ハンド及びロボット
【課題】把持したボルトをタップ穴に挿入することが可能なハンド及びロボットを提供する。
【解決手段】ハンド２０は、１対の支持部２２ａ、２２ｂと、１対の支持部２２ａ、２２ｂの内側にそれぞれ支持され、ボルトＢを把持する第１及び第２の把持爪２１ａ、２１ｂと、第１及び第２の把持爪２１ａ、２１ｂを各支持部２２ａ、２２ｂの長手方向と交差する揺動軸回りに揺動させ、第１及び第２把持爪２１ａ、２１ｂの先端の向きを変更させる揺動機構２９と、第１及び第２の把持爪２１ａ、２１ｂが把持したボルトＢをボルトＢの軸回りに回転させるボルト回転機構３０とを備える。
【解決手段】ハンド２０は、１対の支持部２２ａ、２２ｂと、１対の支持部２２ａ、２２ｂの内側にそれぞれ支持され、ボルトＢを把持する第１及び第２の把持爪２１ａ、２１ｂと、第１及び第２の把持爪２１ａ、２１ｂを各支持部２２ａ、２２ｂの長手方向と交差する揺動軸回りに揺動させ、第１及び第２把持爪２１ａ、２１ｂの先端の向きを変更させる揺動機構２９と、第１及び第２の把持爪２１ａ、２１ｂが把持したボルトＢをボルトＢの軸回りに回転させるボルト回転機構３０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンド及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、嵌合作業等に使用されるロボットハンドが記載されている。このロボットハンドは、部品把持用の把持部を有する指を備えている。把持部は、指に回転自在に支持されている。指には、把持部を回転させる駆動手段が設けられている。また、指には、把持部に把持される部品の把持部回転方向の位置変動を検出してこの位置変動を修正するように駆動手段を作動させる検出手段が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２３９４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、把持したボルトをタップ穴に挿入することが可能なハンド及びロボット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】
前記目的に沿う第１の発明に係るハンドは、１対の支持部と、
前記１対の支持部の内側にそれぞれ支持され、ボルトを把持する第１及び第２の把持爪と、
前記第１及び第２の把持爪を前記各支持部の長手方向と交差する揺動軸回りに揺動させ、該第１及び第２把持爪の先端の向きを変更させる揺動機構と、
前記第１及び第２の把持爪が把持したボルトを該ボルトの軸回りに回転させるボルト回転機構とを備える。
【０００６】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記ボルト回転機構は、前記第１の把持爪を支持する前記支持部の内側に設けられたボルト回転用モータと、
前記ボルト回転用モータの回転を伝達する回転伝達部と、
前記第１の把持爪の先端部の内側に設けられ、前記回転伝達部によって駆動され前記ボルトの軸と実質的に平行な軸回りに回転する駆動ローラと、
前記第２の把持爪の先端部の内側に設けられ、前記ボルトの軸と実質的に平行な軸回りに回転可能に支持された第１の従動ローラと、
前記第１又は第２の把持爪の先端部の内側に設けられ、前記ボルトの軸と実質的に平行な軸回りに回転可能に支持された第２の従動ローラと、を備え、
前記ボルトが、前記駆動ローラ並びに前記第１及び第２の従動ローラの外周面に接することが好ましい。
【０００７】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記回転伝達部を、トルクを伝達することが可能なトルク伝達ワイヤとすることができる。
【０００８】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記第１の把持爪の基端部の内側に、該第１の把持爪と共に揺動し、前記トルク伝達ワイヤを案内する溝が形成されたワイヤガイドを更に有し、
該ワイヤガイドが、前記第１の把持部の揺動に伴って生じる前記トルク伝達ワイヤの変形を抑制することが好ましい。
【０００９】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記回転伝達部を、ユニバーサルジョイントによって連結されたシャフトとしてもよい。
【００１０】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記揺動機構は、揺動用サーボモータと、
前記揺動用サーボモータによって回転するスプラインシャフトと、
前記スプラインシャフトと共に該スプラインシャフトの回転軸回りに回転し、該スプラインシャフトの回転軸方向に沿って移動可能な１対の第１のスプラインナット部と、
前記１対の支持部にそれぞれ固定され、前記第１のスプラインナット部と共に前記スプラインシャフトの回転軸に沿ってそれぞれ移動し、前記第１のスプラインナット部の回転軸回りに該第１のスプラインナット部に対してそれぞれ相対回転可能な１対の第２のスプラインナット部と、を有し、
前記第１及び第２の把持爪は、前記１対の第１のスプラインナット部によってそれぞれ駆動され、揺動することが好ましい。
【００１１】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記第１及び第２の把持爪は、リンク機構を用いて回転を伝達するリンク部を介し、前記１対の第１のスプラインナット部によって駆動されることが好ましい。
【００１２】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記１対の支持部を前記揺動軸に沿って開閉させる開閉機構を更に備えることが好ましい。
【００１３】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記開閉機構は、開閉用サーボモータと、
前記開閉用サーボモータによって回転する互いに逆向きのねじが左右にそれぞれ形成された左右ねじシャフトと、
前記左右ねじシャフトの回転によって、それぞれ該左右ねじシャフトの回転軸に沿って互いに反対方向に移動する１対の移動部と、を有し、
前記１対の移動部に、前記１対の支持部がそれぞれ固定されることが好ましい。
【００１４】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記開閉用サーボモータ及び前記揺動用サーボモータは、互いに反対方向を向き、それぞれの長手方向が前記揺動軸と実質的に平行となるように配置され、該ハンドの基部に設けられることが好ましい。
【００１５】
前記目的に沿う第２の発明に係るロボットは、ボルトを把持するハンドを備え、
前記ハンドは、１対の支持部と、
前記１対の支持部の内側にそれぞれ支持され、ボルトを把持する第１及び第２の把持爪と、
前記第１及び第２の把持爪を前記各支持部の長手方向と交差する揺動軸回りに揺動させ、該第１及び第２把持爪の先端の向きを変更させる揺動機構と、
前記第１及び第２の把持爪が把持したボルトを該ボルトの軸回りに回転させるボルト回転機構とを有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るハンド及びロボットにおいては、把持したボルトをタップ穴に挿入することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るロボットのアーム先端部の斜視図である。
【図２】同ロボットのハンドの斜視図である。
【図３Ａ】同ロボットのハンドの把持爪が閉じた状態における内部構造を示す模式図である。
【図３Ｂ】同ロボットのハンドの把持爪が開いた状態における内部構造を示す模式図である。
【図３Ｃ】同ロボットのハンドの把持爪が揺動する様子を示す説明図である。
【図４】同ロボットのハンドの先端部の斜視図である。
【図５】同ロボットのハンドの先端部の部分側断面図である。
【図６】図４とは別の角度から見た同ロボットのハンドの先端部の斜視図である。
【図７】同ロボットのハンドの先端部の平面図である。
【図８】同ロボットのハンドの先端部の部分側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、各図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
【００１９】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るロボット１０は、アーム１１の先端にハンド２０を備えている。ハンド２０は、アーム１１の先端に設けられた回転軸ＡＸｔ回りに回転する手首フランジ１２に力覚センサ１３を介して設けられている。なお、ハンド２０は、力覚センサ１３を介さずに手首フランジ１２に設けることも可能である。ロボット１０は、例えば、７軸の多関節ロボットである。
【００２０】
図２に示すように、ハンド２０は、ボルトＢ（図１参照）を把持する１対の第１及び第２の把持爪２１ａ、２１ｂを有している。各把持爪２１ａ、２１ｂは、例えば回転軸ＡＸｔの方向に延びる１対の支持部２２ａ、２２ｂの内側先端部にて支持されている。把持爪２１ａ、２１ｂは、支持部２２ａ、２２ｂが開閉することによって、各支持部２２ａ、２２ｂの長手方向と交差する揺動軸ＡＸｐに沿って開閉し、ボルトＢを把持することができる。
【００２１】
また、把持爪２１ａ、２１ｂは、揺動軸ＡＸｐ回りに揺動し、その先端の向きを変えることができる。把持爪２１ａ、２１ｂの基端側を除いた部分は、内側に突出している。図４、図６に示すように、各突出部分の内側には、窪み部２３ａ、２３ｂが対向して形成されている。一方の窪み部２３ａには、１つの駆動ローラ２６ａが設けられており、他方の窪み部２３ｂには、第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃが設けられている。
【００２２】
更に、把持爪２１ａ、２１ｂ（詳細には、駆動ローラ２６ａ並びに第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃ）は、把持したボルトＢをボルトＢの軸回りに回転させることができる。
【００２３】
ここで、把持爪２１ａ、２１ｂ（支持部２２ａ、２２ｂ）が開閉する動作は、開閉機構２８によって実現される。把持爪２１ａ、２１ｂが揺動軸ＡＸｐ回りに揺動し、把持爪２１ａ、２１ｂの向きが変わる動作は、揺動機構２９により実現される。把持したボルトＢをボルトＢの軸回りに回転させる動作は、ボルト回転機構３０により実現される（図３Ａ参照）。以下、各機構について説明する。
【００２４】
（開閉機構）
開閉機構２８は、図２、図３Ａに示すように、開閉用サーボモータ３１と、開閉用サーボモータ３１によって回転する左右ねじシャフト３３と、左右ねじシャフト３３の回転によって、互いに反対方向に移動する１対の移動部３４とを有している。
【００２５】
開閉用サーボモータ３１は、その長手方向が、揺動軸ＡＸｐと平行となるように、ハンド２０の基部にてフレーム３５に取り付けられている。なお、ここに言う「平行」とは、厳密な意味での平行ではない。即ち、「平行」とは、設計上、製造上の誤差が許容され、「実質的に平行」という意味である（以下、同様）。また、開閉用サーボモータ３１は、その負荷側が、ハンド２０の外側を向くように配置される。なお、開閉用サーボモータ３１に設けられたエンコーダ（不図示）は、絶対値エンコーダとすることができる。絶対値エンコーダのバックアップ用バッテリ（不図示）は、フレーム３５に取り付けられている。
【００２６】
左右ねじシャフト３３は、フレーム３５に設けられた軸受３８によって回転可能に支持されている。左右ねじシャフト３３は、開閉用サーボモータ３１よりもハンド２０の先端側にて、開閉用サーボモータ３１の長手方向と平行に設けられている。左右ねじシャフト３３の一方側と他方側には、それぞれ互いに逆向きのねじ（左右ねじ）が形成されている。左右ねじシャフト３３は、タイミングベルト４０及びプーリ４１によって少なくとも構成された第１のベルトプーリ部４２を介して開閉用サーボモータ３１によって駆動される。
【００２７】
１対の移動部３４は、それぞれ左右ねじシャフト３３に形成された左右ねじによって移動する。即ち、１対の移動部３４は、それぞれ、左右ねじシャフト３３の回転に伴い、左右ねじシャフト３３の軸方向に沿って互いに反対方向に移動する。移動部３４には、それぞれ１対の支持部２２ａ、２２ｂの基端部が固定されている。
【００２８】
（揺動機構）
揺動機構２９は、図２、図３Ａ、図３Ｃに示すように、揺動用サーボモータ５１と、揺動用サーボモータ５１の駆動力を伝達するスプラインシャフト５２及び１対のスプラインナット５３と、１対のリンク部５５とを有している。
揺動用サーボモータ５１は、その長手方向が、揺動軸ＡＸｐと平行となるように、ハンド２０の基部にてフレーム３５に取り付けられている。また、揺動用サーボモータ５１は、開閉用サーボモータ３１とは反対向きに配置される。更に、揺動用サーボモータ５１は、ハンド２０を側面視して（揺動用サーボモータ５１又は開閉用サーボモータ３１の負荷側から見て）、開閉用サーボモータ３１と並んで配置される。従って、このように揺動用サーボモータ５１及び開閉用サーボモータ３１を配置しない場合に比べ、ハンド２０を小型化することが可能となる。
なお、揺動用サーボモータ５１に設けられたエンコーダ（不図示）は、絶対値エンコーダとすることができる。絶対値エンコーダのバックアップ用バッテリ（不図示）は、フレーム３５に取り付けられている。
【００２９】
スプラインシャフト５２は、左右ねじシャフト３３よりもハンド２０の先端側の位置にて、フレーム３５に設けられた軸受５８によって回転可能に支持されている。また、スプラインシャフト５２は、揺動用サーボモータ５１よりもハンド２０の先端側の位置にて、揺動用サーボモータ５１の長手方向と平行となるように設けられている。スプラインシャフト５２は、タイミングベルト５６及びプーリ５７によって少なくとも構成された第２のベルトプーリ部５９を介して揺動用サーボモータ５１によって駆動される。
【００３０】
１対のスプラインナット５３は、それぞれ内周側に位置する第１のスプラインナット部５３ａと、外周側に位置する第２のスプラインナット部５３ｂによって、少なくとも構成されている。
第１のスプラインナット部５３ａは、スプラインシャフト５２と共に回転し、スプラインシャフト５２の軸方向に移動することができる。第１のスプラインナット部５３ａは、例えば、ボールスプラインインナーである。
第２のスプラインナット部５３ｂは、第１のスプラインナット部５３ａと共にスプラインシャフト５２の回転軸に沿って移動でき、第１のスプラインナット部５３ａの回転軸回りに第１のスプラインナット部５３ａに対して相対回転することができる。第２のスプラインナット部５３ｂは、支持部２２ａ、２２ｂの基端部の内側にて固定されている。第２のスプラインナット部５３ｂは、例えば、ボールスプラインアウターである。
【００３１】
各リンク部５５は、それぞれ揺動軸ＡＸｐ回りに回転する円板６０及びこの円板６０と第１のスプラインナット部５３ａとを連結する１対の棒状のリンク６１を備え、リンク機構により各第１のスプラインナット部５３ａの回転を第１及び第２の把持爪２１ａ、２１ｂに伝達することができる。
各リンク６１の一端は、第１のスプラインナット部５３ａの外側端面に突出して設けられた１対の第１のリンクピン６３に連結される。この第１のリンクピン６３は、第１のスプラインナット部５３ａの回転軸方向から見て、この回転軸に関して対称となるように配置されている。なお、ここに言う「対称」とは、厳密な意味での対称ではない。即ち、「対称」とは、設計上、製造上の誤差が許容され、「実質的に対称」という意味である（以下、同様）。各リンク６１の一端は、第１のリンクピン６３の軸回りに回転可能に連結される。
一方、各リンク６１の他端は、円板６０の外側の面に突出して設けられた１対の第２のリンクピン６４に連結される。この第２のリンクピン６４は、揺動軸ＡＸｐ方向から見て、この揺動軸ＡＸｐに関して対称となるように配置されている。各リンク６１の他端は、第２のリンクピン６４の軸回りに回転可能に連結される。
円板６０の内側の面の回転中心部には、揺動軸ＡＸｐを回転中心とするシャフト６５の一端が固定されている。このシャフト６５の他端には、支持部２２ａ、２２ｂの内側にて、第１及び第２の把持爪２１ａ、２１ｂの基端部が固定される。
【００３２】
（ボルト回転機構）
ボルト回転機構３０は、図２、図３Ａ、図４〜図６に示すように、ボルト回転用モータ７１と、トルク伝達ワイヤ７３と、駆動ローラ２６ａと、第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃとを備えている。
【００３３】
図４、図５に示すように、ボルト回転用モータ７１は、支持部２２ａの内側に、シャフト７４の先端を上向きにして（シャフト７４の先端を第１の把持爪２１ａの基端部の方向に向けて）、ブラケット７２を介して設けられている。ボルト回転用モータ７１の一例として、減速機付きのＤＣモータやパルスモータが挙げられる。
【００３４】
トルク伝達ワイヤ（回転伝達部の一例）７３は、屈曲可能なワイヤである。トルク伝達ワイヤ７３は、一端がボルト回転用モータ７１のシャフト７４に連結具７５ａを介して固定され、ボルト回転用モータ７１の回転（トルク）を他端側に伝達することができる。トルク伝達ワイヤ７３は、樹脂製のワイヤガイド８０に形成された溝８１に収められる。トルク伝達ワイヤ７３は、把持爪２１ａが揺動することを考慮して、把持爪２１ａ先端が上方を向いている場合に余裕が生じるようにその長さが設定されている。そのため、ボルト回転用モータ７１が回転すると、トルク伝達ワイヤ７３が振れ回ることとなる。しかし、トルク伝達ワイヤ７３は、ワイヤガイド８０に形成された溝８１に案内されることによって、回転を伝達する際の変形が抑制される。ワイヤガイド８０は、ボルト回転用モータ７１が設けられた支持部２２ａに支持されている第１の把持爪２１ａに固定され、第１の把持爪２１ａと共に揺動軸ＡＸｐ回りに回転することができる。
【００３５】
なお、図５に示すように、溝８１は、ワイヤガイド８０の回転中心で互いにつながる第１の溝部８１ａ及び第２の溝部８１ｂから少なくとも構成されている。第１の溝部８１ａは、正面視して（把持爪２１ａの内側から見て）矩形状の溝である。第１の溝部８１ａは、把持爪２１ａ先端が上方を向いている場合において、ワイヤガイド８０の回転中心から上方へと延びるように形成されている。第２の溝部８１ｂは、正面視して扇形状の溝である。この扇形は、把持爪２１ａ先端が上方を向いている場合において、上下方向の対称軸に関して対称であり、中心角度が把持爪２１ａの揺動角度以上となっている。
【００３６】
駆動ローラ２６ａは、前述のように、第１の把持爪２１ａの窪み部２３ａに設けられている。詳細には、駆動ローラ２６ａは、外周面の一部が窪み部２３ａの表面から出るように、軸受９６ａを介して窪み部２３ａに設けられている（図７参照）。駆動ローラ２６ａは、第１の把持爪２１ａに把持された、即ち駆動ローラ２６ａに接したボルトＢをボルトＢの軸回りに回転させることができる。即ち、駆動ローラ２６ａは、ボルトＢの軸と平行な軸回りに回転することができる。図５に示すように、駆動ローラ２６ａの基端側には、同軸にシャフト７６が設けられ、このシャフト７６の先端がトルク伝達ワイヤ７３の他端に連結具７５ｂを介して固定されている。駆動ローラ２６ａは金属製であり、ボルトＢと接する外周面には、ゴムがコーティングされている。
【００３７】
第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃは、前述のように、第２の把持爪２１ｂの窪み部２３ｂに設けられている（図６参照）。詳細には、第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃは、外周面の一部が窪み部２３ｂの表面から出るように、それぞれ軸受９６ｂ、９６ｃを介して窪み部２３ｂに設けられている（図７参照）。第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃは、ボルトＢの軸と平行な軸回りに回転することができる。従って、第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃは、駆動ローラ２６ａによって回転するボルトＢに接して回転する。従動ローラは、少なくとも２つ以上設けられる。第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃはそれぞれ金属製であり、ボルトＢと接する外周面には、それぞれゴムがコーティングされている。
【００３８】
なお、駆動ローラ２６ａが第１の把持爪２１ａに設けられ、第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃが第２の把持爪２１ｂに設けられているが、例えば、駆動ローラ２６ａ及び第２の従動ローラ２６ｃが第１の把持爪２１ａに、第１の従動ローラ２６ｂが第２の把持爪２１ｂに設けられていてもよい。即ち、ボルトＢが少なくとも３つのローラによって３点支持され、そのうち少なくとも１つが駆動ローラであればよい。
【００３９】
次に、ハンド２０の動作（把持爪２１ａ、２１ｂの開閉動作、揺動動作及びボルト回転動作）について説明する。
【００４０】
（開閉動作）
図３Ａに示す開閉用サーボモータ３１が一方向に回転すると、その回転が第１のベルトプーリ部４２を介して伝達され、左右ねじシャフト３３が回転する。左右ねじシャフト３３には、左右ねじが形成されているので、移動部３４は、それぞれ左右ねじシャフト３３に沿って、内側に移動する。移動部３４の移動に伴い、移動部３４にそれぞれ固定された支持部２２ａ、２２ｂの間隔は狭まり、把持爪２１ａ、２１ｂが閉じる。
なお、支持部２２ａ、２２ｂは揺動機構２９のスプラインナット５３（より詳しくは、第２のスプラインナット部５３ｂ）に固定されているが、スプラインナット５３（より詳しくは、第１のスプラインナット部５３ａ）はスプラインシャフト５２に沿って自在に移動できる。従って、把持爪２１ａ、２１ｂが揺動機構２９のスプラインナット５３に固定されていることは、把持爪２１ａ、２１ｂの開閉動作を妨げるものではない。
一方、開閉用サーボモータ３１が反対方向に回転すると、図３Ｂに示すように把持爪２１ａ、２１ｂが開くことは明らかであるので、その説明は省略する。
【００４１】
（揺動動作）
図３Ａに示す揺動用サーボモータ５１が一方向に回転すると、その回転が第２のベルトプーリ部５９を介して伝達され、スプラインシャフト５２が回転する。スプラインシャフト５２の回転は、スプラインナット５３の第１のスプラインナット部５３ａに伝達され、第１のスプラインナット部５３ａが回転する。その際、第２のスプラインナット部５３ｂは第１のスプラインナット部５３ａ（スプラインシャフト５２）の回転とは無関係に、スプラインシャフト５２の軸回りに回転することができるので、第１のスプラインナット部５３ａの回転が、支持部２２ａ、２２ｂに伝達されることはない。
第１のスプラインナット部５３ａが回転すると、リンク６１が移動し、このリンク６１を介して円板６０及びシャフト６５が揺動軸ＡＸｐ回りに回転する。その結果、図３Ｃに示すように、把持爪２１ａ、２１ｂは、揺動軸ＡＸｐ回りに揺動することができる。なお、把持爪２１ａ、２１ｂは、揺動用サーボモータ５１の回転角度を制御することにより、任意の角度にて位置決めされる。
【００４２】
（ボルト回転動作）
図４、図５に示すボルト回転用モータ７１が回転すると、トルク伝達ワイヤ７３が捻られ、回転がトルク伝達ワイヤ７３の先端側に伝達される。この回転は、更に駆動ローラ２６ａに伝達され、駆動ローラ２６ａを回転軸回りに回転させる。駆動ローラ２６ａの回転は、駆動ローラ２６ａ並びに第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃの外周面に接して把持されたボルトＢに伝達される（図７参照）。その結果、ボルトＢがボルトＢの軸回りに回転し、更に、図６に示す第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃも回転する。このように、ボルトＢは駆動ローラ２６ａ並びに第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃによって３点で安定して支持（把持）される。
なお、ボルト回転用モータ７１の回転は、屈曲するトルク伝達ワイヤ７３によって駆動ローラ２６ａに伝達されるので、図８に示すように、把持爪２１ａ、２１ｂの向きによらず、駆動ローラ２６ａは回転できる。
【００４３】
なお、開閉機構２８、揺動機構２９及びボルト回転機構３０はそれぞれ独立して動作するので、把持爪２１ａ、２１ｂの開閉動作、揺動動作、及びボルト回転動作を、それぞれ独立して行うことができる。
【００４４】
次に、ロボット１０がボルトＢをタップ穴に挿入する動作について説明する。
ロボット１０は、図示しない画像認識装置から得られた把持対象のボルトＢの位置及び姿勢の情報に基づいて、ハンド２０を把持対象とするボルトＢの近くへと移動させる。次に、ロボット１０は、ハンド２０全体を回転軸ＡＸｔ回りに回転させ、続いて把持爪２１ａ、２１ｂを揺動軸ＡＸｐ回りに揺動させ、適宜ボルトＢをつまみ易い向きに変更した後、把持爪２１ａ、２１ｂを閉じて、ボルトＢをつまむ。
例えば、ロボット１０は、把持爪２１ａ、２１ｂの長手方向がボルトＢの軸線と平行となるように、ハンド２０全体を回転させ、把持爪２１ａ、２１ｂを揺動させる。そして、ロボット１０は、把持爪２１ａ、２１ｂをボルトＢの上方から接近させることにより、アーム１１が周囲に配置された物品に干渉する可能性を低減させて、ボルトＢの頭をつまむことができる。
なお、ボルトＢをつまむ力は、開閉用サーボモータ３１によって制御される。
【００４５】
このように、ロボット１０は、アーム１１を大きく移動させることなく、主としてハンド２０を回転させ、把持爪２１ａ、２１ｂの向きを変更することによって、ボルトＢをつまむことができる。即ち、ロボット１０は、把持爪２１ａ、２１ｂが揺動軸ＡＸｐ回りに揺動しない場合に比べ、ボルトＢをつまむために姿勢を大きく変える必要がない。
従って、把持爪２１ａ、２１ｂが揺動軸ＡＸｐ回りに揺動しない場合に比べ、ボルトＢをつまむためのアーム１１の姿勢変化が小さく、ボルトＢを把持するために要する時間を短縮することができる。また、ロボット１０がボルトＢをつまむことのできる範囲を広くとることができる。
【００４６】
次に、ロボット１０は、ボルトＢがタップ穴に入るように把持爪２１ａ、２１ｂを揺動させて、把持したボルトＢの先端をタップ穴に向ける。更に、ロボット１０は、アーム１１を力制御し、予め決められた力をボルトＢの軸方向に加えた状態で、ボルト回転機構３０を動作させる。ボルト回転用モータ７１が回転し、トルク伝達ワイヤ７３を介して駆動ローラ２６ａが回転することにより、ボルトＢが軸回りに回転し、ボルトＢはタップ穴に挿入される。
【００４７】
なお、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前述の実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて発明を構成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４８】
前述の実施の形態においては、ボルト回転用モータ７１の回転がトルク伝達ワイヤ７３によって駆動ローラ２６ａに伝達されていたが、このトルク伝達ワイヤ７３に代えて、例えばユニバーサルジョイントによって連結されたシャフトとすることができる。
リンク部５５に用いられたリンク機構は、第１のスプラインナット部５３ａの回転をシャフト６５に伝達することができれば任意のリンク機構でよい。例えば、揺動スライダクランク機構等の他のリンク機構を適用することも可能である。なお、リンク部５５は、リンク機構により各第１のスプラインナット部５３ａの回転を把持爪２１ａ、２１ｂに伝達しているが、リンク機構に代えてベルトプーリ機構とすることもできる。ただし、ベルトプーリ機構よりもリンク機構の方が、ハンド２０の先端部を小型化する観点からは好ましい。
【００４９】
また、第１のベルトプーリ部４２に代えて、平歯車等の歯車によって少なくとも構成された回転伝達機構とすることもできる。
また、開閉用サーボモータ３１、揺動用サーボモータ５１、及びボルト回転用モータ７１は、電磁モータに限定されるものではない。開閉用サーボモータ３１、揺動用サーボモータ５１、及びボルト回転用モータ７１のうち少なくとも１つを空圧駆動のモータとすることもできる。
【符号の説明】
【００５０】
１０：ロボット、１１：アーム、１２：手首フランジ、１３：力覚センサ、２０：ハンド、２１ａ、２１ｂ：把持爪、２２ａ、２２ｂ：支持部、２３ａ、２３ｂ：窪み部、２６ａ：駆動ローラ、２６ｂ、２６ｃ：従動ローラ、２８：開閉機構、２９：揺動機構、３０：ボルト回転機構、３１：開閉用サーボモータ、３３：左右ねじシャフト、３４：移動部、３５：フレーム、３８：軸受、４０：タイミングベルト、４１：プーリ、４２：第１のベルトプーリ部、５１：揺動用サーボモータ、５２：スプラインシャフト、５３：スプラインナット、５３ａ：第１のスプラインナット部、５３ｂ：第２のスプラインナット部、５５：リンク部、５６：タイミングベルト、５７：プーリ、５８：軸受、５９：第２のベルトプーリ部、６０：円板、６１：リンク、６３：第１のリンクピン、６４：第２のリンクピン、６５：シャフト、７１：ボルト回転用モータ、７２：ブラケット、７３：トルク伝達ワイヤ、７４：シャフト、７５ａ、７５ｂ：連結具、７６：シャフト、８０：ワイヤガイド、８１：溝、８１ａ：第１の溝部、８１ｂ：第２の溝部、９６ａ：軸受、９６ｂ、９６ｃ：軸受、Ｂ：ボルト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンド及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、嵌合作業等に使用されるロボットハンドが記載されている。このロボットハンドは、部品把持用の把持部を有する指を備えている。把持部は、指に回転自在に支持されている。指には、把持部を回転させる駆動手段が設けられている。また、指には、把持部に把持される部品の把持部回転方向の位置変動を検出してこの位置変動を修正するように駆動手段を作動させる検出手段が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２３９４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、把持したボルトをタップ穴に挿入することが可能なハンド及びロボット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】
前記目的に沿う第１の発明に係るハンドは、１対の支持部と、
前記１対の支持部の内側にそれぞれ支持され、ボルトを把持する第１及び第２の把持爪と、
前記第１及び第２の把持爪を前記各支持部の長手方向と交差する揺動軸回りに揺動させ、該第１及び第２把持爪の先端の向きを変更させる揺動機構と、
前記第１及び第２の把持爪が把持したボルトを該ボルトの軸回りに回転させるボルト回転機構とを備える。
【０００６】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記ボルト回転機構は、前記第１の把持爪を支持する前記支持部の内側に設けられたボルト回転用モータと、
前記ボルト回転用モータの回転を伝達する回転伝達部と、
前記第１の把持爪の先端部の内側に設けられ、前記回転伝達部によって駆動され前記ボルトの軸と実質的に平行な軸回りに回転する駆動ローラと、
前記第２の把持爪の先端部の内側に設けられ、前記ボルトの軸と実質的に平行な軸回りに回転可能に支持された第１の従動ローラと、
前記第１又は第２の把持爪の先端部の内側に設けられ、前記ボルトの軸と実質的に平行な軸回りに回転可能に支持された第２の従動ローラと、を備え、
前記ボルトが、前記駆動ローラ並びに前記第１及び第２の従動ローラの外周面に接することが好ましい。
【０００７】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記回転伝達部を、トルクを伝達することが可能なトルク伝達ワイヤとすることができる。
【０００８】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記第１の把持爪の基端部の内側に、該第１の把持爪と共に揺動し、前記トルク伝達ワイヤを案内する溝が形成されたワイヤガイドを更に有し、
該ワイヤガイドが、前記第１の把持部の揺動に伴って生じる前記トルク伝達ワイヤの変形を抑制することが好ましい。
【０００９】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記回転伝達部を、ユニバーサルジョイントによって連結されたシャフトとしてもよい。
【００１０】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記揺動機構は、揺動用サーボモータと、
前記揺動用サーボモータによって回転するスプラインシャフトと、
前記スプラインシャフトと共に該スプラインシャフトの回転軸回りに回転し、該スプラインシャフトの回転軸方向に沿って移動可能な１対の第１のスプラインナット部と、
前記１対の支持部にそれぞれ固定され、前記第１のスプラインナット部と共に前記スプラインシャフトの回転軸に沿ってそれぞれ移動し、前記第１のスプラインナット部の回転軸回りに該第１のスプラインナット部に対してそれぞれ相対回転可能な１対の第２のスプラインナット部と、を有し、
前記第１及び第２の把持爪は、前記１対の第１のスプラインナット部によってそれぞれ駆動され、揺動することが好ましい。
【００１１】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記第１及び第２の把持爪は、リンク機構を用いて回転を伝達するリンク部を介し、前記１対の第１のスプラインナット部によって駆動されることが好ましい。
【００１２】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記１対の支持部を前記揺動軸に沿って開閉させる開閉機構を更に備えることが好ましい。
【００１３】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記開閉機構は、開閉用サーボモータと、
前記開閉用サーボモータによって回転する互いに逆向きのねじが左右にそれぞれ形成された左右ねじシャフトと、
前記左右ねじシャフトの回転によって、それぞれ該左右ねじシャフトの回転軸に沿って互いに反対方向に移動する１対の移動部と、を有し、
前記１対の移動部に、前記１対の支持部がそれぞれ固定されることが好ましい。
【００１４】
第１の発明に係るハンドにおいて、前記開閉用サーボモータ及び前記揺動用サーボモータは、互いに反対方向を向き、それぞれの長手方向が前記揺動軸と実質的に平行となるように配置され、該ハンドの基部に設けられることが好ましい。
【００１５】
前記目的に沿う第２の発明に係るロボットは、ボルトを把持するハンドを備え、
前記ハンドは、１対の支持部と、
前記１対の支持部の内側にそれぞれ支持され、ボルトを把持する第１及び第２の把持爪と、
前記第１及び第２の把持爪を前記各支持部の長手方向と交差する揺動軸回りに揺動させ、該第１及び第２把持爪の先端の向きを変更させる揺動機構と、
前記第１及び第２の把持爪が把持したボルトを該ボルトの軸回りに回転させるボルト回転機構とを有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るハンド及びロボットにおいては、把持したボルトをタップ穴に挿入することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るロボットのアーム先端部の斜視図である。
【図２】同ロボットのハンドの斜視図である。
【図３Ａ】同ロボットのハンドの把持爪が閉じた状態における内部構造を示す模式図である。
【図３Ｂ】同ロボットのハンドの把持爪が開いた状態における内部構造を示す模式図である。
【図３Ｃ】同ロボットのハンドの把持爪が揺動する様子を示す説明図である。
【図４】同ロボットのハンドの先端部の斜視図である。
【図５】同ロボットのハンドの先端部の部分側断面図である。
【図６】図４とは別の角度から見た同ロボットのハンドの先端部の斜視図である。
【図７】同ロボットのハンドの先端部の平面図である。
【図８】同ロボットのハンドの先端部の部分側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、各図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
【００１９】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るロボット１０は、アーム１１の先端にハンド２０を備えている。ハンド２０は、アーム１１の先端に設けられた回転軸ＡＸｔ回りに回転する手首フランジ１２に力覚センサ１３を介して設けられている。なお、ハンド２０は、力覚センサ１３を介さずに手首フランジ１２に設けることも可能である。ロボット１０は、例えば、７軸の多関節ロボットである。
【００２０】
図２に示すように、ハンド２０は、ボルトＢ（図１参照）を把持する１対の第１及び第２の把持爪２１ａ、２１ｂを有している。各把持爪２１ａ、２１ｂは、例えば回転軸ＡＸｔの方向に延びる１対の支持部２２ａ、２２ｂの内側先端部にて支持されている。把持爪２１ａ、２１ｂは、支持部２２ａ、２２ｂが開閉することによって、各支持部２２ａ、２２ｂの長手方向と交差する揺動軸ＡＸｐに沿って開閉し、ボルトＢを把持することができる。
【００２１】
また、把持爪２１ａ、２１ｂは、揺動軸ＡＸｐ回りに揺動し、その先端の向きを変えることができる。把持爪２１ａ、２１ｂの基端側を除いた部分は、内側に突出している。図４、図６に示すように、各突出部分の内側には、窪み部２３ａ、２３ｂが対向して形成されている。一方の窪み部２３ａには、１つの駆動ローラ２６ａが設けられており、他方の窪み部２３ｂには、第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃが設けられている。
【００２２】
更に、把持爪２１ａ、２１ｂ（詳細には、駆動ローラ２６ａ並びに第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃ）は、把持したボルトＢをボルトＢの軸回りに回転させることができる。
【００２３】
ここで、把持爪２１ａ、２１ｂ（支持部２２ａ、２２ｂ）が開閉する動作は、開閉機構２８によって実現される。把持爪２１ａ、２１ｂが揺動軸ＡＸｐ回りに揺動し、把持爪２１ａ、２１ｂの向きが変わる動作は、揺動機構２９により実現される。把持したボルトＢをボルトＢの軸回りに回転させる動作は、ボルト回転機構３０により実現される（図３Ａ参照）。以下、各機構について説明する。
【００２４】
（開閉機構）
開閉機構２８は、図２、図３Ａに示すように、開閉用サーボモータ３１と、開閉用サーボモータ３１によって回転する左右ねじシャフト３３と、左右ねじシャフト３３の回転によって、互いに反対方向に移動する１対の移動部３４とを有している。
【００２５】
開閉用サーボモータ３１は、その長手方向が、揺動軸ＡＸｐと平行となるように、ハンド２０の基部にてフレーム３５に取り付けられている。なお、ここに言う「平行」とは、厳密な意味での平行ではない。即ち、「平行」とは、設計上、製造上の誤差が許容され、「実質的に平行」という意味である（以下、同様）。また、開閉用サーボモータ３１は、その負荷側が、ハンド２０の外側を向くように配置される。なお、開閉用サーボモータ３１に設けられたエンコーダ（不図示）は、絶対値エンコーダとすることができる。絶対値エンコーダのバックアップ用バッテリ（不図示）は、フレーム３５に取り付けられている。
【００２６】
左右ねじシャフト３３は、フレーム３５に設けられた軸受３８によって回転可能に支持されている。左右ねじシャフト３３は、開閉用サーボモータ３１よりもハンド２０の先端側にて、開閉用サーボモータ３１の長手方向と平行に設けられている。左右ねじシャフト３３の一方側と他方側には、それぞれ互いに逆向きのねじ（左右ねじ）が形成されている。左右ねじシャフト３３は、タイミングベルト４０及びプーリ４１によって少なくとも構成された第１のベルトプーリ部４２を介して開閉用サーボモータ３１によって駆動される。
【００２７】
１対の移動部３４は、それぞれ左右ねじシャフト３３に形成された左右ねじによって移動する。即ち、１対の移動部３４は、それぞれ、左右ねじシャフト３３の回転に伴い、左右ねじシャフト３３の軸方向に沿って互いに反対方向に移動する。移動部３４には、それぞれ１対の支持部２２ａ、２２ｂの基端部が固定されている。
【００２８】
（揺動機構）
揺動機構２９は、図２、図３Ａ、図３Ｃに示すように、揺動用サーボモータ５１と、揺動用サーボモータ５１の駆動力を伝達するスプラインシャフト５２及び１対のスプラインナット５３と、１対のリンク部５５とを有している。
揺動用サーボモータ５１は、その長手方向が、揺動軸ＡＸｐと平行となるように、ハンド２０の基部にてフレーム３５に取り付けられている。また、揺動用サーボモータ５１は、開閉用サーボモータ３１とは反対向きに配置される。更に、揺動用サーボモータ５１は、ハンド２０を側面視して（揺動用サーボモータ５１又は開閉用サーボモータ３１の負荷側から見て）、開閉用サーボモータ３１と並んで配置される。従って、このように揺動用サーボモータ５１及び開閉用サーボモータ３１を配置しない場合に比べ、ハンド２０を小型化することが可能となる。
なお、揺動用サーボモータ５１に設けられたエンコーダ（不図示）は、絶対値エンコーダとすることができる。絶対値エンコーダのバックアップ用バッテリ（不図示）は、フレーム３５に取り付けられている。
【００２９】
スプラインシャフト５２は、左右ねじシャフト３３よりもハンド２０の先端側の位置にて、フレーム３５に設けられた軸受５８によって回転可能に支持されている。また、スプラインシャフト５２は、揺動用サーボモータ５１よりもハンド２０の先端側の位置にて、揺動用サーボモータ５１の長手方向と平行となるように設けられている。スプラインシャフト５２は、タイミングベルト５６及びプーリ５７によって少なくとも構成された第２のベルトプーリ部５９を介して揺動用サーボモータ５１によって駆動される。
【００３０】
１対のスプラインナット５３は、それぞれ内周側に位置する第１のスプラインナット部５３ａと、外周側に位置する第２のスプラインナット部５３ｂによって、少なくとも構成されている。
第１のスプラインナット部５３ａは、スプラインシャフト５２と共に回転し、スプラインシャフト５２の軸方向に移動することができる。第１のスプラインナット部５３ａは、例えば、ボールスプラインインナーである。
第２のスプラインナット部５３ｂは、第１のスプラインナット部５３ａと共にスプラインシャフト５２の回転軸に沿って移動でき、第１のスプラインナット部５３ａの回転軸回りに第１のスプラインナット部５３ａに対して相対回転することができる。第２のスプラインナット部５３ｂは、支持部２２ａ、２２ｂの基端部の内側にて固定されている。第２のスプラインナット部５３ｂは、例えば、ボールスプラインアウターである。
【００３１】
各リンク部５５は、それぞれ揺動軸ＡＸｐ回りに回転する円板６０及びこの円板６０と第１のスプラインナット部５３ａとを連結する１対の棒状のリンク６１を備え、リンク機構により各第１のスプラインナット部５３ａの回転を第１及び第２の把持爪２１ａ、２１ｂに伝達することができる。
各リンク６１の一端は、第１のスプラインナット部５３ａの外側端面に突出して設けられた１対の第１のリンクピン６３に連結される。この第１のリンクピン６３は、第１のスプラインナット部５３ａの回転軸方向から見て、この回転軸に関して対称となるように配置されている。なお、ここに言う「対称」とは、厳密な意味での対称ではない。即ち、「対称」とは、設計上、製造上の誤差が許容され、「実質的に対称」という意味である（以下、同様）。各リンク６１の一端は、第１のリンクピン６３の軸回りに回転可能に連結される。
一方、各リンク６１の他端は、円板６０の外側の面に突出して設けられた１対の第２のリンクピン６４に連結される。この第２のリンクピン６４は、揺動軸ＡＸｐ方向から見て、この揺動軸ＡＸｐに関して対称となるように配置されている。各リンク６１の他端は、第２のリンクピン６４の軸回りに回転可能に連結される。
円板６０の内側の面の回転中心部には、揺動軸ＡＸｐを回転中心とするシャフト６５の一端が固定されている。このシャフト６５の他端には、支持部２２ａ、２２ｂの内側にて、第１及び第２の把持爪２１ａ、２１ｂの基端部が固定される。
【００３２】
（ボルト回転機構）
ボルト回転機構３０は、図２、図３Ａ、図４〜図６に示すように、ボルト回転用モータ７１と、トルク伝達ワイヤ７３と、駆動ローラ２６ａと、第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃとを備えている。
【００３３】
図４、図５に示すように、ボルト回転用モータ７１は、支持部２２ａの内側に、シャフト７４の先端を上向きにして（シャフト７４の先端を第１の把持爪２１ａの基端部の方向に向けて）、ブラケット７２を介して設けられている。ボルト回転用モータ７１の一例として、減速機付きのＤＣモータやパルスモータが挙げられる。
【００３４】
トルク伝達ワイヤ（回転伝達部の一例）７３は、屈曲可能なワイヤである。トルク伝達ワイヤ７３は、一端がボルト回転用モータ７１のシャフト７４に連結具７５ａを介して固定され、ボルト回転用モータ７１の回転（トルク）を他端側に伝達することができる。トルク伝達ワイヤ７３は、樹脂製のワイヤガイド８０に形成された溝８１に収められる。トルク伝達ワイヤ７３は、把持爪２１ａが揺動することを考慮して、把持爪２１ａ先端が上方を向いている場合に余裕が生じるようにその長さが設定されている。そのため、ボルト回転用モータ７１が回転すると、トルク伝達ワイヤ７３が振れ回ることとなる。しかし、トルク伝達ワイヤ７３は、ワイヤガイド８０に形成された溝８１に案内されることによって、回転を伝達する際の変形が抑制される。ワイヤガイド８０は、ボルト回転用モータ７１が設けられた支持部２２ａに支持されている第１の把持爪２１ａに固定され、第１の把持爪２１ａと共に揺動軸ＡＸｐ回りに回転することができる。
【００３５】
なお、図５に示すように、溝８１は、ワイヤガイド８０の回転中心で互いにつながる第１の溝部８１ａ及び第２の溝部８１ｂから少なくとも構成されている。第１の溝部８１ａは、正面視して（把持爪２１ａの内側から見て）矩形状の溝である。第１の溝部８１ａは、把持爪２１ａ先端が上方を向いている場合において、ワイヤガイド８０の回転中心から上方へと延びるように形成されている。第２の溝部８１ｂは、正面視して扇形状の溝である。この扇形は、把持爪２１ａ先端が上方を向いている場合において、上下方向の対称軸に関して対称であり、中心角度が把持爪２１ａの揺動角度以上となっている。
【００３６】
駆動ローラ２６ａは、前述のように、第１の把持爪２１ａの窪み部２３ａに設けられている。詳細には、駆動ローラ２６ａは、外周面の一部が窪み部２３ａの表面から出るように、軸受９６ａを介して窪み部２３ａに設けられている（図７参照）。駆動ローラ２６ａは、第１の把持爪２１ａに把持された、即ち駆動ローラ２６ａに接したボルトＢをボルトＢの軸回りに回転させることができる。即ち、駆動ローラ２６ａは、ボルトＢの軸と平行な軸回りに回転することができる。図５に示すように、駆動ローラ２６ａの基端側には、同軸にシャフト７６が設けられ、このシャフト７６の先端がトルク伝達ワイヤ７３の他端に連結具７５ｂを介して固定されている。駆動ローラ２６ａは金属製であり、ボルトＢと接する外周面には、ゴムがコーティングされている。
【００３７】
第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃは、前述のように、第２の把持爪２１ｂの窪み部２３ｂに設けられている（図６参照）。詳細には、第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃは、外周面の一部が窪み部２３ｂの表面から出るように、それぞれ軸受９６ｂ、９６ｃを介して窪み部２３ｂに設けられている（図７参照）。第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃは、ボルトＢの軸と平行な軸回りに回転することができる。従って、第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃは、駆動ローラ２６ａによって回転するボルトＢに接して回転する。従動ローラは、少なくとも２つ以上設けられる。第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃはそれぞれ金属製であり、ボルトＢと接する外周面には、それぞれゴムがコーティングされている。
【００３８】
なお、駆動ローラ２６ａが第１の把持爪２１ａに設けられ、第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃが第２の把持爪２１ｂに設けられているが、例えば、駆動ローラ２６ａ及び第２の従動ローラ２６ｃが第１の把持爪２１ａに、第１の従動ローラ２６ｂが第２の把持爪２１ｂに設けられていてもよい。即ち、ボルトＢが少なくとも３つのローラによって３点支持され、そのうち少なくとも１つが駆動ローラであればよい。
【００３９】
次に、ハンド２０の動作（把持爪２１ａ、２１ｂの開閉動作、揺動動作及びボルト回転動作）について説明する。
【００４０】
（開閉動作）
図３Ａに示す開閉用サーボモータ３１が一方向に回転すると、その回転が第１のベルトプーリ部４２を介して伝達され、左右ねじシャフト３３が回転する。左右ねじシャフト３３には、左右ねじが形成されているので、移動部３４は、それぞれ左右ねじシャフト３３に沿って、内側に移動する。移動部３４の移動に伴い、移動部３４にそれぞれ固定された支持部２２ａ、２２ｂの間隔は狭まり、把持爪２１ａ、２１ｂが閉じる。
なお、支持部２２ａ、２２ｂは揺動機構２９のスプラインナット５３（より詳しくは、第２のスプラインナット部５３ｂ）に固定されているが、スプラインナット５３（より詳しくは、第１のスプラインナット部５３ａ）はスプラインシャフト５２に沿って自在に移動できる。従って、把持爪２１ａ、２１ｂが揺動機構２９のスプラインナット５３に固定されていることは、把持爪２１ａ、２１ｂの開閉動作を妨げるものではない。
一方、開閉用サーボモータ３１が反対方向に回転すると、図３Ｂに示すように把持爪２１ａ、２１ｂが開くことは明らかであるので、その説明は省略する。
【００４１】
（揺動動作）
図３Ａに示す揺動用サーボモータ５１が一方向に回転すると、その回転が第２のベルトプーリ部５９を介して伝達され、スプラインシャフト５２が回転する。スプラインシャフト５２の回転は、スプラインナット５３の第１のスプラインナット部５３ａに伝達され、第１のスプラインナット部５３ａが回転する。その際、第２のスプラインナット部５３ｂは第１のスプラインナット部５３ａ（スプラインシャフト５２）の回転とは無関係に、スプラインシャフト５２の軸回りに回転することができるので、第１のスプラインナット部５３ａの回転が、支持部２２ａ、２２ｂに伝達されることはない。
第１のスプラインナット部５３ａが回転すると、リンク６１が移動し、このリンク６１を介して円板６０及びシャフト６５が揺動軸ＡＸｐ回りに回転する。その結果、図３Ｃに示すように、把持爪２１ａ、２１ｂは、揺動軸ＡＸｐ回りに揺動することができる。なお、把持爪２１ａ、２１ｂは、揺動用サーボモータ５１の回転角度を制御することにより、任意の角度にて位置決めされる。
【００４２】
（ボルト回転動作）
図４、図５に示すボルト回転用モータ７１が回転すると、トルク伝達ワイヤ７３が捻られ、回転がトルク伝達ワイヤ７３の先端側に伝達される。この回転は、更に駆動ローラ２６ａに伝達され、駆動ローラ２６ａを回転軸回りに回転させる。駆動ローラ２６ａの回転は、駆動ローラ２６ａ並びに第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃの外周面に接して把持されたボルトＢに伝達される（図７参照）。その結果、ボルトＢがボルトＢの軸回りに回転し、更に、図６に示す第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃも回転する。このように、ボルトＢは駆動ローラ２６ａ並びに第１及び第２の従動ローラ２６ｂ、２６ｃによって３点で安定して支持（把持）される。
なお、ボルト回転用モータ７１の回転は、屈曲するトルク伝達ワイヤ７３によって駆動ローラ２６ａに伝達されるので、図８に示すように、把持爪２１ａ、２１ｂの向きによらず、駆動ローラ２６ａは回転できる。
【００４３】
なお、開閉機構２８、揺動機構２９及びボルト回転機構３０はそれぞれ独立して動作するので、把持爪２１ａ、２１ｂの開閉動作、揺動動作、及びボルト回転動作を、それぞれ独立して行うことができる。
【００４４】
次に、ロボット１０がボルトＢをタップ穴に挿入する動作について説明する。
ロボット１０は、図示しない画像認識装置から得られた把持対象のボルトＢの位置及び姿勢の情報に基づいて、ハンド２０を把持対象とするボルトＢの近くへと移動させる。次に、ロボット１０は、ハンド２０全体を回転軸ＡＸｔ回りに回転させ、続いて把持爪２１ａ、２１ｂを揺動軸ＡＸｐ回りに揺動させ、適宜ボルトＢをつまみ易い向きに変更した後、把持爪２１ａ、２１ｂを閉じて、ボルトＢをつまむ。
例えば、ロボット１０は、把持爪２１ａ、２１ｂの長手方向がボルトＢの軸線と平行となるように、ハンド２０全体を回転させ、把持爪２１ａ、２１ｂを揺動させる。そして、ロボット１０は、把持爪２１ａ、２１ｂをボルトＢの上方から接近させることにより、アーム１１が周囲に配置された物品に干渉する可能性を低減させて、ボルトＢの頭をつまむことができる。
なお、ボルトＢをつまむ力は、開閉用サーボモータ３１によって制御される。
【００４５】
このように、ロボット１０は、アーム１１を大きく移動させることなく、主としてハンド２０を回転させ、把持爪２１ａ、２１ｂの向きを変更することによって、ボルトＢをつまむことができる。即ち、ロボット１０は、把持爪２１ａ、２１ｂが揺動軸ＡＸｐ回りに揺動しない場合に比べ、ボルトＢをつまむために姿勢を大きく変える必要がない。
従って、把持爪２１ａ、２１ｂが揺動軸ＡＸｐ回りに揺動しない場合に比べ、ボルトＢをつまむためのアーム１１の姿勢変化が小さく、ボルトＢを把持するために要する時間を短縮することができる。また、ロボット１０がボルトＢをつまむことのできる範囲を広くとることができる。
【００４６】
次に、ロボット１０は、ボルトＢがタップ穴に入るように把持爪２１ａ、２１ｂを揺動させて、把持したボルトＢの先端をタップ穴に向ける。更に、ロボット１０は、アーム１１を力制御し、予め決められた力をボルトＢの軸方向に加えた状態で、ボルト回転機構３０を動作させる。ボルト回転用モータ７１が回転し、トルク伝達ワイヤ７３を介して駆動ローラ２６ａが回転することにより、ボルトＢが軸回りに回転し、ボルトＢはタップ穴に挿入される。
【００４７】
なお、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前述の実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて発明を構成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４８】
前述の実施の形態においては、ボルト回転用モータ７１の回転がトルク伝達ワイヤ７３によって駆動ローラ２６ａに伝達されていたが、このトルク伝達ワイヤ７３に代えて、例えばユニバーサルジョイントによって連結されたシャフトとすることができる。
リンク部５５に用いられたリンク機構は、第１のスプラインナット部５３ａの回転をシャフト６５に伝達することができれば任意のリンク機構でよい。例えば、揺動スライダクランク機構等の他のリンク機構を適用することも可能である。なお、リンク部５５は、リンク機構により各第１のスプラインナット部５３ａの回転を把持爪２１ａ、２１ｂに伝達しているが、リンク機構に代えてベルトプーリ機構とすることもできる。ただし、ベルトプーリ機構よりもリンク機構の方が、ハンド２０の先端部を小型化する観点からは好ましい。
【００４９】
また、第１のベルトプーリ部４２に代えて、平歯車等の歯車によって少なくとも構成された回転伝達機構とすることもできる。
また、開閉用サーボモータ３１、揺動用サーボモータ５１、及びボルト回転用モータ７１は、電磁モータに限定されるものではない。開閉用サーボモータ３１、揺動用サーボモータ５１、及びボルト回転用モータ７１のうち少なくとも１つを空圧駆動のモータとすることもできる。
【符号の説明】
【００５０】
１０：ロボット、１１：アーム、１２：手首フランジ、１３：力覚センサ、２０：ハンド、２１ａ、２１ｂ：把持爪、２２ａ、２２ｂ：支持部、２３ａ、２３ｂ：窪み部、２６ａ：駆動ローラ、２６ｂ、２６ｃ：従動ローラ、２８：開閉機構、２９：揺動機構、３０：ボルト回転機構、３１：開閉用サーボモータ、３３：左右ねじシャフト、３４：移動部、３５：フレーム、３８：軸受、４０：タイミングベルト、４１：プーリ、４２：第１のベルトプーリ部、５１：揺動用サーボモータ、５２：スプラインシャフト、５３：スプラインナット、５３ａ：第１のスプラインナット部、５３ｂ：第２のスプラインナット部、５５：リンク部、５６：タイミングベルト、５７：プーリ、５８：軸受、５９：第２のベルトプーリ部、６０：円板、６１：リンク、６３：第１のリンクピン、６４：第２のリンクピン、６５：シャフト、７１：ボルト回転用モータ、７２：ブラケット、７３：トルク伝達ワイヤ、７４：シャフト、７５ａ、７５ｂ：連結具、７６：シャフト、８０：ワイヤガイド、８１：溝、８１ａ：第１の溝部、８１ｂ：第２の溝部、９６ａ：軸受、９６ｂ、９６ｃ：軸受、Ｂ：ボルト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の支持部と、
前記１対の支持部の内側にそれぞれ支持され、ボルトを把持する第１及び第２の把持爪と、
前記第１及び第２の把持爪を前記各支持部の長手方向と交差する揺動軸回りに揺動させ、該第１及び第２把持爪の先端の向きを変更させる揺動機構と、
前記第１及び第２の把持爪が把持したボルトを該ボルトの軸回りに回転させるボルト回転機構とを備えたハンド。
【請求項２】
請求項１記載のハンドにおいて、前記ボルト回転機構は、前記第１の把持爪を支持する前記支持部の内側に設けられたボルト回転用モータと、
前記ボルト回転用モータの回転を伝達する回転伝達部と、
前記第１の把持爪の先端部の内側に設けられ、前記回転伝達部によって駆動され前記ボルトの軸と実質的に平行な軸回りに回転する駆動ローラと、
前記第２の把持爪の先端部の内側に設けられ、前記ボルトの軸と実質的に平行な軸回りに回転可能に支持された第１の従動ローラと、
前記第１又は第２の把持爪の先端部の内側に設けられ、前記ボルトの軸と実質的に平行な軸回りに回転可能に支持された第２の従動ローラと、を備え、
前記ボルトが、前記駆動ローラ並びに前記第１及び第２の従動ローラの外周面に接するハンド。
【請求項３】
請求項２記載のハンドにおいて、前記回転伝達部は、トルクを伝達することが可能なトルク伝達ワイヤであるハンド。
【請求項４】
請求項３記載のハンドにおいて、前記第１の把持爪の基端部の内側に、該第１の把持爪と共に揺動し、前記トルク伝達ワイヤを案内する溝が形成されたワイヤガイドを更に有し、
該ワイヤガイドが、前記第１の把持部の揺動に伴って生じる前記トルク伝達ワイヤの変形を抑制するハンド。
【請求項５】
請求項２記載のハンドにおいて、前記回転伝達部は、ユニバーサルジョイントによって連結されたシャフトであるハンド。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のハンドにおいて、前記揺動機構は、揺動用サーボモータと、
前記揺動用サーボモータによって回転するスプラインシャフトと、
前記スプラインシャフトと共に該スプラインシャフトの回転軸回りに回転し、該スプラインシャフトの回転軸方向に沿って移動可能な１対の第１のスプラインナット部と、
前記１対の支持部にそれぞれ固定され、前記第１のスプラインナット部と共に前記スプラインシャフトの回転軸に沿ってそれぞれ移動し、前記第１のスプラインナット部の回転軸回りに該第１のスプラインナット部に対してそれぞれ相対回転可能な１対の第２のスプラインナット部と、を有し、
前記第１及び第２の把持爪は、前記１対の第１のスプラインナット部によってそれぞれ駆動され、揺動するハンド。
【請求項７】
請求項６記載のハンドにおいて、前記第１及び第２の把持爪は、リンク機構を用いて回転を伝達するリンク部を介し、前記１対の第１のスプラインナット部によって駆動されるハンド。
【請求項８】
請求項６又は７記載のハンドにおいて、前記１対の支持部を前記揺動軸に沿って開閉させる開閉機構を更に備えたハンド。
【請求項９】
請求項８記載のハンドにおいて、前記開閉機構は、開閉用サーボモータと、
前記開閉用サーボモータによって回転する互いに逆向きのねじが左右にそれぞれ形成された左右ねじシャフトと、
前記左右ねじシャフトの回転によって、それぞれ該左右ねじシャフトの回転軸に沿って互いに反対方向に移動する１対の移動部と、を有し、
前記１対の移動部に、前記１対の支持部がそれぞれ固定されたハンド。
【請求項１０】
請求項９記載のハンドにおいて、前記開閉用サーボモータ及び前記揺動用サーボモータは、互いに反対方向を向き、それぞれの長手方向が前記揺動軸と実質的に平行となるように配置され、該ハンドの基部に設けられるハンド。
【請求項１１】
ボルトを把持するハンドを備え、
前記ハンドは、１対の支持部と、
前記１対の支持部の内側にそれぞれ支持され、ボルトを把持する第１及び第２の把持爪と、
前記第１及び第２の把持爪を前記各支持部の長手方向と交差する揺動軸回りに揺動させ、該第１及び第２把持爪の先端の向きを変更させる揺動機構と、
前記第１及び第２の把持爪が把持したボルトを該ボルトの軸回りに回転させるボルト回転機構とを有するロボット。
【請求項１】
１対の支持部と、
前記１対の支持部の内側にそれぞれ支持され、ボルトを把持する第１及び第２の把持爪と、
前記第１及び第２の把持爪を前記各支持部の長手方向と交差する揺動軸回りに揺動させ、該第１及び第２把持爪の先端の向きを変更させる揺動機構と、
前記第１及び第２の把持爪が把持したボルトを該ボルトの軸回りに回転させるボルト回転機構とを備えたハンド。
【請求項２】
請求項１記載のハンドにおいて、前記ボルト回転機構は、前記第１の把持爪を支持する前記支持部の内側に設けられたボルト回転用モータと、
前記ボルト回転用モータの回転を伝達する回転伝達部と、
前記第１の把持爪の先端部の内側に設けられ、前記回転伝達部によって駆動され前記ボルトの軸と実質的に平行な軸回りに回転する駆動ローラと、
前記第２の把持爪の先端部の内側に設けられ、前記ボルトの軸と実質的に平行な軸回りに回転可能に支持された第１の従動ローラと、
前記第１又は第２の把持爪の先端部の内側に設けられ、前記ボルトの軸と実質的に平行な軸回りに回転可能に支持された第２の従動ローラと、を備え、
前記ボルトが、前記駆動ローラ並びに前記第１及び第２の従動ローラの外周面に接するハンド。
【請求項３】
請求項２記載のハンドにおいて、前記回転伝達部は、トルクを伝達することが可能なトルク伝達ワイヤであるハンド。
【請求項４】
請求項３記載のハンドにおいて、前記第１の把持爪の基端部の内側に、該第１の把持爪と共に揺動し、前記トルク伝達ワイヤを案内する溝が形成されたワイヤガイドを更に有し、
該ワイヤガイドが、前記第１の把持部の揺動に伴って生じる前記トルク伝達ワイヤの変形を抑制するハンド。
【請求項５】
請求項２記載のハンドにおいて、前記回転伝達部は、ユニバーサルジョイントによって連結されたシャフトであるハンド。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のハンドにおいて、前記揺動機構は、揺動用サーボモータと、
前記揺動用サーボモータによって回転するスプラインシャフトと、
前記スプラインシャフトと共に該スプラインシャフトの回転軸回りに回転し、該スプラインシャフトの回転軸方向に沿って移動可能な１対の第１のスプラインナット部と、
前記１対の支持部にそれぞれ固定され、前記第１のスプラインナット部と共に前記スプラインシャフトの回転軸に沿ってそれぞれ移動し、前記第１のスプラインナット部の回転軸回りに該第１のスプラインナット部に対してそれぞれ相対回転可能な１対の第２のスプラインナット部と、を有し、
前記第１及び第２の把持爪は、前記１対の第１のスプラインナット部によってそれぞれ駆動され、揺動するハンド。
【請求項７】
請求項６記載のハンドにおいて、前記第１及び第２の把持爪は、リンク機構を用いて回転を伝達するリンク部を介し、前記１対の第１のスプラインナット部によって駆動されるハンド。
【請求項８】
請求項６又は７記載のハンドにおいて、前記１対の支持部を前記揺動軸に沿って開閉させる開閉機構を更に備えたハンド。
【請求項９】
請求項８記載のハンドにおいて、前記開閉機構は、開閉用サーボモータと、
前記開閉用サーボモータによって回転する互いに逆向きのねじが左右にそれぞれ形成された左右ねじシャフトと、
前記左右ねじシャフトの回転によって、それぞれ該左右ねじシャフトの回転軸に沿って互いに反対方向に移動する１対の移動部と、を有し、
前記１対の移動部に、前記１対の支持部がそれぞれ固定されたハンド。
【請求項１０】
請求項９記載のハンドにおいて、前記開閉用サーボモータ及び前記揺動用サーボモータは、互いに反対方向を向き、それぞれの長手方向が前記揺動軸と実質的に平行となるように配置され、該ハンドの基部に設けられるハンド。
【請求項１１】
ボルトを把持するハンドを備え、
前記ハンドは、１対の支持部と、
前記１対の支持部の内側にそれぞれ支持され、ボルトを把持する第１及び第２の把持爪と、
前記第１及び第２の把持爪を前記各支持部の長手方向と交差する揺動軸回りに揺動させ、該第１及び第２把持爪の先端の向きを変更させる揺動機構と、
前記第１及び第２の把持爪が把持したボルトを該ボルトの軸回りに回転させるボルト回転機構とを有するロボット。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−６６３５７（Ｐ２０１２−６６３５７Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１４０７１（Ｐ２０１０−２１４０７１）
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
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