特許 7529312 ロボットハンド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-29

(45)【発行日】2024-08-06

(54)【発明の名称】ロボットハンド

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/08 20060101AFI20240730BHJP

【ＦＩ】

B25J15/08 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023119982

(22)【出願日】2023-07-24

【審査請求日】2024-03-28

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】519312854

【氏名又は名称】株式会社ＤａｉｌｙＣｏｌｏｒ

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(72)【発明者】

【氏名】神谷 保徳

【審査官】杉山 悟史

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０５８９５０８４（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７６３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－３００２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３８１６５６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特許第６６７８６４８（ＪＰ，Ｂ２）

(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】

２つ以上の指部を持つロボットハンドであって、
前記２つ以上の指部のうち、１つ以上の指部を他の１つ以上の指部とは独立して、前後方向にスライド移動させる機構を持ち、
前記前後方向とは、
（１）前記１つ以上の指部のどれかの指部の先端と、複数の部品で構成される機械装置と直接繋がっている箇所である前記ロボットハンドの根元部材の重心とを結んだ方向、
（２）前記機械装置と前記ロボットハンドとを直接繋げている接続面の法線ベクトルに沿った方向、
（３）前記機械装置を構成する複数の部品のうち前記ロボットハンドと直接繋がっている部品の重心と前記ロボットハンドの重心とを結んだ方向、
（４）前記１つ以上の指部が伸びた状態で前記ロボットハンドの外形を楕円体で近似したときの前記楕円体の最も径が長い方向、
のいずれかである、ロボットハンド。

【請求項2】

さらに、前記ロボットハンドを制御する制御部を備え、
前記１つ以上の指部の少なくとも一つは、吸引口を持ち、
前記制御部は、
（１）前記吸引口でのバキュームで物体を保持させる制御と、
（２）２つ以上の前記吸引口をそれぞれ物体の異なる向きの面に沿わせてバキュームさせる制御とを行う、
請求項１に記載のロボットハンド。

【請求項3】

前記制御部は、さらに、（３）指部の前記吸引口でのバキュームを用いずに、前記１つ以上の指部を用いた物理的な挟み込みや抑え込みのみによっても物体を保持させる制御を行う、
請求項２に記載のロボットハンド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ロボットハンドに関する。

【背景技術】

【0002】

物体を把持するグリッパが提案されている（特許文献１を参照）。このグリッパによれば、物体を保持して搬送することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６６７８６４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

様々な物体を保持できるロボットハンドが望まれている。

【0005】

そこで、本開示は、様々な物体を保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】

上記目的を達成するために、本開示の一形態に係るロボットハンドは、
２つ以上の指部を持つロボットハンドであって、
前記２つ以上の指部のうち、１つ以上の指部を他の１つ以上の指部とは独立して、前後方向にスライド移動させる機構を持ち、
前記前後方向とは、
（１）前記１つ以上の指部のどれかの指部の先端と、複数の部品で構成される機械装置と直接繋がっている箇所である前記ロボットハンドの根元部材の重心とを結んだ方向、
（２）前記機械装置と前記ロボットハンドとを直接繋げている接続面の法線ベクトルに沿った方向、
（３）前記機械装置を構成する複数の部品のうち前記ロボットハンドと直接繋がっている部品の重心と前記ロボットハンドの重心とを結んだ方向、
（４）前記１つ以上の指部が伸びた状態で前記ロボットハンドの外形を楕円体で近似したときの前記楕円体の最も径が長い方向、
のいずれかである、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本開示により、様々な物体を保持できるロボットハンドが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施の形態に係るロボットハンドの外観斜視図である。

【図2】図２は、図１に示されたロボットハンドの一つの指部を後方に移動させた状態の外観斜視図である。なお他方の指部はカバー内に隠れている。

【図3】図３は、他方の指部を後方に移動させ、物体の上面を一方の指部で吸引し、物体を図１で示されたロボットハンドで保持しようとしている状態の外観斜視図である。

【図4】図４は、物体の上面を一方の指部で吸引し、他方の指部を後方に移動させつつ指の先端の角度を変え物体の側面を吸引し、物体を図１で示されたロボットハンドで保持しようとしている状態の外観斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（実施の形態）
以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示す。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略または簡略化する場合がある。

【0010】

（外観斜視図）
図１は、実施の形態に係るロボットハンド１０の外観斜視図である。ロボットハンド１０は、指部２０及び３０と、根元部材１２と、制御部１５とを含む。図１では、ロボットハンド１０の２つの指部２０，３０が緩く閉じた状態を示す。なお、本図では、ロボットハンド１０が取り付けられる機械装置５０も併せて図示されている。

【0011】

ロボットハンド１０は、物体を掴んで保持できるロボットハンドである。例えばロボットハンド１０は、機械装置５０に取り付けられる。この時、必要に応じて、２つの指部２０，３０のそれぞれは、第１回動軸線Ａ１、第２回動軸線Ａ２、第３回動軸線Ａ３、第４回動軸線Ａ４を中心に回動させ、２つの指部２０，３０のうちの他方に近づく方向および遠ざかる方向に回動可能であり、各指部の位置関係を変え、指部２０と３０の間で物体を挟み込むことで、物体を保持することができる。なお、第１回動軸線Ａ１、第２回動軸線Ａ２、第３回動軸線Ａ３、第４回動軸線Ａ４を駆動させる機構（指部駆動部）は、各軸の周囲の指部内部に設置されている（図示せず）。また、図１の指部の各回動軸線周りの関節の形状は、概要的な表現であり、厳密な物理構造を表していない。

【0012】

なお、本開示に係るロボットハンド１０は、必ずしも、図１の指部の各回動軸線周りの関節を有する必要はない。同様に、本開示に係るロボットハンド１０は、必ずしも、図１の制御部１５を有する必要はない。

【0013】

また、ロボットハンド１０は、物体を吸着して保持できるロボットハンドである。同様に、例えばロボットハンド１０は、機械装置５０に取り付けられる。

【0014】

また、ロボットハンド１０は、指部３０を後方（マイナスｙ方向）または、前方（プラスｙ方向）に移動させる前後方向移動機構６０を備える（図２参照）。なお、ｙ軸は、本明細書で定義される前後方向を示し、ｘ軸は、ｙ軸に直交する方向を示し、ｚ軸は、ｘ軸及びｙ軸に直交する方向を示す。

【0015】

制御部１５は、ロボットハンド１０を制御するコントローラであり、プログラムや物体の情報を記憶するメモリ、プログラムを実行するプロセッサ、保持対象の物体の状況を検知する物体検知手段としてのカメラ等で構成され、機械装置５０等に収容されている。なお、図１では、制御部１５は、機能的に図示されている。

【0016】

図２は、実施の形態に係るロボットハンド１０の一つの指（ここでは、指部３０）を、制御部１５による制御の下で、前後方向移動機構６０により、後方（マイナスｙ方向）に移動させた状態の外観斜視図である。なお、図２では、図１における機械装置５０及び制御部１５の図示を省略している。以降の図について、同様である。

【0017】

（前後方向移動）
ここで、前後方向移動とは、ロボットハンドの根元部材１２、もしくは、ロボットハンドが取り付けられている部品５１に対して、指部の相対的な位置関係を、前後方向に変更させることができる、という意味であってもよい。

【0018】

（前後方向の説明）
また、前後方向は、以下のいずれかの方向でも良い。

【0019】

（１）１つ以上の指部のどれかの指部の先端と、複数の部品で構成される機械装置５０と直接繋がっている箇所であるロボットハンド１０の根元部材１２の重心とを結んだ方向、
（２）機械装置５０とロボットハンド１０とを直接繋げている接続面１１の法線ベクトルに沿った方向、
（３）機械装置５０を構成する部品のうちロボットハンド１０と直接繋がっている部品５１の重心とロボットハンド１０の重心とを結んだ方向、
（４）１つ以上の指部が最も伸びた状態でロボットハンド１０の外形を楕円体で近似したときの楕円体の最も径が長い方向。

【0020】

なお、機械装置５０は、ロボットアームと呼ばれる機械であってもよい。また、「直接繋がる」とは、接触して繋がる意味であり、単に「繋がる」とは、「直接繋がる」形態だけでなく、他の物を介在して間接的に繋がる形態も含まれる。

【0021】

また、指部の先端、とは、指部を棒状と捉えたときにロボットハンドの根元とは反対側となる、指部の端点を意味する。

【0022】

また、図１において、１つ以上の指部が最も伸びた状態でロボットハンド１０の外形を楕円体で近似したときの楕円体の最も径が長い方向とは、図１に示されるy軸方向である。また、ロボットハンドを楕円体で近似とは、ロボットハンドの表面形状の座標を最小二乗法で楕円形に近似する、と言う意味でもよい。また（４）は、ロボットハンドを、円や正方形などの均等な形状ではなく長方形や楕円などの長い形状とみなした時の長軸方向、を３次元に拡張した方向、としてもよい。

【0023】

（前後方向移動に含まれる意味）
指部の前後方向移動とは、前記（１）―（４）のいずれかの方向に完全に沿った移動（例えば、直線移動）のみではなく、前記（１）―（４）のいずれかの方向成分が含まれる移動であってもよい。つまり、例えば、前後方向の移動に加え、左右方向の移動の成分も含まれる、斜め方向の移動であってもよいし、前記（１）―（４）のいずれかの方向に沿った移動の成分を含みつつ、曲線を描くような経路で移動してもよい。また、前後方向移動といえるためには、移動の主成分が、前記（１）―（４）のいずれかの方向である必要がある、としてもよい。

【0024】

また、前後方向移動は、指の向き角度の変化を伴う移動であってもよい。

【0025】

（吸引口）
また、指部、もしくは指部以外のロボットハンド１０の部材の少なくとも１つに、バキューム（真空吸引）の吸引口がついていてもよい。

【0026】

本実施の形態では、指部２０、３０には、吸引口２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂをそれぞれ備えている。これにより、制御部１５による制御の下で、ポンプ（図示せず）等で吸引口から空気を吸引し、その負圧で物体を吸引、保持することができる。また、吸引口は、図１に示されるように、ロボットハンド１０の内側である指部側面に設けられていてもよい。また、吸引口は、指部の先端に設けられていてもよい。また、吸引口は、ロボットハンド１０の外側である指部側面に設けられていてもよい。

【0027】

（指部は吸引口そのものではない場合）
なお、指部が吸引口を持っている場合、指部は、指部の吸引口でのバキュームを用いずに、制御部１５による制御の下で、１つ以上の指部を用いた物理的な挟み込みや抑え込み（つまり、指部と指部、指部と指部以外のロボットハンド部位による物理的な挟み込みや押え込み）のみによっても物体を保持できる指部であってもよい。このとき、挟み込みや押え込みをする指部は、吸引口を持つ指部でないといけない、もしくは、異なる他の指部でもよい。

【0028】

（指部の可動部）
指部について、本実施形態のように、指部は、上述した指部駆動部のような１つ以上の可動部を持ってもよい。また、指部が持つ可動部は、指部を前後方向に移動させる可動機構とは重複しない（つまり、共通ではなく、前後方向移動機構６０を1つ持つ場合、指部は別にもう一つ可動部を持つ必要がある）構成としてもよい。

【0029】

（指部を後方移動させ退避させる効果）
本実施の形態に係るロボットハンド１０は、１つ以上の指部、もしくは２つ以上の指部、もしくは２つ以上の指部のうちの１つ以上の指部が前後方向に移動可能である指部を有する。

【0030】

これにより、一方の指部２０の吸引口で、物体の上方を吸引する際、予め、他方の指部３０を前後方向移動機構６０で後方に移動、退避させておくことで、他方の指部３０が物体に干渉せずに一方の指部２０の吸引口を使いロボットハンド１０で物体を保持することができる。

【0031】

この様な保持の方法は、保持しようとする物体の周囲の環境に制約のある場合などで有効である。例えば、物体の上方に他の物体が存在する場合、他方の指部３０を後方に退避させたうえで、一方の指部２０を対象の物体と他方の物体の間に差し込み、対象の物体を保持することができる（他方の指部３０を後方に移動させ、物体４０の上面を一方の指部２０で吸引し、物体４０を図１で示されたロボットハンド１０で保持しようとしている状態の外観を示す図３参照）。

【0032】

（指部の角度を変えられる。またその効果）
また、指部３０の先端部３１の角度を変えられることも考えられる。制御部１５による制御の下で、指部３０の先端部３１の角度を変え物体の側面に沿わせることにより、物体の上面だけでなく、物体の側面も吸引することができる。つまり、２つ以上の吸引口をそれぞれ物体の異なる向きの面に沿わせてバキュームすることができる。このとき、制御部１５が備えるメモリが保持している物体の情報のひとつである形状情報や、制御部１５が備えるカメラ等の物体検知手段としてのカメラ等で検知した物体の表面形状の情報を用いて、制御部１５による制御の下で、物体の側面に沿うように、指部３０の先端部３１の角度を変えてもよい。また同様に、指部２０の先端部２１の角度を変えてもよい。

【0033】

これにより、より強固に物体を保持することができる（物体４０の上面を一方の指部２０で吸引し、他方の指部３０を後方に移動させつつ指部３０の先端部３１の角度を変え物体４０の側面を吸引し、物体４０を図１で示されたロボットハンド１０で保持しようとしている状態の外観を示す図４参照）。

【0034】

また、図４は一つの例を示している。つまり、図４では、物体の９０度の角の面に合わせて先端部２１と先端部３１の面を沿わせているが、９０度の角の面だけではなく、先端部２１と先端部３１の相対角度や相対位置を変え、任意の角度の面や曲面に沿わせることが考えられる。

【0035】

また、指部３０を前後方向に移動が可能なことで、指部２０の吸引口と指部３０の吸引口との距離や相対位置関係を変化させることができ、より様々な物体を保持することができる 。

【0036】

さらに、図４の先端部３１の吸引口は、第３回動軸線Ａ３、第４回動軸線Ａ４の関節角度を変化させることで上下方向に位置を変更でき、様々に異なる物体に合わせ物体の面に沿う位置で、吸引口で保持することができる。この上下方向の調整には前後方向のずれも伴い、その調整にも、前後方向移動機構６０が有効に働く。なおこの上下方向の位置の変更は、前記関節角度の変更に限らず、例えば上下方向のスライド移動機構による変更であってもよい。

【0037】

（前後方向移動機構はスライド移動を可能にするスライド機構）
なお、指部を前後方向に移動させる機構である前後方向移動機構６０の具体例として、その移動がスライド移動となる、スライド駆動部で構成されるスライド機構とすることが一例として考えられる。また、別の具体例として、回転駆動により、前後方向に移動させる機構も考えられる。なお、前後方向移動機構６０の具体例は、それ以外の移動機構であっても良い。

【0038】

（指部の退避、指部が占める空間、としての表現記述）
また、前後方向移動機構６０は、前後方向に移動させる１つ以上の指部の効果範囲の空間領域を、他の１つ以上の任意の指部の効果範囲の空間領域から退避させる（つまり、これら２つの空間領域が重ならないようにする）ことができる機構であってもよい。ここで、指部の効果範囲の空間領域とは、指部が持つ前後方向移動機構６０以外の可動部で指部を動かした際に指部が占めることができる空間領域と定義してもよい。また、指部の効果範囲の空間領域の退避では、各指部の効果範囲の空間領域に加え、その周辺の空間領域（つまり、マージンとしての空間）を含んだ空間領域を対象としてもよい。ここで、その周辺の空間領域を含んだ空間領域とは、指部の効果範囲の空間領域の重心位置から指部の効果範囲の空間領域の境界位置までの距離だけ、またはその距離の半分だけ、指部の効果範囲の空間領域の外側に拡張した空間領域であってもよい。

【0039】

また逆に、指部の効果範囲の空間領域の退避では、各指部の効果範囲の空間領域から縮小させた空間領域を対象としてもよい。また、その縮小させた空間領域は、指部の効果範囲の空間領域の境界から、その空間領域の重心位置に向かって、境界と重心位置との間の距離の1/3の距離だけ、境界を内側に移動させた空間領域、としてもよい。

【0040】

（ロボットハンドのサイズ）
また、一つ以上の指部の厚み（図１において、各指部をｙ方向に最も伸ばした時のｚ方向の各指部の厚さ）が小さく、かつ、指部の幅（図１におけるｘ方向）が狭いと、物体の周囲の環境に、より厳しい制約のある場合に有効である。例えば、厚みが、７０ｍｍ以下でかつ幅が１２０ｍｍ以下、の組み合わせである。また、別の例として、厚みが５０ｍｍ以下でかつ幅が１００ｍｍ以下の組み合わせがある。また、別の例として、厚みが４０ｍｍ以下でかつ幅が７０ｍｍ以下の組み合わせがある。

【0041】

（制御部による制御例）
制御部１５は、上述したように、少なくとも、（１）吸引口２０ａ及び２０ｂ等でのバキュームで物体４０を保持させる制御（図３、図４参照）と、（２）２つ以上の吸引口２０ａ及び３０ａ等をそれぞれ物体の異なる向きの面に沿わせてバキュームさせる制御（図４参照）と、（３）吸引口２０ａ及び２０ｂ等でのバキュームを用いずに、１つ以上の指部２０及び３０を用いた物理的な挟み込みや抑え込みのみによっても物体４０を保持させる制御の少なくとも一つを行ってもよい。

【0042】

以上、本開示に係るロボットハンドについて、実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態および変形例に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態および変形例に施したものや、実施の形態および変形例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲内に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本開示に係るロボットハンドは、様々な物体を保持できるロボットハンドとして、利用できる。

【符号の説明】

【0044】

１０ ロボットハンド
１１ ロボットハンドと機械装置との接続面
１２ ロボットハンドの根元部材
１５ 制御部
２０，３０ 指部
２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ 吸引口
２１ 指部２０の先端部
３１ 指部３０の先端部
４０ 物体
５０ 機械装置
５１ 機械装置の部品のうちロボットハンドと直接繋がっている部品
６０ 前後方向移動機構
Ａ１ 第１回動軸線
Ａ２ 第２回動軸線
Ａ３ 第３回動軸線
Ａ４ 第４回動軸線

【要約】

【課題】様々な物体を保持できるロボットハンドを提供する。
【解決手段】ロボットハンド１０は、１つ以上の指部２０及び３０を備え、少なくとも１つの指部３０を、ロボットハンド１０の前後方向に移動させる前後方向移動機構６０を持つ。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】