ロボットハンド
【課題】任意の形状を有する対象物体を安定して把持することができるロボットハンド機構を提供することにある。
【解決手段】ロボットハンド機構においては、第１及び第２可動部３０５Ａ、３０５Ｂが直動機構３０４に移動可能に支持される。第１可動部３０５Ａは、接続機構４０１を介して指部１０１Ａの受動回転部１０４及び指部１０１Ｃの受動回転部１０４に結合される。第２可動部３０５Ｂは、接続機構４０１を介して指部１０１Ｂの受動回転部１０４及び指部１０１Ｄの受動回転部１０４に結合される。直動機構が駆動モータ３０１によって駆動されると、第１及び第２可動部３０５Ａ、３０５Ｂが互いに反対向きに移動される。第１及び第２可動部３０５Ａ、３０５Ｂの直動運動に伴って、接続機構４０１によって各受動回転部１０４が回転される。この結果、指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄの駆動方向が変更される。
【解決手段】ロボットハンド機構においては、第１及び第２可動部３０５Ａ、３０５Ｂが直動機構３０４に移動可能に支持される。第１可動部３０５Ａは、接続機構４０１を介して指部１０１Ａの受動回転部１０４及び指部１０１Ｃの受動回転部１０４に結合される。第２可動部３０５Ｂは、接続機構４０１を介して指部１０１Ｂの受動回転部１０４及び指部１０１Ｄの受動回転部１０４に結合される。直動機構が駆動モータ３０１によって駆動されると、第１及び第２可動部３０５Ａ、３０５Ｂが互いに反対向きに移動される。第１及び第２可動部３０５Ａ、３０５Ｂの直動運動に伴って、接続機構４０１によって各受動回転部１０４が回転される。この結果、指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄの駆動方向が変更される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物体を把持するためにマニピュレータの先端に取り付けられるロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
製造業及びサービス業のみならず、家庭内においても、人手による作業を代行するロボットに対して高い需要があり、このようなロボットは、対象物体を把持するエンドエフェクトとしてのロボットハンド機構を備えている。例えば、飲食業界では、人手不足対策として、自動的に配膳及び下膳作業を行うロボット等の自動機器が使用されている。配膳及び下膳作業では、皿、椀、コップ、トレイ、箸、スプーン等の大きさ及び形状の異なる食器を扱うことから、ロボットハンド機構においては、任意の形状の対象物体を任意の方向から安定的に把持することができることが望まれる。しかしながら、１つのロボットハンド機構で他種多様な対象物体を把持することは困難とされる。
【０００３】
特許文献１には、３本の指部を備え、これらの指部を内転及び外転（即ち、横方向への開閉）させて、指部の駆動方向を変更するバレットハンドが開示されている。このバレットハンドは、茶碗を上から鷲掴みにしたり、コップを横から把持することができる。しかしながら、指部を完全には対向させることができないため、箸及びスプーン等の細長い形状の対象物体を把持することは困難とされる。さらに、茶碗等の対象物体を裏返しにする場合、拇指対向になっていない３本指では不安定であり、対象物体を落下させ、対象物体を損傷させる虞がある。
【０００４】
また、バレットハンドでは、指部の内転及び外転用に１つのモータが使用されている。対象物体を把持しているときに指部に作用する外力に抗して把持状態を維持するには、このモータに大きなトルクを発生することができることが必要とされ、或いは、強力な減速器が必要とされる。さらに、指部の駆動方向を変更する機構には、歯車が利用されている。歯車の噛み合いによって対象物体を保持しているので、指部に作用する外力に対して弱い。即ち、大きな外力が指部に作用すると、歯車の歯が破損する問題がある。また、歯車の噛み合い音による騒音が発生する。
【０００５】
特許文献２には、４本の指部を備え、各指部がワイヤの伸縮動作によって開閉されるハンド機構が開示されている。このハンド機構では、指部の基端部に設けられたベアリンクによって各指部の駆動方向が変更される。しかしながら、指部の駆動方向を変更する機構は、ハンド格納時の省スペース化のためのものであって、対象物体を把持するために指部の駆動方向を能動的に変更することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７１６８７４８号明細書
【特許文献１】特開２００８−１２６８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、ロボットハンド機構においては、任意の形状の対象物品を安定的に把持することができることが求められている。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、形状及び性質の異なる種々の対象物体を安定的に把持することができるロボットハンド機構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】
【０００９】
本発明の一態様によれば、基部と、前記基部に対向して配置され、駆動モータの回転運動を直動運動に変換する直動機構と、前記直動機構によって第１方向に移動可能に支持される第１可動部と、前記第１可動部の一端側に結合され、前記第１可動部の直動運動を、前記第１方向と交差する第２方向の周りの回転運動に変換する第１接続機構と、前記基部に対して回転可能に支持され、前記第１接続機構によって回転される第１受動回転部と、前記第１受動回転部に取り付けられる第１把持部と、前記第１可動部の他端側に結合され、前記第１可動部の直動運動を、前記第２方向の周りの回転運動に変換する第２接続機構と、前記基部に対して回転可能に支持され、前記第２接続機構によって回転される第２受動回転部と、前記第２受動回転部に取り付けられる第２把持部と、を具備することを特徴とするロボットハンド機構が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、任意の形状の対象物体を安定的に把持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係るロボットハンド機構の把持及び解放動作の一例を説明する図である。
【図２】図１に示したロボットハンド機構が備える３つの動作モードを説明する図である。
【図３】本実施の形態に係るロボットハンド機構が備える回転機構の構成を示す概略図である。
【図４】図３に示した回転機構の第１変形例の構成を示す概略図である。
【図５】図３に示した回転装置の第２変形例の構成を示す概略図である。
【図６】（ａ）は、第１対向移動モードで動作される回転機構、（ｂ）は、対角移動モードで動作される回転機構、（ｃ）は、第２対向移動モードで動作される回転機構、の構成を示す図である。
【図７】図１に示したロボットハンド機構であって、動作モードが変更されても指部間の間隔が一定に保たれることを説明する図である。
【図８】比較例に係るロボットハンド機構であって、動作モードの変更に伴って指部間の間隔が変更されることを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、必要に応じて図面を参照しながら、本発明の一実施の形態に係るロボットハンド機構を説明する。なお、以下の実施の形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
【００１３】
まず、図１及び図２を参照して、本実施の形態に係るロボットハンド機構の把持及び解放動作を説明する。本実施の形態のロボットハンド機構は、図１の斜視図及び解放により特定される欄、並びに斜視図及び把持により特定される欄に示されるように、４本の指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄを備えている。指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄでは、受動回転部１０４が基部１０２に対して回転自在に支持軸１０３によって支持されている。図１及び図２においては、これらの受動回転部１０４を駆動する回転機構を省略しており、回転機構については図３から図６を参照して後に詳細に説明する。
【００１４】
受動回転部１０４の出力軸１０５には、対象物体を把持する把持部としての平行リンク機構１０６が設けられている。平行リンク機構１０６は、図１の自由度配置図及び解放により特定される欄、並びに自由度配置図及び把持により特定される欄に示されるように、複数の回転部１０７及びリンクを有している。平行リンク機構１０６では、図示しないアクチュエータによって、複数の回転部１０７のうちの１つ（例えば、出力軸１０５に結合されている回転部）が回転駆動され、対向するリンク１０８が平行に保たれた状態で、平行リンク機構１０６が動作される。このように回転部１０７がアクチュエータによって駆動されることにより、図１の正面図及び把持により特定される欄に示されるように、対向する指部１０１Ａ及び１０１Ｂ（又は、指部１０１Ｃ及び１０１Ｄ）の平行リンク機構１０６の先端部が近接され、また、正面図及び解放で特定される欄に示されるように、対向する指部１０１Ａ及び１０１Ｂ（又は、指部１０１Ｃ及び１０１Ｄ）の平行リンク機構１０６の先端部が離反される。
【００１５】
本実施の形態に係るロボットハンド機構は、例えば、マニピュレータの先端部に取り付けられる。ロボットハンド機構がマニピュレータの先端部に取り付けられる場合、ロボットハンド機構は、対象物体が平行リンク機構１０６間に位置するように、任意の方向から、例えば、側方又は上方から対象物体に向けられる。
【００１６】
本実施の形態では、説明を簡単にするために、基部１０２が略立方体の箱型に形成され、基部の１つの面（以下、接合面という）上に指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄが設けられる場合を例に説明する。基部１０２の接合面からは、４つの支持軸１０３が接合面に対して垂直に、かつ直線状に延出され、これらの支持軸１０３は、夫々基部１０２に対して回転自在に受動回転部１０４を支持している。受動回転部１０４は、その回転軸が互いに平行となるように設計される。また、受動回転部１０４は、夫々仮想的な平面上に含まれ、この平面上に設定される正方形の頂点に対応する位置に配置される。即ち、受動回転部１０４は、隣接する受動回転部１０４と所定の距離だけ離間して配置される。
【００１７】
なお、把持部１０６は、上述したような１自由度を有する平行リンク機構の例に限定されず、複数の自由度を有する平行リンク機構であってもよく、或いは、他のいかなる形態のものであってもよい。
【００１８】
図２を参照すると、本実施の形態に係るロボットハンド機構を動作する３つの動作モードが示されている。３つの動作モードは、第１及び第２対向移動モード、並びに対角移動モードを含む。第１対向移動モードは、図２の第１対向移動モードの各欄に示されるように、隣接する指部１０１Ａ及び１０１Ｂが対向し、かつ隣接する指部１０１Ｃ及び１０１Ｄが対向して対象物体を把持するモードである。また、対角移動モードは、図２の対角移動モードの各欄に示されるように、対角に配置される指部１０１Ａ及び１０１Ｄが対向し、かつ対角に配置される指部１０１Ｂ及び１０１Ｃが対向して対象物体を把持するモードである。さらに、第２平行移動モードは、図２の第２対向移動モードの各欄に示されるように、隣接する指部１０１Ａ及び１０１Ｃが対向し、かつ隣接する指部１０１Ｂ及び１０１Ｄが対向して対象物体を把持するモードである。
【００１９】
これらの３つの動作モードは、回転機構によって４つの受動回転部１０４が同時に回転され、これによって各把持部１０６の駆動方向が変更されて、切り替えられる。図２の平面図の各欄に示されるように、第１対向移動モードから対角移動モードへの移行では、各把持部１０６が各受動回転部１０４の回転軸周り所定方向に４５°だけ所定方向に回動され、対角移動モードから第２対向移動モードへの移行では、各把持部１０６が各受動回転部１０４の回転軸周り所定方向にさらに４５°だけ回動される。
【００２０】
図３は、把持部１０６を回転可能に支持する受動回転部１０４を駆動する回転機構の構成を概略的に示している。この回転機構は、図３に示されるように、基部１０２に設けられた駆動モータ３０１の回転運動を第１及び第２可動部３０５Ａ、３０５Ｂの直動運動に変換する直動機構３０４としてのボールネジ機構を備えている。このボールネジ機構は、基部１０２の接合面に対向して配置されるボールネジ軸３０４、及びこのボールネジ軸３０４にネジ係合された第１及び第２のボールネジナット（第１及び第２可動部）３０５Ａ、３０５Ｂを備え、ボールネジ軸３０４の一端は、カップリング（軸継手）３０２を介して駆動モータ３０１の回転軸に結合され、その他端は、基部１０２に固定された軸受部３０３によって回転可能に支持されている。ボールネジ機構では、駆動モータ３０１によってボールネジ軸３０４が回転されると、第１及び第２のボールネジナット３０５Ａ、３０５Ｂは、ボールネジ軸３０４に沿った方向（ｘ方向と称す）に移動される。
【００２１】
駆動モータ３０１が駆動されて駆動モータ３０１の回転軸が回転されると、この回転軸の回転がボールネジ軸３０４に伝達され、ボールネジ軸３０４が回転される。ボールネジ軸３０４が回転されると、第１及び第２のボールネジナット３０５Ａ、３０５Ｂは、ボールネジ軸３０４の回転方向に応じた方向に移動される。駆動モータ３０１の回転軸の回転方向を選択することにより、ボールネジ軸３０４の回転方向を選択することができ、従って、第１及び第２のボールネジナット３０５Ａ、３０５Ｂの移動方向を決定することができる。
【００２２】
また、第１及び第２のボールネジナット３０５Ａ、３０５Ｂの移動方向は、ボールネジ軸３０４の回転方向とともに、ボールネジ軸３０４に切られているネジ溝の向きに応じて定まる。図３のボールネジ軸３０４においては、ボールネジ軸３０４の中央部と駆動モータ３０１との間の第１部分３０４Ａと、ボールネジ軸３０４の中央部と軸受部３０３との間の第２部分３０４Ｂとでは、ネジ溝が反対向きに切られている。第１のボールネジナット３０５Ａは、第１部分３０４Ａに配置され、第２のボールネジナット３０５Ｂは、第２部分３０４Ｂに配置される。従って、ボールネジ軸３０４が駆動モータ３０１によって回転されると、第１及び第２のボールネジナット３０５Ａ、３０５Ｂは、互いに反対向きに移動され、即ち、互いに近接するように、或いは、離反するように移動される。
【００２３】
第１のボールネジナット３０５Ａの両端部からは、ボールネジ軸３０４に交差する方向（ｙ方向と称す）に沿って直線状に第１リンク３０６が延出されている。第１リンク３０６の端部には、夫々ｘ方向及びｙ方向に交差する方向（ｚ方向と称す）に突出するピン３０７が設けられている。このピン３０７は、夫々受動回転部１０４の出力軸１０５と一体に形成された第２リンク３０８に形成されている長穴３０９にスライド可能かつ回転可能に支持されている。第２リンク３０８は、一例として、く字型に形成され、即ち、中央部が屈曲した形状を有し、また、中央部を回転軸としてｚ方向周りに回動される。第２リンク３０８の回転軸３１０は、前述したような基部１０２に対して回転可能に支持されている受動回転部１０４の回転軸に一致する。
【００２４】
第２リンク３０８の一端部には、第１リンク３０６に設けられているピン３０７を係合するための長穴３０９が形成され、第１のボールネジナット３０５Ａの移動に伴ってピン３０７がこの長穴３０９内を摺動して（スライドして）、ピン３０７と回転軸３１０との距離が変化される。このようにピン３０７が長穴３０９内を摺動する際には、第１リンク３０６と第２リンク３０８とがなす角度が変化され、即ち、ピン３０７を回転軸として第２リンク３０８が回転される。また、第２リンク３０８の回転軸３１０が基部１０２に対して固定されることから、第１のボールネジナット３０５Ａが矢印Ａで示される方向に移動されると、指部１０１Ａでは、第２リンク３０８が矢印ＲＡで示される方向に回動され、指部１０１Ｃでは、第２リンク３０８が矢印ＲＣで示される方向に、即ち、指部１０１Ａとは反対向きに回動される。第２リンク３０８の他端部には、図１に示したような把持部１０６が取り付けられる。
【００２５】
第２のボールネジナット３０５Ｂに関連する構成は、第１のボールネジナット３０５Ａに関連して上述したものと同様であるため、詳細な説明を省略する。駆動モータ３０１によってボールネジ軸３０４が回転されると、第１のボールネジナット３０５Ａは、矢印Ａで示される方向に移動され、第２のボールネジナット３０５Ｂは、矢印Ｂで示される方向に、即ち、第１のボールネジナット３０５Ａとは反対の方向に移動される。第２のボールネジナット３０５Ｂが矢印Ｂで示される方向に移動されると、指部１０１Ｂでは、第２リンク３０８が矢印ＲＢで示される方向に回動され、指部１０１Ｄでは、第２リンク３０８が矢印ＲＤで示される方向に、即ち、指部１０１Ｂとは反対向きに回動される。
【００２６】
このように、本実施の形態に係るロボットハンド機構では、単一の駆動モータ３０１によって複数の指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄの駆動方向が同時に変更される。
【００２７】
なお、第１リンク３０６の先端部にピン３０７が設けられ、第２リンク３０８にこのピンをスライド可能及び回転可能に係合するための長穴が形成される例に代えて、第２リンク３０８の端部にピンが設けられ、第１リンク３０６にこのピンをスライド可能及び回転可能に係合するための長穴が形成されてもよい。
【００２８】
次に、図４及び図５を参照して、回転機構の第１及び第２変形例を説明するとともに、図６（ａ）〜（ｃ）を参照して第１変形例に係る回転機構の動作を説明する。
図４は、図３に示した回転機構の第１変形例を示している。第１変形例では、第１及び第２可動部３０５Ａ、３０５Ｂは、図４に示されるように、互いに反対方向に移動可能に、図３に示した基部１０２上に設けられた１軸直動機構３０４によって支持されている。この直動機構３０４は、図３に示したボールネジ機構の例に限定されず、駆動モータ３０１の回転運動を可動部３０５Ａ、３０５Ｂの直動運動に変換することができればよく、例えば、ラック及びピニオンを利用したものであってもよい。
【００２９】
ボールネジ機構は、駆動モータ３０１の出力を高効率で伝達することができる。従って、直動機構３０４としてボールネジ機構を利用する場合、指部の駆動方向を変更するための駆動モータ３０１として、低出力の駆動モータを使用することができる。また、対象物体の把持しているときに指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄに強い外力が作用した場合でも指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄの把持姿勢が維持される。
【００３０】
指部１０１Ａの受動回転部１０４は、第１接続機構４０１を介して第１可動部３０５Ａに結合されている。第１接続機構４０１は、可動リンク４０２を直動自在に支持する直動機械要素４０３及び可動リンク４０２回転自在に支持する回転機械要素４０４を備える。直動機械要素４０３は、第１可動部３０５Ａに固定された第１リンク３０６及び可動リンク４０２間に設けられ、回転機械要素４０４は、可動リンク４０２及び第２リンク３０８間に設けられる。第１接続機構４０１は、第１可動部３０５Ａの直動運動を指部１０１Ａの受動回転部１０４の回転運動に変換する。
【００３１】
同様に、指部１０１Ｃの受動回転部１０４は、第２接続機構４０１を介して第１可動部３０５Ａに結合される。第２接続機構４０１は、第１可動部３０５Ａの直動運動を指部１０１Ｃの受動回転部１０４の回転運動に変換する。また同様に、指部１０１Ｂの受動回転部１０４は、第３接続機構４０１を介して第２可動部３０５Ｂに結合される。第３接続機構４０１は、第２可動部３０５Ｂの直動運動を指部１０１Ｂの受動回転部１０４の回転運動に変換する。さらに、指部１０１Ｄの受動回転部１０４は、第４接続機構４０１を介して第２可動部３０５Ｂに結合される。第４接続機構４０１は、第２可動部３０５Ｂの直動運動を指部１０１Ｄの受動回転部１０４の回転運動に変換する。
【００３２】
図３に示される例では、接続機構（第１乃至第４接続機構を含む）４０１は、第１リンク３０６に設けられたピン３０７及び第２リンク３０８に設けられた長穴３０９の組み合わせにより実現される。他の例では、接続機構４０１は、直動スライダ及びベアリングの組み合わせにより実現されてもよい。接続機構４０１が直動スライダ及びベアリングの組み合わせにより実現される例では、第１リンク３０６の先端部に、案内レール及びこの案内レール上をｙ方向移動可能に支持される可動リンク４０２を備えた直動スライダが設けられる。ベアリングは、可動リンク４０２及び第２リンク３０８間に配置され、これら可動リンク４０２及び第２リンク３０８をｚ方向周りに回転可能に支持する。さらに、接続機構４０１は、図５に示されるように、直動機械要素４０３及び回転機械要素４０４の配置を入れ替えてもよい。
【００３３】
次に、図６（ａ）〜（ｃ）を参照して、図３に示した回転機構の動作について説明する。
図６（ａ）〜（ｃ）は、夫々第１対向移動モードで動作されるロボットハンド機構の構成、対角移動モードで動作されるロボットハンド機構の構成、及び第２対向移動モードで動作されるロボットハンド機構の構成を示している。ロボットハンド機構が第１対向移動モードから対角移動モードに移行する場合、図６（ａ）に示されるように、駆動モータ３０１によって、第１及び第２可動部３０５Ａ、３０５Ｂが互いに離反される方向に移動される。第１可動部３０５Ａがｘ方向に移動されると、指部１０１Ａの直動機械要素４０３及び指部１０１Ｃの直動機械要素４０３は、夫々第１可動部３０５Ａとともにｘ方向に移動され、指部１０１Ａの回転機械要素４０４及び指部１０１Ｃの回転機械要素４０４は、夫々指部１０１Ａの受動回転部１０４及び指部１０１Ｃの受動回転部１０４を中心とする円軌道上を移動される。この際、指部１０１Ａの可動リンク４０２及び指部１０１Ｃの可動リンク４０２がｙ方向にスライドされて第１可動部３０５Ａ及び受動回転部１０４間の距離が短縮され、また、可動リンク４０２及び第２リンク３０８がなす角度が増大される。
【００３４】
同様に、第２可動部３０５Ｂがｘ方向であって、第１可動部３０５Ａとは反対向きに移動されると、指部１０１Ｂの直動機械要素４０３及び指部１０１Ｄの直動機械要素４０３は、夫々第２可動部３０５Ｂとともにｘ方向に移動され、指部１０１Ｂの回転機械要素４０４及び指部１０１Ｄの回転機械要素４０４は、夫々指部１０１Ｂの受動回転部１０４及び指部１０１Ｄの受動回転部１０４を中心とする円軌道上を移動される。この際、指部１０１Ｂの可動リンク４０２及び指部１０１Ｄの可動リンク４０２がｙ方向にスライドされて第２可動部３０５Ｂ及び受動回転部間１０４の距離が短縮され、また、可動リンク及び第２リンクがなす角度が増大される。第１対向移動モードから対角移動モードへの移行では、図６（ａ）及び（ｂ）に示されるように、各受動回転部１０４が４５度だけ回転される。受動回転部１０４の回転角度は、駆動モータ３０１の出力を調節することで制御される。
【００３５】
ロボットハンド機構が対角移動モードから第２対向移動モードに移行する場合、図６（ｂ）に示されるように、駆動モータ３０１によって、第１及び第２可動部３０５Ａ、３０５Ｂが互いに離反される方向に移動される。第１可動部３０５Ａがｘ方向に移動されると、指部１０１Ａの直動機械要素４０３及び指部１０１Ｃの直動機械要素４０３は、夫々第１可動部３０５Ａとともにｘ方向に移動され、指部１０１Ａの回転機械要素４０４及び指部１０１Ｃの回転機械要素４０４は、夫々指部１０１Ａの受動回転部１０４及び指部１０１Ｃの受動回転部１０４を中心とする円軌道上を移動される。この際、指部１０１Ａの可動リンク４０２及び指部１０１Ｃの可動リンク４０２がｙ方向にスライドされて第１可動部３０５Ａ及び受動回転部１０４間の距離が伸張され、また、可動リンク４０２及び第２リンク３０８がなす角度が増大される。
【００３６】
同様に、第２可動部３０５Ｂがｘ方向に移動されると、指部１０１Ｂの直動機械要素４０３及び指部１０１Ｄの直動機械要素４０３は、夫々第２可動部３０５Ｂとともにｘ方向に移動され、指部１０１Ｂの回転機械要素４０４及び指部１０１Ｄの回転機械要素４０４は、夫々指部１０１Ｂの受動回転部１０４及び指部１０１Ｄの受動回転部１０４を中心とする円軌道上を移動される。この際、指部１０１Ｂの可動リンク４０２及び指部１０１Ｄの可動リンク４０２がｙ方向にスライドされて第２可動部３０５Ｂ及び受動回転部間１０４の距離が伸張され、また、可動リンク及び第２リンクがなす角度が増大される。第１対向移動モードから対角移動モードへの移行では、図６（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、各受動回転部１０４が４５度だけ回転される。
【００３７】
第２対向移動モードから対角移動モードへの移行、及び対角移動モードから第１対向移動モードへの移行は、夫々、対角移動モードから第２対向移動モードへの移行、及び第１対向移動モードから対角移動モードへの移行と逆の動作であるため、その説明を省略する。
【００３８】
本実施の形態に係るロボットハンド機構では、図７に示されるように、指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄの駆動方向が変更されても、指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄの基部に対する位置は、変化されない。以下では、指部の駆動方向を変える際に、指部の位置が移動されるロボットハンド機構を比較例として、本実施の形態と比較例とを比較して説明する。
【００３９】
比較例に係るロボットハンド機構は、本実施の形態と同様に、４本の指部８０１Ａ、８０１Ｂ、８０１Ｃ、８０１Ｄを備え、第１及び第２対向移動モード及び対角移動モードで動作される。比較例では、図８に示されるように、指部８０１Ａ、８０１Ｂ、８０１Ｃ、８０１Ｄが夫々円軌道上を移動されることで、指部８０１Ａ、８０１Ｂ、８０１Ｃ、８０１Ｄの駆動方向が変更され、即ち、動作モードが変更される。より具体的には、対角移動モードでの指部８０１Ａ及び８０１Ｃ間の距離を基準とすると、第１対向移動モードでの指部８０１Ａ及び８０１Ｃ間の距離が基準よりも大きくなる。
【００４０】
比較的に小さい対象物体を把持する場合、比較例のロボットハンド機構は、指部間の間隔が広がっているため、比較的小さな対象物体を把持することができない。他方、本実施の形態のロボットハンド機構は、第１対向移動モードで動作される場合にも、指部間の間隔が小さいことから、このような比較的に小さい対象物体を把持することができる。このように、本実施の形態に係るロボットハンド機構においては、比較例よりも対象物体に対する適用範囲が広い。
【００４１】
さらに、比較例に係るロボットハンド機構では、指部が平面（ｘｙ平面）上を移動されるため、指部の駆動方向は、２変数（ｘ及びｙ）の関数で表わされる。他方、本実施の形態に係るロボットハンド機構では、指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄの駆動方向は、受動回転部１０４の回転角度θのみ関数として表わされる。従って、本実施の形態に係るロボットハンド機構においては、比較例よりも制御が容易になる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態に係るロボットハンド機構においては、対象物体の形状に応じて指部の駆動方向を変更することができ、任意の形状の対象物品を安定的に把持することができる。また、指部の駆動方向の変更を単一の駆動モータで行うことができる。さらに、指部の駆動方向を変更する機構にボールネジ機構が利用される場合、ボールネジ機構が高い伝達効率を有することから、低出力の駆動モータを使用することができる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄ…指部、１０２…基部、１０３…支持部、１０４…受動回転部、１０５…出力軸、１０６…平行リンク機構、１０７…回転部、１０８…リンク、３０１…駆動モータ、３０２…カップリング、３０３…軸受部、３０４…直動機構（ボールネジ軸）、３０５…可動部（ボールネジナット）、３０６…第１リンク、３０７…ピン、３０８…第２リンク、３０９…長穴、３１０…回転軸、４０１…接続機構、４０２…可動リンク、４０３…直動機械要素、４０４…回転機械要素
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物体を把持するためにマニピュレータの先端に取り付けられるロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
製造業及びサービス業のみならず、家庭内においても、人手による作業を代行するロボットに対して高い需要があり、このようなロボットは、対象物体を把持するエンドエフェクトとしてのロボットハンド機構を備えている。例えば、飲食業界では、人手不足対策として、自動的に配膳及び下膳作業を行うロボット等の自動機器が使用されている。配膳及び下膳作業では、皿、椀、コップ、トレイ、箸、スプーン等の大きさ及び形状の異なる食器を扱うことから、ロボットハンド機構においては、任意の形状の対象物体を任意の方向から安定的に把持することができることが望まれる。しかしながら、１つのロボットハンド機構で他種多様な対象物体を把持することは困難とされる。
【０００３】
特許文献１には、３本の指部を備え、これらの指部を内転及び外転（即ち、横方向への開閉）させて、指部の駆動方向を変更するバレットハンドが開示されている。このバレットハンドは、茶碗を上から鷲掴みにしたり、コップを横から把持することができる。しかしながら、指部を完全には対向させることができないため、箸及びスプーン等の細長い形状の対象物体を把持することは困難とされる。さらに、茶碗等の対象物体を裏返しにする場合、拇指対向になっていない３本指では不安定であり、対象物体を落下させ、対象物体を損傷させる虞がある。
【０００４】
また、バレットハンドでは、指部の内転及び外転用に１つのモータが使用されている。対象物体を把持しているときに指部に作用する外力に抗して把持状態を維持するには、このモータに大きなトルクを発生することができることが必要とされ、或いは、強力な減速器が必要とされる。さらに、指部の駆動方向を変更する機構には、歯車が利用されている。歯車の噛み合いによって対象物体を保持しているので、指部に作用する外力に対して弱い。即ち、大きな外力が指部に作用すると、歯車の歯が破損する問題がある。また、歯車の噛み合い音による騒音が発生する。
【０００５】
特許文献２には、４本の指部を備え、各指部がワイヤの伸縮動作によって開閉されるハンド機構が開示されている。このハンド機構では、指部の基端部に設けられたベアリンクによって各指部の駆動方向が変更される。しかしながら、指部の駆動方向を変更する機構は、ハンド格納時の省スペース化のためのものであって、対象物体を把持するために指部の駆動方向を能動的に変更することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７１６８７４８号明細書
【特許文献１】特開２００８−１２６８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、ロボットハンド機構においては、任意の形状の対象物品を安定的に把持することができることが求められている。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、形状及び性質の異なる種々の対象物体を安定的に把持することができるロボットハンド機構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】
【０００９】
本発明の一態様によれば、基部と、前記基部に対向して配置され、駆動モータの回転運動を直動運動に変換する直動機構と、前記直動機構によって第１方向に移動可能に支持される第１可動部と、前記第１可動部の一端側に結合され、前記第１可動部の直動運動を、前記第１方向と交差する第２方向の周りの回転運動に変換する第１接続機構と、前記基部に対して回転可能に支持され、前記第１接続機構によって回転される第１受動回転部と、前記第１受動回転部に取り付けられる第１把持部と、前記第１可動部の他端側に結合され、前記第１可動部の直動運動を、前記第２方向の周りの回転運動に変換する第２接続機構と、前記基部に対して回転可能に支持され、前記第２接続機構によって回転される第２受動回転部と、前記第２受動回転部に取り付けられる第２把持部と、を具備することを特徴とするロボットハンド機構が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、任意の形状の対象物体を安定的に把持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係るロボットハンド機構の把持及び解放動作の一例を説明する図である。
【図２】図１に示したロボットハンド機構が備える３つの動作モードを説明する図である。
【図３】本実施の形態に係るロボットハンド機構が備える回転機構の構成を示す概略図である。
【図４】図３に示した回転機構の第１変形例の構成を示す概略図である。
【図５】図３に示した回転装置の第２変形例の構成を示す概略図である。
【図６】（ａ）は、第１対向移動モードで動作される回転機構、（ｂ）は、対角移動モードで動作される回転機構、（ｃ）は、第２対向移動モードで動作される回転機構、の構成を示す図である。
【図７】図１に示したロボットハンド機構であって、動作モードが変更されても指部間の間隔が一定に保たれることを説明する図である。
【図８】比較例に係るロボットハンド機構であって、動作モードの変更に伴って指部間の間隔が変更されることを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、必要に応じて図面を参照しながら、本発明の一実施の形態に係るロボットハンド機構を説明する。なお、以下の実施の形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
【００１３】
まず、図１及び図２を参照して、本実施の形態に係るロボットハンド機構の把持及び解放動作を説明する。本実施の形態のロボットハンド機構は、図１の斜視図及び解放により特定される欄、並びに斜視図及び把持により特定される欄に示されるように、４本の指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄを備えている。指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄでは、受動回転部１０４が基部１０２に対して回転自在に支持軸１０３によって支持されている。図１及び図２においては、これらの受動回転部１０４を駆動する回転機構を省略しており、回転機構については図３から図６を参照して後に詳細に説明する。
【００１４】
受動回転部１０４の出力軸１０５には、対象物体を把持する把持部としての平行リンク機構１０６が設けられている。平行リンク機構１０６は、図１の自由度配置図及び解放により特定される欄、並びに自由度配置図及び把持により特定される欄に示されるように、複数の回転部１０７及びリンクを有している。平行リンク機構１０６では、図示しないアクチュエータによって、複数の回転部１０７のうちの１つ（例えば、出力軸１０５に結合されている回転部）が回転駆動され、対向するリンク１０８が平行に保たれた状態で、平行リンク機構１０６が動作される。このように回転部１０７がアクチュエータによって駆動されることにより、図１の正面図及び把持により特定される欄に示されるように、対向する指部１０１Ａ及び１０１Ｂ（又は、指部１０１Ｃ及び１０１Ｄ）の平行リンク機構１０６の先端部が近接され、また、正面図及び解放で特定される欄に示されるように、対向する指部１０１Ａ及び１０１Ｂ（又は、指部１０１Ｃ及び１０１Ｄ）の平行リンク機構１０６の先端部が離反される。
【００１５】
本実施の形態に係るロボットハンド機構は、例えば、マニピュレータの先端部に取り付けられる。ロボットハンド機構がマニピュレータの先端部に取り付けられる場合、ロボットハンド機構は、対象物体が平行リンク機構１０６間に位置するように、任意の方向から、例えば、側方又は上方から対象物体に向けられる。
【００１６】
本実施の形態では、説明を簡単にするために、基部１０２が略立方体の箱型に形成され、基部の１つの面（以下、接合面という）上に指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄが設けられる場合を例に説明する。基部１０２の接合面からは、４つの支持軸１０３が接合面に対して垂直に、かつ直線状に延出され、これらの支持軸１０３は、夫々基部１０２に対して回転自在に受動回転部１０４を支持している。受動回転部１０４は、その回転軸が互いに平行となるように設計される。また、受動回転部１０４は、夫々仮想的な平面上に含まれ、この平面上に設定される正方形の頂点に対応する位置に配置される。即ち、受動回転部１０４は、隣接する受動回転部１０４と所定の距離だけ離間して配置される。
【００１７】
なお、把持部１０６は、上述したような１自由度を有する平行リンク機構の例に限定されず、複数の自由度を有する平行リンク機構であってもよく、或いは、他のいかなる形態のものであってもよい。
【００１８】
図２を参照すると、本実施の形態に係るロボットハンド機構を動作する３つの動作モードが示されている。３つの動作モードは、第１及び第２対向移動モード、並びに対角移動モードを含む。第１対向移動モードは、図２の第１対向移動モードの各欄に示されるように、隣接する指部１０１Ａ及び１０１Ｂが対向し、かつ隣接する指部１０１Ｃ及び１０１Ｄが対向して対象物体を把持するモードである。また、対角移動モードは、図２の対角移動モードの各欄に示されるように、対角に配置される指部１０１Ａ及び１０１Ｄが対向し、かつ対角に配置される指部１０１Ｂ及び１０１Ｃが対向して対象物体を把持するモードである。さらに、第２平行移動モードは、図２の第２対向移動モードの各欄に示されるように、隣接する指部１０１Ａ及び１０１Ｃが対向し、かつ隣接する指部１０１Ｂ及び１０１Ｄが対向して対象物体を把持するモードである。
【００１９】
これらの３つの動作モードは、回転機構によって４つの受動回転部１０４が同時に回転され、これによって各把持部１０６の駆動方向が変更されて、切り替えられる。図２の平面図の各欄に示されるように、第１対向移動モードから対角移動モードへの移行では、各把持部１０６が各受動回転部１０４の回転軸周り所定方向に４５°だけ所定方向に回動され、対角移動モードから第２対向移動モードへの移行では、各把持部１０６が各受動回転部１０４の回転軸周り所定方向にさらに４５°だけ回動される。
【００２０】
図３は、把持部１０６を回転可能に支持する受動回転部１０４を駆動する回転機構の構成を概略的に示している。この回転機構は、図３に示されるように、基部１０２に設けられた駆動モータ３０１の回転運動を第１及び第２可動部３０５Ａ、３０５Ｂの直動運動に変換する直動機構３０４としてのボールネジ機構を備えている。このボールネジ機構は、基部１０２の接合面に対向して配置されるボールネジ軸３０４、及びこのボールネジ軸３０４にネジ係合された第１及び第２のボールネジナット（第１及び第２可動部）３０５Ａ、３０５Ｂを備え、ボールネジ軸３０４の一端は、カップリング（軸継手）３０２を介して駆動モータ３０１の回転軸に結合され、その他端は、基部１０２に固定された軸受部３０３によって回転可能に支持されている。ボールネジ機構では、駆動モータ３０１によってボールネジ軸３０４が回転されると、第１及び第２のボールネジナット３０５Ａ、３０５Ｂは、ボールネジ軸３０４に沿った方向（ｘ方向と称す）に移動される。
【００２１】
駆動モータ３０１が駆動されて駆動モータ３０１の回転軸が回転されると、この回転軸の回転がボールネジ軸３０４に伝達され、ボールネジ軸３０４が回転される。ボールネジ軸３０４が回転されると、第１及び第２のボールネジナット３０５Ａ、３０５Ｂは、ボールネジ軸３０４の回転方向に応じた方向に移動される。駆動モータ３０１の回転軸の回転方向を選択することにより、ボールネジ軸３０４の回転方向を選択することができ、従って、第１及び第２のボールネジナット３０５Ａ、３０５Ｂの移動方向を決定することができる。
【００２２】
また、第１及び第２のボールネジナット３０５Ａ、３０５Ｂの移動方向は、ボールネジ軸３０４の回転方向とともに、ボールネジ軸３０４に切られているネジ溝の向きに応じて定まる。図３のボールネジ軸３０４においては、ボールネジ軸３０４の中央部と駆動モータ３０１との間の第１部分３０４Ａと、ボールネジ軸３０４の中央部と軸受部３０３との間の第２部分３０４Ｂとでは、ネジ溝が反対向きに切られている。第１のボールネジナット３０５Ａは、第１部分３０４Ａに配置され、第２のボールネジナット３０５Ｂは、第２部分３０４Ｂに配置される。従って、ボールネジ軸３０４が駆動モータ３０１によって回転されると、第１及び第２のボールネジナット３０５Ａ、３０５Ｂは、互いに反対向きに移動され、即ち、互いに近接するように、或いは、離反するように移動される。
【００２３】
第１のボールネジナット３０５Ａの両端部からは、ボールネジ軸３０４に交差する方向（ｙ方向と称す）に沿って直線状に第１リンク３０６が延出されている。第１リンク３０６の端部には、夫々ｘ方向及びｙ方向に交差する方向（ｚ方向と称す）に突出するピン３０７が設けられている。このピン３０７は、夫々受動回転部１０４の出力軸１０５と一体に形成された第２リンク３０８に形成されている長穴３０９にスライド可能かつ回転可能に支持されている。第２リンク３０８は、一例として、く字型に形成され、即ち、中央部が屈曲した形状を有し、また、中央部を回転軸としてｚ方向周りに回動される。第２リンク３０８の回転軸３１０は、前述したような基部１０２に対して回転可能に支持されている受動回転部１０４の回転軸に一致する。
【００２４】
第２リンク３０８の一端部には、第１リンク３０６に設けられているピン３０７を係合するための長穴３０９が形成され、第１のボールネジナット３０５Ａの移動に伴ってピン３０７がこの長穴３０９内を摺動して（スライドして）、ピン３０７と回転軸３１０との距離が変化される。このようにピン３０７が長穴３０９内を摺動する際には、第１リンク３０６と第２リンク３０８とがなす角度が変化され、即ち、ピン３０７を回転軸として第２リンク３０８が回転される。また、第２リンク３０８の回転軸３１０が基部１０２に対して固定されることから、第１のボールネジナット３０５Ａが矢印Ａで示される方向に移動されると、指部１０１Ａでは、第２リンク３０８が矢印ＲＡで示される方向に回動され、指部１０１Ｃでは、第２リンク３０８が矢印ＲＣで示される方向に、即ち、指部１０１Ａとは反対向きに回動される。第２リンク３０８の他端部には、図１に示したような把持部１０６が取り付けられる。
【００２５】
第２のボールネジナット３０５Ｂに関連する構成は、第１のボールネジナット３０５Ａに関連して上述したものと同様であるため、詳細な説明を省略する。駆動モータ３０１によってボールネジ軸３０４が回転されると、第１のボールネジナット３０５Ａは、矢印Ａで示される方向に移動され、第２のボールネジナット３０５Ｂは、矢印Ｂで示される方向に、即ち、第１のボールネジナット３０５Ａとは反対の方向に移動される。第２のボールネジナット３０５Ｂが矢印Ｂで示される方向に移動されると、指部１０１Ｂでは、第２リンク３０８が矢印ＲＢで示される方向に回動され、指部１０１Ｄでは、第２リンク３０８が矢印ＲＤで示される方向に、即ち、指部１０１Ｂとは反対向きに回動される。
【００２６】
このように、本実施の形態に係るロボットハンド機構では、単一の駆動モータ３０１によって複数の指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄの駆動方向が同時に変更される。
【００２７】
なお、第１リンク３０６の先端部にピン３０７が設けられ、第２リンク３０８にこのピンをスライド可能及び回転可能に係合するための長穴が形成される例に代えて、第２リンク３０８の端部にピンが設けられ、第１リンク３０６にこのピンをスライド可能及び回転可能に係合するための長穴が形成されてもよい。
【００２８】
次に、図４及び図５を参照して、回転機構の第１及び第２変形例を説明するとともに、図６（ａ）〜（ｃ）を参照して第１変形例に係る回転機構の動作を説明する。
図４は、図３に示した回転機構の第１変形例を示している。第１変形例では、第１及び第２可動部３０５Ａ、３０５Ｂは、図４に示されるように、互いに反対方向に移動可能に、図３に示した基部１０２上に設けられた１軸直動機構３０４によって支持されている。この直動機構３０４は、図３に示したボールネジ機構の例に限定されず、駆動モータ３０１の回転運動を可動部３０５Ａ、３０５Ｂの直動運動に変換することができればよく、例えば、ラック及びピニオンを利用したものであってもよい。
【００２９】
ボールネジ機構は、駆動モータ３０１の出力を高効率で伝達することができる。従って、直動機構３０４としてボールネジ機構を利用する場合、指部の駆動方向を変更するための駆動モータ３０１として、低出力の駆動モータを使用することができる。また、対象物体の把持しているときに指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄに強い外力が作用した場合でも指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄの把持姿勢が維持される。
【００３０】
指部１０１Ａの受動回転部１０４は、第１接続機構４０１を介して第１可動部３０５Ａに結合されている。第１接続機構４０１は、可動リンク４０２を直動自在に支持する直動機械要素４０３及び可動リンク４０２回転自在に支持する回転機械要素４０４を備える。直動機械要素４０３は、第１可動部３０５Ａに固定された第１リンク３０６及び可動リンク４０２間に設けられ、回転機械要素４０４は、可動リンク４０２及び第２リンク３０８間に設けられる。第１接続機構４０１は、第１可動部３０５Ａの直動運動を指部１０１Ａの受動回転部１０４の回転運動に変換する。
【００３１】
同様に、指部１０１Ｃの受動回転部１０４は、第２接続機構４０１を介して第１可動部３０５Ａに結合される。第２接続機構４０１は、第１可動部３０５Ａの直動運動を指部１０１Ｃの受動回転部１０４の回転運動に変換する。また同様に、指部１０１Ｂの受動回転部１０４は、第３接続機構４０１を介して第２可動部３０５Ｂに結合される。第３接続機構４０１は、第２可動部３０５Ｂの直動運動を指部１０１Ｂの受動回転部１０４の回転運動に変換する。さらに、指部１０１Ｄの受動回転部１０４は、第４接続機構４０１を介して第２可動部３０５Ｂに結合される。第４接続機構４０１は、第２可動部３０５Ｂの直動運動を指部１０１Ｄの受動回転部１０４の回転運動に変換する。
【００３２】
図３に示される例では、接続機構（第１乃至第４接続機構を含む）４０１は、第１リンク３０６に設けられたピン３０７及び第２リンク３０８に設けられた長穴３０９の組み合わせにより実現される。他の例では、接続機構４０１は、直動スライダ及びベアリングの組み合わせにより実現されてもよい。接続機構４０１が直動スライダ及びベアリングの組み合わせにより実現される例では、第１リンク３０６の先端部に、案内レール及びこの案内レール上をｙ方向移動可能に支持される可動リンク４０２を備えた直動スライダが設けられる。ベアリングは、可動リンク４０２及び第２リンク３０８間に配置され、これら可動リンク４０２及び第２リンク３０８をｚ方向周りに回転可能に支持する。さらに、接続機構４０１は、図５に示されるように、直動機械要素４０３及び回転機械要素４０４の配置を入れ替えてもよい。
【００３３】
次に、図６（ａ）〜（ｃ）を参照して、図３に示した回転機構の動作について説明する。
図６（ａ）〜（ｃ）は、夫々第１対向移動モードで動作されるロボットハンド機構の構成、対角移動モードで動作されるロボットハンド機構の構成、及び第２対向移動モードで動作されるロボットハンド機構の構成を示している。ロボットハンド機構が第１対向移動モードから対角移動モードに移行する場合、図６（ａ）に示されるように、駆動モータ３０１によって、第１及び第２可動部３０５Ａ、３０５Ｂが互いに離反される方向に移動される。第１可動部３０５Ａがｘ方向に移動されると、指部１０１Ａの直動機械要素４０３及び指部１０１Ｃの直動機械要素４０３は、夫々第１可動部３０５Ａとともにｘ方向に移動され、指部１０１Ａの回転機械要素４０４及び指部１０１Ｃの回転機械要素４０４は、夫々指部１０１Ａの受動回転部１０４及び指部１０１Ｃの受動回転部１０４を中心とする円軌道上を移動される。この際、指部１０１Ａの可動リンク４０２及び指部１０１Ｃの可動リンク４０２がｙ方向にスライドされて第１可動部３０５Ａ及び受動回転部１０４間の距離が短縮され、また、可動リンク４０２及び第２リンク３０８がなす角度が増大される。
【００３４】
同様に、第２可動部３０５Ｂがｘ方向であって、第１可動部３０５Ａとは反対向きに移動されると、指部１０１Ｂの直動機械要素４０３及び指部１０１Ｄの直動機械要素４０３は、夫々第２可動部３０５Ｂとともにｘ方向に移動され、指部１０１Ｂの回転機械要素４０４及び指部１０１Ｄの回転機械要素４０４は、夫々指部１０１Ｂの受動回転部１０４及び指部１０１Ｄの受動回転部１０４を中心とする円軌道上を移動される。この際、指部１０１Ｂの可動リンク４０２及び指部１０１Ｄの可動リンク４０２がｙ方向にスライドされて第２可動部３０５Ｂ及び受動回転部間１０４の距離が短縮され、また、可動リンク及び第２リンクがなす角度が増大される。第１対向移動モードから対角移動モードへの移行では、図６（ａ）及び（ｂ）に示されるように、各受動回転部１０４が４５度だけ回転される。受動回転部１０４の回転角度は、駆動モータ３０１の出力を調節することで制御される。
【００３５】
ロボットハンド機構が対角移動モードから第２対向移動モードに移行する場合、図６（ｂ）に示されるように、駆動モータ３０１によって、第１及び第２可動部３０５Ａ、３０５Ｂが互いに離反される方向に移動される。第１可動部３０５Ａがｘ方向に移動されると、指部１０１Ａの直動機械要素４０３及び指部１０１Ｃの直動機械要素４０３は、夫々第１可動部３０５Ａとともにｘ方向に移動され、指部１０１Ａの回転機械要素４０４及び指部１０１Ｃの回転機械要素４０４は、夫々指部１０１Ａの受動回転部１０４及び指部１０１Ｃの受動回転部１０４を中心とする円軌道上を移動される。この際、指部１０１Ａの可動リンク４０２及び指部１０１Ｃの可動リンク４０２がｙ方向にスライドされて第１可動部３０５Ａ及び受動回転部１０４間の距離が伸張され、また、可動リンク４０２及び第２リンク３０８がなす角度が増大される。
【００３６】
同様に、第２可動部３０５Ｂがｘ方向に移動されると、指部１０１Ｂの直動機械要素４０３及び指部１０１Ｄの直動機械要素４０３は、夫々第２可動部３０５Ｂとともにｘ方向に移動され、指部１０１Ｂの回転機械要素４０４及び指部１０１Ｄの回転機械要素４０４は、夫々指部１０１Ｂの受動回転部１０４及び指部１０１Ｄの受動回転部１０４を中心とする円軌道上を移動される。この際、指部１０１Ｂの可動リンク４０２及び指部１０１Ｄの可動リンク４０２がｙ方向にスライドされて第２可動部３０５Ｂ及び受動回転部間１０４の距離が伸張され、また、可動リンク及び第２リンクがなす角度が増大される。第１対向移動モードから対角移動モードへの移行では、図６（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、各受動回転部１０４が４５度だけ回転される。
【００３７】
第２対向移動モードから対角移動モードへの移行、及び対角移動モードから第１対向移動モードへの移行は、夫々、対角移動モードから第２対向移動モードへの移行、及び第１対向移動モードから対角移動モードへの移行と逆の動作であるため、その説明を省略する。
【００３８】
本実施の形態に係るロボットハンド機構では、図７に示されるように、指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄの駆動方向が変更されても、指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄの基部に対する位置は、変化されない。以下では、指部の駆動方向を変える際に、指部の位置が移動されるロボットハンド機構を比較例として、本実施の形態と比較例とを比較して説明する。
【００３９】
比較例に係るロボットハンド機構は、本実施の形態と同様に、４本の指部８０１Ａ、８０１Ｂ、８０１Ｃ、８０１Ｄを備え、第１及び第２対向移動モード及び対角移動モードで動作される。比較例では、図８に示されるように、指部８０１Ａ、８０１Ｂ、８０１Ｃ、８０１Ｄが夫々円軌道上を移動されることで、指部８０１Ａ、８０１Ｂ、８０１Ｃ、８０１Ｄの駆動方向が変更され、即ち、動作モードが変更される。より具体的には、対角移動モードでの指部８０１Ａ及び８０１Ｃ間の距離を基準とすると、第１対向移動モードでの指部８０１Ａ及び８０１Ｃ間の距離が基準よりも大きくなる。
【００４０】
比較的に小さい対象物体を把持する場合、比較例のロボットハンド機構は、指部間の間隔が広がっているため、比較的小さな対象物体を把持することができない。他方、本実施の形態のロボットハンド機構は、第１対向移動モードで動作される場合にも、指部間の間隔が小さいことから、このような比較的に小さい対象物体を把持することができる。このように、本実施の形態に係るロボットハンド機構においては、比較例よりも対象物体に対する適用範囲が広い。
【００４１】
さらに、比較例に係るロボットハンド機構では、指部が平面（ｘｙ平面）上を移動されるため、指部の駆動方向は、２変数（ｘ及びｙ）の関数で表わされる。他方、本実施の形態に係るロボットハンド機構では、指部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄの駆動方向は、受動回転部１０４の回転角度θのみ関数として表わされる。従って、本実施の形態に係るロボットハンド機構においては、比較例よりも制御が容易になる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態に係るロボットハンド機構においては、対象物体の形状に応じて指部の駆動方向を変更することができ、任意の形状の対象物品を安定的に把持することができる。また、指部の駆動方向の変更を単一の駆動モータで行うことができる。さらに、指部の駆動方向を変更する機構にボールネジ機構が利用される場合、ボールネジ機構が高い伝達効率を有することから、低出力の駆動モータを使用することができる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄ…指部、１０２…基部、１０３…支持部、１０４…受動回転部、１０５…出力軸、１０６…平行リンク機構、１０７…回転部、１０８…リンク、３０１…駆動モータ、３０２…カップリング、３０３…軸受部、３０４…直動機構（ボールネジ軸）、３０５…可動部（ボールネジナット）、３０６…第１リンク、３０７…ピン、３０８…第２リンク、３０９…長穴、３１０…回転軸、４０１…接続機構、４０２…可動リンク、４０３…直動機械要素、４０４…回転機械要素
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部に対向して配置され、駆動モータの回転運動を直動運動に変換する直動機構と、
前記直動機構によって第１方向に移動可能に支持される第１可動部と、
前記第１可動部の一端側に結合され、前記第１可動部の直動運動を、前記第１方向と交差する第２方向の周りの回転運動に変換する第１接続機構と、
前記基部に対して回転可能に支持され、前記第１接続機構によって回転される第１受動回転部と、
前記第１受動回転部に取り付けられる第１把持部と、
前記第１可動部の他端側に結合され、前記第１可動部の直動運動を、前記第２方向の周りの回転運動に変換する第２接続機構と、
前記基部に対して回転可能に支持され、前記第２接続機構によって回転される第２受動回転部と、
前記第２受動回転部に取り付けられる第２把持部と、
を具備することを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記直動機構によって前記第１可動部とは反対方向に移動可能に支持される第２可動部と、
前記第２可動部の一端側に結合され、前記第２可動部の直動運動を、前記第２方向の周りの回転運動に変換する第３接続機構と、
前記基部に対して回転可能に支持され、前記第３接続機構によって回転される第３受動回転部と、
前記第３受動回転部に取り付けられる第３把持部と、
前記第２可動部の他端側に結合され、前記第２可動部の直動運動を、前記第２方向の周りの回転運動に変換する第４接続機構と、
前記基部に対して回転可能に支持され、前記第４接続機構によって回転される第４受動回転部と、
前記第４受動回転部に取り付けられる第４把持部と、
をさらに具備する請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記直動機構は、前記第１及び第２可動部を移動させることで、前記第１及び第３把持部が対向し、かつ、前記第２及び第４把持部が対向した第１動作モードと、前記第１及び第２把持部が対向し、かつ、前記第３及び第４把持部が対向した第２動作モードとを切り替えることを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記第１乃至第４接続機構は、可動リンクと、当該可動リンクをスライド可能に支持する直動機械要素と、当該可動リンクを回転可能に支持する回転機械要素とを備えることを特徴とする請求項３に記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記第１乃至第４接続機構は、先端部にピンが設けられた第１リンクと、当該ピンをスライド可能及び回転可能に支持する長穴が形成された第２リンクと、を備えることを特徴とする請求項３に記載のロボットハンド。
【請求項１】
基部と、
前記基部に対向して配置され、駆動モータの回転運動を直動運動に変換する直動機構と、
前記直動機構によって第１方向に移動可能に支持される第１可動部と、
前記第１可動部の一端側に結合され、前記第１可動部の直動運動を、前記第１方向と交差する第２方向の周りの回転運動に変換する第１接続機構と、
前記基部に対して回転可能に支持され、前記第１接続機構によって回転される第１受動回転部と、
前記第１受動回転部に取り付けられる第１把持部と、
前記第１可動部の他端側に結合され、前記第１可動部の直動運動を、前記第２方向の周りの回転運動に変換する第２接続機構と、
前記基部に対して回転可能に支持され、前記第２接続機構によって回転される第２受動回転部と、
前記第２受動回転部に取り付けられる第２把持部と、
を具備することを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記直動機構によって前記第１可動部とは反対方向に移動可能に支持される第２可動部と、
前記第２可動部の一端側に結合され、前記第２可動部の直動運動を、前記第２方向の周りの回転運動に変換する第３接続機構と、
前記基部に対して回転可能に支持され、前記第３接続機構によって回転される第３受動回転部と、
前記第３受動回転部に取り付けられる第３把持部と、
前記第２可動部の他端側に結合され、前記第２可動部の直動運動を、前記第２方向の周りの回転運動に変換する第４接続機構と、
前記基部に対して回転可能に支持され、前記第４接続機構によって回転される第４受動回転部と、
前記第４受動回転部に取り付けられる第４把持部と、
をさらに具備する請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記直動機構は、前記第１及び第２可動部を移動させることで、前記第１及び第３把持部が対向し、かつ、前記第２及び第４把持部が対向した第１動作モードと、前記第１及び第２把持部が対向し、かつ、前記第３及び第４把持部が対向した第２動作モードとを切り替えることを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記第１乃至第４接続機構は、可動リンクと、当該可動リンクをスライド可能に支持する直動機械要素と、当該可動リンクを回転可能に支持する回転機械要素とを備えることを特徴とする請求項３に記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記第１乃至第４接続機構は、先端部にピンが設けられた第１リンクと、当該ピンをスライド可能及び回転可能に支持する長穴が形成された第２リンクと、を備えることを特徴とする請求項３に記載のロボットハンド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１８３４７５（Ｐ２０１１−１８３４７５Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４８３０７（Ｐ２０１０−４８３０７）
【出願日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「次世代ロボット知能化技術開発プロジェクト、作業知能（社会・生活分野）の開発、ロバストに作業を実行するための作業知能モジュール群の開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「次世代ロボット知能化技術開発プロジェクト、作業知能（社会・生活分野）の開発、ロバストに作業を実行するための作業知能モジュール群の開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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