(57)【要約】【課題】  物品を把持するにあたり、位置制御によって作動する指部の物品に対する目標位置のずれを効果的に吸収して常に的確に物品を把持することを、簡素かつ軽量な構成で達成することができる歩行型ロボットを提供する。【解決手段】  手部６に固定された第２指部６２と、手部６に基部関節軸６１ａを介して揺動自在に連結された第１指部６１とにより、物品（板材Ｐ）を把持する。第１指部６１の先端に、基部関節軸６１ａと平行な第１関節軸６１ｂを介して指先リンク６１Ｂを揺動自在に連結し、この指先リンク６１Ｂを、ねじりコイルバネ６４によって第２指部６２側に屈曲するよう付勢する。物品を把持する際、指先リンク６１Ｂが常に物品に弾性的に当接し、物品に対する第１指部６１の目標位置にずれが生じても、そのずれをねじりコイルバネ６４の変形で吸収し、物品を的確に把持する。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
手部の先端に指部を有する歩行型ロボットにおいて、
前記指部は、少なくとも第１指部と第２指部とを備え、かつ、これら指部が、把持対象物を把持可能に互いに離接するよう設けられており、さらに少なくとも一方の指部の先端には、他方の指部に対して離接するよう揺動自在に連結され、かつ、弾性部材によって他方の指部側に付勢されて屈曲した状態に保持される先端リンクが連結されていることを特徴とする歩行型ロボット。
【請求項２】
前記第１指部および第２指部のうちの一方が前記手部に固定され、他方が前記手部に関節軸を介して揺動自在に連結されており、前記先端リンクは、第１指部および第２指部の双方、またはいずれか一方に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の歩行型ロボット。
【請求項３】
前記第１指部および第２指部の双方が前記手部に関節軸を介して揺動自在に連結され、前記先端リンクは、第１指部および第２指部の双方、またはいずれか一方に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の歩行型ロボット。
【請求項４】
前記先端リンクの、前記弾性部材による付勢方向とは反対方向への揺動角度を規制するストッパが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の歩行型ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人型すなわち二足歩行型等の歩行可能な作業用ロボットとして利用されるロボットに係り、特に、主として把持作業を行う指部の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットの分野においては、工場等で利用される産業用ロボットが、もっとも実用化が進んでいる。そのようなロボットには、各種作業を行わせるためのハンド装置が具備されており、そのハンド装置としては、グリッパ型が広く普及している。グリッパ型のハンド装置としては、例えば、指部となる一対の平板を１軸あるいは平行な２軸に揺動自在に支持して開閉動作させることにより、物品（把持対象物）を把持するものが挙げられ、一般には、高い強度を有し、高負荷に対応可能であり、単純な構成と相まって信頼性の面では高い評価を得ている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３１０２８４号公報
【特許文献２】特開２００１−３２２０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記ハンド装置等のロボットの可動部分は、可動軸を目標位置（目標角度）に停止させる位置制御によって、可動子の動作を精密に制御している場合が多い。例えば、ハンド装置によって板材等の一定厚さの多数の物品を繰り返し把持させる際には、その物品の厚さに適合する位置、つまり物品を的確に把持する位置を目標として、指部を位置制御する。しかしながら、物品の厚さにバラツキがあると、物品に対する指部に目標位置にずれが生じ、これによって物品を的確に把持することができなかったり、駆動系に負荷が生じてしまったりする問題が生じる。すなわち、目標位置よりも物品が薄い場合には、把持力が弱くなり、指部間から物品が脱落するおそれがある。逆に、目標位置よりも物品が厚い場合には、目標位置に指部が達する前に物品を把持してしまう。そして、その状態から、指部は制御の指令通りに目標位置に達するまで動こうとするため、指部を駆動する駆動系に負荷が生じてしまう。例えば、駆動源をモータとする駆動系では、モータに過大な電流が流れてしまい、電流制限がない場合には焼き付きが起こり、また、電流制限がある場合であっても、その最大値におけるトルクが把持力として物品に作用してしまう。したがって、特に、柔らかい物品や壊れやすい物品を把持する作業には使用し難い。
【０００５】
上記の厚さのバラツキに対応するには、感圧センサやトルクセンサによって物品に対する押圧力を調整するフィードバック制御等によって解決を図ることができるが、高性能化によって、構造の複雑化や配線数の増加、ひいては重量増大を招くことになる。特に、近年において開発がめざましい人型の二足歩行型ロボット等の歩行型ロボットにあっては、末端の手部の重量は歩行性能に著しく影響を与えるものであり、発生する慣性をなるべく低減させるためには、なるべく軽量であることが望まれる。したがって、上記のように高性能な手部を歩行型ロボットに適用することは、歩行性能の観点から好ましいものではなかった。
よって本発明は、物品を把持するにあたり、位置制御によって作動する指部の物品に対する目標位置のずれを効果的に吸収して常に的確に物品を把持することを、簡素かつ軽量な構成で達成することができる歩行型ロボットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、手部の先端に指部を有する歩行型ロボットにおいて、指部は、少なくとも第１指部と第２指部とを備え、かつ、これら指部が、把持対象物を把持可能に互いに離接するよう設けられており、さらに少なくとも一方の指部の先端には、他方の指部に対して離接するよう揺動自在に連結され、かつ、弾性部材によって他方の指部側に付勢されて屈曲した状態に保持される先端リンクが連結されていることを特徴としている。
【０００７】
本発明のロボットの指部は、第１指部と第２指部のうちの少なくとも一方を揺動あるいはスライドさせるなどして、互いに離接する動作をさせることにより、両指部の間に物品（把持対象物）を把持する。その際、先端リンクは、物品で押圧され、弾性部材の付勢力に抗して反付勢方向に揺動するが、弾性部材の付勢力により、先端リンクは常に物品に対して弾性的に当接する。可動指部を所定の目標位置に停止させる位置制御によって物品を把持させる場合、物品に対する目標位置にずれが生じても、そのずれは弾性部材の変形で吸収され、先端リンクは常に物品に適度な力で当接する。可動指部の目標位置は、先端リンクが物品に対し常に弾性的に当接する範囲で設定されることが望ましい。このように、本発明によれば、把持する物品の厚さにバラツキがあって物品に対する可動指部の目標位置にずれが生じても、物品を的確に把持することができる。また、先端リンクおよび弾性部材を指部に組み込む構成であるから、感圧センサやトルクセンサによって位置制御を行う場合と比べると、構成は著しく簡素であり、これに伴い大幅な軽量化が図られる。なお、弾性部材の付勢力に応じた力で先端リンクは物品に当接するので、弾性部材の付勢力を調整したり、付勢力の異なる弾性部材をセットすることによって、物品に対する先端リンクの当接力を調整することができる。
【０００８】
本発明では、上記のように第１指部と第２指部とが物品を把持可能に互いに離接するよう設けられているが、具体的には、第１指部および第２指部のうちの一方が手部に固定され、他方が手部に関節軸を介して揺動自在に連結されている構成や、第１指部および第２指部の双方が手部に関節軸を介して揺動自在に連結されている構成が挙げられる。そして、先端リンクは、第１指部および第２指部の双方、または一方に連結される。
【０００９】
また、第１指部と第２指部によって物品を把持した際、先端リンクは、物品に押されて弾性部材による付勢方向とは反対方向に揺動するが、その方向への揺動角度を規制するストッパを設けることができる。そのストッパによって先端リンクがロックされた状態で物品を把持すると、可動指部による把持トルクを、物品に直接伝えることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、物品を把持するにあたり、位置制御によって作動する指部の物品に対する目標位置のずれを効果的に吸収して常に的確に物品を把持することを、簡素かつ軽量な構成で達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は実施形態の自立二足歩行が可能な人間型ロボットＲの全体図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図である。このロボットＲは、腰部１および胴体２を備え、腰部１には、先端に足部３を有する左右の脚部４が、また、胴体２には、頭部５と、先端に手部６を有する左右の腕部７が、それぞれ連結されている。以下の説明で上下左右、前後といった方向は、注釈しない限り、図１に示す基本姿勢、すなわち、手部６の掌が前方に向き、この手部６および腕部７が真っ直ぐ下方に伸び、脚部４も真っ直ぐに伸び、胴体２および頭部５が前方を向いている姿勢に基づくものとする。
【００１２】
胴体２は、腰部１の上に、左右方向に所定角度の範囲で水平回転し、かつ、前後方向に所定角度で傾倒するように取り付けられており、この胴体２の上に、頭部５が左右・前後に首振り可能に取り付けられている。また、胴体２の両肩には、肩関節部１１を介して腕部７の上腕部７Ａが連結されている。腕部７は、図２にも示すように（図２は左側の腕部７）、上腕部７Ａと、上腕部７Ａに肘関節部１２を介して連結された下腕部７Ｂとからなり、下腕部７Ｂの先端に、手首関節部１３を介して手部６が連結されている。肩関節部１１は、前後方向、左右方向および上下方向に延びる３つの関節軸を有しており、左右方向の関節軸を中心として肩関節部１１自体が回転自在に胴体２に取り付けられている。前後方向の関節軸は肩関節部１１に回転自在に取り付けられ、その前後方向の関節軸に上下方向の関節軸が取り付けられている。そして、この上下方向の関節軸に、上腕部７Ａが回転自在に取り付けられている。肘関節部１２は左右方向に延びる関節軸を有し、この関節軸を中心に下腕部７Ｂが揺動自在とされている。手首関節部１３は、上下方向および左右方向に延びる２つの関節軸を有し、上下方向の関節軸を介して下腕部７Ｂの先端に回転自在に取り付けられ、左右方向の関節軸を介して、手部６が揺動自在に取り付けられている。
【００１３】
左右の脚部４は、股関節部１４を介して腰部１の下端に連結されている。股関節部１４は、軸回りに回転自在に腰部１に取り付けられた前後方向に延びる関節軸に、左右方向に延びる関節軸が取り付けられた構成であり、左右方向の関節軸に、脚部４の上脚部４Ａが揺動自在に取り付けられている。脚部４は、上脚部４Ａと、上脚部４Ａに膝関節部１５を介して連結された下脚部４Ｂとからなり、下脚部４Ｂの先端に、足首関節部１６を介して足部３が連結されている。膝関節部１５は左右方向に延びる関節軸を有し、この関節軸を中心に下脚部４Ｂが揺動自在とされている。足首関節部１６は、左右方向および前後方向に延びる２つの関節軸を有し、足部３は、これら関節軸を中心に揺動自在とされている。なお、上記各関節部１１〜１６を構成する関節軸は、内蔵されているため、図１では図示されていない。
【００１４】
上記の各可動パーツ、すなわち胴体２、足部３、脚部４（上脚部４Ａと下脚部４Ｂ）、頭部５、手部６、腕部７（上腕部７Ａと下腕部７Ｂ）の回転あるいは揺動動作は、それぞれモータを駆動源とする駆動系と、これら駆動系を制御するコンピュータによってなされる。コンピュータおよびモータの電源であるバッテリは適宜な箇所に収容され、この場合は、コンピュータは胴体２内に、バッテリは腰部１内に収容されている。
【００１５】
上記手部６は、図３および図４に示すように（これら図では左側の手部６を示す）、基部６０と、親指に相当する第１指部６１と、人差し指、中指、薬指および小指の４本を一体化させたような平板状の第２指部６２とを主体として構成されている。基部６０は、直方体状で、掌に相当する内面側に、左右方向に延びる基部関節軸６１ａを介して第１指部６１が揺動自在に取り付けられ、外面側に、第２指部６２が固定されている。手部６は、基部６０に固定されたブラケット６０ａを介して、手首関節部１３の左右方向に延びる関節軸に連結される。
【００１６】
第１指部６１は、基部関節軸６１ａ回りに揺動する基部リンク６１Ａと、この基部リンク６１Ａの先端に、基部関節軸６１ａと平行な第１関節軸６１ｂを介して揺動自在に連結された指先リンク６１Ｂとからなるもので、基部関節軸６１ａを中心として第２指部６２に対して離接するように揺動する。その揺動は、上記コンピュータで制御される駆動系によってなされる。
【００１７】
図５は、第１指部６１の、基部リンク６１Ａに対する指先リンク６１Ｂの連結構造を示している。同図に示すように、第１関節軸６１ｂは基部リンク６１Ａの先端にブシュ６３を介して装着され、この第１関節軸６１ｂに、二股に形成された指先リンク６１Ｂの基端部が回転自在に取り付けられている。第１関節軸６１ｂの一端部には、ねじりコイルバネ６４が巻かれており、このねじりコイルバネ６４の両端の各腕部は、指先リンク６１Ｂを第２指部６２側に付勢するように、基部リンク６１Ａと指先リンク６１Ｂとにそれぞれ係合されている。これにより、指先リンク６１Ｂは、図４（ｂ）に示すように、第２指部６２側に揺動して常に所定の角度で屈曲するように付勢されている。
【００１８】
基部リンク６１Ａの先端には、指先リンク６１Ｂの揺動範囲を規制する内側ストッパ６５ａおよび外側ストッパ６５ｂが形成されており、通常は、ねじりコイルバネ６４の付勢力で指先リンク６１Ｂは内側ストッパ６５ａに当接し、その状態、すなわち図４（ｂ）に示す屈曲状態が保持されている。また、ねじりコイルバネ６４の付勢力に抗して指先リンク６１Ｂが押される応力を受けると、外側ストッパ６５ｂに当接するまで、指先リンク６１Ｂは伸びる方向（第２指部６２から離れる方向）に揺動する。指先リンク６１Ｂが外側ストッパ６５ｂに当接すると、基部リンク６１Ａとほぼ一直線状となる真っ直ぐな状態になる。
【００１９】
上記実施形態のロボットＲによれば、二足歩行しながら人間と共同して物品を運搬するなどの作業を基本的な作業として行わせることができる。図６は、手部６の固定側の第２指部６２を下に配して水平な状態とし、かつ、可動側の第１指部６１を上に配し、これら指部６１，６２で板材Ｐの端部を把持して運搬する状態を示している。板材Ｐを把持するには、まず、図６（ａ）に示すように、可動側の第１指部６１を上方に揺動させて開き、指部６１，６２の間に板材Ｐを差し入れる。次いで、図６（ｂ）に示すように、第１指部６１に、下方に揺動する把持動作を行わせると、指先リンク６１Ｂの先端が板材Ｐの上面に当接し、引き続き第１指部６１に把持動作を行わせることにより、図６（ｃ）に示すように、板材Ｐを第２指部６２で受け、かつ指部６１，６２で板材Ｐを把持する。
【００２０】
このような把持動作では、第１指部６１の指先リンク６１Ｂは、板材Ｐに当接してから最終的な把持の状態になるまで（図６（ｂ）〜（ｃ））、板材Ｐに押圧され、ねじりコイルバネ６４の付勢力に抗して伸びる方向に揺動していく。その間、指先リンク６１Ｂは、ねじりコイルバネ６４の付勢力により、常に板材Ｐに対して弾性的に当接する。そして、その当接状態は、最終的に把持した状態でも続くことになる。
【００２１】
ここで、第１指部６１を所定の目標位置（この場合、板材Ｐの厚さ）に応じた位置に停止させる位置制御によって板材Ｐを把持させる場合、例えば、板材Ｐの厚さに誤差があったりバラツキがあったりすると、板材Ｐに対する目標位置にずれが生じる。ところが、そのずれは、ねじりコイルバネ６４の微少な変形で吸収され、その結果、指先リンク６１Ｂは常に板材Ｐに適度な力で当接する。このような作用を確実に得るための目標位置は、指先リンク６１Ｂが板材Ｐに対し常に弾性的に当接する範囲で設定されることが望ましい。
【００２２】
本実施形態によれば、把持する物品の厚さにバラツキがあって物品に対する第１指部６１の目標位置にずれが生じても、物品を的確に把持することができる。また、指先リンク６１Ｂおよびねじりコイルバネ６４を第１指部６１に組み込む構成であるから、例えば感圧センサやトルクセンサによって位置制御を行う場合と比べると、構成は著しく簡素であり、これに伴い大幅な軽量化が図られる。また、ねじりコイルバネ６４の付勢力に応じた力で指先リンク６１Ｂは物品に当接するので、付勢力の異なるねじりコイルバネ６４をセットすることによって、物品に対する指先リンク６１Ｂの当接力を調整することができ、このようにすることにより、柔らかい物品や壊れやすい物品でも、的確に把持することができる。
【００２３】
位置制御による第１指部６１の目標位置は、指先リンク６１Ｂが板材Ｐに対し常に弾性的に当接する範囲で設定されることが望ましいと述べたが、指先リンク６１Ｂが物品に押圧されてそれ以上は揺動不可能、つまり外側ストッパ６５ｂに当接してロックされた状態で物品を把持するような設定にしても良い。その場合は、硬い物品を把持する上で有効であり、把持トルクが物品に直接伝わるので、物品をより確実に把持することができる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、可動側の第１指部６１に、物品に対して弾性的に当接する指先リンク６１Ｂ（本発明の先端リンク）を連結しているが、このような先端リンクを、固定側の第２指部６２に設けても良く、また、双方に設けても良い。また、第２指部６２は手部６に固定されているが、第１指部６１と同様に揺動自在に設けても良い。さらに、第１指部６１を第２指部６２側に付勢する弾性部材として、上記実施形態ではねじりコイルバネを用いているが、弾性部材としてはこれに限られず、ゴム部材、エアダンパ等、第１指部６１を第２指部６２側に付勢する機能を発揮できるものであれば、いかなる弾性部材を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る二足歩行型ロボットの（ａ）正面図、（ｂ）左側面図である。
【図２】同ロボットの腕部の（ａ）正面図、（ｂ）側面図、（ｃ）斜視図である。
【図３】同ロボットの手部の斜視図である。
【図４】手部の（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。
【図５】図４（ａ）のV−V線矢視断面図である。
【図６】指部による把持動作のプロセスを（ａ）〜（ｃ）の順に示す側面図である。
【符号の説明】
【００２６】
６…手部、６１…第１指部、６１Ｂ…指先リンク（先端リンク）、６２…第２指部、
６４…ねじりコイルバネ（弾性部材）、６５ｂ…外側ストッパ、
Ｐ…板材（物品：把持対象物）、Ｒ…二足歩行型ロボット。
【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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