ロボットハンド及びロボットハンドの制御装置
【課題】単純な構造かつ簡単な制御によって、多種多様な形状の把持対象物を把持可能なロボットハンド及びその制御装置を提供する。
【解決手段】屈曲可能な指部と、低剛性状態と高剛性状態との間で可逆的に制御可能な剛性付与部と、把持対象物に接触可能でかつ膨張可能な当接部とを備える指を複数個、ベース部に配置し、剛性付与部が低剛性状態のとき指部を屈曲させて把持対象物に当接部を接触させ、剛性付与部を高剛性状態に硬化させ、当接部を膨張させ、把持対象物と剛性付与部の間に把持力を発生させて把持対象物の把持を行う。
【解決手段】屈曲可能な指部と、低剛性状態と高剛性状態との間で可逆的に制御可能な剛性付与部と、把持対象物に接触可能でかつ膨張可能な当接部とを備える指を複数個、ベース部に配置し、剛性付与部が低剛性状態のとき指部を屈曲させて把持対象物に当接部を接触させ、剛性付与部を高剛性状態に硬化させ、当接部を膨張させ、把持対象物と剛性付与部の間に把持力を発生させて把持対象物の把持を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば工場又は家庭において人に代わり作業を行うための、多種多様な形状の把持対象物を把持することができるロボットハンド及びロボットハンドの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場用に用いられていたロボットハンドは、例えば、平行リンクにより平行を保った一対の平板で構成し、一対の平板で、把持対象物としての直方体形状の部材を把持するといったような、特定の形状の把持対象物を把持するロボットハンドが主であった。
【０００３】
しかしながら、そのようなロボットハンドには汎用性が無く、把持対象物が変更となったときにロボットハンドで把持対象物を正確に把持することができないため、新しい把持対象物に対応した別個のロボットハンドが必要となってしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、多種多様な形状の把持対象物を掴むことができるロボットハンドの実現が要求されているが、これを実現する技術として次のようなものがある。
【０００５】
例えば、従来の技術（第１従来例）として、ロボットハンドを人間の指と同等あるいはそれ以上の多自由度構成にすることにより、人間の手のような高い汎用性を実現する技術がある（特許文献１参照）。
【０００６】
この第１従来例の技術を図２６を用いて説明する。図２６は、第１従来例のロボットハンドを図示したものである。
【０００７】
回転リンク５１をそれぞれ直列につないで対向配置させることにより、対向する２本の指の構造を構成し、２本の指の構造の先端には、２本の指を閉じる力を伝えるワイヤ５２及び２本の指を開く力を伝えるワイヤ５４がそれぞれ接続されている。各ワイヤ５４は、ベース部５６に接続されたバネ５５により開く方向への力を常に出力しているため、２本の指構造は、指駆動部５３が駆動力を２本のワイヤ５２を介して伝えることによって２本の指により把持対象物５０の把持動作を行い、駆動力が出力されていないときは２本のバネ５５の力により２本の指による把持対象物５０の把持動作が解除される。
【０００８】
また、別の従来の技術（第２従来例）として、把持対象物６５と接触する部分が、把持対象物６５に押し付けられたときに把持対象物６５の外形に応じて変形することにより、高い汎用性を実現する、第２従来例の技術がある（特許文献２参照）。
【０００９】
第２従来例の技術の例を図２７を用いて説明する。図２７は第２従来例のロボットハンドを図示したものであり、マニピュレータ（図示せず）に接続されたベース部材６４に４本の平行リンク６３を介して一対の把持部６２が連結されており、一対の把持部６２は、平行を保ったまま、アクチュエータ（図示せず）によって閉じる（互いに接近する）ように駆動される。各把持部６２の、把持対象物６５と接触する当接部６１には、弾性膜あるいは弾性体が用いられており、把持部６２によって把持対象物６５に押し付けられることで、把持対象物６５の形状に応じて当接部６１が変形する。
【００１０】
【特許文献１】特公平４−６５０９号公報
【特許文献２】特開昭５９−２４９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、第１従来例においては、多自由度の実現のために、リンク５１などの機構部品が増加し、複雑な構造となる上に、把持対象物に応じて均一に把持力を出力するためには、多くの自由度を適切に制御しなければならないため、制御が非常に複雑なものになってしまう。
【００１２】
また、第２従来例においては、当接部６１の弾性が高いと、当接部６１の変形量が小さく汎用性が低くなり、当接部６１の弾性が低いと、当接部６１に外力が加わった際も当接部６１が大きく変形してしまい、把持対象物の把持動作が不安定になるため、第２従来例に示す従来技術のみでは高い汎用性が実現できず、第１従来例との組み合わせを行う必要があるが、その場合は、第１従来例と同様に、構造が複雑になり、かつ、制御が複雑なものとなってしまう。
【００１３】
本発明の目的は、前記従来の課題を解決するもので、単純な構造でかつ単純な制御で多種多様な形状の把持対象物を把持することを可能としたロボットハンド及びロボットハンドの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１５】
本発明の第１態様によれば、ベース部と、
対向して配置されかつそれぞれ屈曲可能に前記ベース部に配置された複数の指部と、
前記複数の指部のうちの少なくとも一方の指部の把持対象物の把持側の面に配置されて、前記一方の指部に従って屈曲可能な低剛性状態と、前記低剛性状態から硬化することにより前記低剛性状態よりも剛性が高くかつ屈曲した状態で屈曲形状保持可能な高剛性状態との間で可逆的に移行可能な剛性付与部と、
前記剛性付与部の前記把持対象物の把持側の面に配置され、前記把持対象物に接触可能でかつ膨張可能でかつ前記把持対象物から離間するように収縮可能な当接部とを備えることを特徴とするロボットハンドを提供する。
【００１６】
本発明の第２態様によれば、前記剛性付与部は、前記指部の可動点の全てを覆うように配置されている、第１の態様に記載のロボットハンドを提供する。
【００１７】
本発明の第３態様によれば、前記当接部は、前記指部の可動点の全てを覆うように配置されている、第１又は２の態様に記載のロボットハンドを提供する。
【００１８】
本発明の第４態様によれば、前記複数の指部のそれぞれが、前記剛性付与部と前記当接部とを有する、第１〜３のいずれか１つの態様に記載のロボットハンドを提供する。
【００１９】
本発明の第５態様によれば、前記剛性付与部は、形状を保持したまま、硬さを前記低剛性状態と前記高剛性状態との間で可逆的に制御可能な材料として、ビンガム流体又は機能性流体を用いることを特徴とする第１〜４のいずれか１つの態様に記載のロボットハンドを提供する。
【００２０】
本発明の第６態様によれば、前記剛性付与部は、ＥＲ流体又はＥＲゲルを用いて、形状を保持したまま硬さを前記低剛性状態と前記高剛性状態との間で可逆的に制御することが可能な硬化部であり、
前記硬化部は、絶縁性の薄膜体内に一対の電極を対向して配置し、前記薄膜体内で絶縁用スペーサを前記一対の電極間に配置し、前記薄膜体内の前記電極間の空間に前記ＥＲ流体又はＥＲゲルを封入したシート状構造で構成するとともに、前記シート状構造を複数層積層して構成していることを特徴とする第１〜４のいずれか１つの態様に記載のロボットハンドを提供する。
【００２１】
本発明の第７態様によれば、前記剛性付与部は、ＭＲ流体を用いて、形状を保持したまま硬さを前記低剛性状態と前記高剛性状態との間で可逆的かつ任意に制御することが可能な硬化部であり、前記硬化部は、一対の磁性体部材を対向して配置し、前記磁性体部材の各一端同士を電磁石を介して接続することによって、前記磁性体部材間に封入した前記ＭＲ流体内に磁界を発生させるように構成していることを特徴とする第１〜４のいずれか１つの態様に記載のロボットハンドを提供する。
【００２２】
本発明の第８態様によれば、前記剛性付与部は、ビンガム流体である乾燥硬化性を持つ粘土を用いて、形状を保持したまま硬さを前記低剛性状態と前記高剛性状態との間で可逆的に制御することが可能な硬化部で構成し、前記硬化部は、対向して配置した非透湿性フィルムと透湿性フィルムとの間に前記粘土を配置したシート状モジュールを、前記非透湿性フィルムが外側になるように前記透湿性フィルム同士を向かい合わせるよう配置して中空のシート状に構成し、前記対向した透湿性フィルム間にあるシート中空の空間に水蒸気又はドライエアを通過させて前記低剛性状態又は前記高剛性状態となるように制御することを特徴とする第１〜４のいずれか１つの態様に記載のロボットハンドを提供する。
【００２３】
本発明の第９態様によれば、第１〜８のいずれか１つの態様に記載の前記ロボットハンドの動作を制御するロボットハンドの制御装置にして、
把持動作において、まず、前記剛性付与部が前記低剛性状態へ軟化するように制御され、
その後、前記指部の屈曲動作によって前記把持対象物の外面に前記当接部が押し付けられることで前記指部及び前記硬化部とともに前記当接部が受動的に変形され、
変形後に前記変形した状態を保持しつつ前記剛性付与部が前記高剛性状態へ硬化するように制御され、
硬化後に前記当接部が膨張することにより前記把持対象物と硬化部の間に把持力を発生させて前記把持対象物の把持を前記ロボットハンドで行う、ロボットハンドの制御装置を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
以上のようなロボットハンド及びロボットハンドの制御装置によれば、回転連結部が不要になることによる部品点数の減少と、ハンド形状の制御がアクチュエータの位置制御ではなく硬化部の硬さ制御により実現できることから、単純な構造かつ簡単な制御によって多種多様な形状の把持対象物を把持することができるロボットハンドを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明を行う。
【００２６】
まず、図１Ａ及び図１Ｂにおいて本発明の第１実施形態のロボットハンドの構造の概要を説明した後、図２Ａ〜図２Ｅにおいて第１実施形態のロボットハンドにかかる把持動作の概要を説明し、図３Ａから図７Ａ及び図７Ｂにおいてロボットハンドの硬化部、当接部、及び、指部についての詳細な説明を行う。
【００２７】
第１実施形態のロボットハンドの構造を図１Ａ〜図１Ｃを用いて説明する。
【００２８】
図１Ａは第１実施形態のロボットハンドの概略側面図、図１Ｂはロボットハンドの概略正面図、図１Ｃは図１Ａの把持対象物とは別形状の把持対象物の把持時のロボットハンドの概略側面図である。
【００２９】
第１実施形態のロボットハンドは、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、剛性付与部の一例としての３個の硬化部１と、３個の当接部２と、３本の指部３と、ロボットハンドベース部４とによって構成され、ベース部４を介してマニピュレータ６に接続されており、マニピュレータ６によって、把持対象物５に対してロボットハンドの３本の指部３が位置決めされ、ロボットハンドによって把持対象物５の把持を行う。３本の指部３は、例えば、上側に２本の指部３と当接部２と硬化部１とで構成される指１００ａが配置され、上側に２本の指部３の間の下方に、下側の１本の指部３が配置されている。
【００３０】
各硬化部１は、各指部３の内側の表面（把持対象物５に対向する表面）を連続的に覆うように細長い板状に配置され、各硬化部１の一端をベース部４に固定するように配置され、各硬化部１の他端は各指部３の先端側で開放されており、硬化部１が配置された指部３と硬化部１との相対位置関係を変化させることができるよう配置されている。各硬化部１は、硬さを可逆的に制御することができる材料で構成されており、各硬化部１はその形状を保持したまま硬さを変化させることができる。言い換えれば、硬化部１は、指部３に従って屈曲可能な低剛性状態と、前記低剛性状態から硬化することにより前記低剛性状態よりも剛性が高くかつ屈曲した状態で屈曲形状保持可能な高剛性状態との間で可逆的に移行可能に構成されている。各硬化部１のそのような材料の例としては、ＥＲ（Electrorheological）流体、ＥＲゲル、若しくは、ＭＲ（Magnetorheological）流体といった機能性流体、又は、ビンガム流体の中でも乾燥硬化性を持った粘土などの材料がある。これらの材料の詳細については後述する。各硬化部１を前述のように配置することによって、各硬化部１が硬化することで、把持力及び外力を各硬化部１の剛性で支持することができる。
【００３１】
また、各硬化部１は、ベース部４から離れるほど厚みが減少するように構成されている。各硬化部１において、ベース部４に固定された各硬化部１の根元部から先端部までの間の厚みは、根元部及び先端部の厚みを基準とし、ベース部４からの距離に応じて２次関数的に減少するようにして得られる厚みが最低限確保されていれば、根元部から先端部までの厚みがどのように変化しても構わないが、重量の観点から、ベース部４からの距離に応じて２次関数的に厚みが減少するような構造を用いる。このように、各硬化部１の根元部の厚みを先端部よりも厚くすることによって、把持力によるモーメントを各硬化部１で安定して支持することが可能となる。
【００３２】
各当接部２は、圧力流体を注入可能な中空部材で構成され、各硬化部１の内側の表面（把持対象物５に接触可能な表面）に配置されており、各硬化部１が把持対象物５の外形にならって硬化した後に、当接部２内に圧力流体を注入することで当接部２を把持対象物５と硬化部１の間で膨張させて、当接部２の内部圧力で、ロボットハンド全体の把持力を発生させるように構成している。
【００３３】
各指部３は、内側材料と外側材料とが伸縮率の点で異なりかつ空気を注入可能な中空部材で構成され、各指部３の根元部はベース部４にそれぞれ取り付けられており、各指部３内に空気を注入することにより、指部内側材料の伸縮率と外側材料の伸縮率の違いから、屈曲動作を実現する構造となっている。各指部３は、硬化部１と当接部２を同時に駆動できるよう、硬化部１と当接部２の最外面に配置されている。
【００３４】
このような構成にかかるロボットハンドで、把持対象物５の一例として円柱部材を把持した状態を図１Ａ及び図１Ｂに示している。これらの図では、各当接部２及び各硬化部１が円柱部材の外周円弧に沿うように円弧形状に変形及び硬化している。また、前記ロボットハンドで、把持対象物５の別の例として断面が多角形の柱部材を把持した状態を図１Ｃに示している。この図では、各当接部２及び各硬化部１が多角形の柱部材の外面に沿うように折り曲げられた形状に変形及び硬化している。
【００３５】
以下、第１実施形態におけるロボットハンドの把持動作の概要を図２Ａ〜図２Ｅを用いて説明する。
【００３６】
図２Ａ〜図２Ｅは第１実施形態におけるロボットハンドの把持動作の一連の流れを図示したものである。
【００３７】
まず、図２Ａから図２Ｂに示すように、３本の指部３を開いた状態で、マニピュレータ６により、円柱状の把持対象物５へロボットハンド１００の中心部（例えばベース部４）を近づける。
【００３８】
続いて、把持対象物５にロボットハンド１００の中心部（例えばベース部４）が接近したのち（すなわち、接近動作の完了検知後）、図２Ｂから図２Ｃに示すように、３本の指部３（図２Ｃのハッチング部分を参照。）を駆動することにより、各指部３の硬化部１及び当接部２を把持対象物５の外周へと近づける。
【００３９】
続いて、各指部３を把持対象物５の外周へ沿わせたのち（すなわち、ならい動作の完了検知後）、図２Ｃから図２Ｄに示すように、各指部３の硬化部１（図２Ｄのハッチング部分を参照。）を硬化させて、各硬化部１を把持対象物５の外周へ沿わせる。具体的な硬化方法については、後述する。
【００４０】
最後に、図２Ｄから図２Ｅに示すように、各指部３の硬化部１の硬化後に各当接部２を膨張させることにより、把持対象物５と各硬化部１の間に、各当接部２の内部圧力によって把持力を発生させる。各当接部２の膨張が完了したのち（すなわち、把持力発生完了検知後）、把持対象物５に対するロボットハンド１００の把持動作を完了させる。
【００４１】
逆に、把持対象物５に対するロボットハンド１００の把持動作を解除するときは、例えば、前記動作の逆を行えばよい。
【００４２】
すなわち、まず、図２Ｅから図２Ｄに示すように、各当接部２を収縮させることにより、把持対象物５と各硬化部１の間に、各当接部２の内部圧力により発生した把持力を解除させ、把持対象物５に対するロボットハンド１００の把持動作を解除させる。
【００４３】
次いで、図２Ｄから図２Ｃに示すように、各指部３の硬化部１（図２Ｄのハッチング部分を参照。）を軟化させて、各硬化部１を把持対象物５の外周から離す。具体的な軟化方法については、後述する。
【００４４】
次いで、図２Ｃから図２Ｂに示すように、３本の指部３（図２Ｃのハッチング部分を参照。）を前記把持動作とは逆に駆動することにより、各指部３の硬化部１及び当接部２を把持対象物５の外周から離す。
【００４５】
次いで、図２Ｂから図２Ａに示すように、３本の指部３を開いた状態で、マニピュレータ６により、把持対象物５からロボットハンド１００の中心部（例えばベース部４）を離す。
【００４６】
次に、前記した把持動作及び把持解除動作（開放動作）を実行させるため、硬さが可逆的かつ任意に制御可能な硬化部１について図３Ａ〜図３Ｃ、図６Ａ及び図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂを用いて、詳細に説明する。
【００４７】
硬さが可逆的かつ任意に制御可能な硬化部１を構成する材料として、ビンガム流体挙動を示す機能性流体であるＥＲ流体、ＥＲゲル、若しくは、ＭＲ流体、又は、ビンガム流体の一種である粘土などを用いることができる。
【００４８】
ＥＲ流体若しくはＥＲゲルは、印加された電界の強さに応じて硬さが変化する材料であり、ＭＲ流体は、印加された磁界の強さに応じて硬さが変化する材料である。また、粘土は、乾燥硬化性を持ち、含水率によって硬さが変化する材料である。
【００４９】
ＥＲ流体若しくはＥＲゲルを用いた硬化部１は、磁力の影響を把持対象物に与えず、ドライエア等の特別なインフラも必要ないため、汎用的に用いることができる点で特徴がある。一方、ＭＲ流体若しくは粘土は、一般に、ＥＲ流体若しくはＥＲゲルよりも降伏点が高い特徴があるため、把持対象物又はロボットハンドの利用環境によっては、ＥＲ流体若しくはＥＲゲルを用いた硬化部１よりも、サイズ及び重量の面でメリットがある。例えば、非磁性体の把持のような磁力の影響を受けない対象の場合は、ＭＲ流体を用いたモジュールが好ましい一方、工場内等、ドライエア又は水蒸気のインフラストラクチャー（言い換えれば、ドライエア又は水蒸気の供給施設）が整った環境においては、粘土を用いたモジュールが好ましい。
【００５０】
以下、より具体的に、硬化部１について説明する。
【００５１】
まず、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、ＥＲ流体を用いた硬化部１の概略斜視図、平面図、図３ＢのＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。
【００５２】
硬化部１は、シート状構造のモジュール１Ａを複数個積層して剛性を向上させ、その積層構造を外周膜１２で覆った構造となっており、シート状モジュール１Ａは、絶縁性の薄膜体１１を袋状にし、その内部に正電極９と負電極１０とが、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように貫通穴８ａを所定間隔で形成するように穴加工された絶縁シート８を挟むようにして、かつ、絶縁用スペーサとして機能する絶縁シート８の貫通穴８ａを避けて、接着配置され、残りの内部空間には、ＥＲ流体７が封入されている。また、シート状モジュール１Ａの厚みの変化による内部電界強さの変化を抑制するため、正電極９及び負電極１０は薄膜体１１にもそれぞれ接着固定されている。そして、正電極９及び負電極１０には、外部に配置された電源１４より、電源線１３を介して電圧が印加され、ＥＲ流体７が硬化することによってシート状モジュール１Ａが硬化する。逆に、正電極９及び負電極１０に対する電源１４からの電圧印加が除去されると、ＥＲ流体７が軟化することによってシート状モジュール１Ａが軟化する。
【００５３】
次に、図６Ａ及び図６Ｂは、第１実施形態の変形例として、ＭＲ流体を用いた硬化部１の概略平面図及び図６ＡのＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【００５４】
硬化部１のシート状モジュール１Ｂは、例えば鉄などの磁性体粉末をシート材の混入させた透磁率の高い磁性体部材の一例としての一対の磁性体シート３１と、一対の磁性体シート３１の側端部同士を連結するゴムシートのような非磁性体シート３２とによってなる袋状構造となっており、一対の磁性体シート３１同士は対向するように配置されている。ここで、透磁率の高い磁性体部材とは、磁性体シート３１と接触する硬化部１以外の部材（ベース部４，指部３，当接部２）を構成する材料の１０倍以上の透磁率がある磁性体部材のことを意味する。
【００５５】
シート状モジュール１Ｂの内部には、磁性体シート３１同士の接触を防ぐための非磁性体による貫通穴３３ａの穴加工を行った非磁性体シート３３が配置され、シート状モジュール１Ｂの内部には、ＭＲ流体３４が封入されている。
【００５６】
磁性体シート３１は、磁性体３５と電磁石３６とを介して接続されており、電磁石３６が電磁石駆動電源３７により動作する（言い換えれば、通電されると、又は、通電電流を大きくする）と、対向した磁性体シート３１間に磁界が発生し又は大きくなり、ＭＲ流体３４内に磁界が発生し又は大きくなり、ＭＲ流体３４が硬化することによってシート状モジュール１Ｂが硬化する。逆に、電磁石３６が電磁石駆動電源３７により非動作する（言い換えれば、非通電にされると、又は、通電電流を小さくする）と、対向した磁性体シート３１間の磁界が消失又は小さくなり、ＭＲ流体３４内に磁界が消失又は小さくなり、ＭＲ流体３４が軟化することによってシート状モジュール１Ｂが軟化する。
【００５７】
次に、図７Ａ及び図７Ｂは、第１実施形態の別の変形例として、粘土を用いた硬化部１の概略平面図及び図７ＡのＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【００５８】
硬化部１のシート状モジュール１Ｃは、例えば建築材に用いられる非透湿性フィルム４１と透湿性フィルム４３との間に粘土４２を配置し、シート状モジュール１Ｃの中央部には空気流路となる空間４４が存在し、空間４４には、その一端に空気流路４５が接続され、その他端に排気口４９が接続されている。
【００５９】
シート状モジュール１Ｃには、空気流路４５を介して、ドライエア用バルブ４６Ａと、ドライエアを流入させるドライエア用ポンプ４７と、水蒸気用バルブ４６Ｂと、水蒸気を流入させるための水蒸気用ポンプ４８とが接続されており、ドライエア用バルブ４６Ａと水蒸気用バルブ４６Ｂとをそれぞれ適宜開閉制御して、ドライエア又は水蒸気又はその両方を流すことによって、透湿性フィルム４３を介して、粘土４２の含水率を変化させ、粘土４２の硬さを制御する。例えば、ドライエア用ポンプ４７からドライエアを供給することにより、透湿性フィルム４３を介して粘土４２の含水率を低下させて粘土４２を硬くする一方、水蒸気用ポンプ４８から水蒸気を供給することにより、透湿性フィルム４３を介して粘土４２の含水率を増加させて粘土４２を柔らかくすることができる。
【００６０】
例えば、把持対象物５の一例として１００ｇのペットボトル状の物体を３本の指部３で把持する場合、各指部３に取り付けられるＥＲ流体７を用いる硬化部１の具体的な例としては、全体として幅３０ｍｍ、長さ１００ｍｍ程度の大きさの積層構造で、硬化部１の根元部の厚みは３０ｍｍ、硬化部１の先端部の厚みは１０ｍｍ程度で、根元部と先端部との間は根元部からの距離に応じて２次関数的に減少するような構造である。単一のシート状モジュール１Ａとしては、厚さ０．１ｍｍの絶縁シート８を用いた厚さ０．５ｍｍのシート状モジュール１Ａに１ｋｖの電圧を電源１４から付加することで、２ｋｖ／ｍｍの電界を発生させる構造であればよい。内部に用いるＥＲ流体７は、２ｋｖ／ｍｍの電界付加時に２０ｋｐａ以上の降伏応力が得られるＥＲ流体を用いる。
【００６１】
一方、硬化部１と把持対象物５との間に把持力を発生させる当接部２について、図４Ａ及び図４Ｂを用いて、詳細に説明する。
【００６２】
当接部２において、硬化した硬化部１と把持対象物５との間に把持力を発生させる機構として、圧力流体を用いた袋状構造を用いることができる。圧力流体の一例として空気を用いることで、軽量なロボットハンド１００を実現することができる。一方で、ロボットハンドに強い把持力が要求される場合には、圧縮率が低く高圧での利用が容易な液体を、圧力流体として用いるのが好ましい。このような液体の一例としては水がある。
【００６３】
図４Ａ、図４Ｂは、圧力流体として空気を用いた当接部２の斜視図及び概略構成図である。
【００６４】
各当接部２は、ゴムなど延性の大きな材料で構成される例えば複数の中空円形の膨張部１５と、ビニールなど延性の小さな材料で構成される非膨張部１６とにより構成されており、非膨張部１６の内部には、各膨張部１５と連結される空気流路となる空間１７が確保されている。空間１７に、当接部２の外部に配置された空気ポンプ２０から、バルブ１９と空気流路１８とを介して、空気を注入することにより、各膨張部１５が膨張して内部圧力によって把持力を発生させることができる。逆に、空気ポンプ２０を停止して、バルブ１９から空間１７内の空気を排出して各膨張部１５を収縮させると、内部圧力が低下して把持力を解除することができる。
【００６５】
把持対象物５の一例として１００ｇのペットボトル状の物体を３本の指部３で把持する場合、各当接部２は、前述の硬化部１の表面と同じ大きさで、全体として幅３０ｍｍ、長さ１００ｍｍ程度のシート状になっており、大気圧の空気を当接部２に注入することで、ペットボトル状の物体の把持に十分な把持力を発生させることができる。
【００６６】
さらに、硬化部１及び当接部２を駆動する各指部３について、図５を用いて詳細に説明する。
【００６７】
各指部３においては、多自由度を持つ従来のハンドを用いることができる。特に、空気駆動方式のロボットハンド１００は、ロボットハンド１００の軽量化を図ることができる。
【００６８】
図５は、空気駆動により指を屈曲させる指部３の概略図である。
【００６９】
指部３は、ゴムなど伸縮性の大きな材料により構成されかつ外側に配置される伸縮部２２と、例えばビニールといった、伸縮部２２と比べて伸縮性の小さな材料により構成されかつ伸縮部２２より内側に配置される非伸縮部２１とで構成される筒状の構造となっている。
【００７０】
筒状の構造内の空間２６には、空気ポンプ２５から、バルブ２４と空気流路２３とを介して空気を注入することにより、内側の非伸縮部２１と外側の伸縮部２２との伸び易さの違から、筒状構造は屈曲するように駆動される。逆に、空気ポンプ２５を停止しバルブ２４から空間２６内の空気を排出させると、筒状構造は元の非屈曲状態に戻るような剛性を非伸縮部２１と伸縮部２２とが有するように構成している。
【００７１】
把持対象物５の一例として１００ｇのペットボトル上の物体を３本の指部３で把持する場合、指部３は前述の硬化部１と当接部２とが取り付け可能な大きさであればよく、全体として幅３０ｍｍ、長さ１１０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ程度でよい。注入する空気は、当接部２と同じく、大気圧の空気を用いる。
【００７２】
図１２は、前記ロボットハンド１００の動作を実現するための制御部などの制御ブロック図である。
【００７３】
制御部（制御装置）１０８は、ロボットハンド１００の動作全般を総合的に制御する総合制御部１０６と、マニピュレータ制御部１０７とハンド制御部１０９と、硬化部制御部１２１と当接部制御部１２２と指部制御部１２３とを有している。
【００７４】
総合制御部１０６は、マニピュレータ制御部１０７とハンド制御部１０９とに接続されている。マニピュレータ制御部１０７は、マニピュレータ６を駆動するマニピュレータ駆動部１０１を駆動制御する。ハンド制御部１０９は、ロボットハンド１００の把持動作を制御するものであり、硬化部制御部１２１と当接部制御部１２２と指部制御部１２３とに接続されている。
【００７５】
硬化部制御部１２１は、各硬化部１を駆動する硬化部駆動部１１１を駆動制御する。具体的には、硬化部制御部１２１は、硬化部駆動部１１１として、電源１４と、その電源１４のオンオフを切り替えるスイッチ１４ａの開閉とを制御するか、又は、スイッチ１４ａの開閉のみを制御する。当接部制御部１２２は、各当接部２を駆動する当接部駆動部１１２を駆動制御する。具体的には、当接部制御部１２２は、当接部駆動部１１２として、空気ポンプ２０の駆動とバルブ１９の開閉とを制御する。指部制御部１２３は、各指部３を駆動する指部駆動部１１３を駆動制御する。具体的には、指部制御部１２３は、指部駆動部１１３として、空気ポンプ２５の駆動とバルブ２４の開閉とを制御する。
【００７６】
また、総合制御部１０６は、接近検知部１０２と、接触検知部１０３と、ならい動作検知部１０４と、把持力検知部１０５と、硬化完了検知部１１０とのそれぞれの動作を制御するとともに、各検知部からの検知情報が総合制御部１０６に入力される。
【００７７】
接触検知部１０３は、一例として、接触センサであり、接近検知部１０２として接触センサを使用した場合、又は、ならい動作検知部１０４として接触センサを使用した場合に相当するものであり、接近検知部１０２又はならい動作検知部１０４としても機能するものである。
【００７８】
接近検知部１０２は、図２Ｂに示すように、把持対象物５へロボットハンド１００が接近するとき、把持対象物５へのロボットハンド１００の接近動作（例えば、接触動作、又は、所定距離以内に接近する動作）が完了したか否かを検知するものであり、後述する「接近動作の完了検知」ステップを実行するときに使用するものである。この接近検知部１０２について図１３Ａ〜図１３Ｈを用いて説明する。
【００７９】
接近検知部１０２の一例として、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、ハンドベース部４あるいは当接部２に接触センサ７１を配置し、接触センサ７１からの接触検知信号によりベース部４あるいは当接部２への把持対象物５の接触を検知して、図２Ｂでの接近動作の完了を検知することができる。より詳細には、図１３Ａ及び図１３Ｂには、接触センサ７１を、ハンドベース部４の中央部と、各当接部２の先端部付近とに配置した状態を示している。この接触センサ７１は、後述する「ならい動作の完了検知」ステップを行う、ならい動作検知部１０４としても用いる事ができるため、接近動作の完了検知とならい動作の完了検知とを１つのセンサで兼用させることができ、全体としてセンサの数を少なくすることができる。
【００８０】
また、接近検知部１０２の別の例として、図１３Ｃ及び図１３Ｄに示すように、ハンドベース部４に設けた画像センサ７２と、画像センサ７２が取得した画像を背景差分手法などの公知の画像処理で処理する画像処理部７２Ａとより構成し、画像センサ７２が取得した画像を画像処理部７２Ａにより画像処理して、把持対象物５へのロボットハンド１００の接近動作の完了検知を行うこともできる。また、画像センサ７２をロボットハンド１００の外部に設けることにより、接近動作の完了検知を行うこともできる（図１３Ｅ及び図１３Ｆ参照）。このような構成にすれば、特に、マニピュレータ６の運動制御に画像センサ７２を用いている場合、そのセンサ情報から接近動作の完了検知を行うことができるため、ロボットハンド１００へセンサを搭載する必要がなく、センサの削減によりロボットハンド１００の軽量化を図ることができる。
【００８１】
また、接近検知部１０２のさらに別の例として、ロボットハンド１００に測距センサ７３を搭載し、測距センサ７３で検知されたロボットハンド１００と把持対象物５との距離データより、接近動作の完了検知を行うこともできる（図１３Ｇ及び図１３Ｈ参照）。接触によらずに、測距センサ７３で検知した距離データにより接近動作の完了検知を行うことで、マニピュレータ６の位置決め精度が悪い等、ロボットハンド１００を把持対象物５に接触させるのが困難な場合であっても、効率良く接近動作の完了検知を行うことができる。
【００８２】
また、ならい動作検知部１０４は、図２Ｃに示すように、各指部３を把持対象物５の外周へ沿わせる、いわゆる、ならい動作が完了したか否かを検知するものであり、後述する「ならい動作の完了検知」ステップを実行するときに使用するものである。このならい動作検知部１０４について図１４Ａ〜図１４Ｆを用いて説明する。
【００８３】
ならい動作検知部１０４の一例として、各当接部２の長手方向に間隔をあけて複数個の接触センサ７５を設置し、全ての接触センサ７５の接触検知をもって、ならい動作の完了を検知する方法がある（図１４Ａ及び図１４Ｂ参照）。このような構成によれば、ならい動作の完了検知を確実に行える上、接近動作完了検知ステップにも、同じセンサを接近検知部１０２として機能させて、そのセンサで取得したデータを利用できるため、センサ数の削減によりロボットハンドの軽量化を図ることができる。
【００８４】
また、ならい動作検知部１０４の別の例として、ロボットハンド１００の外部に設けた画像センサ７７と、画像センサ７７が取得した画像を背景差分手法などの公知の画像処理で処理する画像処理部７７Ａとより構成し、画像センサ７７が取得した画像を画像処理部７７により画像処理して、各指部３を把持対象物５の外周へ沿わせたことを検知して、ならい動作の完了を検知することもできる。ここのような構成によれば、接近動作完了検知ステップと同様、センサ削減によりロボットハンド１００の軽量化を図ることができる（図１４Ｃ及び図１４Ｄ参照）。
【００８５】
また、ならい動作検知部１０４のさらに別の例として、各当接部２の長手方向に間隔をあけて複数の測距センサ７８を配置することにより、測距センサ７８で検知した距離データが０となる点を把持対象物５とロボットハンド１００との接触と検知するようにしている。よって、各測距センサ７８からの距離データが０となることにより、ならい動作の完了を検知するならい動作検知部１０４として機能させることができる（図１４Ｅ及び図１４Ｆ参照）。
【００８６】
また、把持力検知部１０５は、図２Ｅに示すように、把持対象物５と硬化部１の間に、当接部２の内部圧力によって把持力を発生させる、把持力発生動作が完了したか否かを検知するものであり、後述する「把持力発生完了の検知」ステップを実行するときに使用するものである。この把持力検知部１０５について図１５Ａ〜図１５Ｄを用いて説明する。
【００８７】
把持力検知部１０５の一例として、各当接部２の表面に圧力センサあるいは力センサ７４を設置し、圧力センサあるいは力センサ７４で検知される力と把持対象物５に応じて設定した目標値との比較によって（制御部での比較によって）、把持力発生完了の検知を実現することできる。このような構成によれば、各当接部２の表面に発生する力を直接的に測定することにより、把持力の細かな調整などの制御にも、圧力センサあるいは力センサ７４で検知されるデータを用いることができる（図１５Ａ及び図１５Ｂ参照）。
【００８８】
また、把持力検知部１０５の別の例として、各当接部２の駆動源である空気ポンプ２５に接続された空気流路１８にバルブ７６ａを介して接続されて空気流路１８で供給される圧力流体の圧力を圧力計７６により測定するように構成し、圧力計７６で検知された値とあらかじめ設定した閾値との比較によって（制御部での比較によって）、把持力発生完了の検知を実現することができる。力の測定を直接行わないため、測定精度は低下するものの、圧力測定装置の一例としての圧力計７６を駆動源の近辺に配置することができるため、ロボットハンド１００へのセンサ追加は必要なく、ロボットハンド１００の軽量化を図ることができる（図１５Ｃ及び図１５Ｄ参照）。
【００８９】
また、硬化完了検知部１１０は、硬化部１の硬化を開始してから硬化部１の硬化にかかる時間を予め測定しておき、硬化部１の硬化開始後の経過時間が前記測定時間に達することによって、硬化完了とみなす手段で構成することができる。各硬化部１に力を加えて各硬化部１の変位を測るなどの変位測定装置で硬化完了検知部１１０を構成することもできるが、このような変位測定装置と比べて、前記手段では、センサ等の追加なく実現することができて、ロボットハンド１００の軽量化を図ることができる。
【００９０】
ロボットハンド１００の全体の構成としては、図８に示すような構造を採ることができる。図８に示すように、各指部３が駆動源をそれぞれ独立して持つ構成とすることにより、各指部３をそれぞれ独立に制御することが可能となり、特定の指部３の指先（例えば、１本又は２本の指部の指先）で物体を操るといった、把持動作以外の動作も実現可能となる。
【００９１】
また、前記第１実施形態の変形例として、図９に示すように、各指部３の駆動源を１つの共通の駆動源で構成することにより、全体構造の単純化及び部品数の減少を図ることができる。
【００９２】
前記したロボットハンド１００の把持動作及び把持解除動作について、以下、詳細に説明する。
【００９３】
ロボットハンド１００の把持動作は、制御部１０８の制御の下に、図２Ａ〜図２Ｅ及び図１０Ａに示すように実現される。
【００９４】
まず、ステップＳ１では、各硬化部１を柔らかい状態にする（図２Ａ参照）。すなわち、硬化部１について、図３Ａ及び図３Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂにて説明したように、各硬化部１の各シート状モジュール１Ａを軟化させる。例えば、各硬化部１にＥＲ流体７を使用する場合には、硬化部制御部１２１の制御により、図３Ｂの正電極９及び負電極１０に対する電源１４からの電圧印加を除去して（例えば、スイッチ１４ａをオフにして）、ＥＲ流体７を軟化させて各硬化部１の各シート状モジュール１Ａを軟化させる。
【００９５】
次いで、ステップＳ２では、各当接部２を収縮させる（図２Ａ参照）。すなわち、当接部制御部１２２の制御により、図４Ｂの空気ポンプ２０を停止して、バルブ１９から各当接部２の空間１７内の空気を排出して各当接部２の各膨張部１５を収縮させ、各当接部２の内部圧力を低下させる。
【００９６】
次いで、ステップＳ３では、全ての指部３を開く（図２Ｂ参照）。すなわち、指部制御部１２３の制御により、図５の空気ポンプ２５を停止して、バルブ２４から空間２６内の空気を排出させ、各指部３を非屈曲状態に戻るようにする。
【００９７】
次いで、ステップＳ４では、ロボットハンド１００を把持対象物５に接近させる（図２Ｂ参照）。すなわち、３本の指部３を開いた状態で、マニピュレータ駆動部１０１の駆動で、マニピュレータ６を介して、全ての指部３が開いた状態のロボットハンド１００の中心部（例えばベース部４）を把持対象物５へ近づける。
【００９８】
次いで、ステップＳ５では、ロボットハンド１００の把持対象物５に対する接近動作が完了したか否かを、接近検知部１０２で判断する（図２Ｂ参照）。すなわち、図１３Ａ〜図１３Ｈに示すように、接近検知部１０２で、ロボットハンド１００の把持対象物５に対する接触動作、又は、ロボットハンド１００が把持対象物５に対して所定距離以内に接近する動作が完了したか否かを検知する。接近検知部１０２からの検知情報を基に制御部１０８で、ロボットハンド１００の把持対象物５に対する接近動作が完了していないと判断する場合には、このステップＳ５を繰り返す。一方、接近検知部１０２からの検知情報を基に制御部１０８で、ロボットハンド１００の把持対象物５に対する接近動作が完了したと判断する場合には、次のステップＳ６に進む。
【００９９】
ステップＳ６では、各指部３を閉じる（図２Ｃ参照）。すなわち、指部制御部１２３の制御により、図５の空気ポンプ２５を駆動して、バルブ２４を介して空間２６内に空気を供給し、各指部３を屈曲状態にして、把持対象物５を全ての指部３で囲むようにする。
【０１００】
次いで、ステップＳ７では、ならい動作が完了したか否かを、ならい動作検知部１０４で判断する（図２Ｃ参照）。すなわち、図１４Ａ〜図１４Ｆに示すように、各指部３を把持対象物５の外周へ沿わせる、いわゆる、ならい動作が完了したか否かを、ならい動作検知部１０４で検知する。ならい動作検知部１０４からの検知情報を基に制御部１０８で、ならい動作が完了していないと判断する場合には、ステップＳ６に戻る。一方、ならい動作検知部１０４からの検知情報を基に制御部１０８で、ならい動作が完了したと判断する場合には、次のステップＳ８に進む。
【０１０１】
ステップＳ８では、図３Ａ及び図３Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂ、又は、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、各硬化部１を硬い状態にする（図２Ｄ参照）。すなわち、例えば、各硬化部１にＥＲ流体７を使用する場合には、硬化部制御部１２１の制御により、図３Ｂの正電極９及び負電極１０に対する電源１４からの電圧を印加して（例えば、スイッチ１４ａをオンにして）、ＥＲ流体７を硬化させて各硬化部１の各シート状モジュール１Ａを硬化させる。
【０１０２】
次いで、ステップＳ９では、各硬化部１の硬化が完了したか否かを硬化完了検知部１１０で判断する（図２Ｄ参照）。すなわち、硬化完了検知部１１０で各硬化部１の硬化が完了したか否かを検知する。硬化完了検知部１１０からの検知情報を基に制御部１０８で、各硬化部１の硬化が完了していないと判断する場合には、ステップＳ８に戻る。硬化完了検知部１１０からの検知情報を基に制御部１０８で、各硬化部１の硬化が完了したと判断する場合には、次のステップＳ１０に進む。
【０１０３】
ステップＳ１０では、各当接部２を膨張させる（図２Ｅ参照）。すなわち、当接部制御部１２２の制御により、図４Ｂの空気ポンプ２０を駆動して、バルブ１９を介して各当接部２の空間１７内に空気を供給して各当接部２の各膨張部１５を膨張させ、各当接部２の内部圧力を増加させる。
【０１０４】
次いで、ステップＳ１１では、把持力の発生動作が完了したか否かを把持力検知部１０５で判断する（図２Ｅ参照）。すなわち、把持力検知部１０５で、把持対象物５と硬化部１の間に、当接部２の内部圧力によって把持力を発生させる、把持力発生動作が完了したか否かを検知する。把持力検知部１０５からの検知情報を基に制御部１０８で、把持力の発生動作が完了していないと判断する場合には、ステップＳ１０に戻る。把持力検知部１０５からの検知情報を基に制御部１０８で、把持力の発生動作が完了したと判断する場合には、一連の把持動作を終了する。
【０１０５】
なお、ステップＳ２の各当接部２を収縮させる工程に関しては、ステップＳ６の各指部３を閉じる動作の開始前に完了していればよい。前記した図１０Ａのフローチャートでは、第２番目のステップとしたが、これに限られるものではなく、図１０Ｂ〜図１０Ｄに示す他の３種類のフローチャートの順番でも把持動作は可能である。
【０１０６】
具体的には、図１０Ｂでは、前記ステップＳ２の各当接部２を収縮させる工程を、全ての指部３を開くステップＳ３の後に行うようにしてもよい。このようにすれば、当接部２が膨張しているときに、当接部２が屈曲状態から非屈曲状態すなわち伸展状態になろうとする力を指部３の開放動作に利用できるため、指部３の開放動作をより早く行うことができ、指部３の俊敏な動きが可能となる。
【０１０７】
また、図１０Ｃでは、前記ステップＳ２の各当接部２を収縮させる工程を、各硬化部１を柔らかい状態にするステップＳ１の前に行うようにしてもよい。このようにすれば、当接部２を収縮させてから硬化部１を柔らかい状態とすることで、当接部２が屈曲状態から非屈曲状態すなわち伸展状態になろうとする力が、指部３に加わることがない。
【０１０８】
また、図１０Ｄでは、前記ステップＳ２の各当接部２を収縮させる工程を、ロボットハンド１００の把持対象物５に対する接近動作が完了したか否かを、接近検知部１０２で判断するステップＳ５の後に行うようにしてもよい。このようにすれば、当接部２を収縮するときに、非屈曲状態すなわち伸展状態から変形しようとする力を指部３の閉じ動作に利用できるために、指部３の閉じ動作を早く行うことができる。
【０１０９】
また、前記したロボットハンド１００の把持解除動作、すなわち、開放動作について、以下、詳細に説明する。
【０１１０】
ロボットハンド１００の把持動作は、制御部１０８の制御の下に、図２Ａ〜図２Ｅ及び図１１Ａに示すように実現される。
【０１１１】
まず、ステップＳ２１では、各当接部２を収縮させる（図２Ａ参照）。すなわち、当接部制御部１２２の制御により、図４Ｂの空気ポンプ２０を停止して、バルブ１９から各当接部２の空間１７内の空気を排出して各当接部２の各膨張部１５を収縮させ、各当接部２の内部圧力を低下させる。
【０１１２】
次いで、ステップＳ２２では、各硬化部１を柔らかい状態にする（図２Ａ参照）。すなわち、硬化部１について、図３Ａ及び図３Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂにて説明したように、各硬化部１の各シート状モジュール１Ａを軟化させる。例えば、各硬化部１にＥＲ流体７を使用する場合には、硬化部制御部１２１の制御により、図３Ｂの正電極９及び負電極１０に対する電源１４からの電圧印加を除去して（例えば、スイッチ１４ａをオフにして）、ＥＲ流体７を軟化させて各硬化部１の各シート状モジュール１Ａを軟化させる。
【０１１３】
次いで、ステップＳ２３では、全ての指部３を開く（図２Ｂ参照）。すなわち、指部制御部１２３の制御により、図５の空気ポンプ２５を停止して、バルブ２４から空間２６内の空気を排出させ、各指部３を非屈曲状態に戻るようにする。
【０１１４】
次いで、ステップＳ２４では、全ての指部３が把持対象物５から離れたか否か、すなわち、図１４Ａ〜図１４Ｆに示すように、ならい動作とは逆の動作を、ならい動作検知部１０４で検知する。ならい動作検知部１０４からの検知情報を基に制御部１０８で、全ての指部３が把持対象物５から離れたか否かを検知し、全ての指部３が把持対象物５から離れていないと判断する場合には、ステップＳ２３に戻る。一方、ならい動作検知部１０４からの検知情報を基に制御部１０８で、全ての指部３が把持対象物５から離れたと判断する場合には、次のステップＳ２５に進む。
【０１１５】
ステップＳ２５では、ロボットハンド１００を把持対象物５から離す方向に移動させる。すなわち、３本の指部３を開いた状態で、マニピュレータ駆動部１０１の駆動で、マニピュレータ６を介して、全ての指部３が開いた状態のロボットハンド１００の中心部（例えばベース部４）を把持対象物５から離す方向に移動させる。
【０１１６】
次いで、ステップＳ２６では、ロボットハンド１００が把持対象物５にまだ接触しているか否か、すなわち、図１３Ａ〜図１３Ｈに示すように、接近動作とは逆の動作を接近検知部１０２で判断する。すなわち、接近検知部１０２で、ロボットハンド１００が把持対象物５にまだ接触しているか否かを検知する。接近検知部１０２からの検知情報を基に制御部１０８で、ロボットハンド１００が把持対象物５にまだ接触していると接近検知部１０２で判断する場合には、ステップＳ２７に進む。一方、接近検知部１０２からの検知情報を基に制御部１０８で、ロボットハンド１００が把持対象物５に接触していないと接近検知部１０２で判断する場合には、一連の開放動作を終了する。
【０１１７】
ステップＳ２７では、全ての指部３をさらに開いたのち、ステップＳ２５に戻り、ステップＳ２５を実行する。すなわち、指部制御部１２３の制御により、図５の空気ポンプ２５を停止して、バルブ２４から空間２６内の空気を排出させ、各指部３を非屈曲状態に戻るようにする。
【０１１８】
なお、ステップＳ２１の各当接部２を収縮させる工程に関しては、いつ行なってもよく、前記した図１１Ａのフローチャートでは、第１番目のステップとしたが、これに限られるものではなく、図１１Ｂ〜図１１Ｄに示す他の３種類のフローチャートの順番でも開放動作は可能である。
【０１１９】
具体的には、図１１Ｂでは、前記ステップＳ２１の各当接部２を収縮させる工程を、各硬化部１を柔らかい状態にするステップＳ２の後に行うようにしてもよい。このようにすれば、把持の解除を早く行うことができる。すなわち、硬化部１が柔らかくなり、当接部２が出力する把持力を支えられなくなることで、把持対象物に力が加わらなくなる。
【０１２０】
また、図１１Ｃでは、前記ステップＳ２１の各当接部２を収縮させる工程を、全ての指部３が把持対象物５から離れたか否かを検知するステップＳ２４の後に行うようにしてもよい。このようにすれば、図１１Ｂの場合と同様な効果が得られる。
【０１２１】
また、図１１Ｄでは、前記ステップＳ２１の各当接部２を収縮させる工程を、最後に行うようにしてもよい。このようにすれば、図１１Ｂの場合と同様な効果が得られる。
【０１２２】
前記実施形態によれば、回転連結部が不要になることによる部品点数の減少により、単純な構造とすることができ、かつ、ハンド形状の制御がアクチュエータの位置制御ではなく、硬化部の硬さ制御という簡単な制御にすることができて、多種多様な形状の把持対象物を把持することができるロボットハンド１００を実現することができる。
【０１２３】
すなわち、前記ロボットハンド１００は、ロボットハンド１００のベース部４に接続され、少なくとも一対は対向するように配置されており、屈曲動作ないしは挟み込み動作といったベース部４に対する相対的な駆動が可能な指部３と、各指部３の可動点を全て覆うように指部３の外周又は外面（把持対象物の対向面）に連続的に配置され、形状を保持したまま硬さを低剛性状態と高剛性状態との間で可逆的に移行可能に制御することが可能で、柔らかい状態（低剛性状態）では任意の点で曲げが可能であり、硬さ状態（高剛性状態）では外力下でもその形状を保持することが可能であることを特徴とする硬化部１と、硬化部１のハンド内側の外周に配置され、膨張及び収縮が可能な当接部２とを備える指１００ａを複数個備えるロボットハンド１００である。このような構成にかかるロボットハンド１００の把持動作においては、まず、各硬化部１は柔らかい状態（低剛性状態）へと制御され、その後、指部３の動作によって把持対象物５の外周に押し付けられることで受動的に変形され、変形後に硬さ状態（高剛性状態）へと硬化するように制御され、硬化後に当接部３が膨張することにより把持対象物５と硬化部１の間に把持力を発生させることで把持を行うことができる。このように、各硬化部１を前述のように配置することで、外力及び当接部３の出力した把持力に対して、硬化した硬化部１の剛性によってロボットハンド１００により把持対象物５の保持が可能となる。
【０１２４】
また、以上のような構造にすることにより、従来は指の駆動力を用いて行っていた把持動作時の把持力又は外力に対する指形状の保持を、硬化した硬化部１の部材剛性によって行うことができる。それにより、前記従来の課題の解決に加えて、指部３の駆動力を、従来の駆動力よりも低くすることができる。
【０１２５】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
【０１２６】
例えば、図１Ａ〜図１Ｃに記載のロボットハンド１００は指部３と硬化部１と当接部２とより構成される指１００ａをベース部４の両側に配置しているが、これに限られるものではなく、前記第１実施形態の変形例として、図１６Ａ及び図１６Ｂのように、指部３と硬化部１と当接部２とより構成される指１００ａを、ベース部４の片側のみに持つ構造であってもよい。図２Ａ〜図２Ｅにおいては、把持対象物５を、ベース部４と３個の当接部２にて挟みこみ、把持及び開放動作については、図１における第１実施形態と同様に、硬化部１の硬い状態への変化及び柔らかい状態への変化、当接部２の膨張及び収縮により実現する。
【０１２７】
また、図１６Ａ及び図１６Ｂに示した片側のみに指１０１ａを配置したロボットハンド１００Ａにおいて、把持対象物５の片側を押さえ込むベース部４は、把持対象物５に対向する分に、図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように傾斜面４ａ、又は、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように側面円弧形状の湾曲面４ｂを有するように構成してもよい。このように、傾斜面４ａを含むベース部４は、円柱状又は円筒状の把持対象物５を把持する際に、ベース部４の傾斜面４ａと傾斜面４ａ以外の平面（例えば、把持対象物５の接離方向と直交する面）４ｃとで把持対象物５との２点の接触が行えるため、傾斜面４ａを有しない平面でのみで把持対象物５を１点で支持する場合よりも、確実な把持を行うことができる。同様に、また、湾曲面４ｂを含むベース部４においては、湾曲面４ｂの側面円弧形状において徐々に傾斜が大きくなる特徴より、例え、把持対象物５がベース部４に対して滑り易い材料であったとしても、把持をより確実に行うことができる。
【０１２８】
また、前記第１実施形態のさらに別の変形例として、図１Ａ〜図１Ｃに記載のロボットハンド１００は、図１９Ａ〜図１９Ｂに示すように、例えば、ベース部４の片側の指１００ｂの幅を、他の指１００ａの幅よりも大きく構成するようにしてもよい。このように幅を大きくさせた構造とすることにより、指１００ａ，１００ｂ間の力を対向して受けられるため、把持力を把持対象物５に対して適切に与えることができる。
【０１２９】
また、前記第１実施形態のさらに別の変形例として、図２０Ａ〜図２０Ｂのように、ベース部４の片側の指１００ｃの厚みを、他の指１００ａの厚みよりも大きく構成するようにしてもよい。例えば、指１００ｃの当接部２の厚みを、他の指１００ａの当接部２の厚みよりも大きく構成することができる。このような構成にすることにより、例えば、図２０Ａ〜図２０Ｂのベース部４の片側の指１００ａを上側に位置させ、もう片側の指１００ｃを下側に位置させた状態で、上側の指１００ａを下側の指１００ｃに向けて把持対象物５の把持を行うような、ロボットハンド１００の特定方向に力がかかる把持方法が多用される場合において、より強い把持を実現できる。
【０１３０】
また、前記第１実施形態の種々の変形例として、各当接部２の形状は、前記第１実施形態に限られるものではなく、以下のように種々の態様で実施することができる。
【０１３１】
すなわち、各当接部２の形状は、図２１のように、膨張部１５ａを幅方向に細長く配置し、長手方向に複数個、間隔をあけて配置してもよい。このような配置にすることにより、特に当接部２の長手方向に凹凸を持つ把持対象物５に対して、より正確に膨張により当接して、確実な把持を行うことができる。
【０１３２】
また、図２２のように、膨張部１５ｂを長手方向に細長く配置し、幅方向に複数個、間隔をあけて配置してもよい。このような配置とすることにより、特に当接部２の幅方向に凹凸を持つ把持対象物５に対して、より正確に膨張によって当接し、確実な把持を行うことができる。
【０１３３】
また、図２３のように、膨張部１５ｃを指先に向かうほど（図２３の斜め右上に向かうに従い）、その大きさが変化する（例えば、中空円形の膨張部１５ｃの直径が小さくなる）ように配置してもよい。様々な大きさの膨張部１５ｃを配置することにより、把持対象物５が複雑な凹凸を持つ場合であっても、確実に把持を行うことができる。
【０１３４】
また、図２４のように、膨張部１５ｄを指先に向かうほど（図２４の斜め右上に向かうに従い）、その配置密度が高くなるよう配置してもよい。指先の配置密度を高くすることによって、特に、摘み動作のような指先のみを用いた把持において、より確実な把持を行うことができる。
【０１３５】
また、前記第１実施形態のさらに別の変形例として、図２５Ａ及び図２５Ｂに示すように、指部３及び硬化部１間は、互いが相対移動可能であり、かつ、お互いの接触を維持することができるように係合保持して構成されるようにしてもよい。具体的には、例えば、硬化部１は、指部３に対向する面に逆台形状の凸部１ｐを有し、指部３は、硬化部１に対向する面に、凸部１ｐが嵌合可能な逆台形状の凹部３ｐを有して、凸部１ｐと凹部３ｐとが、長手方向（図２５Ｂの紙面貫通方向）には互いに摺動自在でかつ長手方向と直交する方向（図２５Ｂの上下方向）には抜き出し不可に係合するように構成している。このように構成することにより、指部３からの硬化部１のはがれ（例えば、指部３から硬化部１が図２５Ｂの上下方向にはがれるの）を防止することができる。
【０１３６】
なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明のロボットハンド及びロボットハンドの制御装置を用いれば、単純な構造と単純な制御でもって多様な形状の把持対象物の把持が可能となる。よって、工場に用いられる産業用ロボットのロボットハンド及びロボットハンドの制御装置としてのみならず、家庭用マニピュレータに用いるロボットハンド及びロボットハンドの制御装置としても利用されることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態にかかるロボットハンドの概略側面図。
【図１Ｂ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドの概略正面図。
【図１Ｃ】図１Ａの把持対象物とは別形状の把持対象物の把持時の前記ロボットハンドの概略側面図。
【図２Ａ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける把持動作の概要を示す説明図。
【図２Ｂ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける把持動作の概要を示す説明図。
【図２Ｃ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける把持動作の概要を示す説明図。
【図２Ｄ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける把持動作の概要を示す説明図。
【図２Ｅ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける把持動作の概要を示す説明図。
【図３Ａ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける、硬さが任意制御可能な、ＥＲ流体を用いた硬化部の概要を示す斜視図。
【図３Ｂ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける前記硬化部の概要を示す平面図。
【図３Ｃ】図３ＢのＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図。
【図４Ａ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける把持力出力部として、圧力流体として空気を用いた当接部の斜視図。
【図４Ｂ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける把持力出力部としての前記当接部の概略構成図。
【図５】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける指部の概要図。
【図６Ａ】本発明の前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドにおける、硬さが任意制御可能な、ＭＲ流体を用いた硬化部の概略平面図。
【図６Ｂ】図６ＡのＶＩ−ＶＩ線の断面図。
【図７Ａ】本発明の前記第１実施形態の別の変形例にかかるロボットハンドにおける、硬さが任意制御可能な、粘土を用いた硬化部の概略平面図。
【図７Ｂ】図７ＡのＶＩＩ−ＶＩＩ線の断面図。
【図８】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドの全体の構成を示す図。
【図９】本発明の前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドの全体の構成を示す図。
【図１０Ａ】前記第１実施形態にかかるロボットハンドの把持動作のフローチャート。
【図１０Ｂ】前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドの把持動作のフローチャート。
【図１０Ｃ】前記第１実施形態の別の変形例にかかるロボットハンドの把持動作のフローチャート。
【図１０Ｄ】前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドの把持動作のフローチャート。
【図１１Ａ】前記第１実施形態にかかるロボットハンドの開放動作のフローチャート。
【図１１Ｂ】前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドの開放動作のフローチャート。
【図１１Ｃ】前記第１実施形態の別の変形例にかかるロボットハンドの開放動作のフローチャート。
【図１１Ｄ】前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドの開放動作のフローチャート。
【図１２】前記第１実施形態にかかるロボットハンドの動作を実現するための制御構造を示すブロック図。
【図１３Ａ】前記第１実施形態にかかるロボットハンドが把持対象物へ接近したことを検知する接近検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１３Ｂ】図１３Ａの前記接近検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１３Ｃ】前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドが把持対象物へ接近したことを検知する接近検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１３Ｄ】図１３Ｃの前記接近検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１３Ｅ】前記第１実施形態の別の変形例にかかるロボットハンドが把持対象物へ接近したことを検知する接近検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１３Ｆ】図１３Ｅの前記接近検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１３Ｇ】前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドが把持対象物へ接近したことを検知する接近検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１３Ｈ】図１３Ｇの前記接近検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１４Ａ】前記第１実施形態にかかるロボットハンドがならい動作を完了したことを検知するならい動作検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１４Ｂ】図１４Ａの前記ならい動作検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１４Ｃ】前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドがならい動作を完了したことを検知するならい動作検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１４Ｄ】図１４Ｃの前記ならい動作検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１４Ｅ】前記第１実施形態の別の変形例にかかるロボットハンドがならい動作を完了したことを検知するならい動作検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１４Ｆ】図１４Ｅの前記ならい動作検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１５Ａ】前記第１実施形態にかかるロボットハンドが把持力発生を完了したことを検知する把持力検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１５Ｂ】図１５Ａの前記把持力検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１５Ｃ】前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドが把持力発生を完了したことを検知する把持力検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１５Ｄ】図１５Ｃの前記把持力検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１６Ａ】前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドの概略正面図。
【図１６Ｂ】図１６Ａの前記ロボットハンドの概略側面図。
【図１７Ａ】前記第１実施形態の別の変形例にかかるロボットハンドの概略正面図。
【図１７Ｂ】図１７Ａの前記ロボットハンドの概略側面図。
【図１８Ａ】前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドの概略正面図。
【図１８Ｂ】図１８Ａの前記ロボットハンドの概略側面図。
【図１９Ａ】前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドの概略正面図。
【図１９Ｂ】図１９Ａの前記ロボットハンドの概略側面図。
【図２０Ａ】前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドの概略正面図。
【図２０Ｂ】図２０Ａの前記ロボットハンドの概略側面図。
【図２１】本発明の前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドの当接部の斜視図。
【図２２】本発明の前記第１実施形態の別の変形例にかかるロボットハンドの当接部の斜視図。
【図２３】本発明の前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドの当接部の斜視図。
【図２４】本発明の前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドの当接部の斜視図。
【図２５Ａ】本発明の前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドの側面図。
【図２５Ｂ】図２５ＡのＢ−Ｂ線の概略断面図。
【図２６】第１従来例を示す図。
【図２７】第２従来例を示す図。
【符号の説明】
【０１３９】
１ 硬化部
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ シート状モジュール
２ 当接部
３ 指部
４ ベース部
４ａ 傾斜面
４ｂ 湾曲面
５ 把持対象物
６ マニピュレータ
７ ＥＲ流体
８ 絶縁シート
９ 正電極
１０ 負電極
１１ 外周薄膜
１２ 硬化部外周膜
１３ 電源線
１４ 電源
１５ 膨張部
１６ 非膨張部
１７ 空気流路となる空間
１８ 空気流路
１９ バルブ
２０ 空気ポンプ
２１ 非伸縮部
２２ 伸縮部
２３ 空気流路
２４ バルブ
２５ 空気ポンプ
３１ 磁性体シート
３２ 非磁性体シート
３３ 非磁性体シート
３４ ＭＲ流体
３５ 磁性体
３６ 電磁石
３７ 電磁石駆動電源
４１ 非透湿性シート
４２ 粘土
４３ 透湿性シート
４４ 空気流路となる空間
４５ 空気流路
４６ バルブ
４７ ドライエア投入用ポンプ
４８ 水蒸気投入用ポンプ
４９ 排気口
５１ 回転リンク
５２ ワイヤ
５３ 駆動部
５４ ワイヤ
５５ バネ
５６ ベース部
６１ 当接部
６２ 把持部
６３ 平行リンク
６４ ベース部
７１ 接触センサ
７２ 画像センサ
７２Ａ 画像処理部
７３ 測距センサ
７４ 力センサ
７５ 接触センサ
７６ 圧力計
７７ 画像センサ
７７Ａ 画像処理部
７８ 測距センサ
１００，１００Ａ ロボットハンド
１００ａ 指
１０１ マニピュレータ駆動部
１０２ 接近検知部
１０３ 接触検知部
１０４ ならい動作検知部
１０５ 把持力検知部
１０６ 総合制御部
１０７ マニピュレータ制御部
１０８ 制御部
１０９ ハンド制御部
１１０ 硬化完了検知部
１１１ 硬化部駆動部
１１２ 当接部駆動部
１１３ 指部駆動部
１２１ 硬化部制御部
１２２ 当接部制御部
１２３ 指部制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば工場又は家庭において人に代わり作業を行うための、多種多様な形状の把持対象物を把持することができるロボットハンド及びロボットハンドの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場用に用いられていたロボットハンドは、例えば、平行リンクにより平行を保った一対の平板で構成し、一対の平板で、把持対象物としての直方体形状の部材を把持するといったような、特定の形状の把持対象物を把持するロボットハンドが主であった。
【０００３】
しかしながら、そのようなロボットハンドには汎用性が無く、把持対象物が変更となったときにロボットハンドで把持対象物を正確に把持することができないため、新しい把持対象物に対応した別個のロボットハンドが必要となってしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、多種多様な形状の把持対象物を掴むことができるロボットハンドの実現が要求されているが、これを実現する技術として次のようなものがある。
【０００５】
例えば、従来の技術（第１従来例）として、ロボットハンドを人間の指と同等あるいはそれ以上の多自由度構成にすることにより、人間の手のような高い汎用性を実現する技術がある（特許文献１参照）。
【０００６】
この第１従来例の技術を図２６を用いて説明する。図２６は、第１従来例のロボットハンドを図示したものである。
【０００７】
回転リンク５１をそれぞれ直列につないで対向配置させることにより、対向する２本の指の構造を構成し、２本の指の構造の先端には、２本の指を閉じる力を伝えるワイヤ５２及び２本の指を開く力を伝えるワイヤ５４がそれぞれ接続されている。各ワイヤ５４は、ベース部５６に接続されたバネ５５により開く方向への力を常に出力しているため、２本の指構造は、指駆動部５３が駆動力を２本のワイヤ５２を介して伝えることによって２本の指により把持対象物５０の把持動作を行い、駆動力が出力されていないときは２本のバネ５５の力により２本の指による把持対象物５０の把持動作が解除される。
【０００８】
また、別の従来の技術（第２従来例）として、把持対象物６５と接触する部分が、把持対象物６５に押し付けられたときに把持対象物６５の外形に応じて変形することにより、高い汎用性を実現する、第２従来例の技術がある（特許文献２参照）。
【０００９】
第２従来例の技術の例を図２７を用いて説明する。図２７は第２従来例のロボットハンドを図示したものであり、マニピュレータ（図示せず）に接続されたベース部材６４に４本の平行リンク６３を介して一対の把持部６２が連結されており、一対の把持部６２は、平行を保ったまま、アクチュエータ（図示せず）によって閉じる（互いに接近する）ように駆動される。各把持部６２の、把持対象物６５と接触する当接部６１には、弾性膜あるいは弾性体が用いられており、把持部６２によって把持対象物６５に押し付けられることで、把持対象物６５の形状に応じて当接部６１が変形する。
【００１０】
【特許文献１】特公平４−６５０９号公報
【特許文献２】特開昭５９−２４９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、第１従来例においては、多自由度の実現のために、リンク５１などの機構部品が増加し、複雑な構造となる上に、把持対象物に応じて均一に把持力を出力するためには、多くの自由度を適切に制御しなければならないため、制御が非常に複雑なものになってしまう。
【００１２】
また、第２従来例においては、当接部６１の弾性が高いと、当接部６１の変形量が小さく汎用性が低くなり、当接部６１の弾性が低いと、当接部６１に外力が加わった際も当接部６１が大きく変形してしまい、把持対象物の把持動作が不安定になるため、第２従来例に示す従来技術のみでは高い汎用性が実現できず、第１従来例との組み合わせを行う必要があるが、その場合は、第１従来例と同様に、構造が複雑になり、かつ、制御が複雑なものとなってしまう。
【００１３】
本発明の目的は、前記従来の課題を解決するもので、単純な構造でかつ単純な制御で多種多様な形状の把持対象物を把持することを可能としたロボットハンド及びロボットハンドの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１５】
本発明の第１態様によれば、ベース部と、
対向して配置されかつそれぞれ屈曲可能に前記ベース部に配置された複数の指部と、
前記複数の指部のうちの少なくとも一方の指部の把持対象物の把持側の面に配置されて、前記一方の指部に従って屈曲可能な低剛性状態と、前記低剛性状態から硬化することにより前記低剛性状態よりも剛性が高くかつ屈曲した状態で屈曲形状保持可能な高剛性状態との間で可逆的に移行可能な剛性付与部と、
前記剛性付与部の前記把持対象物の把持側の面に配置され、前記把持対象物に接触可能でかつ膨張可能でかつ前記把持対象物から離間するように収縮可能な当接部とを備えることを特徴とするロボットハンドを提供する。
【００１６】
本発明の第２態様によれば、前記剛性付与部は、前記指部の可動点の全てを覆うように配置されている、第１の態様に記載のロボットハンドを提供する。
【００１７】
本発明の第３態様によれば、前記当接部は、前記指部の可動点の全てを覆うように配置されている、第１又は２の態様に記載のロボットハンドを提供する。
【００１８】
本発明の第４態様によれば、前記複数の指部のそれぞれが、前記剛性付与部と前記当接部とを有する、第１〜３のいずれか１つの態様に記載のロボットハンドを提供する。
【００１９】
本発明の第５態様によれば、前記剛性付与部は、形状を保持したまま、硬さを前記低剛性状態と前記高剛性状態との間で可逆的に制御可能な材料として、ビンガム流体又は機能性流体を用いることを特徴とする第１〜４のいずれか１つの態様に記載のロボットハンドを提供する。
【００２０】
本発明の第６態様によれば、前記剛性付与部は、ＥＲ流体又はＥＲゲルを用いて、形状を保持したまま硬さを前記低剛性状態と前記高剛性状態との間で可逆的に制御することが可能な硬化部であり、
前記硬化部は、絶縁性の薄膜体内に一対の電極を対向して配置し、前記薄膜体内で絶縁用スペーサを前記一対の電極間に配置し、前記薄膜体内の前記電極間の空間に前記ＥＲ流体又はＥＲゲルを封入したシート状構造で構成するとともに、前記シート状構造を複数層積層して構成していることを特徴とする第１〜４のいずれか１つの態様に記載のロボットハンドを提供する。
【００２１】
本発明の第７態様によれば、前記剛性付与部は、ＭＲ流体を用いて、形状を保持したまま硬さを前記低剛性状態と前記高剛性状態との間で可逆的かつ任意に制御することが可能な硬化部であり、前記硬化部は、一対の磁性体部材を対向して配置し、前記磁性体部材の各一端同士を電磁石を介して接続することによって、前記磁性体部材間に封入した前記ＭＲ流体内に磁界を発生させるように構成していることを特徴とする第１〜４のいずれか１つの態様に記載のロボットハンドを提供する。
【００２２】
本発明の第８態様によれば、前記剛性付与部は、ビンガム流体である乾燥硬化性を持つ粘土を用いて、形状を保持したまま硬さを前記低剛性状態と前記高剛性状態との間で可逆的に制御することが可能な硬化部で構成し、前記硬化部は、対向して配置した非透湿性フィルムと透湿性フィルムとの間に前記粘土を配置したシート状モジュールを、前記非透湿性フィルムが外側になるように前記透湿性フィルム同士を向かい合わせるよう配置して中空のシート状に構成し、前記対向した透湿性フィルム間にあるシート中空の空間に水蒸気又はドライエアを通過させて前記低剛性状態又は前記高剛性状態となるように制御することを特徴とする第１〜４のいずれか１つの態様に記載のロボットハンドを提供する。
【００２３】
本発明の第９態様によれば、第１〜８のいずれか１つの態様に記載の前記ロボットハンドの動作を制御するロボットハンドの制御装置にして、
把持動作において、まず、前記剛性付与部が前記低剛性状態へ軟化するように制御され、
その後、前記指部の屈曲動作によって前記把持対象物の外面に前記当接部が押し付けられることで前記指部及び前記硬化部とともに前記当接部が受動的に変形され、
変形後に前記変形した状態を保持しつつ前記剛性付与部が前記高剛性状態へ硬化するように制御され、
硬化後に前記当接部が膨張することにより前記把持対象物と硬化部の間に把持力を発生させて前記把持対象物の把持を前記ロボットハンドで行う、ロボットハンドの制御装置を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
以上のようなロボットハンド及びロボットハンドの制御装置によれば、回転連結部が不要になることによる部品点数の減少と、ハンド形状の制御がアクチュエータの位置制御ではなく硬化部の硬さ制御により実現できることから、単純な構造かつ簡単な制御によって多種多様な形状の把持対象物を把持することができるロボットハンドを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明を行う。
【００２６】
まず、図１Ａ及び図１Ｂにおいて本発明の第１実施形態のロボットハンドの構造の概要を説明した後、図２Ａ〜図２Ｅにおいて第１実施形態のロボットハンドにかかる把持動作の概要を説明し、図３Ａから図７Ａ及び図７Ｂにおいてロボットハンドの硬化部、当接部、及び、指部についての詳細な説明を行う。
【００２７】
第１実施形態のロボットハンドの構造を図１Ａ〜図１Ｃを用いて説明する。
【００２８】
図１Ａは第１実施形態のロボットハンドの概略側面図、図１Ｂはロボットハンドの概略正面図、図１Ｃは図１Ａの把持対象物とは別形状の把持対象物の把持時のロボットハンドの概略側面図である。
【００２９】
第１実施形態のロボットハンドは、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、剛性付与部の一例としての３個の硬化部１と、３個の当接部２と、３本の指部３と、ロボットハンドベース部４とによって構成され、ベース部４を介してマニピュレータ６に接続されており、マニピュレータ６によって、把持対象物５に対してロボットハンドの３本の指部３が位置決めされ、ロボットハンドによって把持対象物５の把持を行う。３本の指部３は、例えば、上側に２本の指部３と当接部２と硬化部１とで構成される指１００ａが配置され、上側に２本の指部３の間の下方に、下側の１本の指部３が配置されている。
【００３０】
各硬化部１は、各指部３の内側の表面（把持対象物５に対向する表面）を連続的に覆うように細長い板状に配置され、各硬化部１の一端をベース部４に固定するように配置され、各硬化部１の他端は各指部３の先端側で開放されており、硬化部１が配置された指部３と硬化部１との相対位置関係を変化させることができるよう配置されている。各硬化部１は、硬さを可逆的に制御することができる材料で構成されており、各硬化部１はその形状を保持したまま硬さを変化させることができる。言い換えれば、硬化部１は、指部３に従って屈曲可能な低剛性状態と、前記低剛性状態から硬化することにより前記低剛性状態よりも剛性が高くかつ屈曲した状態で屈曲形状保持可能な高剛性状態との間で可逆的に移行可能に構成されている。各硬化部１のそのような材料の例としては、ＥＲ（Electrorheological）流体、ＥＲゲル、若しくは、ＭＲ（Magnetorheological）流体といった機能性流体、又は、ビンガム流体の中でも乾燥硬化性を持った粘土などの材料がある。これらの材料の詳細については後述する。各硬化部１を前述のように配置することによって、各硬化部１が硬化することで、把持力及び外力を各硬化部１の剛性で支持することができる。
【００３１】
また、各硬化部１は、ベース部４から離れるほど厚みが減少するように構成されている。各硬化部１において、ベース部４に固定された各硬化部１の根元部から先端部までの間の厚みは、根元部及び先端部の厚みを基準とし、ベース部４からの距離に応じて２次関数的に減少するようにして得られる厚みが最低限確保されていれば、根元部から先端部までの厚みがどのように変化しても構わないが、重量の観点から、ベース部４からの距離に応じて２次関数的に厚みが減少するような構造を用いる。このように、各硬化部１の根元部の厚みを先端部よりも厚くすることによって、把持力によるモーメントを各硬化部１で安定して支持することが可能となる。
【００３２】
各当接部２は、圧力流体を注入可能な中空部材で構成され、各硬化部１の内側の表面（把持対象物５に接触可能な表面）に配置されており、各硬化部１が把持対象物５の外形にならって硬化した後に、当接部２内に圧力流体を注入することで当接部２を把持対象物５と硬化部１の間で膨張させて、当接部２の内部圧力で、ロボットハンド全体の把持力を発生させるように構成している。
【００３３】
各指部３は、内側材料と外側材料とが伸縮率の点で異なりかつ空気を注入可能な中空部材で構成され、各指部３の根元部はベース部４にそれぞれ取り付けられており、各指部３内に空気を注入することにより、指部内側材料の伸縮率と外側材料の伸縮率の違いから、屈曲動作を実現する構造となっている。各指部３は、硬化部１と当接部２を同時に駆動できるよう、硬化部１と当接部２の最外面に配置されている。
【００３４】
このような構成にかかるロボットハンドで、把持対象物５の一例として円柱部材を把持した状態を図１Ａ及び図１Ｂに示している。これらの図では、各当接部２及び各硬化部１が円柱部材の外周円弧に沿うように円弧形状に変形及び硬化している。また、前記ロボットハンドで、把持対象物５の別の例として断面が多角形の柱部材を把持した状態を図１Ｃに示している。この図では、各当接部２及び各硬化部１が多角形の柱部材の外面に沿うように折り曲げられた形状に変形及び硬化している。
【００３５】
以下、第１実施形態におけるロボットハンドの把持動作の概要を図２Ａ〜図２Ｅを用いて説明する。
【００３６】
図２Ａ〜図２Ｅは第１実施形態におけるロボットハンドの把持動作の一連の流れを図示したものである。
【００３７】
まず、図２Ａから図２Ｂに示すように、３本の指部３を開いた状態で、マニピュレータ６により、円柱状の把持対象物５へロボットハンド１００の中心部（例えばベース部４）を近づける。
【００３８】
続いて、把持対象物５にロボットハンド１００の中心部（例えばベース部４）が接近したのち（すなわち、接近動作の完了検知後）、図２Ｂから図２Ｃに示すように、３本の指部３（図２Ｃのハッチング部分を参照。）を駆動することにより、各指部３の硬化部１及び当接部２を把持対象物５の外周へと近づける。
【００３９】
続いて、各指部３を把持対象物５の外周へ沿わせたのち（すなわち、ならい動作の完了検知後）、図２Ｃから図２Ｄに示すように、各指部３の硬化部１（図２Ｄのハッチング部分を参照。）を硬化させて、各硬化部１を把持対象物５の外周へ沿わせる。具体的な硬化方法については、後述する。
【００４０】
最後に、図２Ｄから図２Ｅに示すように、各指部３の硬化部１の硬化後に各当接部２を膨張させることにより、把持対象物５と各硬化部１の間に、各当接部２の内部圧力によって把持力を発生させる。各当接部２の膨張が完了したのち（すなわち、把持力発生完了検知後）、把持対象物５に対するロボットハンド１００の把持動作を完了させる。
【００４１】
逆に、把持対象物５に対するロボットハンド１００の把持動作を解除するときは、例えば、前記動作の逆を行えばよい。
【００４２】
すなわち、まず、図２Ｅから図２Ｄに示すように、各当接部２を収縮させることにより、把持対象物５と各硬化部１の間に、各当接部２の内部圧力により発生した把持力を解除させ、把持対象物５に対するロボットハンド１００の把持動作を解除させる。
【００４３】
次いで、図２Ｄから図２Ｃに示すように、各指部３の硬化部１（図２Ｄのハッチング部分を参照。）を軟化させて、各硬化部１を把持対象物５の外周から離す。具体的な軟化方法については、後述する。
【００４４】
次いで、図２Ｃから図２Ｂに示すように、３本の指部３（図２Ｃのハッチング部分を参照。）を前記把持動作とは逆に駆動することにより、各指部３の硬化部１及び当接部２を把持対象物５の外周から離す。
【００４５】
次いで、図２Ｂから図２Ａに示すように、３本の指部３を開いた状態で、マニピュレータ６により、把持対象物５からロボットハンド１００の中心部（例えばベース部４）を離す。
【００４６】
次に、前記した把持動作及び把持解除動作（開放動作）を実行させるため、硬さが可逆的かつ任意に制御可能な硬化部１について図３Ａ〜図３Ｃ、図６Ａ及び図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂを用いて、詳細に説明する。
【００４７】
硬さが可逆的かつ任意に制御可能な硬化部１を構成する材料として、ビンガム流体挙動を示す機能性流体であるＥＲ流体、ＥＲゲル、若しくは、ＭＲ流体、又は、ビンガム流体の一種である粘土などを用いることができる。
【００４８】
ＥＲ流体若しくはＥＲゲルは、印加された電界の強さに応じて硬さが変化する材料であり、ＭＲ流体は、印加された磁界の強さに応じて硬さが変化する材料である。また、粘土は、乾燥硬化性を持ち、含水率によって硬さが変化する材料である。
【００４９】
ＥＲ流体若しくはＥＲゲルを用いた硬化部１は、磁力の影響を把持対象物に与えず、ドライエア等の特別なインフラも必要ないため、汎用的に用いることができる点で特徴がある。一方、ＭＲ流体若しくは粘土は、一般に、ＥＲ流体若しくはＥＲゲルよりも降伏点が高い特徴があるため、把持対象物又はロボットハンドの利用環境によっては、ＥＲ流体若しくはＥＲゲルを用いた硬化部１よりも、サイズ及び重量の面でメリットがある。例えば、非磁性体の把持のような磁力の影響を受けない対象の場合は、ＭＲ流体を用いたモジュールが好ましい一方、工場内等、ドライエア又は水蒸気のインフラストラクチャー（言い換えれば、ドライエア又は水蒸気の供給施設）が整った環境においては、粘土を用いたモジュールが好ましい。
【００５０】
以下、より具体的に、硬化部１について説明する。
【００５１】
まず、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、ＥＲ流体を用いた硬化部１の概略斜視図、平面図、図３ＢのＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。
【００５２】
硬化部１は、シート状構造のモジュール１Ａを複数個積層して剛性を向上させ、その積層構造を外周膜１２で覆った構造となっており、シート状モジュール１Ａは、絶縁性の薄膜体１１を袋状にし、その内部に正電極９と負電極１０とが、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように貫通穴８ａを所定間隔で形成するように穴加工された絶縁シート８を挟むようにして、かつ、絶縁用スペーサとして機能する絶縁シート８の貫通穴８ａを避けて、接着配置され、残りの内部空間には、ＥＲ流体７が封入されている。また、シート状モジュール１Ａの厚みの変化による内部電界強さの変化を抑制するため、正電極９及び負電極１０は薄膜体１１にもそれぞれ接着固定されている。そして、正電極９及び負電極１０には、外部に配置された電源１４より、電源線１３を介して電圧が印加され、ＥＲ流体７が硬化することによってシート状モジュール１Ａが硬化する。逆に、正電極９及び負電極１０に対する電源１４からの電圧印加が除去されると、ＥＲ流体７が軟化することによってシート状モジュール１Ａが軟化する。
【００５３】
次に、図６Ａ及び図６Ｂは、第１実施形態の変形例として、ＭＲ流体を用いた硬化部１の概略平面図及び図６ＡのＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【００５４】
硬化部１のシート状モジュール１Ｂは、例えば鉄などの磁性体粉末をシート材の混入させた透磁率の高い磁性体部材の一例としての一対の磁性体シート３１と、一対の磁性体シート３１の側端部同士を連結するゴムシートのような非磁性体シート３２とによってなる袋状構造となっており、一対の磁性体シート３１同士は対向するように配置されている。ここで、透磁率の高い磁性体部材とは、磁性体シート３１と接触する硬化部１以外の部材（ベース部４，指部３，当接部２）を構成する材料の１０倍以上の透磁率がある磁性体部材のことを意味する。
【００５５】
シート状モジュール１Ｂの内部には、磁性体シート３１同士の接触を防ぐための非磁性体による貫通穴３３ａの穴加工を行った非磁性体シート３３が配置され、シート状モジュール１Ｂの内部には、ＭＲ流体３４が封入されている。
【００５６】
磁性体シート３１は、磁性体３５と電磁石３６とを介して接続されており、電磁石３６が電磁石駆動電源３７により動作する（言い換えれば、通電されると、又は、通電電流を大きくする）と、対向した磁性体シート３１間に磁界が発生し又は大きくなり、ＭＲ流体３４内に磁界が発生し又は大きくなり、ＭＲ流体３４が硬化することによってシート状モジュール１Ｂが硬化する。逆に、電磁石３６が電磁石駆動電源３７により非動作する（言い換えれば、非通電にされると、又は、通電電流を小さくする）と、対向した磁性体シート３１間の磁界が消失又は小さくなり、ＭＲ流体３４内に磁界が消失又は小さくなり、ＭＲ流体３４が軟化することによってシート状モジュール１Ｂが軟化する。
【００５７】
次に、図７Ａ及び図７Ｂは、第１実施形態の別の変形例として、粘土を用いた硬化部１の概略平面図及び図７ＡのＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【００５８】
硬化部１のシート状モジュール１Ｃは、例えば建築材に用いられる非透湿性フィルム４１と透湿性フィルム４３との間に粘土４２を配置し、シート状モジュール１Ｃの中央部には空気流路となる空間４４が存在し、空間４４には、その一端に空気流路４５が接続され、その他端に排気口４９が接続されている。
【００５９】
シート状モジュール１Ｃには、空気流路４５を介して、ドライエア用バルブ４６Ａと、ドライエアを流入させるドライエア用ポンプ４７と、水蒸気用バルブ４６Ｂと、水蒸気を流入させるための水蒸気用ポンプ４８とが接続されており、ドライエア用バルブ４６Ａと水蒸気用バルブ４６Ｂとをそれぞれ適宜開閉制御して、ドライエア又は水蒸気又はその両方を流すことによって、透湿性フィルム４３を介して、粘土４２の含水率を変化させ、粘土４２の硬さを制御する。例えば、ドライエア用ポンプ４７からドライエアを供給することにより、透湿性フィルム４３を介して粘土４２の含水率を低下させて粘土４２を硬くする一方、水蒸気用ポンプ４８から水蒸気を供給することにより、透湿性フィルム４３を介して粘土４２の含水率を増加させて粘土４２を柔らかくすることができる。
【００６０】
例えば、把持対象物５の一例として１００ｇのペットボトル状の物体を３本の指部３で把持する場合、各指部３に取り付けられるＥＲ流体７を用いる硬化部１の具体的な例としては、全体として幅３０ｍｍ、長さ１００ｍｍ程度の大きさの積層構造で、硬化部１の根元部の厚みは３０ｍｍ、硬化部１の先端部の厚みは１０ｍｍ程度で、根元部と先端部との間は根元部からの距離に応じて２次関数的に減少するような構造である。単一のシート状モジュール１Ａとしては、厚さ０．１ｍｍの絶縁シート８を用いた厚さ０．５ｍｍのシート状モジュール１Ａに１ｋｖの電圧を電源１４から付加することで、２ｋｖ／ｍｍの電界を発生させる構造であればよい。内部に用いるＥＲ流体７は、２ｋｖ／ｍｍの電界付加時に２０ｋｐａ以上の降伏応力が得られるＥＲ流体を用いる。
【００６１】
一方、硬化部１と把持対象物５との間に把持力を発生させる当接部２について、図４Ａ及び図４Ｂを用いて、詳細に説明する。
【００６２】
当接部２において、硬化した硬化部１と把持対象物５との間に把持力を発生させる機構として、圧力流体を用いた袋状構造を用いることができる。圧力流体の一例として空気を用いることで、軽量なロボットハンド１００を実現することができる。一方で、ロボットハンドに強い把持力が要求される場合には、圧縮率が低く高圧での利用が容易な液体を、圧力流体として用いるのが好ましい。このような液体の一例としては水がある。
【００６３】
図４Ａ、図４Ｂは、圧力流体として空気を用いた当接部２の斜視図及び概略構成図である。
【００６４】
各当接部２は、ゴムなど延性の大きな材料で構成される例えば複数の中空円形の膨張部１５と、ビニールなど延性の小さな材料で構成される非膨張部１６とにより構成されており、非膨張部１６の内部には、各膨張部１５と連結される空気流路となる空間１７が確保されている。空間１７に、当接部２の外部に配置された空気ポンプ２０から、バルブ１９と空気流路１８とを介して、空気を注入することにより、各膨張部１５が膨張して内部圧力によって把持力を発生させることができる。逆に、空気ポンプ２０を停止して、バルブ１９から空間１７内の空気を排出して各膨張部１５を収縮させると、内部圧力が低下して把持力を解除することができる。
【００６５】
把持対象物５の一例として１００ｇのペットボトル状の物体を３本の指部３で把持する場合、各当接部２は、前述の硬化部１の表面と同じ大きさで、全体として幅３０ｍｍ、長さ１００ｍｍ程度のシート状になっており、大気圧の空気を当接部２に注入することで、ペットボトル状の物体の把持に十分な把持力を発生させることができる。
【００６６】
さらに、硬化部１及び当接部２を駆動する各指部３について、図５を用いて詳細に説明する。
【００６７】
各指部３においては、多自由度を持つ従来のハンドを用いることができる。特に、空気駆動方式のロボットハンド１００は、ロボットハンド１００の軽量化を図ることができる。
【００６８】
図５は、空気駆動により指を屈曲させる指部３の概略図である。
【００６９】
指部３は、ゴムなど伸縮性の大きな材料により構成されかつ外側に配置される伸縮部２２と、例えばビニールといった、伸縮部２２と比べて伸縮性の小さな材料により構成されかつ伸縮部２２より内側に配置される非伸縮部２１とで構成される筒状の構造となっている。
【００７０】
筒状の構造内の空間２６には、空気ポンプ２５から、バルブ２４と空気流路２３とを介して空気を注入することにより、内側の非伸縮部２１と外側の伸縮部２２との伸び易さの違から、筒状構造は屈曲するように駆動される。逆に、空気ポンプ２５を停止しバルブ２４から空間２６内の空気を排出させると、筒状構造は元の非屈曲状態に戻るような剛性を非伸縮部２１と伸縮部２２とが有するように構成している。
【００７１】
把持対象物５の一例として１００ｇのペットボトル上の物体を３本の指部３で把持する場合、指部３は前述の硬化部１と当接部２とが取り付け可能な大きさであればよく、全体として幅３０ｍｍ、長さ１１０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ程度でよい。注入する空気は、当接部２と同じく、大気圧の空気を用いる。
【００７２】
図１２は、前記ロボットハンド１００の動作を実現するための制御部などの制御ブロック図である。
【００７３】
制御部（制御装置）１０８は、ロボットハンド１００の動作全般を総合的に制御する総合制御部１０６と、マニピュレータ制御部１０７とハンド制御部１０９と、硬化部制御部１２１と当接部制御部１２２と指部制御部１２３とを有している。
【００７４】
総合制御部１０６は、マニピュレータ制御部１０７とハンド制御部１０９とに接続されている。マニピュレータ制御部１０７は、マニピュレータ６を駆動するマニピュレータ駆動部１０１を駆動制御する。ハンド制御部１０９は、ロボットハンド１００の把持動作を制御するものであり、硬化部制御部１２１と当接部制御部１２２と指部制御部１２３とに接続されている。
【００７５】
硬化部制御部１２１は、各硬化部１を駆動する硬化部駆動部１１１を駆動制御する。具体的には、硬化部制御部１２１は、硬化部駆動部１１１として、電源１４と、その電源１４のオンオフを切り替えるスイッチ１４ａの開閉とを制御するか、又は、スイッチ１４ａの開閉のみを制御する。当接部制御部１２２は、各当接部２を駆動する当接部駆動部１１２を駆動制御する。具体的には、当接部制御部１２２は、当接部駆動部１１２として、空気ポンプ２０の駆動とバルブ１９の開閉とを制御する。指部制御部１２３は、各指部３を駆動する指部駆動部１１３を駆動制御する。具体的には、指部制御部１２３は、指部駆動部１１３として、空気ポンプ２５の駆動とバルブ２４の開閉とを制御する。
【００７６】
また、総合制御部１０６は、接近検知部１０２と、接触検知部１０３と、ならい動作検知部１０４と、把持力検知部１０５と、硬化完了検知部１１０とのそれぞれの動作を制御するとともに、各検知部からの検知情報が総合制御部１０６に入力される。
【００７７】
接触検知部１０３は、一例として、接触センサであり、接近検知部１０２として接触センサを使用した場合、又は、ならい動作検知部１０４として接触センサを使用した場合に相当するものであり、接近検知部１０２又はならい動作検知部１０４としても機能するものである。
【００７８】
接近検知部１０２は、図２Ｂに示すように、把持対象物５へロボットハンド１００が接近するとき、把持対象物５へのロボットハンド１００の接近動作（例えば、接触動作、又は、所定距離以内に接近する動作）が完了したか否かを検知するものであり、後述する「接近動作の完了検知」ステップを実行するときに使用するものである。この接近検知部１０２について図１３Ａ〜図１３Ｈを用いて説明する。
【００７９】
接近検知部１０２の一例として、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、ハンドベース部４あるいは当接部２に接触センサ７１を配置し、接触センサ７１からの接触検知信号によりベース部４あるいは当接部２への把持対象物５の接触を検知して、図２Ｂでの接近動作の完了を検知することができる。より詳細には、図１３Ａ及び図１３Ｂには、接触センサ７１を、ハンドベース部４の中央部と、各当接部２の先端部付近とに配置した状態を示している。この接触センサ７１は、後述する「ならい動作の完了検知」ステップを行う、ならい動作検知部１０４としても用いる事ができるため、接近動作の完了検知とならい動作の完了検知とを１つのセンサで兼用させることができ、全体としてセンサの数を少なくすることができる。
【００８０】
また、接近検知部１０２の別の例として、図１３Ｃ及び図１３Ｄに示すように、ハンドベース部４に設けた画像センサ７２と、画像センサ７２が取得した画像を背景差分手法などの公知の画像処理で処理する画像処理部７２Ａとより構成し、画像センサ７２が取得した画像を画像処理部７２Ａにより画像処理して、把持対象物５へのロボットハンド１００の接近動作の完了検知を行うこともできる。また、画像センサ７２をロボットハンド１００の外部に設けることにより、接近動作の完了検知を行うこともできる（図１３Ｅ及び図１３Ｆ参照）。このような構成にすれば、特に、マニピュレータ６の運動制御に画像センサ７２を用いている場合、そのセンサ情報から接近動作の完了検知を行うことができるため、ロボットハンド１００へセンサを搭載する必要がなく、センサの削減によりロボットハンド１００の軽量化を図ることができる。
【００８１】
また、接近検知部１０２のさらに別の例として、ロボットハンド１００に測距センサ７３を搭載し、測距センサ７３で検知されたロボットハンド１００と把持対象物５との距離データより、接近動作の完了検知を行うこともできる（図１３Ｇ及び図１３Ｈ参照）。接触によらずに、測距センサ７３で検知した距離データにより接近動作の完了検知を行うことで、マニピュレータ６の位置決め精度が悪い等、ロボットハンド１００を把持対象物５に接触させるのが困難な場合であっても、効率良く接近動作の完了検知を行うことができる。
【００８２】
また、ならい動作検知部１０４は、図２Ｃに示すように、各指部３を把持対象物５の外周へ沿わせる、いわゆる、ならい動作が完了したか否かを検知するものであり、後述する「ならい動作の完了検知」ステップを実行するときに使用するものである。このならい動作検知部１０４について図１４Ａ〜図１４Ｆを用いて説明する。
【００８３】
ならい動作検知部１０４の一例として、各当接部２の長手方向に間隔をあけて複数個の接触センサ７５を設置し、全ての接触センサ７５の接触検知をもって、ならい動作の完了を検知する方法がある（図１４Ａ及び図１４Ｂ参照）。このような構成によれば、ならい動作の完了検知を確実に行える上、接近動作完了検知ステップにも、同じセンサを接近検知部１０２として機能させて、そのセンサで取得したデータを利用できるため、センサ数の削減によりロボットハンドの軽量化を図ることができる。
【００８４】
また、ならい動作検知部１０４の別の例として、ロボットハンド１００の外部に設けた画像センサ７７と、画像センサ７７が取得した画像を背景差分手法などの公知の画像処理で処理する画像処理部７７Ａとより構成し、画像センサ７７が取得した画像を画像処理部７７により画像処理して、各指部３を把持対象物５の外周へ沿わせたことを検知して、ならい動作の完了を検知することもできる。ここのような構成によれば、接近動作完了検知ステップと同様、センサ削減によりロボットハンド１００の軽量化を図ることができる（図１４Ｃ及び図１４Ｄ参照）。
【００８５】
また、ならい動作検知部１０４のさらに別の例として、各当接部２の長手方向に間隔をあけて複数の測距センサ７８を配置することにより、測距センサ７８で検知した距離データが０となる点を把持対象物５とロボットハンド１００との接触と検知するようにしている。よって、各測距センサ７８からの距離データが０となることにより、ならい動作の完了を検知するならい動作検知部１０４として機能させることができる（図１４Ｅ及び図１４Ｆ参照）。
【００８６】
また、把持力検知部１０５は、図２Ｅに示すように、把持対象物５と硬化部１の間に、当接部２の内部圧力によって把持力を発生させる、把持力発生動作が完了したか否かを検知するものであり、後述する「把持力発生完了の検知」ステップを実行するときに使用するものである。この把持力検知部１０５について図１５Ａ〜図１５Ｄを用いて説明する。
【００８７】
把持力検知部１０５の一例として、各当接部２の表面に圧力センサあるいは力センサ７４を設置し、圧力センサあるいは力センサ７４で検知される力と把持対象物５に応じて設定した目標値との比較によって（制御部での比較によって）、把持力発生完了の検知を実現することできる。このような構成によれば、各当接部２の表面に発生する力を直接的に測定することにより、把持力の細かな調整などの制御にも、圧力センサあるいは力センサ７４で検知されるデータを用いることができる（図１５Ａ及び図１５Ｂ参照）。
【００８８】
また、把持力検知部１０５の別の例として、各当接部２の駆動源である空気ポンプ２５に接続された空気流路１８にバルブ７６ａを介して接続されて空気流路１８で供給される圧力流体の圧力を圧力計７６により測定するように構成し、圧力計７６で検知された値とあらかじめ設定した閾値との比較によって（制御部での比較によって）、把持力発生完了の検知を実現することができる。力の測定を直接行わないため、測定精度は低下するものの、圧力測定装置の一例としての圧力計７６を駆動源の近辺に配置することができるため、ロボットハンド１００へのセンサ追加は必要なく、ロボットハンド１００の軽量化を図ることができる（図１５Ｃ及び図１５Ｄ参照）。
【００８９】
また、硬化完了検知部１１０は、硬化部１の硬化を開始してから硬化部１の硬化にかかる時間を予め測定しておき、硬化部１の硬化開始後の経過時間が前記測定時間に達することによって、硬化完了とみなす手段で構成することができる。各硬化部１に力を加えて各硬化部１の変位を測るなどの変位測定装置で硬化完了検知部１１０を構成することもできるが、このような変位測定装置と比べて、前記手段では、センサ等の追加なく実現することができて、ロボットハンド１００の軽量化を図ることができる。
【００９０】
ロボットハンド１００の全体の構成としては、図８に示すような構造を採ることができる。図８に示すように、各指部３が駆動源をそれぞれ独立して持つ構成とすることにより、各指部３をそれぞれ独立に制御することが可能となり、特定の指部３の指先（例えば、１本又は２本の指部の指先）で物体を操るといった、把持動作以外の動作も実現可能となる。
【００９１】
また、前記第１実施形態の変形例として、図９に示すように、各指部３の駆動源を１つの共通の駆動源で構成することにより、全体構造の単純化及び部品数の減少を図ることができる。
【００９２】
前記したロボットハンド１００の把持動作及び把持解除動作について、以下、詳細に説明する。
【００９３】
ロボットハンド１００の把持動作は、制御部１０８の制御の下に、図２Ａ〜図２Ｅ及び図１０Ａに示すように実現される。
【００９４】
まず、ステップＳ１では、各硬化部１を柔らかい状態にする（図２Ａ参照）。すなわち、硬化部１について、図３Ａ及び図３Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂにて説明したように、各硬化部１の各シート状モジュール１Ａを軟化させる。例えば、各硬化部１にＥＲ流体７を使用する場合には、硬化部制御部１２１の制御により、図３Ｂの正電極９及び負電極１０に対する電源１４からの電圧印加を除去して（例えば、スイッチ１４ａをオフにして）、ＥＲ流体７を軟化させて各硬化部１の各シート状モジュール１Ａを軟化させる。
【００９５】
次いで、ステップＳ２では、各当接部２を収縮させる（図２Ａ参照）。すなわち、当接部制御部１２２の制御により、図４Ｂの空気ポンプ２０を停止して、バルブ１９から各当接部２の空間１７内の空気を排出して各当接部２の各膨張部１５を収縮させ、各当接部２の内部圧力を低下させる。
【００９６】
次いで、ステップＳ３では、全ての指部３を開く（図２Ｂ参照）。すなわち、指部制御部１２３の制御により、図５の空気ポンプ２５を停止して、バルブ２４から空間２６内の空気を排出させ、各指部３を非屈曲状態に戻るようにする。
【００９７】
次いで、ステップＳ４では、ロボットハンド１００を把持対象物５に接近させる（図２Ｂ参照）。すなわち、３本の指部３を開いた状態で、マニピュレータ駆動部１０１の駆動で、マニピュレータ６を介して、全ての指部３が開いた状態のロボットハンド１００の中心部（例えばベース部４）を把持対象物５へ近づける。
【００９８】
次いで、ステップＳ５では、ロボットハンド１００の把持対象物５に対する接近動作が完了したか否かを、接近検知部１０２で判断する（図２Ｂ参照）。すなわち、図１３Ａ〜図１３Ｈに示すように、接近検知部１０２で、ロボットハンド１００の把持対象物５に対する接触動作、又は、ロボットハンド１００が把持対象物５に対して所定距離以内に接近する動作が完了したか否かを検知する。接近検知部１０２からの検知情報を基に制御部１０８で、ロボットハンド１００の把持対象物５に対する接近動作が完了していないと判断する場合には、このステップＳ５を繰り返す。一方、接近検知部１０２からの検知情報を基に制御部１０８で、ロボットハンド１００の把持対象物５に対する接近動作が完了したと判断する場合には、次のステップＳ６に進む。
【００９９】
ステップＳ６では、各指部３を閉じる（図２Ｃ参照）。すなわち、指部制御部１２３の制御により、図５の空気ポンプ２５を駆動して、バルブ２４を介して空間２６内に空気を供給し、各指部３を屈曲状態にして、把持対象物５を全ての指部３で囲むようにする。
【０１００】
次いで、ステップＳ７では、ならい動作が完了したか否かを、ならい動作検知部１０４で判断する（図２Ｃ参照）。すなわち、図１４Ａ〜図１４Ｆに示すように、各指部３を把持対象物５の外周へ沿わせる、いわゆる、ならい動作が完了したか否かを、ならい動作検知部１０４で検知する。ならい動作検知部１０４からの検知情報を基に制御部１０８で、ならい動作が完了していないと判断する場合には、ステップＳ６に戻る。一方、ならい動作検知部１０４からの検知情報を基に制御部１０８で、ならい動作が完了したと判断する場合には、次のステップＳ８に進む。
【０１０１】
ステップＳ８では、図３Ａ及び図３Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂ、又は、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、各硬化部１を硬い状態にする（図２Ｄ参照）。すなわち、例えば、各硬化部１にＥＲ流体７を使用する場合には、硬化部制御部１２１の制御により、図３Ｂの正電極９及び負電極１０に対する電源１４からの電圧を印加して（例えば、スイッチ１４ａをオンにして）、ＥＲ流体７を硬化させて各硬化部１の各シート状モジュール１Ａを硬化させる。
【０１０２】
次いで、ステップＳ９では、各硬化部１の硬化が完了したか否かを硬化完了検知部１１０で判断する（図２Ｄ参照）。すなわち、硬化完了検知部１１０で各硬化部１の硬化が完了したか否かを検知する。硬化完了検知部１１０からの検知情報を基に制御部１０８で、各硬化部１の硬化が完了していないと判断する場合には、ステップＳ８に戻る。硬化完了検知部１１０からの検知情報を基に制御部１０８で、各硬化部１の硬化が完了したと判断する場合には、次のステップＳ１０に進む。
【０１０３】
ステップＳ１０では、各当接部２を膨張させる（図２Ｅ参照）。すなわち、当接部制御部１２２の制御により、図４Ｂの空気ポンプ２０を駆動して、バルブ１９を介して各当接部２の空間１７内に空気を供給して各当接部２の各膨張部１５を膨張させ、各当接部２の内部圧力を増加させる。
【０１０４】
次いで、ステップＳ１１では、把持力の発生動作が完了したか否かを把持力検知部１０５で判断する（図２Ｅ参照）。すなわち、把持力検知部１０５で、把持対象物５と硬化部１の間に、当接部２の内部圧力によって把持力を発生させる、把持力発生動作が完了したか否かを検知する。把持力検知部１０５からの検知情報を基に制御部１０８で、把持力の発生動作が完了していないと判断する場合には、ステップＳ１０に戻る。把持力検知部１０５からの検知情報を基に制御部１０８で、把持力の発生動作が完了したと判断する場合には、一連の把持動作を終了する。
【０１０５】
なお、ステップＳ２の各当接部２を収縮させる工程に関しては、ステップＳ６の各指部３を閉じる動作の開始前に完了していればよい。前記した図１０Ａのフローチャートでは、第２番目のステップとしたが、これに限られるものではなく、図１０Ｂ〜図１０Ｄに示す他の３種類のフローチャートの順番でも把持動作は可能である。
【０１０６】
具体的には、図１０Ｂでは、前記ステップＳ２の各当接部２を収縮させる工程を、全ての指部３を開くステップＳ３の後に行うようにしてもよい。このようにすれば、当接部２が膨張しているときに、当接部２が屈曲状態から非屈曲状態すなわち伸展状態になろうとする力を指部３の開放動作に利用できるため、指部３の開放動作をより早く行うことができ、指部３の俊敏な動きが可能となる。
【０１０７】
また、図１０Ｃでは、前記ステップＳ２の各当接部２を収縮させる工程を、各硬化部１を柔らかい状態にするステップＳ１の前に行うようにしてもよい。このようにすれば、当接部２を収縮させてから硬化部１を柔らかい状態とすることで、当接部２が屈曲状態から非屈曲状態すなわち伸展状態になろうとする力が、指部３に加わることがない。
【０１０８】
また、図１０Ｄでは、前記ステップＳ２の各当接部２を収縮させる工程を、ロボットハンド１００の把持対象物５に対する接近動作が完了したか否かを、接近検知部１０２で判断するステップＳ５の後に行うようにしてもよい。このようにすれば、当接部２を収縮するときに、非屈曲状態すなわち伸展状態から変形しようとする力を指部３の閉じ動作に利用できるために、指部３の閉じ動作を早く行うことができる。
【０１０９】
また、前記したロボットハンド１００の把持解除動作、すなわち、開放動作について、以下、詳細に説明する。
【０１１０】
ロボットハンド１００の把持動作は、制御部１０８の制御の下に、図２Ａ〜図２Ｅ及び図１１Ａに示すように実現される。
【０１１１】
まず、ステップＳ２１では、各当接部２を収縮させる（図２Ａ参照）。すなわち、当接部制御部１２２の制御により、図４Ｂの空気ポンプ２０を停止して、バルブ１９から各当接部２の空間１７内の空気を排出して各当接部２の各膨張部１５を収縮させ、各当接部２の内部圧力を低下させる。
【０１１２】
次いで、ステップＳ２２では、各硬化部１を柔らかい状態にする（図２Ａ参照）。すなわち、硬化部１について、図３Ａ及び図３Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂにて説明したように、各硬化部１の各シート状モジュール１Ａを軟化させる。例えば、各硬化部１にＥＲ流体７を使用する場合には、硬化部制御部１２１の制御により、図３Ｂの正電極９及び負電極１０に対する電源１４からの電圧印加を除去して（例えば、スイッチ１４ａをオフにして）、ＥＲ流体７を軟化させて各硬化部１の各シート状モジュール１Ａを軟化させる。
【０１１３】
次いで、ステップＳ２３では、全ての指部３を開く（図２Ｂ参照）。すなわち、指部制御部１２３の制御により、図５の空気ポンプ２５を停止して、バルブ２４から空間２６内の空気を排出させ、各指部３を非屈曲状態に戻るようにする。
【０１１４】
次いで、ステップＳ２４では、全ての指部３が把持対象物５から離れたか否か、すなわち、図１４Ａ〜図１４Ｆに示すように、ならい動作とは逆の動作を、ならい動作検知部１０４で検知する。ならい動作検知部１０４からの検知情報を基に制御部１０８で、全ての指部３が把持対象物５から離れたか否かを検知し、全ての指部３が把持対象物５から離れていないと判断する場合には、ステップＳ２３に戻る。一方、ならい動作検知部１０４からの検知情報を基に制御部１０８で、全ての指部３が把持対象物５から離れたと判断する場合には、次のステップＳ２５に進む。
【０１１５】
ステップＳ２５では、ロボットハンド１００を把持対象物５から離す方向に移動させる。すなわち、３本の指部３を開いた状態で、マニピュレータ駆動部１０１の駆動で、マニピュレータ６を介して、全ての指部３が開いた状態のロボットハンド１００の中心部（例えばベース部４）を把持対象物５から離す方向に移動させる。
【０１１６】
次いで、ステップＳ２６では、ロボットハンド１００が把持対象物５にまだ接触しているか否か、すなわち、図１３Ａ〜図１３Ｈに示すように、接近動作とは逆の動作を接近検知部１０２で判断する。すなわち、接近検知部１０２で、ロボットハンド１００が把持対象物５にまだ接触しているか否かを検知する。接近検知部１０２からの検知情報を基に制御部１０８で、ロボットハンド１００が把持対象物５にまだ接触していると接近検知部１０２で判断する場合には、ステップＳ２７に進む。一方、接近検知部１０２からの検知情報を基に制御部１０８で、ロボットハンド１００が把持対象物５に接触していないと接近検知部１０２で判断する場合には、一連の開放動作を終了する。
【０１１７】
ステップＳ２７では、全ての指部３をさらに開いたのち、ステップＳ２５に戻り、ステップＳ２５を実行する。すなわち、指部制御部１２３の制御により、図５の空気ポンプ２５を停止して、バルブ２４から空間２６内の空気を排出させ、各指部３を非屈曲状態に戻るようにする。
【０１１８】
なお、ステップＳ２１の各当接部２を収縮させる工程に関しては、いつ行なってもよく、前記した図１１Ａのフローチャートでは、第１番目のステップとしたが、これに限られるものではなく、図１１Ｂ〜図１１Ｄに示す他の３種類のフローチャートの順番でも開放動作は可能である。
【０１１９】
具体的には、図１１Ｂでは、前記ステップＳ２１の各当接部２を収縮させる工程を、各硬化部１を柔らかい状態にするステップＳ２の後に行うようにしてもよい。このようにすれば、把持の解除を早く行うことができる。すなわち、硬化部１が柔らかくなり、当接部２が出力する把持力を支えられなくなることで、把持対象物に力が加わらなくなる。
【０１２０】
また、図１１Ｃでは、前記ステップＳ２１の各当接部２を収縮させる工程を、全ての指部３が把持対象物５から離れたか否かを検知するステップＳ２４の後に行うようにしてもよい。このようにすれば、図１１Ｂの場合と同様な効果が得られる。
【０１２１】
また、図１１Ｄでは、前記ステップＳ２１の各当接部２を収縮させる工程を、最後に行うようにしてもよい。このようにすれば、図１１Ｂの場合と同様な効果が得られる。
【０１２２】
前記実施形態によれば、回転連結部が不要になることによる部品点数の減少により、単純な構造とすることができ、かつ、ハンド形状の制御がアクチュエータの位置制御ではなく、硬化部の硬さ制御という簡単な制御にすることができて、多種多様な形状の把持対象物を把持することができるロボットハンド１００を実現することができる。
【０１２３】
すなわち、前記ロボットハンド１００は、ロボットハンド１００のベース部４に接続され、少なくとも一対は対向するように配置されており、屈曲動作ないしは挟み込み動作といったベース部４に対する相対的な駆動が可能な指部３と、各指部３の可動点を全て覆うように指部３の外周又は外面（把持対象物の対向面）に連続的に配置され、形状を保持したまま硬さを低剛性状態と高剛性状態との間で可逆的に移行可能に制御することが可能で、柔らかい状態（低剛性状態）では任意の点で曲げが可能であり、硬さ状態（高剛性状態）では外力下でもその形状を保持することが可能であることを特徴とする硬化部１と、硬化部１のハンド内側の外周に配置され、膨張及び収縮が可能な当接部２とを備える指１００ａを複数個備えるロボットハンド１００である。このような構成にかかるロボットハンド１００の把持動作においては、まず、各硬化部１は柔らかい状態（低剛性状態）へと制御され、その後、指部３の動作によって把持対象物５の外周に押し付けられることで受動的に変形され、変形後に硬さ状態（高剛性状態）へと硬化するように制御され、硬化後に当接部３が膨張することにより把持対象物５と硬化部１の間に把持力を発生させることで把持を行うことができる。このように、各硬化部１を前述のように配置することで、外力及び当接部３の出力した把持力に対して、硬化した硬化部１の剛性によってロボットハンド１００により把持対象物５の保持が可能となる。
【０１２４】
また、以上のような構造にすることにより、従来は指の駆動力を用いて行っていた把持動作時の把持力又は外力に対する指形状の保持を、硬化した硬化部１の部材剛性によって行うことができる。それにより、前記従来の課題の解決に加えて、指部３の駆動力を、従来の駆動力よりも低くすることができる。
【０１２５】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
【０１２６】
例えば、図１Ａ〜図１Ｃに記載のロボットハンド１００は指部３と硬化部１と当接部２とより構成される指１００ａをベース部４の両側に配置しているが、これに限られるものではなく、前記第１実施形態の変形例として、図１６Ａ及び図１６Ｂのように、指部３と硬化部１と当接部２とより構成される指１００ａを、ベース部４の片側のみに持つ構造であってもよい。図２Ａ〜図２Ｅにおいては、把持対象物５を、ベース部４と３個の当接部２にて挟みこみ、把持及び開放動作については、図１における第１実施形態と同様に、硬化部１の硬い状態への変化及び柔らかい状態への変化、当接部２の膨張及び収縮により実現する。
【０１２７】
また、図１６Ａ及び図１６Ｂに示した片側のみに指１０１ａを配置したロボットハンド１００Ａにおいて、把持対象物５の片側を押さえ込むベース部４は、把持対象物５に対向する分に、図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように傾斜面４ａ、又は、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように側面円弧形状の湾曲面４ｂを有するように構成してもよい。このように、傾斜面４ａを含むベース部４は、円柱状又は円筒状の把持対象物５を把持する際に、ベース部４の傾斜面４ａと傾斜面４ａ以外の平面（例えば、把持対象物５の接離方向と直交する面）４ｃとで把持対象物５との２点の接触が行えるため、傾斜面４ａを有しない平面でのみで把持対象物５を１点で支持する場合よりも、確実な把持を行うことができる。同様に、また、湾曲面４ｂを含むベース部４においては、湾曲面４ｂの側面円弧形状において徐々に傾斜が大きくなる特徴より、例え、把持対象物５がベース部４に対して滑り易い材料であったとしても、把持をより確実に行うことができる。
【０１２８】
また、前記第１実施形態のさらに別の変形例として、図１Ａ〜図１Ｃに記載のロボットハンド１００は、図１９Ａ〜図１９Ｂに示すように、例えば、ベース部４の片側の指１００ｂの幅を、他の指１００ａの幅よりも大きく構成するようにしてもよい。このように幅を大きくさせた構造とすることにより、指１００ａ，１００ｂ間の力を対向して受けられるため、把持力を把持対象物５に対して適切に与えることができる。
【０１２９】
また、前記第１実施形態のさらに別の変形例として、図２０Ａ〜図２０Ｂのように、ベース部４の片側の指１００ｃの厚みを、他の指１００ａの厚みよりも大きく構成するようにしてもよい。例えば、指１００ｃの当接部２の厚みを、他の指１００ａの当接部２の厚みよりも大きく構成することができる。このような構成にすることにより、例えば、図２０Ａ〜図２０Ｂのベース部４の片側の指１００ａを上側に位置させ、もう片側の指１００ｃを下側に位置させた状態で、上側の指１００ａを下側の指１００ｃに向けて把持対象物５の把持を行うような、ロボットハンド１００の特定方向に力がかかる把持方法が多用される場合において、より強い把持を実現できる。
【０１３０】
また、前記第１実施形態の種々の変形例として、各当接部２の形状は、前記第１実施形態に限られるものではなく、以下のように種々の態様で実施することができる。
【０１３１】
すなわち、各当接部２の形状は、図２１のように、膨張部１５ａを幅方向に細長く配置し、長手方向に複数個、間隔をあけて配置してもよい。このような配置にすることにより、特に当接部２の長手方向に凹凸を持つ把持対象物５に対して、より正確に膨張により当接して、確実な把持を行うことができる。
【０１３２】
また、図２２のように、膨張部１５ｂを長手方向に細長く配置し、幅方向に複数個、間隔をあけて配置してもよい。このような配置とすることにより、特に当接部２の幅方向に凹凸を持つ把持対象物５に対して、より正確に膨張によって当接し、確実な把持を行うことができる。
【０１３３】
また、図２３のように、膨張部１５ｃを指先に向かうほど（図２３の斜め右上に向かうに従い）、その大きさが変化する（例えば、中空円形の膨張部１５ｃの直径が小さくなる）ように配置してもよい。様々な大きさの膨張部１５ｃを配置することにより、把持対象物５が複雑な凹凸を持つ場合であっても、確実に把持を行うことができる。
【０１３４】
また、図２４のように、膨張部１５ｄを指先に向かうほど（図２４の斜め右上に向かうに従い）、その配置密度が高くなるよう配置してもよい。指先の配置密度を高くすることによって、特に、摘み動作のような指先のみを用いた把持において、より確実な把持を行うことができる。
【０１３５】
また、前記第１実施形態のさらに別の変形例として、図２５Ａ及び図２５Ｂに示すように、指部３及び硬化部１間は、互いが相対移動可能であり、かつ、お互いの接触を維持することができるように係合保持して構成されるようにしてもよい。具体的には、例えば、硬化部１は、指部３に対向する面に逆台形状の凸部１ｐを有し、指部３は、硬化部１に対向する面に、凸部１ｐが嵌合可能な逆台形状の凹部３ｐを有して、凸部１ｐと凹部３ｐとが、長手方向（図２５Ｂの紙面貫通方向）には互いに摺動自在でかつ長手方向と直交する方向（図２５Ｂの上下方向）には抜き出し不可に係合するように構成している。このように構成することにより、指部３からの硬化部１のはがれ（例えば、指部３から硬化部１が図２５Ｂの上下方向にはがれるの）を防止することができる。
【０１３６】
なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明のロボットハンド及びロボットハンドの制御装置を用いれば、単純な構造と単純な制御でもって多様な形状の把持対象物の把持が可能となる。よって、工場に用いられる産業用ロボットのロボットハンド及びロボットハンドの制御装置としてのみならず、家庭用マニピュレータに用いるロボットハンド及びロボットハンドの制御装置としても利用されることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態にかかるロボットハンドの概略側面図。
【図１Ｂ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドの概略正面図。
【図１Ｃ】図１Ａの把持対象物とは別形状の把持対象物の把持時の前記ロボットハンドの概略側面図。
【図２Ａ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける把持動作の概要を示す説明図。
【図２Ｂ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける把持動作の概要を示す説明図。
【図２Ｃ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける把持動作の概要を示す説明図。
【図２Ｄ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける把持動作の概要を示す説明図。
【図２Ｅ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける把持動作の概要を示す説明図。
【図３Ａ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける、硬さが任意制御可能な、ＥＲ流体を用いた硬化部の概要を示す斜視図。
【図３Ｂ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける前記硬化部の概要を示す平面図。
【図３Ｃ】図３ＢのＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図。
【図４Ａ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける把持力出力部として、圧力流体として空気を用いた当接部の斜視図。
【図４Ｂ】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける把持力出力部としての前記当接部の概略構成図。
【図５】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドにおける指部の概要図。
【図６Ａ】本発明の前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドにおける、硬さが任意制御可能な、ＭＲ流体を用いた硬化部の概略平面図。
【図６Ｂ】図６ＡのＶＩ−ＶＩ線の断面図。
【図７Ａ】本発明の前記第１実施形態の別の変形例にかかるロボットハンドにおける、硬さが任意制御可能な、粘土を用いた硬化部の概略平面図。
【図７Ｂ】図７ＡのＶＩＩ−ＶＩＩ線の断面図。
【図８】本発明の前記第１実施形態にかかるロボットハンドの全体の構成を示す図。
【図９】本発明の前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドの全体の構成を示す図。
【図１０Ａ】前記第１実施形態にかかるロボットハンドの把持動作のフローチャート。
【図１０Ｂ】前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドの把持動作のフローチャート。
【図１０Ｃ】前記第１実施形態の別の変形例にかかるロボットハンドの把持動作のフローチャート。
【図１０Ｄ】前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドの把持動作のフローチャート。
【図１１Ａ】前記第１実施形態にかかるロボットハンドの開放動作のフローチャート。
【図１１Ｂ】前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドの開放動作のフローチャート。
【図１１Ｃ】前記第１実施形態の別の変形例にかかるロボットハンドの開放動作のフローチャート。
【図１１Ｄ】前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドの開放動作のフローチャート。
【図１２】前記第１実施形態にかかるロボットハンドの動作を実現するための制御構造を示すブロック図。
【図１３Ａ】前記第１実施形態にかかるロボットハンドが把持対象物へ接近したことを検知する接近検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１３Ｂ】図１３Ａの前記接近検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１３Ｃ】前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドが把持対象物へ接近したことを検知する接近検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１３Ｄ】図１３Ｃの前記接近検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１３Ｅ】前記第１実施形態の別の変形例にかかるロボットハンドが把持対象物へ接近したことを検知する接近検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１３Ｆ】図１３Ｅの前記接近検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１３Ｇ】前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドが把持対象物へ接近したことを検知する接近検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１３Ｈ】図１３Ｇの前記接近検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１４Ａ】前記第１実施形態にかかるロボットハンドがならい動作を完了したことを検知するならい動作検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１４Ｂ】図１４Ａの前記ならい動作検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１４Ｃ】前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドがならい動作を完了したことを検知するならい動作検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１４Ｄ】図１４Ｃの前記ならい動作検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１４Ｅ】前記第１実施形態の別の変形例にかかるロボットハンドがならい動作を完了したことを検知するならい動作検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１４Ｆ】図１４Ｅの前記ならい動作検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１５Ａ】前記第１実施形態にかかるロボットハンドが把持力発生を完了したことを検知する把持力検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１５Ｂ】図１５Ａの前記把持力検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１５Ｃ】前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドが把持力発生を完了したことを検知する把持力検知部を有する前記ロボットハンド構造を示す正面図。
【図１５Ｄ】図１５Ｃの前記把持力検知部を有する前記ロボットハンドを示す側面図。
【図１６Ａ】前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドの概略正面図。
【図１６Ｂ】図１６Ａの前記ロボットハンドの概略側面図。
【図１７Ａ】前記第１実施形態の別の変形例にかかるロボットハンドの概略正面図。
【図１７Ｂ】図１７Ａの前記ロボットハンドの概略側面図。
【図１８Ａ】前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドの概略正面図。
【図１８Ｂ】図１８Ａの前記ロボットハンドの概略側面図。
【図１９Ａ】前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドの概略正面図。
【図１９Ｂ】図１９Ａの前記ロボットハンドの概略側面図。
【図２０Ａ】前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドの概略正面図。
【図２０Ｂ】図２０Ａの前記ロボットハンドの概略側面図。
【図２１】本発明の前記第１実施形態の変形例にかかるロボットハンドの当接部の斜視図。
【図２２】本発明の前記第１実施形態の別の変形例にかかるロボットハンドの当接部の斜視図。
【図２３】本発明の前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドの当接部の斜視図。
【図２４】本発明の前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドの当接部の斜視図。
【図２５Ａ】本発明の前記第１実施形態のさらに別の変形例にかかるロボットハンドの側面図。
【図２５Ｂ】図２５ＡのＢ−Ｂ線の概略断面図。
【図２６】第１従来例を示す図。
【図２７】第２従来例を示す図。
【符号の説明】
【０１３９】
１ 硬化部
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ シート状モジュール
２ 当接部
３ 指部
４ ベース部
４ａ 傾斜面
４ｂ 湾曲面
５ 把持対象物
６ マニピュレータ
７ ＥＲ流体
８ 絶縁シート
９ 正電極
１０ 負電極
１１ 外周薄膜
１２ 硬化部外周膜
１３ 電源線
１４ 電源
１５ 膨張部
１６ 非膨張部
１７ 空気流路となる空間
１８ 空気流路
１９ バルブ
２０ 空気ポンプ
２１ 非伸縮部
２２ 伸縮部
２３ 空気流路
２４ バルブ
２５ 空気ポンプ
３１ 磁性体シート
３２ 非磁性体シート
３３ 非磁性体シート
３４ ＭＲ流体
３５ 磁性体
３６ 電磁石
３７ 電磁石駆動電源
４１ 非透湿性シート
４２ 粘土
４３ 透湿性シート
４４ 空気流路となる空間
４５ 空気流路
４６ バルブ
４７ ドライエア投入用ポンプ
４８ 水蒸気投入用ポンプ
４９ 排気口
５１ 回転リンク
５２ ワイヤ
５３ 駆動部
５４ ワイヤ
５５ バネ
５６ ベース部
６１ 当接部
６２ 把持部
６３ 平行リンク
６４ ベース部
７１ 接触センサ
７２ 画像センサ
７２Ａ 画像処理部
７３ 測距センサ
７４ 力センサ
７５ 接触センサ
７６ 圧力計
７７ 画像センサ
７７Ａ 画像処理部
７８ 測距センサ
１００，１００Ａ ロボットハンド
１００ａ 指
１０１ マニピュレータ駆動部
１０２ 接近検知部
１０３ 接触検知部
１０４ ならい動作検知部
１０５ 把持力検知部
１０６ 総合制御部
１０７ マニピュレータ制御部
１０８ 制御部
１０９ ハンド制御部
１１０ 硬化完了検知部
１１１ 硬化部駆動部
１１２ 当接部駆動部
１１３ 指部駆動部
１２１ 硬化部制御部
１２２ 当接部制御部
１２３ 指部制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部と、
対向して配置されかつそれぞれ屈曲可能に前記ベース部に配置された複数の指部と、
前記複数の指部のうちの少なくとも一方の指部の把持対象物の把持側の面に配置されて、前記一方の指部に従って屈曲可能な低剛性状態と、前記低剛性状態から硬化することにより前記低剛性状態よりも剛性が高くかつ屈曲した状態で屈曲形状保持可能な高剛性状態との間で可逆的に移行可能な剛性付与部と、
前記剛性付与部の前記把持対象物の把持側の面に配置され、前記把持対象物に接触可能でかつ膨張可能でかつ前記把持対象物から離間するように収縮可能な当接部とを備えることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記剛性付与部は、前記指部の可動点の全てを覆うように配置されている、請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記当接部は、前記指部の可動点の全てを覆うように配置されている、請求項１又は２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記複数の指部のそれぞれが、前記剛性付与部と前記当接部とを有する、請求項１〜３のいずれか１つに記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記剛性付与部は、形状を保持したまま、硬さを前記低剛性状態と前記高剛性状態との間で可逆的に制御可能な材料として、ビンガム流体又は機能性流体を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のロボットハンド。
【請求項６】
前記剛性付与部は、ＥＲ流体又はＥＲゲルを用いて、形状を保持したまま硬さを前記低剛性状態と前記高剛性状態との間で可逆的に制御することが可能な硬化部であり、
前記硬化部は、絶縁性の薄膜体内に一対の電極を対向して配置し、前記薄膜体内で絶縁用スペーサを前記一対の電極間に配置し、前記薄膜体内の前記電極間の空間に前記ＥＲ流体又はＥＲゲルを封入したシート状構造で構成するとともに、前記シート状構造を複数層積層して構成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のロボットハンド。
【請求項７】
前記剛性付与部は、ＭＲ流体を用いて、形状を保持したまま硬さを前記低剛性状態と前記高剛性状態との間で可逆的かつ任意に制御することが可能な硬化部であり、前記硬化部は、一対の磁性体部材を対向して配置し、前記磁性体部材の各一端同士を電磁石を介して接続することによって、前記磁性体部材間に封入した前記ＭＲ流体内に磁界を発生させるように構成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のロボットハンド。
【請求項８】
前記剛性付与部は、ビンガム流体である乾燥硬化性を持つ粘土を用いて、形状を保持したまま硬さを前記低剛性状態と前記高剛性状態との間で可逆的に制御することが可能な硬化部で構成し、前記硬化部は、対向して配置した非透湿性フィルムと透湿性フィルムとの間に前記粘土を配置したシート状モジュールを、前記非透湿性フィルムが外側になるように前記透湿性フィルム同士を向かい合わせるよう配置して中空のシート状に構成し、前記対向した透湿性フィルム間にあるシート中空の空間に水蒸気又はドライエアを通過させて前記低剛性状態又は前記高剛性状態となるように制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のロボットハンド。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の前記ロボットハンドの動作を制御するロボットハンドの制御装置にして、
把持動作において、まず、前記剛性付与部が前記低剛性状態へ軟化するように制御され、
その後、前記指部の屈曲動作によって前記把持対象物の外面に前記当接部が押し付けられることで前記指部及び前記硬化部とともに前記当接部が受動的に変形され、
変形後に前記変形した状態を保持しつつ前記剛性付与部が前記高剛性状態へ硬化するように制御され、
硬化後に前記当接部が膨張することにより前記把持対象物と硬化部の間に把持力を発生させて前記把持対象物の把持を前記ロボットハンドで行う、ロボットハンドの制御装置。
【請求項１】
ベース部と、
対向して配置されかつそれぞれ屈曲可能に前記ベース部に配置された複数の指部と、
前記複数の指部のうちの少なくとも一方の指部の把持対象物の把持側の面に配置されて、前記一方の指部に従って屈曲可能な低剛性状態と、前記低剛性状態から硬化することにより前記低剛性状態よりも剛性が高くかつ屈曲した状態で屈曲形状保持可能な高剛性状態との間で可逆的に移行可能な剛性付与部と、
前記剛性付与部の前記把持対象物の把持側の面に配置され、前記把持対象物に接触可能でかつ膨張可能でかつ前記把持対象物から離間するように収縮可能な当接部とを備えることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記剛性付与部は、前記指部の可動点の全てを覆うように配置されている、請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記当接部は、前記指部の可動点の全てを覆うように配置されている、請求項１又は２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記複数の指部のそれぞれが、前記剛性付与部と前記当接部とを有する、請求項１〜３のいずれか１つに記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記剛性付与部は、形状を保持したまま、硬さを前記低剛性状態と前記高剛性状態との間で可逆的に制御可能な材料として、ビンガム流体又は機能性流体を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のロボットハンド。
【請求項６】
前記剛性付与部は、ＥＲ流体又はＥＲゲルを用いて、形状を保持したまま硬さを前記低剛性状態と前記高剛性状態との間で可逆的に制御することが可能な硬化部であり、
前記硬化部は、絶縁性の薄膜体内に一対の電極を対向して配置し、前記薄膜体内で絶縁用スペーサを前記一対の電極間に配置し、前記薄膜体内の前記電極間の空間に前記ＥＲ流体又はＥＲゲルを封入したシート状構造で構成するとともに、前記シート状構造を複数層積層して構成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のロボットハンド。
【請求項７】
前記剛性付与部は、ＭＲ流体を用いて、形状を保持したまま硬さを前記低剛性状態と前記高剛性状態との間で可逆的かつ任意に制御することが可能な硬化部であり、前記硬化部は、一対の磁性体部材を対向して配置し、前記磁性体部材の各一端同士を電磁石を介して接続することによって、前記磁性体部材間に封入した前記ＭＲ流体内に磁界を発生させるように構成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のロボットハンド。
【請求項８】
前記剛性付与部は、ビンガム流体である乾燥硬化性を持つ粘土を用いて、形状を保持したまま硬さを前記低剛性状態と前記高剛性状態との間で可逆的に制御することが可能な硬化部で構成し、前記硬化部は、対向して配置した非透湿性フィルムと透湿性フィルムとの間に前記粘土を配置したシート状モジュールを、前記非透湿性フィルムが外側になるように前記透湿性フィルム同士を向かい合わせるよう配置して中空のシート状に構成し、前記対向した透湿性フィルム間にあるシート中空の空間に水蒸気又はドライエアを通過させて前記低剛性状態又は前記高剛性状態となるように制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のロボットハンド。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の前記ロボットハンドの動作を制御するロボットハンドの制御装置にして、
把持動作において、まず、前記剛性付与部が前記低剛性状態へ軟化するように制御され、
その後、前記指部の屈曲動作によって前記把持対象物の外面に前記当接部が押し付けられることで前記指部及び前記硬化部とともに前記当接部が受動的に変形され、
変形後に前記変形した状態を保持しつつ前記剛性付与部が前記高剛性状態へ硬化するように制御され、
硬化後に前記当接部が膨張することにより前記把持対象物と硬化部の間に把持力を発生させて前記把持対象物の把持を前記ロボットハンドで行う、ロボットハンドの制御装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１３Ｄ】
【図１３Ｅ】
【図１３Ｆ】
【図１３Ｇ】
【図１３Ｈ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１４Ｅ】
【図１４Ｆ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１５Ｄ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２６】
【図２７】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１３Ｄ】
【図１３Ｅ】
【図１３Ｆ】
【図１３Ｇ】
【図１３Ｈ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１４Ｅ】
【図１４Ｆ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１５Ｄ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１０−１１０８４６（Ｐ２０１０−１１０８４６Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８４４２０（Ｐ２００８−２８４４２０）
【出願日】平成２０年１１月５日（２００８．１１．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月５日（２００８．１１．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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