特許 7234060 ロボットハンド及びロボットハンドシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-27

(45)【発行日】2023-03-07

(54)【発明の名称】ロボットハンド及びロボットハンドシステム

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/08 20060101AFI20230228BHJP

【ＦＩ】

B25J15/08 H

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019129049

(22)【出願日】2019-07-11

(65)【公開番号】P2021013975

(43)【公開日】2021-02-12

【審査請求日】2021-11-24

(73)【特許権者】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】池田 裕

(72)【発明者】

【氏名】尾坂 忠史

(72)【発明者】

【氏名】中村 哲司

【審査官】國武 史帆

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６３－１４４９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５０７１１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピンチ動作及びグリップ動作により作業対象物を把持するロボットハンドであって、
前記グリップ動作の際に、前記作業対象物を把持する第１の軸を中心に動く第１の指部と、前記第１の指部と第２の軸で連結され、前記ピンチ動作及び前記グリップ動作の際に、前記作業対象物を把持する前記第２の軸を中心に動く第２の指部と、前記第２の指部と第３の軸で連結され、前記第３の軸を中心に動く第２の倣い部材と、前記第２の倣い部材と第４の軸で、かつ、前記第１の指部と第１の軸で、連結され、前記第１の軸を中心に動く第１の倣い部材と、前記ピンチ動作又は前記グリップ動作に応じて前記第１の指部と連結又は連結解除する嵌合部材と、を有することを特徴とするロボットハンド。

【請求項2】

前記嵌合部材に駆動力を伝達するアクチュエータを有す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】

前記嵌合部材は、前記グリップ動作の場合、前記第１の指部と連結解除すると共に、前記第１の倣い部材と連結す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】

前記第１の指部に作用する外力により、前記嵌合部材が前記第１の指部に連結するか、又は、前記嵌合部材が前記第１の倣い部材に連結するか、を切り替え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5】

前記第１の指部に作用する外力が所定値以下の場合には、前記アクチュエータの駆動力が前記第１の指部に作用し、前記第１の指部に作用する外力が所定値より大きい場合には、前記アクチュエータの駆動力が前記第１の倣い部材に作用す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6】

前記第１の軸の中心線上に、前記第１の指部と、前記嵌合部材と、前記第１の倣い部材とが設置され、前記嵌合部材は、前記第１の指部と前記第１の倣い部材とに挟まれるように設置され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7】

前記嵌合部材を前記第１の指部に押し付けるリトラクトばねが設置されることを特徴とする請求項６に記載のロボットハンド。

【請求項8】

前記嵌合部材と前記第１の指部との接触面には、複数の半球上の凹み部が、前記嵌合部材と前記第１の指部とに形成され、前記凹み部には、球状のプランジャボールが設置され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9】

前記嵌合部材と前記第１の倣い部材とが向かい合う面には、凹凸の櫛歯が、前記嵌合部材と前記第１の倣い部材とに形成され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10】

請求項１に記載のロボットハンドと、前記ロボットハンドを設置するアーム部と、前記ロボットハンドと前記アーム部を制御する作業対象物把持制御部と、前記作業対象物と前記ロボットハンドと前記アーム部とを撮像する撮像装置とを有することを特徴とするロボットハンドシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、様々な大きさの物品（作業対象物）を把持するロボットハンド及びこのロボットハンドを使用するロボットハンドシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

少子高齢化に伴い、生産年齢人口が減少している。この生産年齢人口の減少は、製造業の現場において、人手不足、過重労働、労働環境の悪化、生産性の低下などを引き起こす要因となっている。更に、生産年齢人口の減少は、医療、福祉、生活支援、防災、保守点検などのサービス分野においても、人手不足、過重労働、労働環境の悪化、サービス品質の低下などを引き起こす要因となっている。

【0003】

このような社会課題を解決する手段の１つとして、ロボットの活用が期待されている。ロボットは、センサ技術、アクチュエータ技術、制御技術の３つの要素技術を有する機械システムである。ロボットが、このような社会課題を解決するためには、人が実行する複雑、緻密、かつ、柔軟性を必要とする作業を代替することができることが必須である。

【0004】

特に、作業対象物を把持するロボットハンドは重要であり、様々の大きさの作業対象物を把持する必要がある。

【0005】

小さい作業対象物を把持する場合は、小さな作業対象物を、落下させることなく、安定して確実に把持することができるように、ロボットハンドの指先でつまむ動作（ピンチ動作）が必要であり、一方、大きい作業対象物を把持する場合は、大きな作業対象物を、落下させることなく、安定して確実に把持することができるように、ロボットハンドの全体でにぎる動作（グリップ動作）が必要である。

【0006】

こうした本技術分野の背景技術として、特表２０１８－５０７１１６号公報（特許文献１）がある。この特許文献１には、指先リンクと、少なくとも１つの基部リンクと、第１の組の接合部による基部リンクを第２の組の接合部による指先リンクと接合する前方及び後方リンクとを含む複数バーフィンガリンク機構を備える柔軟適応ロボットグラスパが記載されている。そして、特許文献１には、基部リンクは、取付構造を含み、回転作動のために取付ブロック上に取り付けられることが記載され、接合部間の直線接続は、略平行四辺形の形態の形状を形成し、前方及び後方リンクにわたる直線接続を可能にし、複数バーフィンガリンク機構が外部物体に接触するまで、かつ接触しない限り、前方及び後方リンクが、指先リンクの向きを実質的に変えることなく、基部リンクのまわりを枢動し、互いに略平行を維持することが記載されている（要約参照）。

【0007】

また、こうした本技術分野の背景技術として、特開２０１３－１６９６３３号公報（特許文献２）がある。この特許文献２には、掌部と、掌部に接続された２本の指部とを備え、各指部は、回転軸を介して一端が掌部に回転可能に設けられる基部と、基部の他端側に回転軸を介して一端が回転可能に設けられる指先部と、回転軸を回転制御する超音波モータとを備え、指先部は、回転軸を挟んで互いに異なる方向に延びる第１突出部及び第２突出部を有するロボットハンドが記載されている。そして、特許文献２には、第１突出部は第１把持面を備え、第２突出部は第２把持面を備え、第１把持面及び第２把持面は、それぞれ、指先部の回転軸を挟んだ異なる側の面に設けられることが記載されている（要約参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特表２０１８－５０７１１６号公報

【文献】特開２０１３－１６９６３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１に記載される柔軟適応ロボットグラスパや特許文献２に記載されるロボットハンドには、作業対象物を把持する指先リンクや指部を有する。

【0010】

しかし、特許文献１に記載される柔軟適応ロボットグラスパや特許文献２に記載されるロボットハンドは、作業対象物を把持する際、作業対象物の大きさが変化する場合であっても、指先リンクの先端部や指部の指先部は、同じ動作を実行するものであり、様々の大きさの作業対象物を把持することができない恐れがある。

【0011】

そこで、本発明は、様々の大きさの作業対象物を確実に把持することができるロボットハンド及びロボットハンドシステムを提供する。例えば、本発明は、ピンチ動作及びグリップ動作においても、確実に作業対象物を把持することができるロボットハンド及びロボットハンドシステムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するため、本発明のロボットハンドは、ピンチ動作及びグリップ動作により作業対象物を把持するものであって、グリップ動作の際に、作業対象物を把持する第１の軸を中心に動く第１の指部と、第１の指部と第２の軸で連結され、ピンチ動作及びグリップ動作の際に、作業対象物を把持する第２の軸を中心に動く第２の指部と、第２の指部と第３の軸で連結され、第３の軸を中心に動く第２の倣い部材と、第２の倣い部材と第４の軸で、かつ、第１の指部と第１の軸で、連結され、第１の軸を中心に動く第１の倣い部材と、ピンチ動作又はグリップ動作に応じて第１の指部と連結又は連結解除する嵌合部材と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、様々の大きさの作業対象物を確実に把持することができるロボットハンド及びロボットハンドシステムを提供することができる。例えば、本発明によれば、ピンチ動作及びグリップ動作においても、確実に作業対象物を把持することができるロボットハンド及びロボットハンドシステムを提供することができる。

【0014】

なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、下記する実施例の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施例に記載するロボットハンドの概略構成を説明する正面図である。

【図2】本実施例に記載するロボットハンドの片側の指を説明する斜視図である。

【図3】本実施例に記載するロボットハンドの片側の指を説明する側面図である

【図4】本実施例に記載するロボットハンドの嵌合部材５の近傍（連結している状態）を説明する断面図である。

【図5】本実施例に記載するロボットハンドの嵌合部材５の近傍（解放している状態）を説明する断面図である。

【図6】本実施例に記載するロボットハンドの第１の指部１と嵌合部材５とが連結している状態（ピンチ時）を説明する斜視図である。

【図7】本実施例に記載するロボットハンドの第１の指部１と嵌合部材５とが連結している状態（ピンチ時）のリンクを説明する模式図である。

【図8】本実施例に記載するロボットハンドの第１の指部１と嵌合部材５とが解放している状態（グリップ時）を説明する斜視図である。

【図9】本実施例に記載するロボットハンドの第１の指部１と嵌合部材５とが解放している状態（グリップ時）のリンクを説明する模式図である。

【図10】本実施例に記載するロボットハンドによる小さな作業対象物の把持（ピンチ動作）を説明する斜視図である。

【図11】本実施例に記載するロボットハンドによる大きな作業対象物の把持（グリップ動作）を説明する斜視図である。

【図12】本実施例に記載するロボットハンドを使用するロボットハンドシステムを説明する説明図である。

【図13】本実施例に記載するロボットハンドを使用するロボットハンドシステムにより、作業対象物を把持する動作を説明するフローチャート図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施例を、図面を使用して、説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には、同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。

【実施例】

【0017】

まず、本実施例に記載するロボットハンドの概略構成を説明する。

【0018】

図１は、本実施例に記載するロボットハンドの概略構成を説明する正面図である。

【0019】

本実施例に記載するロボットハンド１００は、作業対象物を把持する第１の指部１と、作業対象物を把持する第２の指部３と、第１の倣い部材７と、第１の倣い部材７と第２の指部３とに連結する第２の倣い部材８と、第１の指部１と第１の倣い部材７との連結（ピンチ状態）と解放（グリップ状態）とを切り替える嵌合部材５と、を有する。

【0020】

第１の指部１の一端は、第１の軸２と回転可能に連結し、第１の指部１の他端は、第２の軸４と回転可能に連結する。

【0021】

第２の指部３は、屈曲部にて長部（３ａ）と短部（３ｂ）と有するように屈曲し、短部の一端及び屈曲部に、それぞれ軸穴（２つの軸穴）を有し、短部の一端の軸穴は、第３の軸６と回転可能に連結し、屈曲部の軸穴は、第２の軸４と回転可能に連結する。また、長部には、作業対象物が接触する作業対象物接触部１７が設置される。

【0022】

第１の倣い部材７の一端は、第１の軸２と回転可能に連結し、第１の倣い部材７の他端は、第４の軸９と回転可能に連結する。

【0023】

第２の倣い部材８の一端は、第４の軸９と回転可能に連結し、第２の倣い部材８の他端は、第３の軸６と回転可能に連結する。

【0024】

このように、第２の軸４では、第２の指部３と第１の指部１とが連結し、第３の軸６では、第２の指部３と第２の倣い部材８とが連結し、第４の軸９では、第２の倣い部材８と第１の倣い部材７とが連結する。

【0025】

そして、第１の軸２では、第１の指部１と第１の倣い部材７と嵌合部材５とが同軸に連結する。

【0026】

更に、本実施例に記載するロボットハンド１００は、第１の指部１と第１の倣い部材７と嵌合部材５とに連結する第１のフレーム１２と、ロボットハンド１００の駆動源であるアクチュエータ１５と、アクチュエータ１５の駆動力を伝達するリンク１８と、を有する。つまり、アクチュエータ１５の駆動力は、リンク１８及び第５の軸１９を介して、嵌合部材５に伝達される。

【0027】

第１のフレーム１２は、第１の指部１と第１の倣い部材７と嵌合部材５と、第１の軸２にて、回転可能に連結する。

【0028】

アクチュエータ１５の両端部は、リンク１８と、第６の軸２０にて、回転可能に連結する。なお、アクチュエータ１５は、伸縮（伸長又は収縮）することにより、駆動力を発生する。

【0029】

リンク１８の一端は、第６の軸２０と回転可能に連結し、リンク１８の他端は、第５の軸１９と回転可能に連結する。そして、リンク１８は、嵌合部材５と、第５の軸１９にて、回転可能に連結する。

【0030】

本実施例では、アクチュエータ１５は、１個の伸縮するアクチュエータであり、その両端部は、リンク１８を介して、嵌合部材５に連結する。アクチュエータ１５の両端部は、それぞれ両側の指部の嵌合部材５に、リンク１８を介して、連結し、アクチュエータ１５の伸長時には、ロボットハンド１００の指が閉じるように設定され、アクチュエータ１５の収縮時には、ロボットハンド１００の指が開くように設定される。

【0031】

なお、アクチュエータ１５は、空気圧を使用するシリンダであってもよいし、流体（例えば、水や油など）圧を使用するシリンダであってもよい。

【0032】

また、第２の指部３の長部には、作業対象物を確実に把持するために、作業対象物接触部１７を有する。作業対象物接触部１７は、作業対象物との接触面が凹凸になっているもの、作業対象物との接触面が柔軟材からなるもの、及び／又は、作業対象物との接触面が高摩擦係数材からなるものであることが好ましく、作業対象物の種類により、交換（着脱）することができる。また、材質も、樹脂製や金属製など、作業対象物に応じて、適宜、使用することができる。

【0033】

本実施例に記載するロボットハンド１００は、第１に軸２にて、第１の指部１と第１の倣い部材７とに連結する嵌合部材５を有することにより、連結（ピンチ状態）と解放（グリップ状態）とを切り替えることができ、様々の大きさの作業対象物を確実に把持することができる。

【0034】

次に、本実施例に記載するロボットハンドの片側の指を説明する。

【0035】

図２は、本実施例に記載するロボットハンドの片側の指を説明する斜視図である。

【0036】

図３は、本実施例に記載するロボットハンドの片側の指を説明する側面図である
第１のフレーム１２と第２のフレーム１３との間には、第１の軸２の同軸（中心線）上に、嵌合部材５と、第１の指部１と、第１の倣い部材７と、リトラクトばね１１とが設置される。そして、嵌合部材５は、第１の指部１と第１の倣い部材７とに挟まれるように設置される。

【0037】

また、リトラクトばね１１は、第１の倣い部材７と嵌合部材５との間に設置され、リトラクトばね１１のばね力（付勢力）により、嵌合部材５を第１の指部１に、押し付けている。なお、リトラクトばね１１は、圧縮ばねである。

【0038】

また、第１の軸２は、第１のフレーム１２及び第２のフレーム１３により、両端が固定され、第１のフレーム１２と第２のフレーム１３とは、図示しないハンドベースに固定される。

【0039】

次に、第１の指部１と第１の倣い部材７との連結と解放とを切り替える嵌合部材５の動作を説明する。

【0040】

本実施例に記載するロボットハンドの嵌合部材５の近傍（連結している状態）を説明する。

【0041】

図４は、本実施例に記載するロボットハンドの嵌合部材５の近傍（連結している状態）を説明する断面図である。

【0042】

第１の軸２の中心線上に、第１の指部１と、嵌合部材５と、第１の倣い部材７と、リトラクトばね１１とが設置される。

【0043】

嵌合部材５と第１の指部１との接触面には、第１の軸２を中心線とする同一直径状に複数の半球上の凹み部が、嵌合部材５と第１の指部１とのそれぞれに形成される。その凹み部には、それぞれ球状のプランジャボール１０が設置される。なお、このプランジャボール１０は、脱落しないように、第１の指部１に固定される。

【0044】

また、嵌合部材５と第１の倣い部材７とが向かい合う面には、第１の軸２を中心線とする円周上に凹凸の櫛歯（嵌合部材５に形成される櫛歯５ａと第１の倣い部材７に形成される櫛歯７ａ）が、嵌合部材５と第１の倣い部材７とのそれぞれに形成される。

【0045】

ピンチ動作時（嵌合部材５と第１の指部１とが連結している状態）では、リトラクトばね１１のばね力とプランジャボール１０の作用とにより、嵌合部材５は、第１の指部１と一体となり、嵌合部材５と第１に指部１とは、第１の軸２の周りに回転する（矢印参照）。

【0046】

なお、この際、嵌合部材５に形成される櫛歯５ａと第１の倣い部材７に形成される櫛歯７ａとは、噛み合っていないため、第１の倣い部材７は回転しない。

【0047】

つまり、嵌合部材５と第１の指部１とが回転する（図４右図参照）。なお、この図４右図は、回転している状態を平面的に表現したものである。

【0048】

本実施例に記載するロボットハンドの嵌合部材５の近傍（解放している状態）を説明する
図５は、本実施例に記載するロボットハンドの嵌合部材５の近傍（解放している状態）を説明する断面図である。

【0049】

グリップ動作時（嵌合部材５と第１の指部１とが解放している状態）では、第１の指部１に外力が加わり、この外力がリトラクトばね１１のばね力より大きくなる。この際、リトラクトばね１１のばね力では、嵌合部材５を第１の指部１に押し付けていることができず、嵌合部材５は、第１の軸２の中心線の方向に移動する（矢印参照）。

【0050】

つまり、嵌合部材５の凹み部に設置されるプランジャボール１０が、嵌合部材５の凹み部から離れ、プランジャボール１０の半径分（嵌合部材５の凹み部の深さ分）、第１の指部１と嵌合部材５とが離れる。

【0051】

また、嵌合部材５は、第１の軸２の中心線の方向に移動するため、嵌合部材５に形成される櫛歯５ａと第１の倣い部材７に形成される櫛歯７ａとが、噛み合う。これにより、嵌合部材５は、第１の倣い部材７と噛み合い、嵌合部材５と第１の倣い部材７とは、第１の軸２の周りに回転する（矢印参照）。

【0052】

このように、嵌合部材５に形成される櫛歯５ａと第１の倣い部材７に形成される櫛歯７ａとは、嵌合部材５と第１の倣い部材７とが近づく場合には、お互いの櫛歯（嵌合部材５に形成される櫛歯５ａと第１の倣い部材７に形成される櫛歯７ａ）が噛み合うように形成される。

【0053】

つまり、嵌合部材の櫛歯５ａと第１の倣い部材の櫛歯７ａが噛み合い、嵌合部材５が第１の軸２の周りに回転する場合には、嵌合部材５は、第１の倣い部材７と一体となって、回転する。

【0054】

なお、この際、第１の指部１の凹み部に設置されるプランジャボール１０が、嵌合部材５の凹み部から離れているため、第１の指部１は回転しない。

【0055】

つまり、嵌合部材５と第１の倣い部材７とが回転する（図５右図参照）。なお、この図５右図は、回転している状態を平面的に表現したものである。

【0056】

このように、本実施例では、第１の指部１への外力の大きさにより、嵌合部材５が、第１の指部１と一体となり第１の軸２の周りに回転するか、又は、嵌合部材５が、第１の倣い部材７と一体となり第１の軸２の周りに回転するか、を切り替える。

【0057】

つまり、第１の指部１に作用する外力により、嵌合部材５が第１の指部１に連結するか、又は、嵌合部材５が第１の倣い部材７に連結するか、を切り替える。そして、第１の指部１に作用する外力が所定値以下の場合には、アクチュエータ１５の駆動力が第１の指部１に作用し、第１の指部１に作用する外力が所定値より大きい場合には、アクチュエータ１５の駆動力が第１の倣い部材７に作用する。

【0058】

つまり、第１の指部１への外力の大きさにより、アクチュエータ１５により、第１の指部１を駆動するか、又は、第１の倣い部材７を駆動するか、を切り替える。つまり、アクチュエータ１５の駆動力の伝達経路を変更する。

【0059】

このように、嵌合部材５は、ピンチ動作の場合は、第１の指部１と連結すると共に、第１の倣い部材７と連結解除し、グリップ動作の場合は、第１の指部１と連結解除すると共に、第１の倣い部材７と連結する。

【0060】

なお、リトラクトばね１１のばね力は、このような切り替えを実行することができるように、適度に調整される。

【0061】

次に、本実施例に記載するロボットハンドの第１の指部１と嵌合部材５とが連結している状態（ピンチ時）を説明する。

【0062】

図６は、本実施例に記載するロボットハンドの第１の指部１と嵌合部材５とが連結している状態（ピンチ時）を説明する斜視図である。

【0063】

図７は、本実施例に記載するロボットハンドの第１の指部１と嵌合部材５とが連結している状態（ピンチ時）のリンクを説明する模式図である。

【0064】

ロボットハンド１００は、後述する動力制御部により、アクチュエータ１５が駆動すると、アクチュエータ１５の伸縮により、嵌合部材５が第１の軸２の周りに、回転する。

【0065】

第１の指部１に作用する外力が小さい場合又は無い場合には、嵌合部材５により、第１の指部１を駆動する（図６及び図７参照）。

【0066】

図６に示すように、嵌合部材５と第１の指部１とが連結している状態では、リトラクトばね１１のばね力とプランジャボール１０の作用とにより、嵌合部材５は、第１の指部１と一体となり、嵌合部材５と第１に指部１とは、第１の軸２の周りに回転する。

【0067】

ここで、第１の指部１と、第２の指部３ｂと、第１の倣い部材７と、第２の倣い部材８とは、４節のリンク機構（略平行四辺形の形態）を構成する（図７参照）。つまり、第１の軸２と第４の軸９との間の距離と、第２の軸４と第３の軸６との間の距離とが等しく、第１の軸２と第２の軸４との間の距離と、第３の軸６と第４の軸９との間の距離とが等しい。

【0068】

これにより、第１の指部１が駆動（第１の軸２を中心に回転）する場合には、第２の倣い部材８も同じ角度で移動し、第２の指部３の指先３ａは、回転せずに、平行に移動する（図７参照）。

【0069】

これにより、ロボットハンド１００に指先で、小さい作業対象物を確実に把持することができるピンチ動作を実行することができる。なお、図７中の矢印は、回転方向、移動方向を示す。

【0070】

次に、本実施例に記載するロボットハンドの第１の指部１と嵌合部材５とが解放している状態（グリップ時）を説明する。

【0071】

図８は、本実施例に記載するロボットハンドの第１の指部１と嵌合部材５とが解放している状態（グリップ時）を説明する斜視図である。

【0072】

図９は、本実施例に記載するロボットハンドの第１の指部１と嵌合部材５とが解放している状態（グリップ時）のリンクを説明する模式図である。

【0073】

ロボットハンド１００は、後述する動力制御部により、アクチュエータ１５が駆動すると、アクチュエータ１５の伸縮により、嵌合部材５が第１の軸２の周りに、回転する。

【0074】

第１の指部１に作用する外力が大きい場合には、嵌合部材５により、第１の倣い部材７を駆動する（図８及び図９参照）。

【0075】

図８に示すように、嵌合部材５と第１の指部１とが解放している状態では、嵌合部材５は、第１の倣い部材７と噛み合い、嵌合部材５と第１の倣い部材７とは、第１の軸２の周りに回転する。

【0076】

ここで、第１の指部１と、第２の指部３ｂと、第１の倣い部材７と、第２の倣い部材８とは、４節のリンク機構（略平行四辺形の形態）を構成する（図９参照）。つまり、第１の軸２と第４の軸９との間の距離と、第２の軸４と第３の軸６との間の距離とが等しく、第１の軸２と第２の軸４との間の距離と、第３の軸６と第４の軸９との間の距離とが等しい。

【0077】

これにより、第１の倣い部材７が駆動（第１の軸２を中心に回転）する場合には、第２の指部３ｂも同じ角度で移動し、第２の指部３の指先３ａは、第２の軸４を中心に回転する（図９参照）。

【0078】

これにより、ロボットハンドの全体で、大きな作業対象物を確実に把持することができるグリップ動作を実現することができる。なお、図９中の矢印は、回転方向、移動方向を示す。

【0079】

次に、本実施例に記載するロボットハンドによる小さな作業対象物の把持（ピンチ動作）を説明する。

【0080】

図１０は、本実施例に記載するロボットハンドによる小さな作業対象物の把持（ピンチ動作）を説明する斜視図である。

【0081】

図１０に示すように、本実施例に記載するロボットハンド１００は、作業対象物１６が小さい場合には、第２の指部３にて、作業対象物１６をつまむようになり、第１の指部１には外力が作用しない。この場合には、アクチュエータ１５により、第１の指部１が駆動され、第２の指部３の指先３ａが、平行に移動（２つの第２の指部３の指先３ａは平行に移動）し、小さな作業対象物１６をつまむ動作（ピンチ動作）を実行することができる。

【0082】

次に、本実施例に記載するロボットハンドによる大きな作業対象物の把持（グリップ動作）を説明する。

【0083】

図１１は、本実施例に記載するロボットハンドによる大きな作業対象物の把持（グリップ動作）を説明する斜視図である。

【0084】

図１１に示すように、本実施例に記載するロボットハンド１００は、作業対象物１６が大きい場合には、第２の指部３にて、作業対象物１６をにぎるようになり、第１の指部１には外力が作用する。この場合、アクチュエータ１５により、第１の倣い部材７が駆動され、第２の指部３の指先３ａが、第２の軸４を中心に回転（２つの第２の指部３の指先３ａは相互に接近）し、大きな作業対象物１６をにぎる動作（グリップ動作）を実行することができる。

【0085】

つまり、第１の指部１まで作業対象物１６が届き、第１の指部１に作業対象物１６が当たり、第１の指部１に外力が作用する。アクチュエータ１５により、第１の倣い部材７が駆動され、第１の指部１と第２の指部３の指先３ａとが作業対象物１６を囲うようになり、にぎる動作（グリップ動作）を実行することができる。

【0086】

つまり、本実施例に記載するロボットハンド１００は、ピンチ動作及びグリップ動作により作業対象物１６を把持するものであって、作業対象物１６を把持する第１の軸２を中心に動く第１の指部１と、第１の指部１と第２の軸４で連結され、第２の軸４を中心に動く第２の指部３と、第２の指部４と第３の軸６で連結され、第３の軸６を中心に動く第２の倣い部材８と、第２の倣い部材８と第４の軸９で、かつ、第１の指部１と第１の軸２で、連結され、第１の軸２を中心に動く第１の倣い部材７と、ピンチ動作又はグリップ動作に応じて第１の指部１と連結又は連結解除（解放）する嵌合部材５と、を有することを特徴とする。

【0087】

これにより、本実施例に記載するロボットハンド１００は、一つのアクチュエータ１５にて、作業対象物１６の大きさにより、ピンチ動作とグリップ動作とを切り替えることができ、作業対象物１６を安定して確実に把持することができる。

【0088】

次に、本実施例に記載するロボットハンドを使用するロボットハンドシステムを説明する。

【0089】

図１２は、本実施例に記載するロボットハンドを使用するロボットハンドシステムを説明する説明図である。

【0090】

本実施例に記載するロボットハンドシステム（作業対象物把持システム）５００は、本実施例に記載するロボットハンド１００を使用する。ロボットハンドシステム５００は、作業対象物１６を把持するロボットハンド１００、ロボットハンド１００を設置するアーム部５４０と、ロボットハンド１００とアーム部５４０とを制御する作業対象物把持制御部５１０、作業対象物１６とロボットハンド１００とアーム部５４０とを撮像する撮像装置５２０、を有する。

【0091】

作業対象物把持制御部５１０は、撮像装置５２０が撮像する画像を処理する画像処理部５１３と、ロボットハンド１００に設置される力（感圧）センサ（図示せず）のセンサ情報を処理する把持状態検出部５１４と、ロボットハンド１００を駆動させる駆動力を付与するアクチュエータ１５を制御する動力制御部５１６と、アーム部５４０を制御するアーム制御部５１２と、画像処理部５１３、把持状態検出部５１４、動力制御部５１６、及びアーム制御部５１２に接続される中央制御部５１１と、を有する。

【0092】

中央制御部５１１は、作業対象物１６を把持するため、アーム部５４０やロボットハンド１００の動作計画を実行する。そして、動作計画に基づいて、アーム部５４０やロボットハンド１００へ指令値を送信する。更に、アーム部５４０やロボットハンド１００からの情報（例えば、位置情報、力情報、トルク情報など）を取得する。なお、動作計画は、作業対象物１６の大きさ（形状）とアクチュエータ１５の駆動力との関係を有する。

【0093】

撮像装置５２０は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を撮像素子とするビデオカメラであってもよい。また、撮像装置５２０には、少なくとも２台以上のビデオカメラを設置し、ステレオ視ができるようにしてもよい。

【0094】

なお、力センサ（図示せず）は、例えば、ピエゾ素子などが使用され、２つの作業対象物接触部１７に、それぞれ設置される。

【0095】

次に、本実施例に記載するロボットハンドを使用するロボットハンドシステムにより、作業対象物を把持する動作を説明する。

【0096】

図１３は、本実施例に記載するロボットハンドを使用するロボットハンドシステムにより、作業対象物を把持する動作を説明するフローチャート図である。

【0097】

ロボットハンドシステム５００は、以下のステップに沿って、作業対象物１６を把持する。

【0098】

ステップ６０１において、はじめに、アーム部５４０やロボットハンド１００への指令値（作業対象物１６を把持する指令）を、中央制御部５１１が受信する。

【0099】

ステップ６０２において、撮像装置５２０が撮像（ステップ６０３）する画像を、画像処理部５１３が入力する。

【0100】

ステップ６０４において、入力される画像に基づいて画像が処理され、画像処理部５１３にて、作業対象物１６の形状が認識される。

【0101】

ステップ６０５において、認識される形状を作業動作データベースに送信（ステップ６０６）する。この送信される形状が、作業動作データベースに蓄積されている形状と、一致するか否かを判定する。送信される形状が、作業動作データベースに蓄積されている形状と、一致する場合には、その形状に付随する動作計画を引用する。送信される形状が、作業動作データベースに蓄積されている形状と、一致しない場合には、新規に形状を作成し、作成される形状と類似する形状を検索し、類似する形状に基づく動作計画を引用する。

【0102】

ここでは、作業対象物１６を確実に把持するため、ピンチ動作の場合又はグリップ動作の場合に応じて、動作計画が引用され、アクチュエータ１５の駆動力が伝達される。このように、本実施例では、動作計画により、嵌合部材５が、第１の指部１と一体となり第１の軸２の周りに回転するか、又は、嵌合部材５が、第１の倣い部材７と一体となり第１の軸２の周りに回転するか、を切り替える。つまり、動作計画に基づいて、アクチュエータ１５により、第１の指部１を駆動するか、又は、第１の倣い部材７を駆動するか、を切り替える。

【0103】

ステップ６０７において、引用される動作計画に基づいて、アクチュエータ１５を駆動させる。

【0104】

ステップ６０８において、アクチュエータ１５が駆動している間、作業状態を、撮像装置５２０やロボットハンド１００に設置される力センサ（図示せず）にて、監視する。特に、具体的には、ロボットハンド１００に設置される力センサ（図示せず）のセンサ情報を入力し、入力されるセンサ情報を把持状態検出部５１４にて処理し、監視する。

【0105】

ステップ６０９において、把持状態検出部５１４の出力に基づいて、中央制御部５１１は、所定の把持状態検出部５１４の出力が取得できた場合には、作業対象物１６の把持が完了した、と判断する。一方、中央制御部５１１は、所定の把持状態検出部５１４の出力が取得できない場合には、作業対象物１６の把持が完了していない、と判断し、アクチュエータ１５の駆動及び作業状態の監視を継続する。

【0106】

ステップ６１０において、把持が完了した場合、今回のアクチュエータ１５の駆動の手順を、動作計画として、作業動作データベースに登録して、次回の動作計画に使用する。一方、把持が完了していない場合、ステップ６０７に戻る。

【0107】

ステップ６１１において、把持が完了した場合、アーム部５４０が動作し、作業対象物１６を所定の場所へ搬送し、次動作に移行する。

【0108】

このように、本実施例によれば、様々の大きさの作業対象物１６を確実に把持することができる。ピンチ動作及びグリップ動作においても、一つのロボットハンド１００により、第１の指部１と第２の指部３との形状を変化させて、様々な大きさの作業対象物１６を確実に把持することができる。

【0109】

なお、詳細な説明は省略するが、所定の場所の環境情報を撮像装置５２０にて撮像し、配置動作を計画する。この計画に基づいて、アーム部５４０を動作させ、撮像装置５２０にて作業対象物１６の位置情報を監視し、作業対象物１６が所定の場所へ搬送されたと判断した場合に、把持状態を解除してもよい。

【0110】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために、詳細かつ具体的に、説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成要素を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成要素の一部を、他の実施例の構成要素の一部に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成要素に他の実施例の構成要素を加えることも可能である。また、各実施例の構成要素の一部について、他の構成要素の一部を、追加、削除、置換をすることも可能である。

【符号の説明】

【0111】

１…第１の指部、２…第１の軸、３…第２の指部、４…第２の軸、５…嵌合部材、６…第３の軸、７…第１の倣い部材、８…第２の倣い部材、９…第４の軸、１０…プランジャボール、１１…リトラクトばね、１２…第１のフレーム、１３…第２のフレーム、１５…アクチュエータ、１６…作業対象物、１７…作業対象物接触部、１８…リンク、１９…第５の軸、１００…ロボットハンド、５００…ロボットハンドシステム、５１０…作業対象物把持制御部、５１１…中央制御部、５１２…アーム制御部、５１３…画像処理部、５１４…把持状態検出部、５１６…動力制御部、５２０…撮像装置、５４０…アーム部。

【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】