JP6762581B2 - 多関節ロボット - Google Patents

Description

本発明は、多関節ロボットのエンドエフェクタ及び多関節ロボットに関する。

従来、多関節ロボットのエンドエフェクタは、ワークに合わせて選択されていた。例えば、モータギアの回転により第１ギアおよび第２ギアが対向配置された状態で互いに逆方向に回転したとき、第１ギアにその基端部が固定された第１駆動アームと、第２ギアにその基端部が固定された第２駆動アームとが、それぞれ第１従動アームおよび第２従動アームを介して互いに近接または離反するように回転する電動グリッパ装置が提案されていた（例えば、特許文献１）。当該装置は、当該第１駆動アームに回動自在に支持された一方の把持部材と、第２駆動アームに回動自在に支持された他方の把持部材とを互いに近接または離反するように移動させることができる。

特開２０１６−９３８６１号公報 特開２０００−１１７６７７号公報 特開２００５−３３３８２７号公報

例えば食品を扱うロボットにおいては、衛生管理が要求される。しかしながら、従来はワークの特性に適し、ワークを直接扱うエンドエフェクタを用いていたところ、エンドエフェクタの洗浄等には手間がかかるという問題があった。

本発明は、多関節ロボットのエンドエフェクタの衛生管理を容易にするための技術を提供することを目的とする。

本発明に係るエンドエフェクタは、使用する道具を操作すると共に当該道具を着脱可能に保持する保持部を備え、ロボットアームに接続される。このようにすれば、使用する道具を交換することができ、道具の洗浄や消毒が容易になる。すなわち、多関節ロボットのエンドエフェクタの衛生管理を容易にすることができる。また、上記操作は開閉操作であり、複数の保持部を備えるものであってもよい。また、モータの回転運動を保持部の開閉運動に変換して伝達する開閉機構を備えるようにしてもよい。

また、保持部は、２つのグリップ部を開閉して使用する道具の、グリップ部の一方を着脱可能に保持する第１の保持部を有する第１の開閉部材と、グリップ部の他方を着脱可能に保持する第２の保持部を有する第２の開閉部材とを含み、第１の開閉部材と接続され、第１の開閉部材を回動させる駆動部を備えるものであってもよい。具体的には、このような構成により、使用する道具を操作すると共に着脱可能に保持する保持部を実現することができる。また、保持部は、グリップ部を開閉して使用する道具の、グリップ部を着脱可能に保持し、開閉機構は、所定の軸を中心に保持部を回動させるものであってもよい。

また、第１の開閉部材は、円弧状に並ぶ歯形を含む第１の歯車部を有し、第２の開閉部材は、円弧状に並び第１の歯車部と噛み合う歯形を含む第２の歯車部を有し、第１の開閉部材の回動と連動して回動するものであってもよい。このようにすれば、１つの駆動部に
より、ほぼ対称に２つのグリップ部を開閉する操作を行うことができる。また、開閉機構は、保持部と連設され、円弧状に並ぶ歯形を含む歯車部を含み、当該歯車部は、他の保持部が有する歯車部と連動して回動するものであってもよし、開閉機構は、保持部及びモータとそれぞれジョイントを介して接続されるロッドを含むものであってもよい。

また、第１の保持部及び第２の保持部は、グリップ部の開閉方向とは異なる方向に道具を変位させて着脱するための着脱用開口部を有するようにしてもよい。このようにすれば、２つのグリップ部を開閉する際には道具を確実に保持すると共に、道具を着脱用開口部から取付け及び取外しすることができる。なお、着脱用開口部への道具の変位を制限する蓋部をさらに備えるようにしてもよい。また、保持部は、開閉操作の方向とは異なる方向に道具を変位させて着脱するための開口を有するものであってもよい。

また、道具は、２本で一対となる棒状の道具であり、前記グリップ部の開閉により２つの先端部で対象物を挟持できるものであってもよい。例えばトングの支点部分を切除し、別体になった先端部分を道具として利用することができる。このような道具であれば、例えば一体に形成されたトングの支点部分のばね定数を考慮せずにトルク制御を行うことができるため、制御が容易になる。また、道具は、複数で一組となる棒状の道具であり、グリップ部の開閉により各々の先端部で対象物を挟持できるものであってもよい。

また、道具は、１点を支点とし、グリップ部を力点として、所定の作用点を動作させる道具であってもよい。具体的には、トングやディッシャー等であってもよい。このような道具をエンドエフェクタに操作させる場合、取り外して容易に交換や洗浄ができるため、衛生上好ましい。また、既存の道具を利用できるようになる。

また、本発明は、エンドエフェクタをロボットアームの先端に備える多関節ロボットであってもよい。多関節ロボットは、道具の大きさに関する情報を記憶する記憶部と、道具の大きさに関する情報を用いて、ロボットアームが備える関節の回転角を制御する制御部とを備えるものであってもよい。なお、複数の道具の種別に対応付けて、各道具がエンドエフェクタから突出する大きさに関する情報を記憶させておき、エンドエフェクタに装着する道具の種別に応じて使用する情報を切り替えるようにしてもよい。また、エンドエフェクタの保持部は、道具に付された識別情報を読み取るための読取部を備え、多関節ロボットの制御部は、読取部が読み取った道具の識別情報に応じて、道具の大きさに関する情報を記憶部から読み出し、読み出した情報を用いて、ロボットアームが備える関節の回転角を制御するようにしてもよい。このようにすれば、多関節ロボットは使用する道具の大きさを踏まえてロボットアームを制御することができる。

なお、課題を解決するための手段に記載の内容は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。また、課題を解決するための手段の内容は、コンピュータ等の装置若しくは複数の装置を含むシステム、コンピュータが実行する方法、又はコンピュータに実行させるプログラムとして提供することができる。なお、プログラムを保持する記録媒体を提供するようにしてもよい。

多関節ロボットのエンドエフェクタの衛生管理を容易にするための技術を提供することができる。

トングを保持するエンドエフェクタの一例を示す斜視図である。 トングを閉じたエンドエフェクタの一例を示す斜視図である。 エンドエフェクタの分解斜視図である。 エンドエフェクタの右側面図である。 エンドエフェクタの内部構造を示す断面図である。 エンドエフェクタを備える多関節ロボットの一例を示す斜視図である。 トングを保持するエンドエフェクタの一例を示す斜視図である。 トングを閉じたエンドエフェクタの一例を示す斜視図である。 エンドエフェクタの分解斜視図である。 エンドエフェクタの内部構造を示す断面図である。 道具の認識処理の一例を示す処理フロー図である。 識別情報が付された道具及びエンドエフェクタが備える読取部の一例を示す図である。 識別情報が付された道具及びエンドエフェクタが備える読取部の一例を示す図である。 識別情報が付された道具及びエンドエフェクタが備える読取部の一例を示す図である。 トングを保持するエンドエフェクタの一例を示す斜視図である。 トングを閉じたエンドエフェクタの一例を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

＜実施形態１＞
図１は、トングの支点部分を切断した２本で一対となる道具を保持するエンドエフェクタの一例を示す斜視図である。図２は、トングを閉じたエンドエフェクタの一例を示す斜視図である。本実施形態に係るエンドエフェクタ１は、ロボットアームの末端に接続され、多関節ロボットが何らかのワークを操作するための機構である。なお、図１に前後左右上下を示すように、便宜上、歯車を備える部品の位置する方向を前方とし、トングの先端が伸びる方向を上とする。

エンドエフェクタ１は、例えば図示した道具２のように、２つのグリップ部分（２１，２２）を開閉して使用する道具を保持し、操作する。なお、道具２は、一対の棒状の道具であり、箸であってもよいし、例えば支点部分を切除したトングのようにそれぞれの先端部分がへら状又はスプーン状のものであってもよい。また、道具２は、その一端側のグリップ部分をエンドエフェクタ１が握って開閉することにより、他端側の先端部分をより大きく開閉させ、先端部分で食品等のワークを挟持することができる。

エンドエフェクタ１は、道具２を開閉するための第１の開閉部材１１と、第２の開閉部材１２とを備える。第１の開閉部材１１及び第２の開閉部材１２は、それぞれ道具２のグリップ部を保持し、第１の開閉部材１１及び第２の開閉部材１２が互いに逆向きに回動することにより道具２を開閉する。また、エンドエフェクタ１の筐体は、第１の開閉部材１１及び第２の開閉部材１２を回動させるための駆動部であるサーボモータを内部に保持するモータケース部１３と、筐体の底面部１７１とを含む。なお、第１の開閉部材１１及び第２の開閉部材１２は、使用する道具を操作（開閉）すると共に着脱可能に保持するための部材であり、本発明に係る「保持部」に相当する。保持部には、道具２の抜け落ちを防止する脱落防止部を設けてもよい。例えば、道具２のグリップ部が磁性のある材料で形成されている場合は、第１の開閉部材１１および第２の開閉部材１２の内部にそれぞれ磁石を設けておき、道具２を保持する能力を向上させるようにしてもよい。また、道具２と開閉部材（１１、１２）とに、道具２が開閉部材（１１、１２）に装着された状態において係合する凹凸部を設け、エンドエフェクタ１が道具２を保持する能力を向上させるようにしてもよい。

図３は、エンドエフェクタの分解斜視図の一例である。図３に示すように、道具２を開閉するための第１の開閉部材１１は、挿入孔１１１と、歯車部１１２と、保持部１１３とを有する。挿入孔１１１には、サーボモータの回転軸が挿入され、接続される。歯車部１１２は、平歯車の歯形が挿入孔１１１からほぼ等間隔に円弧状に配置されると共に一部が欠歯になっている。歯車部１１２は、回転軸と直交する面における歯形の断面形状をインボリュート曲線としたインボリュート歯車であってもよい。保持部１１３は、歯車部１１２の欠歯になった部分から延伸されて形成されると共に、その先端に、道具２のグリップ部を挿入して保持するための挿入口１１５が設けられている。挿入口１１５は、上述した回転軸とほぼ直交する方向に向けて開口している。挿入口１１５は、道具２のグリップ部２１の開閉方向とは異なる方向に道具２を変位させて着脱するための着脱用の開口部である。また、歯車部１１２の回転軸と同軸上に、歯車部１１２が設けられた部分と共にモータケース部１３を挟むように回転軸１１６が設けられ、第１の開閉部材１１は回転軸を中心に回動するようになっている。

また、第２の開閉部材１２は、挿入孔１２１と、歯車部１２２と、保持部１２３とを有する。挿入孔１２１は、回動する際の中心になる回転軸が挿入される通し穴である。なお、第２の開閉部材１２は駆動部によって直接駆動させられるのではなく、第１の開閉部材１１と連動して回動する。歯車部１２２は、第１の開閉部材１１の歯車部１１２とほぼ同様の形状であり、歯車部１１２と噛み合う。具体的には、歯車部１２２は、平歯車の歯形が円弧状に配置されると共に一部が欠歯になっており、歯車部１２２も、例えば回転軸と直交する面における歯形の断面形状をインボリュート曲線としたインボリュート歯車であってもよい。保持部１２３は、歯車部１２２の欠歯になった部分から延伸されて形成されると共に、その先端に、道具２のグリップ部を挿入して保持するための挿入口１２５が設けられている。挿入口１２５は、上述した回転軸とほぼ直交する方向に向けて開口している。挿入口１２５は、道具２のグリップ部２１の開閉方向とは異なる方向に道具２を変位させて着脱するための着脱用の開口部である。また、歯車部１２２の回転軸と同軸上に、歯車部１２２が設けられた部分と共にモータケース部１３を挟むように挿入孔１２６が設けられ、挿入孔１２１及び挿入孔１２６には、一直線上に設けられたモータケース部１３の回転軸１３３及び回転軸１３４が挿入される。そして、第２の開閉部材１２は回転軸１３３及び回転軸１３４を中心に回動するようになっている。

モータケース部１３は、第１のケース部１３１と第２のケース部１３２との間にサーボモータ１３５を収容する。また、モータケース部１３の外形は、第１の開閉部材１１の保持部１１３及び第２の開閉部材１２の保持部１２３の回動と干渉しないように、面取りされている。

底面部１７１は、モータケース部１３の底面にビス等で固定される。

また、歯車ケース部１７２は、第１の開閉部材１１の歯車部１１２及び第２の開閉部材１２の歯車部１２２の外側に設けられ、歯車の間に指や物を挟み込まないよう保護する。

図４は、エンドエフェクタの右側面図である。図５は、エンドエフェクタを図４におけるＡ−Ａ断面で切断した断面図である。なお、トングの先端の形状は簡略化して表している。図５に示す断面図は、第１の開閉部材の歯車部１１２及び第２の開閉部材の歯車部１２２を、それぞれの回転軸に垂直な平面で切断している。第２の開閉部材１２は、円弧状に並び第１の開閉部材１１の歯車部１１２と噛み合う歯形を含む歯車部１２２を有し、第１の開閉部材１１と連動して回動する。また、これに伴い保持部１１３及び保持部１２３が互いに逆方向に回動し、道具２のグリップ部２１及び２２に対して開閉する操作を行うことができる。

図６は、エンドエフェクタを備える多関節ロボットの一例を示す斜視図及びロボットの動作を制御する制御部の構成の一例を示すブロック図である。なお、トングの先端の形状は簡略化して表している。多関節ロボット３は、７軸の自由度を有するロボットアームを両腕に備え、人間の上半身を模したロボットである。ロボットアームは一般的なマニピュレータであり、可動せず一体に変位する骨格部材であるリンクと、リンク間を接続し、所定の回転軸を基準として接続されるリンクを互いに変位させる関節とを交互に備える。多関節ロボット３は、リンク３１〜３７を備え、それぞれのリンク間に関節を備えている。なお、リンク３１〜３７及びリンク間の関節を、「ロボットアーム」と呼ぶものとする。図６に示す多関節ロボット３は、左右対称にロボットアームを２つ有している。

ロボットアームは、関節にサーボモータを内蔵すると共に、サーボモータの回転角を制御する制御装置（図示せず）と信号線を介して接続される。また、本実施形態に係るエンドエフェクタ１が備えるサーボモータ１６１も、所定のコネクタを介して制御装置と電気的に接続され、制御装置によって回転軸１６２の回転が制御される。なお、制御装置は、多関節ロボット３に内蔵されるものであってもよいし、外付けされるものであってもよい。また、制御装置は、インターネットやＬＡＮ（Local Area Network）等の通信網を介して接続され、いわゆるクラウド上でサービスを提供する装置であってもよい。

また、図６に示すように、多関節ロボット３の頭部及び胸部には、それぞれ撮像装置４１及び撮像装置４２を備える。撮像装置４１及び撮像装置４２は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を利用したイメージセンサを備えるデジタルカメラであってもよいし、さらに深度を測定できるＲＧＢ−Ｄカメラ等であってもよい。２つの撮像装置を備えることにより、多関節ロボット３が何らかのワークを扱う場合に、ロボットアームの死角を減らすことができる。また、多関節ロボット３は、その胴体部分等にも関節を有するが、説明は省略する。

また、多関節ロボット３が備えるリンク等の材料は特に限定されず、樹脂や金属、カーボン等を利用することができる。また、成形方法も特に限定されず、塑性加工や射出成型により製造してもよいし、３Ｄプリンタを利用して造形してもよい。

また、制御部５は、プロセッサ５１と記憶装置５２とを有する。プロセッサ５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置であり、プログラムを実行すること
により本処理等を行う。また、記憶装置５２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等の主記憶装置及びＨＤＤ（Hard-disk Drive）やＳＳＤ（Solid
State Drive）、フラッシュメモリ等の補助記憶装置（二次記憶装置）である。主記憶装置は、プロセッサが読み出したプログラム等を一時的に記憶したり、プロセッサの作業領域を確保したりする。補助記憶装置は、プロセッサが実行するプログラム等を記憶する。なお、プロセッサ５１及び記憶装置５２は、メモリを内蔵したマイクロコントローラであってもよい。

なお、エンドエフェクタ１の先に突出する道具２の大きさを示す情報を予め記憶装置５２に保持させておくようにしてもよい。このような場合は、プロセッサ５１が順運動学により関節の角度からエンドエフェクタ１の現在位置を計算するときや、逆運動学を用いてエンドエフェクタ１の目標位置から関節の角度を計算するときに、保持されている道具２の大きさを示す情報を用いる。また、大きさや形状が異なる道具や、２つのグリップ部を開閉して使用する道具以外の道具をエンドエフェクタ１に装着して使用する場合には、装着する道具に応じて大きさの定義を切り替えて制御部５はロボットアーム及びエンドエフェクタを制御するようにしてもよい。また、撮像装置４１又は撮像装置４２が撮像した画像を用いて、エンドエフェクタ１が保持する道具の大きさのフィードバックを受け、道具の大きさを認識するようにしてもよい。

＜効果＞
本実施形態に係るエンドエフェクタ１は、使用する道具を開閉すると共に着脱可能に保持する保持部を備え、エンドエフェクタ１に対して、道具２等の操作する道具を着脱することができる。したがって、道具の交換や洗浄が容易であり、衛生管理が要求される調理器具等を多関節ロボットに使用させる場合に特に好ましい。なお、使用する道具は洗浄するようなものに限られず、紙製の道具等のように使い捨ての道具を使用させるようにしてもよい。また、一体に形成されたトングを用いる場合は支点部分のばね定数に応じた開閉動作のトルク制御を行う必要があるが、別体になったトングの先端部分を扱う場合は、制御が容易になる。

＜実施形態２＞
図７は、トングを保持するエンドエフェクタの一例を示す斜視図である。図８は、トングを閉じたエンドエフェクタの一例を示す斜視図である。本実施形態に係るエンドエフェクタ１は、ロボットアームの末端に接続され、多関節ロボットが何らかのワークを操作するための機構である。また、本実施形態に係るエンドエフェクタ１は、道具２の一例として支点を介して一体に形成された一般的なトング２を操作するものとする。

エンドエフェクタ１は、例えば図示したトング２のように、２つのグリップ部分（２１，２２）を開閉して使用する道具を保持し、操作する。なお、トング２は、例えば１点を支点としてつながった２つの細長いへら状又はスプーン状の部分を含む。また、トング２は、支点の両側に連なるグリップ部分を力点（使用者が力を加える作用点）として握られることにより、先端の作用点（操作する対象物に力を加える作用点）において食品等のワークを挟持することができる。

エンドエフェクタ１は、トング２を開閉するための第１の開閉部材１１と、第２の開閉部材１２とを備える。第１の開閉部材１１及び第２の開閉部材１２は、それぞれトング２のグリップ部を保持し、第１の開閉部材１１及び第２の開閉部材１２が互いに逆向きに回動することによりトング２を開閉する。また、エンドエフェクタ１の筐体は、第１の開閉部材１１及び第２の開閉部材１２を回動させるための駆動部であるサーボモータを内部に保持するモータケース部１３と、トング２の支点側を保持するためのトング側ケース部１４と、トング２を着脱する際に筐体に出し入れするための開口部を閉じる蓋部材１５と、モータケース部１３の蓋部材１６と、筐体の底面部１７１とを含む。なお、第１の開閉部材１１及び第２の開閉部材１２は、使用する道具を操作（開閉）すると共に着脱可能に保持するための部材であり、本発明に係る「保持部」に相当する。

図９は、エンドエフェクタの分解斜視図の一例である。図９に示すように、トング２を開閉するための第１の開閉部材１１は、挿入孔１１１と、歯車部１１２と、保持部１１３とを有する。挿入孔１１１には、サーボモータの回転軸が挿入され、接続される。歯車部１１２は、平歯車の歯形が円弧状に配置されると共に一部が欠歯になっている。歯車部１１２は、回転軸と直交する面における歯形の断面形状をインボリュート曲線としたインボリュート歯車であってもよい。保持部１１３は、歯車部１１２の欠歯になった部分から延伸すると共に、その先端が二股に分かれている。また、二股に分かれた先には、それぞれ回転軸と平行な柱状体を有し、２つの柱状体の間にトングのグリップ部の一方（２１）を挟むことができる。

また、第２の開閉部材１２は、挿入孔１２１と、歯車部１２２と、保持部１２３とを有する。挿入孔１２１は、回動する際の中心になる回転軸が挿入される通し穴である。なお、第２の開閉部材１２は駆動部によって直接駆動させられるのではなく、第１の開閉部材１１と連動して回動する。歯車部１２２は、第１の開閉部材１１の歯車部１１２とほぼ同
様の形状であり、歯車部１１２と噛み合う。具体的には、歯車部１２２は、平歯車の歯形が円弧状に配置されると共に一部が欠歯になっており、歯車部１２２も、例えば回転軸と直交する面における歯形の断面形状をインボリュート曲線としたインボリュート歯車であってもよい。保持部１２３は、歯車部１２２の欠歯になった部分から延伸すると共に、その先端は二股に分かれている。また、二股に分かれた先には、それぞれ回転軸と平行な柱状体を有し、２つの柱状体の間にトングのグリップ部の他方（２２）を挟むことができる。

モータケース部１３は、凸部１３６と、開口部１３７と、回転軸挿入孔１３８と、回転軸１３４とを有する。凸部１３６は、屈曲するトング２の支点（２３）付近の内側に収まる形状になっている。また、凸部１３６は、エンドエフェクタ１からトング２の先端が突出する方向に対してほぼ垂直に突出しており、トング２がエンドエフェクタ１から抜け落ちることを防止する。開口部１３７は、第１の開閉部材１１及び第２の開閉部材１２を筐体の外に突出させると共に保持部１１３及び保持部１２３の回動を制限しないように開けられた開口である。回転軸挿入孔１３８は、サーボモータの回転軸を通過させるための通し穴である。回転軸１３４は、モータケース部１３の所定の位置に設けられるビス穴と螺合するビス等により形成され、第２の部材が回動する際の中心となる軸である。

トング側ケース部１４は、着脱用開口部１４１と、開閉用開口部１４２とを有する。着脱用開口部１４１は、トング２を着脱する際に、トング２を筐体に出し入れするための開口部である。本実施形態では、筐体の外にトング２が突出する方向や、トング２の先端が開閉する方向に対して垂直な、凸部１３６が突出する方向の延長上に着脱用開口部１４１が設けられている。エンドエフェクタ１をトング側ケース部１４側から見たときの着脱用開口部１４１の輪郭は、エンドエフェクタ１からトング２が突出する開閉用開口部１４２側の方が、エンドエフェクタ１の底面側よりも小さくなっている。すなわち、着脱用開口部１４１は、閉じた状態においてトング２の支点（２３）側の部分が通過できるような形状である。換言すれば、開いた状態ではトング２が着脱用開口部１４１から抜け落ちることがない。また、開閉用開口部１４２は、トング２の先端を筐体の外に突出させると共にトング２の開閉動作を制限しないように開口されている。なお、トング側ケース部１４の開閉用開口部１４２は、モータケース部１３の開口部１３７を一体となり、全体で１つの開口部を形成する。

トング側ケース部１４の着脱用開口部１４１の蓋部材１５は、その外形が着脱用開口部１４１の形状とほぼ一致し、蓋部材１５は着脱用開口部１４１と嵌合する。蓋部材１５により、トング２が着脱用開口部１４１から抜け落ちるのを防止することができる。

モータケース部１３の蓋部材１６は、その内部にサーボモータ１６１を保持し、モータケース部１３と接続される。また、サーボモータ１６１はモータの回転軸１６２を備え、回転軸１６２はモータケース部１３の回転軸挿入孔１３８を貫通し、第１の開閉部材１１の挿入孔１１１と接続される。サーボモータ１６１は、所定のコネクタ等を介して制御装置と信号線等で接続され、回転軸１６２は、例えばパルスのデューティ比等のような電気信号によりその回転角が制御される。

底面部１７１は、モータケース部１３及びトング側ケース部１４の底面にビス等で固定され、両者を接続する。

図１０は、エンドエフェクタの内部構造を示す断面図である。図１０に示す断面図は、図８に示したエンドエフェクタ１を、モータケース部１３とトング側ケース部１４との接合面で切断した、モータケース部１３側を表している。図１０に示すように、凸部１３６が突出する方向は、第１の開閉部材１１の保持部１１３や第２の開閉部材１２の保持部１
２３が伸びる方向とほぼ平行であり、トング２の一方のグリップ部２１を保持部１１３の２つの柱状体の間に挟持させ、トング２の他方のグリップ部２２を保持部１２３の２つの柱状体の間に挟持させることができる。また、トング２の一方のグリップ部２１は、トング２の開閉方向の両側から保持部１１３の２つの柱状体で挟持されると共に、トング２の他方のグリップ部２２は、トング２の開閉方向の両側から保持部１２３の２つの柱状体で挟持され、２つのグリップ部を開閉する際には道具を確実に保持すると共に、道具を着脱用開口部から取付け及び取外しすることができる。また、第２の開閉部材１２は、円弧状に並び第１の開閉部材１１の歯車部１１２と噛み合う歯形を含む歯車部１２２を有し、第１の開閉部材１１と連動して回動する。また、これに伴い保持部１１３及び保持部１２３が互いに逆方向に回動し、トング２のグリップ部２１及び２２に対して開閉する操作を行うことができる。

本実施形態に係るエンドエフェクタ１も、図７に示したような多関節ロボット３のロボットアームに接続して用いることができる。

＜効果＞
本実施形態に係るエンドエフェクタ１は、使用する道具を開閉すると共に着脱可能に保持する保持部を備え、エンドエフェクタ１に対して、トング２等の操作する道具を着脱することができる。したがって、道具の交換や洗浄が容易であり、衛生管理が要求される調理器具等を多関節ロボットに使用させる場合に特に好ましい。なお、使用する道具は洗浄するようなものに限られず、紙製のトング等のように使い捨ての道具を使用させるようにしてもよい。

＜変形例＞
多関節ロボット３の形状に人型を採用することで、例えば人間と共にセントラルキッチンや食品加工工場等において多関節ロボット３を稼動させる場合に、周囲の人間にとってロボットの動作範囲の予測可能性を向上させ、安全性を高めることができる。ただし、エンドエフェクタ１を装着する多関節ロボット３の形状は、人型には限定されず、１本のロボットアームからなる垂直多関節ロボットであってもよい。また、多関節ロボット３は、実施形態に示した構成に加え、人間の下半身を模した部分をさらに有するようにしてもよい。また、ロボットアームが有する自由度（関節）の数も７には限定されない。

使用する道具の一例であるトング２の形状は図示したものには限定されず、例えばその支点部分は、鋭角に屈曲するものであってもよい。また、モータケース部１３の凸部１３６の断面形状も円形には限られない。また、トング２は、支点部分が板ばね状のものには限られず、トーションばねによって開く機構等であってもよい。トングは、先端がフォーク状になったスパゲッティトング等であってもよく、また、トングが操作する対象は食品にも限定されない。

また、エンドエフェクタ１が使用する道具は、トングには限られず、ディッシャー等のような２つのグリップ部を開閉して使用する様々な道具であってもよい。また、これらの道具は、支点と作用点との間に力点を有する第３種てこのような構造のものには限られず、第１種てこ、第２種てこ等のような構造のものであってもよい。

＜道具の認識処理＞
図１１は、道具の認識処理の一例を示す処理フロー図である。制御部５のプロセッサ５１は、例えば多関節ロボット３の起動時に、又は継続的に、図１１に示すような処理を実行し、ユーザが道具２を交換した場合には交換後の道具に応じてロボットアーム及びエンドエフェクタを制御するようにしてもよい。なお、交換され得る道具２の情報及びこれらを識別するための情報は、予め記憶装置５２に記憶させておく。

プロセッサ５１は、エンドエフェクタ１が保持している道具２を識別する（図１１：Ｓ１）。本ステップでは、道具２に付された情報に基づいて、又は撮像装置４１若しくは撮像装置４２を利用して取得した画像に基づいて、道具２を識別する。また、道具２の種別を示す情報を記憶装置５２に記憶させるようにしてもよい。

図１２〜図１４は、識別情報が付された道具２及びエンドエフェクタ１が備える読取部の一例を示す図である。図１２の例では、道具２のグリップ部（２１、２２）に、貫通孔（２１１、２２１）が設けられている。そして、貫通孔（２１１、２２１）の配置のパターンが道具の種別を表すものとする。貫通孔の（２１１、２２１）の配置パターンは、例えば光センサによって識別する。エンドエフェクタ１の保持部（１１３、１２３）は、対向する位置に、例えば赤外線発光ダイオードのような光源となる発光部（１１３１、１２３１）と、フォトダイオードのような受光素子によって形成される受光部（１１３２、１２３２）とを備える。そして、図１１のＳ１においては、光センサを介して得られた貫通孔（２１１、２２１）の配置パターンに基づいて、プロセッサ５１が道具２を識別する。

図１３の例では、道具２のグリップ部（２１、２２）に、切欠き（２１２、２２２）が設けられている。そして、切欠き（２１２、２２２）の形状のパターンが道具の種別を表すものとする。切欠き（２１２、２２２）のパターンは、例えば所定の位置を機械的に又は光学的に測距することによって識別する。エンドエフェクタ１の保持部（１１３、１２３）は、例えばプローブによる測距機構を備える測距部（１１３３、１２３３）を備える。そして、図１１のＳ１においては、測距部（１１３３、１２３３）を介して得られた切欠きのパターンに基づいて、プロセッサ５１が道具２を識別する。

図１４の例では、道具２のグリップ部（２１、２２）に、ＲＦＲＤ（２１３、２２３）が設けられている。そして、ＲＦＩＤ（２１３、２２３）のＩＤが道具の種別を表すものとする。すなわち、道具２は、道具２の種別に応じたＩＤを記憶するＲＦタグを備え、グリップ部（２１、２２）側で読み取ることによって道具２の種別を識別する。エンドエフェクタ１の保持部（１１３、１２３）は、例えば電磁波や電波等を用いた近距離の無線通信によりＲＦタグからＩＤを読み取る通信部（１１３４、１２３４）を備える。そして、図１１のＳ１においては、通信部（１１３４、１２３４）を介して得られたＩＤに基づいて、プロセッサ５１が道具２を識別する。

その後、プロセッサ５１は、道具２が交換されたか判断する（図１１：Ｓ２）。本ステップでは、例えば、Ｓ１において識別された道具２の種別が、それ以前に装着されていた道具２の種別と異なるか判断する。

また、道具２が交換された場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、プロセッサ５１は、新たに装着された道具２の種別に応じたパラメータを、ロボットアームの制御に適用する（図１１：Ｓ３）。本ステップでは、エンドエフェクタ１から突出する道具２の先端までの大きさに関する情報を記憶装置５２から読み出し、多関節ロボット３が何らかのワークをピッキングする処理に適用する。また、道具２の開閉時にかけるべきトルクの大きさを変更するようにしてもよい。また、多関節ロボット３は、装着された道具２に応じて、スパゲッティや野菜、その他の食品等をピッキングする所定の動作モードに切り替わるようにしてもよい。そして、Ｓ３の後、又はＳ２において道具が交換されていないと判断された場合（Ｓ２：ＮＯ）、プロセッサ５１は処理を終了する。プロセッサ５１は、以上のような道具の認識処理を継続的に繰り返し実行する。なお、Ｓ１及びＳ２において道具２の装着忘れ、不完全な装着、逆挿し等を検知するようにしてもよいし、これらを検知した場合にはＳ３において警告を出力するようにしてもよい。

＜実施形態３＞
図１５は、トングを保持するエンドエフェクタの一例を示す斜視図である。図１６は、トングを閉じたエンドエフェクタの一例を示す斜視図である。本実施形態に係るエンドエフェクタ１も、ロボットアームの末端に接続され、多関節ロボットが何らかのワークを操作するための機構である。また、本実施形態に係るエンドエフェクタ１は、３つの道具２を開閉する。本実施形態に係る道具２も例えば支点部分を切除したトングであるが、道具２を３つで一組として開閉させ使用するものとする。

本実施形態に係るエンドエフェクタ１は、３つの開閉部材１１、１２、１８を備える。開閉部材１１、１２、１８の各々は、一端に道具２を挿入するための挿入口を有する内部が中空の部材である保持部１１３、１２３、１８３を有する。本実施形態に係る挿入口も、道具２の開閉方向とは異なる方向に道具２を変位させて着脱するための着脱用の開口部であり、道具２を開閉して使用しても道具２がエンドエフェクタ１から容易に外れないようになっている。保持部１１３、１２３、１８３の他端には、それぞれヒンジ１９１が設けられ、エンドエフェクタ１の筐体に、回動可能に接続されている。また、保持部１１３、１２３、１８３の側面のうち、道具２を閉じるときに変位する方向の面には、本実施形態における開閉機構を構成するボールジョイントのソケット１１４、１２４、１８４を有する。

また、エンドエフェクタ１の筐体内には、サーボモータ１９を備える。サーボモータ１９の回転軸には円盤１９２が接続されており、サーボモータ１９によって回転させられる。また、開閉部材１１、１２、１８と円盤１９２とは、両端にボールジョイントを備えるロッド１９３によって接続される。すなわち、ボールジョイントのソケット１１４、１２４、１８４には、それぞれロッド１９３の一端に設けられたボールスタッドが接続されており、他端に設けられたボールスタッドは、円盤１９２上にほぼ等間隔に設けられた３つのソケット１９４にそれぞれ接続されている。

例えばサーボモータ１９が円盤１９２を、図１５に一点鎖線の直線で示す回転軸を中心として一点鎖線の矢印で示す方向に回転させると、３つのロッド１９３を介して開閉部材１１、１２、１８が引っ張られ、開閉部材１１、１２、１８はそれぞれヒンジ１９１を中心に、破線の矢印で示す道具２を閉じる方向に回動する。その後、サーボモータ１９が逆回転することにより、道具２は開く方向に回動する。

なお、図１５、１６の例ではエンドエフェクタ１の筐体に六角形の開口部１０を設け、隣接しない３辺にそれぞれヒンジ１９１を設けているが、このような例には限定されない。例えば、開口部１０は、ロッド１９３が変位する軌跡に沿った形状や、三角形、その他の形状であってもよく、ヒンジ１９１は開口部１０の端部以外に接続されていてもよい。また、図１５、１６に示したように回転運動を開閉部材の開閉運動に変換する開閉機構でなく、例えば直線運動を開閉部材の開閉運動に変換する開閉機構を採用するようにしてもよい。この場合、例えば上述したロッド１９３の両端は、ボールジョイント以外のジョイントを介して保持部及び筐体に接続されていてもよい。また、円盤１９２にボールジョイントを介して保持部１１３、１２３、１８３を接続し、一端がヒンジを介して筐体に接続されるロッド１９３の他端と保持部１１３、１２３、１８３の側面とをボールジョイントで接続するようにしてもよい。以上のように、開閉機構は、複数の保持部をそれぞれ所定の支点を中心に揺動させ、保持部がそれぞれ保持する道具の先端同士の距離を近づけたり遠ざけたりする（すなわち、複数の道具全体として開閉させる）ものであってもよい。また、図面に示した道具２に対する開閉機構や保持部の大きさも例示であり、図１５、１６等の例には限定されない。また、道具２やこれを保持する保持部の数も３には限定されず、２以上の任意の数とすることができる。

以上のように、例えば本実施形態に係るロッド１９３や、実施形態１、２に係る歯車部１１２、１２２のように、モータの回転運動を保持部の開閉運動に変換して伝達する開閉機構を利用して、エンドエフェクタ１は道具２を開閉することができる。

なお、上述した構成は一例であり、本発明は例示した構成に限定されない。また、上述した事項は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で適宜組み合わせることができる。

１ ：エンドエフェクタ
１１ ：第１の開閉部材
１１１ ：挿入孔
１１２ ：歯車部（第１の歯車部）
１１３ ：保持部（第１の保持部）
１２ ：第２の開閉部材
１２１ ：挿入孔
１２２ ：歯車部（第２の歯車部）
１２３ ：保持部（第２の保持部）
１３ ：モータケース部
１３１ ：第１のケース部
１３２ ：第２のケース部
１３３ ：回転軸
１３４ ：回転軸
１３５ ：サーボモータ
１３６ ：凸部
１３７ ：開口部
１３８ ：回転軸挿入孔
１３４ ：回転軸
１４ ：トング側ケース部
１４１ ：着脱用開口部
１４２ ：開閉用開口部
１５ ：蓋部材
１６ ：蓋部材
１６１ ：サーボモータ
１６２ ：回転軸
１７１ ：底面部
１８ ：開閉部材
１８３ ：保持部
１９ ：サーボモータ
１９１ ：ヒンジ
１９２ ：円盤
１９３ ：ロッド
１９４ ：ソケット
２ ：道具（トング）
３ ：多関節ロボット
５ ：制御部

Claims (8)

1. 食品を挟持する道具を開閉操作すると共に当該道具を着脱可能に保持する複数の保持部、及び前記道具の外形によって表される識別情報を読み取るための読取部を備えるエンドエフェクタと、
   前記エンドエフェクタを先端に備え、複数の関節を有するロボットアームと、
   前記道具の前記識別情報及び大きさに関する情報を対応付けて記憶する記憶部と、
   前記読取部が読み取った前記道具の識別情報に基づいて、当該識別情報に対応付けられた前記大きさに関する情報を前記記憶部から読み出し、読み出した前記大きさに関する情報を用いて前記ロボットアームが備える前記関節の回転角を制御する制御部と、
   を備え、
   前記読取部は、
   対向配置された発光部と受光部とを備え、前記受光部に入力される前記道具の外形に応じた光のパターンに基づいて前記識別情報を読み取り、又は
   光学的な測距により得られる前記道具の外形に基づいて前記識別情報を読み取る、
   業務用厨房又は食品加工工場で稼動させる多関節ロボット。
2. 前記道具は磁性を有し、
   前記保持部は、前記道具を保持する際に前記道具を吸着するための磁石を備える
   請求項１に記載の多関節ロボット。
3. 前記制御部は、前記読取部が読み取った前記道具の識別情報に応じて、ワークをピッキングするための所定の動作モードを切り替える
   請求項１又は２に記載の多関節ロボット。
4. モータの回転運動を前記保持部の開閉運動に変換して伝達する開閉機構を備える
   請求項１から３のいずれか一項に記載の多関節ロボット。
5. 前記保持部は、グリップ部を開閉して使用する前記道具の、前記グリップ部を着脱可能に保持し、
   前記開閉機構は、所定の軸を中心に前記保持部を回動させる、
   請求項４に記載の多関節ロボット。
6. 前記開閉機構は、前記保持部と連設され、円弧状に並ぶ歯形を含む歯車部を含み、当該歯車部は、他の保持部が有する歯車部と連動して回動する
   請求項４又は５に記載の多関節ロボット。
7. 前記保持部は、前記開閉操作の方向とは異なる方向に前記道具を変位させて着脱するための開口を有する
   請求項１から６のいずれか一項に記載の多関節ロボット。
8. 前記道具は、複数で一組となる棒状の道具であり、前記グリップ部の開閉により各々の先端部で対象物を挟持できる
   請求項５、並びに請求項５を引用する請求項６及び７のいずれか一項に記載の多関節ロボット。

Images