特許 7558819 保持装置、搬送装置、および保持装置の制御方法

(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】2024-09-20

(45)【発行日】2024-10-01

(54)【発明の名称】保持装置、搬送装置、および保持装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20240924BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 Z

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021004554

(22)【出願日】2021-01-14

(65)【公開番号】P2022109173

(43)【公開日】2022-07-27

【審査請求日】2023-09-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柴 岳人

(72)【発明者】

【氏名】平栗 一磨

(72)【発明者】

【氏名】大庭 典之

【審査官】臼井 卓巳

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／０２７２５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１６２６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－１９０５９２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０６－２２６６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０５６５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第１０５５６３３８（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １３／００－１５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

保持対象物を保持する複数の保持部材と、
前記複数の保持部材を開閉させる保持部材開閉部と、
前記保持部材が受ける荷重を検出する第１センサと、
前記保持部材の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記複数の保持部材のうちの少なくとも一つは、
前記保持部材の長さ方向に沿って変位可能に構成された爪部材と、
前記爪部材の変位量を検出する第２センサと、
前記爪部材が変位した量に応じた反力を前記爪部材に付与する反力付与部と、
を備え、
前記制御部は、前記爪部材の変位量に応じて、前記変位量が閾値以下である場合に前記第２センサの検出値に基づいて制御を行い、前記変位量が前記閾値を超える場合には前記第１センサの検出値に基づいて制御を行うように前記保持部材の動作の制御を変える、保持装置。

【請求項2】

保持対象物を保持する複数の保持部材と、
前記複数の保持部材を開閉させる保持部材開閉部と、
前記保持部材が受ける荷重を検出する第１センサと、
前記保持部材の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記複数の保持部材のうちの少なくとも一つの保持部材は、
前記保持部材の長さ方向に沿って変位可能に構成された爪部材と、
前記爪部材の変位量を検出する第２センサと、
前記爪部材が変位した量に応じた反力を前記爪部材に付与する反力付与部と、
を備え、
前記制御部は、前記変位量が閾値以下である場合に前記第２センサの検出値に基づいて制御を行い、前記変位量が前記閾値を超える場合には前記第１センサの検出値に基づいて制御を行い、
反力付与部は、
前記変位量が前記閾値以下である場合に前記爪部材に第１反力を付与する第１反力付与部材と、
前記変位量が前記閾値を超える場合に前記爪部材に前記第１反力よりも大きい第２反力を付与する第２反力付与部材と、
を備える、保持装置。

【請求項3】

反力付与部は、
前記変位量が前記閾値以下である場合に前記爪部材に第１反力を付与する第１反力付与部材と、
前記変位量が前記閾値を超える場合に前記爪部材に前記第１反力よりも大きい第２反力を付与する第２反力付与部材と、
を備える、請求項１に記載の保持装置。

【請求項4】

前記複数の保持部材は、姿勢変更可能とされる、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の保持装置。

【請求項5】

前記爪部材は、
前記複数の保持部材の開閉方向の内側に配置され、保持対象物を挟持する内爪と、
前記内爪に対して前記開閉方向の外側に配置される外爪と、
を備える、請求項４に記載の保持装置。

【請求項6】

前記内爪は、前記開閉方向に弾性変形可能とされた板ばねで構成される、請求項５の保持装置。

【請求項7】

前記内爪は、初期状態において先端が前記開閉方向の内側に向く方向に反っている、請求項６に記載の保持装置。

【請求項8】

前記外爪は、任意の物体に接触した際に前記物体との摩擦を低減する摩擦低減部材を備える、請求項５から請求項７までのいずれか一項に記載の保持装置。

【請求項9】

前記外爪は、前記内爪に対して前記保持部材の長さ方向に変位可能に連結される、請求項８に記載の保持装置。

【請求項10】

前記摩擦低減部材は、ローラで構成される、請求項８または請求項９に記載の保持装置。

【請求項11】

請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の保持装置と、
制御部によって制御されるように構成され、前記保持装置を移動させるアームと、
を備える搬送装置。

【請求項12】

保持対象物を保持する複数の保持部材と、
前記保持部材が物体に接触した際に前記保持部材が受ける荷重を検出する第１センサと、
を備え、
前記複数の保持部材のうちの少なくとも一つは、前記保持部材の長さ方向に伸縮可能とされるとともに、前記保持部材の先端の変位量を検出する第２センサを備える保持装置の制御方法であって、
前記保持部材の先端の変位量に応じて、前記保持部材の先端の変位量が閾値以下である場合に前記第２センサの検出値に基づいて前記保持部材の動作を制御し、前記変位量が前記閾値を超える場合には前記第１センサの検出値に基づいて前記保持部材の動作を制御するように前記保持部材の動作の制御を変える、保持装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、保持装置、搬送装置、および保持装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

挟持ユニットを有するロボットハンドを備えたピッキングロボットが従来から知られている。この種の挟持ユニットは、複数の挟持爪によって物品を挟持する形態で保持する。挟持ユニットは、挟持爪が物体に接触したことを検出するセンサを備え、センサの検出値に基づいてロボットハンドの動作を制御する。この種のロボットハンドにおいて、繊細な接触検出を行うことが望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平６－２２６６７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、挟持爪の繊細な動作を可能とする保持装置、搬送装置、および保持装置の制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の保持装置は、複数の挟持爪と、挟持爪開閉部と、第１センサと、制御部と、を持つ。複数の挟持爪は、保持対象物を挟持する。挟持爪開閉部は、複数の挟持爪を開閉させる。第１センサは、挟持爪が受ける荷重を検出する。制御部は、挟持爪の動作を制御する。複数の挟持爪のうちの少なくとも一つの挟持爪は、爪部材と、第２センサと、反力付与部と、を持つ。爪部材は、挟持爪の長さ方向に沿って変位可能に構成される。第２センサは、爪部材の変位量を検出する。反力付与部は、爪部材が変位した量に応じた反力を爪部材に付与する。制御部は、変位量が閾値以下である場合に第２センサの検出値に基づいて制御を行い、変位量が閾値を超える場合には第１センサの検出値に基づいて制御を行う。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態のピッキングロボットの模式図。

【図2】実施形態のロボットハンドの側面図。

【図3】実施形態のロボットハンドの正面図。

【図4】挟持ユニットの要部の斜視図。

【図5】挟持爪の正面図。

【図6】挟持爪の内部構成を示す斜視図。

【図7】爪部材の変位量と反力との関係を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態の保持装置、搬送装置および保持装置の制御方法を、図面を参照して説明する。
実施形態の保持装置および搬送装置の説明には、ＸＹＺ直交座標系を用いる。Ｚ軸方向は鉛直方向に対応し、＋Ｚ方向を上方と定義し、－Ｚ方向を下方と定義する。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、水平面内において互いに直交する。水平面内において、後述する挟持ユニット２１の挟持爪２９が開閉する方向をＸ軸方向と定義する。水平面内において、挟持爪２９が開閉する方向と直交する方向をＹ軸方向と定義する。

【0008】

図１は、本実施形態のピッキングロボット１０の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、ピッキングロボット１０は、ロボットハンド１１と、アーム１２と、制御部１３と、を備える。ロボットハンド１１は、搬送対象となる保持対象物Ｐを保持する。アーム１２は、ロボットハンド１１を所定の場所に移動させる。制御部１３は、ロボットハンド１１およびアーム１２の各部を制御する。ロボットハンド１１の構成については、後で詳しく説明する。
本実施形態のピッキングロボット１０は、特許請求の範囲の搬送装置に対応する。本実施形態のロボットハンド１１は、特許請求の範囲の保持装置に対応する。

【0009】

以下、ピッキングロボット１０の構成および動作の概要を説明する。
ピッキングロボット１０は、例えば物流用のピッキングロボットとして用いられる。ピッキングロボット１０は、搬送元Ｓ１に様々な状況に置かれた多様な保持対象物Ｐを保持し、搬送先Ｓ２に移動させる。なお、ピッキングロボット１０の用途は、物流用に限定されず、産業用、その他の用途等にも広く適用可能である。本実施形態のピッキングロボット１０は、保持対象物Ｐの搬送を主目的とした装置に限定されず、例えば製品の組立等、他の目的の一部として物品の搬送または移動を伴う装置も含む。

【0010】

搬送元Ｓ１は、例えば各種のコンベア、パレット、コンテナ等であるが、これらに限定されない。搬送元Ｓ１には、寸法や重量が異なる複数種の保持対象物Ｐが任意の姿勢でランダムな位置に置かれている。本実施形態では、搬送対象である保持対象物Ｐの寸法は、例えば数ｃｍ角程度から数十ｃｍ角程度まで様々である。保持対象物Ｐの重量は、例えば数十ｇ程度から数ｋｇ程度まで様々である。なお、保持対象物Ｐの寸法および重量は、上記の例に限定されない。

【0011】

搬送先Ｓ２は、搬送元Ｓ１と同様、例えば各種のコンベア、パレット、コンテナ等であるが、これらに限定されない。なお、搬送元Ｓ１および搬送先Ｓ２のコンテナは、保持対象物Ｐを収容可能な部材、例えば箱状の部材を広く意味する。

【0012】

アーム１２は、例えば６軸の垂直多関節アームから構成される。アーム１２は、複数のアーム部材１５と、複数の関節部１６と、を備える。関節部１６は、関節部１６に連結されたアーム部材１５同士を回転可能に連結する。なお、アーム１２は、例えば４軸の垂直多関節アームから構成されていてもよいし、３軸の直交アームから構成されていてもよい。アーム１２は、垂直多関節アームおよび直交アーム以外の構成によってロボットハンド１１を所望の位置に移動させる機構であってもよい。図示を省略するが、アーム１２は、各関節部１６におけるアーム部材１５のなす角度を検出するセンサ等を備える。

【0013】

図示を省略するが、ピッキングロボット１０は、搬送元Ｓ１および搬送先Ｓ２の近傍に設置されたセンサをさらに備える。センサは、例えばＲＧＢ－Ｄセンサ、カメラ、接触センサ、距離センサ等で構成される。センサは、例えば搬送元Ｓ１に置かれた保持対象物Ｐに関する情報、搬送元Ｓ１または搬送先Ｓ２の状況に関する情報等を取得する。

【0014】

制御部１３は、ピッキングロボット１０の各部の管理および制御を行う。制御部１３は、センサにより検出された種々の情報を取得し、取得した情報に基づいてロボットハンド１１の位置および動作を制御する。制御部１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを備えるマイクロコンピュータで構成される。制御部１３は、例えばＣＰＵ等のプロセッサが、メモリまたは補助記憶装置に記憶されたプログラムを実行することで実現される。制御部１３の少なくとも一部は、ＬＳＩ（LargeScale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。

【0015】

以下、ロボットハンド１１について説明する。
図２は、＋Ｘ方向から見たロボットハンド１１の側面図である。図３は、－Ｙ方向から見たロボットハンド１１の正面図である。本明細書において、各装置を＋Ｘ方向から見た図を側面図と称し、各装置を－Ｙ方向から見た図を正面図と称する。

【0016】

図２に示すように、ロボットハンド１１は、ベースプレート２０と、挟持ユニット２１と、吸着ユニット２２と、力覚センサ２３と、を備える。

【0017】

ベースプレート２０は、板状の部材であり、互いに対向する第１面２０ａと第２面２０ｂとを有する。ベースプレート２０は、挟持ユニット２１と、吸着ユニット２２と、を支持する。挟持ユニット２１および吸着ユニット２２は、ベースプレート２０の第１面２０ａに対向し、Ｙ軸方向に並んで配置されている。ベースプレート２０は、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２の一方の側のみに配置され、他方の側には配置されていない。すなわち、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２は、ベースプレート２０によって両側から挟み込まれる形態ではなく、ベースプレート２０に対して片持ち構造によって支持されている。

【0018】

吸着ユニット２２は、ベースプレート２０の第１面２０ａに対向して配置されている。挟持ユニット２１は、吸着ユニット２２に対してベースプレート２０が位置する側とは反対側に配置されている。すなわち、これら２つのユニット２１，２２は、ベースプレート２０の第１面２０ａ側から吸着ユニット２２、挟持ユニット２１の順に配置されている。ベースプレート２０の一部、吸着ユニット２２の一部、および挟持ユニット２１の一部は、第１面２０ａの法線方向（Ｙ軸方向）から見て、互いに重なり合う位置に配置されている。

【0019】

吸着ユニット２２は、複数の吸着パッド３２を有する。吸着ユニット２２は、複数の吸着パッド３２を用いて保持対象物Ｐを負圧吸着する形態で保持する。吸着ユニット２２は、ベースプレート２０に対して第１面２０ａに平行な面内（ＸＺ面内）で回転可能に支持されている。

【0020】

挟持ユニット２１は、複数の挟持爪２９を有する。挟持ユニット２１は、複数の挟持爪２９を用いて保持対象物Ｐを側方から挟持する形態で保持する。挟持ユニット２１は、ベースプレート２０に対して第１面２０ａに平行な面内（ＸＺ面内）で回転可能に支持されている。

【0021】

力覚センサ２３は、ベースプレート２０の上部に配置されている。力覚センサ２３は、挟持爪２９が床面、壁面、その他の障害物、保持対象物Ｐなどの任意の物体に接触した際に挟持爪２９が受ける荷重を検出する。力覚センサ２３の検出値は、制御部１３に出力され、挟持ユニット２１の各種動作の制御に用いられる。
本実施形態の力覚センサ２３は、特許請求の範囲の第１センサに対応する。

【0022】

ロボットハンド１１は、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２のうち、いずれのユニット２１，２２を保持対象物Ｐの保持に使用するかを保持対象物Ｐに応じて切り替える機能、挟持ユニット２１の姿勢を変更する機能、複数の吸着パッド３２を含む吸着部３１の姿勢を変更する機能、および挟持爪２９を開閉する機能を有する。これらの機能を実現するため、ロボットハンド１１は、第１モータ３５、第２モータ３６、第３モータ３７、および第４モータ３８を備える。

【0023】

第１モータ３５の回転は、回転伝達機構（図示略）を介して挟持ユニット２１に伝達される。挟持ユニット２１は、第１モータ３５によって回転する。図３に示すように、挟持ユニット２１は、保持中心線Ｈ１が鉛直方向下方を向いた姿勢を０°として、保持中心線Ｈ１が例えば反時計回りに角度－θをなす方向を向くように、姿勢を変更することができる。挟持ユニット２１は、図３とは逆に、保持中心線Ｈ１が時計回りに角度＋θをなす方向を向くように姿勢を変更することもできる。このように、複数の挟持爪２９は、姿勢の変更が可能とされている。なお、保持中心線Ｈ１は、挟持ユニット２１の初期位置（姿勢変更前の位置）において、Ｚ軸に平行な直線であり、かつ、２つの挟持爪２９の開閉方向（Ｘ軸方向）の中心および１つの挟持爪２９の幅方向（Ｙ軸方向）の中心を通る直線と定義される。

【0024】

ユニット２１，２２を切り替える際には、挟持ユニット２１と吸着ユニット２２とは、一体となって第１モータ３５によって回転する。これに対して、挟持ユニット２１の姿勢を変更する際には、第１モータ３５の回転とともに第２モータ３６の回転によって、吸着ユニット２２は、挟持ユニット２１の姿勢変更に伴う吸着ユニット２２の姿勢変化を相殺する向きに回転する。これにより、図３に示すように、挟持ユニット２１の姿勢が変化しても、吸着ユニット２２は鉛直方向上方を向いたまま姿勢が変化しない。

【0025】

第３モータ３７の回転は、回転伝達機構（図示略）を介して複数の吸着パッド３２を含む吸着部３１に伝達される。これにより、吸着部３１は、第３モータ３７の回転に伴って回転し、姿勢が変更される。

【0026】

図３に示すように、挟持ユニット２１は、複数の挟持爪２９と、挟持爪開閉部２６と、を備える。挟持爪開閉部２６は、リンク部５１と、第１ギア６１と、第２ギア６２と、第３ギア６３と、を備える。

【0027】

本実施形態の挟持ユニット２１は、リンク部５１に連結された２つの挟持爪２９を備える。なお、挟持爪２９の数は、３つ以上であってもよく、特に限定されない。

【0028】

リンク部５１は、２つの平行リンク５２から構成されている。２つの挟持爪２９の各々は、２つの平行リンク５２の各々に連結されている。２つの挟持爪２９は、リンク部５１の動きによって、挟持ユニット２１の高さ方向において上昇しつつ互いに間隔が開く方向に移動し、挟持ユニット２１の高さ方向において下降しつつ互いに間隔が狭まる方向に移動することによって開閉する。

【0029】

第１ギア６１は、第４モータ３８に連結されている。第２ギア６２は、第１ギア６１と噛み合っている。第３ギア６３は、第２ギア６２と噛み合っている。第４モータ３８の駆動によって第１ギア６１が回転すると、第２ギア６２と第３ギア６３とがＸＺ面内において互いに逆方向に回転し、２つの平行リンク５２が移動する。２つの挟持爪２９は、第２ギア６２と第３ギア６３とがいずれの方向に回転するかによって、開動作または閉動作のいずれかを行う。

【0030】

以下、挟持爪２９の構成について説明する。
図４は、挟持ユニット２１の要部を示す斜視図である。図５は、挟持爪２９の正面図である。図６は、挟持爪２９の内部構成を示す斜視図である。図６においては、挟持爪２９の内部構成を見やすくするため、外側を囲む部材の図示を適宜省略する。

【0031】

図４に示すように、２つの挟持爪２９は、互いに同一の構成を有する。２つの挟持爪２９は、後述する内爪７９の第１面７９ａ同士が互いに対向する向きに配置されている。

【0032】

図４、図５および図６に示すように、挟持爪２９は、ベース部材７１と、リニアガイド７２と、爪部材７３と、反力付与部７４と、変位センサ７５と、透過式センサ７６と、を備える。
本実施形態の変位センサ７５は、特許請求の範囲の第２センサに対応する。

【0033】

図５に示すように、ベース部材７１は、板状の部材で構成される。ベース部材７１は、第１面７１ａと、第１面７１ａとは反対側の第２面７１ｂと、を有する。ベース部材７１の上端は、平行リンク５２に連結されている。ベース部材７１の第１面７１ａには、ベース部材７１の長さ方向（Ｚ軸方向）に沿って延びるリニアガイド７２が設けられている。

【0034】

爪部材７３は、スライドベース７８と、内爪７９と、外爪８０と、を備える。爪部材７３は、ベース部材７１の第１面７１ａに対向して配置されている。爪部材７３は、リニアガイド７２を介してベース部材７１に連結されている。爪部材７３は、リニアガイド７２に沿って平行移動することにより、挟持爪２９の長さ方向（Ｚ軸方向）に変位可能とされている。換言すると、挟持爪２９は、爪部材７３がリニアガイド７２に沿って平行移動することにより、伸縮可能とされている。

【0035】

スライドベース７８は、板状の部材で構成されている。スライドベース７８は、第１面７８ａと、第１面７８ａとは反対側の第２面７８ｂと、を有する。スライドベース７８の第１面７８ａの上部には、内爪７９が連結されている。スライドベース７８の第２面７８ｂの下部には、外爪８０が連結されている。スライドベース７８は、リニアガイド７２を介してベース部材７１に連結されている。

【0036】

内爪７９は、爪部材において、挟持爪２９の開閉方向（Ｘ軸方向）の内側（保持対象物Ｐが位置する側）に配置される。内爪７９は、第１面７９ａと、第１面７９ａとは反対側の第２面７９ｂと、を有する。内爪７９は、第１面７９ａを保持対象物Ｐに接触させた状態で保持対象物Ｐを挟持する。内爪７９は、板ばねで構成されている。板ばねは、挟持爪２９の開閉方向（Ｘ軸方向）に弾性変形可能とされている。内爪７９の下端は、スライドベース７８の下端よりも下方に位置する。

【0037】

図５に２点鎖線で示すように、初期状態において、内爪７９は、内爪７９の先端が開閉方向の内側に向く方向に反っている。したがって、初期状態において、内爪７９の第２面７９ｂの下部は、スライドベース７８の第１面７８ａから離れた位置にある。なお、ここで言う初期状態は、挟持爪２９が保持対象物Ｐを保持していない状態を意味する。図５に実線で示すように、挟持爪２９が保持対象物Ｐを保持した状態において、内爪７９は、先端が開閉方向の外側に開く方向に弾性変形し、第２面７９ｂがスライドベース７８の第１面７８ａに接触する。

【0038】

内爪７９の第２面７９ｂに、ストッパ８２が設けられている。ストッパ８２は、ピン状の形状を有する。ストッパ８２は、スライドベース７８に設けられた孔を貫通し、頭部がスライドベース７８の第２面７８ｂに対向する。保持対象物Ｐを保持した状態を示す図５では、ストッパ８２の頭部とスライドベース７８との間には隙間がある。一方、保持対象物Ｐを保持していない初期状態では、ストッパ８２の頭部がスライドベース７８に接触する。内爪７９は、初期状態においてストッパ８２がスライドベース７８に接触することにより、開閉方向の内側に向けて必要以上に反ることが抑止されている。

【0039】

外爪８０は、爪部材７３において、挟持爪２９の開閉方向（Ｘ軸方向）の外側（保持対象物Ｐが位置する側とは反対側）に配置されている。外爪８０は、第１面８０ａと、第１面８０ａとは反対側の第２面８０ｂと、を有する。外爪８０は、支持板８３と、２つのローラ８４と、を備える。外爪８０の下端は、スライドベース７８の下端よりも下方に位置する。
本実施形態のローラ８４は、特許請求の範囲の摩擦低減部材に対応する。

【0040】

図４に示すように、支持板８３の上部には、挟持爪２９の長さ方向（Ｚ軸方向）に延びる長孔８３ｈが設けられている。支持板８３は、長孔８３ｈに挿通されたねじ８５を介してスライドベース７８に支持されている。この構成により、外爪８０は、内爪７９に対して挟持爪２９の長さ方向に変位可能に連結される。図５に示すように、挟持爪２９の長さ方向において、外爪８０の下端（ローラ８４の外周面）の位置が内爪７９の下端の位置に一致する位置を外爪８０の基準位置Ｒ０とする。外爪８０の下端は、基準位置Ｒ０に対して上方位置Ｒ１にも変位可能であるし、下方位置Ｒ２にも変位可能である。なお、基準位置Ｒ０に対する外爪８０の上方変位量および下方変位量は、適宜調整が可能である。

【0041】

ローラ８４は、支持板８３の下端に設けられている。ローラ８４は、Ｙ軸方向に沿う回転軸を中心として回転可能とされている。ローラ８４は、挟持爪２９が例えば床面等の任意の物体に接触した際に挟持爪２９と物体との摩擦を低減する。本実施形態では、支持板８３の幅方向（Ｙ軸方向）に互いに間隔をおいて２つのローラ８４が設けられている。なお、この構成に代えて、Ｙ軸方向の幅が広い１つのローラが設けられてもよいし、ローラの数は特に限定されない。また、支持板８３の下端にローラ８４を設ける構成に代えて、例えば摩擦低減加工が施された他の部材を設けてもよい。

【0042】

図４に示すように、透過式センサ７６は、スライドベース７８の第１面７８ａに設けられている。一方の挟持爪２９に設置された透過式センサ７６は、内爪７９に設けられた開口部７９ｈを介して他方の挟持爪２９に設けられた透過式センサ７６と対向する。透過式センサ７６は、可視光、赤外光等の光の透過または遮断を検出することによって、２つの挟持爪２９の間に位置する物体の有無を検出する。

【0043】

図６に示すように、反力付与部７４は、引張ばね８７と、圧縮ばね８８と、を備える。反力付与部７４は、爪部材７３が初期位置から変位した場合に爪部材７３を初期位置に復帰させる反力を爪部材７３に付与する。すなわち、反力付与部７４は、爪部材７３が変位した量に応じた反力を爪部材７３に付与する。
本実施形態の引張ばね８７は、特許請求の範囲の第１反力付与部材に対応する。本実施形態の圧縮ばね８８は、特許請求の範囲の第２反力付与部材に対応する。

【0044】

図５および図６に示すように、スライドベース７８の上部には、第１ばね固定部８９が設けられている。ベース部材７１の下部には、第２ばね固定部９０が設けられている。引張ばね８７は、第１ばね固定部８９と第２ばね固定部９０との間に配置されている。引張ばね８７の上端は、第１ばね固定部８９に連結されている。引張ばね８７の下端は、第２ばね固定部９０に連結されている。引張ばね８７は、ベース部材７１のＹ軸方向における両側方にそれぞれ設けられている。

【0045】

この構成によれば、爪部材７３が例えば床面に接触し、初期位置から上方に変位した際に、引張ばね８７が伸長される。このとき、引張ばね８７が縮む方向の反力が生じ、引張ばね８７は、爪部材７３を下方に移動させて初期位置に復帰させる反力を爪部材７３に付与する。

【0046】

図６に示すように、圧縮ばね８８は、ベース部材７１と爪部材７３との間に配置されている。圧縮ばね８８の下端は、爪部材７３のスライドベース７８に支持されている。圧縮ばね８８の上端は、初期状態においてベース部材７１とは接触しておらず、圧縮ばね８８とベース部材７１の頂板部７１Ａとの間には隙間Ｃが設けられている。隙間Ｃは、一例として５ｍｍであるが、特に限定されず、適宜調整が可能である。
本実施形態の隙間Ｃは、特許請求の範囲における爪部材の変位量の閾値に対応する。

【0047】

この構成によれば、爪部材７３が例えば床面に接触して初期位置から上方に変位する際に、爪部材７３の変位量が５ｍｍに達するまでの間は、引張ばね８７が作用する一方、圧縮ばね８８は、ベース部材７１に接触しないため、作用が生じない。次に、爪部材７３の変位量が５ｍｍに達した時点で、圧縮ばね８８がベース部材７１に接触して圧縮ばね８８が作用し始める。爪部材７３の変位量が５ｍｍを超えると、圧縮ばね８８が縮んだ状態から伸びる方向の反力が作用する。このように、圧縮ばね８８は、爪部材７３を下方に移動させて初期位置に復帰させる反力を爪部材７３に付与する。

【0048】

圧縮ばね８８のばね定数は、引張ばね８７のばね定数よりも大きい。具体的には、例えば圧縮ばね８８を構成する線材は、引張ばね８７を構成する線材よりも太い。そのため、圧縮ばね８８が爪部材７３に付与する反力は、引張ばね８７が爪部材７３に付与する反力よりも大きい。このように、反力付与部７４は、爪部材７３の変位量が５ｍｍ以下である場合に爪部材７３に第１反力を付与する引張ばね８７と、爪部材７３の変位量が５ｍｍを超える場合に爪部材７３に第１反力よりも大きい第２反力を付与する圧縮ばね８８と、を備える。

【0049】

図７は、爪部材７３の変位量と反力との関係の一例を示す図である。図７において、横軸は変位量（ｍｍ）であり、縦軸は反力（Ｎ）である。
上述したように、爪部材７３の変位量が５ｍｍ以下の場合、引張ばね８７が反力を生成し、爪部材７３の変位量が５ｍｍを超えた場合、圧縮ばね８８が反力を生成する。また、圧縮ばね８８による反力は、引張ばね８７による反力よりも大きい。

【0050】

そのため、図７に示すように、変位量が０～５ｍｍの範囲では、変位量の増加に伴って反力が直線的に増加する。変位量が５ｍｍのとき、反力は例えば２Ｎとなる。また、変位量が５～２０ｍｍの範囲においても、変位量の増加に伴って反力が直線的に増加する。ただし、変位量が５～２０ｍｍの範囲における直線の傾きは、変位量が０～５ｍｍの範囲における直線の傾きよりも大きい。変位量が２０ｍｍのとき、反力は例えば４０Ｎとなる。なお、これらの数値は一例であり、特に限定されない。図７における変位量に対応する反力の数値は、ばねの太さ（ばね定数）に応じて決まる。そのため、変位量の閾値は、ばねの太さ（ばね定数）の組み合わせを変えることによって、適宜変更が可能である。

【0051】

図６に示すように、変位センサ７５は、ベース部材７１の上方に配置されている。変位センサ７５は、挟持爪２９が任意の物体に接触して爪部材７３が変位した際に爪部材７３の変位量を検出する。変位センサ７５が爪部材７３の変位量を検出する仕組みとしては、爪部材７３が物体に当接して逃げる（変位する）ことで、爪部材７３と変位センサ７５との距離が変化するため、変位センサ７５はこの距離の変化量によって爪部材７３の変位量を検知する。変位センサ７５の検出値は、制御部１３に出力され、挟持爪２９の動作の制御に用いられる。変位センサ７５としては、レーザ変位センサ、磁気式変位センサ、静電容量式変位センサなど、各種の変位センサが用いられる。

【0052】

制御部１３は、変位センサ７５からの検出信号を受け、変位センサ７５および力覚センサ２３のいずれの検出値に基づいて挟持爪２９の動作を制御するかを判断する。制御部１３は、爪部材７３の変位量が閾値の５ｍｍ以下である場合、変位センサ７５の検出値に基づいて挟持爪２９の動作を制御する。制御部１３は、爪部材７３の変位量が閾値の５ｍｍを超えた場合、力覚センサ２３の検出値に基づいて挟持爪２９の動作を制御する。

【0053】

すなわち、本実施形態のロボットハンド１１の制御方法は、挟持爪２９の先端の変位量が閾値以下である場合に変位センサ７５の検出値に基づいて挟持爪２９の動作を制御し、挟持爪２９の先端の変位量が閾値を超える場合には力覚センサ２３の検出値に基づいて挟持爪２９の動作を制御する。

【0054】

以下、本実施形態のロボットハンド１１およびピッキングロボット１０の効果について説明する。
この種のロボットハンドにおいて、物品または障害物に対する挟持爪の接触状態を検出する目的で、力覚センサが広く用いられる。一般的な力覚センサは、荷重を受けた際にセンサ内に設けられた構造体に生じる歪みを種々の手法で検出する。一方、挟持爪の動作を精密に行うため、挟持爪の接触状態を繊細に検出したいという要求がある。この場合、繊細な接触検出を行う目的で、低域の検出範囲を有する力覚センサを用いることが考えられる。ところが、この場合、例えば誤動作等によって挟持爪が床面に強く衝突した際、力覚センサ内の構造体に過大な荷重が掛かり、力覚センサが損傷するおそれがある。

【0055】

この問題に対し、本実施形態のロボットハンド１１においては、挟持爪２９の先端部を構成する爪部材７３が挟持爪２９の長さ方向に変位可能とされ、制御部１３は、爪部材７３の変位量が閾値以下である場合に変位センサ７５の検出値に基づいて挟持爪２９の動作を制御し、爪部材７３の変位量が閾値を超える場合には力覚センサ２３の検出値に基づいて挟持爪２９の動作を制御する。

【0056】

このように、挟持爪２９の接触状態の検出に際し、爪部材７３が受ける荷重が小さく、爪部材７３の変位量が小さい領域は変位センサ７５が担当し、爪部材７３が受ける荷重が大きく、爪部材７３の変位量が大きい領域は力覚センサ２３が担当する。したがって、検出範囲が低域の変位センサ７５と検出範囲が高域の力覚センサ２３とを組み合わせて使用することにより、センサの損傷を生じることなく、挟持爪２９の繊細な接触検出を行うことができる。その結果、挟持爪２９の精密な動作を高精度に制御することができる。また、爪部材７３が物体に接触した際の衝撃が爪部材７３の変位によって緩和される。これにより、保持対象物Ｐまたは挟持爪２９の損傷を抑えることができる。また、爪部材７３の変位量に基づいて変位センサ７５から力覚センサ２３に切り替えることにより、保持対象物や周囲の物体と爪部材７３の干渉（接触、衝突）を防止する効果が得られる。

【0057】

本実施形態のロボットハンド１１において、反力付与部７４は、爪部材７３の変位量が閾値以下である場合に爪部材７３に第１反力を付与する引張ばね８７と、爪部材７３の変位量が閾値を超える場合に爪部材７３に第１反力よりも大きい第２反力を付与する圧縮ばね８８と、を備える。

【0058】

この構成によれば、反力付与部７４は、爪部材７３の変位量が相対的に小さいときに、爪部材７３に相対的に小さい反力を付与し、爪部材７３の変位量が相対的に大きいときには、爪部材７３に相対的に大きい反力を付与する。このように、反力付与部７４において２種類のばねを使い分けるため、爪部材７３の変位量に応じて適切な反力が付与され、挟持爪２９の繊細な動作を可能とすることができる。換言すると、より小さく細い（ばね定数がより小さい）方の引張ばね８７の変位量を変位センサ７５で測定し、変位量が閾値を超えると、より大きく太い（ばね定数がより大きい）方の圧縮ばね８８に切り替わり、力覚センサ２３の測定に切り替わる。圧縮ばね８８の役割は、爪部材７３の変位によって生じる、より大きくなった（閾値を超えた）力（荷重）を力覚センサ２３に伝えることである。したがって、より大きく太い圧縮ばね８８を設けることによって、力覚センサ２３に力（荷重）を伝えることができる。

【0059】

本実施形態のロボットハンド１１において、複数の挟持爪２９は、姿勢変更が可能とされている。

【0060】

例えば図１に示すように、搬送元Ｓ１の保持対象物Ｐ１が平板部を有し、平板部が水平方向を向く姿勢で置かれていたとする。この場合、挟持爪２９が鉛直方向を向いた姿勢のままで上下動するだけでは、挟持爪２９が保持対象物Ｐを保持することが難しい。その場合、本実施形態では、挟持爪２９の姿勢が変更可能とされている。そのため、挟持爪２９を鉛直方向から傾けた姿勢で平板部をすくい上げるようにすれば、挟持爪２９が保持対象物Ｐ１を保持することができる。このように、本実施形態のロボットハンド１１は、多様な姿勢でランダムに置かれた保持対象物Ｐに対応が可能である。

【0061】

本実施形態のロボットハンド１１において、爪部材７３は、挟持爪２９の開閉方向の内側に配置され、保持対象物Ｐを挟持する内爪７９と、内爪７９に対して開閉方向の外側に配置される外爪８０と、を備える。

【0062】

この構成によれば、挟持爪２９を鉛直方向から傾けた姿勢とした際に、保持対象物Ｐを挟持する内爪７９と、内爪７９よりも先に床面に接する可能性が高い外爪８０と、で機能を分担することができる。これにより、挟持爪２９の保持性能を高めることができる。

【0063】

具体的には、本実施形態の場合、内爪７９は、挟持爪２９の開閉方向に弾性変形可能とされた板ばねで構成される。

【0064】

この構成によれば、内爪７９が保持対象物Ｐを挟持した際、内爪７９は、開閉方向の外側に開く方向に弾性変形する。この際、内爪７９は、初期状態に弾性復帰しようとする反力によって保持対象物Ｐを安定して挟持することができる。

【0065】

さらに本実施形態の場合、内爪７９を構成する板ばねは、初期状態において先端が開閉方向の内側に向く方向に反っている。

【0066】

この構成によれば、内爪７９の先端が保持対象物Ｐの表面に引っ掛かりやすいため、保持対象物Ｐを確実に保持することができる。この場合、内爪７９は、保持対象物Ｐを例えばピンセットのように繊細に挟持できるため、床面に置かれた小型、軽量の保持対象物Ｐの挟持に好適である。

【0067】

また、保持対象物Ｐを繊細に挟持する他の方法として、挟持爪の内面にゴムシート等の弾性体を貼り付けることも考えられる。ところが、その場合、ゴムシートの表面に粘着性があるため、表面がビニール製の保持対象物、サイズの小さい保持対象物等を挟持した際に、ゴムシート表面に保持対象物が付着して剥がれない現象が発生することがある。これに対して、本実施形態では、内爪７９に板ばねを用いることで上記の現象を抑えることができる。

【0068】

さらに本実施形態の場合、内爪７９がストッパ８２を有し、初期状態において内爪７９が必要以上に内側に反ることが抑止されている。
この構成によれば、内爪７９と外爪８０との間隔が必要以上に開くことがなく、内爪７９と外爪８０との隙間に保持対象物Ｐ等の物体が挟まることが抑止される。

【0069】

本実施形態のロボットハンド１１において、外爪８０は、床面、保持対象物等の物体に接触した際に物体との摩擦を低減するローラ８４を備える。

【0070】

この構成によれば、挟持爪２９を鉛直方向から傾けた姿勢とし、外爪８０が内爪７９よりも先に床面等の物体に接した際に、ローラ８４によって外爪８０と物体との間の摩擦が低減される。これにより、爪部材７３は、ベース部材７１に対して滑らかに変位できる。また、例えば外爪８０と床面との間の摩擦が大きく、外爪８０が床面に引っ掛かった場合に、接触状態の誤検出によって挟持爪２９の誤動作が生じるおそれがある。これに対し、上記の構成によれば、ローラ８４によって外爪８０と床面との間の摩擦が小さくなり、外爪８０が床面上を滑るように移動する。これにより、挟持爪２９の誤動作が生じるおそれが少なく、挟持爪２９は保持対象物Ｐを円滑に保持することができる。

【0071】

さらに本実施形態の場合、外爪８０は、内爪７９に対して挟持爪２９の長さ方向に変位可能に連結されている。

【0072】

この構成によれば、内爪７９の先端に対する外爪８０の先端の位置を調整することができる。これにより、ローラ８４による摩擦低減効果を適切に調整することができる。

【0073】

本実施形態のピッキングロボット１０は、上記の効果を奏するロボットハンド１１を備える。
この構成によれば、ピッキングロボット１０は、例えば搬送元Ｓ１の箱の中に様々な姿勢や状況で置かれた多様な保持対象物Ｐを保持し、搬送先Ｓ２に効率良く搬送することができる。

【0074】

上記実施形態のロボットハンド１１は、２つの挟持爪２９の双方がベース部材７１に対して変位可能とされた爪部材７３を有する。この構成に代えて、２つの挟持爪のうち、一方の挟持爪のみがベース部材に対して変位可能とされた爪部材を有していてもよい。例えば挟持爪を鉛直方向から傾ける向きが常に決まっている用途に用いるロボットハンドであれば、複数の挟持爪を鉛直方向から傾けた際に下側に位置し、床面に接する挟持爪のみを上記の構成としてもよい。すなわち、実施形態のロボットハンドは、複数の挟持爪のうち、少なくとも一つの挟持爪がベース部材に対して変位可能とされた爪部材を有していてもよい。

【0075】

なお、爪部材は、先端に向けて先細りとなるテーパー状の構造を有していてもよい。この構造によれば、保持対象物として例えば複数の円筒物がある場合などに、隣り合う円筒物の隙間に爪部材が進入しやすくなる。より具体的には、上記実施形態の爪部材７３で言えば、爪部材７３の厚み方向（図面のＸ軸方向）、幅方向（図面のＹ軸方向）の少なくとも一方でテーパー構造とすればよい。この場合、内爪７９に対してこの種のテーパー構造を形成すればよく、外爪８０に対しては、爪部材７３全体、内爪７９の先端部のＹ方向の幅を超えない程度に幅を狭くすることが望ましく、特にテーパーを形成しなくてもよい。

【0076】

また、上記実施形態では、挟持および吸着の２つの保持機能を組み合わせたロボットハンド１１、いわゆるハイブリッドハンド方式のロボットハンドの一例を挙げた。この構成に代えて、例えば挟持ユニットのみを備えるロボットハンドに本発明を適用してもよい。

【0077】

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、保持対象物Ｐを挟持する複数の挟持爪２９と、複数の挟持爪２９を開閉させる挟持爪開閉部２６と、挟持爪２９が物体に接触した際に挟持爪２９が受ける荷重を検出する力覚センサ２３と、挟持爪２９の動作を制御する制御部１３と、を持つ。複数の挟持爪２９のうちの少なくとも一つの挟持爪２９は、ベース部材７１と、ベース部材７１に対して挟持爪２９の長さ方向に変位可能に連結された爪部材７３と、爪部材７３の変位量を検出する変位センサ７５と、爪部材７３が初期位置から変位した場合に爪部材７３を初期位置に復帰させる反力を爪部材７３に付与する反力付与部７４と、を持つ。制御部１３は、変位量が閾値以下である場合に変位センサ７５の検出値に基づいて制御を行い、変位量が閾値を超える場合には力覚センサ２３の検出値に基づいて制御を行う。これにより、センサが損傷するおそれを低減でき、挟持爪２９の繊細な動作を可能とするロボットハンド１１を実現することができる。

【0078】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態およびその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0079】

１０…ピッキングロボット（搬送装置）、１１…ロボットハンド（保持装置）、１２…アーム、１３…制御部、２３…力覚センサ（第１センサ）、２６…挟持爪開閉部、２９…挟持爪、７１…ベース部材、７３…爪部材、７４…反力付与部、７５…変位センサ（第２センサ）、７９…内爪、８０…外爪、８４…ローラ（摩擦低減部材）、８７…引張ばね（第１反力付与部材）、８８…圧縮ばね（第２反力付与部材）、Ｐ，Ｐ１…保持対象物。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】