(57)【要約】【課題】把持対象物の形状に柔軟に対応して確実に把持することができるロボットハンドの提供を課題とする。【解決手段】把持対象物Ｏを把持する一対のフィンガ部材３を多段に重ねた多段フィンガ部材ユニット４と、各段毎に各フィンガ部材３の動作を制御する独立制御機構とを備える構成を採用した。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
把持対象物を把持する一対のフィンガ部材を多段に重ねた多段フィンガ部材ユニットと、前記各段毎に前記各フィンガ部材の動作を制御する独立制御機構とが備えられていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前請求項１に記載のロボットハンドにおいて、
前記独立制御機構は、前記各段のうちの何れかが、動作不良を起こした場合に、その段の各フィンガ部材を開いたままの状態に保持することを特徴とするロボットハンド。
【請求項３】
請求項１に記載のロボットハンドにおいて、
前記独立制御機構は、前記各段のうちの何れかが、動作不良を起こした場合に、その段の各フィンガ部材を作業範囲外に退避させることを特徴とするロボットハンド。
【請求項４】
請求項３に記載のロボットハンドにおいて、
前記各段には、そのフィンガ部材が配された前面とは反対側の裏面側に、一対の補助フィンガ部材が備えられており、
前記独立制御機構は、前記各段のうちの何れかが、動作不良を起こした場合に、その段の各フィンガ部材を作業範囲外に退避させるとともに、前記補助フィンガ部材を作業範囲内に移動させることを特徴とするロボットハンド。
【請求項５】
把持対象物を把持する一対のフィンガ部材を多段に重ねた多段フィンガ部材ユニットと、隣り合う各段間の開き角度を可変とする角度調整機構が備えられていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項６】
請求項５に記載のロボットハンドにおいて、
前記角度調整機構は、前記把持対象物を把持した後、前記開き角度をさらに変える方向に負荷を加えることを特徴とするロボットハンド。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか１項に記載のロボットハンドにおいて、
前記各一対のフィンガ部材間に前記把持対象物が入り込んだことを検知するゲートセンサと、前記把持対象物との間の距離を計測する距離センサとがさらに備えられ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、ロボットハンドに関し、特に、把持対象物の形状に柔軟に対応して確実に把持することができるロボットハンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地上、宇宙、さらには海底における作業において、ロボットハンドを備えた作業ロボットが広く用いられている。前記ロボットハンドとしては、複数の指部を屈曲可能に連結したフィンガ部材を一対備え、これらフィンガ部材間に把持対象物を挟み込んで把持する構成が一般的となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のロボットハンドは、わずか２本のフィンガ部材間に把持対象物を把持することと、把持対象物の形状が様々であることとから、把持後にぐらつきを生じる恐れがあった。この問題は、特に、把持対象物を把持した状態のロボットハンドに加速度を与えた場合に生じやすく、ロボットハンドの動きに追従できずに把持対象物が脱落することがあった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、把持対象物の形状に柔軟に対応して確実に把持することができるロボットハンドの提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載のロボットハンドは、把持対象物を把持する一対のフィンガ部材を多段に重ねた多段フィンガ部材ユニットと、前記各段毎に前記各フィンガ部材の動作を制御する独立制御機構とが備えられていることを特徴とする。
上記請求項１に記載のロボットハンドによれば、把持対象物を把持する際に、各段のフィンガ部材は、把持対象物の把持位置の形状に応じた閉じ具合で鋏み持つ。すなわち、例えば把持対象物がくびれた形状を有する場合、その細い部分に対向する段のフィンガ部材は、他の太い部分に対向する段のフィンガ部材よりも深く閉じて把持する。
【０００６】
請求項２に記載のロボットハンドは、前請求項１に記載のロボットハンドにおいて、前記独立制御機構が、前記各段のうちの何れかが、動作不良を起こした場合に、その段の各フィンガ部材を開いたままの状態に保持することを特徴とする。
上記請求項２に記載のロボットハンドによれば、把持対象物を把持する際のフィンガ部材に、動作不良が認められた場合には、この故障した段のフィンガ部材を開いたままにすることで、他の段のフィンガ部材の把持作業の妨げになることを防止する。
【０００７】
請求項３に記載のロボットハンドは、請求項１に記載のロボットハンドにおいて、前記独立制御機構が、前記各段のうちの何れかが、動作不良を起こした場合に、その段の各フィンガ部材を作業範囲外に退避させることを特徴とする。
上記請求項３に記載のロボットハンドによれば、把持対象物を把持する際のフィンガ部材に、動作不良が認められた場合には、この故障した段のフィンガ部材を作業範囲外に退避させることで、他の段のフィンガ部材の把持作業の妨げになることを防止する。
【０００８】
請求項４に記載のロボットハンドは、請求項３に記載のロボットハンドにおいて、前記各段に、そのフィンガ部材が配された前面とは反対側の裏面側に、一対の補助フィンガ部材が備えられており、前記独立制御機構は、前記各段のうちの何れかが、動作不良を起こした場合に、その段の各フィンガ部材を作業範囲外に退避させるとともに、前記補助フィンガ部材を作業範囲内に移動させることを特徴とする。
上記請求項４に記載のロボットハンドによれば、把持対象物を把持する際のフィンガ部材に、動作不良が認められた場合には、この故障した段のフィンガ部材を作業範囲外に退避させることで、他の段のフィンガ部材の把持作業の妨げになることを防止する。これと同時に、補助フィンガ部材が、故障したフィンガ部材に代行して把持対象物を把持する。
【０００９】
請求項５に記載のロボットハンドは、把持対象物を把持する一対のフィンガ部材を多段に重ねた多段フィンガ部材ユニットと、隣り合う各段間の開き角度を可変とする角度調整機構が備えられていることを特徴とする。
上記請求項５に記載のロボットハンドによれば、把持対象物の形状に合わせて、各段間の開き角度を変えることにより、全ての段のフィンガ部材を使って把持することができるようになる。
【００１０】
請求項６に記載のロボットハンドは、請求項５に記載のロボットハンドにおいて、前記角度調整機構が、前記把持対象物を把持した後、前記開き角度をさらに変える方向に負荷を加えることを特徴とする。
上記請求項６に記載のロボットハンドによれば、各フィンガ部材及び把持対象物間の各接触箇所における摩擦力を大きくすることができる。
【００１１】
請求項７に記載のロボットハンドは、請求項１から請求項６の何れか１項に記載のロボットハンドにおいて、前記各一対のフィンガ部材間に前記把持対象物が入り込んだことを検知するゲートセンサと、前記把持対象物との間の距離を計測する距離センサとがさらに備えられていることを特徴とする。
上記請求項７に記載のロボットハンドによれば、このロボットハンドを把持対象物に向けて接近させた際に、ゲートセンサが反応することで、把持対象物が各フィンガ部材間に入り込んだことが確認される。そして、距離センサの検出値によって各フィンガ部材が把持対象物を掴める位置に来たと確認された後、各フィンガ部材を閉じることで、把持対象物の把持が行われる。この時、ゲートセンサまたは距離センサが反応しているにもかかわらず各フィンガ部材が閉じない場合には、これらフィンガ部材が故障状態にあることが確認される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のロボットハンドの各実施形態を、図面を参照しながら以下に説明するが、本発明がこれらのみに限定解釈されるものでないことは勿論である。
まず、図１から図３を参照しながら、本発明の第１実施形態について以下に説明する。
【００１３】
図１及び図２に示すように、本実施形態のロボットハンド１は、基部２と、該基部２に接続された一対（２本）のフィンガ部材３を多段（同図の例では４段）に重ねた多段フィンガ部材ユニット４と、各段毎に各フィンガ部材３の動作を制御する独立制御機構（図示せず）とを備え、各段の各フィンガ部材３間に把持対象物Ｏを把持する概略構成となっている。
【００１４】
図３に示すように、各フィンガ部材３は、それぞれ、３本の指部３ａ，３ｂ，３ｃ間を関節３ｄ，３ｅで連結した多関節フィンガ部材であり、関節３ｆにおいて基部２に連結されている。そして、これらフィンガ部材３は、図示を省略するが、基部２内に内蔵されたモータにより、プーリ及び巻き取り装置及びワイヤを備える駆動力伝達機構を介して駆動され、図１の開いた状態から図２の閉じた状態に動作するようになっている。この閉じる際の各フィンガ部材３は、把持対象物Ｏの外形になじむように変形するため、各指部３ａ，３ｂ，３ｃのそれぞれが把持対象物Ｏの表面に当接して把持する。
【００１５】
前記独立制御機構は、各段に備えられている前記各モータに接続されており、各モータの起動タイミング、回転速度、回転トルクを、個別に制御することが可能となっている。したがって、各フィンガ部材３は、各段独立して開閉動作できるものとなっている。
また、図３に示すように、各段毎に、一対のフィンガ部材３間には、これらの間に把持対象物Ｏが入り込んだことを検知するゲートセンサ５と、把持対象物Ｏ及び基部２間の距離を計測する距離センサ６とがさらに備えられている。
【００１６】
ゲートセンサ５は、一方のフィンガ部材３の先端側の指部３ａに備えられた発光器５ａと、該発光器５ａからの光ｌ１を受光する受光器５ｂとを備えて構成されている。発光器５は、常に受光器５ｂに向けて発光しているが、この光ｌ１を把持対象物Ｏが遮った場合には、受光器５ｂが光ｌ１を確認できなくなるため、各フィンガ部材３間に把持対象物Ｏが入り込んだことを確認することができる。
距離センサ６は、基部２の前面に設けられており、各フィンガ部材３間に入り込んだ把持対象物Ｏに向けて光ｌ２を発する発光器と、把持対象物Ｏに当たって戻ってきた光ｌ２を受光する受光器とを備えており、基部２と把持対象物Ｏ間の距離をリアルタイムで測定することが可能となっている。
【００１７】
そして、前記独立制御機構は、ゲートセンサ５及び距離センサ６に接続されており、把持対象物Ｏ及びロボットハンド１間の相対位置を把握することが可能となっている。すなわち、ロボットハンド１を把持対象物Ｏに向けて接近させた際に、ゲートセンサ５が反応することで、把持対象物Ｏが各フィンガ部材３間に入り込んだことが確認される。そして、距離センサ６の検出値によって各フィンガ部材３が把持対象物Ｏを掴める位置に来たと確認された後、各フィンガ部材３を閉じることで、把持対象物Ｏの把持が行われる。
【００１８】
この時、ゲートセンサ５または距離センサ６が反応しているにもかかわらず各フィンガ部材３が閉じない場合には、これらフィンガ部材３が故障状態にあると判断される。その場合、前記独立制御機構は、動作不良を起こした段の各フィンガ部材３を開いたままに保持する。これにより、この故障した段のフィンガ部材３が他の段のフィンガ部材３の把持作業の妨げになることを防止することが可能となっている。
【００１９】
以上説明の本実施形態のロボットハンド１によれば、多段フィンガ部材ユニット４と前記独立制御機構を備えたことにより、各フィンガ部材３の閉じ具合を各段毎に変えることができるので、把持対象物Ｏの形状に柔軟に対応して確実に把持することが可能となる。
また、本実施形態のロボットハンド１によれば、動作不良を起こした場合に、その段のフィンガ部材３を開いたままにすることで、他の段のフィンガ部材３が把持対象物Ｏを把持する作業に支障を及ぼすのを防止することが可能となる。
また、本実施形態のロボットハンド１によれば、ゲートセンサ５及び距離センサ６を備えることにより、把持対象物Ｏの把持を適切なタイミングで行うことが可能となる。また、各フィンガ部材３の故障の有無を確認することも可能となる。
【００２０】
なお、上記実施形態では、各段のうちの何れかが動作不良を起こした場合に、その段のフィンガ部材３を開いたままにする構成を採用したが、この他に、図４に示す構成も採用可能である。
すなわち、基部２を、各段毎に分割し、これら各段の重ね方向を軸線として互いに回動可能に連結する。さらに、図４（ａ）に示すように、分割した各段の基部２ａに、そのフィンガ部材３が配された前面とは反対側の裏面側に、一対の補助フィンガ部材３Ａをそれぞれ設ける（図４（ａ），（ｂ）では、説明のため、各段のうちの１段のみを図示している。）。
【００２１】
これにより、例えば図４（ａ）に示すように、前面側のフィンガ部材３が動作不良を起こした場合には、前記軸線回りに基部２ａを反転させる。すると、図４（ｂ）に示すように、故障したフィンガ部材３が作業範囲外に退避すると同時に、補助フィンガ部材３Ａが作業範囲内に移動する。そして、この補助フィンガ部材３Ａが、故障したフィンガ部材３の代わりに把持作業を行うので、把持能力の低下を防ぐことが可能となる。
【００２２】
続いて、図５及び図６を参照しながら、本発明の第２実施形態について以下に説明する。なお、以下の説明においては、上記第１実施形態と同一構成要素のものには同一符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態のロボットハンド１１は、分割基部１２に連結された一対のフィンガ部材３を多段（同図の例では４段）に重ねた多段フィンガ部材ユニット１３と、各段毎に各フィンガ部材３の動作を制御する前記独立制御機構とを備え、各段の各フィンガ部材３間に把持対象物Ｏ１を把持する概略構成となっている。さらに、本実施形態のロボットハンド１１は、隣り合う各段間（すなわち各分割基部１２間）の開き角度θ１〜θ３を可変とする角度調整機構１４を備えた点が特に特徴的となっている。
【００２３】
各分割基部１２は、ヒンジ１５によって互いに回動可能に連結されている。また、角度調整機構１４は、各分割基部１２間を接続する流体圧シリンダ１４ａであり、その伸縮動作により、各ヒンジ１５を中心として前記各開き角度θ１〜θ３を個別に調整することが可能となっている。
したがって、図６に示すように、把持対象物Ｏ１の曲がり形状に合わせて、多段フィンガ部材ユニット１３の形状を湾曲させることが可能となっている。
【００２４】
このロボットハンド１１によれば、まず、把持対象物Ｏ１の形状に合わせて角度調整機構１４により多段フィンガ部材ユニット１３の形状を反らせた後、把持対象物Ｏ１に接近させ、各段毎に各フィンガ部材３を閉じさせることで、把持作業が行われる。この時、角度調整機構１４が把持対象物Ｏ１を把持した後、各開き角度θ１〜θ３をさらに広げる方向（もしくは、狭める方向）に負荷を加えることで、各フィンガ部材３及び把持対象物Ｏ１間の各接触箇所における摩擦力を大きくすることができるので、より強固に把持対象物Ｏ１を把持することが可能となる。
【００２５】
なお、上記第１実施形態及び第２実施形態では、フィンガ部材３の段数が４段の場合について説明したが、これに限らず、２〜３段、もしくは５段以上としても良い。
また、各フィンガ部材３は、３本の指部３ａ，３ｂ，３ｃからなるものとしたが、これに限らず、１本または２本、もしくは４本以上としても良い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載のロボットハンドによれば、多段フィンガ部材ユニットと独立制御機構を備えたことにより、各フィンガ部材の閉じ具合を各段毎に変えることができるので、把持対象物の形状に柔軟に対応して確実に把持することが可能となる。
【００２７】
また、請求項２に記載のロボットハンドによれば、動作不良を起こした場合に、その段のフィンガ部材を開いたままにすることで、他の段のフィンガ部材が把持対象物を把持する作業に支障を及ぼすのを防止することが可能となる。
【００２８】
また、請求項３に記載のロボットハンドによれば、動作不良を起こした場合に、その段のフィンガ部材を作業範囲外に退避させることで、他の段のフィンガ部材が把持対象物を把持する作業に支障を及ぼすのを防止することが可能となる。
【００２９】
また、請求項４に記載のロボットハンドによれば、動作不良を起こした場合に、その段のフィンガ部材を作業範囲外に退避させることで、他の段のフィンガ部材が把持対象物を把持する作業に支障を及ぼすのを防止することが可能となる。さらに、この故障したフィンガ部材に代行して補助フィンガ部材が把持作業を行うので、把持能力の低下を防ぐことも可能となる。
【００３０】
また、請求項５に記載のロボットハンドによれば、多段フィンガ部材ユニットと角度調整機構を備えたことにより、例えば湾曲形状を有する把持対象物でも、その湾曲形状に合わせた反り具合に多段フィンガ部材ユニットを変形させることができるため、全ての段のフィンガ部材を使って把持することができるようになる。したがって、把持対象物の形状に柔軟に対応して確実に把持することが可能となる。
【００３１】
また、請求項６に記載のロボットハンドによれば、把持後の前記開き角度をさらに変える方向に負荷を加えることにより、各フィンガ部材及び把持対象物間の各接触箇所における摩擦力を大きくすることができるので、より強固に把持対象物を把持することが可能となる。
【００３２】
また、請求項７に記載のロボットハンドによれば、ゲートセンサ及び距離センサをさらに備えることにより、把持対象物の把持を適切なタイミングで行うことが可能となる。また、各フィンガ部材の故障の有無を確認することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロボットハンドの第１実施形態を示す図であって、把持対象物を把持する前の状態を示す斜視図である。
【図２】同ロボットハンドを示す図であって、把持対象物を把持した状態を示す斜視図である。
【図３】同ロボットハンドのフィンガ部材を示す図であって、把持対象物を把持する工程を説明するための平面図である。
【図４】同ロボットハンドのフィンガ部材の変形例を示す要部斜視図であって、（ａ）はフィンガ部材の故障を発見した状態を示し、（ｂ）は復旧後の状態を示している。
【図５】本発明のロボットハンドの第２実施形態を示す図であって、把持対象物を把持する前の状態を示す斜視図である。
【図６】同ロボットハンドを示す図であって、把持対象物を把持した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１，１１・・・ロボットハンド
３・・・フィンガ部材
３Ａ・・・補助フィンガ部材
４，１３・・・多段フィンガ部材ユニット
５・・・ゲートセンサ
６・・・距離センサ
１４・・・角度調整機構
Ｏ，Ｏ１・・・把持対象物
【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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