説明

ロボットハンド及びロボット装置

【課題】安定して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装置を提供すること。
【解決手段】所定位置を囲うように配置された支持部材を有する複数の指部と、複数の指部の一端部と連結する連結部と、を備えたロボットハンドであって、少なくとも1つの指部は、屈曲部を有する接触部材と受動素子とを有し、接触部材は屈曲部で回転可能に支持部材に支持され、受動素子は支持部材と接触部材とに接続されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロボットハンド及びロボット装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
産業用ロボットアーム等のロボット装置に取り付けて、対象物を把持又は開放することで所定の作業を行うロボットハンドが知られている。近年では、例えば工具を把持して部品の組み付け等の作業を行うと共に、微小な部品を把持して精度良く配置する多機能なロボットハンドが提案されている。
【0003】
例えば、特許文献1などに示されるように、差動歯車機構及び受動素子としてバネを用いることで、把持対象物の形状変化等があっても確実かつ安定して把持することができ、外乱に対して充分な順応性を有するロボットハンドの技術が公開されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開昭60−25686号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来のロボットハンドにおいては、各指の受動素子が指全体の開閉を調整する機能を果たしているに過ぎないため、安定に対象物を把持することは困難であった。
【0006】
以上のような事情に鑑み、本発明は、安定して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装置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】
【0007】
本発明に係るロボットハンドは、所定位置を囲うように配置された支持部材を有する複数の指部と、前記複数の指部の一端部と連結する連結部と、を備えたロボットハンドであって、少なくとも1つの前記指部は、屈曲部を有する接触部材と受動素子とを有し、前記接触部材は前記屈曲部で回転可能に前記支持部材に支持され、前記受動素子は前記支持部材と前記接触部材とに接続されていることを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、少なくとも1つの指部が屈曲部を有する接触部材と受動素子とを有し、接触部材が屈曲部で回転可能に支持部材に支持され、受動素子が支持部材と接触部材とに接続されているので、指部が対象物に接触する部分を、当該対象物の位置や形状に対して受動的に変化させることができる。これにより、指部の多くの点において対象物との接触が可能となるため、安定して対象物を把持することができる。なお、対象物が所定位置から僅かにずれる場合であっても、指部が閉じていく過程で把持対象が所定位置に移動するので、結果的に安定した把持が可能になる。
【0009】
上記のロボットハンドは、前記接触部材は前記屈曲方向に回転可能に前記支持部材に支持されていることを特徴とする。
本発明によれば、接触部材が屈曲方向に回転可能であるため、当該接触部材が把持対象を把持しやすくなる。
【0010】
上記のロボットハンドは、前記接触部材は前記所定位置の方向へ屈曲していることを特徴とする。
本発明によれば、接触部材が所定位置の方向へ屈曲しているため、当該接触部材が把持対象に接触しやすくなる。
【0011】
上記のロボットハンドは、前記複数の指部が同期して前記所定位置に対して近づくまたは遠ざかるように移動するように、前記連結部を駆動する駆動部を有することを特徴とする。
本発明によれば、駆動部が連結部を駆動することにより、当該連結部に連結された2つ以上の指部が同期して所定位置に対して近づく又は遠ざかるように屈曲することになる。これにより、例えば所定位置付近に配置される対象物は、2つ以上の点で把持されるため、対象物の把持状態が安定することとなる。
【0012】
上記のロボットハンドは、前記複数の指部は、互いに異なる方向から前期所定位置に近づき、互いに異なる方向に前期所定位置から遠ざかるように配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、複数の指部が、互いに異なる方向から所定位置に対して近づく又は遠ざかるように配置されていることとしたので、互いに干渉することなく中心に向かって閉じることとなる。これにより、例えば微小な部品を把持する場合においても安定な把持が可能となる。
【0013】
上記のロボットハンドは、前記接触部材は、前記ロボットハンドが把持する被把持物と複数の接触部で接することを特徴とする。
本発明によれば、接触部材が、当該ロボットハンドが把持する被把持物と複数の接触部で接することとしたので、接触部材と対象物との間の摩擦力を増大させることができるので、一層安定して対象物を把持することができる。
【0014】
上記のロボットハンドは、複数の前記接触部のうち第一接触部は、前記接触部材のうち前記屈曲部から一方の端部までの間に設けられ、複数の前記接触部のうち第二接触部は、前記接触部材のうち前記屈曲部から他方の端部までの間に設けられることを特徴とする。
本発明によれば、複数の接触部のうち第一接触部が接触部材のうち屈曲部から一方の端部までの間に設けられ、複数の接触部のうち第二接触部が接触部材のうち屈曲部から他方の端部までの間に設けられることとしたので、対象物を効率的に把持することができる。
【0015】
上記のロボットハンドは、前記接触部材の断面は円形であることを特徴とする。
本発明によれば、接触部材の断面が円形であるため、把持対象の形状に拘らず安定して当該把持対象を把持することができる。
【0016】
上記のロボットハンドは、各々の前記指部は、各々の前記接触部材の回転を規制するストッパーを有することを特徴とする。
本発明によれば、各々の指部が各々の接触部材の回転を規制するストッパーを有することとしたので、受動素子の機能を一時的に停止させることができる。これにより、駆動部の駆動力に応じて能動的に接触部材が発生する力を制御することができる。
【0017】
本発明に係るロボット装置は、上記のロボットハンドを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、安定して対象物を把持することができるロボットハンドを備えた構成であるため、高性能なロボット装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の第一実施形態に係るロボットハンドの全体構成を示す図である。
【図2】本実施形態に係るロボットハンドの平面構成を示す図である。
【図3】本実施形態に係るロボットハンドの動作時の状態を示す図である。
【図4】本実施形態に係るロボットハンドの動作時の状態を示す図である。
【図5】本発明の第二実施形態に係るロボット装置の構成を示す図である。
【図6】本発明に係るロボットハンドの他の構成を示す図である。
【図7】本発明に係るロボットハンドの他の構成を示す図である。
【図8】本発明に係るロボットハンドの他の構成を示す図である。
【図9】本発明に係るロボットハンドの他の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
[第一実施形態]
以下、図面を参照しつつ、本発明の第一実施形態を説明する。
図1は、本実施形態に係るロボットハンドRHの構成を示す模式図である。
図1に示すように、ロボットハンドRHは、例えば3つの指部102、103及び104と、当該指部102〜104を連結する連結部CNと、当該連結部CNを駆動する駆動部ACTとを備えている。このロボットハンドRHは、例えば工具や部品などの対象物を把持する産業用ロボットの把持装置として用いられる。なお、ロボットハンドRHとしては、産業ロボットに限られず、他の用途(宇宙関連、遊具など)に用いても構わない。
【0020】
指部102〜104は、対象物に近づき接触する部分である。指部102〜104は、それぞれ対象物に接触する接触部材111と、当該接触部材111を支持する支持部材120とを有している。
【0021】
接触部材111は、屈曲部111Cを有するように例えばL字型に形成された剛性部材である。接触部材111は、当該屈曲部111Cが関節部112によって支持されている。関節部112は、接触部材111を回転可能に支持する。接触部材111は、断面が例えば円形に形成されている。このため、対象物の形状に拘らず、当該対象物を安定して把持することができる構成である。
【0022】
接触部材111のうち屈曲部111Cに対して一方の端部側が第一接触部111Aであり、屈曲部111Cに対して他方の端部側が第二接触部111Bである。接触部材111は、屈曲部111Cに対して第一接触部111Aが伸びる方向、及び、当該屈曲部111Cに対して第二接触部111Bが伸びる方向に回転可能に設けられている。すなわち、接触部材111は、屈曲方向に回転可能に支持されていることになる。このため、接触部材111が対象物を把持しやすい構成となっている。
【0023】
第一接触部111A及び第二接触部111Bは、例えば対象物に接触され、当該対象物を把持する部分である。このように各接触部材111には、複数(2つ)の接触部が設けられていることになる。接触部材111の第二接触部111Bには、受動素子113が接続されている。このような受動素子113としては、例えばバネなどの弾性部材が挙げられる。
【0024】
支持部材120は、例えばL字状に形成された剛性部材である。支持部材120は、関節部112に接続されている。このため、接触部材111は、関節部112を介して支持部材120に支持されている。支持部材120には、受動素子113が接続されている。接触部材111は、受動素子113を介してそれぞれ支持部材120に接続されていることになる。支持部材120には、関節部114が取り付けられている。支持部材120は、関節部114を中心として回転可能になっている。
【0025】
また、指部102〜104には、接触部材111の回転を規制するストッパー117が設けられている。ストッパー117は、例えば支持部材120から図中上方に伸びるように突出した部分である。ストッパー117は、例えば関節部112が所定角度以上に回転しないように規制する機能を有している。例えば受動素子113が自然長の場合においては、接触部材111がストッパー117に接触した状態になっている。
【0026】
連結部CNは、固定部材121及び連結部材106を有している。固定部材121は、支持部材120に取り付けられた関節部114に接続されている。固定部材121は、関節部114をテーブル105に固定する。テーブル105は、例えば平面視で円形に形成されている(図2参照)。勿論、矩形や多角形など、他の形状であっても構わない。支持部材120は、関節部114を介してテーブル105に固定された状態で、回転可能に設けられることになる。
【0027】
連結部材106は、関節部115を介して支持部材120の端部に連結されている。連結部材106は、例えばテーブル105を貫通して設けられており、駆動部ACTに接続されている。
【0028】
駆動部ACTは、連結部材106に含まれるボールネジのナット部に接続され、当該連結部材106を一体的に昇降させるボールネジのネジ部107と、当該ネジ部107を駆動するモーター装置MTRと、当該モーター装置MTRの回転を伝達するプーリー108とを有している。
【0029】
図2は、ロボットハンドRHの構成を示す平面図である。図2に示すように、接触部材111は、所定位置Pを囲うように配置されている。接触部材111は、例えば所定位置Pを中心とした同一円周上に配置されている。接触部材111は、所定位置Pに対してそれぞれ異なる方向から近づくことになる。このため、接触部材111同士の間で軌跡が重なってしまうことが無く、互いに干渉することなく近づくことが可能になっている。接触部材111は、第一接触部111A及び第二接触部111Bが例えば所定位置Pに向けられている。このため、接触部材111が対象物に接触しやすい構成となっている。
【0030】
図2では、所定位置Pを中心とした同一円周上に接触部材111が配置された構成が示されているが、勿論他の構成としても構わない。また、図2では、接触部材111が所定位置Pを中心としてそれぞれ等しい角度だけ回転した位置に配置されているが、この位置に限られることは無い。例えば、接触部材111が、所定位置Pを中心とした同一円周上の異なる角度ずつずれた位置に配置された構成としても構わない。
【0031】
次に、上記のように構成されたロボットハンドRHの動作を説明する。
例えば図3に示すように、まずモーター装置MTRが回転するとプーリー108を介してボールネジ107が回転する。ボールネジのネジ部107が回転すると、ボールネジのナット部を含む連結部材106が、ネジ部107に対して相対的に上下に運動し、関節部115はそれに伴って上下に運動する。
【0032】
接触部材111、関節部112及び受動素子113は、関節部114を介してテーブル105に取り付けられているため、関節部115が上下に運動すると、各部は関節部114を中心に一体として回転する。例えば関節部115が下方に移動すると、指部102〜104が所定位置Pに近づくように同期して移動する。また、関節部115が上方に移動すると、指部102〜104が所定位置Pから遠ざかるように同期して移動する。
【0033】
指部102〜104がそれぞれ所定位置Pに近づくように同期して移動する場合、例えば接触部材111の第二接触部111Bが対象物に接触すると、関節部112を軸とするモーメントが発生する。このモーメントが、受動素子113が関節部112を軸として発生するモーメントよりも大きければ、接触部材111が関節部112を中心にして回転する。また、当該モーメントが受動素子113の発生するモーメントと釣りあえば、接触部材111の回転が停止する。
【0034】
このように、連結部材106が昇降することにより、指部102〜104が同期して所定位置Pに対して近づく又は遠ざかるように移動することができる。例えば所定位置Pに対象物Rが配置されている場合には、上記動作により、指部102〜104の各接触部材111によって少なくとも3点で対象物Rが把持されることになる。
【0035】
なお、接触部材111の回転運動がストッパー117によって規制された状態で指部102〜104を移動させる場合には、受動素子113が機能しなくなる。このため、モーター装置MTRが発生するトルクを制御することにより、各接触部材111の先端に発生する力を制御することが出来るようになるため、能動的に力を制御することが可能になる。
【0036】
また、図4に示すように、第一接触部111Aと第二接触部111Bとが同時に対象物Rに接触することも可能である。この場合、接触部材111の回転運動は、第一接触部111Aが対象物Rに接触して発生するモーメントと、受動素子113が発生するモーメントと、第二接触部111Bが対象物に接触して発生するモーメントの合モーメントが0になると停止する。
【0037】
この時、対象物Rと各指部102〜104との間では、第一接触部111A上の点T1、T3及びT5と、第二接触部111B上の点T2、T4及びT6の、計6点で接触している。これにより、対象物Rと3本の指部102〜104との間の摩擦力が増大し、安定した把持が可能となる。
【0038】
以上のように、本実施形態によれば、駆動部ACTが連結部CNを駆動することにより、当該連結部CNに連結された指部102〜104が同期して所定位置Pに対して近づく又は遠ざかるように移動することになる。これにより、例えば所定位置Pに配置される対象物Rは、3つ以上の点で把持されるため、対象物Rの把持状態が安定することとなる。
【0039】
また、指部102〜104のそれぞれに設けられる受動素子113は、指部102〜104が対象物Rに接触する部分を、当該対象物Rの位置や形状に対して受動的に変化させることができる。これにより、指部102〜104の多くの点において対象物Rとの接触が可能となるため、更に安定して対象物Rを把持することができる。
【0040】
また、各々の指部102〜104が、互いに異なる方向から前期所定位置に近づき、互いに異なる方向に前期所定位置から遠ざかるように配置されていることとしたので、互いに干渉することなく中心に向かって指部102〜104が閉じることとなる。これにより、例えば微小な部品を把持する場合においても安定な把持が可能となる。
【0041】
また、指部102〜104が対象物Rに接触させる接触部材111を有し、受動素子113が接触部材111に接続されていることとしたので、接触部材111が対象物Rに接触する部分を、当該対象物Rの位置や形状に対して受動的に変化させることができる。これにより、接触部材111の多くの点において対象物Rとの接触が可能となるため、安定して対象物を把持することができる。
【0042】
また、各々の接触部材111が第一接触部111A及び第二接触部111Bを有することとしたので、少なくとも6点以上の把持点によって対象物Rを把持することができる。これにより、接触部材111と対象物Rとの間の摩擦力を増大させることができるので、一層安定して対象物Rを把持することができる。
【0043】
また、接触部材111が屈曲部111Cにおいて屈曲した形状をしており、第一接触部111Aが接触部材111のうち屈曲部111Cから一方の端部までの間に設けられ、第二接触部111Bが接触部材111のうち屈曲部111Cから他方の端部までの間に設けられることとしたので、対象物Rを効率的に把持することができる。
【0044】
また、指部102〜104が接触部材111を支持する支持部材120を有し、支持部材120が例えば関節部112などを介して接触部材111を回転可能に支持することとしたので、対象物Rを柔軟に把持することができる。これにより、安定した把持が可能となる。
【0045】
また、接触部材111が屈曲部111Cにおいて屈曲した形状をしており、支持部材120が当該接触部材111の屈曲部111Cを支持することとしたので、接触部材111を安定して回転させることができる。これにより、受動素子113が発生する接触部材111に対するモーメントを容易に調整することができる。
【0046】
また、指部102〜104が接触部材111の回転を規制するストッパー117を有することとしたので、受動素子113の機能を一時的に停止させることができる。これにより、駆動部ACTの駆動力に応じて能動的に接触部材111が発生する力を制御することができる。
【0047】
また、接触部材111が受動素子113を介して支持部材120に接続されているので、受動素子113は当該接触部材111の回転に応じて、接触部材111が対象物Rと接触する部分を柔軟に変化させることができる。これにより、更に安定した把持が可能となる。
【0048】
また、連結部CNが各々の支持部材120を連結する連結部材106を有し、駆動部ACTが連結部材106を駆動することとしたので、単純な駆動により、指部102〜104を同期させて所定位置Pに対して近づく又は遠ざかるように移動させることができる。これにより、例えば1つの駆動装置で全指部を駆動することが可能となり、ロボットハンドRHのコストを抑えることができる。
【0049】
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
本実施形態では、上記第一実施形態で記載のロボットハンドRHを備えたロボット装置を説明する。
【0050】
図5は、本実施形態に係るロボット装置RAの構成を示す斜視図である。
図5に示すように、ロボット装置RAは、例えば産業用ロボットアームとして用いられる。ロボット装置RAは、取付部ATC、第一関節10、第二関節20、第三関節30、第四関節40、第五関節50及び第六関節60を有している。
【0051】
取付部ATCは、例えば床部や壁部、天井部などに取り付けられる部分である。第一関節10〜第六関節60は、例えば取付部ATCから順に直列に接続されている。第一関節10〜第六関節60は、例えば隣接する関節との間で回転軸を介して接続されており、互いにその回転軸を中心に回転可能に設けられている。第一関節10〜第六関節60のそれぞれが回転可能に設けられているため、それぞれの関節を適宜回転させることで、ロボットアームRA全体としての複合的な動作が可能になっている。
【0052】
第六関節60は、ロボット装置RAの先端部分である。この第六関節60の先端部に、上記実施形態に記載のロボットハンドRHが取り付けられている。このように、安定して対象物を把持することができるロボットハンドRHを備えた構成であるため、高性能なロボット装置RAが提供される。
【0053】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態では、対象物Rとして例えば球形の部材を挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば図6に示すように、円柱状の工具(例えば、ドライバーなど)などを対象物Rとして用いても構わない。このような円柱状の対象物Rを把持する場合には、指部102〜104の中心を通るように工具Rを配置させるようにする。このような配置により、安定した把持が可能となる。
【0054】
また、例えば、上記実施形態では、指部が3つの場合を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば指部を2つ又は4つ以上設ける場合であっても、本発明の適用は可能である。
【0055】
例えば、図7は、指部が2つ設けられたロボットハンドRH2の構成を示している。ロボットハンドRH2は、指部102及び104を有している。2つの指部102及び104のうち、例えば指部104には、接触部材111が設けられていない構成である。したがって、ロボットハンドRH2が対象物を把持しようとする場合、指部102に設けられた接触部材111と、指部104の一部とが用いられることになる。
【0056】
このように、一部の指部に接触部材111が設けられて無い場合であっても、対象物を安定して把持することができる。例えば指部が3つ以上設けられた構成であり、そのうちの一部の指部に接触部材111が設けられていない場合であっても同様の説明が可能である。
【0057】
また、例えば図8(a)は、指部が4つ設けられたロボットハンドRH3の構成を示している。ロボットハンドRH3は、指部101〜104を有している。4つの指部101〜104は、例えば図8(b)に示すように、テーブル105の中心に対して90°ずつ回転させた位置に配置されている。また、各指部101〜104は、当該テーブル105の中心を向くように配置されている。
【0058】
なお、図8(b)においては、指部101〜104がテーブル105の中心に対して90°ずつ回転させた位置、すなわち、正方形の4つの頂点の位置に配置された構成としているが、これに限られることは無い。例えば、正方形ではなく、例えば長方形の4つの頂点の位置に配置された構成としても構わないし、他の四角形(例えば、平行四辺形、ひし形、台形など)の頂点の位置に指部101〜104が配置された構成であっても構わない。
【0059】
また、上記実施形態では、各指部102〜104がストッパー117を有する構成としたが、これに限られることは無い。例えば図9に示すように、指部102〜104にストッパー117が設けられないようにした構成であっても構わない。図9は、指部が3本の場合について示しており、しかも全ての指部にストッパー117が設けられてない状態を示しているが、勿論これに限られるものではない。例えば、複数の指部のうち一部の指部のみにストッパー117が設けられない構成であっても構わない。また、指部が4本以上の場合であっても同様の説明が可能である。
【符号の説明】
【0060】
RH…ロボットハンド P…所定位置 R…対象物 MTR…モーター装置 ACT…駆動部 CN…連結部 102〜104…指部 106…連結部材 111…接触部材 111A…第一接触部 111B…第二接触部 112…関節部 113…受動素子 114…関節部 115…関節部 117…ストッパー 120…支持部材 121…固定部材

【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定位置を囲うように配置された支持部材を有する複数の指部と、
前記複数の指部の一端部と連結する連結部と、を備えたロボットハンドであって、
少なくとも1つの前記指部は、屈曲部を有する接触部材と受動素子とを有し、
前記接触部材は前記屈曲部で回転可能に前記支持部材に支持され、
前記受動素子は前記支持部材と前記接触部材とに接続されている
ロボットハンド。
【請求項2】
前記接触部材は前記屈曲方向に回転可能に前記支持部材に支持されている
請求項1に記載のロボットハンド。
【請求項3】
前記接触部材は前記所定位置の方向へ屈曲している
請求項1又は請求項2に記載のロボットハンド。
【請求項4】
前記複数の指部が同期して前記所定位置に対して近づくまたは遠ざかるように移動するように、前記連結部を駆動する駆動部を有する
請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項5】
前記複数の指部は、互いに異なる方向から前期所定位置に近づき、互いに異なる方向に前期所定位置から遠ざかるように配置されている
請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項6】
前記接触部材は、前記ロボットハンドが把持する被把持物と複数の接触部で接する
請求項1から請求項5のうちいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項7】
複数の前記接触部のうち第一接触部は、前記接触部材のうち前記屈曲部から一方の端部までの間に設けられ、
複数の前記接触部のうち第二接触部は、前記接触部材のうち前記屈曲部から他方の端部までの間に設けられる
請求項1から請求項6のうちいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項8】
前記指部は、前記接触部材の回転を規制するストッパーを有する
請求項1から請求項7のうちいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項9】
前記接触部材の断面は円形である
請求項1から請求項8のうちいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項10】
請求項1から請求項9のうちいずれか一項に記載のロボットハンドを備えたロボット装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2011−161577(P2011−161577A)
【公開日】平成23年8月25日(2011.8.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−28200(P2010−28200)
【出願日】平成22年2月10日(2010.2.10)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【出願人】(504157024)国立大学法人東北大学 (2,297)
【Fターム(参考)】