特開 2024-18611 ロボットハンド及びロボット装置

(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】P2024018611

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】ロボットハンド及びロボット装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/08 20060101AFI20240201BHJP

   B25J 13/08 20060101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

B25J15/08 T

B25J13/08 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022122042

(22)【出願日】2022-07-29

(71)【出願人】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】田名網 克周

(72)【発明者】

【氏名】林 美由希

(72)【発明者】

【氏名】小河路 隆裕

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707BS10

3C707DS01

3C707ES03

3C707ET03

3C707EU08

3C707EV11

3C707GU01

3C707KS09

3C707KS30

3C707KS31

3C707KS34

3C707KS35

3C707KT01

3C707KW01

3C707KW03

3C707KX06

3C707KX08

3C707LV10

3C707LW12

(57)【要約】

【課題】簡易且つ小型な構成のロボットハンドを提供する。
【解決手段】ロボットハンド（５０）は、複数の指（３３）と、第１電磁石（５１２）と、第２電磁石（５２２）と、第１電磁石（５１２）と第２電磁石（５２２）との間を移動可能な可動部（５３）と、を備えている。複数の指（３３）の各々は、物体（Ｍ）を把持する把持部（３３１）と、可動部（５３）の移動に伴って回動軸（３３３）を中心に回動するカムフォロア（３３２）と、を有している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の指と、
第１電磁石と、
前記第１電磁石と対向する第２電磁石と、
前記第１電磁石と前記第２電磁石との間を移動可能な、磁性体からなる可動部と、
を備え、
前記複数の指の各々は、
当該指の先端に位置し、物体を把持する把持部と、
前記可動部の移動に伴って回動軸を中心に回動する回動部と、
を有し、
前記複数の指の各前記把持部は、
前記第１電磁石の吸着力による前記可動部の前記第１電磁石側への移動により前記回動部が第１方向に回動することにより、互いに接近する閉動作を行い、
前記第２電磁石の吸着力による前記可動部の前記第２電磁石側への移動により前記回動部が前記第１方向とは逆の第２方向に回動することにより、互いに離れる開動作を行うことを特徴とするロボットハンド。

【請求項2】

前記第１電磁石が配置された第１固定部と、
前記第２電磁石が配置された第２固定部と、
前記第１固定部に設けられ、前記第１電磁石から離れる方向に前記可動部を押圧する第１弾性部材と、
前記第２固定部に設けられ、前記第２電磁石から離れる方向に前記可動部を押圧する第２弾性部材と、
を更に備え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。

【請求項3】

前記可動部は、前記回動部を保持する凹部を有し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。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載のロボットハンドと、
前記第１電磁石または前記第２電磁石に流れる電流の大きさを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１電磁石に流れる電流の大きさを制御することにより、前記可動部を前記第１電磁石側へ移動させることで、前記各把持部に前記閉動作を行わせると共に、前記第２電磁石に流れる電流の大きさを制御することにより、前記可動部を前記第２電磁石側へ移動させることで、前記各把持部に前記開動作を行わせることによって、前記把持部の開度を制御することを特徴とするロボット装置。

【請求項5】

前記各把持部が前記物体を把持する把持力、前記ロボットハンドに作用する力、及び前記ロボットハンドに作用するモーメントのうち少なくとも１つを検出可能なセンサを更に備え、
前記制御部は、
前記センサにより検出された検出結果に基づいて、前記第１電磁石または前記第２電磁石に流れる電流の大きさを制御することを特徴とする請求項４に記載のロボット装置。

【請求項6】

前記センサは、前記各把持部に設けられ、前記把持力を検出する触覚センサであり、
前記制御部は、
前記触覚センサにより検出される前記把持力の大きさに基づいて、前記第１電磁石または前記第２電磁石に流れる電流の大きさを制御することを特徴とする請求項５に記載のロボット装置。

【請求項7】

前記制御部は、
前記触覚センサにより検出される前記把持力の大きさが所定範囲となるように、前記第１電磁石または前記第２電磁石に流れる電流の大きさを制御することを特徴とする請求項６に記載のロボット装置。

【請求項8】

前記制御部は、
前記センサにより検出された検出結果に基づいて、前記物体の重量を算出することを特徴とする請求項５に記載のロボット装置。

【請求項9】

前記センサにより検出された検出結果と把持状態推定用学習モデルとに基づいて、前記物体の把持状態を推定する把持状態推定部を更に備え、
前記把持状態推定用学習モデルは、前記センサにより検出された検出結果と、前記把持部による前記物体の把持状態との関係を教師データとして機械学習を行うことにより獲得されたものであり、
前記制御部は、
前記把持状態推定部により推定された前記物体の把持状態に基づいて、前記第１電磁石または前記第２電磁石に流れる電流の大きさを制御することにより、前記把持部の開度及び前記把持部による前記物体の把持位置を調整することを特徴とする請求項５に記載のロボット装置。

【請求項10】

前記センサにより検出された検出結果と種類推定用学習モデルとに基づいて、前記物体の種類を推定する種類推定部を更に備え、
前記種類推定用学習モデルは、前記センサにより検出された検出結果と、前記物体の種類との関係を教師データとして機械学習を行うことにより獲得されたものであり、
前記制御部は、
前記種類推定部により推定された前記物体の種類に基づいて、前記第１電磁石または前記第２電磁石に流れる電流の大きさを制御することにより、前記把持部の開度及び前記把持部による前記物体の把持位置を調整することを特徴とする請求項５に記載のロボット装置。

【請求項11】

前記制御部は、
前記センサにより検出された検出結果を、機械学習を用いて獲得された制御学習モデルに入力して得られる出力に基づいて、前記把持部の開度及び前記把持部による前記物体の把持位置を調整することを特徴とする請求項５に記載のロボット装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットハンド、及びロボットハンドを備えたロボット装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数の指を駆動させることにより、ワークを把持するロボットがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のロボットでは、各指の把持面に触覚センサを設け、触覚センサの検出値に基づいて、ワークを把持したときの把持力を制御している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－９０９０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のロボットにおいては、把持力を調整するためのモータを設ける必要があり、構成が複雑になり、装置の小型化が実現し難いという課題がある。

【0005】

本発明の一態様は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、簡易且つ小型な構成のロボットハンド、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】

【0006】

上記の課題を解決するためになされた本発明の一態様に係るロボットハンドは、複数の指と、第１電磁石と、第２電磁石と、可動部と、を備えている。第２電磁石は、第１電磁石と対向する。可動部は、磁性体からなり、第１電磁石と第２電磁石との間を移動可能である。複数の指の各々は、物体を把持する把持部と、前記可動部の移動に伴って回動軸を中心に回動する回動部と、を有している。把持部は、指の先端に位置する。回動部は、指における把持部とは反対側の端部に設けられている。回動軸は、端部から所定距離離れた位置に設けられている。

【0007】

複数の指の各把持部は、前記第１電磁石の吸着力による前記可動部の前記第１電磁石側への移動により前記回動部が第１方向に回動することにより、互いに接近する閉動作を行う。そして、第２電磁石の吸着力による可動部の前記第２電磁石側への移動により回動部が第１方向とは逆の第２方向に回動することにより、互いに離れる開動作を行う。

【0008】

上記ロボットハンドによれば、第１電磁石の吸着力による可動部の第１電磁石側への移動により、回動部を第１方向に回動させることで、把持部に閉動作を行わせることができる。一方、第２電磁石の吸着力による可動部の第２電磁石側への移動により、回動部を第２方向に回動させることで、把持部に開動作を行わせることができる。これにより、簡易且つ小型な構成で、把持部による物体の把持力を調整することができる。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、簡易且つ小型な構成のロボットハンド及びロボット装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の実施形態に係るロボットシステムの構成を示す模式図である。

【図2】実施形態に係るロボットシステムの構成を示すブロック図である。

【図3】図１のロボット装置が備える触覚センサの平面図である。

【図4】図１のロボット装置が備える力覚センサが検出する力の方向、及びモーメントの方向を示す斜視図である。

【図5】図１のロボット装置の指の閉動作を示す図である。

【図6】図１のロボット装置の指の開動作を示す図である。

【図7】図１のロボット装置による物体の把持力の制御の流れの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

〔本開示の実施形態の概要〕
最初に、本開示の実施形態の概要を説明する。

【0012】

（条項１）複数の指と、第１電磁石と、前記第１電磁石と対向する第２電磁石と、磁性体からなる可動部であって、前記第１電磁石と前記第２電磁石との間を移動可能な可動部と、を備え、前記複数の指の各々は、当該指の先端に位置し、物体を把持する把持部と、前記可動部の移動に伴って回動軸を中心に回動する回動部と、を有し、前記複数の指の各前記把持部は、前記第１電磁石の吸着力による前記可動部の前記第１電磁石側への移動により前記回動部が第１方向に回動することにより、互いに接近する閉動作を行い、前記第２電磁石の吸着力による前記可動部の前記第２電磁石側への移動により前記回動部が前記第１方向とは逆の第２方向に回動することにより、互いに離れる開動作を行うことを特徴とするロボットハンド。

【0013】

上記構成によれば、第１電磁石の吸着力による可動部の第１電磁石側への移動により、回動部を第１方向に回動させることで、把持部に閉動作を行わせることができる。一方、第２電磁石の吸着力による可動部の第２電磁石側への移動により、回動部を第２方向に回動させることで、把持部に開動作を行わせることができる。これにより、簡易且つ小型な構成のロボットハンドを実現することができる。

【0014】

（条項２）前記第１電磁石が配置された第１固定部と、前記第２電磁石が配置された第２固定部と、前記第１固定部に設けられ、前記第１電磁石から離れる方向に前記可動部を押圧する第１弾性部材と、前記第２固定部に設けられ、前記第２電磁石から離れる方向に前記可動部を押圧する第２弾性部材と、を更に備えていることを特徴とする条項１に記載のロボットハンド。

【0015】

上記構成によれば、第１弾性部材及び第２弾性部材によって可動部を押圧することで、可動部の位置を所定の中立位置に配置できる。これにより、簡易な構成で、中立状態における指の位置を維持させることができる。

【0016】

（条項３）前記可動部は、前記回動部を保持する凹部を有していることを特徴とする条項１または２に記載のロボットハンド。

【0017】

上記構成によれば、回動部が可動部の凹部により保持されるので、可動部が移動した際に、回動部が可動部から外れることを防止できる。

【0018】

（条項４）条項１から３のいずれか１項に記載のロボットハンドと、前記第１電磁石または前記第２電磁石に流れる電流の大きさを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１電磁石に流れる電流の大きさを制御することにより、前記可動部を前記第１電磁石側へ移動させることで、前記各把持部に前記閉動作を行わせると共に、前記第２電磁石に流れる電流の大きさを制御することにより、前記可動部を前記第２電磁石側へ移動させることで、前記各把持部に前記開動作を行わせることによって、前記把持部の開度を制御することを特徴とするロボット装置。

【0019】

上記構成によれば、制御部により、第１電磁石または前記第２電磁石に流れる電流の大きさを制御し、各把持部に閉動作または開動作を行わせることで、把持部の開度を正確に制御することができる。

【0020】

（条項５）前記ロボット装置は、前記各把持部が前記物体を把持する把持力、前記ロボットハンドに作用する力、及び前記ロボットハンドに作用するモーメントのうち少なくとも１つを検出可能なセンサを更に備え、前記制御部は、前記センサにより検出された検出結果に基づいて、前記第１電磁石または前記第２電磁石に流れる電流の大きさを制御することを特徴とする条項４に記載のロボット装置。

【0021】

上記構成によれば、制御部は、センサにより検出された検出結果に基づいて、第１電磁石または第２電磁石に流れる電流の大きさを制御することで、把持部の開度をより正確に制御することができる。

【0022】

（条項６）前記センサは、前記各把持部に設けられ、前記把持力を検出する触覚センサであり、前記制御部は、前記触覚センサにより検出される前記把持力の大きさに基づいて、前記第１電磁石または前記第２電磁石に流れる電流の大きさを制御することを特徴とする条項５に記載のロボット装置。

【0023】

上記構成によれば、制御部は、センサにより検出される把持力の大きさに基づいて、第１電磁石または第２電磁石に流れる電流の大きさを制御するので、物体を適切に把持することができる。

【0024】

（条項７）前記制御部は、前記触覚センサにより検出される前記把持力の大きさが所定範囲となるように、前記第１電磁石または前記第２電磁石に流れる電流の大きさを制御することを特徴とする条項６に記載のロボット装置。

【0025】

上記構成によれば、制御部は、触覚センサにより検出される把持力の大きさが所定範囲となるように、第１電磁石または第２電磁石に流れる電流の大きさを制御するので、物体を安定して把持することができる。

【0026】

（条項８）前記制御部は、前記センサにより検出された検出結果に基づいて、前記物体の重量を算出することを特徴とする条項５から７のいずれか１項に記載のロボット装置。

【0027】

上記構成によれば、制御部は、センサにより検出された検出結果に基づいて、物体の重量を算出できるので、把持部により物体を持ち上げた際に、物体の重量を測定できる。従って、物体の重量を測定するためだけに物体を把持する必要がなく、物体の把持回数の増加に伴って指及び物体が破損する可能性を低減させることができる。

【0028】

（条項９）前記センサにより検出された検出結果と把持状態推定用学習モデルとに基づいて、前記物体の把持状態を推定する把持状態推定部を更に備え、前記把持状態推定用学習モデルは、前記センサにより検出された検出結果と、前記把持部による前記物体の把持状態との関係を教師データとして機械学習を行うことにより獲得されたものであり、前記制御部は、前記把持状態推定部により推定された前記物体の把持状態に基づいて、前記第１電磁石または前記第２電磁石に流れる電流の大きさを制御することにより、前記把持部の開度及び前記把持部による前記物体の把持位置を調整することを特徴とする条項５から８のいずれか１項に記載のロボット装置。

【0029】

上記構成によれば、制御部は、センサにより検出された検出結果を、把持状態推定用学習モデルに入力することで、物体の把持状態を推定し、推定した物体の把持状態に基づいて、把持部の開度及び把持部による物体の把持位置を調整するので、物体の把持状態に応じて、的確に指を制御できる。

【0030】

（条項１０）前記センサにより検出された検出結果と種類推定用学習モデルとに基づいて、前記物体の種類を推定する種類推定部を更に備え、前記種類推定用学習モデルは、前記センサにより検出される検出結果と、前記物体の種類との関係を教師データとして機械学習を行うことにより獲得されたものであり、前記制御部は、前記種類推定部により推定された前記物体の種類に基づいて、前記第１電磁石または前記第２電磁石に流れる電流の大きさを制御することにより、前記把持部の開度及び前記把持部による前記物体の把持位置を調整することを特徴とする条項５から８のいずれか１項に記載のロボット装置。

【0031】

上記構成によれば、制御部は、センサにより検出された検出結果を種類推定用学習モデルに入力することで物体の種類を推定し、推定した物体の種類に基づいて、把持部の開度及び把持部による物体の把持位置を調整するので、物体の種類に応じて適切に物体を把持できる。

【0032】

（条項１１）前記制御部は、前記センサにより検出された検出結果を、機械学習を用いて獲得された制御学習モデルに入力して得られる出力に基づいて、前記把持部の開度及び前記把持部による前記物体の把持位置を調整することを特徴とする条項５から１０のいずれか１項に記載のロボット装置。

【0033】

上記構成によれば、制御部は、センサにより検出された検出結果を、制御学習モデルに入力して得られる出力に基づいて、把持部の開度及び把持部による物体の把持位置を調整するので、把持部により物体を適切に把持することができる。

【0034】

〔本開示の実施形態の例示〕
以下、本開示の一実施形態に係るロボットシステム１について、図１～図７を参照して説明する。

【0035】

〔ロボットシステムの構成〕
ロボットシステム１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、ロボットシステム１の構成を示す模式図である。図２は、ロボットシステム１の構成を示すブロック図である。

【0036】

図１及び図２に示すように、ロボットシステム１は、制御装置１０と、ロボット装置３０とを備えている。ロボットシステム１は、ロボット装置３０が把持した物体Ｍの種類、及び物体Ｍの把持状態等を推定するシステムである。

【0037】

［ロボット装置の構成］
ロボット装置３０は、台座３１と、ロボットアーム３２と、ロボットハンド５０と、ロボットコントローラ２０と、力覚センサ３４と、触覚センサ３５と、を有している。台座３１は、床等の配置面に配置される。なお、台座３１の代わりに、ＡＧＶ(Automatic Guides Vehicle)等の自動搬送装置を用いてもよい。この場合、ロボット装置３０を所定のルートに沿って走行させることが可能である。

【0038】

ロボットアーム３２は、多関節型のロボットアームであり、４本のアームを有している。各アームの基端部は、台座３１または他のアームの先端部に対して、回転可能に連結されている。ロボットコントローラ２０の制御に基づいて、各アームが連結部分で回転制御されることにより、ロボットアーム３２の軌道が制御される。なお、ロボットアーム３２にカメラを設け、カメラによる画像情報をロボットアーム３２の姿勢の制御に用いてもよい。

【0039】

ロボットハンド５０は、指３３と、第１固定部５１１と、第１電磁石５１２と、第１弾性部材５１３と、第２固定部５２１と、第２電磁石５２２と、第２弾性部材５２３と、可動部５３と、電流供給部５４とを有している。

【0040】

図１に示すように、指３３は、複数、例えば２つ設けられている。以下、指３３が２つ設けられた例を用いて本実施形態を説明する。なお、本開示は、指３３が２つである構成に限られるものではない。

【0041】

各指３３は、３つの屈曲部を有し、各指３３には、それぞれ把持部３３１が形成されている。各指３３は、可動部５３、第１弾性部材５１３、第１固定部５１１、及び力覚センサ３４を介してロボットアーム３２に取り付けられている。

【0042】

把持部３３１は、各指３３の先端に位置している。指３３は、ロボットコントローラ２０の制御により、開閉動作を行う。把持部３３１の開閉動作は、把持部３３１が互いに接近するように動く閉動作（図５参照）と、把持部３３１が互いに離れるように動く開動作（図６参照）とを含む。各指３３の閉動作に伴って、各把持部３３１が互いに接近することにより、物体Ｍを把持することが可能となっている。

【0043】

各指３３における各把持部３３１とは反対側の端部には、カムフォロア３３２が設けられている。カムフォロア３３２は、可動部５３の第１電磁石５１２側への移動、または可動部５３の第２電磁石５２２側への移動に伴って、回動軸３３３を中心に回動する。カムフォロア３３２は、回動部の一例である。なお、回動部は、カムフォロア３３２が備える後述の構成に限定されるものではない。回動部は、可動部５３の上下方向の移動に伴って、回動軸３３３を中心に回動する構成を備えるものであればよい。

【0044】

回動軸３３３は、指３３の上記端部から所定距離離れた位置に設けられている。本実施形態では、所定距離は、図１に示す指３３において、カムフォロア３３２が設けられた位置から、指３３２が下方に屈曲する１つ目の屈曲部までの距離に相当する。所定距離の長さを調節することによって、可動部５３の移動に伴って把持部３３１に生じる把持力を調整することが可能であり、所定距離の長さは物体Ｍの重量及び大きさ等を考慮して設定されるものとする。

【0045】

第１固定部５１１は、薄い円筒状の部材であり、力覚センサ３４を介して、ロボットアーム３２に固定されている。第１固定部５１１の下面には、図５及び図６に示すように、円環状の第１電磁石５１２が配置されている。

【0046】

第１電磁石５１２は、図示しないコイル及び磁芯等を有している。第１電磁石５１２のコイルに電流が流れると、磁力が発生する。第１電磁石５１２は、ロボットコントローラ２０により、コイルへの通電状態及び非通電状態が切り替えられることで、磁化または非磁化の各状態が切り替えられる。

【0047】

第１電磁石５１２は、電流供給部５４により、図示しない電源から電流が供給されることに伴って磁化される。第１電磁石５１２が磁化されると、可動部５３は、第１電磁石５１２に吸着されて第１電磁石５１２側へ移動する。

【0048】

第１固定部５１１の下方には、第２固定部５２１が配置されている。第２固定部５２１は、薄い円筒状の部材である。第２固定部５２１の下面には、円環状の第２電磁石５２２が配置されている。

【0049】

第２電磁石５２２は、図示しないコイル及び芯等を有している。第２電磁石５２２のコイルに電流が流れると、磁力が発生する。第２電磁石５２２は、ロボットコントローラ２０により、コイルへの通電状態及び非通電状態が切り替えられることで、磁化または非磁化の各状態が切り替えられる。

【0050】

第２電磁石５２２は、電流供給部５４により電流が供給されることで磁化される。第２電磁石５２２が磁化されると、可動部５３は、第２電磁石５２２の吸着力により第２電磁石５２２側へ移動する。

【0051】

可動部５３は、第１電磁石５１２と第２電磁石５２２との間を移動可能に構成されている。可動部５３は、２つの円錐台部材の上面同士を合わせた形状の部材である。可動部５３は、磁性体、例えば鉄等の金属からなる。可動部５３は凹部５３１を有する。凹部５３１は、図１に示すように、可動部５３のくびれ部分に対応し、当接するカムフォロア３３２を保持する。なお、可動部５３の上下方向の長さは、ロボット装置３０の使用用途や物体Ｍの大きさの最大値等に応じて、適宜設定可能である。

【0052】

より詳細には、カムフォロア３３２は、図示しないが、外輪、針状ころ、内輪、及び軸等を有して構成されている。外輪が凹部５３１に当接する。軸は指３３に接続されている。カムフォロア３３２は、可動部５３が上下方向に移動すると、外輪が凹部５３１に当接しながら回転しつつ、凹部５３１に保持される。これにより、カムフォロア３３２の軸に接続された指３３が、回動軸３３３を中心として回動する。

【0053】

具体的には、図５の下図に示すように、可動部５３が第１電磁石５１２側へ移動すると、カムフォロア３３２が第１方向（図５の下図の矢印Ａ参照）に回動する。カムフォロア３３２が第１方向に回動することに伴って、把持部３３１の閉動作が行われる。

【0054】

一方、図６の下図に示すように、可動部５３が第２電磁石５２２側へ移動すると、カムフォロア３３２が第２方向（図６の下図の矢印Ｂ参照）に回動する。カムフォロア３３２が第２方向に回動することに伴って、把持部３３１の開動作が行われる。このような構成により、簡易且つ小型な構成で、把持部３３１による物体Ｍの把持力を調整することが可能となる。

【0055】

更に、ロボットハンド５０を小型にできれば、ロボットハンド５０を軽量化することができ、その分、ロボット装置３０の把持部３３１により把持する物体Ｍの重量を大きくすることが可能となる。

【0056】

第１固定部５１１の下面における第１電磁石５１２の内側には、第１弾性部材５１３が配置されている。第１弾性部材５１３は、例えばコイルばねである。

【0057】

第１弾性部材５１３の一端部は、第１固定部５１１に接続されている。第１弾性部材５１３の他端部は、可動部５３の上面に接続されている。第１弾性部材５１３は、第１電磁石５１２と可動部５３とが離れる方向、すなわち、図１の下方に可動部５３を押圧している。

【0058】

また、第２固定部５２１の上面には、第２弾性部材５２３が配置されている。第２弾性部材５２３は、例えばコイルばねである。

【0059】

第２弾性部材５２３の一端部は、第２固定部５２１に接続されている。第２弾性部材５２３の他端部は、可動部５３の下面に接続されている。第２弾性部材５２３は、第２電磁石５２２と可動部５３とが離れる方向、すなわち、図１の上方に可動部５３を押圧している。

【0060】

このように、第１弾性部材５１３及び第２弾性部材５２３により押圧されることで、可動部５３は、第１電磁石５１２及び第２電磁石５２２のいずれにも電流が流れない状態においては、図５の上図に示すように、第１弾性部材５１３の弾性力と第２弾性部材５２３の弾性力とがつり合う中立位置に維持されるようになっている。これにより、簡易な構成で、中立状態における指３３の位置を維持させることができる。

【0061】

また、指３３を閉状態にした後、第１電磁石５１２への通電を止めると、第１弾性部材５１３の弾性力によって、指３３が自然に中立状態に戻るので、余分な通電を行わなくてもよく、消費電力を抑えることができる。

【0062】

なお、第１弾性部材５１３及び第２弾性部材５２３として、コイルばねの代わりに、ダイヤフラムまたはベローズを用いてもよい。この場合、ダイヤフラムまたはベローズ内に液体または圧縮空気を入れて、ダイヤフラムまたはベローズ内において液体または圧縮空気の吐出または吸込みを行う。これにより、可動部５３を中立位置に移動させることが可能である。

【0063】

また、第１固定部５１１または第２固定部５２１に、中立位置の上下方向の位置を調整するための調整ネジを設けてもよい。調整ネジは、例えば六角穴付止めネジを用いることができる。六角穴付止めネジを用いることにより、接着剤等を使用することなく、いつでも容易に第１弾性部材５１３及び第２弾性部材５２３の緩め止めを行うことが可能である。

【0064】

ロボットコントローラ２０は、電流供給部５４により、第１電磁石５１２または第２電磁石５２２に流れる電流の大きさを制御することによって、把持部３３１の開度を調整する。把持部３３１の開度とは、各指３３の把持部３３１同士がどの程度離れているかを示す開閉度合い、及び／または、把持部３３１による物体Ｍの把持力を指す。

【0065】

具体的には、ロボットコントローラ２０は、電流供給部５４により第１電磁石５１２に電流を供給することで、可動部５３の位置を図５の上図に示す中立位置から、図５の下図に示すように、第１電磁石５１２側へ移動させることによって、指３３を閉状態にする。

【0066】

また、ロボットコントローラ２０は、電流供給部５４により第２電磁石５２２に電流を供給することで、可動部５３の位置を図６の上図に示す中立位置から、図６の下図に示すように、第２電磁石５２２側へ移動させることによって、指３３を開状態にする。

【0067】

触覚センサ３５は、図３に示すように、例えば分布型の圧覚センサからなり、柔軟部材３５０と、複数の検出素子３５１とを有している。複数の検出素子３５１は、柔軟部材３５０の内側に、縦横に規則的に配置されている。

【0068】

指３３の把持部３３１により物体Ｍが把持されると、柔軟部材３５０が変形し、この変形に伴って検出素子３５１が変位する。触覚センサ３５は、当該変位による磁場の変化を読取素子（図示省略）により検出することで、３次元的な触覚検知を行う磁気式の３軸触覚センサである。なお、触覚センサ３５は、上述した磁気式のセンサに限らず、他にも、光学式、ＭＥＭＳを用いた方式等のセンサであってもよい。

【0069】

触覚センサ３５は、接線方向（図３のｘ軸方向及びｙ軸方向）と法線方向（図３のｚ軸方向）への柔軟部材３５０の変形量を検出する。これにより、接線方向と法線方向の力及びトルク等をそれぞれ検出できるので、把持部３３１に対する物体Ｍの滑り、物体Ｍの硬さや材質、物体Ｍから把持部３３１に加わる荷重の中心位置、総荷重、及び接触面積等を検出することができる。

【0070】

力覚センサ３４は、図４に示すように、第１面３４１を有する第１部材３４Ａと、第２面３４２を有する第２部材３４Ｂと、第１部材３４Ａ及び第２部材３４Ｂの間に配置された起歪体（図示しない）とを有する。図１に示すように、力覚センサ３４の第１面３４１が、ロボットアーム３２の先端部に取り付けられ、力覚センサ３４の第２面３４２が、第１固定部５１１に取り付けられる。

【0071】

力覚センサ３４は、自身に作用する力及びモーメントの方向及び大きさを検出する６軸力覚センサである。具体的には、力覚センサ３４は、３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の各方向に作用する力の大きさ（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）と、各軸回りのモーメントの大きさ（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）とを検出する。力覚センサ３４及び触覚センサ３５は、センサの一例である。

【0072】

［ロボットコントローラの構成］
ロボットコントローラ２０は、制御部の一例であり、ロボット装置３０全体の動作を制御する装置である。図２に示すように、ロボットコントローラ２０は、プロセッサ２１と、メモリ２２と、通信インタフェース（ＩＦ）２３と、入出力インタフェース（ＩＦ）２４とを有している。プロセッサ２１、メモリ２２、通信ＩＦ２３、及び入出力ＩＦ２４は、バスを介して互いに接続されている。

【0073】

プロセッサ２１としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、または、これらの組み合わせを用いることができる。

【0074】

メモリ２２には、ロボットアーム３２、電流供給部５４を制御するためのプログラム等が記憶されている。プロセッサ２１は、メモリ２２に記憶されたプログラムに含まれる命令に従って、ロボットアーム３２、及び電流供給部５４を制御する。

【0075】

通信ＩＦ２３は、制御装置１０との通信を行うためのインタフェースである。通信ＩＦ２３としては、例えば、イーサネット（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等のインタフェースを用いることができる。なお、制御装置１０は、入出力ＩＦ２４に接続されていてもよい。

【0076】

入出力ＩＦ２４には、ロボットアーム３２、及び電流供給部５４が電気的に接続されている。ロボットコントローラ２０は、入出力ＩＦ２４を介して、ロボットアーム３２、第１電磁石５１２、及び第２電磁石５２２を制御する。

【0077】

入出力ＩＦ２４として、例えばＵＳＢ(Universal Serial Bus)、ＡＴＡ(Advanced Technology Attachment)、ＳＣＳＩ(Small Computer System Interface)、シリアル通信等を用いることができる。なお、ロボットアーム３２、第１電磁石５１２、及び第２電磁石５２２のうちの少なくとも１つが、駆動部を介して通信ＩＦ２３に接続されていてもよい。

【0078】

［制御装置の構成］
制御装置１０は、物体Ｍの把持状態、及び物体Ｍの種類を推定するための各処理を実行する装置である。制御装置１０は、プロセッサ１１と、メモリ１２と、通信ＩＦ１３と、入出力ＩＦ１４とを有している。プロセッサ１１、メモリ１２、通信ＩＦ１３、及び入出力ＩＦ１４は、バスを介して互いに接続されている。プロセッサ１１は、プロセッサ２１と同様に構成されている。

【0079】

メモリ１２には、プロセッサ１１に実行させるプログラム、種々の学習モデル等が記憶されている。学習モデルには、後述する把持状態推定用学習モデル、種類推定用学習モデル、及び制御学習モデルがある。各学習モデルは、機械学習により生成されるものであり、入力されたデータに基づいて評価及び判定を行い、その結果を出力値として出力するものである。

【0080】

通信ＩＦ１３は、ロボットコントローラ２０との通信を行うためのインタフェースである。入出力ＩＦ１４は、ユーザが各種の設定を行うための操作パネルを有して構成される。ユーザは、なお、入出力ＩＦ１４は、ロボットコントローラ２０に配置されていてもよい。

【0081】

［ロボット装置の制御の流れ］
次に、ロボット装置３０の制御の流れについて、図７を参照して説明する。図７は、物体Ｍを把持する時のロボット装置３０の制御の流れの一例を示すフローチャートである。

【0082】

図７に示すように、まず、ロボットコントローラ２０は、ロボットアーム３２の位置を移動させて、指３３を開閉させることにより、把持部３３１により物体Ｍを把持する（Ｓ１）。

【0083】

Ｓ１において、ロボットコントローラ２０のプロセッサ２１は、ロボットアーム３２の各連結部分を駆動する駆動部に制御情報を送信することにより、ロボットアーム３２の位置を移動させることで、物体Ｍの把持位置まで指３３を移動させる。

【0084】

そして、プロセッサ２１は、ロボットアーム３２の先端部を昇降させながら、第１電磁石５１２または第２電磁石５２２に流れる電流の大きさを制御することで、指３３を開閉させることで、把持部３３１により物体Ｍを把持する。

【0085】

具体的には、プロセッサ２１は、電流供給部５４により第１電磁石５１２に電流を供給することで、指３３の状態を図５の上図に示される中立状態から、図５の下図に示される閉状態にすることで、物体Ｍを把持する。

【0086】

第１電磁石５１２に電流が流れると、第１電磁石５１２の吸着力により、可動部５３が第１電磁石５１２側へ移動することに伴って、カムフォロア３３２が第１方向（図５の下図の矢印Ａ参照）に回動する。これにより、複数の指３３の各把持部３３１が互いに接近する閉動作が行われ、指３３が閉状態になる。

【0087】

Ｓ１の後、ロボットコントローラ２０は、制御装置１０の入出力ＩＦ１４に入力された触覚センサ３５及び力覚センサ３４の検出結果を取得する（Ｓ２）。Ｓ２において、ロボットコントローラ２０は、力覚センサ３４により、例えば物体Ｍの重量を検出する。また、ロボットコントローラ２０は、触覚センサ３５により、例えば、物体Ｍの滑り及び材質、物体Ｍから把持部３３１に加わる荷重の中心位置、総荷重、及び接触面積等を検出する。

【0088】

このように、ロボットコントローラ２０は、力覚センサ３４により検出された検出結果に基づいて、物体Ｍの重量を算出することができるので、把持部３３１により物体Ｍを持ち上げた際に、物体Ｍの重量を測定できる。従って、物体Ｍの重量を測定するためだけに物体Ｍを把持する必要がなく、物体Ｍの把持回数の増加に伴って指３３及び物体Ｍが破損する可能性を低減させることができる。

【0089】

次に、ロボットコントローラ２０は、触覚センサ３５及び力覚センサ３４により検出された検出結果と、メモリ１２に記憶された種類推定用学習モデルとに基づいて、物体Ｍの種類を推定する（Ｓ３）。

【0090】

種類推定用学習モデルは、力覚センサ３４及び触覚センサ３５により検出された検出結果と、指３３による物体Ｍの種類との関係を教師データとして機械学習を行うことにより獲得されたものである。ロボットコントローラ２０は、物体Ｍの種類を推定する種類推定部として機能する。

【0091】

Ｓ３の後、ロボットコントローラ２０は、力覚センサ３４及び触覚センサ３５により検出された検出結果と、メモリ１２に記憶された把持状態推定用学習モデルとに基づいて、物体Ｍの把持状態を推定する（Ｓ４）。

【0092】

把持状態推定用学習モデルは、力覚センサ３４及び触覚センサ３５により検出された検出結果と、把持部３３１による物体Ｍの把持状態との関係を教師データとして機械学習を行うことにより獲得されたものである。ロボットコントローラ２０は、物体Ｍの把持状態を推定する把持状態推定部として機能する。

【0093】

把持状態推定用学習モデルでは、例えば、上記検出結果が物体Ｍの把持開始時から所定時間経過しても変化しない場合、複数の指３３の各把持部３３１の開度及び把持位置が適切であり、物体Ｍの把持状態が良好であると推定する。これに対して、上記検出結果が物体Ｍの把持開始時から大きく変化した場合、把持部３３１による物体Ｍの把持に滑りが発生しており、物体Ｍの把持状態が不良であると推定する。

【0094】

次に、ロボットコントローラ２０は、Ｓ２にて触覚センサ３５及び力覚センサ３４により検出された検出結果を、制御学習モデルに入力して得られる出力に基づいて、把持部３３１の開度、及び把持部３３１による物体Ｍの把持位置を調整する（Ｓ５）。

【0095】

具体的には、ロボットコントローラ２０は、電流供給部５４から第１電磁石５１２または第２電磁石５２２へ供給される電流の大きさを制御することにより、把持部３３１の開度を調整する。ここでは、物体Ｍの大きさ、形状、及び物体Ｍの把持状態等に応じて、適切な開度に調整するものとする。

【0096】

例えば、把持部３３１の開度を大きくする場合には、ロボットコントローラ２０のプロセッサ２１は、電流供給部５４により第２電磁石５２２に電流を供給する。第２電磁石５２２に電流が流れると、図６の下図に示すように、第２電磁石５２２の吸着力により、可動部５３が第２電磁石５２２側へ移動することに伴って、カムフォロア３３２が第２方向（図６の下図の矢印Ｂ参照）に回動する。これにより、複数の指３３の各把持部３３１が互いに離れる開動作が行われ、指３３が開状態になる。把持部３３１の開度が大きくなるほど、把持部３３１による物体Ｍの把持力が小さくなる。

【0097】

また、ロボットコントローラ２０は、ロボットアーム３２の駆動部を制御することにより、ロボットアーム３２の先端部の位置を制御し、指３３の把持部３３１による物体Ｍの把持位置を調整する。このようにして、物体Ｍの種類、及び物体Ｍの把持状態に応じて、指３３及びロボットアーム３２を的確に制御することで、把持部３３１により物体Ｍを適切に把持することができる。

【0098】

Ｓ５の後、ロボットコントローラ２０は、Ｓ３にて推定した物体Ｍの種類を考慮して、第２電磁石５２２に流れる電流の大きさを、電流供給部５４により制御する。これにより、把持部３３１による物体Ｍの把持力を調整する（Ｓ６）。ここで、物体Ｍの把持力の大きさは、第１電磁石５１２に流れる電流の大きさが大きくなるほど大きくなるものとする。

【0099】

また、物体Ｍには、形状、材料、大きさ、重量、硬さ、表面性状等が異なる様々な種類がある。メモリ１２には、物体Ｍの種類に応じた把持力の大きさを示す情報が格納されている。例えば、物体Ｍが重量の大きい物である場合、把持力を大きくして物体Ｍを把持する必要がある。また、物体Ｍが食品等の柔らかい物である場合、把持力を小さくして物体Ｍを把持する必要がある。このように、物体Ｍの種類に応じて、適切な把持力の大きさが定められている。

【0100】

このように、ロボットコントローラ２０により、電流供給部５４を介して第１電磁石５１２または第２電磁石５２２に流れる電流の大きさを制御することで、各把持部３３１が物体Ｍを把持する把持力の大きさを正確に制御できる。これにより、把持部３３１による物体Ｍの把持力が小さ過ぎることで、物体Ｍが落下して物体Ｍが破損したり、把持部３３１による物体Ｍの把持力が大き過ぎることで、指３３が破損したりすることを防ぐことができる。

【0101】

Ｓ６の後、ロボットコントローラ２０は、物体Ｍの把持力が所定範囲内か否かを判定する（Ｓ７）。ロボットコントローラ２０は、物体Ｍの把持力が所定範囲内でない場合（Ｓ７：ＮＯ）、Ｓ６に戻る。なお、Ｓ７において、所定範囲とは、直近に物体Ｍを把持した際に適用した把持力の大きさ、または、過去に把持した複数の物体Ｍの各々に適用した把持力の大きさに基づいて算出される値であるとする。

【0102】

このように、ロボットコントローラ２０は、Ｓ７にて、触覚センサ３５により検出される把持力の大きさが所定範囲となるように、第１電磁石５１２または第２電磁石５２２に流れる電流の大きさを制御するので、物体Ｍを安定して把持することができる。

【0103】

ロボットコントローラ２０は、物体Ｍの把持力が所定範囲内である場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、物体Ｍの把持力を一定にした状態で、ロボットアーム３２の位置を制御することにより、物体Ｍを所望の位置に搬送する（Ｓ８）。

【0104】

具体的には、制御装置１０のプロセッサ１１は、物体Ｍの目標位置をロボットコントローラ２０に送信する。ロボットコントローラ２０のプロセッサ２１は、第１電磁石５１２に流れる電流の大きさを一定にした状態で、ロボットアーム３２を移動させることにより、物体Ｍを所望の位置に搬送する。

【0105】

〔その他の実施形態〕
上記した実施形態では、ロボットハンド５０は、２つの指３３を有しているものとしたが、これに限らず、例えば３つ以上の指３３を有していてもよい。また、指３３の形状は、適宜変更可能である。

【0106】

また、上記した実施形態では、ロボットアーム３２と第１固定部５１１との間に、力覚センサ３４を取り付けるものとしたが、これに限らず、例えばロボットアーム３２または指３３に、力覚センサ３４を内蔵してもよい。また、ロボット装置３０は、触覚センサ３５を有していればよく、力覚センサ３４を有していなくてもよい。また、センサとして、触覚センサ３５に加えてロードセルを用いてもよい。この場合、触覚センサ３５の検出値の誤差を検知するために、ロードセルを使用することが可能である。

【0107】

〔付記事項〕
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0108】

１ ロボットシステム
１０ 制御装置
２０ ロボットコントローラ
３０ ロボット装置
３２ ロボットアーム
３３ 指
３４ 力覚センサ
３５ 触覚センサ
５０ ロボットハンド
５３ 可動部
３３１ 把持部
３３２ カムフォロア
５１１ 第１固定部
５１２ 第１電磁石
５１３ 第１弾性部材
５２１ 第２固定部
５２２ 第２電磁石
５２３ 第２弾性部材
Ｍ 物体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】