把持ロボット装置
【課題】 １台のハンドでさまざまな硬さ、重さ、形状のものを把持する機構と制御法を提供する
【解決手段】識別情報が記録されたＩＣタグを複数の物体にそれぞれ貼着し、前記各物体を自動的に識別して前記各物体を把持するロボットマニピュレータの把持ロボットハンドであって、把持ロボットハンドの中心位置に取り付けたＣＣＤカメラと、同ＣＣＤカメラの近接位置に取り付けた照明装置と、前記各物体のＩＣタグに記録された情報を読取るＩＣタグリーダと、同ＩＣタグリーダが読取った物体の形状情報及びその把持位置に基づいて、前記把持ロボットハンドの把持部を識別した前記各物体の把持位置に移動させる第１のアクチュエータと、同第１のアクチュエータの作動後に、前記把持ロボットハンドの把持力を前記物体のＩＣタグに記録された把持力と比較して一致させる第２のアクチュエータとから構成されることを特徴とする把持ロボット装置である。
【解決手段】識別情報が記録されたＩＣタグを複数の物体にそれぞれ貼着し、前記各物体を自動的に識別して前記各物体を把持するロボットマニピュレータの把持ロボットハンドであって、把持ロボットハンドの中心位置に取り付けたＣＣＤカメラと、同ＣＣＤカメラの近接位置に取り付けた照明装置と、前記各物体のＩＣタグに記録された情報を読取るＩＣタグリーダと、同ＩＣタグリーダが読取った物体の形状情報及びその把持位置に基づいて、前記把持ロボットハンドの把持部を識別した前記各物体の把持位置に移動させる第１のアクチュエータと、同第１のアクチュエータの作動後に、前記把持ロボットハンドの把持力を前記物体のＩＣタグに記録された把持力と比較して一致させる第２のアクチュエータとから構成されることを特徴とする把持ロボット装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はさまざまな形状、硬さ、重さのものを把持し、仕分けることができるロボットハンド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣタグをつけた対象物を仕分けるロボットハンドがいくつか考案されているが、様々なセンサを使う必要があることから、既製品の組み合わせではハンドが大型になる、理想的な位置にセンサをレイアウトできないという問題を抱えていた。そこでセンサを最も効率的にレイアウトした専用のハンドが求められていた。一方、従来から特定のものを把持するロボットハンドが商品化されているが、対象物に合わせた指形状、ハンド機構を用意する必要があった。対象物が軽量で壊れやすいものならば出力トルクの小さなアクチュエータを使った小型のハンドを用意し、重量物であれば出力の大きな大型の専用ハンドを用意する必要があるため、作業に応じていくつものロボットを用意する必要があった。これを解決する為、人の手を模擬した多自由度多指ハンドが提案されているが、このハンドを用いた把持制御は計算量が多い、構造が精密で必要なトルクを実現しにくい、重量物を把持できない問題があった。
【特許文献１】特開２００６−１０２８８１(把持ロボット装置)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、１台のハンドでさまざまな硬さ、重さ、形状のものを把持する機構と制御法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
かかる課題を解決した本発明の構成は
１）識別情報が記録されたＩＣタグを複数の物体にそれぞれ貼着し、前記各物体を 自動的に識別して前記各物体を把持するロボットマニピュレータの把持ロボットハンドであって、把持ロボットハンドの中心位置に取り付けたＣＣＤカメラと、同ＣＣＤカメラの近接位置に取り付けた照明装置と、前記各物体のＩＣタグに記録された情報を読取るＩＣタグリーダと、同ＩＣタグリーダが読取った物体の形状情報及びその把持位置に基づいて、前記把持ロボットハンドの把持部を識別した前記各物体の把持位置に移動させる第１のアクチュエータと、同第１のアクチュエータの作動後に、前記把持ロボットハンドの把持力を前記物体のＩＣタグに記録された把持力と比較して一致させる第２のアクチュエータとから構成されることを特徴とする把持ロボット装置である。
２）上記第１のアクチュエータは、上記把持ロボットハンドの把持部を前記各物体の把持位置に水平方向に移動させるボールネジ・スライド駆動機構からなり、上記第２のアクチュエータは、前記把持ロボットハンドの把持部をウォームギヤを介して、軸支され前記ウォームギヤに一側が噛合する把持レバーと、同把持レバーの他側把持部に貼着される力センサと、同力センサの圧力情報を前記物体の上記ＩＣタグに記録された把持力に比較一致させる制御機構とから構成される把持ロボット装置である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、ＩＣタグリーダ、ＣＣＤカメラ、照明装置、力センサを仕分け作業に適切な位置に配置したコンパクトなハンドを実現することができる。また
重量物を把持し持ち上げる場合、対象物重量が把持レバーに加わることで把持レバー軸にトルクが加わるが、ウォームギヤの特性によって把持レバー側からのトルクは第２のアクチュエータに伝わらない。第１のアクチュエータは対象物の荷重方向に対して水平である為、水平方向への分力は最小になる。よって第２のアクチュエータトルク以上の把持力が必要な重量物を把持することができる。把持レバーの角度を変更すれば柔軟構造の把持部を対象物に接触させ、その接触力を力センサで計測しつつ第１アクチュエータ、第２アクチュエータを制御することで、壊れやすいものを適切な力で把持することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
ＣＣＤカメラの視野をさえぎらないように、把持ロボットハンドの中心位置にＣＣＤカメラを配置した。その近傍に照明角度を変更できるように、複数のＬＥＤ等の照明装置を配置した。更にその近傍にＩＣタグリーダを配置した。第１のアクチュエータはＣＣＤカメラを中心として２個以上放射状に配置した。把持部は力センサを内蔵した柔軟素材で構成する。第１のアクチュエータのスライド方向は対象物の荷重方向に対して水平とし、把持レバーは第１のアクチュエータに対し、平行な角度から１８０度変更できることが望ましい。以下本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。
【実施例】
【０００７】
図１は実施例の商品仕分け用センサ統合ハンドの説明図で、図１（ａ）は正面図で、図１（ｂ）は商品仕分け用センサ統合ハンドを下からみた平面図である。図２は実施例の第１のアクチュエータと第２のアクチュエータの説明図で、図２（ａ）は正面図で、図２（ｂ）は側面図である。図３は第２のアクチュエータの説明図で、図３（ａ）は一部切欠部を示す正面図で、図３（ｂ）は側面図である。図４は対象物の力制御把持動作の説明図で、図４（ａ）は正面図で、図４（ｂ）は側面図である。図５は重量物把持動作の説明図で、図５（ａ）は正面図で、図５（ｂ）は側面図である。
以下、図１から図５を参照して本発明に係る実施例を説明する。
【０００８】
本実施例の把持ロボットハンドは図１，２，３に示すようにハンド中央部にＣＣＤカメラ１を備え、その近接位置に複数のＬＥＤからなる照明装置７を有し、その近傍にＩＣタグに記録された情報を読取るＩＣタグリーダ６が配置され、その周囲に、第１のアクチュエータ８を固定している第１のフレーム１４を２個以上放射状に配置し、同第１アクチュエータ８の作動後にボールねじ８aを介してスライド動作するスライド部材８ｂに固定された第２のフレーム１５を有し、同第２のフレーム１５に固定された第２のアクチュエータ９作動後にウォームギヤ９aを介して軸支され、前記ウォームギヤ９aに一側が噛合する把持レバー１０と、同把持レバー１０の他側把持部２に貼着される力センサ５と、同力センサ５の圧力情報を物体のＩＣタグに記録された把持力に比較一致させる制御機構とから構成した。
【０００９】
ＣＣＤカメラ１によって対象物を撮影して対象物座標を特定するには、図４（ａ）に図示するように把持部２をカメラ視野外に位置させるため、第１のアクチュエータ８を動作させ、ボールねじ８aを介してスライド部材８ｂをＣＣＤカメラ１から離す方向にスライド動作させる。同時に第２のアクチュエータ９を動作させ、把持レバー１０を第２のアクチュエータ９の側に傾ける。
【００１０】
対象物を把持するには、図４（ｂ）に図示するように把持部２の動作範囲内に対象物を位置させたのち、第１のアクチュエータ８を動作させ、スライド部材８ｂをＣＣＤカメラ１側にスライドさせると同時に、第２のアクチュエータ９を動作させ、把持部２が対象物に接触し、把持部２に貼着された力センサ５が圧力変化を検出するまで把持レバー１０をＣＣＤカメラ１側に傾ける。
【００１１】
特定の把持力で対象物を把持するには、図４に図示するように把持部２に貼着された力センサ５の計測値が目標値になるよう第１のアクチュエータ８及び第２のアクチュエータ９を動作させ、スライド部材８ｂと把持レバー１０を動かす。
【００１２】
重量物を把持する場合は、図５に示すように把持レバー１０をできるだけ水平にし、スライド部材８ｂをスライドさせ、把持部２を対象物の荷重が加わる部分の下部に位置させる。対象物荷重によるトルクが把持レバー１０を介してウォームギヤ９aに加わるが、ウォームギヤ９aの特性により、把持レバー１０から入力されるトルクは大幅に減少されて第２のアクチュエータ９に伝わるのみである。また、スライド部材８ｂのスライド方向の対象物荷重分力はほとんど発生しない為、第１のアクチュエータ８に伝わるトルクはほとんど発生しない。このため、小さいトルクのアクチュエータで重量物を把持することが可能になった。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明の把持ロボットは、小売業での仕分け作業、ロボットを使ったセル生産システムなど多種の対象物を把持しなければならない分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例の把持ロボットハンドの全体説明図で、(a) 把持ロボットハンドの正面図、(b) 商品仕分け用センサ統合ハンドを下からみた平面図である。
【図２】実施例の把持ロボットハンドの第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータ部の説明図で、(a) 正面図、(b) 側面図である。
【図３】実施例の把持ロボットハンドの第２のアクチュエータ部の説明図で、(a) 一部切欠部を示す正面図で、(b) 側面図である。
【図４】実施例の把持ロボットハンドの対象物力制御把持動作を示す説明図で、(a) 正面図、(b) 側面図である。
【図５】実施例の把持ロボットハンドの重量物把持動作を示す説明図で、(a) 正面図、(b) 側面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１ ＣＣＤカメラ
２ 把持部
３ シリンダ
４ ジョイント
５ 力センサ
６ ＩＣタグリーダ（アンテナ）
７ 照明装置
８ 第１のアクチュエータ
８ａ ボールネジ
８ｂ スライド部材
９ 第２のアクチュエータ
９ａ ウォームギヤ
９ｂ ピン
１０ 把持レバー
１１ レール
１２ レールスライダー
１３ 把持ロボットハンドフレーム
１４ 第１のフレーム
１５ 第２のフレーム
【技術分野】
【０００１】
本発明はさまざまな形状、硬さ、重さのものを把持し、仕分けることができるロボットハンド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣタグをつけた対象物を仕分けるロボットハンドがいくつか考案されているが、様々なセンサを使う必要があることから、既製品の組み合わせではハンドが大型になる、理想的な位置にセンサをレイアウトできないという問題を抱えていた。そこでセンサを最も効率的にレイアウトした専用のハンドが求められていた。一方、従来から特定のものを把持するロボットハンドが商品化されているが、対象物に合わせた指形状、ハンド機構を用意する必要があった。対象物が軽量で壊れやすいものならば出力トルクの小さなアクチュエータを使った小型のハンドを用意し、重量物であれば出力の大きな大型の専用ハンドを用意する必要があるため、作業に応じていくつものロボットを用意する必要があった。これを解決する為、人の手を模擬した多自由度多指ハンドが提案されているが、このハンドを用いた把持制御は計算量が多い、構造が精密で必要なトルクを実現しにくい、重量物を把持できない問題があった。
【特許文献１】特開２００６−１０２８８１(把持ロボット装置)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、１台のハンドでさまざまな硬さ、重さ、形状のものを把持する機構と制御法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
かかる課題を解決した本発明の構成は
１）識別情報が記録されたＩＣタグを複数の物体にそれぞれ貼着し、前記各物体を 自動的に識別して前記各物体を把持するロボットマニピュレータの把持ロボットハンドであって、把持ロボットハンドの中心位置に取り付けたＣＣＤカメラと、同ＣＣＤカメラの近接位置に取り付けた照明装置と、前記各物体のＩＣタグに記録された情報を読取るＩＣタグリーダと、同ＩＣタグリーダが読取った物体の形状情報及びその把持位置に基づいて、前記把持ロボットハンドの把持部を識別した前記各物体の把持位置に移動させる第１のアクチュエータと、同第１のアクチュエータの作動後に、前記把持ロボットハンドの把持力を前記物体のＩＣタグに記録された把持力と比較して一致させる第２のアクチュエータとから構成されることを特徴とする把持ロボット装置である。
２）上記第１のアクチュエータは、上記把持ロボットハンドの把持部を前記各物体の把持位置に水平方向に移動させるボールネジ・スライド駆動機構からなり、上記第２のアクチュエータは、前記把持ロボットハンドの把持部をウォームギヤを介して、軸支され前記ウォームギヤに一側が噛合する把持レバーと、同把持レバーの他側把持部に貼着される力センサと、同力センサの圧力情報を前記物体の上記ＩＣタグに記録された把持力に比較一致させる制御機構とから構成される把持ロボット装置である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、ＩＣタグリーダ、ＣＣＤカメラ、照明装置、力センサを仕分け作業に適切な位置に配置したコンパクトなハンドを実現することができる。また
重量物を把持し持ち上げる場合、対象物重量が把持レバーに加わることで把持レバー軸にトルクが加わるが、ウォームギヤの特性によって把持レバー側からのトルクは第２のアクチュエータに伝わらない。第１のアクチュエータは対象物の荷重方向に対して水平である為、水平方向への分力は最小になる。よって第２のアクチュエータトルク以上の把持力が必要な重量物を把持することができる。把持レバーの角度を変更すれば柔軟構造の把持部を対象物に接触させ、その接触力を力センサで計測しつつ第１アクチュエータ、第２アクチュエータを制御することで、壊れやすいものを適切な力で把持することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
ＣＣＤカメラの視野をさえぎらないように、把持ロボットハンドの中心位置にＣＣＤカメラを配置した。その近傍に照明角度を変更できるように、複数のＬＥＤ等の照明装置を配置した。更にその近傍にＩＣタグリーダを配置した。第１のアクチュエータはＣＣＤカメラを中心として２個以上放射状に配置した。把持部は力センサを内蔵した柔軟素材で構成する。第１のアクチュエータのスライド方向は対象物の荷重方向に対して水平とし、把持レバーは第１のアクチュエータに対し、平行な角度から１８０度変更できることが望ましい。以下本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。
【実施例】
【０００７】
図１は実施例の商品仕分け用センサ統合ハンドの説明図で、図１（ａ）は正面図で、図１（ｂ）は商品仕分け用センサ統合ハンドを下からみた平面図である。図２は実施例の第１のアクチュエータと第２のアクチュエータの説明図で、図２（ａ）は正面図で、図２（ｂ）は側面図である。図３は第２のアクチュエータの説明図で、図３（ａ）は一部切欠部を示す正面図で、図３（ｂ）は側面図である。図４は対象物の力制御把持動作の説明図で、図４（ａ）は正面図で、図４（ｂ）は側面図である。図５は重量物把持動作の説明図で、図５（ａ）は正面図で、図５（ｂ）は側面図である。
以下、図１から図５を参照して本発明に係る実施例を説明する。
【０００８】
本実施例の把持ロボットハンドは図１，２，３に示すようにハンド中央部にＣＣＤカメラ１を備え、その近接位置に複数のＬＥＤからなる照明装置７を有し、その近傍にＩＣタグに記録された情報を読取るＩＣタグリーダ６が配置され、その周囲に、第１のアクチュエータ８を固定している第１のフレーム１４を２個以上放射状に配置し、同第１アクチュエータ８の作動後にボールねじ８aを介してスライド動作するスライド部材８ｂに固定された第２のフレーム１５を有し、同第２のフレーム１５に固定された第２のアクチュエータ９作動後にウォームギヤ９aを介して軸支され、前記ウォームギヤ９aに一側が噛合する把持レバー１０と、同把持レバー１０の他側把持部２に貼着される力センサ５と、同力センサ５の圧力情報を物体のＩＣタグに記録された把持力に比較一致させる制御機構とから構成した。
【０００９】
ＣＣＤカメラ１によって対象物を撮影して対象物座標を特定するには、図４（ａ）に図示するように把持部２をカメラ視野外に位置させるため、第１のアクチュエータ８を動作させ、ボールねじ８aを介してスライド部材８ｂをＣＣＤカメラ１から離す方向にスライド動作させる。同時に第２のアクチュエータ９を動作させ、把持レバー１０を第２のアクチュエータ９の側に傾ける。
【００１０】
対象物を把持するには、図４（ｂ）に図示するように把持部２の動作範囲内に対象物を位置させたのち、第１のアクチュエータ８を動作させ、スライド部材８ｂをＣＣＤカメラ１側にスライドさせると同時に、第２のアクチュエータ９を動作させ、把持部２が対象物に接触し、把持部２に貼着された力センサ５が圧力変化を検出するまで把持レバー１０をＣＣＤカメラ１側に傾ける。
【００１１】
特定の把持力で対象物を把持するには、図４に図示するように把持部２に貼着された力センサ５の計測値が目標値になるよう第１のアクチュエータ８及び第２のアクチュエータ９を動作させ、スライド部材８ｂと把持レバー１０を動かす。
【００１２】
重量物を把持する場合は、図５に示すように把持レバー１０をできるだけ水平にし、スライド部材８ｂをスライドさせ、把持部２を対象物の荷重が加わる部分の下部に位置させる。対象物荷重によるトルクが把持レバー１０を介してウォームギヤ９aに加わるが、ウォームギヤ９aの特性により、把持レバー１０から入力されるトルクは大幅に減少されて第２のアクチュエータ９に伝わるのみである。また、スライド部材８ｂのスライド方向の対象物荷重分力はほとんど発生しない為、第１のアクチュエータ８に伝わるトルクはほとんど発生しない。このため、小さいトルクのアクチュエータで重量物を把持することが可能になった。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明の把持ロボットは、小売業での仕分け作業、ロボットを使ったセル生産システムなど多種の対象物を把持しなければならない分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例の把持ロボットハンドの全体説明図で、(a) 把持ロボットハンドの正面図、(b) 商品仕分け用センサ統合ハンドを下からみた平面図である。
【図２】実施例の把持ロボットハンドの第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータ部の説明図で、(a) 正面図、(b) 側面図である。
【図３】実施例の把持ロボットハンドの第２のアクチュエータ部の説明図で、(a) 一部切欠部を示す正面図で、(b) 側面図である。
【図４】実施例の把持ロボットハンドの対象物力制御把持動作を示す説明図で、(a) 正面図、(b) 側面図である。
【図５】実施例の把持ロボットハンドの重量物把持動作を示す説明図で、(a) 正面図、(b) 側面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１ ＣＣＤカメラ
２ 把持部
３ シリンダ
４ ジョイント
５ 力センサ
６ ＩＣタグリーダ（アンテナ）
７ 照明装置
８ 第１のアクチュエータ
８ａ ボールネジ
８ｂ スライド部材
９ 第２のアクチュエータ
９ａ ウォームギヤ
９ｂ ピン
１０ 把持レバー
１１ レール
１２ レールスライダー
１３ 把持ロボットハンドフレーム
１４ 第１のフレーム
１５ 第２のフレーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
識別情報が記録されたＩＣタグを貼付されている複数の物体に対し、前記各物体を自動的に識別して前記各物体を把持するロボットマニピュレータの把持ロボットハンドであって、把持ロボットハンドの中心位置に取り付けたＣＣＤカメラと、前記各物体のＩＣタグに記録された情報を読取るＩＣタグリーダと、同ＩＣタグリーダが読取った物体の形状情報及びその把持位置に基づいて、前記把持ロボットハンドの把持部を識別した前記各物体の把持位置に移動させる第１のアクチュエータと、同第１のアクチュエータの作動後に、前記把持ロボットハンドの把持力を前記物体のＩＣタグに記録された把持力と比較して一致させるように制御される第２のアクチュエータとから構成されることを特徴とする把持ロボット装置。
【請求項２】
上記第１のアクチュエータは、上記把持ロボットハンドの把持部を前記各物体の把持位置に対して進退動するスライド駆動機構からなり、上記第２のアクチュエータは、前記把持ロボットハンドの把持部をウォームギヤを介して、軸支され前記ウォームギヤに一側が噛合し、回動する把持レバーと、同把持レバーの他側把持部に貼着される力センサと、同力センサの圧力情報を前記物体の上記ＩＣタグに記録された把持力に比較一致させる制御機構とから構成されることを特徴とする請求項１記載の把持ロボット装置。
【請求項１】
識別情報が記録されたＩＣタグを貼付されている複数の物体に対し、前記各物体を自動的に識別して前記各物体を把持するロボットマニピュレータの把持ロボットハンドであって、把持ロボットハンドの中心位置に取り付けたＣＣＤカメラと、前記各物体のＩＣタグに記録された情報を読取るＩＣタグリーダと、同ＩＣタグリーダが読取った物体の形状情報及びその把持位置に基づいて、前記把持ロボットハンドの把持部を識別した前記各物体の把持位置に移動させる第１のアクチュエータと、同第１のアクチュエータの作動後に、前記把持ロボットハンドの把持力を前記物体のＩＣタグに記録された把持力と比較して一致させるように制御される第２のアクチュエータとから構成されることを特徴とする把持ロボット装置。
【請求項２】
上記第１のアクチュエータは、上記把持ロボットハンドの把持部を前記各物体の把持位置に対して進退動するスライド駆動機構からなり、上記第２のアクチュエータは、前記把持ロボットハンドの把持部をウォームギヤを介して、軸支され前記ウォームギヤに一側が噛合し、回動する把持レバーと、同把持レバーの他側把持部に貼着される力センサと、同力センサの圧力情報を前記物体の上記ＩＣタグに記録された把持力に比較一致させる制御機構とから構成されることを特徴とする請求項１記載の把持ロボット装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−５０９６８（Ｐ２００９−５０９６８Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２０５２１（Ｐ２００７−２２０５２１）
【出願日】平成１９年８月２８日（２００７．８．２８）
【出願人】（０００２１４１９１）長崎県 (106)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２８日（２００７．８．２８）
【出願人】（０００２１４１９１）長崎県 (106)
【Ｆターム（参考）】
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