特許 7687704 ロボットハンドおよびロボットハンドの作動方法

(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】2025-05-26

(45)【発行日】2025-06-03

(54)【発明の名称】ロボットハンドおよびロボットハンドの作動方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/08 20060101AFI20250527BHJP

【ＦＩ】

B25J15/08 P

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023027697

(22)【出願日】2023-02-24

(65)【公開番号】P2024120706

(43)【公開日】2024-09-05

【審査請求日】2024-06-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000227205

【氏名又は名称】ＮＥＣプラットフォームズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100181135

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 隆史

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 勇太

【審査官】松浦 陽

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００７７０２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０８－０３９４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１０１４２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １５／００ － １５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物に接触する接触部材を備えたロボットハンドであって、
前記接触部材は、複数の自由度で支持され、前記対象物へ向く面に開口する凹部を有する指部材と、
該指部材の前記凹部に収容され、前記開口より大径の球状をなす回転部材と、
該回転部材を前記開口へ向けて作動させる作動機構と、
を備え、
前記作動機構は、前記回転部材を前記開口に接触する方向、および、前記開口から離れる方向へ移動させるとともに、
前記回転部材を前記開口に押し付ける付勢手段と、この付勢手段の付勢に抗して、前記回転部材を前記開口から離れる方向へ移動させる移動手段とを有する、
ことを特徴とするロボットハンド。

【請求項2】

前記作動機構は、前記回転部材を間に挟んで前記開口と向かい合う位置に配置され前記回転部材に接近、離間する方向へ移動可能に支持されたプランジャーと、
該プランジャーを介して前記回転部材を前記開口へ向けて付勢する弾性部材と、
該弾性部材の付勢に抗して前記プランジャーを前記開口から離れる方向へ移動させるアクチュエーターと、
を有する請求項１に記載のロボットハンド。

【請求項3】

前記アクチュエーターは、前記プランジャーを引き込む方向への磁力を作用させるコイルである、
請求項２に記載のロボットハンド。

【請求項4】

前記回転部材の前記開口と接触する表面に該開口との間の摩擦抵抗を低減する被覆を有する、
請求項１～３のいずれか１項に記載のロボットハンド。

【請求項5】

前記回転部材の前記開口と接触する表面に該開口との接触により弾性変形する被覆を有する、
請求項１～３のいずれか１項に記載のロボットハンド。

【請求項6】

複数の自由度で支持されたロボットハンドの指部材の先端に設けられ、対象物へ向く面に開口を有する凹部に収容された、前記開口より大径の球状をなす回転部材を前記凹部に配置されたばねによって前記開口へ向けて付勢する工程と、
アクチュエーターによってプランジャーを操作して前記回転部材を前記付勢と反対方向へ移動させる工程と、
を有することを特徴とするロボットハンドの作動方法。

【請求項7】

前記ばねの付勢によって、前記回転部材を前記開口に押し付ける工程と、
該開口に前記ばねの付勢によって押し付けられた回転部材を前記対象物に接触させることにより、前記指部材が前記対象物を握りあるいは掴む工程と、
ことを特徴とする請求項６に記載のロボットハンドの作動方法。

【請求項8】

前記指部材が前記回転部材を前記開口と連続的あるいは断続的に接触させながら前記対象物の表面に沿って移動させる工程を有する、
ことを特徴とする請求項７に記載のロボットハンドの作動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットハンドおよびロボットハンドの作動方法に関する。

【背景技術】

【0002】

産業用ロボット等で使用されるロボットハンドにあっては、このロボットハンドにより、表面が硬い対象物を握るあるいは掴もうとする場合、対象物の表面を傷つけないこと、あるいは、対象物との間にある程度の摩擦力を確保して滑りを防止することを目的として、その指先には、ある程度弾力があり、柔らかく且つ摩擦力の高いゴム材等の素材を使用している。
その理由は、ゴム素材が硬い対象物の表面の形状に追従して弾性変形することで接触面が増え、小さな力であっても対象物を確実に掴むことが可能となるからである。
これに対して、金属や樹脂の様に固く（ゴムのように弾性変形することが難しく）摩擦力の小さい素材で指先を構成した場合、指（の接触面）が変形しないため、対象物に対し点接触となる為、小さな力では固い対象物を握るあるいは掴むことができず、指から落下してしまうことがある。一方、確実に握りあるいは掴むため、十分に強力な力で握りあるいは掴もうとすると、対象物を破損させてしまうリスクがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１５－５０５９９９

【文献】実公平０１－２９７５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、前述のように、柔らかく且つ摩擦力の高いゴム材で指先を構成した場合、対象物となるタブレットの画面の表面などにロボットハンドの指先で文字を書こうとする場合、あるいは、画面のスワイプ等のガラス表面を指先でなぞる動作を行おうとする場合、摩擦による引っ掛かりが生じる為、滑りが悪く画面との接触が均一とならずに、飛び石状（スティックスリップ）の間欠的な接触となる状態が生じる課題がある。このため、対象物に接触する指先の素材には、摩擦力が小さく、対象物の表面で滑りやすい素材が好ましい。
このような理由から、現状のロボットハンドの指先の素材は、それぞれの目的に適した素材で指先を構成することによって、滑りやすさと保持に必要な摩擦力とが折り合った機能を選択することが必要とされ、このような機能を同時に実現するためには、ロボットの用途（対象物の性状）に応じて、指先を構成する部材の交換や指先に貼付する素材を張り替える等が必要となることがあった。

【0005】

本発明に関連する特許文献１には、ロボットの指先に、タッチスクリーンへ触れるためのフィンガ機構を設ける技術が開示されている。
また本発明に関連する特許文献２には、スポット溶接用ロボットの本体側のアームにおける対象物との接触個所にボールを設け、このボールを介して接触個所のすべりを検出する構成が開示されている。

【0006】

しかしながら、特許文献１の技術は、ロボットの指を振動、あるいは回転させながらタッチスクリーンに接触させるものであることから、対象物に無用な衝撃を与えることが避けられない。
また特許文献２の技術は、単に対象物に接触して回転するボールを断片的に開示するに過ぎず、ロボットハンドの指先と対象物との接触状態を所望の状態に維持する目的に直ちに応用することができるものではない。

【0007】

この発明は、対象物を掴みあるいは握る操作とスワイプする操作とを円滑に行う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】

【0008】

上記課題を解決するために、この発明にかかるロボットハンドは以下の構成を有する。
対象物に接触する接触部材を備えたロボットハンドであって、前記接触部材は、複数の自由度で支持され、前記対象物へ向く面に開口する凹部を有する指部材と、該指部材の前記凹部に収容され、前記開口より大径の球状をなす回転部材と、該回転部材を前記開口へ向けて作動させる作動機構とを備え、前記作動機構は、前記回転部材を前記開口に接触する方向、および、前記開口から離れる方向へ移動させることを特徴とする。

【0009】

また、この発明にかかるロボットハンドの作動方法は以下の構成を有する。
複数の自由度で支持されたロボットハンドの指部材の先端に、前記対象物へ向く面に開口する凹部に収容された、前記開口より大径の球状をなす回転部材を前記開口へ向けて付勢する工程と、前記回転部材を前記付勢と反対方向へ移動させる工程と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ロボットハンドよる対象物の確実な保持とスワイプ操作との両方を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の最小構成例の断面図である。

【図2】本発明の一実施形態のロボットハンド装置のシステム構成図である。

【図3】本発明の一実施形態を側面視した外観図である。

【図4】一実施形態の接触部材部分の突出状態の断面図である。

【図5】一実施形態の接触部材部分の引っ込み状態の断面図である。

【図6】一実施形態の制御フローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明に係る構成について図１を参照して説明する。
このロボットハンドを構成する指部材１は、複数の自由度で支持され、対象物へ向く面に開口部２を有する凹部３を有する。また、該凹部３に収容され、前記開口部２の幅Ｗより大径の（直径Ｄの）球状をなす回転部材４と、該回転部材４を前記開口部２へ向けて作動させる作動機構５とを備え、前記作動機構５は、前記回転部材４を前記開口部２に接触する方向、および、前記開口部２から離れる方向へ移動させることを特徴とする。

【0013】

上記構成によれば、前記作動機構５によって回転部材４を矢印Ａ方向へ移動させることにより、前記開口部２に押し付けることができ、また、矢印Ａと反対方向へ移動させることにより前記回転部材４を前記開口部２から離間させることができる。したがって、前記回転部材４は開口部２に押し付けた状態では回転し難く、また、開口部２から離れた状態では凹部３内で容易に回転することができる。
したがって、前記回転部材４は、開口部２に接触した状態では、例えば矢印Ａ方向への力を対象物に作用させて大きな保持力を発揮することができ、また、開口部２から離れた状態あるいは僅かに接触した状態では、自由に回転して対象物の表面に沿って滑らかに移動することができる。

【0014】

上記構成のロボットハンドの採用により、複数の自由度で支持されたロボットハンドの指部材１の先端に前記対象物へ向く面に開口する凹部３に収容された、前記開口部２より大径の球状をなす回転部材４を前記開口部２へ向けて付勢する工程と、前記回転部材４を前記付勢と反対方向へ移動させる工程とを有するロボットハンドの作動方法が実行される。
この方法により、前記ロボットハンドと同様に、指部材１と対象物との間の摩擦力を適切に選択、設定することができ、対象物をつまむ動作とスワイプする動作とを円滑に行うことができる。

【0015】

図１を具体化した本発明の一実施形態に係る構成について図２～図６を参照して説明する。
図２はロボットハンド装置の全体のシステム構成を示すものである。
ロボットハンド装置の基台１０は、アーム１１を水平回転自在に支持し、該アーム１１は、軸１２を中心として順次回転自在に連結されたアーム１３、１４、１５を支持している。また先端に位置する前記アーム１５の先端には、指機構１６がアーム１５の軸を中心に回転自在に支持されている。
前記アーム１１～１５および指機構１６を制御するサーバ２０は、表示装置２１と入力装置２２とを備え、該入力装置２２は、オペレータ２３により操作されてロボットハンド装置との間で信号を授受する。

【0016】

図３はロボットハンド装置の先端部分を示す。前記アーム１５は、ロボットハンドの手首に相当する部分であって、このアーム１５により、前記指機構１６を構成する一の指の基端側の指部材３１が回転自在に支持されている。該指部材３１には、指部材３２、３３が順次連結されている。前記指部材３１、３２の間、指部材３２、３３の間は、それぞれ回転中心軸３４によって回動自在に連結されている。これらの指部材３１～３３は、図示しない駆動装置により、前記アーム１５の中心軸、および前記回転中心軸３４を中心としてそれぞれ所定の角度まで回転動作することができる。なお図３は、指部材３１、３２、３３の腹側を上向きにして表現していて、その上方に操作の対象物が配置されているものとする。
前記指部材３１～３３のうち、先端に位置する指部材３３には、凹部３５が形成され、該凹部３５内には、球状の回転部材３６が収容されている。該回転部材３６は、例えば、金属製の芯材３７の表面をゴム等の弾性変形可能な被覆３８で覆った構成を有する。なお一実施形態にあっては、前記被覆３８として、導電性繊維を練り込んだゴムを使用している。
前記凹部３５は、例えば、前記回転部材３６の直径Ｄより大径の凹面状の球面をなし、その一部には、前記回転部材３６の直径より小径の円形をなす開口部３９を有する。この開口部３９の直径（図４、５における幅Ｗ）は、前記回転部材３６の直径Ｄより小さく設定されている。

【0017】

前記凹部３５の底部であって、前記開口部３９と前記回転部材３６を挟んで対向する位置には、円柱状のプランジャー４０が設けられ、該プランジャー４０は、前記開口部３９と近接する方向および離間する方向へ移動自在に前記指部材３３に支持されている。
前記プランジャー４０の基端部は、ばね４１によって前記開口部３９へ向けて付勢されており、該付勢により、前記回転部材３６を前記開口部３９へ向けて押し付けている。
前記プランジャー４０の周囲には、励磁コイル４２が配置されており、該励磁コイル４２は、通電により、前記プランジャー４０を引き込む（図４の下方へ移動させる）ように磁力を作用させる。
すなわち前記励磁コイル４２は、前記ばね４１を圧縮させながら前記プランジャー４０を引き込む方向への磁力を作用させることができる。

【0018】

上記実施形態にあっては、前記励磁コイル４２を通電しない状態では、図４に示すように、前記ばね４１がプランジャー４０を矢印Ａ方向（指の背から腹へ向けて）への力を作用させることにより、前記プランジャー４０が前記回転部材３６を押し上げる。押し上げられた回転部材３６は、前記開口部３９の幅Ｗが回転部材３６の外径Ｄより小さいため、その表面の被覆３８が開口部３９に押し付けられた状態となり、この押し付け力による前記被覆３８の変形、および、被覆３８と開口部３９の表面との間に生じる摩擦力により、回転が規制される。

【0019】

すなわち、前記指部材３１～３３を屈曲状態となるように回転（例えば図３の時計回りに指の腹が内側へ向くように）させて、対象物に回転部材３６を押し付けて、保持することができる。この動作において、前記回転部材３６がプランジャー４０を介してばね４１に付勢されていることから、前記回転部材３６から対象物へ加わる力を前記ばね４１の弾性力以下に制限して過剰な力で握りあるいは掴むことによる対象物の破損を防止することができる。

【0020】

次いで、前記励磁コイル４２を通電すると、図５に示すように、前記プランジャー４０へ磁力が作用して、前記ばね４１を収縮させながら矢印Ｂ方向へ移動し、前記回転部材３６が開口部３９から離れて、前記凹部３５の内面のいずれかの個所に接触した状態となる（なお図４では、便宜上、回転部材３６が凹部３５に接することなく浮かんだ状態を図示している）。
この状態では、前記凹部３５と回転部材３６との外径の差から、回転部材３６が図５の矢印Ｃ方向へ（実際には、同図の紙面のみならず、紙面と交差する各方向へ）自由に回転することができる。例えば、前記指部材３３の上面（腹に相当する面）をタッチパネルの操作面のような平面に直上から接触させた場合には、図４における前記回転部材３６の下端が前記凹部３５の底部に点接触し、この状態で、前記平面に沿う各方向へ回転することができる。
ここで、前記回転部材３６の表面に被覆３８は、前記操作面との間に適度の摩擦を生じ、この摩擦力によって回転部材３６を回転させながら、タッチパネル等の表面をスムーズに移動して、円滑にスワイプ操作をすることができる。

【0021】

前記励磁コイル４２の制御について、図６のフローチャートを参照して説明する。
オペレータ２３が入力装置２２を操作して（ＳＯ１）、タブレット等への文字入力を指示すると（ＳＰ２）、ロボットハンドをコントロールしているサーバー２０内のプログラムに対して「文字を指でなぞって入力せよ」のような音声やテキストによる入力の命令を認識させることをトリガとして、前記励磁コイル４２を通電すると（ＳＰ３）、前記指部材３３の回転部材３６を回転可能な状態とし、画面のスワイプによる文字入力等の操作が可能な状態となる。その後、所定時間以上文字が入力されない、文字入力停止の命令が入力される等によって、文字入力が終了したと判断すると（ＳＰ４）、前記励磁コイル４２の通電を遮断し（ＳＰ５）、これに伴い、プランジャー４０がばね４１におされて前記回転部材３６が開口部３９に接触した状態となって、通常の対象物を握る掴む動作に好適な状態となる。

【0022】

また、前記ロボットハンドにより握りあるいは掴もうとする操作とスワイプする操作とにおける力のバランスは、例えば下記のような関係となる。
握りあるいは掴む操作における摩擦力関係：
握りあるいは掴む対象の落下力
＜握りあるいは掴む対象と回転部材との間の摩擦
＜プランジャーと回転部材との間の摩擦（ばねの押圧力）
画面スワイプ操作における摩擦力関係：
画面と回転部材との間のスワイプによる摩擦＞回転部材と開口部との間の回転摩擦
このような関係で摩擦力を作用させることにより、硬い素材の対象物を握るあるいは掴む動作と、タブレット等に対するスワイプ動作を指部材の構成材料や貼付物の貼り換えによる表面状態の変更を必要とせずに、一種類の指部材を備えたロボットハンドにより実現することが可能となる。

【0023】

なお一実施形態では、球状の回転部材を球面状の凹部に収容し、かつ円形の開口部に対して滑らせる構成としたが、回転部材が回転可能な構成であれば、楕円体や他の回転体状の構成を採用しても良い。また真円以外の形状を採用することによって、回転部材の回転方向を各方向に均等ではなく、所定方向へ回転し易い（あるいは回転し難い）構成を採用しても良い。

【0024】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0025】

本発明は、ロボットハンドおよびその作動方法に利用することができる。

【符号の説明】

【0026】

１……指部材
２……開口部
３……凹部
４……回転部材
５……作動機構
１０……基台
１１～１５……アーム
１６……指機構
２０……サーバー
２１……表示装置
２２……入力装置
２３ ……オペレータ
３１、３２、３３……指部材
３４……回転中心軸
３５……凹部
３６……回転部材
３７……芯材
３８……被覆
３９……開口部
４０……プランジャー
４１……ばね
４２……励磁コイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】