(57)【要約】【課題】二つで一組の１指２関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に二組並べて配置してある多指把持タイプのロボットハンドを前提として、小物部品の把持に際して二つの部品を同時に把持することができるようにする。【解決手段】一方のフィンガー２Ａ，２Ｂと残りのフィンガー３Ａ，３Ｂがそれぞれ別個の部品Ｗ２を把持することが可能である。各フィンガー２Ａ，２Ｂと３Ａ，３Ｂにてそれぞれ別個の部品Ｗ２を把持する際には、一方のフィンガー２Ａ，２Ｂが部品Ｗ２を把持したならば、他方のフィンガー３Ａ，３Ｂによる把持動作に先行して、部品Ｗ２を把持した一方のフィンガー２Ａ，２Ｂがフィンガー２Ａ，２Ｂと３Ａ，３Ｂの重合方向と直交する平面内を残りのフィンガー３Ａ，３Ｂに対しオフセット状態となるように予め退避動作させる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置した二つで一組の１指につき少なくとも２関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に複数組並べて配置し、
それら複数組のフィンガーは重合状態のままで相互協調動作により単一の把持対象物を把持することができるようになっている一方、
一部の組のフィンガーと残りの組のフィンガーがそれぞれ別個の把持対象物を把持することができるようになっていて、
複数組のフィンガーにてそれぞれ別個の把持対象物を把持する際には、一部の組のフィンガーが把持対象物を把持したならば、残りの組のフィンガーによる把持動作に先行して、把持対象部物を把持した一部の組のフィンガーがフィンガー同士の重合方向と直交する平面内を残りの組のフィンガーに対しオフセット状態となるように予め退避動作するようになっていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
各フィンガーの関節はそれぞれに独立した駆動モータを備えていて、少なくとも最も指先側の関節は位置制御による関節動作とトルク制御による関節動作とが選択切換可能となっている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】
対向配置した二つで一組の１指２関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に二組並べて配置してあることを特徴とする請求項１または２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
対向配置した二つで一組のフィンガーをハンド本体に対し重合方向に複数組並べて配置し、
それら複数組のフィンガーは重合状態のままで相互協調動作により単一の把持対象物を把持することができるようになっている一方、
一部の組のフィンガーと残りの組のフィンガーがそれぞれ別個の把持対象物を把持することができるようになっているロボットハンドによる把持方法であって、
複数組のフィンガーにてそれぞれ別個の把持対象物を把持する際には、一部の組のフィンガーが把持対象物を把持したならば、残りの組のフィンガーによる把持動作に先行して、把持対象部物を把持した一部の組のフィンガーがフィンガー同士の重合方向と直交する平面内を残りの組のフィンガーに対しオフセット状態となるように予め退避動作させることを特徴とするロボットハンドによる把持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットハンドとロボットハンドによる把持方法に関し、特に対向配置した二つで一組の１指につき少なくとも２関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に複数組並べて配置してあるいわゆる多指タイプのロボットハンドとロボットハンドによる把持方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば部品棚あるいは部品箱等に整列してある複数種類の部品のピッキングのために、対向配置した二つで一組の１指２関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に複数組並べて配置してある汎用多指タイプのロボットハンドが使用されており、その代表的なものとして例えば特許文献１，２に記載のものが知られている。
【０００３】
そして、小物部品から長尺または大物部品までの複数種類の部品を把持するために、例えば対向配置した二つで一組の１指２関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に二組並べて配置してあるロボットハンドでは、並べて配置してある小物部品を把持する場合には一組のフィンガーを使用して部品を把持する一方、長尺または大物の部品を把持する場合には二組全部のフィンガーを使用して部品を把持するようにしている。
【特許文献１】特開平２００２−２６４０６６号公報
【特許文献２】特開平２００４−５０３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなロボットハンドの使用を前提として同じ小物部品の把持動作を繰り返し行う場合には、一組のフィンガーのみを使用しているだけであるため、残る一組のフィンガーはいわゆる遊んでいる状態にあり、したがって仕事効率を上げるために残る一組のフィンガーで二つ目の部品を把持しようとしても、最初に把持した部品が邪魔になって二つ目の部品を把持するができないという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、上記のように対向配置した二つで一組の１指につき少なくとも２関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に複数組並べて配置してあるいわゆる多指タイプのロボットハンドを前提として、特に小物部品の把持に際して二つ以上部品を同時に把持することができるようにしたロボットハンドと把持方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、対向配置した二つで一組の１指につき少なくとも２関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に複数組並べて配置し、それら複数組のフィンガーは重合状態のままで相互協調動作により単一の把持対象物を把持することができるようになっている一方、一部の組のフィンガーと残りの組のフィンガーがそれぞれ別個の把持対象物を把持することができるようになっているロボットハンドであることを前提としている。
【０００７】
その上で、複数組のフィンガーにてそれぞれ別個の把持対象物を把持する際には、一部の組のフィンガーが把持対象物を把持したならば、残りの組のフィンガーによる把持動作に先行して、把持対象部物を把持した一部の組のフィンガーがフィンガー同士の重合方向と直交する平面内を残りの組のフィンガーに対しオフセット状態となるように予め退避動作するようになっていることを特徴とする。
【０００８】
この場合、請求項３に記載のように、対向配置した二つで一組の１指２関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に少なくとも二組並べて配置してあれば足りる。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の事項を把持方法として捉えたものであって、対向配置した二つで一組のフィンガーをハンド本体に対し重合方向に複数組並べて配置し、それら複数組のフィンガーは重合状態のままで相互協調動作により単一の把持対象物を把持することができるようになっている一方、一部の組のフィンガーと残りの組のフィンガーがそれぞれ別個の把持対象物を把持することができるようになっている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いる。
【００１０】
その上で、複数組のフィンガーにてそれぞれ別個の把持対象物を把持する際には、一部の組のフィンガーが把持対象物を把持したならば、残りの組のフィンガーによる把持動作に先行して、把持対象部物を把持した一部の組のフィンガーがフィンガー同士の重合方向と直交する平面内を残りの組のフィンガーに対しオフセット状態となるように予め退避動作させることを特徴とする。
【００１１】
したがって、請求項１，４に記載の発明では、例えば対向配置した二つで一組の１指２関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に二組並べて配置してあるタイプのロボットハンドの場合、二組のフィンガーにてそれぞれ別個の把持対象物を把持する際には、一方の組のフィンガーが把持対象物を把持したならば、他方の組のフィンガーによる把持動作に先行して、把持対象部物を把持した一方の組のフィンガーがフィンガー同士の重合方向と直交する平面内を他方の組のフィンガーに対しオフセット状態となるように予め退避動作させるものとする。
【００１２】
こうすることにより、部品同士の干渉が回避されて、一つ目の把持対象物を把持した状態でありながら二つ目の部品を無理なく把持することが可能となる。その結果として、例えば部品箱からその内部に整列してある部品をピッキングする場合に、部品箱に対するロボットハンドの一回のアプローチ動作で複数の部品を把持することができ、作業効率の向上に寄与できるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１，４に記載の発明によれば、複数組のフィンガーの自由度を有効利用して、一部の組のフィンガーと残りの組のフィンガーとでそれぞれ別個の把持対象物を把持するにあたり、一部の組のフィンガーが把持対象物を把持したならば、残りの組のフィンガーによる把持動作に先行して、把持対象部物を把持した一部の組のフィンガーがフィンガー同士の重合方向と直交する平面内を残りの組のフィンガーに対しオフセット状態となるように予め退避動作することにより、部品同士の干渉が回避されて、一つ目の把持対象物を把持した状態でありながら二つ目の部品を無理なく把持することが可能となり、その結果として、例えば部品箱からその内部に整列してある部品をピッキングする場合に、部品箱に対するロボットハンドの一回のアプローチ動作で複数の部品を把持することができ、作業効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明に係るロボットハンドのより具体的な実施の形態を示す図で、特に図示しない部品箱等に整列収納されている各種部品のピッキングに用いられる汎用型のロボットハンドの例を示しており、同図（Ａ）はその正面図を、同図（Ｂ）はその右側面図をそれぞれ示している。
【００１５】
図１の（Ａ），（Ｂ）に示すように、ロボットハンド１は、対向配置することで左右で対をなす二つ一組のいわゆる二指把持タイプの二組のフィンガー２Ａ，２Ｂおよび３Ａ，３Ｂを互いに重合するように所定距離隔ててハンド本体４に並べて支持させたもので、ロボットハンド１全体として合計で４本のフィンガー２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂを有している、そして、それぞれのフィンガー２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂは一つにつき根元側関節５ａまたは６ａと指先側関節５ｂまたは６ｂとを有していて、いわゆる１指２関節タイプのものとなっている。
【００１６】
各関節５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂに後述するようには駆動モータとしてそれぞれに独立したサーボモータを内蔵してあり、それぞれに独立した関節動作、すなわち各々のフィンガー構成要素７ａ，７ｂの独立した開閉動作が可能となっている。
【００１７】
このように構成されたロボットハンド１によれば、把持対象物として例えば小物部品から大物または長尺な部品までの各種部品のピッキングに共通して使用するものとし、また部品箱に対するロボットハンド１の一回のアプローチ動作で一つの部品を把持するものと仮定した場合、図２の（Ａ）に示すように大物または長尺な部品Ｗ１を把持する場合には４本のフィンガー２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂの全てを使って把持する一方、小物部品Ｗ２の場合には同図（Ｂ）に示すようにいずれか一組のフィンガー、例えばフィンガー３Ａ，３Ｂのみを使って小物部品Ｗ２を把持することとなり、残る一組のフィンガー２Ａ，２Ｂは実質的に遊んでいて有効活用できないことになる。
【００１８】
そこで、フィンガー２Ａ，２Ｂの有効活用のために、例えば図３に示すように部品箱８に整列収納されている小物部品Ｗ２を一方のフィンガー２Ａ，２Ｂと他方のフィンガー３Ａ，３Ｂとで別々に把持していわゆる２個取りしようとしても、整列収納されている部品Ｗ２，Ｗ２同士の間隔とフィンガー２Ａ，３Ａおよび２Ｂ，３Ｂ同士の間隔が必ずしも一致せず、また隣りの部品Ｗ２が邪魔となっていわゆる２個取りすることができない。
【００１９】
そこで、本実施の形態では、特に把持対象物がいわゆる小物部品Ｗ２である場合にその２個取りを可能にしようとするもので、図４，５に示すように、一方の組のフィンガー２Ａ，２Ｂが小物部品Ｗ２を把持したならばその部品把持状態のままで一方の組のフィンガー２Ａ，２Ｂを破線で示す把持完了位置Ｐ１から退避位置Ｐ２まで一旦退避させ、その状態で図４に示すように他方の組のフィンガー３Ａ，３Ｂにて小物部品Ｗ２を把持するものである。
【００２０】
ここで、図６，７は図１において個々にサーボモータ１０が内蔵された各関節５ａ，５ｂおよび６ａ，６ｂのフィードバック制御系のフロック回路図を示し、各フィンガー２Ａ，２Ｂおよび３Ａ，３Ｂの根元側関節５ａ，６ａおよび指先側関節５ｂ，６ｂそれぞれの関節動作はコントローラ９によって制御されるようになっている。そして、各フィンガー２Ａ，２Ｂおよび３Ａ，３Ｂの根元側関節５ａ，６ａはサーボモータ１０のほかフィードバック要素としてのロータリーエンコーダ１１を備えていて、それぞれに位置、速度および電流のフィードバックループを形成している。これにより、根元側関節５ａ，６ａのそれぞれは少なくとも位置フィードバック制御（位置制御）による関節動作が可能となっている。
【００２１】
他方、各フィンガー２Ａ，２Ｂおよび３Ａ，３Ｂの指先側関節５ｂ，６ｂは同様にしてサーボモータ１０のほかフィードバック要素としてのロータリーエンコーダ１１を備えていて、それぞれに位置、速度および電流のフィードバックループを形成しているほか、ゲイン調整器１２または１３と切替器（切替器１）１４または切替器（切替器２）１５とをそれぞれに有している。これにより、指先側関節５ｂ，６ｂのそれぞれは少なくとも位置フィードバック制御（位置制御）による関節動作のほか、位置フィードバック制御に依存せずにゲイン調整器１２または１３の出力をトルク指令値とするいわゆるトルク制御による関節動作が選択切替可能となっている。
【００２２】
より詳しくは、図７に示すように、それぞれのゲイン調整器１２，１３は入力された指令値のゲインが１よりも小さくなるように調整する機能を有しており（ゲインをどの程度小さくするかは予め設定されている）、一方の指先側関節５ｂにおけるゲイン調整器１２の出力は他方の指先側関節６ｂのトルク制御時のトルク指令値としてその他方の指先側関節６ｂ側の切替器１５に、他方の指先側関節６ｂにおけるゲイン調整器１３の出力は一方の指先側関節５ｂのトルク制御時のトルク指令値としてその一方の指先側関節５ｂ側の切替器１４にそれぞれ入力されるようになっている。そして、各切替器１４，１５ではコントローラ９からの切替信号Ｓ１またはＳ２により切替操作されるようになっており、該当する指先側関節５ｂまたは６ｂの位置指令値としてコントローラ９から出力される本来の位置フィードバック制御時の指令値と、反対側の指先側関節６ｂまたは５ｂに付帯するゲイン調整器１３または１２の出力であるところのトルク制御時のトルク指令値とのいずれかを選択意的にサーボモータ１０側に付与することができるようになっている。そして、各切替器１４，１５の状態と各指先側関節５ｂ，６ｂの制御形態（位置フィードバック制御（位置制御）であるかトルク制御であるか）の組み合わせを整理すると表１のようになる。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
ここで、上記トルク制御との呼称は、図７の各切替器１４，１５においてゲイン調整器１２，１３の出力がトルク指令値として選択されている時には、ロータリーエンコーダ１１をフィードバック要素とする位置および速度のフィードバックループは何ら機能せずに電流のフィードバックループのみが機能することに基づいている。
【００２５】
したがって、このように構成されたロボットハンド１によれば、図２に示すように長尺または大物の部品Ｗ１であるか小物部品Ｗ２であるかにかかわらず、その把持に先立つ部品Ｗ１またはＷ２へのアプローチ動作時には、図８の（Ａ）に示すように根元側関節５ａ，６ａおよび指先側関節５ｂ，６ｂ共に位置フィードバック制御のもとで行う。つまり、根元側関節５ａ，６ａでは図６のフィードバックループのもとで位置制御を行うとともに、指先側関節５ｂ，６ｂでは図７に示す各切替器１４，１５をＡ接点側に切り替えて各関節５ｂ，６ｂの位置制御を行う（表１のパターン１）。
【００２６】
その一方、アプローチ動作に続く図８の（Ｂ）の実際の把持動作時には、根元側関節５ａ，６ａでは図６に基づいて位置フィードバック制御を行う一方、指先側関節５ｂ，６ｂでは図７に示す各切替器１４，１５をＢ接点側に切り替えて各関節５ｂ，６ｂのトルク制御を同期して行うことで把持対象となる例えば小物部品Ｗ２を把持する（表１のパターン４）。
【００２７】
図７の各切替器１４，１５をＢ接点側に切り替えて各関節５ｂ，６ｂのトルク制御を行う場合には、先に述べたようにそのトルク指令値はゲイン調整器１２または１３にてゲインが１よりも小さくなるように予め調整されていることから、そのトルク値は位置フィードバック制御時のものよりも小さくなる。また、図７から明らかなように、各指先側関節５ｂ，６ｂは対となっている反対側の指先側関節６ｂまたは５ｂに付帯するゲイン調整器１３または１２の出力をトルク指令値として作動するものであるから、双方の指先側関節５ｂ，６ｂが同期して作動するとともに、各指先側関節５ｂ，６ｂは反対側の指先側関節が作動している限り作動し続けて上記トルク制御に基づく一定の力で例えば小物部品Ｗ２を押さえ付けることになる。そして、各指先側関節５ｂ，６ｂの動きがなくなった時点で小物部品Ｗ２の把持が完了し（これは、各サーボモータ１０に付帯のロータリーエンコーダ１１の出力を監視することで確認可能）、以降はその把持状態を維持することになる。
【００２８】
一方、図４，５のような形態で小物部品Ｗ２をいわゆる２個取りする際には、最初に一組のフィンガー２Ａ，２Ｂのみを作動させて、図８の場合と全く同じ手順で部品Ｗ２を把持する。そして、一組のフィンガー２Ａ，２Ｂが小物部品Ｗ２を把持したならば、その部品把持状態のままで図５に破線で示すように一組のフィンガー２Ａ，２Ｂを退避位置Ｐ２まで退避動作させる。この退避動作の際には、根元側関節５ａ，６ａを図６の位置フィードバック制御とするとともに、一方の指先側関節６ｂも図７のように位置フィードバック制御に切り替える一方で、他方の指先側関節５ｂについてのみ図７のようにトルク制御に切り替えて（表１のパターン３）、既に小物部品Ｗ２を把持している一組のフィンガー２Ａ，２Ｂを退避位置Ｐ２まで移動させる。つまり、フィンガー３Ａ，３ｂによる部品Ｗ２の把持動作に先行して、部品Ｗ２を把持している一組のフィンガー２Ａ，２Ｂがフィンガー２Ａ，２Ｂと３Ａ，３Ｂとの重合方向と直交する平面内を他方の組のフィンガー３Ａ，３Ｂに対しオフセット状態となるように予め退避動作させるものとする。
【００２９】
より具体的には、既に小物部品Ｗ２を把持している一組のフィンガー２Ａ，２Ｂを図５の退避位置Ｐ２まで移動させる際に、上記のように一方の指先側関節５ｂのみをいわゆるトルク制御に切り替え、それ以外の関節５ａ，６ａ，５ｂを位置フィードバック制御にて作動させると、特に他方の指先側関節６ｂは既に部品Ｗ２に押し付けられているフィンガー２Ｂのフィンガー構成要素７と部品Ｗ２との相対位置関係が変わらないような一定の角度姿勢を保つように位置制御され、これに対してトルク制御に切り替えられた一方の指先側関節２Ａでは、図７に示すように指先側関節６ｂ側ゲイン調整器１３の出力をトルク指令値としている故に、その指先側関節６ｂが作動しているかぎりは一定の力でフィンガー構成要素７を部品Ｗ２に押し付けていることになり、したがって小物部品Ｗ２を確実に把持したままで干渉エリア外である退避位置Ｐ２まで一組のフィンガー２Ａ，２Ｂを移動させることができる。
【００３０】
図４，５に示すように、一組のフィンガー２Ａ，２Ｂが退避位置Ｐ２に移動し終えたならば、代わって他方の組のフィンガー３Ａ，３Ｂを隣の部品Ｗ２を把持可能な位置まで移動させて、図８と同様の手順でその２個目の部品Ｗ２を把持する。この２個目の部品Ｗ２を把持する際には、既に１個目の部品Ｗ２を把持している一方の組のフィンガー２Ａ，２Ｂが退避位置Ｐ２にあることから、この他方の組のフィンガー３Ａ，３Ｂは１個目の部品Ｗ２や部品箱８等と干渉することなく、スムーズに２個目の部品Ｗ２を把持することができる。
【００３１】
このように本実施に形態によれば、例えば部品箱８に整列収納されている小物部品Ｗ２のピッキングに際して、その部品箱８に対するロボットハンド１の一回のアプローチ動作で部品Ｗ２をいわゆる２個取りすることが可能となり、ピッキング作業効率が大幅に向上することになる。
【００３２】
ここで、上記実施の形態では、各関節５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの駆動源であるサーボモータ１０を関節５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂに内蔵している場合の例を示しているが、例えば各サーボモータ１０をハンド本体４内に内蔵していて、各サーボモータ１０から巻掛伝達手段等を介して各関節５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂに動力を伝達して作動させるタイプのロボットハンドにも本発明を適用することができることは言うまでもない。
【００３３】
また、１指につき３以上の関節を有するようなフィンガーを用いたロボットハンドにも本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るロボットハンドの一例を示す図で、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の見語側面図。
【図２】（Ａ）は図１に示したロボットハンドにて長尺または大型の部品を把持し状態を示す説明図、（Ｂ）は同じく小物部品を把持した状態を示す説明図。
【図３】いわゆる小物部品の２個取り時の干渉状態を示す説明図。
【図４】いわゆる小物部品の２個取り時の干渉回避状態を示す説明図。
【図５】図４の正面説明図。
【図６】図４，５における根元側関節のフィードバック制御系のブロック回路図。
【図７】図４，５における指先側関節のフィードバック制御系のブロック回路図。
【図８】（Ａ）は部品に対するロボットハンドのアプローチ時の説明図、（Ｂ）は上記アプローチ動作に続く実際の把持時の説明図。
【符号の説明】
【００３５】
１…ロボットハンド
２Ａ，２Ｂ…フィンガー
３Ａ，３Ｂ…フィンガー
４…ハンド本体
５ａ，６ａ…根元側関節
５ｂ，６ｂ…指先側関節
７ａ，７ｂ…フィンガー構成要素
９…コントローラ
１０…サーボモータ
１２，１３…ゲイン調整器
１４，１５…切替器
Ｐ２…退避位置
Ｗ１，Ｗ２…部品（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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【図７】
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【図８】
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