(57)【要約】【課題】指の関節の駆動部のモータの定格トルクで支持できる以上の物体をロボットハンドで載置できるようにする。【解決手段】複数の関節をそれぞれ屈伸させる屈伸駆動部１０３を有する複数の指１０６と、複数の指１０６を支持する掌部１０４と、からなるロボットハンド１０１において、複数の指１０６のそれぞれ最も掌部１０４に近い屈伸駆動部１０３と、掌部１０４との間に、指全体を指の骨軸１１０回りに回転させる骨軸回転駆動部１０２を更に備えたことを特徴とするロボットハンドとする。【選択図】図１
2007290055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の関節をそれぞれ屈伸させる屈伸駆動部を有する複数の指と、前記複数の指を支持する掌部と、からなるロボットハンドにおいて、
前記複数の指のそれぞれ最も掌部に近い前記屈伸駆動部と、前記掌部との間に、前記指全体を該指の骨軸回りに回転させる骨軸回転駆動部を備えたことを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記屈伸駆動部は、フレームと、該フレームに軸受支持された回転子と、該回転子を回転させるモータ部と、からなるモータであることを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記骨軸回転駆動部が、前記複数の指をそれぞれ所定の角度前記骨軸回りに回転させたとき、前記屈伸駆動部の前記フレームが、前記掌部の平坦面と略一致するように構成されたことを特徴とする請求項２記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記骨軸回転駆動部と前記掌部との間に、前記複数の指が互いに開閉するよう駆動する指開閉駆動部を更に備えたことを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記骨軸駆動部と前記掌部との間に、前記複数の指の各々を前記骨軸と直交する方向に移動させる並進駆動部を更に備えたことを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
【請求項６】
請求項２記載のロボットハンドに物体を載置させる際の載置方法であって、前記モータに与える電流値が、所定の閾値を超えた場合に、前記骨軸回転駆動部によって前記複数の指の各々を回転させて、前記モータのスラスト方向で前記物体を支持することを特徴とする物体の載置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体を把持することができるロボットハンドと、それを使った物体の載置方法に関するものである。  
【背景技術】
【０００２】
従来のロボットハンドは、指の屈伸動作だけでなく、指同士の開閉動作を実現している（例えば、特許文献１参照）。また、ロボットハンドに用いられる関節モジュールに関する技術も公開されている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献１で開示されているロボットハンドを示すのが図５である。図５において、１〜５は指であり、６は掌である。各指の根元側の第１関節と第２関節のそれぞれの軸が１点で直交し、その２つの関節を独立に駆動できるように１つの指について２つのモータが設けられている。そのため、指同士を屈伸するだけでなく、指同士の開閉動作を実現している。
特許文献２で開示されているロボットハンドなどに用いられる関節モジュールを示すのが図６である。図６において、回転側リンク２はコ字状フレームを備え、固定側リンク１は前記コ字状フレームの内側にあって前記コ字状フレームを両持ちで回転支持する。特許文献２は、本願出願人が先に出願したものである。
特許文献１のように、従来のロボットハンドは、指の関節近傍に駆動部に備え、指の屈伸あるいは開閉をするものである。
【特許文献１】特許第３２４５０９５（図１）
【特許文献２】特許第３６２７９１２（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来のロボットハンドは、駆動部の電磁力で指の屈伸を行って把持力を発生させる構成となっていて、把持物体による荷重が駆動部の定格トルクを超える場合、把持することができないので把持物体が限定されるという問題があった。また、関節モジュールを組み合わせてロボットハンドを構成させる際、駆動部の定格トルク以上の把持力が得られる構成は提案されなかった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ロボットハンドの寸法を過度に増大することなく、駆動部の定格トルク以上の把持力が得られるロボットハンドと制御方法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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、複数の関節をそれぞれ屈伸させる屈伸駆動部を有する複数の指と、前記複数の指を支持する掌部と、からなるロボットハンドにおいて、前記複数の指のそれぞれ最も掌部に近い前記屈伸駆動部と、前記掌部との間に、前記指全体を該指の骨軸回りに回転させる骨軸回転駆動部を備えたロボットハンドとするものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記屈伸駆動部は、フレームと、該フレームに軸受支持された回転子と、該回転子を回転させるモータ部と、からなるモータである請求項１記載のロボットハンドとするものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記骨軸回転駆動部が、前記複数の指をそれぞれ所定の角度前記骨軸回りに回転させたとき、前記屈伸駆動部の前記フレームが、前記掌部の平坦面と略一致するように構成された請求項２記載のロボットハンドとするものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記骨軸回転駆動部と前記掌部との間に、前記複数の指が互いに開閉するよう駆動する指開閉駆動部を更に備えた請求項１記載のロボットハンドとするものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記骨軸駆動部と前記掌部との間に、前記複数の指の各々を前記骨軸と直交する方向に移動させる並進駆動部を更に備えた請求項１記載のロボットハンドとするものである。
また、請求項６に記載の発明は、請求項２記載のロボットハンドに物体を載置させる際の載置方法であって、前記モータに与える電流値が、所定の閾値を超えた場合に、前記骨軸回転駆動部によって前記複数の指の各々を回転させて、前記モータのスラスト方向で前記物体を支持する物体の載置方法とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１及び２に記載の発明によると、屈伸駆動部のラジアル方向により負荷を保持せず、スラスト方向で把持物体の荷重を支持することができるようになるため、スラスト方向で負荷を支持したほうが剛性が高い屈伸駆動部の場合、その駆動部の寸法を増大させることなく、物体をロボットハンドに載置できる。特に屈伸駆動部がモータであるとき、一般的なモータの構成であれば本効果が確実に得られる。
請求項３に記載の発明によると、ロボットハンドに物体を載置したときの荷重が屈伸駆動部で分散されるので、屈伸駆動部のモータの寿命が延びる。
請求項４に記載の発明によると、指同士を広げたり閉じたりして開閉できるので、請求項１記載のロボットハンドよりも大きい物体を把持、載置できる。
請求項５に記載の発明によると、請求項１記載のロボットハンドの効果に加え、並進駆動させた複数の指により曲面を構成できるため、曲面状の底面を持つ物体を把持、載置できる。
請求項６に記載の発明によると、把持物体の重量によって指を骨軸回りに回転させるかの決定ができるため、無駄な操作を無くせる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１（a）〜（c）は、本発明のロボットハンドの全体図および使用状態を示す図である。（ａ）は全体図、（ｂ）は把持する物体をロボットハンドに載置した状態、（ｃ）は（ｂ）においてＸ方向からみた図であり、ハンド関節の駆動部を断面にした図である。
図１（a）において、ロボットハンド１０１は、掌部１０４と、掌部１０４に接続され、屈伸する複数の屈伸関節１０５を持つ複数の指１０６と、屈伸関節１０５を駆動する屈伸駆動部１０３を備えた構成となっている。また、複数の指１０６の根元の屈伸関節１０５の更に掌部１０４側には、各々の指１０６全体を指の骨軸１１０回りに回転させる骨軸回転駆動部１０２を骨軸１１０と軸を一致させて備えた構成となっている。
本発明が従来技術と異なる部分は、指１０６の根元の屈伸関節１０５の更に掌部１０４側に、指１０６全体を指の骨軸１１０回りに回転させる骨軸回転駆動部１０２を骨軸１１０と軸を一致させて備えた部分である。
【０００８】
本実施例では、屈伸駆動部１０３と骨軸回転駆動部１０２に、特許文献２で開示されている関節モジュールを使用している。そして、図１（ｃ）のように、複数の関節モジュールを連結している。
ここで、図６の関節モジュールの内部について簡単に説明する。図６において、シャフト状の回転子１５はその周囲に貼付されたマグネットと固定子１４とによる電磁力で回転する。固定子１４はフレーム１１に固定されており、フレーム１１の外周部には更に固定側リンク１が固定されている。一方、回転子１５はフレーム１１に備えられたベアリング１６によって、その一端が回転可能に支持されている。そして回転子１５の一端が部材２１を介してコの字状に形成されている回転側リンク２の一端に接続されている。部材２１はフレーム１１に設けられたベアリング２４に回転可能に支持されている。また、回転側リンク２の他端は、回転子１５と接続されている側と反対の面でフレーム１１に設けられたベアリング２５によっても回転可能に支持されている。
以上の構造により、特許文献２による関節モジュールは固定側リンク１と回転側リンク２とが相対的に回転する。そして、図１（ｃ）のように、屈伸駆動部として関節モジュールを使用するときは、指部材１１１によってそれぞれの関節モジュールの固定側リンクと回転側リンクとを接続する。また、本発明では、各々の指１０６において、最も掌部１０４に近接した屈伸関節１０５と掌部１０４との間に、指１０６全体を骨軸１１０回りに回転させる骨軸回転駆動部１０２として、上記の関節モジュールを設けている。骨軸回転駆動部１０２の関節モジュールは、図６における固定側リンク１を無くし、更に回転側リンク２も削除している。また、ベアリング２５も削除している。そして、フレーム１１の一端（図６ではフレーム１１の左側面）を掌部１０４に接続し、回転子１５に接続された部材２１を指部材１１１の１１１ａに接続させている。
【０００９】
以上で構成された本発明の動作を、図１（b）、（c）に示す。例えば底部が平面状の平面状把持物体１０７を、本発明のロボットハンド１０１にて把持する場合を説明する。平面状把持物体１０７のような物体をロボットハンド１０１に載置させるときは、予め、上記の骨軸回転駆動部１０２により指１０６全体を骨軸１１０の回りに９０°回転させる。これにより、屈伸駆動部１０３は、図１（ｃ）のように関節モジュールのスラスト方向で荷重１０８を支持することとなる。すなわち、複数の屈伸駆動部１０３は、各々その電磁力を保持して荷重１０８を支持することがないので、スラスト軸方向の材料剛性で平面状把持物体１０７の荷重１０８を支持することができる。屈伸駆動部１０３の関節モジュールが、電磁力により荷重１０８を支持する方向であれば、関節モジュールはモータとしての電磁力を増大させる必要があるため、モータ部の寸法即ち関節モジュール全体寸法を増大させてしまうが、本発明では、そうすることなく平面状の底部を持つ物体を把持することができる。
この効果について、図６にてさらに詳しく説明する。図６においてスラスト方向は図の矢印で示す方向である。図からも明らかなように、荷重１０８がかかると、その荷重は回転側リンク２及び固定側リンク１で支持されるが、スラスト方向からの荷重であれば、リンク部材やケーシングを介してベアリング２４、２５に静的な荷重がかかるのみとなり、各リンク部材１、２に相対的な回転力をかける方向に荷重はかからない。従ってモータ部（固定子１４やマグネット）が電磁力を保持する必要が無い。
さらに、本発明では図１（c）に示すように、掌部１０４の上面と指を屈伸させる駆動部１０３の上面が一平面内にあることが望ましい。そうすると、この場合、図６において部材２１にも荷重が分散されることになり、部材２１にかかった荷重は回転子１５やベアリング１６でも支持されることになる。従って、少数の部材に荷重がかかることがないので、更に関節モジュールを小さくできる。また、安全性も高くなり、寿命も伸びる。
なお、本発明においては、指１０６の本数は限定されず、２本以上であれば何本でもよい。また、屈伸関節１０５の数も限定されず、１つ以上であれば何個でもよい。また、骨軸回転駆動部１０２は、指１０６全体を骨軸１１０回りに９０°回転させればよいため、上記の関節モジュールでなく、モータでもロータリソレノイドでもよい。
なお、分かり易くするために掌部１０４の外部に骨軸回転駆動部１０２を設けた構成図としているが、骨軸回転駆動部１０２と最も掌部１０４側にある屈伸駆動部１０３ａは掌部１０４に内蔵されてもよい。
【実施例２】
【００１０】
図２は第２実施例の構成を示す図である。図２において、図１と同じ構成要素は同じ符号を付している。第２実施例では、前記指全体を骨軸回りに回転させる骨軸回転駆動部１０２の更に掌部１０４側に複数の指１０６同士を開閉する指開閉駆動部２０１を備える。
特許文献１でも指同士を開閉する駆動部を備えているが、指全体を骨軸回りに回転させる骨軸回転駆動部１０２の更に掌部１０４側に指同士を開閉する指開閉駆動部２０１を備えている点が従来発明と異なる。なお、指開閉駆動部２０１はロータリソレノイドでもよいが、把持対象物の大きさに応じて開閉角度を調節できる方が望ましいため、モータであることが望ましい。
【００１１】
このように、指全体を骨軸回りに回転させる骨軸回転駆動部１０２の更に掌部１０４側に指同士を開閉する指開閉駆動部２０１を備える構成をしているので、第１実施例の効果に加え、指を開閉することができ、第１実施例よりも底面積の大きい物体を把持できる。
仮に指開閉駆動部２０１と骨軸回転駆動部１０２との位置が逆であった場合、骨軸回転駆動部１０２により９０°指１０６を回転させて物品を載置させると、指開閉駆動部２０１はラジアル方向に発生する電磁力で荷重を支持するため、本発明による上記の効果が得られないことに注意を要する。
【実施例３】
【００１２】
図３は第３実施例の構成を示す図である。図１と同じ構成要素は同じ符号を付している。図３（a）において、骨軸回転駆動部１０２の更に掌部１０４側に、指の骨軸１１０と直交する軸３０２の方向に軸を整列し、直交軸３０２の方向に指全体を並進させる並進駆動部３０４を備えている。そして直交軸３０２上には並進駆動部３０２の出力を伝達する伝達機構３０１を備えている。また、指１０６と掌部１０４との接続部に、指１０６が並進移動するときの案内部材であるガイド３０３が設けられている。
なお、伝達機構３０１は軸３０２の方向に指全体を並進させるものであれば、特に限定されない。たとえば、図３（a）に示すガイド３０３を掌部１０４に備えたボールねじ機構としてもよい。また、図示はしないが、伝達機構３０１をいわゆるラック・ピニオン機構としてもよい。なお、並進駆動部３０４は、図３（a）では指の下側に配置したが、傘歯歯車などを介し、駆動軸を骨軸１１０と平行にしてもよい。また、分かり易くするため図３（a）では掌部１０４は直方体として描いているが、掌部１０４の上面を切り欠いた構造とし、指１０６以外の伝達機構３０１や並進駆動部３０２などを掌部１０４上に収納してもよい。
【００１３】
このように、指全体を直交軸３０２の軸方向に並進させる構成をしているので、図３（ｂ）のように、鉛直方向に並進移動量３０５であるδを設定できる。これにより、第１実施例の効果に加え、指により曲面を構成できるため、図３（b）に示すように、曲面状の底面を持つ物体を把持できる。また、伝達機構３０１のストロークを駆動部３０４により調節すれば、並進駆動部３０２の可動範囲内で指上面の曲率を調節できるため、複数の種類の曲面把持物体１０７ｂに対応できる。
【実施例４】
【００１４】
図４は第４実施例として、本発明のロボットハンドによる物品の把持（載置）方法のフロー図を示す。図４において、図１と同じ構成要素は同じ符号を付している。
まず、初期状態では図１（a）に示すように、屈伸関節１０５の軸は水平面と平行であるとする。
ステップ４０１において、把持物体１０７の下面を指１０６により微小量持ち上げる。この持ち上げ動作により、把持物体１０７が把持物体１０７の支持面と離れるにつれて、屈伸駆動部１０３へのラジアル方向の負荷は増大する。把持物体１０７が把持物体１０７の支持面から完全に離れれば、上記の負荷は一定値となる。
そこで、ステップ４０２において、屈伸駆動部１０３のモータの電流値が一定値となるかを判定する。屈伸駆動部１０３の電流値が一定値となれば持ち上げ動作が完了したとする。
次にステップ４０３において、屈伸駆動部１０３の電流値が所定の閾値以上かどうかを判定する。この所定の閾値はモータの定格トルクより求めてもよいし、定格トルクの何割かで判定してもよい。電流値が閾値未満であれば、そのままステップ４０１に戻り、微小量の持ち上げ動作を続ける。ステップ４０３において屈伸駆動部１０３の電流値が閾値以上となった場合、それまでの持ち上げ量の総和Δを記憶しておき、ステップ４０４に進む。
ステップ４０４では、Δ＋αだけ把持物体１０７を下げる。αは指の骨軸１１０回りの回転半径より大きく取る。
ステップ４０５において、骨軸回転駆動部１０２により指全体を骨軸１１０回りに９０°回転させる。
ステップ４０６においてΔ＋αだけ持ち上げ動作を行う。
【００１５】
このように、屈伸関節の屈伸駆動部１０３に与える電流値が、所定の閾値を超えた場合に、指１０６全体を骨軸回りに回転させる骨軸回転駆動部１０２により、指全体を骨軸回りに９０°回転させるようにしているので、把持物体の重量により指を骨軸回りに回転させるかの決定ができるため、無駄な操作を無くせる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施例によるロボットハンドの全体図および使用状態を示す図
【図２】第２実施例を示すロボットハンドの全体図。
【図３】第３実施例を示すロボットハンドの側断面図と正面図。
【図４】第４実施例を示すロボットハンドの制御フロー図。
【図５】従来のロボットハンドの全体図。
【図６】従来の関節モジュールの側断面図。
【符号の説明】
【００１７】
１０１  ロボットハンド
１０２  骨軸回転駆動部
１０３  屈伸駆動部
１０４  掌部
１０５  屈伸関節
１０６  指
１０７  把持物体
１０８  荷重
１１０  骨軸
１１１  指部材
２０１  指開閉駆動部
３０１  伝達機構
３０２  直交軸
３０３  ガイド
３０４  並進駆動部
３０５  並進移動量
【図１】
2007290055.tif 000003
【図２】
2007290055.tif 000004
【図３】
2007290055.tif 000005
【図４】
2007290055.tif 000006
【図５】
2007290055.tif 000007
【図６】
2007290055.tif 000008