝達される駆動力に対し第２関節から第１関節に伝達される駆動力を切り離して第１指部を駆動する駆動力分離機構を第１ベルト機構に設けている場合には、第１ベルト機構により第２関節から第１関節に伝達される第１指部の駆動力は、第２ベルト機構により第３関節から第２関節に伝達される第２指部の駆動力と切り離して伝達され、第２指部の駆動時に第１指部を円滑に駆動させることが可能となる。
【００２７】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
＜第１の実施の形態＞
この第１の実施形態では、本発明に係わるロボットハンド装置およびタグの構成、並びに動作を図１ないし図７を参照しながら説明する。
【００２９】
図１に示すように、ロボットハンド装置１は、ベースとしてのベース部２と、このベース部２に一端が連結されたアーム部３と、このアーム部３の他端に連結され、３本の指４１〜４３を有するハンド部４とによって構成されている。
【００３０】
ベース部２は、ロボットハンド装置１全体の動作を制御する制御部１０１と、ロボットハンド装置１の動力源となるバッテリ５とを備えている。そして、図２に示すように、制御部１０１は、プログラムに基づいて各種演算を行う演算装置１０２と、情報及びプログラムなどを記録する情報記録部としてのメモリ１０３と、デジタル入力をアナログ出力に変換するＤ／Ａ変換器１０４と、エンコーダ１１２からの入力パルス数をカウントするカウンタ１０５と、アナログ入力をデジタル出力に変換するＡ／Ｄ変換器１０６と、視覚センサ１１４からの出力を入力する画像入力インターフェース１０７と、シリアル通信を行う際のインターフェースとなるシリアルポート１０８と、これらをつなぐバス１０９とによって構成されている。
【００３１】
アーム部３は、ハンド部４寄りの他側関節６が２自由度に、ベース部２寄りの一側関節８が３自由度に、この両関節６，８の間に位置する中央関節７が１自由度にそれぞれ設定されており、アーム部３として６自由度を有している。ハンド部４の各指４１〜４３は、それぞれ指先から順に第１関節４４に１自由度、第２関節４５に１自由度、第３関節４６に２自由度を有している。各関節６〜８，４４〜４６には、それぞれの自由度に等しい数のモータ１１１，…が設けられ、これらのモータ１１１，…によって各関節６〜８，４４〜４６が駆動するようになっている。各モータ１１１には、その回転角度を検出するためのエンコ−ダ１１２が設けられている。この場合、各指４１〜４３の第１ないし第３関節４４〜４６は、その各モータ１１１によって折り曲げ駆動されるようになっている。
【００３２】
上記各指４１〜４３の先端には触覚センサ１１３が配置されており、指先に加わる圧力が検出されるようになっている。また、ハンド部４の掌部には、把持対象物９に添付された情報記録部としての小型タグ１３１（後述）内の情報を読むための情報読み取り部としてのタグリーダ１２１が内蔵されている。
【００３３】
また、上記ベース部２には２台の視覚センサ１１４が接続されており、把持対象物９および上記ハンド部４などを撮像して、その位置を計測できるようになっている。
【００３４】
図２は制御部１０１の詳細を示すブロック図である。
【００３５】
この図２において、触覚センサ１１３などの出力はＡ／Ｄ変換器１０６でデジタル値に変換され、その出力はバス１０９を介してメモリ１０３に送られる。また、各モータ１１１に設けられているエンコーダ１１２の出力はカウンタ１０５とバス１０９とを介してメモリ１０３に送られる。視覚センサ１１４の出力は画像入力インターフェース１０７とバス１０９とを介してメモリ１０３に送られる。また、演算装置１０２で各関節６〜８，４４〜４６の駆動に必要な制御値を算出してＤ／Ａ変換器１０４でアナログ出力に変換し、モータドライバ１１０を介して各関節６〜８，４４〜４６を駆動するモータ１１１に出力する。
【００３６】
次に、タグシステムに関して図３ないし図５を参照しながら説明する。
【００３７】
タグによる情報通信システムでは、タグリーダ１２１と小型タグ１３１とが存在する。図３に示すように、タグリーダ１２１は、演算装置１２２、メモリ１２３、無線送信部１２４、無線受信部１２５、シリアルポート１２６を備えている。一方、図４に示すように、小型タグ１３１は、演算装置１３２、メモリ１３３、不揮発性メモリ１３４、無線送信部１３５、無線受信部１３６を備えている。タグリーダ１２１と小型タグ１３１との間は、電磁放射の周波数（１０ｋＨｚ〜１００ＧＨｚ）による無線通信となっており、図５に示すように、一定の範囲Ａ内に存在する小型タグＡ１３８とタグリーダ１２１との間でのみ通信が成立し、範囲Ａ外に存在する小型タグＢ１３９とタグリーダ１２１との間では通信は成立しない。本実施例においては公知の電磁放射の周波数による無線通信技術を用いて小型タグ１３１とタグリーダ１２１との間での通信を行うものとする。
【００３８】
そして、本実施形態におけるタグシステムの利用法としては、図１に示す把持対象物９に小型タグ１３１を添付または内蔵し、ロボットハンド装置１のハンド部４に内蔵のタグリーダ１２１で小型タグ１３１を検出するようにしている。小型タグ１３１内の不揮発性メモリ１３４には、把持対象物９に関する属性情報が記録されている。この属性情報とは、例えば把持対象物９の重量、材質（摩擦係数、剛性など）に関する情報のことである。また、把持対象物９をロボットハンド装置１で把持する際の把持時のハンド部４の位置・姿勢に関する情報も不揮発性メモリ１３４に記録されている。この場合、ハンド部４の位置・姿勢に関する情報とは、例えば正面から把持、あるいは右側面から把持、後方から把持するといった情報のことである。
【００３９】
次に、ロボットハンド装置１における制御プログラムのソフトウェア構成を図６に示す。図６に示すように、制御プログラムは、画像処理部１４１、行動計画部１４２、制御演算部１４３を備えている。入力としては、触覚センサ１１３などの各種センサからのセンサ入力、視覚センサ１１４からの画像入力、および小型タグ１３１からの情報入力がある。画像処理部１４１は、画像入力より把持対象物９のエッジ抽出や把持対象物９までの距離などを算出する。行動計画部１４２は、各種センサからの情報、画像処理部１４１の結果として抽出される情報、小型タグ１３１からの情報などを入力して、ロボットハンド装置１全体としての行動を決定する。制御演算部１４３は、行動計画部１４２が決定した動作と現在のロボットハンド装置１の状態とに従って、各関節６〜８，４４〜４６のモータ１１１へ目標指令値を出力する。
【００４０】
ここで、ロボットハンド装置１が、静止している把持対象物９を把持する手順を図７のフローチャートに基づいて説明する。
【００４１】
図７のステップＳＴ２０１において、把持対象物９に添付している小型タグ１３１とロボットハンド装置１に内蔵のタグリーダ１２１とが通信可能な状態になるまで、ハンド部４を把持対象物９に近づける。実現方法としては、上記２台の視覚センサ１１４の画像より三角測量の原理を利用して把持対象物９およびハンド部４の空間上の位置を測定し、ハンド部４が把持対象物９に近づくように制御部１０１でロボットハンド装置１の制御を行う。
【００４２】
ステップＳＴ２０２において、ロボットハンド装置１に内蔵のタグリーダ１２１が把持対象物９に添付の小型タグ１３１より把持対象物９の属性情報（重量、摩擦係数、剛性など）と、把持対象物９を安定に把持するためのハンド部４の位置と姿勢に関する少なくとも１つ以上の情報とを取得し、ロボットハンド装置１の制御部１０１内のメモリ１０３に記録する。
【００４３】
ステップＳＴ２０３において、上記小型タグ１３１より取得した把持対象物９を安定に把持するためのハンド部４の位置と姿勢の情報が２つ以上存在する場合には、把持対象物９とハンド部４とを上記２台の視覚センサ１１４で撮像した画像情報より、目標とするハンド部４の位置と姿勢を決定する。
【００４４】
ステップＳＴ２０４において、ハンド部４の位置と姿勢が上記ステップＳＴ２０３で決定したハンド部４の位置と姿勢になるように、制御部１０１によりロボットハンド装置１を制御する。実現方法としては、把持対象物９とハンド部４とを２台の視覚センサ１１４で撮像した画像より、三角測量の原理を利用して把持対象物９とハンド部４の位置と姿勢を計測する。上記小型タグ１３１より取得した把持対象物９を安定に把持するためのハンド部４の位置と姿勢の情報が上記計測値の目標値となるように制御部１０１がハンド部４の位置と姿勢を制御する。この結果、ハンド部４は把持対象物９を把持可能な位置と姿勢を実現する。
【００４５】
ステップＳＴ２０５において、アーム部３を固定し、ハンド部４の制御のみで把持対象物９の把持を行う。上記メモリ１０３に保存している把持対象物９の重量と摩擦係数と剛性との情報より指先力を決定し、ハンド部４制御則に従って把持制御することによって、把持対象物９を把持する。また、指先の触覚センサ１１３により実際の指先力を検出し、フィードバック制御を行うことでより正確な制御を実現する。
【００４６】
したがって、本実施形態では、把持対象物９に添付されている小型タグ１３１からタグリーダ１２１を利用してその把持対象物９自身の属性に関する情報が取得されるので、ロボットハンド装置内の情報記録部に記録されている把持対象物しか把持できないものに比べて把持可能な把持対象物９の範囲が飛躍的に拡大され、全く新規な把持対象物９もその属性に関する情報に応じた把持力でもって安定して把持することができる。また、把持対象物９の重量に関する情報がその把持対象物９の属性に関する情報としてタグリーダ１２１でもって読み取られる場合には、同じ形状であるにも係わらず把持対象物９同士の間で重量に大きなバラツキがあったとしても、把持対象物９個々に異なる重量のバラツキも把持対象物９毎の属性に関する情報としてタグリーダ１２１により確実に取得されることになり、想定重量よりも重い把持対象物９に応じた把持力でもって安定して把持することができる。更に、把持対象物９の材質に関する情報をその把持対象物９の属性に関する情報としてタグリーダ１２１でもって読み取るようにしている場合には、同じ形状であるにも係わらず把持対象物９の硬さに大きな差があったとしても、把持対象物９個々の硬さの違いも把持対象物９毎の属性に関する情報としてタグリーダ１２１により確実に取得されることになり、想定硬さよりも柔らかい把持対象物９を破損させることなくその把持対象物９に応じた把持力でもって安定して把持することができる。
【００４７】
また、ハンド部４の各指４１〜４３の第１ないし第３関節４４〜４６がその各モータ１１１によって折り曲げ駆動されるようになっているので、各指４１〜４３によって把持対象物９を包み込むことも可能となり、各指に関節がないものに比べてより安定して把持対象物９を把持することができる。
【００４８】
そして、タグリーダ１２１は、小型タグ１３１から情報を読み取るに際し、把持対象物９に対し非接触の通信により小型タグ１３１からの情報の読み取りが行われるようになっているので、ロボットハンド装置１が把持対象物９に接触する前に把持対象物９に関する情報が取得されることになり、把持作業を効率よく行うことができる上、把持対象物９が非常に脆くてもその把持対象物９が破損する危険性を確実に回避することができる。しかも、把持対象物９に対する非接触の通信手段として電磁放射の周波数が適用されているので、把持対象物９に添付した小型タグ１３１に対しバッテリを付設する必要がない。
【００４９】
また、ハンド部４の各指４１〜４３の先端には触覚センサ１１３が設けられているので、把持対象物９に加わる指先力をモータトルクから算出する場合に比べて高精度に検出することができる。
【００５０】
しかも、タグリーダ１２１がハンド部４の掌部に設けられているので、アーム部３の自由度を利用してタグリーダ１２１が環境をスキャンすることができ、小型タグ１３１とタグリーダ１２１との間の通信距離が比較的短い場合にもロボットハンド装置１の可動範囲内に存在する把持対象物９を検出することができる。
【００５１】
更に、メモリ１０３に保存している把持対象物９の重量と摩擦係数と剛性との情報より指先力を決定し、ハンド部４制御則に従って把持制御することによって、把持対象物９が把持されるので、より高速で安定した把持制御を実現することができる。
【００５２】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を図８ないし図１２に基づいて説明する。
【００５３】
この実施形態では、各指を関節回りに駆動する駆動機構の構成を変更している。なお、各指の駆動機構を除くその他の構成は、上記第１の実施形態の場合と同じであり、同じ部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
すなわち、本実施形態では、図８および図９に示すように、各指４０は、指先側（図８では左側）から順に第１ないし第３指部４０１〜４０３を備えているとともに、その互いに相隣なる第１指部４０１と第２指部４０２との間、第２指部４０２と第３指部４０３との間、および第３指部４０３とハンド部４０４との間に指先側から順に第１ないし第３関節４１１〜４１３を備えている。この場合、第１ないし第３指部４０１〜４０３は、人間の手と同じように、第１指部４０１が第２および第３指部４０２，４０３よりも細くて短く、第３指部４０３が第２指部４０２よりも太くて長くなるように形成されている。
【００５５】
そして、図１０ないし図１２に示すように、第１指部４０１と第２指部４０２との間の第１関節４１１は、第２指部４０２の先端（図１０では左端）に回転自在に支持された第１回転軸４１１ａを有し、この第１回転軸４１１ａに第１指部４０１の基端（図１０および図１１では右端）が回転一体に連結されている。これにより、第１指部４０１は、第２指部４０２に対し第１関節４１１（第１回転軸４１１ａ）回りに回転するようになっている。
【００５６】
第２指部４０２と第３指部４０３との間の第２関節４１２は、第３指部４０３の先端に回動自在に支持された第２回転軸４１２ａを有し、この第２回転軸４１２ａに第２指部４０２の基端（図１０および図１１では右端）が連結部材４０２ａを介して回転一体に連結されている。これにより、第２指部４０２は、第３指部４０３に対し第２関節４１２（第２回転軸４１２ａ）回りに回転するようになっている。
【００５７】
第３指部４０３とハンド部４０４との間の第３関節４１３は、ハンド部４０４の指４０の付け根に回転一体に連結された第３回転軸４１３ａを有し、この第３回転軸４１３ａに第３指部４０２の基端（図１０および図１１では右端）が回転自在に支持されている。これにより、第３指部４０３は、ハンド部４０４に対し第３関節４１３（第３回転軸４１３ａ）回りに回転するようになっている。
【００５８】
また、各指４０は、第１指部４０１を第１関節４１１回りに駆動させる第１駆動機構４２１と、第２指部４０２を第２関節４１２回りに駆動させる第２駆動機構４２２と、第３指部４０３を第３関節４１３回りに駆動させる第３駆動機構４２３とを備えている。この場合、第１ないし第３回転軸４１１ａ，４１２ａ，４１３ａは互いに平行に配置されている。
【００５９】
第１駆動機構４２１は、第１回転軸４１１ａの一側（図１０では上側）に回転一体に連結された第１ギヤ４２１ａと、第１回転軸４１１ａよりもハンド部４０４側に位置する第２指部４０２の先端に回動自在に支持された第４回転軸４２１ｂと、この第４回転軸４２１ｂの一側（図１０では上側）に回転一体に連結され、上記第１ギヤ４２１ａと噛合する第２ギヤ４２１ｃと、上記第４回転軸４２１ｂの他側（図１０では下側）に回転一体に連結された第１プーリ４２１ｄと、上記第２回転軸４１２ａの他側に回転自在に支持された第２プーリ４２１ｅと、上記第１および第２プーリ４２１ｄ，４２１ｅ間に掛け渡された第１ベルト４２１ｆと、上記第２回転軸４１２ａの略中央に回転自在に支持され、上記第２プーリ４２１ｅの一側（図１０では上側）に一体的に固設されたベベルギヤ状の第３ギヤ４２１ｇと、第２関節４１２よりもハンド部４０４側となる第３指部４０３内に内蔵され、上記第３ギヤ４２１ｇと噛合する出力ギヤ４２１ｈを出力軸４２１ｉの先端に回転一体に連結してなる第１モータとしての第１駆動モータ４２１ｊとを備えている。そして、この第１駆動モータ４２１ｊは、出力ギヤ４２１ｈから第３ギヤ４２１ｇを介して第２回転軸４１２ａ回りに第２プーリ４２１ｅを回転させることによって、第１ベルト４２１ｆを介して第１プーリ４２１ｄを回転させ、この第１プーリ４２１ｄの回転により第４回転軸４２１ｂを回転させて第２ギヤ４２１ｃと噛合する第１ギヤ４２１ａを回転させ、これにより第１回転軸４１１ａを第２指部４０２の先端で回転させることで、第２指部４０２に対し第１指部４０１を第１関節４１１（第１回転軸４１１ａ）回りに回転させるようになっている。この場合、第１プーリ４２１ｄ、第２プーリ４２１ｅおよび第１ベルト４２１ｆによって、第１ベルト機構４４１を構成している。
【００６０】
第２駆動機構４２２は、第２回転軸４１２ａの一側（図１０では上側）に回転一体に連結された第５ギヤ４２２ａと、第２回転軸４１２ａよりもハンド部４０４側に位置する第３指部４０３の先端に固設された第５回転軸４２２ｂと、この第５回転軸４２２ｂの他側（図１０では下側）に回転自在に支持され、上記第５ギヤ４２２ａと噛合する第６ギヤ４２２ｃと、上記第５回転軸４２２ｂの一側（図１０では上側）に回転自在に支持され、上記第６ギヤ４２２ｃの一側（図１０では上側）に一体的に固設された第３プーリ４２２ｄと、上記第３回転軸４１３ａの一側に回転自在に支持された第４プーリ４２２ｅと、上記第１および第２プーリ４２２ｄ，４２２ｅ間に掛け渡された第２ベルト４２２ｆと、上記第３回転軸４１３ａの一側（図１０では上側）に回転自在に支持され、上記第４プーリ４２２ｅの一側に一体的に固設されたベベルギヤ状の第７ギヤ４２２ｇと、第３関節４１２よりもハンド部４０４側となるハンド部４０４内に内蔵され、上記第７ギヤ４２２ｇと噛合する出力ギヤ４２２ｈを出力軸４２２ｉの先端に回転一体に連結してなる第２モータとしての第２駆動モータ４２２ｊとを備えている。そして、この第２駆動モータ４２２ｊは、出力ギヤ４２２ｈから第７ギヤ４２２ｇを介して第４プーリ４２２ｅを回転させることによって、第２ベルト４２２ｆを介して第３プーリ４２２ｄを回転させ、この第３プーリ４２２ｄの回転により第５回転軸４２２ｂ回りに第６ギヤ４２２ｃを回転させて第５ギヤ４２２ａを回転させ、これにより第２回転軸４１２ａを第３指部４０３の先端で回転させることで、第３指部４０３に対し第２指部４０２を第２関節４１２（第２回転軸４１２ａ）回りに回転させるようになっている。この場合、第２駆動機構４２２の第５ギヤ４２２ａが第２関節４１２の第２回転軸４１２ａに回転一体に連結されているのに対し、第１駆動機構４２１の第２プーリ４２１ｅおよび第３ギヤ４２１ｇは、第２関節４１２の第２回転軸４１２ａに回転自在に支持され、第２ベルト２２ｆを介して第３関節４１３から第２関節４１２に伝達される第２駆動モータ４２２ｊの駆動力に対し第２関節４１２から第１関節４１１に伝達される第１駆動モータ４２１ｊの駆動力を切り離して第１指部４０１を駆動する駆動力分離機構４３１を構成している。また、第３プーリ４２２ｄ、第４プーリ４２２ｅおよび第２ベルト４２２ｆによって、第２ベルト機構４４２を構成している。
【００６１】
第３駆動機構４２３は、第３回転軸４１３ａの他側（図１０では下側）に回転自在に支持され、かつ第３指部４０３に一体的に固定されたベベルギヤ状の第８ギヤ４２３ａと、第３関節４１２よりもハンド部４０４側となるハンド部４０４内に内蔵され、上記第８ギヤ４２３ａと噛合する出力ギヤ４２３ｂを出力軸４２３ｃの先端に回転一体に連結してなる第３駆動モータ４２３ｄとを備えている。そして、第３駆動モータ４２３ｄは、出力ギヤ４２３ｂにより第３回転軸４１３ａ回りに第８ギヤ４２３ａを回転させることによって、ハンド部４０４に対し第３指部４０３を第３関節４１３（第３回転軸４１３ａ）回りに回転させるようになっている。
【００６２】
したがって、本実施形態では、第１駆動モータ４２１ｊは、第２関節４１２よりもハンド部４０４側となる各指部４０１〜４０３の中で最も容積の大きい第３指部４０３に内蔵され、第１ベルト機構４２１ｆを介して第２関節４１２から第１関節４１１に伝達される第１駆動モータ４２１ｊの駆動力によって第１指部４０１を第２指部４０２に対し第１関節４１１（第１回転軸４１１ａ）回りに駆動させるようになされているので、所定の指部を関節回りに駆動させるモータをその関節のハンド部側に隣接する指部内に内蔵している場合、例えば、第１駆動モータを第１関節のハンド部側となる第２指部に内蔵している場合のように、狭い第２指部４０２の容積によって第１駆動モータ４２１ｊのサイズが第２指部４０２の容積内で制約されることがなく、より容積の大きい第３指部４０３内にサイズの大きい第１駆動モータ４２１ｊが内蔵されることになり、第２指部４０２の容積を拡大させることなく第１関節４１１回りに駆動する第１指部４０１の高トルク駆動を実現することができる。また、第２駆動モータ４２２ｊは、第３関節４１３よりもハンド部４０４側となる広い容積のハンド部４０４内に内蔵され、第２ベルト機構４４２を介して第３関節４１３から第２関節４１２に伝達される第２駆動モータ４２２ｊの駆動力によって第２指部４０２を第３指部４０３に対し第２関節４１２（第２回転軸４１２ａ）回りに駆動させるようになされているので、第２駆動モータを第２関節のハンド部側に隣接する第３指部に内蔵している場合のように、第２駆動モータ４２２ｊのサイズが第３指部４０３の容積内で制約されることがなく、容積の大きいハンド部４０４内にサイズの大きい第２駆動モータ４２２ｊが内蔵されることになり、第３指部４０３の容積を拡大させることなく第２関節４１２回りに駆動する第２指部４０２の高トルク駆動を実現することができる。
【００６３】
しかも、第１駆動機構４２１の第２プーリ４２１ｅおよび第３ギヤ４２１ｇは、第２関節４１２の第２回転軸４１２ａに回転自在に支持され、第２ベルト２２ｆを介して第３関節４１３から第２関節４１２に伝達される第２駆動モータ４２２ｊの駆動力に対し第２関節４１２から第１関節４１１に伝達される第１駆動モータ４２１ｊの駆動力を切り離して第１指部４０１を駆動する駆動力分離機構４３１を構成しているので、第１ベルト機構４４１により第２関節４１２から第１関節４１１に伝達される第１指部４０１の駆動力は、第２ベルト機構４４２により第３関節４１３から第２関節４１２に伝達される第２指部４０２の駆動力と切り離して伝達され、第２指部４０２の駆動時に第１指部４０１を円滑に駆動させることができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、把持対象物に添付または内蔵した情報記録部から情報読み取り部を利用してその把持対象物自身の属性に関する情報を取得することで、把持可能な把持対象物の範囲を飛躍的に拡大し、全く新規な把持対象物もその属性に関する情報に応じた把持力でもって安定して把持することができる。
【００６５】
また、ハンド部の各指部を折り曲げ駆動させる関節を各指部に設けることで、各指部によって把持対象物を包み込むこともでき、より安定して把持対象物を把持することができる。
【００６６】
そして、少なくとも把持対象物の重量に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として情報読み取り部でもって読み取ることで、把持対象物個々に異なる重量のバラツキも把持対象物毎の属性に関する情報として情報読み取り部により確実に取得し、想定重量よりも重い把持対象物に応じた把持力でもって安定して把持することができる。
【００６７】
また、少なくとも把持対象物の材質に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として情報読み取り部でもって読み取ることで、把持対象物個々の硬さの違いも把持対象物毎の属性に関する情報として情報読み取り部により確実に取得し、想定硬さよりも柔らかい把持対象物を破損させることなくその把持対象物に応じた把持力でもって安定して把持することができる。
【００６８】
そして、情報記録部から情報を読み取るに際し、把持対象物に対し非接触の通信により情報記録部からの情報を読み取ることで、ロボットハンドの把持対象物への接触前に把持対象物に関する情報を取得し、把持作業を効率よく行うことができる上、非常に脆い把持対象物を破損させる危険性を確実に回避することができる。しかも、把持対象物に対する非接触の通信手段として電磁放射の周波数を適用することで、把持対象物に添付または内蔵した情報記録部に対しバッテリを付設する必要がない。
【００６９】
また、ハンド部に触覚センサを設けることで、把持対象物に加わる指先力をモータトルクから算出する場合に比べて高精度に検出することができる。
【００７０】
そして、情報読み取り部をハンド部に設けることで、アーム部の自由度を利用して情報読み取り部で環境をスキャンすることができ、情報記録部と情報読み取り部との間の通信距離が比較的短くてもロボットハンドの可動範囲内に存在する把持対象物を検出することができる。
【００７１】
また、少なくとも把持対象物の把持に関する情報をその把持対象物の属性に関する情報として情報読み取り部でもって読み取ることで、より高速で安定した把持制御を実現することができる。
【００７２】
そして、第２関節よりもハンド部側となる各指部の中で最も容積の大きい第３指部に第１モータを内蔵し、第１ベルト機構を介して第２関節から第１関節に第１モータの駆動力を伝達して第１指部を第２指部に対し第１関節回りに駆動させることで、狭い容積によってサイズが制約される第２指部内に第１モータを内蔵する必要がなく、より容積の大きい第３指部内にサイズの大きい第１モータを内蔵させ、第２指部の容積を拡大させることなく第１関節回りに駆動する第１指部の高トルク駆動を実現することができる。また、第３関節よりもハンド部側となる広い容積のハンド部内に第２モータを内蔵し、第２ベルト機構を介して第３関節から第２関節に第２モータの駆動力を伝達して第２指部を第３指部に対し第２関節回りに駆動させることで、第２モータのサイズを第３指部の容積内で制約させることなく容積の大きいハンド部内にサイズの大きい第２モータを内蔵し、第３指部の容積を拡大させることなく第２関節回りに駆動する第２指部の高トルク駆動を実現することができる。
【００７３】
更に、第３関節から第２関節に伝達される駆動力に対し第２関節から第１関節に伝達される駆動力を切り離して第１指部を駆動する駆動力分離機構を設けることで、第１ベルト機構により第２関節から第１関節に伝達される第１指部の駆動力を、第２ベルト機構により第３関節から第２関節に伝達される第２指部の駆動力と切り離して伝達し、第２指部の駆動時に第１指部を円滑に駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わるロボットハンド装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】同ロボットハンド装置の制御構成を示すブロック図である。
【図３】同じくダグリーダの構成を示すブロック図である。
【図４】同じく小型タグの構成を示すブロック図である。
【図５】同じくタグシステムを説明する説明図である。
【図６】同ロボットハンド装置における制御プログラムのソフトウェア構成を示すブロック図である。
【図７】同じく静止している把持対象物をロボットハンド装置により把持する手順を示すフローチャート図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係わるロボットハンド装置を上方から見た平面図である。
【図９】同ロボットハンド装置を側方から見た側面図である。
【図１０】同じく指の各駆動機構を上方から見た平面図である。
【図１１】同指の各駆動機構を側方から見た側面図である。
【図１２】同指の第１指部の駆動機構を斜め上方から見た斜視図である。
【符号の説明】
１            ロボットハンド装置
２            ベース部（ベース）
３            アーム部
４            ハンド部
４１〜４３    指
４４〜４６    第１ないし第３関節
９            把持対象物
１０１        制御部
１１３        触覚センサ
１１４        視覚センサ
１２１        タグリーダ（情報読み取り部）
１３１        小型タグ（情報記録部）
１３８        小型タグＡ（情報記録部）
１３９        小型タグＢ（情報記録部）
４０          指
４０１        第１指部
４０２        第２指部
４０３        第３指部
４０４        ハンド部
４１１        第１関節
４１２        第２関節
４１３        第３関節
４２１ｊ      第１駆動モータ（第１モータ）
４２２ｊ      第２駆動モータ（第２モータ）
４３１        駆動力分離機構
４４１        第１ベルト機構
４４２        第２ベルト機構
【図１】
2004284001.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004284001.tif 000005
【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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