JP2016032865A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】種々の大きさや形状の部品を十分な把持力で把持することが可能なロボットハンドを提供する。
【解決手段】互いの距離を変更可能に設けられた複数の指部の間で対象物を把持する動作を行うロボットハンドにおいて、複数の指部の間に、指部の根元側と指部の先端側とを結ぶ方向に沿って移動可能な掌部を設けておく。こうすれば、複数の指部の間に対象物を把持するとともに、把持した対象物に掌部を当接させることができる。従って、対象物と複数の指部との間に生ずる摩擦力と、掌部が対象物を支持する力とによって、種々の大きさや形状の対象物を十分な把持力で把持することが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、対象物を掴むことが可能なロボットハンドに関する。

近年のロボット技術の進歩により、工業製品の製造現場では多くの産業用ロボットが使用されるようになっている。例えば、工業製品の組み立てラインでは、ラインに沿って複数台の産業用ロボットが設置され、ライン上を流れる製造中の製品に対して、ロボットが自動で各種の部品を組み付けることで、生産効率を向上させることが広く行われている。あるいは、このようなロボットが組み付ける部品をラインサイドまで搬送する際にも、ロボットを用いて部品を搬送することで、工場全体としての生産効率を向上させることも広く行われている。

このように組み立てライン等で用いられる産業用ロボットは、部品を搬送したり、搬送してきた部品を製品に組み付けたりする作業において、様々な大きさや形状の対象物を取り扱う。このため、ロボットが対象物を把持する部分（ロボットハンド）には、様々な対象物に対応可能な高い汎用性が要求される。そこで、種々の大きさや形状の部品を把持可能なロボットハンドが提案されている（特許文献１、特許文献２）。

特開２０００−１１７６７７号公報 特公平６−３０８６２号公報

しかし、提案されているロボットハンドは、種々の大きさや形状の部品を十分な把持力で把持することが難しいという問題があった。これは次の理由による。先ず、これらのロボットハンドは、ほぼ向かい合わせに設けた複数本の指部で、対象物を挟むことによって把持している。従って、対象物の大きさに合わせて指部の間の距離を変更することで、種々の大きさ（あるいは形状）の対象物を把持することができるが、対象物は指部と指部との間に挟まれた状態で、接触部分での摩擦力によって保持されているに過ぎない。もちろん、指部を対象物に強く押し付ければ摩擦力を増やすことができるが、対象物の表面に傷を付けてしまう恐れがあるため限界がある。結局、対象物を十分な力で把持することができない。その結果、たとえば小さな部品を把持して何かに組み付ける作業をする場合、組み付ける際に部品が受ける反力で、把持した部品がずれてしまい、組み付けられなくなってしまうなどの種々の問題が生じ得る。

この発明は、従来の技術が有する上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、種々の大きさや形状の部品を十分な把持力で把持することが可能なロボットハンドを提供することを目的とする。

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明のロボットハンドは次の構成を採用した。すなわち、
互いの距離を変更可能に設けられた複数の指部の間で対象物を把持する動作を行うロボットハンドにおいて、
前記複数の指部の間には、該複数の指部の根元側と該複数の指部の先端側とを結ぶ方向に沿って移動可能な掌部が設けられていることを特徴とする。

このような構成を有する本発明のロボットハンドにおいては、対象物の大きさや形状に合わせて複数の指部の間の距離を変更して対象物を把持するとともに、指部の先端側に掌部を移動させて、掌部を対象物に当接させることができる。従って、対象物と複数の指部との間に生ずる摩擦力によって対象物を保持するだけでなく、掌部によって指部の根元側から対象物を支持しておくことができる。その結果、種々の大きさや形状の対象物を十分な把持力で把持することが可能となる。

また、上述したように、本発明のロボットハンドで把持した対象物は掌部によって指部の根元側から支持されるので、例えば対象物を把持して何かに組み付ける作業をする場合に対象物が反力を受けても、対象物が把持した位置から指部の根元側にずれてしまうこともない。従って、ロボットハンドで把持した対象物を確実に組み付けることが可能である。

また、上述した本発明のロボットハンドにおいては、複数の指部の動きとは独立して掌部を移動可能としてもよい。こうすれば、種々の大きさや形状の対象物に対して複数の指部と掌部とを確実に当接させて対象物を把持することができるので、ロボットハンドの汎用性を高めることが可能となる。

また、上述した本発明のロボットハンドにおいては、複数の指部の先端に対して少なくとも面位置の位置まで掌部を移動可能としてもよい。

こうすれば、指部の先端の位置に掌部を露出させることができる。従って、例えばロボットハンドでの組み立て作業時に、工業製品などの被対象物に位置決めされた対象物を掌部で押し付けることにより、対象物を圧入する作業を行うことが可能となる。

また、上述した本発明のロボットハンドにおいては、複数の指部の動きと連動して掌部を移動可能としてもよい。こうすれば、例えば複数の指部の間の距離が接近すると掌部が指部の先端側に移動し、また複数の指部の間の距離が離間すると、掌部が指部の根元側に移動するように設定しておくことで、種々の大きさや形状の対象物を把持することが可能である。また、複数の指部の動きと掌部の動きとを一括して制御することにより、ロボットハンドの制御を簡単にすることが可能となる。

また、上述した本発明のロボットハンドにおいては、対象物を把持する際に対象物と当接する把持面を複数の指部に形成しておき、互いに対向する指部の把持面の間隔が掌部側から指部の先端に向かって末狭まりとなる部分を把持面に設けることとしてもよい。

こうすれば、掌部と指部の把持面が末狭まりとなった部分とによって対象物を挟むようにして把持することができる。その結果、種々の大きさや形状の対象物をロボットハンドの内部に確実に固定しておくことが可能である。

また、上述した本発明のロボットハンドは、何れもたいへん構造が単純で、小型化および軽量化が容易である。従って、これら本発明のロボットハンドを用いてロボットを構成すれば、小型で高性能なロボットを構成することが可能となる。

本実施例のロボットハンドの構成を示す説明図である。 ロボットハンドの掌部の動きを示す説明図である。 本実施例のロボットハンドが対象物を把持する様子を示した説明図である。 本実施例のロボットハンドが把持した対象物を組み付ける場合の有利な効果を示した説明図である。 本実施例のロボットハンドの他の利用方法を示した説明図である。 変形例のロボットハンドの構成を示す説明図である。 ロボットハンドを備えたロボットを示す説明図である。

以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施例を説明する。
Ａ．本実施例のロボットハンドの構成：
Ｂ．本実施例のロボットハンドの把持動作：
Ｃ．変形例：

Ａ．本実施例のロボットハンドの構成 ：
図１は、本実施例のロボットハンド１０の構成を示した説明図である。図示されるように、本実施例のロボットハンド１０は、略矩形の板状部材であってロボットハンド１０の土台部分を構成するハンド基部１００や、ハンド基部１００の上面に取り付けられた指部ユニット１１０や、指部ユニット１１０の中央の位置に設けられた掌部１３０などから構成される。

指部ユニット１１０には、４本の指部１１２（指部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ）が設けられており、これら指部１１２は、ハンド基部１００の四隅の位置に配置されるとともに、隣接する指部１１２どうしが根元の部分で互いに接続されて一体に構成されている。尚、以下の説明において特に必要がない場合には、配置される位置によって指部１１２を区別することなく指部１１２と表記することとする。

上述した４本の指部１１２のうち、紙面手前側の２本の指部（指部１１２ａ，１１２ｄ）の間、および紙面奥側の２本の指部（指部１１２ｂ，１１２ｃ）の間には、略箱形のガイド部１２０がそれぞれ設けられており、ガイド部１２０に隣接する指部１１２の各々からは、異なる高さに設けられたガイド軸１２２がガイド部１２０に向かって延設されている。そして、ガイド部１２０の対応する位置に設けられたガイド穴をそれぞれのガイド軸１２２が貫通することにより、ガイド部１２０に隣接する２本の指部（指部１１２ａと指部１１２ｄ、または指部１１２ｂと指部１１２ｃ）が、互いに接近あるいは離間する方向に摺動可能に接続されている。

また、紙面右手前の指部１１２ａと紙面右奥の指部１１２ｂとは、連結部材１１４で連結されて一体となっており、紙面左手前の指部１１２ｄと紙面左奥の指部１１２ｃも連結されて一体となっている。このように構成される本実施例の指部ユニット１１０では、上述したガイド部１２０に内蔵された図示しないアクチュエーターを所定の方向に駆動すると、図１（ａ）に示されるように、ロボットハンド１０の紙面右側の指部（指部１１２ａ，１１２ｂ）、および紙面左側の指部（指部１１２ｃ，１１２ｄ）のそれぞれが一体となった状態で、右側の指部１１２と左側の指部１１２とが互いに離間する方向に移動する。また、このように左右の指部１１２が互いに離間した状態（図１（ａ）の状態）で、ガイド部１２０内のアクチュエーター（図示せず）を上述した所定の方向とは逆方向に駆動すると、図１（ｂ）に示されるように、右側の指部１１２および左側の指部１１２のそれぞれが一体となって、互いに接近する方向に移動する。

このように本実施例のロボットハンド１０では、向かい合う左右の指部１１２を接近あるいは離間させることで、把持しようとする対象物の大きさや形状に合わせて指部１１２の間の距離を変更することができる。また、これに加えて、本実施例のロボットハンド１０では、指部ユニット１１０の中央の位置に設けた掌部１３０を次のように移動させることが可能となっている。

図２は、本実施例のロボットハンド１０の掌部１３０の動きを示した説明図である。図２には、図１に示したロボットハンド１０を手前側から見たときの様子が示されている。図２（ａ）に示されるように、ロボットハンド１０の掌部１３０は、対象物を把持していない状態では、掌部１３０が指部１１２の根元のあたりに収容されており、掌部１３０の裏面（指部１１２の根元側の面）には、ハンド基部１００側から掌部１３０に向かって設けられたボールねじ１３２が、回転可能な状態で取り付けられている。

また、ボールねじ１３２は、掌部１３０と当接する側とは反対側で図示しない駆動モーターに接続されている。そして、駆動モーターによってボールねじ１３２を回転させることにより、掌部１３０を指部１１２の先端の方向に移動させたり（図２（ｂ）を参照）、掌部１３０を指部１１２の根元側に移動させたり（図２（ａ）を参照）することが可能となっている。このように掌部１３０を移動可能とすることで、本実施例のロボットハンド１０は、従来のロボットハンドに比べて十分な把持力で対象物を把持することが可能となる。以下ではこの点について説明する。

Ｂ．本実施例のロボットハンドの把持動作 ：
図３は、本実施例のロボットハンド１０が対象物を把持する様子を示した説明図である。尚、図３（ａ）には、参考として従来のロボットハンド２０によって対象物Ｗを把持する様子が示されており、また、図３（ｂ）および図３（ｃ）には、本実施例のロボットハンド１０によって対象物Ｗを把持する様子が示されている。

図３（ａ）に示した従来のロボットハンド２０には、掌部２３０の上面に、向かい合う一対の指部２１２が設けられており、これらの指部２１２は、図示しない駆動機構によって互いに接近あるいは離間させることが可能となっている。このような従来のロボットハンド２０では、図３（ａ）に示されるように、指部２１２の間に対象物Ｗを挟むことにより対象物Ｗを把持する。このとき、対象物Ｗは、対象物Ｗと指部２１２との接触部分に生ずる摩擦力によって指部２１２の間に保持されている。

一方、本実施例のロボットハンド１０を用いて対象物Ｗを把持する場合、図３（ｂ）に示されるように、先ず左右の指部１１２を接近させることにより、対象物Ｗと向かい合う指部１１２の内側の面（把持面１１３）で対象物Ｗを挟み、この状態で掌部１３０を指部１１２の先端の方向に移動させて、掌部１３０と対象物Ｗとを当接させる。また、図３（ｂ）に示した対象物Ｗよりも小さな対象物Ｗをロボットハンド１０で把持する場合には、図３（ｃ）に示されるように、左右の指部１１２の把持面１１３をさらに接近させて小さな対象物Ｗを挟んだ状態で、掌部１３０をさらに指部１１２の先端側に移動させて小さな対象物Ｗに当接させる。

尚、本実施例のロボットハンド１０では、上述したように、指部１１２で対象物Ｗを挟んだ後に、掌部１３０を対象物Ｗに当接させるものと説明したが、掌部１３０を対象物Ｗに当接させてから指部１１２で対象物を挟んでもよいし、指部１１２で対象物Ｗを挟む動作と、掌部１３０を対象物Ｗに当接させる動作を同時に行うこととしてもよい。

このように本実施例のロボットハンド１０は、指部１１２の根元側と先端側との間で掌部１３０を移動可能とすることで、対象物Ｗの大きさ（あるいは形状）に関係なく、対象物Ｗに掌部１３０を当接させることができる。これにより、対象物Ｗに対して、指部１１２との間に生ずる摩擦力に加えて、掌部１３０によって指部１１２の根元側から対象物Ｗを支持する力を作用させることができる。その結果、上述した従来のロボットハンド２０のように、対象物Ｗと指部２１２との接触部分に生ずる摩擦力によって対象物Ｗを保持する場合（図３（ａ）を参照）と比較して、種々の大きさや形状の対象物Ｗを十分な把持力で把持することが可能となる。

また、本実施例のロボットハンド１０の指部１１２には、掌部１３０から見て、指部１１２の先端に向かって把持面１１３が末狭まりとなる部分が設けられている。このような部分を指部１１２に設けておくことにより、対象物Ｗを、掌部１３０と把持面１１３の末狭まりの部分とによって挟むようにして把持することができる。従って、種々の大きさや形状の対象物Ｗをロボットハンド１０の内部に確実に固定しておくことが可能である。

ここで、従来のロボットハンド２０のように対象物Ｗを指部２１２で挟んで把持する場合、指部２１２を対象物Ｗに強く押し付けて摩擦力を大きくすれば、十分な力で対象物Ｗを把持することも可能である。しかしながら、対象物Ｗに指部２１２を押し付ける力を大きくすると、指部２１２からの圧力によって対象物Ｗの表面が傷ついてしまう恐れがあるので望ましくない。この点で、本実施例のロボットハンド１０は、掌部１３０で対象物Ｗを支持しておくことで、指部１１２をそれほど強く押し付けなくても対象物Ｗを十分に把持することができる。その結果、十分な把持力を確保することが可能でありながら、対象物Ｗを傷つけてしまうことがない。

また、前述したように、本実施例のロボットハンド１０の掌部１３０は、指部１１２の根元側と先端側とを結ぶ方向に直線的に移動するだけなので（図２を参照）、簡単な制御によって掌部１３０を動作させることができる。従って、掌部１３０を移動可能とすることで対象物Ｗを十分に把持可能としながら、ロボットハンド１０の制御が複雑となってしまうこともない。

加えて、ロボットハンド１０は単純な構造なので、ロボットハンド１０を小型化および軽量化することが可能である。このため、サイクルタイムを向上させるために、ロボットハンド１０を高速移動させる場合でも、そのために必要なエネルギーの増加を抑制することができるので、ロボット全体（あるいはライン全体）としてのエネルギー効率が低下することを回避することが可能となる。更に加えて、ロボットハンド１０の構造が単純なことから、このような優れた特性を有するロボットハンド１０を安価に提供することも可能となる。

また、本実施例のロボットハンド１０を用いれば、上述したように対象物Ｗを把持する場合に限らず、例えば製造ライン上の製品などに対して把持した対象物Ｗを組み付ける作業を行う場合においても、以下のような有利な効果を得ることができる。

図４は、本実施例のロボットハンド１０が把持した対象物Ｗを組み付ける場合の有利な効果を示した説明図である。尚、図４（ａ）には、参考として前述した従来のロボットハンド２０を用いて対象物Ｗを製品Ｐに組み付ける様子が示されており、図４（ｂ）には、本実施例のロボットハンド１０を用いて対象物Ｗを組み付ける様子が示されている。

図４（ａ）に示されるように、従来のロボットハンド２０で把持した対象物Ｗを製品Ｐに設けられた凹部に取り付ける場合、対象物Ｗと製品Ｐの凹部との接触部分には摩擦力が生ずる。従って、対象物Ｗには、対象物Ｗを凹部に向かって取り付ける方向とは逆方向の反力（図中では矢印によって表示）が作用する。ここで、前述したように、従来のロボットハンド２０は、指部２１２と対象物Ｗとの接触部分に生ずる摩擦力によって指部２１２の間に対象物Ｗを保持しているに過ぎない（図３（ａ）を参照）。従って、対象物Ｗを組み付ける時に対象物Ｗにかかる反力がある程度大きい場合には、対象物Ｗが指部２１２の根元側にずれてしまうことがあり、結果として対象物Ｗを製品Ｐに組み付けることができなくなってしまうこととなる。

ここで、図４（ｂ）に示されるように、本実施例のロボットハンド１０で把持した対象物Ｗを製品Ｐに取り付ける場合においても、上述した従来のロボットハンド２０を用いた場合と同様に、対象物Ｗに対して組み付けを行う方向とは逆方向の反力が作用する。しかしながら、本実施例のロボットハンド１０によれば、掌部１３０によって対象物Ｗが指部１１２の根元側から支持されるので、対象物Ｗにかかる反力が大きい場合でも、対象物Ｗが指部１１２の根元側にずれてしまうことが防止される。その結果、対象物Ｗを製品Ｐの凹部に確実に組み付けることが可能となる。また、本実施例のロボットハンド１０は、上述したように対象物Ｗを把持する用途以外にも、次のような用途に用いることができる。

図５は、本実施例のロボットハンド１０の他の用途を示した説明図である。本実施例のロボットハンド１０は、以下に説明するように、製品Ｐの所定の位置に位置決めされた対象物Ｗを押し付けて、製品Ｐに圧入する作業を行うことができるようになっている。この場合、先ず、左右の指部１１２を十分に離間させておき、掌部１３０を指部１１２の根元から先端の方向に移動させていく。そして、最終的に指部１１２の先端よりも少し先の位置まで掌部１３０が移動したら、離間させておいた左右の指部１１２を接近させて元の位置（ロボットハンド１０の中央の位置）に戻す。こうすると、図５（ａ）に示されるように、ロボットハンド１０の指先の部分が掌部１３０によって平坦な面となる。この状態で、製品Ｐの所定の位置に位置決めされた対象物Ｗにロボットハンド１０の指先（すなわち掌部１３０）を当接させ、さらにロボットハンド１０の全体を対象物Ｗの取り付け位置の方向に移動させると、図５（ｂ）に示されるように、製品Ｐに対象物Ｗを圧入する作業を行うことができる。

このような本実施例のロボットハンド１０を用いれば、対象物Ｗを把持する作業（および把持した対象物Ｗを組み付ける作業）と、対象物Ｗを押し付ける作業との両方を、１つのロボットハンド１０によって行うことができる。従って、例えば対象物Ｗを圧入する作業を行うロボットを別に設けておく必要がなくなるので、製造ラインを簡略化することが可能となる。

また、製品Ｐに対象物Ｗを圧入する作業は、対象物Ｗに指部１１２の先端を直接押し当てることによっても実行可能であるが、指部１１２と対象物Ｗとの接触部分（指部１１２の先端）の面積は小さいため、対象物Ｗに大きな圧力がかかってしまい対象物Ｗに傷を付けてしまう恐れがある。この点で、指部１１２の先端よりも面積の大きな掌部１３０によって対象物Ｗを圧入することとすれば、対象物Ｗにかかる圧力を分散させることができるので、局所的に大きな圧力がかかることで、対象物Ｗに傷が付くことを防止することが可能である。さらに、掌部１３０と対象物Ｗとの接触面積が大きくなることで、対象物Ｗに大きな圧力を加えても、圧力を安定して作用させることができる。その結果、製品Ｐに位置決めされた対象物Ｗを確実に圧入することが可能となる。

Ｃ．変形例 ：
以上に説明した実施例のロボットハンド１０では、対象物Ｗに対して指部１１２と掌部１３０とを当接させることにより、対象物Ｗを把持するものと説明した。ここで、対象物Ｗを把持したことを検出する目的で、指部１１２および掌部１３０に圧力センサーを設けることとしてもよい。尚、以下に説明する変形例において、上述した実施例と同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図６は、変形例のロボットハンド１０の構成を示した説明図である。図示した変形例のロボットハンド１０の指部１１２および掌部１３０には、対象物を把持した時に対象物と当接する面に圧力センサー１４０が設けられている。このような変形例のロボットハンド１０では、対象物Ｗを把持すると、対象物Ｗと圧力センサー１４０とが接触することにより、対象物Ｗと指部１１２（あるいは対象物と掌部１３０）とが当接したことが検出される。従って、圧力センサー１４０での検出結果をもとに、ロボットハンド１０が対象物Ｗを把持したか否かを判断することができる。

このような変形例のロボットハンド１０によれば、対象物Ｗが上手く把持されなかったと判断された場合に、ロボットハンド１０に再度、対象物Ｗの把持動作を行わせたり、あるいはロボットハンド１０の点検を行い、必要に応じて修理を行うことができる。その結果、ロボットハンド１０によって対象物Ｗを確実に把持することが可能となる。

また、圧力センサー１４０を用いれば、対象物Ｗを把持した時に、指部１１２あるいは掌部１３０が対象物Ｗを押す圧力を検出することもできる。従って、検出した圧力に応じて指部１１２の間の距離や掌部１３０の位置を微調整することで、対象物Ｗを把持する力を加減することが可能となる。

以上、各種実施例のロボットハンドについて説明したが、本発明は上記の実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。例えば、上述した各種実施例および変形例のロボットハンドは、四方に設けられた指部が隣り合う指部どうしで２本ずつセットとなり、一の方向（左右方向）に接近あるいは離間するものと説明したが、これら指部は、隣接する別の指部どうしが２本ずつセットとなって、上述した一の方向と略直行する方向（前後方向）にも接近あるいは離間可能としてもよい。

また、上述した各種実施例および変形例のロボットハンドは、構造がたいへん単純であるため、小型化および軽量化が容易である。従って、図７に示したように、ロボットアーム１２の先端に、これらのロボットハンドを装着してロボット５００を構成すれば、様々な対象物Ｗに対して対応可能でありながら、小型で軽量で、尚且つサイクルタイムを短くしてもエネルギー効率が低下し難い高性能のロボット５００を得ることが可能となる。

１０…ロボットハンド、 １２…ロボットアーム、 ２０…ロボットハンド、 １００…ハンド基部、 １１０…指部ユニット、 １１２…指部、 １１３…把持面、 １１４…連結部材、 １２０…ガイド部、 １２２…ガイド軸、 １３０…掌部、 １４０…圧力センサー、 ２１２…指部、 ２３０…掌部、 ５００…ロボット、 Ｗ…対象物、 Ｐ…製品

Claims (6)

1. 互いの距離を変更可能に設けられた複数の指部の間で対象物を把持する動作を行うロボットハンドにおいて、
   前記複数の指部の間には、該複数の指部の根元側と該複数の指部の先端側とを結ぶ方向に沿って移動可能な掌部が設けられていることを特徴とするロボットハンド。
2. 前記掌部は、前記複数の指部の動きとは独立して移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
3. 前記掌部は、前記複数の指部の何れについても該指部の先端に対して少なくとも面位置の位置までは移動可能に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
4. 前記掌部は、前記複数の指部の動きと連動して移動するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載のロボットハンドであって、
   前記複数の指部には、前記対象物を把持する際に該対象物と当接する把持面が形成されており、
   互いに対向する前記指部の把持面には、該把持面の間隔が前記掌部側から該指部の先端に向かって末狭まりとなる部分が設けられているロボットハンド。
6. 請求項１ないし請求項５の何れか一項に記載のロボットハンドを備えるロボット。

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