特許 7612425 保持装置および搬送装置

(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】2024-12-27

(45)【発行日】2025-01-14

(54)【発明の名称】保持装置および搬送装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/08 20060101AFI20250106BHJP

   B25J 15/06 20060101ALI20250106BHJP

   B25J 15/04 20060101ALI20250106BHJP

【ＦＩ】

B25J15/08 H

B25J15/06 A

B25J15/04 Z

B25J15/04 B

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2021004553

(22)【出願日】2021-01-14

(65)【公開番号】P2022109172

(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】平栗 一磨

(72)【発明者】

【氏名】柴 岳人

(72)【発明者】

【氏名】大庭 典之

【審査官】臼井 卓巳

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－０７１９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２３９１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０００６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０７９１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／００３９６９９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ ９／１６－１８／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持部材と、
前記支持部材に回動可能に支持され、保持対象物を保持する第１保持部を有する第１保持ユニットと、
前記支持部材に、前記第１保持ユニットの回動とは独立して回動することが可能となるように支持され、保持対象物を保持する第２保持部を有する第２保持ユニットと、
前記第１保持ユニット、および前記第２保持ユニットの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第１保持部と前記第２保持部とが互いに離れていく方向を向いた状態で前記第１保持ユニットおよび前記第２保持ユニットを、前記第１保持部と前記第２保持部の間を通過する回転軸線を中心に、前記第１保持部、前記第２保持部を含み、かつ前記回転軸線と交差する面内で一体的に回動させることにより、前記第１保持ユニットおよび前記第２保持ユニットのいずれを保持対象物の保持に使用するかを切り替えるとともに、前記第１保持ユニットおよび前記第２保持ユニットの少なくとも一方を、前記支持部材に対して回動させることにより、前記支持部材に対する姿勢を変更するように制御する、保持装置。

【請求項2】

前記第１保持ユニットは、前記支持部材に対して一方向に回動するように動作し、
前記第２保持ユニットは、前記第１保持ユニットの動作とは独立して、前記一方向とは相対する方向に回動するように動作する、請求項１に記載の保持装置。

【請求項3】

支持部材と、
前記支持部材に回動可能に支持され、保持対象物を保持する第１保持部を有する第１保持ユニットと、
前記支持部材に前記第１保持ユニットとは独立して回動可能に支持され、保持対象物を保持する第２保持部を有する第２保持ユニットと、
前記第１保持ユニット、および前記第２保持ユニットの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第１保持部と前記第２保持部とが互いに異なる方向を向いた状態で前記第１保持ユニットおよび前記第２保持ユニットを回動させることにより、前記第１保持ユニットおよび前記第２保持ユニットのいずれを保持対象物の保持に使用するかを切り替えるとともに、前記第１保持ユニットおよび前記第２保持ユニットの少なくとも一方を、前記支持部材に対して回動させることにより、前記支持部材に対する姿勢を変更するように制御し、
前記第１保持ユニットの姿勢変更時に前記第１保持ユニットを回動させる際に前記第１保持ユニットの姿勢変化に伴う前記第２保持ユニットの姿勢変化を相殺する向きに前記第２保持ユニットを前記支持部材に対して回動させることにより、前記第２保持ユニットの姿勢を矯正する第２回転駆動機構をさらに備える、保持装置。

【請求項4】

前記第１保持ユニット、および前記第２保持ユニットは、第１回転駆動機構によって、いずれかが保持対象物を保持するように切り替えられ、前記第１回転駆動機構の第１回転軸線と、前記第１保持ユニットの姿勢変更時の第２回転軸線とが、共通の軸線上に配置されている、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】

前記第１保持部と前記第２保持部とを、互いに異なる方向を向いた状態で、かつ前記支持部材に対して一体的に回動させ、前記第１保持ユニットおよび前記第２保持ユニットのいずれかで保持対象物を保持する、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の保持装置。

【請求項6】

前記第１保持ユニットの姿勢変更時に前記第１保持ユニットを回動させる際に前記第１保持ユニットの姿勢変化に伴う前記第２保持ユニットの姿勢変化を相殺する向きに前記第２保持ユニットを前記支持部材に対して回動させることにより、前記第２保持ユニットの姿勢を矯正する第２回転駆動機構をさらに備える、請求項１、請求項２、請求項１若しくは請求項２を引用する請求項４、請求項１若しくは請求項２を引用する請求項５、または請求項１若しくは請求項２を引用する請求項４を引用する請求項５に記載の保持装置。

【請求項7】

前記第１回転軸線から前記第１保持部の先端までの距離は、前記第２回転軸線から前記第２保持部の先端までの距離よりも長い、請求項４に記載の保持装置。

【請求項8】

前記支持部材は、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、
前記第１保持ユニットおよび前記第２保持ユニットは、前記支持部材の前記第１面に対向して配置され、
前記支持部材の少なくとも一部、前記第１保持ユニットの少なくとも一部、および前記第２保持ユニットの少なくとも一部は、前記第１面の法線方向から見て互いに重なり合って配置されている、請求項１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】

前記第１保持部と前記第２保持部とが前記第１面に平行な面内で互いに１８０°異なる方向を向いた状態において、前記第１保持ユニットの第１保持中心線と前記第２保持ユニットの第２保持中心線とは、同一直線上となる範囲に配置されている、請求項８に記載の保持装置。

【請求項10】

前記第１保持部と前記第２保持部とは、互いに点対称の位置にある、請求項９に記載の保持装置。

【請求項11】

前記第２保持部を回動させることにより、前記第２保持ユニットにおける前記第２保持部の姿勢を変更する第３回転駆動機構をさらに備える、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。

【請求項12】

前記第１保持ユニットは、複数の挟持爪を有し、前記複数の挟持爪によって物品を挟持した状態で保持する挟持ユニットであり、
前記第２保持ユニットは、吸着パッドを有し、前記吸着パッドによって物品を負圧吸着した状態で保持する吸着ユニットである、請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の保持装置。

【請求項13】

前記支持部材は、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、
前記吸着ユニットは、前記支持部材の前記第１面に対向して配置され、
前記挟持ユニットは、前記吸着ユニットに対して前記支持部材が位置する側とは反対側に配置され、
前記吸着パッドに負圧を輸送する負圧供給配管は、前記支持部材の前記第２面に対向して配置され、前記吸着ユニットのうち、前記支持部材から露出する領域に設けられた開口部に接続されている、請求項１２に記載の保持装置。

【請求項14】

前記負圧供給配管は、前記開口部から前記吸着パッドにかけて、前記吸着ユニットが回動する方向とは反対の方向に巻き回すように配置されている、請求項１３に記載の保持装置。

【請求項15】

前記吸着ユニットは、吸着ユニット基材と、前記吸着ユニット基材に設けられ、前記負圧供給配管に連通する配管継手と、前記配管継手と前記吸着パッドとを接続する中継配管と、を有し、
前記中継配管の少なくとも一部は、前記配管継手と前記吸着パッドとの間の空間に螺旋状に配置されている、請求項１４に記載の保持装置。

【請求項16】

請求項１から請求項１５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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、保持装置および搬送装置に関する。

【背景技術】

【0002】

物品を保持する複数の保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。この種のピッキングロボットは、複数の保持ユニットを使い分けることにより、多様な物品に対応することができる。このような保持ユニットが周囲の障害物と干渉しやすく、ロボットハンドの可動範囲が狭い、という課題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－６８５号公報

【文献】特開２００２－６６８６１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、保持ユニットと周囲の障害物との干渉を抑制し、可動範囲をより広くすることが可能な保持装置および搬送装置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、支持部材と、第１保持ユニットと、第２保持ユニットと、制御部と、を持つ。第１保持ユニットは、前記支持部材に回動可能に支持される。第１保持ユニットは、保持対象物を保持する第１保持部を有する。第２保持ユニットは、前記支持部材に前記第１保持ユニットとは独立して回動可能に支持される。第２保持ユニットは、保持対象物を保持する第２保持部を有する。制御部は、前記第１保持ユニット、および前記第２保持ユニットの動作を制御する。前記制御部は、前記第１保持部と前記第２保持部とが互いに異なる方向を向いた状態で前記第１保持ユニットおよび前記第２保持ユニットを回動させることにより、前記第１保持ユニットおよび前記第２保持ユニットのいずれを保持対象物の保持に使用するかを切り替えるとともに、前記第１保持ユニットおよび前記第２保持ユニットの少なくとも一方を、前記支持部材に対して回動させることにより、前記支持部材に対する姿勢を変更するように制御する。

【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】ロボットハンドにおける複数のモータの位置を説明するための斜視図。

【図5】複数の回転駆動機構を構成するギアの相互関係を示す斜視図。

【図6】ベースプレートの正面図。

【図7】挟持ユニットの正面図。

【図8】吸着ユニットの正面図。

【図9】負圧供給配管の配置を説明するための図。

【図10】中継配管の配置を説明するための図。

【図11】ユニット切り替え時のロボットハンドの動作を説明するための図。

【図12】挟持ユニットの姿勢変更時のロボットハンドの動作を説明するための図。

【図13】吸着ユニットの姿勢変更時のロボットハンドの動作を説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態の保持装置および搬送装置を、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の挟持爪が開閉する方向を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を制御する。より具体的には、ピッキングロボット１０の制御部１３は、システム全体を統括制御するコントローラを有する。コントローラは、アーム１２やロボットハンド１１の行動を計画する計画コントローラと、カメラ情報などの認識処理を行う画像処理コントローラと、から構成される。なお、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同士を回動可能に連結する。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。上述したように、制御部１３のコントローラは、認識結果等を処理する画像処理コントローラを有し、画像処理コントローラの下にはカメラ等の認識系デバイスが紐付いている。また、計画コントローラは、アーム１２を制御するコントローラと、ロボットハンド１１を制御するコントローラと、から構成されている。

【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、を有する。またここでは、ロボットハンド１１は、後述の図３～５などにおいて図示される、第１回転駆動機構２３と、第２回転駆動機構２４と、第３回転駆動機構２５と、第４回転駆動機構２６と、を備える。各回転駆動機構２３，２４，２５，２６については、図３～５など、他の図面を用いて後で詳しく説明する。
本実施形態のベースプレート２０は、特許請求の範囲の支持部材に対応する。本実施形態の挟持ユニット２１は、特許請求の範囲の第１保持ユニットに対応する。本実施形態の吸着ユニット２２は、特許請求の範囲の第２保持ユニットに対応する。

【0017】

ベースプレート２０は、板状の部材で構成されている。ベースプレート２０は、第１面２０ａと、第１面２０ａとは反対側の第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の少なくとも一部、吸着ユニット２２の少なくとも一部、および挟持ユニット２１の少なくとも一部は、第１面２０ａと交差する、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。
以下の説明において、ベースプレート２０、吸着ユニット２２、および挟持ユニット２１が重なり合う方向（Ｙ軸方向）をロボットハンド１１の厚さ方向と称する。

【0019】

挟持ユニット２１は、挟持部２８を有し、後述する挟持爪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）で回動可能に支持されている。
本実施形態の挟持部２８は、特許請求の範囲の第１保持部に対応する。

【0020】

吸着ユニット２２は、吸着部３１を有し、後述する吸着パッド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）で回動可能に支持されている。
本実施形態の吸着部３１は、特許請求の範囲の第２保持部に対応する。

【0021】

図２に示すように、ベースプレート２０の第２面２０ｂには、エジェクタ４８および配管ガイド４９が配置されている。エジェクタ４８は、圧縮空気を用いて吸着パッド３２の吸着力となる負圧を発生させる。配管ガイド４９は、ベースプレートカバー４４の一面４４ａにおいて後述する負圧供給配管５０の位置をガイドする。図２では、負圧供給配管５０の図示を省略する。

【0022】

以下、ロボットハンド１１が備える回転駆動機構の概略について説明する。
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、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、回転駆動機構として、第１回転駆動機構２３と、第２回転駆動機構２４と、第３回転駆動機構２５と、第４回転駆動機構２６と、を備える。

【0023】

図３および図４に示す第１回転駆動機構２３は、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２のいずれのユニット２１，２２を使用するかを切り替える際、および挟持ユニット２１の姿勢を変更する際の双方に兼用される。図４に示す第２回転駆動機構２４は、挟持ユニット２１の姿勢変更に伴う吸着ユニット２２の姿勢変化を矯正する際に用いられる。図４に示す第３回転駆動機構２５は、吸着部３１の姿勢を変更する際に用いられる。第４回転駆動機構２６は、挟持部２８を構成する挟持爪２９を開閉する際に用いられる。

【0024】

以下、説明を判りやすくするため、第１回転駆動機構２３をユニット切り替え兼挟持姿勢変更機構２３と称し、第２回転駆動機構２４を吸着ユニット姿勢矯正機構２４と称し、第３回転駆動機構２５を吸着姿勢変更機構２５と称し、第４回転駆動機構２６を挟持爪開閉機構２６と称する。

【0025】

各回転駆動機構を構成するモータの設置位置について、先に説明する。
図４は、複数のモータの位置を説明するための斜視図である。
図４に示すように、ユニット切り替え兼挟持姿勢変更機構２３を構成する第１モータ３５は、ベースプレート２０に設置される。吸着ユニット姿勢矯正機構２４を構成する第２モータ３６は、挟持ユニット２１に設置される。吸着姿勢変更機構２５を構成する第３モータ３７は、吸着ユニット２２に設置される。挟持爪開閉機構２６を構成する第４モータ３８は、挟持ユニット２１に設置される。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のそれぞれは、例えばサーボモータから構成される。

【0026】

図６は、ベースプレート２０の構成を示す正面図である。
図３および図６に示すように、ベースプレート２０の第２面２０ｂには、ユニット切り替え兼挟持姿勢変更機構２３の構成要素のうち、第１モータ３５、第１シャフト４１、第１ギア４２、および第２ギア４３が配置されている。第１シャフト４１は、第１モータ３５に連結されている。第１シャフト４１は、第１モータ３５の下方（Ｚ軸方向）に延びている。第１ギア４２は、第１シャフト４１の下端に連結されている。第１ギア４２は、第１シャフト４１の軸線を中心として回転可能とされている。第２ギア４３は、第１ギア４２に噛み合う状態に配置されている。第２ギア４３は、Ｚ軸周りに回転する第１ギア４２の回転をＹ軸周りの回転に変換する。本実施形態の場合、第１ギア４２および第２ギア４３は、ヘリカルギアから構成されているが、ギアの種類は特に限定されない。第１シャフト４１、第１ギア４２、および第２ギア４３は、ベースプレートカバー４４（図２参照）によって覆われている。

【0027】

図５は、複数の回転駆動機構を構成する各種のギアの相互関係を示す斜視図である。図５においては、複数のギアの位置関係を見やすくするため、ギア以外の部材の図示を適宜省略する。
図５に示すように、第２ギア４３は、挟持ユニット２１に固定された第２シャフト４６に連結されている。これにより、挟持ユニット２１は、第１モータ３５が回転した際に第１シャフト４１、第１ギア４２、第２ギア４３、および第２シャフト４６を介してＸＺ面内で回転する。また、第２シャフト４６の軸線は、ユニット切り替え時の挟持ユニット２１および吸着ユニット２２が一体に回動する際の第１回転軸線ＡＸ１であるとともに、挟持ユニット２１が姿勢変更する際の第２回転軸線ＡＸ２である。すなわち、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２の切り替え時の第１回転軸線ＡＸ１と、挟持ユニット２１の姿勢変更時の第２回転軸線ＡＸ２とは、共通の軸線上に配置されている。

【0028】

図６に示すように、ベースプレート２０の上部には、頂板５２が設けられている。頂板５２の上面には、力覚センサ５３が配置されている。力覚センサ５３は、挟持ユニット２１または吸着ユニット２２が任意の物体に接触した際に各ユニット２１，２２が受ける力を検出する。力覚センサ５３の検出値は、制御部１３に出力され、挟持ユニット２１または吸着ユニット２２の各部の制御に用いられる。

【0029】

ベースプレート２０の第１面２０ａにおいて、第２面２０ｂに配置された第２ギア４３に対応する位置にベアリング５５が配置されている。ベアリング５５は、ベースプレート２０に対して吸着ユニット２２を円滑に回動させる。

【0030】

図７は、挟持ユニット２１の構成を示す正面図である。
図７に示すように、挟持ユニット２１は、挟持ユニット基材５７と、挟持部２８と、挟持爪開閉機構２６と、第２モータ３６と、を備える。挟持部２８は、リンク部５８と、複数の挟持爪２９と、を備える。挟持ユニット２１は、複数の挟持爪２９によって保持対象物Ｐを挟持した状態で保持する。第２モータ３６は、吸着ユニット姿勢矯正機構２４の構成要素である。

【0031】

挟持ユニット基材５７は、リンク部５８、挟持爪開閉機構２６、第２モータ３６等の各部材を支持する。本実施形態の挟持部２８は、リンク部５８に連結された２つの挟持爪２９を備える。なお、挟持部２８は、３つ以上の挟持爪を備えていてもよく、挟持爪の数は特に限定されない。

【0032】

リンク部５８は、２つの平行リンク５９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５９の各々に連結されている。２つの挟持爪２９は、リンク部５８の動きにより、＋Ｚ方向に上昇しつつＸ軸方向に互いに間隔が開く方向に移動し、－Ｚ方向に下降しつつＸ軸方向に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。

【0033】

挟持爪開閉機構２６は、第４モータ３８と、第３ギア６１と、第４ギア６２と、第５ギア６３と、を備える。第３ギア６１は、第４モータ３８に連結されている。第４ギア６２は、第３ギア６１と噛み合っている。第５ギア６３は、第４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３ギア６１が回転すると、第４ギア６２と第５ギア６３とがＸＺ面内において互いに逆方向に回転する。２つの挟持爪２９は、第４ギア６２と第５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。挟持爪開閉機構２６は、挟持ユニットカバー６４（図２参照）により覆われている。

【0034】

挟持爪２９の上方には、変位センサ６５が配置されている。変位センサ６５は、挟持爪２９が任意の物体に接触した際に挟持爪２９が受ける力を検出する。挟持爪２９の検出値は、制御部１３に出力され、挟持ユニット２１の制御に用いられる。このように、変位センサ６５の値を制御部１３に直接読み込ませる構成の他、ハンド制御専用のコントローラが、変位センサ６５の値をモニターして、アイテムとの接触判定等を行う構成であってもよい。

【0035】

第２モータ３６は、挟持ユニット基材５７上において第４モータ３８に対して－Ｘ方向に配置されている。図５に示すように、第６ギア６６は、第２モータ３６に対して＋Ｙ方向に配置されている。第６ギア６６は、第２モータ３６に連結されている。第６ギア６６は、吸着ユニット２２の後述する第７ギア６７と噛み合っている。第６ギア６６は、第２モータ３６とともに吸着ユニット姿勢矯正機構２４を構成する。

【0036】

図８は、吸着ユニット２２の構成を示す正面図である。
図８に示すように、吸着ユニット２２は、吸着リンク部６９と、吸着部３１と、吸着姿勢変更機構２５と、第７ギア６７と、を備える。吸着部３１は、基台７１と、複数の吸着パッド３２と、を備える。吸着ユニット２２は、複数の吸着パッド３２によって保持対象物Ｐを負圧吸着した状態で保持する。

【0037】

吸着リンク部６９は、第１面６９ａと、第１面６９ａとは反対側の第２面６９ｂと、を有する。吸着リンク部６９の第２面６９ｂは、ベースプレート２０の第１面２０ａに対向する。吸着リンク部６９は、開口部６９ｈを有する。開口部６９ｈには、吸着パッド３２の数に対応する数の配管継手７３が設けられている。配管継手７３は、後述する負圧供給配管５０に連通する。複数の配管継手７３と吸着部３１との間の空間には、中継配管７４が配置される。吸着リンク部６９の第２面６９ｂには、後述する複数の引き込み口７９が設けられている。吸着リンク部６９の内部には、配管継手７３と引き込み口７９とを連通させる負圧流路（図示略）が形成されている。

【0038】

吸着部３１は、矩形状の基台７１上に配置された４つの吸着パッド３２を備える。吸着パッド３２は、保持対象物Ｐの一面に接触して負圧によって保持対象物Ｐを吸着する。４つの吸着パッド３２は、基台７１の４つの角部の近傍に配置されている。したがって、４つの吸着パッド３２は、矩形状に配置されている。なお、吸着パッド３２の数は、４つでなくてもよく、特に限定されない。吸着パッド３２の配置は、矩形状でなくてもよく、特に限定されない。

【0039】

吸着姿勢変更機構２５は、吸着リンク部６９上に配置された第４モータ３８を有する。吸着部３１は、第４モータ３８の回転に伴い、吸着リンク部６９に対してＸＺ面内で回動する。第４モータ３８の回転軸線は、吸着部３１の姿勢変更時の第３回転軸線ＡＸ３である。

【0040】

吸着リンク部６９の第１面６９ａには、第７ギア６７が固定されている。第７ギア６７は、吸着リンク部６９の第１面６９ａにおいて、吸着部３１が設けられた側と反対側（－Ｚ方向）の端部に配置されている。上述したように、第７ギア６７は、挟持ユニット２１上の第２モータ３６に連結された第６ギア６６と噛み合い、吸着ユニット姿勢矯正機構２４を構成する。

【0041】

図５に示すように、第７ギア６７の内側には、挟持ユニット２１に固定された第２シャフト４６が挿通される。第２シャフト４６と吸着ユニット２２との間には、ベアリング５５（図６参照）が配置される。

【0042】

図２に示すように、ベースプレート２０、吸着ユニット２２、および挟持ユニット２１は、ロボットハンド１１の厚さ方向に重なり合っている。そのため、ロボットハンド１１の厚さ方向（Ｙ軸方向）における吸着リンク部６９の位置と挟持ユニット基材５７の位置とは、互いに異なる。すなわち、吸着リンク部６９は、挟持ユニット基材５７よりも＋Ｙ方向に位置している。また、吸着部３１は、吸着リンク部６９に対して－Ｙ方向に配置されている。

【0043】

上記の構成により、挟持部２８と吸着部３１とがベースプレート２０の第１面２０ａに平行な面内（ＸＺ面内）で互いに１８０°異なる方向を向いた状態において、挟持ユニット２１の第１保持中心線Ｈ１と吸着ユニット２２の第２保持中心線Ｈ２とは、Ｚ軸方向に平行な同一直線上に配置されている。なお、第１保持中心線Ｈ１は、Ｚ軸に平行な直線であり、かつ、挟持ユニット２１の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する。第２保持中心線Ｈ２は、Ｚ軸に平行な直線であり、かつ、Ｚ軸方向から見た吸着ユニット２２の４つの吸着パッド３２が配置された矩形の中心を通る直線で定義される。以下、挟持部２８と吸着部３１とが互いに１８０°異なる方向を向いた状態における挟持爪２９の先端と吸着パッド３２の吸着面との間の距離を、ロボットハンド１１の長さＬと定義する。

【0044】

以下、吸着パッド３２に負圧を供給するための経路について説明する。
図９は、負圧供給配管５０の配置を説明するための図である。
図９に示すように、エジェクタ４８には、複数の圧縮空気導入配管７６と複数の負圧供給配管５０とが接続されている。圧縮空気導入配管７６は、アーム部材１５および関節部１６に沿って配置され、ガイドローラ７７によって位置が規制された状態で複数本に分岐し、各々がエジェクタ４８に接続されている。圧縮空気導入配管７６および負圧供給配管５０の本数は、吸着パッド３２の数に対応する。本実施形態の場合、圧縮空気導入配管７６および負圧供給配管５０の本数は、ともに４本である。

【0045】

複数の負圧供給配管５０は、配管ガイド４９によってベースプレートカバー４４の一面４４ａに沿って下方（－Ｚ方向）に延び、湾曲して上方（＋Ｚ方向）に延びている。複数の負圧供給配管５０の湾曲部の下端は、ベースプレートカバー４４の下端と同等の位置、またはベースプレートカバー４４の下端よりも高い位置に配置される。圧縮空気導入配管７６および負圧供給配管５０は、例えば螺旋状に巻回された樹脂製のスパイラルチューブから構成される。これにより、圧縮空気導入配管７６および負圧供給配管５０は、各部の動作に応じて伸縮が可能である。なお、圧縮空気導入配管７６および負圧供給配管５０は、他の形態のチューブから構成されてもよい。

【0046】

図６に示すように、ベースプレート２０の下部において、Ｘ軸方向の第１ギア４２が設けられた側と反対側には、角部が矩形状に切り欠かれた切欠部２０ｋが形成されている。そのため、ベースプレート２０の下部の幅は、ベースプレート２０の上部の幅に比べて狭い。一方、図８に示すように、吸着リンク部６９は、上下方向にわたって同一の幅に形成されている。これにより、図９に示すように、＋Ｙ方向から見て、吸着ユニット２２とベースプレート２０とが重なった状態で、吸着リンク部６９の一部は、ベースプレート２０から露出する。吸着リンク部６９のうち、ベースプレート２０の切欠部２０ｋから外部に露出する領域には、複数の引き込み口７９が設けられている。負圧供給配管５０は、引き込み口７９に接続されている。

【0047】

図９は、挟持ユニット２１を使用し、吸着ユニット２２を使用しない状態を示し、吸着ユニット２２は、吸着部３１が鉛直方向上方（＋Ｚ側）を向いた姿勢である。この姿勢において、負圧供給配管５０は、配管ガイド４９側から引き込み口７９側に向けて、反時計回りに巻回され、引き込み口７９に接続されている。そのため、ユニット切り替え時に、吸着ユニット２２を時計回りに回動させる必要がある。これにより、負圧供給配管５０は、曲がった状態から延びた状態に支障なく変形できる。すなわち、負圧供給配管５０は、引き込み口７９側から吸着パッド３２側にかけて、吸着ユニット２２が回動する方向とは反対の方向に巻き回すようにして配置されている。

【0048】

以上の構成において、圧縮空気導入配管７６から導入される圧縮空気は、エジェクタ４８によって負圧空気に変換される。負圧空気は、負圧供給配管５０を介して引き込み口７９に供給され、吸着リンク部６９の内部に形成された負圧流路を介して配管継手７３に供給される。

【0049】

図９では図示を省略するが、負圧供給配管５０に加えて、各モータに信号を送信する電気配線についても、負圧供給配管５０と同様、ベースプレート２０の第２面２０ｂ側を引き回される構成となっている。

【0050】

図１０は、中継配管７４の配置を説明するための模式図である。図１０においては、中継配管７４の配置を見やすくするため、中継配管７４、吸着パッド３２、および配管継手７３のみを図示する。
図１０に示すように、複数の吸着パッド３２と複数の配管継手７３との間の空間には、複数の中継配管７４が設けられている。中継配管７４は、吸着パッド３２と配管継手７３とを接続する。中継配管７４は、吸着リンク部６９の負圧流路から供給される負圧空気を吸着パッド３２に輸送する。中継配管７４は、吸着パッド３２と配管継手７３との間の空間に螺旋状に配置されている。本実施形態では、中継配管７４の全体が螺旋状に配置されているが、中継配管の一部が直線状に延びていてもよい。

【0051】

図１０において、ＸＹ平面上に並ぶ複数の吸着パッド３２のうち、＋Ｘ，－Ｙ側に位置する吸着パッド３２を第１吸着パッド３２Ａとし、＋Ｘ，＋Ｙ側に位置する吸着パッド３２を第２吸着パッド３２Ｂとし、－Ｘ，＋Ｙ側に位置する吸着パッド３２を第３吸着パッド３２Ｃとし、－Ｘ，－Ｙ側に位置する吸着パッド３２を第４吸着パッド３２Ｄとする。Ｘ軸方向に並ぶ複数の配管継手７３を、－Ｘ側から＋Ｘ側に向けて順に、第１配管継手７３Ａ、第２配管継手７３Ｂ、第３配管継手７３Ｃ、および第４配管継手７３Ｄとする。複数の配管継手７３が並ぶ列は、第１吸着パッド３２Ａと第４吸着パッド３２Ｄとが並ぶ列よりも、第２吸着パッド３２Ｂと第３吸着パッド３２Ｃとが並ぶ列に近い。

【0052】

＋Ｘ側に位置する第１吸着パッド３２Ａおよび第２吸着パッド３２Ｂのうち、複数の配管継手７３が並ぶ列までの距離が相対的に長い第１吸着パッド３２Ａは、第１中継配管７４Ａを介して第１配管継手７３Ａに接続されている。複数の配管継手７３が並ぶ列までの距離が相対的に短い第２吸着パッド３２Ｂは、第２中継配管７４Ｂを介して第２配管継手７３Ｂに接続されている。＋Ｚ方向から見て、第１中継配管７４Ａは、時計回りに大きな径で巻回されている。第２中継配管７４Ｂは、時計回りに第１中継配管７４Ａよりも小さな径で巻回されている。

【0053】

－Ｘ側に位置する第３吸着パッド３２Ｃおよび第４吸着パッド３２Ｄのうち、複数の配管継手７３が並ぶ列までの距離が相対的に短い第３吸着パッド３２Ｃは、第３中継配管７４Ｃを介して第３配管継手７３Ｃに接続されている。複数の配管継手７３が並ぶ列までの距離が相対的に長い第４吸着パッド３２Ｄは、第４中継配管７４Ｄを介して第４配管継手７３Ｄに接続されている。＋Ｚ方向から見て、第４中継配管７４Ｄは、反時計回りに大きな径で巻回されている。第３中継配管７４Ｃは、反時計回りに第４中継配管７４Ｄよりも小さな径で巻回されている。

【0054】

すなわち、Ｘ軸方向において同じ位置にある２つの吸着パッド３２のうち、複数の配管継手７３が並ぶ列から相対的に遠い位置にある吸着パッド３２に接続された中継配管７４は、大回りに巻回されている。複数の配管継手７３が並ぶ列から相対的に近い位置にある吸着パッド３２に接続された中継配管７４は、小回りに巻回されている。また、＋Ｘ側に位置する２つの吸着パッド３２に接続された中継配管７４と、－Ｘ側に位置する２つの吸着パッド３２に接続された中継配管７４とは、逆回りに巻回されている。

【0055】

以下、ロボットハンド１１の動作について説明する。
最初に、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２のいずれのユニットを使用するかを切り替える際の動作について説明する。
図１１は、ユニット切り替え時のロボットハンド１１の動作を説明するための図である。
図１１に示すように、ユニット切り替え時には、挟持部２８と吸着部３１とが互いに１８０°異なる方向を向いた姿勢を維持したまま、挟持ユニット２１と吸着ユニット２２とは、ベースプレート２０の第１面２０ａに平行な面内（ＸＺ面内）で一体となって回動する。このとき、挟持ユニット２１の第１保持中心線Ｈ１と吸着ユニット２２の第２保持中心線Ｈ２とは、同一直線上に配置される。

【0056】

ユニット切り替え時には、制御部１３は、第１モータ３５を位置制御状態、第２モータ３６をサーボロック状態、第３モータ３７をサーボロック状態、第４モータ３８をサーボロック状態、にそれぞれ制御する。なお、位置制御状態は、位置指令信号によって例えば挟持ユニット２１等の移動対象を所定の位置に位置決めするように各モータの回転を制御する状態である。サーボロック状態は、例えば外力等によりモータが回転する方向に力が作用しても停止位置が保持される状態である。

【0057】

第１モータ３５が回転すると、図５に示すように、挟持ユニット２１は、第１シャフト４１、第１ギア４２、第２ギア４３、および第２シャフト４６を介してベースプレート２０の第１面２０ａに平行な面内（ＸＺ面内）で回動する。このとき、第２モータ３６は、サーボロック状態にあり、停止状態が保持されている。そのため、挟持ユニット２１上の第２モータ３６に連結された第６ギア６６は、吸着ユニット２２の第７ギア６７と噛み合った状態で静止している。そのため、第６ギア６６と第７ギア６７との位置関係、すなわち、挟持ユニット２１と吸着ユニット２２との位置関係は変化しない。これにより、吸着ユニット２２は、挟持ユニット２１に対して１８０°異なる方向を向いた姿勢を維持したまま、挟持ユニット２１と一体になってベースプレート２０の第１面２０ａに平行な面内（ＸＺ面内）で回動する。

【0058】

第１モータ３５が位置制御状態にあるため、例えば挟持ユニット２１を使用する場合には、制御部１３は、第１モータ３５の回転を、挟持ユニット２１の第１保持中心線Ｈ１が鉛直方向下方を向き、吸着ユニット２２の第２保持中心線Ｈ２が鉛直方向上方を向いた位置で停止させる。次に、吸着ユニット２２を使用する場合には、制御部１３は、第１モータ３５の回転を、吸着ユニット２２の第２保持中心線Ｈ２が鉛直方向下方を向き、挟持ユニット２１の第１保持中心線Ｈ１が鉛直方向上方を向くまで、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２を一体に１８０°回動させた位置で停止させればよい。

【0059】

ユニット切り替え時に挟持ユニット２１および吸着ユニット２２を一体に回動させる際には、第３モータ３７がサーボロック状態にあるため、図１１に示すように、吸着部３１の姿勢は吸着リンク部６９に対して傾いていない状態が維持される。また、第４モータ３８がサーボロック状態にあるため、２つの挟持爪２９が閉じた状態が維持される。

【0060】

次に、挟持ユニット２１の姿勢を変更する際の動作について説明する。
図１２は、挟持ユニット２１の姿勢変更時のロボットハンド１１の動作を説明するための図である。
挟持ユニット２１の姿勢変更時には、制御部１３は、第１モータ３５を位置制御状態、第２モータ３６を位置制御状態、第３モータ３７をサーボロック状態、第４モータ３８をサーボロック状態または位置制御状態、にそれぞれ制御する。

【0061】

上述したように、挟持ユニット２１は、第１モータ３５によって回動する。そのため、第１保持中心線Ｈ１が鉛直方向下方を向いた姿勢を０°として、第１保持中心線Ｈ１が例えば－９０°～＋９０°の範囲を向くように、第１モータ３５によって挟持ユニット２１を回動させることにより、挟持ユニット２１の姿勢を変更することができる。ところが、上記のユニット切り替え時と同様、仮に第２モータ３６をサーボロック状態に制御していたとすると、挟持ユニット２１の姿勢変更に伴って吸着ユニット２２の姿勢も変化する。

【0062】

そこで、本実施形態の場合、挟持ユニット２１の姿勢変更に伴って吸着ユニット２２が姿勢変化しないように、制御部１３は、以下のようにして吸着ユニット２２の姿勢を矯正する制御を行う。具体的には、図１２における時計回りを正の角度、反時計回りを負の角度とすると、第１保持中心線Ｈ１が－θの方向を向くように挟持ユニット２１を回動させるとともに、吸着ユニット２２を＋θだけ回動させる。これにより、吸着ユニット２２は、姿勢が変化することなく、吸着部３１が鉛直方向上方を向いた状態が維持される。すなわち、吸着ユニット２２を、挟持ユニット２１の姿勢変化に伴う吸着ユニット２２の姿勢変化を相殺する向きにベースプレート２０に対して回動させる。

【0063】

挟持ユニット２１の姿勢変更時に挟持ユニット２１を回動させる際には、第３モータ３７がサーボロック状態にあるため、吸着部３１の姿勢は吸着リンク部６９に対して傾いていない状態が維持される。また、第４モータ３８がサーボロック状態にある場合には、挟持ユニット２１は、２つの挟持爪２９が閉じた状態を維持したまま姿勢変更する。第４モータ３８が位置制御状態にある場合には、挟持ユニット２１は、２つの挟持爪２９が所定の位置まで開いた状態で姿勢変更する。

【0064】

次に、吸着ユニット２２の姿勢を変更する際の動作について説明する。
図１３は、吸着ユニット２２の姿勢変更時のロボットハンド１１の動作を説明するための図である。
吸着ユニット２２の姿勢変更時には、制御部１３は、第１モータ３５をサーボロック状態、第２モータ３６をサーボロック状態、第３モータ３７を位置制御状態、第４モータ３８をサーボロック状態、にそれぞれ制御する。

【0065】

吸着部３１は、第３モータ３７によって回動する。そのため、吸着ユニット２２の第２保持中心線Ｈ２が鉛直方向下方を向く姿勢を０°として、第２保持中心線Ｈ２が例えば－９０°～＋９０°の範囲を向くように、第３モータ３７によって吸着リンク部６９に対して吸着部３１を回動させることにより、吸着部３１の姿勢を変更することができる。

【0066】

吸着部３１の姿勢変更時に吸着部３１を回動させる際には、第１モータ３５がサーボロック状態にあるため、挟持ユニット２１の姿勢は、第１保持中心線Ｈ１が鉛直方向上方を向いたまま変化しない状態が維持される。このとき、第２モータ３６がサーボロック状態にあるため、ベースプレート２０に対する吸着リンク部６９の姿勢は変化しない状態が維持される。なお、第２モータ３６を位置制御状態にして、ベースプレート２０に対する吸着リンク部６９の姿勢を調整してもよい。また、第４モータ３８がサーボロック状態にあるため、挟持ユニット２１は２つの挟持爪２９が閉じた状態を維持する。

【0067】

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。
まず、比較例のロボットハンドとして、挟持ユニットと吸着ユニットとを備え、挟持ユニットおよび吸着ユニットの各々が姿勢変更機能を有するロボットハンドを想定する。
比較例のロボットハンドにおいては、ユニット切り替え時に挟持ユニットおよび吸着ユニットを一体的に回動させるための第１回転軸線と、挟持ユニットの姿勢変更時に挟持ユニットを回動させるための第２回転軸線と、吸着ユニットの姿勢変更時に吸着ユニットを回動させるための第３回転軸線と、がロボットハンドの長さ方向に沿って互いに異なる位置に配置される。第１回転軸線は、第２回転軸線と第３回転軸線との間に位置する。

【0068】

比較例のロボットハンドの場合、ロボットハンドの長さは、第１回転軸線から第２回転軸線までの距離と、第１回転軸線から第３回転軸線までの距離と、第２回転軸線から挟持ユニットの先端までの距離と、第３回転軸線から吸着ユニットの先端までの距離と、を合わせた長さとなる。比較例のロボットハンドの場合、ロボットハンドの長さが長くなりやすい。ロボットハンドの長さが長いと、ロボットハンドを移動させる際に他の障害物と干渉しやすい、という問題が生じる。

【0069】

この問題に対して、本実施形態のロボットハンド１１は、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２をベースプレート２０に対して一体的に回動させることによりユニットの切り替えを行うとともに、挟持ユニット２１をベースプレート２０に対して回動させることにより挟持ユニット２１の姿勢を変更するユニット切り替え兼挟持姿勢変更機構２３を備える。制御部１３は、挟持部２８と吸着部３１とが互いに異なる方向を向いた状態で挟持ユニット２１および吸着ユニット２２を回動させることにより、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２のいずれを保持対象物の保持に使用するかを切り替えるとともに、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２の少なくとも一方を、ベースプレート２０に対して回動させることにより、ベースプレート２０に対する姿勢を変更するように制御する。

【0070】

この構成によれば、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２と周囲の障害物との干渉が抑制されるため、可動範囲をより広くすることが可能なロボットハンド１１を実現できる。

【0071】

さらに、図５に示すように、ユニット切り替え時の第１回転軸線ＡＸ１と、挟持ユニット２１の姿勢変更時の第２回転軸線ＡＸ２とが、ロボットハンド１１の長さ方向において共通の軸線上に配置されている。

【0072】

すなわち、比較例のロボットハンドにおいては、ユニット切り替え、挟持ユニットの姿勢変更、および吸着ユニットの姿勢変更の３つの動作を実現するための３つの回転軸線がロボットハンドの長さ方向における３個所に配置される。これに対して、本実施形態のロボットハンド１１において、ユニット切り替え、挟持ユニットの姿勢変更、および吸着ユニットの姿勢変更の３つの動作を実現するための３つの回転軸線ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３は、図４に示すように、ロボットハンド１１の長さ方向における２個所に配置される。

【0073】

これにより、本実施形態の場合、ロボットハンド１１の長さは、第１回転軸線ＡＸ１および第２回転軸線ＡＸ２から第３回転軸線ＡＸ３までの距離と、第１回転軸線ＡＸ１および第２回転軸線ＡＸ２から挟持ユニット２１の先端までの距離と、第３回転軸線ＡＸ３から吸着ユニット２２の先端までの距離と、を合わせた長さとなる。このようにして、本実施形態のロボットハンド１１の長さを、比較例のロボットハンドの長さに比べて短くすることができる。

【0074】

本実施形態の構成によれば、ロボットハンド１１の長さを短くできるため、ロボットハンド１１を移動させる際の障害物との干渉のおそれを少なくすることができる。また、本実施形態の構成によれば、ロボットハンド１１の可動範囲を比較例のロボットハンドの可動範囲に比べて広くすることができる。また、本実施形態の構成によれば、ロボットハンド１１の小型化に際して各ユニットの構成を簡素化する必要がないため、挟持ユニット２１および吸着ユニットと２２の機能を十分に発揮させることができる。

【0075】

また、本実施形態のロボットハンド１１は、挟持部２８と吸着部３１とを、互いに異なる方向を向いた状態で、かつベースプレート２０に対して一体的に回動させ、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２のいずれかで保持対象物を保持する。
この構成によれば、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２のいずれかで保持対象物を保持するかを、円滑な動作によって切り替えることができる。

【0076】

ユニット切り替え時の回転軸線と、２つのユニットのうちの一方のユニットの姿勢変更時の回転軸線とを共通の軸線上に配置する場合、本実施形態の構成に代えて、ユニット切り替え時の第１回転軸線と吸着部の姿勢変更時の第３回転軸線とを共通の軸線上に配置することも考えられる。

【0077】

本実施形態のロボットハンド１１は、挟持ユニット２１として平行リンク５９を用いた挟持爪２９の開閉構造を採用している。そのため、挟持ユニット２１の姿勢変更時の第２回転軸線ＡＸ２から挟持ユニット２１の先端までの距離は、吸着部３１の姿勢変更時の第３回転軸線ＡＸ３から吸着部３１の先端までの距離よりも長い。これにより、本実施形態のように、第１回転軸線ＡＸ１と第２回転軸線ＡＸ２とを共通の軸線上に配置した場合、第１回転軸線ＡＸ１と第３回転軸線ＡＸ３とを共通の軸線上に配置するよりも、ロボットハンド１１の長さを短くできる効果が大きくなる。

【0078】

本実施形態のロボットハンド１１は、挟持ユニット２１の姿勢変更時に挟持ユニット２１の姿勢変化に伴う吸着ユニット２２の姿勢変化を相殺する向きに吸着ユニット２２を回動させ、吸着ユニット２２の姿勢を矯正する吸着ユニット姿勢矯正機構２４を備える。
この構成によれば、挟持ユニット２１の姿勢を変更する際に挟持ユニット２１の姿勢変化に連動して吸着ユニット２２の姿勢が変化することを抑制できる。これにより、挟持ユニット２１の姿勢を傾けた状態で挟持ユニット２１を使用する際に、吸着ユニット２２が姿勢変化して障害物に干渉することを抑制できる。

【0079】

本実施形態のロボットハンド１１において、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に重なり合って配置されている。
このように、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２が片持ち構造によってベースプレート２０に支持された構成によれば、ロボットハンド１１の厚さを薄くすることができる。また、ロボットハンド１１の長さ方向（Ｚ軸方向）から見たロボットハンド１１の投影面積を小さくできる。これにより、ロボットハンド１１の障害物との干渉が抑えられ、可動範囲を広くすることができる。また、片持ち構造の他の利点として、例えばロボットハンド１１が箱の隅に置かれた物品を取りに行く場合、ベースプレート２０が設けられた側と反対側、すなわち、挟持ユニット２１側を箱の内面に向けてロボットハンド１１を移動させればよい。これにより、ベースプレート２０が箱の内面と干渉しにくく、保持対象物Ｐを効率良く保持することができる。

【0080】

本実施形態のロボットハンド１１において、挟持部２８と吸着部３１とが互いに１８０度異なる方向を向いた姿勢において、挟持ユニット２１の第１保持中心線Ｈ１と吸着ユニット２２の第２保持中心線Ｈ２とは、同一直線上に配置されている。
この構成によれば、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２のいずれを使用する場合であっても、挟持爪２９または吸着パッド３２の位置を制御する際の座標系を共通に使用することができる。これにより、挟持爪２９または吸着パッド３２の位置制御に係わる制御部１３の負担を軽減することができる。

【0081】

さらに、挟持部２８と吸着部３１とは、同一直線上に配置され、かつ、挟持部２８と吸着部３１とを１８０度回動させて機能を切り替えたとしても、回動させる前に位置していた一方のハンド（例えば挟持部２８）と、回動後に位置する他方のハンド（例えば吸着部３１）の先端位置が同じになっている。すなわち、挟持部２８と吸着部３１とは、互いに点対称の位置にある。例えばハンド全長を５００ｍｍとし、ユニット切り替え時の第１回転軸線ＡＸ１が一方のハンドの先端から２５０ｍｍの位置にあったとすると、挟持部２８と吸着部３１とを１８０度回転させても、アーム１２とロボットハンド１１との接続位置から見て挟持爪２９の先端または吸着パッド３２の先端位置は、常に５００ｍｍ先に位置している。
この構成によれば、アーム１２からみたロボットハンド１１の先端位置が、挟持時でも吸着時でも同じであるため、システムとして、現在どちらの機能であるかを意識することなく、位置制御の演算処理ができる。これにより、制御部１３の負荷を軽減できる。

【0082】

本実施形態のロボットハンド１１は、吸着部３１を回転させることにより、吸着ユニット２２における吸着部３１の姿勢を変更する吸着姿勢変更機構２５をさらに備える。
この構成によれば、吸着ユニット２２を使用する際に、吸着パッド３２を様々な姿勢や位置に置かれた保持対象物Ｐの一面に正対させることができ、保持対象物Ｐを確実に保持することができる。

【0083】

本実施形態のロボットハンド１１において、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。吸着パッド３２に負圧を輸送する負圧供給配管５０は、ベースプレート２０の第２面２０ｂに対向して配置され、吸着ユニット２２のうち、ベースプレート２０の切欠部２０ｋから外部に露出する領域に設けられた引き込み口７９に接続されている。さらに、負圧供給配管５０は、引き込み口７９側から吸着パッド３２側にかけて、吸着ユニット２２が回動する方向とは反対の方向に巻き回すように配置されている。
この構成によれば、吸着ユニット２２がベースプレート２０の第１面２０ａに沿って回動する際に、負圧供給配管５０が吸着ユニット２２とベースプレート２０との間に挟まれたり、吸着ユニット２２の回動に伴って過大な力で引っ張られたりして損傷するおそれが少なく、負圧供給配管５０の信頼性を高めることができる。

【0084】

本実施形態のロボットハンド１１において、吸着パッド３２に負圧を輸送する中継配管７４は、配管継手７３と吸着パッド３２との間の空間に螺旋状に配置されている。
仮に中継配管７４が配管継手７３と吸着パッド３２との間の空間に直線状に配置されていたとする。この場合、吸着部３１の姿勢が変化した際に中継配管７４が座屈するおそれがある。これに対して、本実施形態の場合、中継配管７４が螺旋状に巻回されているため、吸着部３１の姿勢が変化した際に、中継配管７４は、変形可能な範囲内で吸着部３１の姿勢変化に従って変形する。これにより、中継配管７４の座屈を抑制できる。

【0085】

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。

【0086】

上記実施形態のロボットハンド１１は、一対の平行リンク５９を有し、２つの挟持爪２９の各々が上下動しつつ開閉する平行リンク型の挟持ユニット２１を備える。この構成に代えて、実施形態のロボットハンドは、２つの挟持爪が水平方向にのみ移動する平行グリッパ型の挟持ユニットを備えていてもよい。この場合、上記実施形態とは逆に、吸着部の姿勢変更時の第３回転軸線から吸着部の先端までの距離は、挟持ユニットの姿勢変更時の第２回転軸線から挟持部の先端までの距離よりも長くてもよい。この場合、ユニット切り替え時の第１回転軸線と、吸着ユニットの姿勢変更時の第３回転軸線と、を共通の軸線上に配置する構成を採用してもよい。

【0087】

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、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、例えば挟持のみ、吸着のみというように、同一機能の複数の保持ユニットを備えるロボットハンドに本発明を適用してもよい。

【0088】

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、ロボットハンド１１は、挟持ユニット２１と、吸着ユニット２２と、制御部１３と、を持つ。挟持ユニット２１は、ベースプレート２０に回動可能に支持される。挟持ユニット２１は、保持対象物Ｐを保持する挟持部２８を有する。吸着ユニット２２は、ベースプレート２０に挟持ユニット２１とは独立して回動可能に支持される。吸着ユニット２２は、保持対象物Ｐを保持する吸着部３１を有する。コントローラは、挟持ユニット２１、および吸着ユニット２２の動作を制御する。制御部１３は、挟持部２８と吸着部３１とが互いに異なる方向を向いた状態で挟持ユニット２１および吸着ユニット２２を回動させることにより、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２のいずれを保持対象物Ｐの保持に使用するかを切り替えるとともに、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２の少なくとも一方を、ベースプレート２０に対して回動させることにより、ベースプレート２０に対する姿勢を変更するように制御する。
これにより、挟持ユニット２１および吸着ユニット２２と周囲の障害物との干渉を抑制し、可動範囲をより広くすることが可能なロボットハンド１１を実現できる。

【0089】

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】

【0090】

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、２０…ベースプレート（支持部材）、２０ａ…第１面、２０ｂ…第２面、２１…挟持ユニット（第１保持ユニット）、２２…吸着ユニット（第２保持ユニット）、２３…ユニット切り替え兼挟持姿勢変更機構（第１回転駆動機構）、２４…吸着ユニット姿勢矯正機構（第２回転駆動機構）、２５…吸着姿勢変更機構（第３回転駆動機構）、２８…挟持部（第１保持部）、２９…挟持爪、３１…吸着部（第２保持部）、３２…吸着パッド、５０…負圧供給配管、７３…配管継手、７４…中継配管、７９…引き込み口、ＡＸ１…第１回転軸線、ＡＸ２…第２回転軸線、Ｈ１…第１保持中心線、Ｈ２…第２保持中心線、Ｐ…保持対象物。

【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】