2023-43909 ロボットハンド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023043909

(43)【公開日】2023-03-30

(54)【発明の名称】ロボットハンド

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/00 20060101AFI20230323BHJP

【ＦＩ】

B25J15/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021151643

(22)【出願日】2021-09-17

(71)【出願人】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(72)【発明者】

【氏名】永田 和之

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707DS01

3C707ES01

3C707ES03

3C707ET00

3C707ET02

3C707EU00

3C707EU11

3C707EU12

3C707HS27

3C707KS33

3C707KS37

3C707KV04

3C707KV06

3C707KX07

3C707LT12

(57)【要約】

【課題】簡易な構成により、複雑な形状の対象物であっても安定的に把持することができるロボットハンドを提供する。
【解決手段】
対象物を把持するロボットハンド１であって、上記対象物に少なくとも異なる二面で当接するＶ字型指Ｖ１と、上記対象物を上記二面と共に包囲するワイヤーＷと、上記ワイヤーＷを引っ張ることにより、上記対象物を上記二面へ押圧して固定すると共に、上記ワイヤーを緩めることにより、固定した上記対象物を解放するプーリＰを備えたロボットハンド１を提供する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物を把持するロボットハンドであって、
前記対象物に少なくとも異なる二面で当接する当接手段と、
前記対象物を前記二面と共に包囲するワイヤーと、
前記ワイヤーを引っ張ることにより、前記対象物を前記二面へ押圧して固定すると共に、前記ワイヤーを緩めることにより、固定した前記対象物を解放する張力可変手段を備えたロボットハンド。

【請求項2】

前記当接手段は、隣接する鉛直方向の辺で接合された二つの面からなる請求項１に記載のロボットハンド。

【請求項3】

前記当接手段は、さらに、前記二つの面上において前記辺と直交する辺に連設された凸部を含む請求項２に記載のロボットハンド。

【請求項4】

外部装置と連結するための連結手段と、
接合された前記辺に沿って設けられた回転軸と、
前記連結手段から前記回転軸までの距離を調節する距離調節手段をさらに備えた請求項２に記載のロボットハンド。

【請求項5】

前記回転軸と前記当接手段の間に配設されたねじりバネをさらに備え、
前記距離調節手段は、前記距離を調節する弾性体を含む請求項４に記載のロボットハンド。

【請求項6】

前記連結手段と各々の前記面を連結する二つの弾性体をさらに備えた請求項４に記載のロボットハンド。

【請求項7】

前記張力可変手段は、
前記ワイヤーを巻取り、若しくは送出するプーリに連結されてプーリを回転させるモータと、
前記ワイヤーの張力を検出する張力検出手段と、
前記張力検出手段により検出された前記ワイヤーの張力に応じて、前記モータの回転を制御する制御手段を含む請求項１に記載のロボットハンド。

【請求項8】

前記当接手段は、
第一の面と、
前記第一の面上に位置する回転軸の周りに回転する第二の面と、
対向する前記第一の面と前記第二の面を連結する弾性体を含む請求項１に記載のロボットハンド。

【請求項9】

前記当接手段は、
第一の面と、
前記第一の面上に位置する回転軸の周りに回転する第二の面と、
前記回転軸の周りに回転する第三の面と、
対向する前記第一の面と前記第二の面を連結する第一の弾性体と、
対向する前記第一の面と前記第三の面を連結する第二の弾性体を含む請求項１に記載のロボットハンド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物品を把持するロボットハンドに関するものである。

【背景技術】

【0002】

これまで種々のロボットハンドが考案されているが、例えば特許文献１には、掌部と複数の指部とを備え、指部を屈曲または直動させて対象物を挟み持つようにしたロボットハンドであって、複数の指部のうちの一部の指部が、対象物へ接近する方向及びその反対方向に位置調整可能なロボットハンドが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－９４６４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１に記載されたロボットハンドは、複雑な形状の対象物を把持するために機構が複雑になっているという問題がある。

【0005】

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、簡易な構成により、複雑な形状の対象物であっても安定的に把持できるロボットハンド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】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明は、対象物を把持するロボットハンドであって、上記対象物に少なくとも異なる二面で当接する当接手段と、上記対象物を上記二面と共に包囲するワイヤーと、上記ワイヤーを引っ張ることにより、上記対象物を上記二面へ押圧して固定すると共に、上記ワイヤーを緩めることにより、固定した上記対象物を解放する張力可変手段を備えたロボットハンドを提供する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、簡易な構成により、複雑な形状の対象物であっても安定的に把持できるロボットハンドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施の形態１に係るロボットハンド１の構成を示す横断面図である。

【図2】図１に示されたプーリＰの構成を示す斜視図である。

【図3】図１に示されたロボットハンド１を直上から見たときの構成を示す平面図である。

【図4】図１に示されたロボットハンド１の主要部を示す斜視図である。

【図5】図１に示されたロボットハンド１を正面から見たときの構成を示す正面図である。

【図6】図１に示されたＶ字型指Ｖ１に替わる他の例を示す斜視図である。

【図7】図１に示されたＶ字型指Ｖ１の替わりに図６に示されたＶ字型指Ｖ２を採用したロボットハンドを正面から見たときの構成を示す正面図である。

【図8】図１等に示されたロボットハンド１における張力可変機構の構成を示すブロック図である。

【図9】図８に示された張力検出部ＳＴの一例を示す斜視図である。

【図10】図９に示された張力センサＳＴ１の配置を示す平面図である。

【図11】図９及び図１０に示された張力センサＳＴ１の構成を示す平面図である。

【図12】図９から図１１に示された張力センサＳＴ１の替わりに採用された張力センサＳＴ２の配置を示す斜視図である。

【図13】図１２に示された張力センサＳＴ２の構成を示す平面図である。

【図14】本発明の実施の形態２に係るロボットハンド１２の構成を示す斜視図である。

【図15】本発明の実施の形態３に係るロボットハンド１３の主要部を示す斜視図である。

【図16】本発明の実施の形態３に係るロボットハンド１３におけるＶ字型指Ｖ１を直上から見たときの構成を示す平面図である。

【図17】図１５に示されたロボットハンド１３におけるＶ字型指Ｖ１の動作を示す遷移図である。

【図18】本発明の実施の形態４に係るロボットハンドにおけるＶ字型指Ｖ３を直上から見たときの構成を示す平面図である。

【図19】本発明の実施の形態５に係るロボットハンドにおけるＶ字型指Ｖ４を直上から見たときの構成を示す平面図である。

【図20】図１９に示されたＶ字型指Ｖ４の動作を示す遷移図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下において、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

【0010】

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係るロボットハンド１の構成を示す横断面図であり、図２は図１に示されたプーリＰの構成を示す斜視図である。また、図３は図１に示されたロボットハンド１を直上から見たときの構成を示す平面図であり、図４は図１に示されたロボットハンド１の主要部を示す斜視図である。さらに、図５は図１に示されたロボットハンド１を正面から見たときの構成を示す正面図である。

【0011】

これらの図に示されるように、本発明の実施の形態１に係るロボットハンド１は、図５に示されたペットボトルＰＢ等の対象物を把持するロボットハンド１であって、ロボットアーム等の外部装置（図示していない）と連結するための部材であるハンドベースＨＢと、ハンドベースＨＢに固定され、図３に示されるように直上から見た場合にＶ字型をなす異なる二面で上記対象物に当接するＶ字型指Ｖ１と、上記対象物を上記二面と共に包囲するワイヤーＷと、ワイヤーＷを引っ張ることにより、上記対象物を上記二面へ押圧して固定すると共に、ワイヤーＷを緩めることにより固定した対象物を解放する張力可変機構を備える。

【0012】

ここで、Ｖ字型指Ｖ１は、図３から図５に示されるように、隣接する鉛直方向の辺で接合された二つの面ＰＬからなり、図５に示されるように、対象物がペットボトルの場合には、その蓋の部分がこれらの面ＰＬに当接される。そして、本ペットボトルの蓋と容器の間に上記ワイヤーＷを挟んで引っ張ることにより、本ペットボトルが把持される。

【0013】

なお、上記二つの面ＰＬは、例えば、これらの面ＰＬ及びワイヤーＷと上記蓋との三つの接触点が蓋の外周（円周）上で等間隔となるように、それらのなす角度を１２０°としても良い。

【0014】

また、Ｖ字型指Ｖ１は上記のように二つの面ＰＬで対象物に当接するが、例えば直上から見た場合にコの字型をなす形状など、異なる三面以上で対象物へ当接する手段を用いても良い。

【0015】

また、図２に示されるように、プーリＰの周りには、ワイヤーＷが外に広がらないようにするためのガード２が設けられている。なお、ガード２はワイヤー出口Ｅを有すると共に、ハンドベースＨＢに固定されている。

【0016】

また、ロボットハンド１は、一方の端点ＪＡが上記ワイヤー出口Ｅの近傍でハンドベースＨＢに固定され、他方の端点ＪＢがＶ字型指Ｖ１に固定された蛇管Ｊを備える。

【0017】

なお、蛇管ＪとワイヤーＷの摩擦を軽減するために、蛇管Ｊ内にフッ素樹脂製のチューブ等を入れたり、ワイヤーＷを巻取り、若しくは送り出す時におけるモータＭの回転にディザを加えたりしても好適である。

【0018】

そして、上記ワイヤーＷは、その一端がプーリＰに巻き付き固定されており、端点ＪＡより蛇管Ｊ内を通って端点ＪＢより出て、上記のようにＶ字型指Ｖ１の凹側に対してループを形成してＶ字型指Ｖ１に固定される。

【0019】

図６は、図１に示されたＶ字型指Ｖ１に替わる他の例を示す斜視図である。図６に示されるように、上記Ｖ字型指Ｖ１の替わりに、二つの面ＰＬ上において鉛直方向の接合辺と直交する辺に連設された凸部ＣＶをさらに含むＶ字型指Ｖ２を用いても好適である。

【0020】

このようなＶ字型指Ｖ２によれば、図７に示されるように、ペットボトルＰＢの蓋と容器の間の凹部に上記凸部ＣＶを嵌合させることができるため、より安定的にペットボトルＰＢを把持することができる。

【0021】

図８は、上記ロボットハンド１における張力可変機構の構成を示すブロック図である。図８に示されるように、この張力可変機構は、ハンドベースＨＢに固定され、ワイヤーＷを巻取り、若しくは送出するプーリＰに連結されてプーリＰを回転させるモータＭと、ワイヤーＷの張力を検出する張力検出部ＳＴと、張力検出部ＳＴにより検出されたワイヤーＷの張力に応じてモータＭの回転を制御する制御部ＣＴを含む。

【0022】

ここで、制御部ＣＴは、予め格納されたプログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）により構成され、ユーザにより操作部ＯＰへ入力された指令に応じて上記制御を行う。

【0023】

また、上記張力検出部ＳＴは、モータＭに流れる電流の値からワイヤーＷの張力を算出しても良いが、図９及び図１０に示されるように、Ｖ字型指Ｖ１上のワイヤー固定端部に設置された張力センサＳＴ１を用いても良い。

【0024】

図１１は、図９に示された張力センサＳＴ１の構成を示す平面図である。図１１に示されるように、張力センサＳＴ１は、Ｖ字型指Ｖ１のワイヤー固定端においてワイヤーＷを通すために面ＰＬに穿設された穴Ｈと、穴Ｈを通したワイヤーＷを受けるプーリＰ１と、固定部材４を介してＶ字型指Ｖ１に固定され歪みゲージ３が貼付されたビームＢＭと、ワイヤーＷが固定されるビーム先端部５Ａを備える。

【0025】

このような構成を有する張力センサＳＴ１においては、ワイヤーＷに張力が加わるとビームＢＭに曲げが生じるため、その曲げ歪みを歪みゲージ３で計測することによってワイヤーＷの張力が計測される。

【0026】

図１２は図９から図１１に示された張力センサＳＴ１の替わりに採用された張力センサＳＴ２の配置を示す斜視図であり、図１３は図１２に示された張力センサＳＴ２の構成を示す平面図である。

【0027】

図１３に示されるように、張力センサＳＴ２は、Ｖ字型指Ｖ１のワイヤー固定端においてワイヤーＷを通すために面ＰＬに穿設された穴Ｈと、穴Ｈを通したワイヤーＷを受けるプーリＰ１，Ｐ２と、固定部材４を介してＶ字型指Ｖ１に固定され歪みゲージ３を含むビームＢＭと、Ｖ字型指Ｖ１に固定されワイヤーＷを止める部材５Ｂを備える。ここで、プーリＰ２はビームＢＭの端部に取り付けられている。

【0028】

このような構成を有する張力センサＳＴ２においても、ワイヤーＷに張力が加わるとビームＢＭに曲げが生じるため、その曲げ歪みを歪みゲージ３で計測することによってワイヤーＷの張力を計測することができる。

【0029】

以上のような本発明の実施の形態１に係るロボットハンド１によれば、Ｖ字型指Ｖ１，Ｖ２とワイヤーＷで形成される上記ループ内に、直立して置かれた飲料容器（ペットボトルＰＢ）の蓋の部分を、蓋と容器の間にワイヤーＷが掛けられ挿入されるようにモータＭを回転させ、プーリＰによりワイヤーＷを巻取り、Ｖ字型指Ｖ１，Ｖ２とワイヤーＷで上記の蓋と容器の間を締め付けることによって、当該飲料容器を安定的に把持することができる。

【0030】

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係るロボットハンド１２は、実施の形態１に係るロボットハンド１と同様な構成を有するため、以下においては共通部分の説明は省略する。

【0031】

実施の形態１に係るロボットハンド１においては、把持対象とされる飲料容器（ペットボトルＰＢ）が所定の位置から誤差のある位置に置かれている場合、ワイヤーＷが締められるとＶ字型指Ｖ１，Ｖ２側に移動することが前提とされている．

【0032】

しかし、重量が大きかったり、ケースに入っていたりして当該容器が移動できない場合には、ワイヤーＷを締めたときにＶ字型指Ｖ１，Ｖ２が当該容器側に移動して把持できる仕組みが必要となる。以下に説明するロボットハンド１２は、かかるニーズを満たす具体例として考案されたものである。

【0033】

図１４は、本発明の実施の形態２に係るロボットハンド１２の構成を示す斜視図である。図１４に示されるように、ロボットハンド１２に係るＶ字型指Ｖ１は、上記二つの面ＰＬが接合された鉛直方向の辺に沿った回転軸を含む回転支持部材７に回転支持されている。そして、回転支持部材７は、上記回転軸までの距離をバネ８で調節するスライダー６を介してハンドベースＨＢに連結されている。なお、回転支持部材７とＶ字型指Ｖ１の間には、ねじりバネ９が設けられている。

【0034】

以上のような本発明の実施の形態２に係るロボットハンド１２によれば、Ｖ字型指Ｖ１はハンドベースＨＢに対してスライダー６の軸方向の並進及び回転支持部材７周りの回転を行うことができるため、ワイヤーＷを締めたとき、Ｖ字型指Ｖ１は当該容器へ接近するよう移動し、本容器を確実に把持することができる。

【0035】

［実施の形態３］
本発明の実施の形態３に係るロボットハンドは、実施の形態２に係るロボットハンド１２と同様な構成を有するため、以下においては共通部分の説明は省略する。

【0036】

図１５は、本発明の実施の形態３に係るロボットハンド１３の主要部を示す斜視図である。図１５に示されるように、本発明の実施の形態３に係るロボットハンド１３は、ハンドベースＨＢと、回転軸を含む回転支持部材７と、ハンドベースＨＢから回転支持部材７までの距離を調節するスライダー６と、回転支持部材７の周りに回転するＶ字型指Ｖ１と、ハンドベースＨＢとＶ字型指Ｖ１を構成する各々の面ＰＬを連結するバネ１０，１１を備える。

【0037】

本発明の実施の形態３に係るロボットハンドは、実施の形態２に係るロボットハンド１２におけるバネ８及びねじりバネ９の替わりに、図１６に示される二つのバネ１０，１１を用いたＶ字型指Ｖ１が採用されたものである。

【0038】

このような構成を有するロボットハンド１３によれば、図１７（ａ）に示された状態でモータＭによりワイヤーＷを矢印方向に巻き取ると、図１７（ｂ）から図１７（ｄ）に示されるように、ハンドベースＨＢからペットボトルＰＢへ向かってスライダー６を右矢印の向きへ並進させ、回転支持部材７周りにおいてＶ字型指Ｖ１が矢印の向きに回転することによって、Ｖ字型指Ｖ１をペットボトルＰＢと二点で接触させることができる。

【0039】

以上のような本発明の実施の形態３に係るロボットハンド１３によっても、上記実施の形態２に係るロボットハンドと同様な効果、すなわち、並進運動するスライダー６と、回転支持部材７周りに回転するＶ字型指Ｖ１との相乗効果によって、安定的な把持を確実に実現することができる。

【0040】

［実施の形態４］
本発明の実施の形態４に係るロボットハンドは、上記実施の形態１から３に係るロボットハンドと同様な構成を有するため、以下においては共通部分の説明は省略する。

【0041】

上記Ｖ字型指Ｖ１，Ｖ２は、上記のように開き角度が一定の構造を有するが、対象物をよりスムーズに把持するため、以下のような構造を採用しても好適である。

【0042】

図１８は、本発明の実施の形態４に係るロボットハンドにおけるＶ字型指Ｖ３を直上から見たときの構成を示す平面図である。図１８に示されるように、Ｖ字型指Ｖ３は、ハンドベースＨＢに固定され第一の面を有する固定側部材Ｂ１と、上記第一の面上に位置する回転軸の周りに回転する第二の面を有する回転側部材Ｂ２と、対向する上記第一の面と上記第二の面を連結するバネ１０を含む。なお、バネ１０はねじりバネとしても良い。

【0043】

このような構成を有するＶ字型指Ｖ３によれば、図１８（ａ）に示された状態においてワイヤーＷを矢印の向きに牽引すると、図１８（ｂ）に示されるように回転側部材Ｂ２は固定側部材Ｂ１に対して閉じる方向に回転してペットボトルＰＢを把持することができる。一方、ワイヤーＷを緩めるとバネ１０により回転側部材Ｂ２は元の状態に戻る。

【0044】

［実施の形態５］
図１９は、本発明の実施の形態５に係るロボットハンドにおけるＶ字型指Ｖ４を直上から見たときの構成を示す平面図である。図１９に示されるように、Ｖ字型指Ｖ４は、ハンドベースＨＢに固定され第一の面を有する固定側部材Ｂ１と、上記第一の面上に位置する回転軸の周りに回転する第二の面を有する回転側部材Ｂ２と、上記回転軸の周りに回転する第三の面を有する回転側部材Ｂ３と、対向する上記第一の面と上記第二の面を連結するバネ１０と、対向する上記第一の面と上記第三の面を連結するバネ１１を含む。なお、バネ１０，１１はねじりバネとしても良い。

【0045】

このような構成を有するＶ字型指Ｖ４によれば、図１９（ａ）に示された状態においてワイヤーＷを矢印の向きに牽引すると、図１９（ｂ）に示されるように回転側部材Ｂ２，Ｂ３は、それぞれ閉じる方向に回転してペットボトルＰＢを把持することができる。一方、ワイヤーＷを緩めるとバネ１０，１１により回転側部材Ｂ２，Ｂ３は元の状態に戻る。

【0046】

図２０は、図１９に示されたＶ字型指Ｖ４の動作を示す遷移図である。図２０（ａ）に示された状態でモータＭによりワイヤーＷを矢印方向に巻き取ると、図２０（ｂ）から図２０（ｄ）に示されるように、上記回転軸周りにおいて回転側部材Ｂ２，Ｂ３がそれぞれ矢印の向きに回転することによって、Ｖ字型指Ｖ４をペットボトルＰＢとスムーズに二点で接触させることができる。

【0047】

以上のような本発明の実施の形態５に係るロボットハンドによれば、上記ペットボトルＰＢが重かったりケースに入っていたりして移動できない場合であっても、Ｖ字型指Ｖ４が開閉可能であるため、Ｖ字型指Ｖ４と当該ペットボトルＰＢを迅速かつ確実に二点接触させることによって、スムーズに安定的な把持を実現することができる。

【符号の説明】

【0048】

１，１２，１３ ロボットハンド、３ 歪みゲージ、４ 固定部材、５Ａ ビーム先端部、５Ｂ 部材、６ スライダー、７ 回転支持部材、８，１０，１１ バネ、９ ねじりバネ、Ｂ1 固定側部材、Ｂ２，Ｂ３ 回転側部材、ＢＭ ビーム、ＣＴ 制御部、ＨＢ ハンドベース、Ｍ モータ、Ｐ，Ｐ１，Ｐ２ プーリ、ＰＬ 面、ＳＴ 張力検出部、ＳＴ１，ＳＴ２ 張力センサ、Ｖ１～Ｖ４ Ｖ字型指、Ｗ ワイヤー。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】