(57)【要約】【課題】指先部が大型化してしまうことが無く、把持対象物を安定的に把持することができるロボットハンドを提供すること。【解決手段】指先部１１の少なくとも先端側の領域に、線状をなすとともに弾性変形可能である複数の弾性部材３０を突設した。複数の弾性部材３０は、指先部１１の腹面２２ａに対して指先部１１の先端側から基端側に向けて上方へ傾斜して延びている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
把持対象物を把持する複数の指機構を備えるとともに、各指機構の先端に指先部が設けられたロボットハンドであって、
前記指先部において、前記把持対象物を把持する側の面である把持面における少なくとも先端側の領域には、線状をなすとともに弾性変形可能である複数の弾性部材が突設されており、
前記複数の弾性部材は、前記指先部の基端側に傾斜してそれぞれ延びていることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記複数の弾性部材における少なくとも前記把持対象物との接触部は、前記指先部における前記把持面とは反対側の面である背面を構成する背面構成部材よりも摩擦係数の高い材質により形成され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】
前記複数の弾性部材のうちの少なくとも一つは、前記指先部の幅方向外側に傾斜するように延びていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、把持対象物を把持する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は、例えば特許文献１に開示されている。このようなロボットハンドには、把持対象物を把持するために、複数本の指が設けられている。各指の先端には指先部が設けられている。各指先部は腹部及び爪部を備え、腹部は、把持対象物を把持するために柔軟な材質から形成された被覆部に覆われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１２５８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このようなロボットハンドでは、例えば、把持対象物と把持対象物の載置面との間に隙間がある場合には、その隙間に指先部の先端側を挿入して指先部の先端側を把持対象物の下に入り込ませて、把持対象物を包むようにして把持する。これにより、把持対象物を把持しながら、指先部の先端側で把持対象物を下から支えることができるため、把持対象物を安定的に把持することができる。しかし、指先部の先端側を把持対象物の下に入り込ませるためには、指先部の先端側を回動させる回動手段が指先部に必要であり、回動手段を設けることで指先部が大型化してしまう。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、指先部が大型化してしまうことが無く、把持対象物を安定的に把持することができるロボットハンドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、把持対象物を把持する複数の指機構を備えるとともに、各指機構の先端に指先部が設けられたロボットハンドであって、前記指先部において、前記把持対象物を把持する側の面である把持面における少なくとも先端側の領域には、線状をなすとともに弾性変形可能である複数の弾性部材が突設されており、前記複数の弾性部材は、前記指先部の基端側に傾斜してそれぞれ延びていることを要旨とする。
【０００７】
この発明によれば、各指先部の把持面を把持対象物に近付けて、複数の弾性部材を把持対象物に接触させると、各弾性部材が把持対象物の形状に倣って弾性変形する。この各弾性部材の弾性変形によって、複数の弾性部材のうち、少なくとも各指先部の先端側に設けられた弾性部材が、把持対象物と把持対象物の載置面との間の隙間に入り込む。そして、隙間に入り込んだ弾性部材の原形状に復帰しようとする復帰力によって、弾性部材が把持対象物に接触するとともに、弾性部材によって把持対象物を下から支えることができる。また、隙間に入り込まずに把持対象物の形状に倣って弾性変形した弾性部材の原形状に復帰しようとする復帰力によって、把持対象物を両側から挟み込むことができる。よって、従来技術のように指先部の先端側を回動させる回動手段を指先部に設けなくても、複数の弾性部材によって、把持対象物を把持しつつも下から支えることができる。その結果、指先部が大型化してしまうことが無く、把持対象物を安定的に把持することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記複数の弾性部材における少なくとも前記把持対象物との接触部は、前記指先部における前記把持面とは反対側の面である背面を構成する背面構成部材よりも摩擦係数の高い材質により形成されていることを要旨とする。
【０００９】
この発明によれば、複数の弾性部材の接触部が背面構成部材よりも摩擦係数の高い材質により形成されているため、把持対象物と接触部との間の摩擦により把持対象物をさらに安定的に把持することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記複数の弾性部材のうちの少なくとも一つは、前記指先部の幅方向外側に傾斜するように延びていることを要旨とする。
【００１１】
この発明によれば、弾性部材が把持対象物の形状に倣って弾性変形する際に、弾性部材が指先部の幅方向外側に向けて傾き易い。そして、指先部の幅方向外側に向けて傾いた弾性部材の原形状に復帰しようとする復帰力によって、把持対象物が、指先部の幅方向外側に向けて移動してしまうことを規制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、指先部が大型化してしまうことが無く、把持対象物を安定的に把持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は実施形態におけるロボットハンドの概略図、（ｂ）は弾性部材を拡大した部分断面図、（ｃ）は指先部の正面図。
【図２】ロボットハンドの電気的構成を示すブロック図。
【図３】複数の弾性部材のうち両指先部の先端側に位置する弾性部材が把持対象物に接触した状態を示す概略図。
【図４】両指先部の先端側に設けられた各弾性部材が把持対象物と載置面との間の隙間に入り込んでいる状態を示す概略図。
【図５】弾性部材によって把持対象物が把持されている状態を示す概略図。
【図６】別の実施形態における指先部の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、ロボットハンド１０は、アーム１０ａと、アーム１０ａに取り付けられる掌部１０ｂと、掌部１０ｂに取り付けられる二つの指機構Ｆとから構成されている。アーム１０ａには駆動装置１５が接続されている。掌部１０ｂは、第１回動部Ｒ１によりアーム１０ａに対して第１回動部Ｒ１を中心に回動可能に構成されている。
【００１５】
二つの指機構Ｆは、掌部１０ｂに取り付けられる節部Ｆ１と、節部Ｆ１に取り付けられる指先部１１とをそれぞれ有している。二つの指機構Ｆの一方の節部Ｆ１は、掌部１０ｂのアーム１０ａから遠い側である先端部に取り付けられるとともに、二つの指機構Ｆの他方の節部Ｆ１は、掌部１０ｂの先端部に取り付けられた指機構Ｆと対向するように掌部１０ｂに取り付けられている。各節部Ｆ１は、第２回動部Ｒ２により掌部１０ｂに対して第２回動部Ｒ２を中心に回動可能に構成されている。
【００１６】
指先部１１は、回動部としての第３回動部Ｒ３を介して節部Ｆ１に回動自在に支持されている。指先部１１は指機構Ｆの先端に位置している。第１〜第３回動部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、例えば超音波モータを備えた振動アクチュエータである。
【００１７】
図２に示すように、駆動装置１５及び第１〜第３回動部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３には制御装置１６が接続されている。そして、制御装置１６からの指令により駆動装置１５及び第１〜第３回動部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が駆動制御されるとともに、アーム１０ａ、掌部１０ｂ、節部Ｆ１及び指先部１１の駆動が制御される。具体的には、アーム１０ａの駆動を制御することで、ロボットハンド１０が任意の位置に位置合わせされる。また、掌部１０ｂの駆動を制御することで、例えば、指機構Ｆの延設方向が変更される。さらに、節部Ｆ１の駆動を制御することで、例えば、両指先部１１同士の間隔が調整される。また、指先部１１の駆動を制御することで把持動作が行われる。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、指先部１１は、指先部１１の腹側に形成される腹面２２ａと、指先部１１の背側に形成される背面２２ｂとを備える。背面２２ｂは、腹面２２ａの延設方向に対して指先部１１の先端に向かうにつれて腹面２２ａ側へ傾斜している。よって、指先部１１は先細りに形成されている。腹面２２ａは、その先端付近において、指先部１１の基端側から先端側に向けて背面２２ｂ側へ弧状に湾曲するように形成されている。また、指先部１１は、例えばＡＢＳ樹脂等の比較的硬く、且つ摩擦係数が低い樹脂材料により形成されている。腹面２２ａは、指先部１１における把持対象物５１（図３参照）を把持する側の面である把持面に相当する。そして、本実施形態では、指先部１１自体が、把持面とは反対側の面である背面２２ｂを構成する背面構成部材となっている。
【００１９】
指先部１１の腹面２２ａには、線状をなすとともに弾性変形可能である複数の弾性部材３０が突設されている。複数の弾性部材３０は、腹面２２ａに対して指先部１１の先端側から基端側に向けて上方へ傾斜して延びている。各弾性部材３０は、指先部１１の少なくとも先端側の領域に突設されている。図１（ｂ）に示すように、弾性部材３０は、基端が指先部１１に埋め込まれるとともに直線状に延びる細長丸棒状の軸部３０ａと、軸部３０ａにおける指先部１１の腹面２２ａから突出した部位の外周及び先端にコーティングされた接触部３０ｂとから形成されている。軸部３０ａは、例えば、熱可塑性ポリウレタン、ポリアミドエラストマー、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の硬質弾性材料により形成されている。接触部３０ｂは、例えばシリコンゴムやウレタン樹脂等の軟質で、指先部１１よりも摩擦係数の高い材質により形成されている。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、各弾性部材３０は、腹面２２ａとなす角度θが全て同じ角度になるようにそれぞれ突設されている。また、各弾性部材３０の突出長さは全て同じ長さになっている。弾性部材３０は、その骨格が細長丸棒状の軸部３０ａにより形成されているため、その基端を基点として弾性変形し易く、且つ弾性部材３０の軸方向に潰れ難くなっている。
【００２１】
図１（ｃ）に示すように、各弾性部材３０は、指先部１１の幅方向（図１（ｃ）に示す矢印Ｘ１の方向）に沿って直線状に一定の間隔をおいて複数並設されるとともに、指先部１１の延設方向（図１（ｃ）に示す矢印Ｙ１の方向）に一定の間隔をおいて複数並設されている。指先部１１の延設方向において、隣り合う列をなす各弾性部材３０同士は、指先部１１の幅方向において互いにずれた位置に配置されている。
【００２２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
まず、制御装置１６の指令により駆動装置１５を駆動制御するとともに、アーム１０ａの駆動を制御し、ロボットハンド１０を把持対象物５１の上方に位置合わせする。このとき、制御装置１６の指令により第１回動部Ｒ１を駆動制御するとともに、掌部１０ｂの駆動を制御し、指機構Ｆの先端が、把持対象物５１が載置された載置面５２側に向くように調整される。さらに、制御装置１６の指令により第２回動部Ｒ２を駆動制御するとともに、節部Ｆ１の駆動を制御し、両指先部１１同士の間隔が把持対象物５１の幅よりも大きくなるとともに、両指先部１１の各弾性部材３０の先端３０ｅ同士の間隔が把持対象物５１の幅よりも小さくなるように調整される。また、制御装置１６の指令により第３回動部Ｒ３を駆動制御するとともに、指先部１１の駆動を制御し、指先部１１の延設方向がロボットハンド１０の下降方向に平行（載置面５２に対して垂直な方向）になるように調整される。
【００２３】
続いて、制御装置１６の指令により駆動装置１５を駆動制御するとともに、ロボットハンド１０が載置面５２側に向けて下降するようにアーム１０ａの駆動を制御する。すると、図３に示すように、複数の弾性部材３０のうち、両指先部１１の先端側に位置する各弾性部材３０が把持対象物５１に接触する。続いて、制御装置１６の指令により駆動装置１５を駆動制御して、ロボットハンド１０が載置面５２側に向けてさらに下降するようにアーム１０ａの駆動を制御する。すると、ロボットハンド１０の下降に伴って各弾性部材３０が把持対象物５１に対して押し付けられながら、把持対象物５１の形状に倣って弾性変形する。そして、図４に示すように、両指先部１１の先端が載置面５２に接触するまで、ロボットハンド１０が載置面５２側に向けて下降されると、両指先部１１の先端側に設けられた各弾性部材３０が、把持対象物５１と載置面５２との間の隙間Ｓに入り込む。
【００２４】
続いて、制御装置１６の指令により駆動装置１５を駆動制御して、ロボットハンド１０が上昇するようにアーム１０ａの駆動を制御する。すると、図５に示すように、隙間Ｓに入り込んだ各弾性部材３０の原形状に復帰しようとする復帰力によって、隙間Ｓに入り込んだ各弾性部材３０の先端３０ｅが把持対象物５１に接触する。ここで、各弾性部材３０は、その軸方向に潰れ難くなっているため、隙間Ｓに入り込んだ各弾性部材３０の先端３０ｅが把持対象物５１に接触していることで、把持対象物５１が、隙間Ｓに入り込んだ各弾性部材３０によって下から支えられる。また、隙間Ｓに入り込まずに把持対象物５１の形状に倣って弾性変形した各弾性部材３０の原形状に復帰しようとする復帰力によって、把持対象物５１が両側から挟み込まれる。その結果として、把持対象物５１は、複数の弾性部材３０によって把持されつつも下から支えられる。また、各弾性部材３０における把持対象物５１と接触している接触部３０ｂが摩擦係数の高い材質により形成されているため、把持対象物５１と接触部３０ｂとの間の摩擦により把持対象物５１が安定的に把持される。
【００２５】
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）指先部１１の少なくとも先端側の領域に、線状をなすとともに弾性変形可能である複数の弾性部材３０を突設した。複数の弾性部材３０は、指先部１１の腹面２２ａに対して指先部１１の先端側から基端側に向けて上方へ傾斜して延びている。よって、両指先部１１の腹面２２ａを把持対象物５１に近付けて、各弾性部材３０を把持対象物５１に接触させると、各弾性部材３０が把持対象物５１の形状に倣って弾性変形する。この各弾性部材３０の弾性変形によって、複数の弾性部材３０のうち、少なくとも両指先部１１の先端側に設けられた弾性部材３０が、把持対象物５１と載置面５２との間の隙間Ｓに入り込む。そして、隙間Ｓに入り込んだ弾性部材３０の原形状に復帰しようとする復帰力によって、隙間Ｓに入り込んだ弾性部材３０の先端３０ｅが把持対象物５１に接触するため、把持対象物５１を下から支えることができる。また、隙間Ｓに入り込まずに把持対象物５１の形状に倣って弾性変形した弾性部材３０の原形状に復帰しようとする復帰力によって、把持対象物５１を両側から挟み込むことができる。よって、従来技術のように指先部の先端側を回動させる回動手段を指先部１１に設けなくても、複数の弾性部材３０によって、把持対象物５１を把持しつつも下から支えることができる。その結果、指先部１１が大型化してしまうことが無く、把持対象物５１を安定的に把持することができる。
【００２６】
（２）各弾性部材３０の接触部３０ｂを指先部１１よりも摩擦係数の高い材質により形成したため、把持対象物５１と接触部３０ｂとの間の摩擦により、把持対象物５１をさらに安定的に把持することができる。
【００２７】
（３）各弾性部材３０の接触部３０ｂは軟質な材料により形成されている。よって、接触部３０ｂが金属材料のような硬質な材料により形成されている場合に比べると、各弾性部材３０により把持対象物５１を把持したときに、把持対象物５１を傷付けてしまうことを抑制することができる。
【００２８】
（４）弾性部材３０（軸部３０ａ）の基端が指先部１１に埋め込まれている。よって、例えば、指先部１１の腹面２２ａに弾性部材３０の基端が接合されている場合に比べると、弾性部材３０が指先部１１から外れ難くすることができる。
【００２９】
（５）両指先部１１の各弾性部材３０の先端３０ｅ同士の間隔が把持対象物５１の幅よりも小さくなるように調整された状態で、ロボットハンド１０を載置面５２側に向けて下降させても、ロボットハンド１０の下降に伴って各弾性部材３０が把持対象物５１に対して押し付けられながら、把持対象物５１の形状に倣って弾性変形する。よって、把持対象物５１を各弾性部材３０によって把持しようとする際に、両指先部１１の各弾性部材３０の先端３０ｅ同士の間隔を把持対象物５１の幅よりも大きくなるように調整しなくてもよい。したがって、把持対象物５１が載置された両側に、両指先部１１の各弾性部材３０の先端３０ｅ同士の間隔が把持対象物５１の幅よりも大きくなるように調整された両指先部１１が挿入可能なスペースが無い場合であっても、把持対象物５１を把持することが可能となる。
【００３０】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  図６に示すように、指先部１１の幅方向（図６に示す矢印Ｘ１の方向）外側に傾斜して延びるように指先部１１の腹面２２ａから突出する弾性部材３０が、指先部１１の腹面２２ａに設けられていてもよい。これによれば、各弾性部材３０が、把持対象物５１の形状に倣って弾性変形する際に、指先部１１の幅方向外側に向けて傾く。そして、指先部１１の幅方向外側に向けて傾いた弾性部材３０の原形状に復帰しようとする復帰力によって、把持対象物５１が、指先部１１の幅方向外側に向けて移動してしまうことを規制することができる。
【００３１】
○  実施形態において、軸部３０ａにおける指先部１１の腹面２２ａから突出した部位の外周及び先端に、接触部３０ｂがコーティングされていなくてもよい。
○  実施形態において、弾性部材３０が、例えば合成繊維から形成されていてもよい。
【００３２】
○  実施形態において、接触部３０ｂが、例えば金属材料により形成されていてもよい。
○  実施形態において、複数の弾性部材３０全てが同じ材質で形成されていなくてもよい。
【００３３】
○  実施形態において、弾性部材３０が短冊状に形成されていてもよい。
○  実施形態において、弾性部材３０の本数は、指先部１１の少なくとも先端側の領域に存在していれば特に限定されるものではない。例えば、弾性部材３０の本数を可能な限り増やして、弾性部材３０の密度を高くすることで、把持対象物５１をさらに安定的に把持することが可能となる。
【００３４】
○  実施形態において、各弾性部材３０は、腹面２２ａとなす角度がそれぞれ異なるように腹面２２ａから突設されていてもよい。要は、各弾性部材３０は、腹面２２ａとなす角度が直角でなければ、腹面２２ａとなす角度は特に限定されるものではない。
【００３５】
○  実施形態において、各弾性部材３０の突出長さはそれぞれ異なっていてもよい。
○  実施形態において、複数の弾性部材３０のうち、指先部１１の基端側に位置する弾性部材３０を、腹面２２ａに対して指先部１１の基端側から先端側に向けて下方へ傾斜して延びるように突設させてもよい。これによれば、把持対象物５１を各弾性部材３０により把持したときに、指先部１１の基端側に位置する各弾性部材３０と把持対象物５１との接触により、把持対象物５１が指先部１１の基端側に移動してしまうことを規制することができる。
【００３６】
○  実施形態において、弾性部材３０（軸部３０ａ）の基端が指先部１１に埋め込まれていなくてもよく、指先部１１の腹面２２ａに弾性部材３０の基端が接合されていてもよい。
【００３７】
○  実施形態において、指先部１１に、背面２２ｂを構成する背面構成部材を別途設けてもよい。
○  実施形態において、指機構Ｆの本数は、把持対象物５１を把持可能であれば、特に限定されるものではない。
【００３８】
○  実施形態において、例えば、節部Ｆ１と掌部１０ｂとの間にさらに節部を設けてもよい。
○  実施形態において、第１〜第３回動部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、例えばサーボモータを備えたアクチュエータであってもよい。
【００３９】
○  実施形態において、把持対象物５１を、以下のような方法で把持してもよい。例えば、制御装置１６の指令により第２回動部Ｒ２を駆動制御するとともに、節部Ｆ１の駆動を制御し、両指先部１１の各弾性部材３０の先端３０ｅ同士の間隔が把持対象物５１の幅よりも大きくなるように調整する。続いて、制御装置１６の指令により駆動装置１５を駆動制御するとともに、ロボットハンド１０が載置面５２側に向けて下降するようにアーム１０ａの駆動を制御する。これにより、把持対象物５１の両側に、両指先部１１の各弾性部材３０が配置される。そして、制御装置１６の指令により第２回動部Ｒ２を駆動制御するとともに、節部Ｆ１の駆動を制御し、両指先部１１同士が互いに近付くように、両指先部１１の各弾性部材３０の先端３０ｅ同士の間隔を調整する。その結果、把持対象物５１が両指先部１１の各弾性部材３０により挟み込まれるようにして把持される。
【００４０】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記弾性部材の基端が前記指先部に埋め込まれていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【符号の説明】
【００４１】
１０…ロボットハンド、１１…指先部（背面構成部材）、２２ａ…把持面に相当する腹面、２２ｂ…背面、３０…弾性部材、３０ｂ…接触部、３０ｅ…先端、５１…把持対象物、Ｆ…指機構。
【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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