(57)【要約】【課題】  様々な寸法の物体を容易に且つ安定性良く把持することができるロボットハンドの指構造を提供する。【解決手段】  ロボットハンドの指１は指本体２を有し、この指本体２の先端部には爪部材３Ａ，３Ｂが設けられている。爪部材３Ａの先端形状は平坦であり、爪部材３Ｂの先端形状は尖っている。指本体２の先端部には、爪部材３Ａ，３Ｂを配置するための穴部５が設けられている。この穴部５の底側部分には、指本体２の先端側に付勢し、爪部材３Ａ，３Ｂを指本体２に対して出し入れ自在に支持するバネ６Ａ，６Ｂが配置されている。２本の指１により小物体を把持する際には、当該物体は爪部材３Ａによって安定して把持され、２本の指１により大物体を把持する際には、当該物体は指本体２によって安定した把持される。また、物体の引っ掻き動作は、爪部材３Ｂによって行われる。【選択図】  図１
2005335025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指本体と、
前記指本体の先端部に設けられ、先端形状が異なる複数の爪部材と、
前記指本体の内部に配置され、前記各爪部材を前記指本体に対して出し入れ自在に支持する複数の弾性部材とを備えることを特徴とするロボットハンドの指構造。
【請求項２】
前記指本体の内部に配置され、前記各弾性部材が取り付けられた複数の移動体と、
前記弾性部材の初期状態を保ったままで前記各爪部材を前記指本体に対して出し入れするように前記各移動体を駆動する複数のアクチュエータとを更に備えることを特徴とする請求項１記載のロボットハンドの指構造。
【請求項３】
前記複数の爪部材のいずれか一つは、平坦な先端形状を有し、
前記複数の爪部材の他の一つは、尖った先端形状を有し、
前記平坦な先端形状を有する爪部材を支持する前記弾性部材の弾性係数は、前記尖った先端形状を有する爪部材を支持する前記弾性部材の弾性係数よりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載のロボットハンドの指構造。
【請求項４】
指本体と、
前記指本体の先端部に設けられた爪部材と、
前記指本体の内部に配置された移動体と、
前記移動体に取り付けられ、前記爪部材を前記指本体に対して出し入れ自在に支持する弾性部材と、
前記弾性部材の初期状態を保ったままで前記爪部材を前記指本体に対して出し入れするように前記移動体を駆動するアクチュエータとを備えることを特徴とするロボットハンドの指構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の把持等を行うロボットハンドの指構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来におけるロボットハンドの指構造としては、例えば特許文献１に記載されているように、ロボットハンドにおける指関節機構の先端に位置する指部材に爪を設けたものが知られている。
【特許文献１】特開２００３−２２０５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術においては、特定の先端形状を有する爪が指部材に固定されているので、指部材により物体を把持する際に、物体の寸法によっては把持が困難になる場合がある。
【０００４】
本発明の目的は、様々な寸法の物体を容易に且つ安定性良く把持することができるロボットハンドの指構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係わるロボットハンドの指構造は、指本体と、指本体の先端部に設けられ、先端形状が異なる複数の爪部材と、指本体の内部に配置され、各爪部材を指本体に対して出し入れ自在に支持する複数の弾性部材とを備えることを特徴とするものである。
【０００６】
このようなロボットハンドの指構造において、複数の爪部材の一つを、例えば小さな物体を把持しやすい平坦な先端形状を有するものとする。ロボットハンドの指を動作させていないときは、指の各爪部材は、弾性部材の付勢力によって指本体に対して突き出た状態となっている。この状態で、複数の指により物体を把持すると、爪部材に物体が接触し、爪部材が弾性部材の付勢力に抗して指本体内に押し込まれようとする。このとき、小さな物体を把持したときは、爪部材は僅かに指本体内に押し込まれるだけであり、当該物体は平坦な先端形状を有する複数の爪部材によって把持される。一方、大きな物体を把持したときは、爪部材は指本体内に十分に押し込まれるため、当該物体は複数の指本体によって把持されることになる。これにより、小さな物体も大きな物体も容易に且つ安定性良く把持することができる。さらに、先端形状が異なる複数の爪部材を設けることにより、物体の把持以外の作業にも対応することが可能となる。例えば、複数の爪部材の他の一つを尖った先端形状を有するものとした場合には、物体の引っ掻き作業を容易に行うことができる。
【０００７】
好ましくは、指本体の内部に配置され、各弾性部材が取り付けられた複数の移動体と、弾性部材の初期状態を保ったまま各爪部材を指本体に対して出し入れするように各移動体を駆動する複数のアクチュエータとを更に備える。この場合、ロボットハンドの指を使って何らかの作業を行うときは、各爪部材が指本体に対して突き出た状態となるように移動体を駆動し、それ以外は、各爪部材が完全に指本体内に格納されるように移動体を駆動する。これにより、ロボットハンドの指を動作させていない時に、爪部材が他の物体等に接触して被害を与えることを防止できる。
【０００８】
また、好ましくは、複数の爪部材のいずれか一つは、平坦な先端形状を有し、複数の爪部材の他の一つは、尖った先端形状を有し、平坦な先端形状を有する爪部材を支持する弾性部材の弾性係数は、尖った先端形状を有する爪部材を支持する弾性部材の弾性係数よりも小さい。これにより、各爪部材に物体が接触したときに、尖った先端形状を有する爪部材よりも平坦な先端形状を有する爪部材が弾性部材の付勢力に抗して指本体内に押し込まれやすくなる。従って、例えば凹凸のある物体表面を引っ掻く作業を行う場合に、平坦な先端形状を有する爪部材が指本体内に押し込まれた状態で、尖った先端形状を有する爪部材により物体表面を効果的に引っ掻くことができる。
【０００９】
本発明に係わる他のロボットハンドの指構造は、指本体と、指本体の先端部に設けられた爪部材と、指本体の内部に配置された移動体と、移動体に取り付けられ、爪部材を指本体に対して出し入れ自在に支持する弾性部材と、弾性部材の初期状態を保ったままで爪部材を指本体に対して出し入れするように移動体を駆動するアクチュエータとを備えることを特徴とするものである。
【００１０】
このようなロボットハンドの指構造において、ロボットハンドの指を使って何らかの作業を行うときは、各爪部材が指本体に対して突き出た状態となるように移動体を駆動する。この状態で、複数の指により物体を把持すると、爪部材に物体が接触し、爪部材が弾性部材の付勢力に抗して指本体内に押し込まれようとする。このとき、小さな物体を把持したときは、爪部材は僅かに指本体内に押し込まれるだけであり、当該物体は複数の爪部材によって把持される。一方、大きな物体を把持したときは、爪部材は指本体内に十分に押し込まれるため、当該物体は複数の指本体によって把持されることになる。これにより、小さな物体も大きな物体も容易に且つ安定性良く把持することができる。また、指を使った作業を行うとき以外は、各爪部材が完全に指本体内に格納されるように移動体を駆動する。これにより、ロボットハンドの指を動作させていない時に、爪部材が他の物体等に接触して被害を与えることを防止できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、様々な寸法の物体を容易に且つ安定性良く把持することができる。これにより、ロボットハンドの指による物体の把持動作を有効に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係わるロボットハンドの指構造の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係わるロボットハンドの指構造の第１実施形態を示す断面図である。同図において、本実施形態の指１は、物体の把持を可能とすべくロボットハンド（図示せず）に複数本具備されている。これらの指１は指本体２を有し、この指本体２の先端部には２つの爪部材３Ａ，３Ｂが設けられている。
【００１４】
爪部材３Ａは、図２（ａ）に示すように、例えば繰出鉛筆の芯などの小物体を把持しやすいように先端形状が平坦になっている。爪部材３Ａの基端部には、係止用突起４Ａが設けられている。爪部材３Ｂは、図２（ｂ）に示すように、引っ掻き動作を行うために先端形状が尖っている。爪部材３Ｂの基端部には、係止用突起４Ｂが設けられている。
【００１５】
指本体２の先端部には、爪部材３Ａ，３Ｂを配置するための穴部５が設けられている。この穴部５の底側部分には、指本体２の先端側に付勢し、爪部材３Ａ，３Ｂを指本体２に対して出し入れ自在に支持する２つのバネ６Ａ，６Ｂが配置されている。バネ６Ａ，６Ｂの一端は、穴部５の底を形成する指本体２の内壁面に取り付けられ、バネ６Ａ，６Ｂの他端は、爪部材３Ａ，３Ｂの基端面にそれぞれ取り付けられている。爪部材３Ａ，３Ｂは、バネ６Ａ，６Ｂの初期状態において所定長だけ指本体２から突き出た状態となっている。爪部材３Ａを支持するバネ６Ａのバネ定数（弾性係数）は、好ましくは、爪部材３Ｂを支持するバネ６Ｂのバネ定数よりも小さく設定されている。
【００１６】
また、指本体２には、穴部５によって作られる内壁面の一部を形成し、爪部材３Ａ，３Ｂの係止用突起４Ａ，４Ｂと係合する係止受け面７Ａ，７Ｂがそれぞれ設けられている。これにより、爪部材３Ａ，３Ｂが指本体２の先端側に動いても、係止用突起４Ａ，４Ｂが係止受け面７Ａ，７Ｂに当たるため、爪部材３Ａ，３Ｂが指本体２から抜け出ることは無い。
【００１７】
ロボットハンドの２本の指１により比較的軽い小物体を把持するときは、図３に示すように、各指１における平坦な先端形状を有する爪部材３Ａを小物体Ｐに接触させて、２本の爪部材３Ａにより小物体Ｐを掴む。このとき、小物体Ｐを強く掴むと、爪部材３Ａがバネ６Ａの付勢力に抗して穴部５内に押し込まれるが、その時に爪部材３Ａにかかる力は比較的弱いため、爪部材３Ａは僅かに穴部５内に押し込まれるだけであり、爪部材３Ａの先端側部分は指本体２から突き出たままの状態に維持される。これにより、小物体Ｐは、２本の爪部材３Ａにより安定して把持される。
【００１８】
一方、ロボットハンドの２本の指１によって、上記の小物体Ｐよりも重く大きな物体を把持する場合には、図４に示すように、爪部材３Ａ，３Ｂで物体Ｑを掴むべく、爪部材３Ａ，３Ｂを物体Ｑに接触させると、爪部材３Ａ，３Ｂが各々バネ６Ａ，６Ｂの付勢力に抗して穴部５内に十分に押し込まれる。このため、爪部材３Ａ，３Ｂは完全に指本体２の内部に引っ込んだ状態となり、物体Ｑは指本体２の先端の面に広い面積で当たることになる。これにより、物体Ｑは、２本の指本体２により安定して把持される。
【００１９】
さらに、ロボットハンドの指１により物体の表面を引っ掻く場合には、尖った先端形状を有する爪部材３Ｂを用いて行う。ここで、爪部材３Ａに対応するバネ６Ａのバネ定数は、上述したように爪部材３Ｂに対応するバネ６Ｂのバネ定数よりも小さい。このため、図５に示すように、爪部材３Ｂにより凹凸状の表面Ｒを引っ掻くときには、爪部材３Ａがバネ６Ａの付勢力に抗して穴部５内に押し込まれるようになる。従って、爪部材３Ｂによる引っ掻き動作が行いやすくなる。
【００２０】
以上のように本実施形態によれば、指本体２に対して出し入れ自在な爪部材３Ａ，３Ｂを設けたので、サイズや重量等が異なる様々な物体を２本の指１により簡単にかつ安定性良く把持することができる。また、平坦な先端形状を有する爪部材３Ａと尖った先端形状を有する爪部材３Ｂとを用いるので、物体の把持作業だけでなく、物体への引っ掻き作業も簡単に行うことができる。
【００２１】
図６は、本発明に係わるロボットハンドの指構造の第２実施形態を示す断面図である。同図において、本実施形態の指１０は指本体１１を有し、この指本体１１の先端部には、先端形状が平坦な爪部材１２が設けられている。爪部材１２の基端部は、係止部１３を構成している。
【００２２】
指本体１１には、爪部材１２を配置するための穴部１４と、この穴部１４と連通した駆動部収納室１５とが設けられている。穴部１４は、駆動部収納室１５よりも指本体１１の先端側に形成されている。駆動部収納室１５には、移動体１６と、この移動体１６と連接されたアクチュエータ１７とが収納されている。
【００２３】
移動体１６の内部には、係止部１３を含む爪部材１２の基端側部分と、指本体１１の先端側に付勢し、移動体１６が図６に示す把持可能位置（後述）にある時に爪部材１２を指本体１１に対して出し入れ自在に支持するバネ１８とが配置されている。バネ１８の一端は移動体１６に取り付けられ、バネ１８の他端は爪部材１２の係止部１３に取り付けられている。また、移動体１６は、係止部１３と係合する係止受け壁部１９を有し、この係止受け壁部１９には、爪部材１２を挿通させる挿通孔１９ａが形成されている。これにより、爪部材１２が移動体１６から抜け出ることを防止しつつ、爪部材１２を指本体１１に対して出し入れ自在にすることが可能となる。
【００２４】
アクチュエータ１７は、クランク機構２０と、このクランク機構２０の回転部を回転させるモータ２１とを有している。アクチュエータ１７は、バネ１８の初期状態を保ったままで爪部材１２を強制的に指本体１１に対して出し入れするように移動体１６を駆動する。具体的には、アクチュエータ１７は、バネ１８が初期状態にある時に爪部材１２の先端部が指本体１１から突き出る把持可能位置（図６に示す位置）と、バネ１８が初期状態にある時に爪部材１２の先端部が指本体１１内に引っ込む退避位置（図８に示す位置）との間で、移動体１６を往復移動させる。なお、このようなアクチュエータ１７は、ロボットハンドのコントローラ（図示せず）によって制御される。
【００２５】
２本の指１０により小物体を把持するときは、図７に示すように、爪部材１２の先端部を指本体１１から突出させた状態で、２本の爪部材１２により小物体Ｐを掴む。このとき、第１実施形態と同様に、爪部材１２が小物体Ｐに当たってバネ１８の付勢力に抗して穴部１４内に押し込まれる量は少ないので、小物体Ｐは２本の爪部材１２によって容易にかつ安定して把持される。また、小物体Ｐよりも大きい物体を把持する場合には、図示はしないが、第１実施形態と同様に、爪部材１２が物体に当たったときに、爪部材１２はバネ１８の付勢力に抗して十分に穴部１４内に押し込まれるため、当該物体は２本の指本体１０によって容易にかつ安定して把持される。
【００２６】
一方、物体の把持を行わないときは、図８に示すように、アクチュエータ１７により移動体１６を把持可能位置から退避位置に移動させる。これにより、爪部材１２は、完全に指本体１１の内部に収納された状態となる。従って、爪部材１２が何らかの物体に当たることで、当該物体に被害を与えたり、爪部材１２自体が損傷することを防止できる。また、爪部材１２が作業者に接触することも防止できる。
【００２７】
図９は、本発明に係わるロボットハンドの指構造の第３実施形態を示す断面図である。同図において、本実施形態の指３０は指本体３１を有し、この指本体３１の先端部には２つの爪部材３２Ａ，３２Ｂが設けられている。爪部材３２Ａは、図１０（ａ）に示すように、平坦な先端形状を有している。爪部材３２Ａの基端部には係止用突起３３Ａが設けられ、爪部材３２Ａの中間部分には屈曲部３４Ａが設けられている。爪部材３２Ｂは、図１０（ｂ）に示すように、尖った先端形状を有している。爪部材３２Ｂの基端部には係止用突起３３Ｂが設けられ、爪部材３２Ｂの中間部分には屈曲部３４Ｂが設けられている。
【００２８】
指本体３１には、爪部材３２Ａ，３２Ｂを配置するための穴部３５と、この穴部３５と連通した駆動部収納室３６とが設けられている。穴部３５は、駆動部収納室３６よりも指本体３１の先端側に形成されている。穴部３５は、爪部材３２Ａ，３２Ｂを先端側に対して近接した状態で対向配置させるような形状を有している。これにより、爪部材３２Ａ，３２Ｂを指本体３１にスペース効率良く設けることが可能となる。
【００２９】
駆動部収納室３６には、移動体３７Ａ，３７Ｂと、これらの移動体３７Ａ，３７Ｂとそれぞれ連接されたアクチュエータ３８Ａ，３８Ｂとが並んで収納されている。移動体３７Ａの内部には、係止用突起３３Ａを含む爪部材３２Ａの基端側部分と、指本体３１の先端側に付勢し、移動体３７Ａが図９に示す把持可能位置（後述）にある時に爪部材３２Ａを指本体３１に対して出し入れ自在に支持するバネ３９Ａとが配置されている。バネ３９Ａの一端は移動体３７Ａに取り付けられ、バネ３９Ａの他端は爪部材３２Ａの係止用突起３３Ａに取り付けられている。
【００３０】
移動体３７Ｂの内部には、係止用突起３３Ｂを含む爪部材３２Ｂの基端側部分と、指本体３１の先端側に付勢し、移動体３７Ｂが図９に示す把持可能位置（後述）にある時に爪部材３２Ｂを指本体３１に対して出し入れ自在に支持するバネ３９Ｂとが配置されている。バネ３９Ｂの一端は移動体３７Ｂに取り付けられ、バネ３９Ｂの他端は爪部材３２Ｂの係止用突起３３Ｂに取り付けられている。このとき、バネ３９Ｂのバネ定数は、バネ３９Ａのバネ定数と同じでも良いし、バネ３９Ａのバネ定数と異なっていても良い。
【００３１】
また、移動体３７Ａ，３７Ｂは、係止用突起３３Ａ，３３Ｂと係合する係止受け壁部４０をそれぞれ有し、各係止受け壁部４０には、爪部材３２Ａ，３２Ｂを挿通させる挿通孔４０ａがそれぞれ形成されている。これにより、爪部材３２Ａ，３２Ｂが移動体３７Ａ，３７Ｂから抜け出ることを防止しつつ、爪部材３２Ａ，３２Ｂを指本体３１に対して出し入れ自在にすることが可能となる。
【００３２】
アクチュエータ３８Ａ，３８Ｂは、各々、クランク機構４１と、このクランク機構４１の回転部を回転させるモータ４２とを有している。アクチュエータ３８Ａ，３８Ｂは、バネ３９Ａ，３９Ｂの初期状態を保ったままで爪部材３２Ａ，３２Ｂを強制的に指本体３１に対して出し入れするように移動体３７Ａ，３７Ｂをそれぞれ駆動する。具体的には、アクチュエータ３８Ａ，３８Ｂは、バネ３９Ａ，３９Ｂが初期状態にある時に爪部材３２Ａ，３２Ｂの先端部が指本体３１から突き出る把持可能位置（図９に示す位置）と、バネ３９Ａ，３９Ｂが初期状態にある時に爪部材３２Ａ，３２Ｂの先端部が指本体３１内に引っ込む退避位置（図１３に示す位置）との間で、移動体３７Ａ，３７Ｂをそれぞれ往復移動させる。
【００３３】
２本の指３０により小物体を把持するときは、図１１に示すように、爪部材３２Ａ，３２Ｂの先端部を指本体３１から突出させた状態で、平坦な先端形状を有する２本の爪部材３２Ａにより小物体Ｐを掴む。このとき、上述した実施形態と同様に、小物体Ｐは２本の爪部材３２Ａによって容易にかつ安定して把持される。また、小物体Ｐよりも大きい物体を把持する場合には、図示はしないが、上述した実施形態と同様に、当該物体は２本の指本体３１によって容易にかつ安定して把持される。
【００３４】
指３０により物体の表面を引っ掻く場合には、図１２に示すように、アクチュエータ３８Ａにより移動体３７Ａを把持可能位置から退避位置に移動させて、平坦な先端形状を有する爪部材３２Ａを指本体３１の内部に引っ込める。そして、尖った先端形状を有する爪部材３２Ｂにより物体の表面Ｒを引っ掻く。これにより、物体の表面Ｒが図示の通り凹凸状をなしている場合でも、爪部材３２Ｂによる引っ掻き動作を容易にかつ確実に行うことができる。ここで、バネ３９Ａのバネ定数がバネ３９Ｂのバネ定数よりも小さい場合には、爪部材３２Ａの先端部を指本体３１から突出させたままの状態で、引っ掻き動作を行ってもよい。この場合でも、爪部材３２Ｂで凹凸状の表面Ｒを引っ掻く際には、第１実施形態と同様に、爪部材３２Ａがバネ３９Ａの付勢力に抗して指本体３１内に押し込まれるため、引っ掻き動作が有効に行える。
【００３５】
また、物体の把持作業や物体の引っ掻き作業を行わないときは、図１３に示すように、アクチュエータ３８Ａ，３８Ｂにより移動体３７Ａ，３７Ｂを把持可能位置から退避位置に移動させ、爪部材３２Ａ，３２Ｂのいずれも完全に指本体３１の内部に収納された状態にする。これにより、未作業時に、爪部材３２Ａ，３２Ｂが何らかの物体や作業者に接触して不都合が生じることを防止できる。
【００３６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の第１及び第３実施形態では、平坦な先端形状を有する爪部材と尖った先端形状を有する爪部材とを使用し、上記第２実施形態では、平坦な先端形状を有する爪部材を使用したが、爪部材の先端形状は特に上記のものには限られず、把持すべき物体の形状や実施すべき作業事項等に応じて適宜最適なものを使用すれば良い。
【００３７】
また、上記の第１及び第３実施形態において、爪部材の数は特に２つには限られず、先端形状の異なる爪部材を１つの指本体に対して３つ以上設けても良い。
【００３８】
さらに、上記実施形態では、爪部材を指本体に対して出し入れ自在に支持する弾性部材としてバネを用いたが、スポンジ等を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係わるロボットハンドの指構造の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す爪部材の斜視図である。
【図３】図１に示す指により小物体を把持した状態を示す断面図である。
【図４】図１に示す指により大物体を把持した状態を示す断面図である。
【図５】図１に示す指により物体を引っ掻く動作を示す断面図である。
【図６】本発明に係わるロボットハンドの指構造の第２実施形態を示す断面図である。
【図７】図６に示す指により小物体を把持した状態を示す断面図である。
【図８】図６に示す爪部材を指本体内に収納した状態を示す断面図である。
【図９】本発明に係わるロボットハンドの指構造の第３実施形態を示す断面図である。
【図１０】図９に示す爪部材の斜視図である。
【図１１】図９に示す指により小物体を把持した状態を示す断面図である。
【図１２】図９に示す指により物体を引っ掻く動作を示す断面図である。
【図１３】図９に示す爪部材を指本体内に格納した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…指、２…指本体、３Ａ，３Ｂ…爪部材、６Ａ，６Ｂ…バネ（弾性部材）、１０…指、１１…指本体、１２…爪部材、１６…移動体、１７…アクチュエータ、１８…バネ（弾性部材）、３０…指、３１…指本体、３２Ａ，３２Ｂ…爪部材、３７Ａ，３７Ｂ…移動体、３８Ａ，３８Ｂ…アクチュエータ、３９Ａ，３９Ｂ…バネ（弾性部材）。
【図１】
2005335025.tif 000003
【図２】
2005335025.tif 000004
【図３】
2005335025.tif 000005
【図４】
2005335025.tif 000006
【図５】
2005335025.tif 000007
【図６】
2005335025.tif 000008
【図７】
2005335025.tif 000009
【図８】
2005335025.tif 000010
【図９】
2005335025.tif 000011
【図１０】
2005335025.tif 000012
【図１１】
2005335025.tif 000013
【図１２】
2005335025.tif 000014
【図１３】
2005335025.tif 000015