(57)【要約】【課題】ワークの形状汎用性に優れたロボットハンドを提供する。【解決手段】複数の指要素４を互いに回動可能となるように直列に連結して数珠状のフィンガー３を形成する。各指要素４の中心からオフセットした位置にて各指要素４を貫通するように連続した把持ワイヤ１０が設けられているとともに、その把持ワイヤ１０の一端をフィンガー３最先端の指要素４に連結する。その把持ワイヤ１０をハンド本体２に内蔵する把持側アクチュエータ１２にてフィンガー３の根元側に向かって牽引することにより、各指要素４のつくる包絡線をワークＷの外形状に倣わせて、その包絡線をもってワークＷを包み込むように把持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の指要素を互いに回動可能に且つ直列に連結して数珠状のフィンガーを形成し、
各指要素の中心からオフセットした位置に各指要素を貫通するようにして連続した把持側索状体を配置するとともに、その把持側索状体をフィンガー最先端の指要素に連結し、
上記把持側索状体をフィンガーの根元側に向かって牽引することにより複数の指要素がつくる包絡線を把持対象物の外形状に倣わせて、その包絡線をもって把持対象物を包み込むようにして把持することを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
各指要素の中心を挟んで把持側索状体と対向するように戻し側索状体を配置するとともに、その戻し側索状体をフィンガー最先端の指要素に連結し、
上記フィンガーが把持対象物を把持した状態で戻し側索状体をフィンガーの根元側に向かって牽引することにより把持対象物の解放動作をするようにした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】
フィンガーはハンド本体に支持されているとともに、ハンド本体は把持側索状体および戻し側索状体を牽引するアクチュエータを備えていることを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
対向配置された少なくとも一組のフィンガーがハンド本体に支持されていて、把持対象物をそれぞれのフィンガーにおける各指要素がつくる包絡線同士の間に包み込むように把持するようになっていることを特徴とする請求項３に記載のロボットハンド。
【請求項５】
上記各フィンガーがその根元部においてハンド本体に対して回動可能に吊り下げ支持されていることを特徴とする請求項４に記載のロボットハンド。
【請求項６】
上記各フィンガーが略直線状となる姿勢を維持すべく各指要素およびハンド本体を相互離間方向に付勢する付勢手段を各指要素同士の間および上記各フィンガーとハンド本体との間にそれぞれ介在させるとともに、各フィンガーの軸心が把持対象物の軸心に対して捻れの関係となり且つ対向配置されたフィンガー同士が先広がり状となるように上記各フィンガーを予め傾斜した状態に配置してあ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】
把持対象物の軸心方向に沿って複数組のフィンガーが配置されていることを特徴とする請求項６に記載のロボットハンド。
【請求項８】
各指要素が略球状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のロボットハンド。
【請求項９】
各指要素は、各指要素同士の連結方向に沿った内側部材と、その内側部材に対して相対回転可能なローラと、を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のロボットハンド。
【請求項１０】
請求項４〜７のいずれかに記載のロボットハンドによる把持方法であって、
対向するフィンガー同士が把持対象物を跨ぐようにハンド本体を下降させ、
各指要素がつくる包絡線を把持対象物の外形状に倣わせて把持対象物を把持した上で、ハンド本体を上昇させることで把持対象物を吊り上げ、
各指要素がつくる包絡線を把持対象物の外形状にさらに倣わせて、各フィンガーのうちその先端側の指要素にて把持対象物の下面を支えることを特徴とする把持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボットハンドおよびそのロボットハンドによる把持方法に関し、特に、任意の形状の部品を把持可能なように把持対象物の形状汎用性に優れたロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のロボットハンドとしては、例えば特許文献１，２に記載のものが提案されている。特許文献１，２に記載の技術は、複数の指要素を関節にて連結した多関節構造のフィンガー同士を互いに対向配置するとともに、各フィンガーをそれぞれ把持対象物の外形状に倣って屈曲させることにより把持対象物を各フィンガーにて包み込むようにして把持するものである。
【特許文献１】特開２００２−２６４０６６号公報
【特許文献２】特開２００４−５０３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、ロボットハンドにおける把持対象物の形状汎用性を高めるためには、フィンガーを多関節化することが望ましいが、特許文献１，２に記載の技術では各フィンガーをそれぞれ把持対象物の外形状に倣って屈曲させるために、各指要素をそれぞれ独立したアクチュエータを用いて各関節にて回動させる必要があり、フィンガーの多関節化にも自ずと限界がある。その結果、把持対象物の形状汎用性の上で未だ必ずしも十分に満足できるものではなかった。
【０００４】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、特に、フィンガーが把持対象物の外形状に倣って変形する際の変形自由度を高めることにより、把持対象物の形状汎用性に優れたロボットハンドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、複数の指要素を互いに回動可能に且つ直列に連結して数珠状のフィンガーを形成し、各指要素の中心からオフセットした位置に各指要素を貫通するようにして連続した把持側索状体を配置するとともに、その把持側索状体をフィンガー最先端の指要素に連結し、上記把持側索状体をフィンガーの根元側に向かって牽引することにより複数の指要素がつくる包絡線を把持対象物の外形状に倣わせて、その包絡線をもって把持対象物を包み込むようにして把持することを特徴としている。
【０００６】
したがって、少なくとも請求項１に記載の発明では、数珠状のフィンガーを用いることによりフィンガーの変形自由度が高まり、上記把持側索状体をフィンガーの根元側に向かって牽引するだけで、フィンガーが把持対象物の外形状に倣って湾曲変形することとなる。
【０００７】
望ましくは、請求項４に記載のように、対向配置された少なくとも一組のフィンガーがハンド本体に支持されていて、把持対象物を各フィンガーの各指要素がつくる包絡線同士の間に包み込むように把持するものとすると、把持対象物をより安定した状態で把持することができる。
【０００８】
より望ましくは、請求項９に記載の発明のように、各指要素は、各指要素同士の連結方向に沿った軸心を有する内側部材と、その内側部材に対して相対回転可能なローラと、を備えているものとすると、把持対象物を把持した際に、各指要素のうち上記ローラが把持対象物と当接するとともに、そのローラが把持対象物の表面上を転がるように各指要素が変位して複数の指要素がつくる包絡線がスムーズに把持対象物の外形状に倣うこととなる。
【０００９】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項４〜７のいずれかに記載のロボットハンドによる把持方法であることを前提として、対向するフィンガー同士が把持対象物を跨ぐようにハンド本体を下降させ、各指要素がつくる包絡線を把持対象物の外形状に倣わせて把持対象物を把持した上で、ハンド本体を上昇させることで把持対象物を吊り上げ、各指要素がつくる包絡線を把持対象物の外形状にさらに倣わせて、各フィンガーのうちその先端側の指要素にて把持対象物の下面を支えることを特徴としている。
【００１０】
したがって、請求項１０に記載の発明では、把持側索状体をフィンガーの根元側に向かって牽引するだけで、各フィンガーのうち先端側の指要素にて把持対象物の下面をも支えることができる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、上記把持側索状体をフィンガーの根元側に向かって牽引するだけで、数珠状のフィンガーが把持対象物の外形状に倣って湾曲変形するため、フィンガーを容易に多関節化することが可能となり、把持対象物の形状汎用性が高まる。
【００１２】
また、請求項１０に記載の発明によれば、把持対象物の下面をフィンガーのうち先端側の指要素にて支えることで、把持対象物を極めて安定した状態で把持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明のより具体的な実施の形態として産業用ロボットのアーム先端に取り付けられるロボットハンドを示していて、図１の（ａ）はその正面図、図１の（ｂ）は図１の（ａ）における指要素の拡大断面図である。
【００１４】
図１の（ａ）に示すように、ロボットハンド１はハンド本体２にフィンガー３が支持されたものであり、フィンガー３が図１の（ａ）における矢印Ａ方向に湾曲変形してワークＷを包み込むように把持することが可能となっている。
【００１５】
図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、フィンガー３は略球状をなす複数の指要素４を直列に連結したものであって、全体として数珠状をなしている。
【００１６】
より詳細には、各指要素４はインナーチューブ６を母体としてそれぞれ構成されているとともに、インナーチューブ６の外周側にはその外周を覆うようにアウタローラ１４が設けられていて、アウタローラ１４はインナーチューブ６の軸心を回転中心としてインナーチューブ６に対して相対回転可能となっている。
【００１７】
また、インナーチューブ６にはその軸心を貫通する連結ロッド７が嵌合固定されていて、フィンガー３は各指要素４における連結ロッド７の端部同士を例えば球面継手等を用いた連結部５にて互いに回動可能となるように連結することで構成されているとともに、最も根元側の指要素４における連結ロッド７はハンド本体２の下面から突出するように設けられた連結アーム８に例えば球面継手等を用いた連結部５をもって回動可能に連結されている。
【００１８】
各指要素４同士の間およびフィンガー３とハンド本体２との間には付勢手段としてコイルばね９がそれぞれ介在していて、その各コイルばね９が各指要素４同士またはフィンガー３とハンド本体２とを相互離間方向に付勢することで、図１の（ａ）における仮想線にて示すようにフィンガー３が略直線状の姿勢を維持している。
【００１９】
さらに、各指要素４におけるインナーチューブ６には、その軸心から外周側へオフセットした位置に把持ワイヤ挿通孔６ａがそれぞれフィンガー３の長手方向に貫通形成されているとともに、連続した把持ワイヤ１０が各指要素４における把持ワイヤ挿通孔６ａに把持側索状体としてそれぞれ挿通していて、把持ワイヤ１０の一端をフィンガー３最先端の指要素４に連結してある。一方で、インナーチューブ６の軸心を挟んで把持ワイヤ挿通孔６ａと対向するように解放ワイヤ挿通孔６ｂがインナーチューブ６に貫通形成されているとともに、連続した解放ワイヤ１１が各指要素４における解放ワイヤ挿通孔６ｂに戻し側索状体としてそれぞれ挿通していて、解放ワイヤ１１の一端をフィンガー３最先端の指要素４に連結してある。言い換えれば、各指要素４の中心からオフセットした位置に各指要素４を貫通するように連続した把持ワイヤ１０が配置されている一方、各指要素４の中心を挟んで把持ワイヤ１０と対向するように解放ワイヤ１１が配置されている。
【００２０】
両ワイヤ１０，１１の他端は、ハンド本体２内にそれぞれ独立して設けられたいわゆる直動型の把持側アクチュエータ１２または解放側アクチュエータ１３にそれぞれ連結されていて、両アクチュエータ１２，１３にてフィンガー３が駆動されることとなる。つまり、把持側アクチュエータ１２が把持ワイヤ１０を、解放側アクチュエータ１３が解放ワイヤ１１を、それぞれ必要に応じてフィンガー３の根元側に向かって牽引してフィンガー３を駆動することとなる。
【００２１】
以上のように構成したロボットハンド１にて例えば円筒状のワークＷを把持する場合には、まず、解放ワイヤ１１を牽引してフィンガー３が略直線状となる状態（図１の（ａ）に仮想線で示す状態）でワークＷにアプローチし、解放ワイヤ１１を緩めつつ把持ワイヤ１０を牽引する。把持ワイヤ１０を牽引することで、フィンガー３はコイルばね９の付勢力に抗して各指要素４がつくる包絡線をワークＷに倣わせるように湾曲変形し、その包絡線をもってワークＷを包み込むように把持する（図１の（ａ）に実線で示す状態）。より詳細には、各指要素４におけるアウタローラ１４がワークＷに当接するとともに、各アウタローラ１４がワークＷの表面上を転がるように各指要素４がワークＷと相対変位してフィンガー３がワークＷを包み込むような状態となる。
【００２２】
なお、フィンガー３がワークＷを把持した状態からワークＷを解放する際には、把持ワイヤ１０を緩めつつ解放ワイヤ１１をフィンガー３の根元側に向かって牽引することにより解放動作する。
【００２３】
したがって、以上のように構成したロボットハンド１によれば、把持ワイヤ１０をフィンガーの根元側に向かって牽引するだけで、数珠状のフィンガー３がワークＷの外形状に倣って湾曲変形するため、フィンガー３を容易に多関節化することが可能となり、ワークの形状汎用性が高まる上に、ロボットハンド１が軽量且つコンパクトとなるメリットがある。
【００２４】
また、フィンガー３は各指要素４のうちアウタローラ１４にてワークＷと当接するため、各アウタローラ１４がそれぞれワークＷの表面上を転がって各指要素４がスムーズに変位し、フィンガー３がより確実にワークＷの外形状に倣うことができるメリットがある。
【００２５】
さらに、各指要素４が略球状であるため、フィンガー３の湾曲変形時に各指要素４同士が干渉せず、フィンガー３の変形自由度がより高まる。
【００２６】
図２は本発明の第２の実施の形態として第１の実施の形態におけるフィンガー３を複数用いたロボットハンドを示していて、図２の（ａ）はその正面図、図２の（ｂ）はその側面図である。
【００２７】
図２の（ａ）および（ｂ）に示す第２の実施の形態は、互いに先広がり状（いわゆるハの字状）となるように対向配置された一対のフィンガー３を一組として、ワークＷの軸心方向に沿って複数組のフィンガー３をロボットハンド２０のハンド本体２１にそれぞれ回動可能となるように吊り下げ支持したものである。ここで、各フィンガー３はワークＷの軸心に対して捻れの関係となるように鉛直方向からワークＷの軸心方向に角度θだけ傾斜しているとともに、後述するように図２の（ａ）に示す矢印Ｂ方向に湾曲変形してワークＷを把持するようになっている。なお、ハンド本体２１は各フィンガー３に対応したそれぞれの把持側アクチュエータ１２および解放側アクチュエータ１３を内蔵している。
【００２８】
図３は本実施の形態におけるロボットハンド２０による把持手順を示す図であって、図３の（ａ）〜（ｃ）はその正面図、図３の（ｄ）〜（ｆ）はその側面図である。
【００２９】
図２のように構成したロボットハンド２０にて例えばパレットＰ上のワークＷを把持する場合には、まず、解放ワイヤ１３を牽引した状態でロボットハンド２０をワークＷの上方に移動させ、図３の（ａ），（ｄ）に示すように対向するフィンガー３同士がワークＷを跨ぐようにハンド本体２１を下降させる。
【００３０】
その上で、各フィンガー３の解放ワイヤ１１を緩めつつ把持ワイヤ１０を牽引することで、図３の（ｂ），（ｅ）に示すように、互いに対向するフィンガー３の各指要素４がつくる包絡線同士の間でワークＷを包み込むようにして把持する。より詳細には、各フィンガー３のうち根元側の各指要素４におけるアウタローラ１４がワークＷに当接してワークＷを把持する。このとき、各フィンガー３は予め先広がり状となるようにそれぞれ傾斜していたため、各フィンガー３の先端部はパレットＰの表面に当接してワークＷの軸心方向に反った状態となる。
【００３１】
この状態にてハンド本体２１を上昇させることで、各アウタローラ１４がワークＷの表面上を転がるように各指要素４がワークＷと相対変位しつつ、ワークＷが吊り上げられる。ここで、把持側アクチュエータ１２にて把持ワイヤ１０をさらに牽引し、各指要素４がつくる包絡線をワークＷの外形状にさらに倣わせることで、図３の（ｃ），（ｆ）に示すように各フィンガー３のうち先端側の各指要素４にてワークＷの下面を支えてワークＷが安定した状態で把持される。
【００３２】
したがって、以上のように構成したロボットハンド２０によれば、各フィンガー３が予め傾斜して配置されているため、根元側の各指要素４にてワークＷを把持した上でハンド本体２１を上昇させたときに、先端側の各指要素４にてワークＷの下面を支えることが可能となり、より安定した把持状態にてワークＷを把持することができるメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態として産業用ロボットのアーム先端に取り付けられたロボットハンドを示す図であって、同図（ａ）はその正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）における指要素の詳細を示す拡大断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態として図１におけるフィンガーを複数用いたロボットハンドを示す図であって、同図（ａ）はその正面図、同図（ｂ）はその側面図。
【図３】図２におけるロボットハンドによる把持手順を示す図であって、同図（ａ）〜（ｃ）はその正面図、同図（ｄ）〜（ｆ）はその側面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…ロボットハンド
２…ハンド本体
３…フィンガー
４…指要素
６…インナーチューブ（内側部材）
１０…把持ワイヤ（把持側索状体）
１１…解放ワイヤ（戻し側索状体）
１２…把持側アクチュエータ
１３…解放側アクチュエータ
１４…アウタローラ
２０…ロボットハンド
２１…ハンド本体
【図１】
2007237358.tif 000003
【図２】
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【図３】
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