JP2006159320A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】実現性が高く、対象物のより複雑な扱いが可能なロボットハンドを提供する。
【解決手段】ロボットハンド１０の手の平に移送機構６１を設けているので、ロボットハンド１０により対象物Ｐを把持した際に、移送機構６１により対象物Ｐを矢印Ｇの方向又は逆方向に移送することができる。このため、移送機構６１を有しないロボットハンドと比較すると、対象物Ｐのより複雑な扱いが可能になる。また、ベルトコンベアの移送機構６１を付設するだけであるから、実現性が極めて高く、その制御も容易である。
【選択図】図２０

Description

本発明は、複数の指を駆動制御して、手作業等を行うことが可能なロボットハンドに関する。

この種の従来の装置としては、例えば特許文献１に記載されているものがある。ここでは、指の関節に駆動源のモータを設けて、モータの出力軸と関節の回転軸とにベルトを掛け渡し、モータの出力軸の回転をベルトを介して関節の回転軸に伝達し、関節を回転させている。これらのモータ及びベルトを指の各関節に設け、各関節を回転させて、指の屈伸動作を行わせている。

この様に指の関節毎に、関節を独自に回転させれば、指の自由度が高くなる。これにより、ロボットハンドの複雑な動作が可能になり、対象物の把持動作は勿論のこと、把持した対象物を操ることも可能になる。

更に、ロボットハンドの指先等に触覚センサや力センサを設けて、ロボットハンドの把持力等を検出し、これによりロボットハンドの機能の向上が図られている。
特開２００１−２８７１８２号公報

しかしながら、特許文献１のロボットハンドの他にも、多種多様な構造のものが提案されているが、それでもまだロボットハンドの動きは人の手のそれに到底及ばず、人の手により可能であっても、ロボットハンドにより可能ではないことが非常に多くある。

例えば、図３２に示す様にロボットハンド１０１により対象物１０２を把持している状態で、ロボットハンド１０１の手の平上で対象物１０２を矢印Ｆの方向に移動させるには、ロボットハンド１０１に非常に複雑な動きをさせねばならず、更なる自由度の向上を必要とし、その動きの実現性が極めて低かった。また、手の平には、対象物１０２との適宜な摩擦面を設ける必要があり、この適宜な摩擦面のための手の平の形状や材質等が新たな課題となり、直ちに実現することができなかった。

また、複数のロボットハンドを用意しておき、ロボットハンドの手の平上の対象物を、他のロボットハンドの補助により移動させるという方法も考えられるが、他のロボットハンドが接する対象物の箇所の解析並びに認識技術や、複数のロボットハンドを協調動作させる技術等の更なる検討課題が増え、直ちに実現することができなかった。

そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、実現性が高く、対象物のより複雑な扱いが可能なロボットハンドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、複数の指を有するロボットハンドにおいて、対象物と接触する該ロボットハンドの部位に、対象物に接触して、該対象物を移送する移送手段を設けている。

また、本発明においては、移送手段を、ロボットハンドの手の平側に設けている。

更に、本発明においては、移送手段を、ロボットハンドの指の腹側に設けている。

また、本発明においては、複数の移送手段を備えており、各移送手段による対象物の移送速度が相互に異なる。

更に、本発明においては、複数の移送手段を備えており、各移送手段による対象物の移送方向が相互に異なる。

また、本発明においては、複数の移送手段を備えており、各移送手段をロボットハンドの相互に平行ではないそれぞれの面に設けている。

更に、本発明においては、移送手段は、ベルトコンベアである。

また、本発明においては、移送手段は、複数の圧力室を包含する弾性部材を有しており、各圧力室の順次選択的な膨張により弾性部材表面に進行波を形成し、この弾性部材表面の進行波により該弾性部材表面に接触した対象物を移送している。

更に、本発明においては、移送手段は、複数の高分子アクチュエータと、各高分子アクチュエータに載せられて係止された弾性部材とを有しており、各高分子アクチュエータの順次選択的な伸長により弾性部材表面に進行波を形成し、この弾性部材表面の進行波により該弾性部材表面に接触した対象物を移送している。

また、本発明においては、移送手段は、回転駆動されるローラである。

本発明のロボットハンドによれば、対象物と接触する該ロボットハンドの部位に、対象物に接触して、該対象物を移送する移送手段を設けている。このため、ロボットハンドにより対象物を把持した際に、この対象物に接触する様な位置に移送手段を設ければ、対象物を把持しつつ、移送手段により対象物を移送することができ、対象物のより複雑な扱いが可能になる。また、後で述べる様に移送手段として、ベルトコンベア等を適用することができるので、実現性が極めて高く、その制御も容易である。

例えば、移送手段をロボットハンドの手の平側もしくは指の腹側に設ければ良く、これによりロボットハンドにより把持された対象物を手の内側で移動させることができる。

また、複数の移送手段を設けても良い。この場合は、各移送手段の移送速度を異ならせたり、それぞれの移送方向を相互に逆に設定することにより、対象物を搬送するだけではなく、対象物を回転させることができる。

更に、各移送手段をロボットハンドの相互に平行ではないそれぞれの面に設けても良い。この場合は、対象物の相互に異なる面に各移送手段が接触するので、各移送手段により対象物を安定的に移送することができる。

移送手段は、ベルトコンベアの他に、弾性部材表面に進行波を発生するものやローラであっても良い。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明のロボットハンドの一実施形態を示す側面図であり、図２は本実施形態のロボットハンドを手の平側から見て示す平面図であり、図３は本実施形態のロボットハンドを手の甲側から見て示す背面図である。

このロボットハンド１０では、メインベース１０１を手の平もしくは甲に相当するものとし、親指サブベース１０２を手の平と平行回転する様にメインベース１０１で軸支し、親指機構Ａを親指サブベース１０２により支持している。また、人差し指サブベース１０３を手の平と平行回転する様にメインベース１０１で軸支し、人差し指機構Ｂを人差し指サブベース１０３により支持している。更に、中指機構Ｃ、薬指機構Ｄ、及び小指機構Ｅをメインベース１０１で直接支持している。

次に、親指機構Ａについて説明する。メインベース１０１上には、モータＡ１１及び直動回転変換機Ａ１２を搭載しており、モータＡ１１の出力軸の回転により直動回転変換機Ａ１２を作動させ、直動回転変換機Ａ１２により図４に示す様に親指サブベース１０２を手の平に対して平行回転させる。

より具体体的には、直動回転変換機Ａ１２は、図５に示す様にヨークＡ３２、スクリューＡ３３、各ギヤＡ３４、３５、及び直動部Ａ３６等からなり、モータＡ１１の出力軸の回転を各ギヤＡ３４、３５を介してスクリューＡ３３に伝達して、スクリューＡ３３を回転させ、スクリューＡ３３に螺合する直動部Ａ３６をスクリューＡ３３に沿って直線移動させて、直動部Ａ３６に係合するヨークＡ３２を移動させ、ヨークＡ３２に接続されている親指サブベース１０２を回転させる。

また、図６に示す様に親指サブベース１０２には、３個のモータＡ１３、Ａ１４、Ａ１５を搭載しており、各モータＡ１３、Ａ１４、Ａ１５の出力軸の回転をそれぞれの回転伝達機構を通じて親指機構Ａの各関節ａ２、ａ３、ａ４に伝達して、各関節ａ２、a３、ａ４を回転させ、親指機構Ａを屈伸させる。

尚、図６においては、次の図７のプーリやワイヤー等を省略している。

図７は、親指サブベース１０２上の各モータＡ１３、Ａ１４、Ａ１５及び親指機構Ａの部分的な断面を示す図である。

親指機構Ａは、各関節ａ２、a３、ａ４により連結された各指胴部Ａ２１、Ａ２２、及び指先部Ａ２３を有する。

関節ａ２に対応する軸Ａ２５は、親指サブベース１０２側で回転自在に支持されている。この軸Ａ２５は、該軸Ａ２５と共に回転する従動プーリＡ４１を固定支持し、各アイドラープーリＡ４２、Ａ４３を該軸Ａ２５並びに従動プーリＡ４１に対して回転自在に支持している。従動プーリＡ４１には、指胴部Ａ２１の連結片Ａ４４を接続固定している。

モータＡ１３の出力軸が回転すると、モータプーリＡ５１が回転し、このモータプーリＡ５１の回転がワイヤーＡ５２を介して従動プーリＡ４１に伝達され、従動プーリＡ４１が軸Ａ２５及び連結片Ａ４４と共に回転し、指胴部Ａ２１が関節ａ２周りで回転する。

また、関節ａ３に対応する軸Ａ２６は、指胴部Ａ２１の先端側に支持されている。この軸Ａ２６は、該軸Ａ２６と共に回転する従動プーリＡ４５を固定支持し、アイドラープーリＡ４６を該軸Ａ２６並びに従動プーリＡ４５に対して回転自在に支持している。従動プーリＡ４５には、指胴部Ａ２２の連結片Ａ４７を接続固定している。

モータＡ１４の出力軸が回転すると、モータプーリＡ５３が回転し、このモータプーリＡ５３の回転がワイヤーＡ５４を介してアイドラープーリＡ４２及び従動プーリＡ４５に伝達され、アイドラープーリＡ４２が空転し、従動プーリＡ４５が軸Ａ２６及び連結片Ａ４７と共に回転し、指胴部Ａ２２が関節ａ３周りで回転する。

更に、関節ａ４に対応する軸Ａ２７は、指胴部Ａ２２の先端側に支持されている。この軸Ａ２７は、該軸Ａ２７と共に回転する従動プーリＡ４８を固定支持している。従動プーリＡ４８には、指先部Ａ２３の連結片Ａ４９を接続固定している。

モータＡ１５の出力軸が回転すると、モータプーリＡ５５が回転し、このモータプーリＡ５５の回転がワイヤーＡ５６を介してアイドラープーリＡ４３、アイドラープーリＡ４６、及び従動プーリＡ４８に伝達され、各アイドラープーリＡ４３、Ａ４６が空転し、従動プーリＡ４８が軸Ａ２７及び連結片Ａ４９と共に回転し、指先部Ａ２３が関節ａ４周りで回転する。

従って、親指機構Ａは、４個のモータＡ１１、Ａ１３〜Ａ１５により４個の関節ａ１〜ａ４を個別に回転されるものであり、自由度４を有する。

次に、人差し指機構Ｂについて説明する。メインベース１０１上には、モータＢ１１及び直動回転変換機Ｂ１２を搭載しており、モータＢ１１の出力軸の回転により直動回転変換機Ｂ１２を作動させ、直動回転変換機Ｂ１２により図８に示す様に人差し指サブベース１０３を手の平に対して平行回転させる。

より具体的には、直動回転変換機Ｂ１２は、図９に示す様にスクリューＢ３３、ヨークＢ３２、及び直動部Ｂ３６等からなり、モータＢ１１の出力軸の回転をスクリューＢ３３に伝達して、スクリューＢ３３を回転させ、スクリューＢ３３に螺合する直動部Ｂ３６をスクリューＢ３３に沿って直線移動させて、直動部Ｂ３６に係合するヨークＢ３２を移動させ、ヨークＢ３２に接続されている人差し指サブベース１０３を回転させる。

また、図１０に示す様に人差し指サブベース１０３には、３個のモータＢ１３、Ｂ１４、Ｂ１５を搭載しており、各モータＢ１３、Ｂ１４、Ｂ１５の出力軸の回転をそれぞれの回転伝達機構を通じて人差し指機構Ｂの各関節ｂ２、ｂ３、ｂ４に伝達して、人差し指機構Ｂの各関節ｂ２、ｂ３、ｂ４を回転させ、人差し指機構Ｂを屈伸させる。

尚、図１０においては、次の図１１のプーリやワイヤー等を省略している。

図１１は、人差し指サブベース１０３上の各モータＢ１３、Ｂ１４、Ｂ１５及び人差し指機構Ｂの部分的な断面を示す図である。

人差し指機構Ｂは、各関節ｂ２、ｂ３、ｂ４により連結された各指胴部Ｂ２１、Ｂ２２、及び指先部Ｂ２３を有する。

関節ｂ２に対応する軸Ｂ２５は、人差し指サブベース１０３側で回転自在に支持されている。この軸Ｂ２５は、該軸Ｂ２５と共に回転する従動プーリＢ４１を固定支持し、各アイドラープーリＢ４２、Ｂ４３を該軸Ｂ２５並びに従動プーリＢ４１に対して回転自在に支持している。従動プーリＢ４１には、指胴部Ｂ２１の連結片Ｂ４４を接続固定している。

モータＢ１３の出力軸が回転すると、モータプーリＢ５１が回転し、このモータプーリＢ５１の回転がワイヤーＢ５２を介してアイドラープーリＢ４０及び従動プーリＢ４１に伝達され、アイドラープーリＢ４０が空転し、従動プーリＢ４１が軸Ｂ２５及び連結片Ｂ４４と共に回転し、指胴部Ｂ２１が関節ｂ２周りで回転する。

また、関節ｂ３に対応する軸Ｂ２６は、指胴部Ｂ２１の先端側に支持されている。この軸Ｂ２６は、該軸Ｂ２６と共に回転する従動プーリＢ４５を固定支持し、アイドラープーリＢ４６を該軸Ｂ２６並びに従動プーリＢ４５に対して回転自在に支持している。従動プーリＢ４５には、指胴部Ｂ２２の連結片Ｂ４７を接続固定している。

モータＢ１４の出力軸が回転すると、モータプーリＢ５３が回転し、このモータプーリＢ５３の回転がワイヤーＢ５４を介してアイドラープーリＢ４０、アイドラープーリＢ４２、及び従動プーリＢ４５に伝達され、各アイドラープーリＢ４０、Ｂ４２が空転し、従動プーリＢ４５が軸Ｂ２６及び連結片Ｂ４７と共に回転し、指胴部Ｂ２２が関節ｂ３周りで回転する。

更に、関節ｂ４に対応する軸Ｂ２７は、指胴部Ｂ２２の先端側に支持されている。この軸Ｂ２７は、該軸Ｂ２７と共に回転する従動プーリＢ４８を固定支持している。従動プーリＢ４８には、指先部Ｂ２３の連結片Ｂ４９を接続固定している。

モータＢ１５の出力軸が回転すると、モータプーリＢ５５が回転し、このモータプーリＢ５５の回転がワイヤーＢ５６を介してアイドラープーリＢ４０、アイドラープーリＢ４３、アイドラープーリＢ４６、及び従動プーリＢ４８に伝達され、各アイドラープーリＢ４０、Ｂ４３、Ｂ４６が空転し、従動プーリＢ４８が軸Ｂ２７及び連結片Ｂ４９と共に回転し、指先部Ｂ２３が関節ｂ４周りで回転する。

従って、人差し指機構Ｂも、親指Ａと同様に、４個のモータＢ１１、Ｂ１３〜Ｂ１５により４個の関節ｂ１〜ｂ４を個別に回転されるものであり、自由度４を有する。

次に、中指機構Ｃについて説明する。メインベース１０１上には、図１２に示す様に２個のモータＣ１１、Ｃ１２を搭載しており、各モータＣ１１、Ｃ１２の出力軸の回転をそれぞれの回転伝達機構を通じて中指機構Ｃの各関節ｃ１、ｃ２に伝達して、各関節ｃ１、ｃ２を回転させ、更に関節ｃ２の回転を回転伝達機構を通じて関節ｃ３に伝達して、関節ｃ３を従動回転させ、中指Ｃを屈伸させる。

尚、図１２においては、次の図１３のプーリやワイヤー等を省略している。

図１３は、メインベース１０１上の各モータＣ１１、Ｃ１２及び中指機構Ｃの部分的な断面を示す図である。

中指機構Ｃは、各関節ｃ１、ｃ２により連結された各指胴部Ｃ２１、Ｃ２２、及び指先部Ｃ２３を有する。

関節ｃ１に対応する軸Ｃ２４は、メインベース１０１側で回転自在に支持されている。この軸Ｃ２４は、該軸Ｃ２４と共に回転する従動プーリＣ３１を固定支持し、アイドラープーリＣ３２を該軸Ｃ２４並びに従動プーリＣ３１に対して回転自在に支持している。従動プーリＣ３１には、指胴部Ｃ２１の連結片Ｃ３３を接続固定している。

モータＣ１１の出力軸が回転すると、モータプーリＣ４１が回転し、このモータプーリＣ４１の回転がワイヤーＣ４２を介して従動プーリＣ３１に伝達され、従動プーリＣ３１が軸Ｃ２４及び連結片Ｃ３３と共に回転し、指胴部Ｃ２１が関節ｃ１周りで回転する。

また、関節ｃ２に対応する軸Ｃ２５は、指胴部Ｃ２１の先端側に支持されている。この軸Ｃ２５は、該軸Ｃ２５と共に回転する従動プーリＣ３４及び動力伝達プーリＣ３５を固定支持している。従動プーリＣ３４には、指胴部Ｃ２２の連結片Ｃ３６を接続固定している。

モータＣ１２の出力軸が回転すると、モータプーリＣ４３が回転し、このモータプーリＣ４３の回転がワイヤーＣ４４を介してアイドラープーリＣ３２及び従動プーリＣ３４に伝達され、アイドラープーリＣ３２が空転し、従動プーリＣ３４が軸Ｃ２５及び連結片Ｃ３６と共に回転し、指胴部Ｃ２２が関節ｃ２周りで回転する。

更に、関節ｃ３対応する軸Ｃ２６は、指胴部Ｃ２２の先端側に支持されている。この軸Ｃ２６は、該軸Ｃ２６と共に回転する従動プーリＣ３７を接続固定している。従動プーリＣ３７には、指先部Ｃ２３の連結片Ｃ３８を接続固定している。

関節ｃ２の従動プーリＣ３４と共に動力伝達プーリＣ３５が回転すると、この動力伝達プーリＣ３５の回転がワイヤーＣ４５を介して従動プーリＣ３７に伝達され、従動プーリＣ３７が軸Ｃ２６及び連結片Ｃ３８と共に回転し、指先部Ｃ２３が関節ｃ２周りで回転する。すなわち、関節ｃ３が関節ｃ２に対して従動回転する。

従って、中指Ｃは、２個のモータＣ１１、Ｃ１２により２個の関節ｃ１、ｃ２を個別に回転されるものであり、自由度２を有する。

次に、薬指機構Ｄ及び小指機構Ｅについて説明する。メインベース１０１上には、図１４に示す様に１個のモータＤＥ１１を搭載しており、モータＤＥ１１の出力軸の回転をそれぞれの回転伝達機構を通じて薬指機構Ｄの各関節ｄ１、ｄ２及び小指機構Ｅの各関節ｅ１、ｅ２に伝達して、薬指機構Ｄの各関節ｄ１、ｄ２及び小指機構Ｅの各関節ｅ１、ｅ２を回転させ、薬指機構Ｄ及び小指機構Ｅを屈伸させる。

尚、図１４においては、次の図１５のプーリやワイヤー等を省略している。

図１５は、メインベース１０１上のモータＤＥ１１の周辺を部分的に破断して示す断面図である。

各関節ｄ１、ｅ１に対応する軸ＤＥ２４は、メインベース１０１側で回転自在に支持されている。この軸ＤＥ２４には、ギヤＤＥ３１を固定支持し、また一対のプーリＤ３２、Ｅ３２を回転自在に通して、各プーリＤ３２、Ｅ３２をそれぞれの支持片１０１ｃに固定している。ギヤボックスＤＥ３２は、ギヤＤＥ３３、各ベベルギヤＤＥ３４、及びギヤＤＥ３５等を歯合させたものであり、ギヤＤＥ３５をモータＤＥ１１の出力軸に接続して、この出力軸の回転をギヤＤＥ３５及び各ベベルギヤＤＥ３４を介してギヤＤＥ３３に伝達し、このギヤＤＥ３３に歯合されるギヤＤＥ３１を回転させる。

図１６は、メインベース１０１上の軸ＤＥ２４、薬指機構Ｄ及び小指機構Ｅの部分的な断面を示す図である。

薬指機構Ｄは、各関節ｄ１、ｄ２により連結された各指胴部Ｄ２１、Ｄ２２、指先部Ｄ２３を有する。また、小指機構Ｅは、各関節ｅ１、ｅ２により連結された各指胴部Ｅ２１、Ｅ２２、指先部Ｅ２３を有する。

軸ＤＥ２４のギヤＤＥ３１には、各指胴部Ｄ２１、Ｅ２１の連結片Ｄ３３、Ｅ３３を接続固定している。

また、関節ｄ２に対応する軸Ｄ２５は、指胴部Ｄ２１の先端側に支持されている。この軸Ｄ２５には、該軸Ｄ２５と共に回転する従動プーリＤ３４を接続固定している。従動プーリＤ３４には、指胴部Ｄ２２の連結片Ｄ３５を接続固定している。

同様に、関節ｅ２に対応する軸Ｅ２５は、指胴部Ｅ２１の先端側に支持されている。軸Ｅ２５には、該軸Ｅ２５と共に回転する従動プーリＥ３４を接続固定している。従動プーリＥ３４には、指胴部Ｅ２２の連結片Ｅ３５を接続固定している。

モータＤＥ１１の出力軸が回転すると、この出力軸の回転がギヤボックスＤＥ３２を介してギヤＤＥ３１に伝達されて、ギヤＤＥ３１が回転し、指胴部Ｄ２１も関節ｄ１周りで回転する。

また、関節ｄ１周りの指胴部Ｄ２１の回転に伴って、各ワイヤーＤ３６が軸ＤＥ２４周りを周回するものの、支持片１０１ｃに固定されたプーリＤ３２が回転しないことから、ワイヤーＤ３６がプーリＤ３２に巻き取られるか、解かれて、従動プーリＤ３４が軸Ｄ２５及び連結片Ｄ３５と共に回転し、指胴部Ｄ２２が関節ｄ２周りで回転する。従って、各指胴部Ｄ２１、Ｄ２２が同時に回転する。各指胴部Ｅ２１、Ｅ２２、及び指先部Ｅ２３についても、各指胴部Ｄ２１、Ｄ２２、及び指先部Ｄ２３と同様に、軸ＤＥ２４のプーリＥ３２と軸Ｅ２５の従動プーリＥ３４に各ワイヤーＥ３６を張架しているので、モータＤＥ１１の出力軸が回転すると、指胴部Ｅ２１が関節ｅ１周りで回転すると共に、指胴部Ｅ２２が関節ｅ２周りで回転する。

従って、薬指機構Ｄ及び小指機構Ｅは、１個のモータＤＥ１１により薬指機構Ｄの各関節ｄ１、ｄ２及び小指機構Ｅの各関節ｅ１、ｅ２を回転されるものであり、自由度１を有する。

この様なロボットハンド１０においては、親指機構Ａ及び人差し指機構Ｂの自由度が４、中指機構Ｃの自由度が２、薬指機構Ｄ及び小指機構Ｅが１であるから、このロボットハンド１０そのものの自由度が１１である。

尚、各指機構Ａ〜Ｅを駆動する複数のモータは、それぞれのライン（図示せず）を通じて制御回路（図示せず）に接続され、この制御回路により制御されて回転する。これにより、各関節が回転し、各指機構Ａ〜Ｅが屈伸する。

また、各指機構Ａ〜Ｅの関節毎に、関節の回転角度を検出するポテンショメータを設けている。これらのポテンショメータは、それぞれのラインを通じて上記制御回路に接続されている。制御回路は、各指機構Ａ〜Ｅの関節毎に、ポテンショメータにより検出された関節の回転角度が目標値となる様に該関節を回転させ、各指機構Ａ〜Ｅを多様に動作させる。

また、各指機構Ａ〜Ｅの指先部Ａ２３、指先部Ｂ２３、指先部Ｃ２３、指先部Ｄ２３、指先部Ｅ２３等には、このロボットハンド１０による対象物の把持動作に伴い、該各指先部に作用する力を検出するためのそれぞれの力センサを設けている。これらの力センサは、それぞれのラインを通じて上記制御回路に接続されている。制御回路は、これらの力センサにより検出された力に基づいて、対象物の把持状態を判定し、各モータの駆動力を制御して、ロボットハンド１０の把持力等を制御する。力センサは、指先部だけではなく、指胴部等に設けても良い。

更に、ロボットハンド１０の指の駆動機構として、プーリとワイヤーを組み合わせたものだけに限らず、ギヤを組み合わせたもの等、多種多様なものが既に提案されているので、これらの駆動機構を適宜に用いても構わない。

ところで、本実施形態のロボットハンド１０は、自由度１１を有しているが、それでも人の手の複雑な動きを完全に真似ることができない。このため、ロボットハンド１０により対象物を把持している状態で、ロボットハンド１０の手の平上で対象物を移動させるという作業は困難を極める。

そこで、本実施形態では、図１７及び図１８に示す様にロボットハンド１０の手の平に移送機構６１を設けている。尚、図１及び図２においては、移送機構６１を一転鎖線で示している。

この移送機構６１は、所謂ベルトコンベアであって、図１９に拡大して示す様に駆動ローラ６２と従動ローラ６３を離間して配置し、駆動ローラ６２と従動ローラ６３間に無端ベルト６４を掛け渡して支持し、モータ６５により駆動ローラ６２を回動させて、無端ベルト６４を回転移動させるものである。

モータ６５から駆動ローラ６２への回転力の伝達は、相互に歯合されたモータ６５の出力軸のギヤ６６と駆動ローラ６２の軸のギヤ６７を通じてなされる。また、モータ６５は、複数のライン（図示せず）を通じて制御回路（図示せず）に接続され、この制御回路により制御されて回転する。

モータ６５、駆動ローラ６２の軸受け（図示せず）、及び従動ローラ６３の軸受け（図示せず）は、ロボットハンド１０の手の平上の適宜の箇所に直接固定しても良いし、またロボットハンド１０の手の平にフレーム（図示せず）を固定した上で、このフレームに固定しても良い。

尚、モータ６５が外側に露出しているが、モータ６５を保護するためのカバーを設けても良い。また、カバーを設けると、ロボットハンド１０が厚くなるので、その薄型化のためにカバーを省略しても構わない。

この様な構成のロボットハンド１０においては、ロボットハンド１０の手の平に移送機構６１を設けているので、図２０に示す様にロボットハンド１０により対象物Ｐを把持した状態で、移送機構６１により対象物Ｐを矢印Ｇの方向又は逆方向に移送することができる。このため、移送機構６１を有しないロボットハンドと比較すると、対象物Ｐのより複雑な扱いが可能になる。また、ベルトコンベアの移送機構６１を付設するだけであるから、実現性が極めて高く、その制御も容易である。

本実施形態では、移送機構６１による移送方向を、手の平の縦方向に設定しているが、その移送方向を手の平を横切る方向に設定しても良い。この場合は、ロボットハンド１０の手の平上で、移送機構６１により対象物Ｐが横方向に移送される。あるいは、移送機構６１による移送方向を斜め方向に設定しても良い。

また、図２１に示す様に２つの移送機構６１ａ、６１ｂを手の平に設けても良い。各移送機構６１ａ、６１ｂは、移送機構６１と同様に、ベルトコンベアである。ただし、各移送機構６１ａ、６１ｂによる移送方向を手の平を横切る方向に設定している。

この様な２つの移送機構６１ａ、６１ｂを設けた場合は、ロボットハンド１０による対象物の扱い方が更に多様化する。例えば、図２２に示す様に各移送機構６１ａ、６１ｂによる移送方向及び移送速度を一致させれば、単一の移送機構６１と同様に、各移送機構６１ａ、６１ｂにより対象物Ｐを矢印の方向Ｈ又は逆方向に移送することができる。

また、図２３に示す様に各移送機構６１ａ、６１ｂによる移送の方向Ｉを一致させ、移送機構６１ａによる移送速度を移送機構６１ｂによる移送速度よりも速くすれば、対象物Ｐを手の平上で矢印Ｉの方向に移送しつつ矢印Ｊの方向に回転させ、対象物Ｐを傾けることができる。勿論、各移送機構６１ａ、６１ｂによる移送速度を調節したり、各移送機構６１ａ、６１ｂによる移送方向を逆転させることにより、対象物Ｐの搬送速度や回転速度等を変更することができる。

あるいは、移送機構６１ａによる移送方向と移送機構６１ｂによる移送方向を相互に逆にすれば、手の平上での対象物Ｐの位置を殆ど変更せずに、対象物Ｐを手の平上で回転させ、対象物Ｐを傾けることができる。

例えば、図２４（ａ）に示す様にロボットハンド１０により長い対象物Ｐを把持した状態で、対象物Ｐが落下しない程度までロボットハンド１０による把持力を低下させる。ただし、対象物Ｐが各移送機構６１ａ、６１ｂに軽く押し付けられる程度の把持力は維持する。この後、各移送機構６１ａ、６１ｂによる移送方向を一致させ、各移送機構６１ａ、６１ｂによる移送速度を異ならせて、対象物Ｐを手の平上で移送しつつ傾斜させて、図２４（ｂ）に示す様に対象物Ｐを矢印Ｋの方向に移送し、対象物Ｐの先端側が手の平まで移送してから各移送機構６１ａ、６１ｂを停止させる。これにより、ロボットハンド１０の手の平上で対象物Ｐの把持箇所を変更することができる。

こうした対象物Ｐの扱いは、ロボットハンド１０により、例えば電子機器のリモコン装置を操作するときに必要となる。リモコン装置は、長方形の形状を有し、そのほぼ表側全面にボタンが配置されている。このため、リモコン装置の一端から他端までのボタン全てを押すには、リモコン装置を移送して把持箇所を変更する必要がある。

その他、長方形の対象物Ｐを安定的に持ち直すときには、各移送機構６１ａ、６１ｂにより対象物Ｐを移送したり回転させてやれば良い。

また、図２５に示す様に各移送機構６１ａ、６１ｂによる移送方向を縦方向に設定し、ロボットハンド１０の手の平上で対象物Ｐを縦方向に移送しても良い。あるいは、各移送機構６１ａ、６１ｂによる移送方向を斜め方向に設定しても良い。

また、図２６（ａ）及び（ｂ）に示す様に一方の移送機構６１ａをロボットハンド１０の手の平に配置し、他方の移送機構６１ｂをロボットハンド１０の親指機構Ａの付け根付近に配置して、各移送機構６１ａ、６１ｂの移送面を相互に垂直になる様にしても良い。この場合は、ロボットハンド１０の手の平上で、対象物の相互に垂直なそれぞれの面に各移送機構６１ａ、６１ｂが接触することになり、対象物と各移送機構６１ａ、６１ｂ間の接触面積が増大し、また対象物が複雑な形状であっても、対象物と各移送機構６１ａ、６１ｂ間の接触を確保することができ、各移送機構６１ａ、６１ｂによる対象物の位相を安定的に行うことができる。

更に、各移送機構の個数を増やしたり、移動機構毎に、移送機構のサイズ、形状、及び配置位置を変更し、多様な形状及びサイズの対象物の複雑な扱いを可能にしても良い。

尚、本実施形態では、移送機構としてベルトコンベアを例示しているが、他の種類の移送機構を適用することができる。例えば、図２７に示す様なアクチュエータ７０がある。このアクチュエータ７０では、板状の弾性部材７１に複数の圧力室７２を並べて形成し、各圧力室７２にそれぞれのチューブ７３を接続しており、各チューブ７３を通じての各圧力室７２への空気の圧送や各圧力室７２からの空気の放出により、各圧力室７２を選択的に順次膨張させたり収縮させ、これにより弾性部材７１を変形させて、この弾性部材７１の凹凸表面７１ａに進行波を形成し、この弾性部材７１の凹凸表面７１ａ上の対象物を進行波の進行方向と逆方向に搬送する（特開平９−７９２１３号公報等を参照）。

この様なアクチュエータ７０は、それ自体を薄く作成することができるので、ロボットハンドの手の平に搭載するには好適である。また、アクチュエータ７０の材質が弾性体なので、その設置面が曲面であっても、アクチュエータ７０を曲面に対して隙間なくなじませて搭載することが可能である。

また、移送機構として、図２８に示す様なアクチュエータ８０を適用することができる。このアクチュエータ８０では、アクチュエータ基板８１上にフレキシブル基板８４を重ね合わせて固定し、フレキシブル基板８４上に複数の伸縮駆動素子８２を並設して固定し、各伸縮駆動素子８２の上端にシート状の弾性部材８３を載せて係止し、制御駆動部８５をフレキシブル基板８４を通じて各伸縮駆動素子８２に接続している。制御駆動部８５は、フレキシブル基板８４を通じて各伸縮駆動素子８２に電圧を順次印加し、各伸縮駆動素子８２をＺ方向に順次伸縮させて、弾性部材８３を変形させて波打たせ、進行方向がＸ方向の進行波を弾性部材８３の表面に形成する。この弾性部材８３に対象物を載置すると、この弾性部材８３の進行波により対象物がＸ方向とは逆方向に搬送される。

各伸縮駆動素子８２は、図２９（ａ）に示す様なシート状の高分子材料９１を一対の電極９２、９３間に挟み込んだ高分子アクチュエータを、図３０に示す様にロール状に巻回して角棒状に成型してなる。高分子材料９１は、誘電性エラストマ、電歪高分子等とも称され、スピンコーティング法、ディップコーティング法、キャスト法、スプレイ法とにより形成される。また、各電極９２、９３は、柔軟性を有しており、高分子材料９１と同様の製法により形成される。

各電極９２、９３間に電圧を印加すると、各電極９２、９３間に静電力が生じて、この静電力が図２９（ｂ）に示す様に高分子材料９１を押し広げる様に作用して、高分子材料９１及び各電極９２、９３が延び、伸縮駆動素子が伸長する。

また、各電極９２、９３間への電圧印加を停止すると、各電極９２間の静電力が消えて、高分子材料９１及び各電極９２、９３が図２９（ａ）に示す元の状態に戻り、伸縮駆動素子の長さが元に戻る。

この種の高分子アクチュエータは、技術調査会から出版されている「エレクトロニクス実装技術」の２００１年１月号のＰ３２〜Ｐ３８、及びサイエンス社（ＳＣＩＥＮＣＥ）から出版されている「ＳＣＩＥＮＣＥ」の２０００年４月（ＦＥＢＲＵＡＲＹ）号のＶＯＬ２８７のＰ８３６、Ｐ８３７等に詳しく記載されている。

この様なアクチュエータ８０は、構成が簡単であって、全体を薄くすることができるので、小スペースであっても、搭載することが可能である。また、高分子アクチュエータの応答速度が速いので、進行波の速度を速くして、対象物の移送速度を高めることも可能である。

また、各伸縮駆動素子７２を行列方向に配列したり、多様な配列パターンで配列し、各伸縮駆動素子７２の伸縮順序を適宜に設定すれば、対象物を縦横方向に移送したり回転させることができる。

また、伸縮駆動素子としては、高分子材料に電極を設け電圧を加えるとイオンを取り込んで膨張するという性質を利用したものもあり、それを用いても構わない。あるいは、電気的に制御することができ、高分子アクチュエータと同様な性質を有するアクチュエータであれば、どのような駆動素子でも用いることができる。また、伸縮駆動素子として、超音波を弾性部材の表面に発生させて、対象物を搬送するというものもある。

更に、移送機構として、図３１に示す様にロボットハンド１０の手の平に配置された複数のローラ９５を適用しても良い。各ローラ９５をモータ（図示せず）により回転駆動し、手の平上での対象物を各ローラ９５により移送する。各ローラ９５の全てを回転駆動する必要はなく、各ローラ９５の幾つかを従動させても構わない。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、上述した各種の移送機構を組み合わせて用いても良い。また、手の平ばかりではなく、指の腹側等に移送機構を設けても良い。

本発明のロボットハンドの一実施形態を示す側面図である。 ロボットハンドを手の平側から見て示す平面図である。 ロボットハンドを手の甲側から見て示す背面図である。 ロボットハンドにおける親指機構の回転動作を示す図である。 ロボットハンドにおける親指サブベースとメインベースとの連結箇所を部分的に破断して示す図である。 ロボットハンドにおける親指の屈伸動作を示す図である。 ロボットハンドにおける親指サブベース上の各モータ及び親指機構の部分的な断面を示す図である。 ロボットハンドにおける人差し指機構の回転動作を示す図である。 ロボットハンドにおける人差し指サブベースとメインベースとの連結箇所を部分的に破断して示す図である。 ロボットハンドにおける人差し指の屈伸動作を示す図である。 ロボットハンドにおける人差し指サブベース上の各モータ及び人差し指機構の部分的な断面を示す図である。 ロボットハンドにおける中指機構の屈伸動作を示す図である。 ロボットハンドにおけるメインベース上の各モータ及び中指機構の部分的な断面を示す図である。 ロボットハンドにおける薬指機構及び小指機構の屈伸動作を示す図である。 ロボットハンドにおける薬指機構及び小指機構とメインベースとの連結箇所を部分的に破断して示す図である。 ロボットハンドにおけるメインベース上のモータ及び薬指機構及び小指機構の部分的な断面を示す図である。 手の平に移送機構を明らかにしたロボットハンドを示す側面図である。 手の平に移送機構を明らかにしたロボットハンドを示す平面図である。 図１７及び図１８の移送機構を拡大して示す斜視図である。 図１７及び図１８の移送機構によるロボットハンドの手の平上での対象物の移送状態を例示する図である。 移送機構の変形例を示す図である。 図２１の移送機構によるロボットハンドの手の平上での対象物の移送状態の一例を示す図である。 図２１の移送機構によるロボットハンドの手の平上での対象物の移送状態の他の例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は図２１の移送機構によるロボットハンドの手の平上での対象物の移送状態の別の例を示す図である。 移送機構の他の変形例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は移送機構の別の変形例を示す側面図及び平面図である。 他の種類の移送機構を示す斜視図である。 別の種類の移送機構を示す斜視図である。 （ａ）は高分子アクチュエータの構造を示す斜視図であり、（ｂ）は高分子アクチュエータの動作を示す斜視図である。 高分子アクチュエータをロール状に巻回して角棒状に成型してなる伸縮駆動素子を示す斜視図である。 更に他の種類の移送機構を示す斜視図である。 従来のロボットハンドによる対象物の把持動作を例示する図である。

符号の説明

１０１ メインベース
１０２ 親指サブベース
１０３ 人差し指サブベース
６１、６１ａ、６１ｂ 移送機構
７０、８０ アクチュエータ
Ａ 親指機構
Ａ１１、Ａ１３、Ａ１４、Ａ１５ モータ
Ａ１２ 直動回転変換機
ａ１、ａ２、ａ３、ａ４ 関節
Ｂ 人差し指機構
Ｂ１１、Ｂ１３、Ｂ１４、Ｂ１５ モータ
Ｂ１２ 直動回転変換機
ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４ 関節
Ｃ 中指機構
Ｃ１１、Ｃ１２ モータ
ｃ１、ｃ２、ｃ３ 関節
Ｄ 薬指機構
ＤＥ１１ モータ
ｄ１、ｄ２ 関節
Ｅ 小指機構
ｅ１、ｅ２ 関節

Claims (10)

1. 複数の指を有するロボットハンドにおいて、
   対象物と接触する該ロボットハンドの部位に、対象物に接触して、該対象物を移送する移送手段を設けたことを特徴とするロボットハンド。
2. 移送手段を、ロボットハンドの手の平側に設けたことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
3. 移送手段を、ロボットハンドの指の腹側に設けたことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
4. 複数の移送手段を備えており、各移送手段による対象物の移送速度が相互に異なることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
5. 複数の移送手段を備えており、各移送手段による対象物の移送方向が相互に異なることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
6. 複数の移送手段を備えており、各移送手段をロボットハンドの相互に平行ではないそれぞれの面に設けたことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
7. 移送手段は、ベルトコンベアであることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
8. 移送手段は、複数の圧力室を包含する弾性部材を有しており、各圧力室の順次選択的な膨張により弾性部材表面に進行波を形成し、この弾性部材表面の進行波により該弾性部材表面に接触した対象物を移送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。
9. 移送手段は、複数の高分子アクチュエータと、各高分子アクチュエータに載せられて係止された弾性部材とを有しており、各高分子アクチュエータの順次選択的な伸長により弾性部材表面に進行波を形成し、この弾性部材表面の進行波により該弾性部材表面に接触した対象物を移送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。
10. 移送手段は、回転駆動されるローラであることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
    
    

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