JP7463487B2 - エンドエフェクタおよびそれを備えるロボット - Google Patents

Description

本発明は、エンドエフェクタおよびそれを備えるロボットに関する。

例えばロボットのアームに取り付けられる、ワークを把持するためのエンドエフェクタが知られている。近年では、協調ロボットの成長が著しく、それに取り付けられるエンドエフェクタの開発が進められている。

実開昭６３－１４０３９１号公報

本発明者は、不定形のワークを把持することができる、比較的簡素な機構のエンドエフェクタを模索し、本発明に想到した。

本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、不定形のワークを把持することができる、比較的簡素な機構のエンドエフェクタを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のエンドエフェクタは、ワークを把持するための第１、第２把持部材と、第１把持部材を第２把持部材とは個別に揺動させるためのアクチュエータと、アクチュエータによって揺動される第１把持部材の動きを規制するガイドと、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を装置、方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、不定形のワークを把持することができる、比較的簡素な機構のエンドエフェクタを提供できる。

実施の形態に係るロボットの概略構成を示す図である。 図１のエンドエフェクタの斜視図である。 図３（ａ）～（ｃ）はそれぞれ、図１のエンドエフェクタの上面図、正面図、側面図である。 図１の制御装置の機能および構成を示すブロック図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、工程には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は、実施の形態に係るロボット１の概略構成を示す図である。ロボット１は、ワークをハンドリングするための装置である。ロボット１は、好適には、要介護者等の食事を支援するロボットとして、具体的には食べ物を把持して口元まで運ぶのを支援するロボットとして用いられる。ロボット１は、ワークを把持するためのエンドエフェクタ１０と、エンドエフェクタ１０を支持し、エンドエフェクタ１０の位置や姿勢を変化させるアーム１２と、エンドエフェクタ１０およびアーム１２を制御する制御装置１４と、を備える。

図２は、エンドエフェクタ１０の斜視図である。図３（ａ）～（ｃ）はそれぞれ、エンドエフェクタ１０の上面図、正面図、側面図である。エンドエフェクタ１０は、接続部２０と、基部２１と、第１把持部材３１、第２把持部材３２および第３把持部材３３と、第１アクチュエータ４１および第２アクチュエータ４２と、第１ガイド５１および第２ガイド５２と、を備える。

接続部２０は、例えば着脱可能に、アーム１２（図２、３では不図示）に接続される。基部２１は、接続部２０に固定される。基部２１は、形状は特に限定されないが、図示の例では、本体部２２と、補強部２３と、を含む。本体部２２は、長尺状の部材であり、一端側（図示の例では上端側）が接続部２０に固定されている。本体部２２は、延在方向に垂直な断面が、略ホームベース状の略五角形である。補強部２３は、側面視で略三角形状の板状の部材であり、接続部２０と本体部２２との固定を補強する。

第１アクチュエータ４１は、本体部２２の第１面２２ａであって、本体部２２の延在方向に平行な第１面２２ａに固定される。第２アクチュエータ４２は、本体部２２の第２面２２ｂであって、本体部２２の延在方向に平行で、第１面２２ａと交差する第２面２２ｂに固定される。第１アクチュエータ４１および第２アクチュエータ４２は、本実施の形態では、それらの内部に供給される空気の圧力により作動するエアアクチュエータである。各把持部材は、その形状は特に限定しないが、図示の例では棒状、特に先細の棒状である。

第１把持部材３１は、一端側が第１アクチュエータ４１に連結されている。第１把持部材３１は特に、基部２１の本体部２２の延在方向に略平行な方向であって第１アクチュエータ４１の駆動方向と交差する方向に延在するように、図示の例では第１アクチュエータ４１の駆動方向と実質的に直交する方向に延在するように、一端側が第１アクチュエータ４１に連結されている。第１アクチュエータ４１は、第１把持部材３１の一端側を、第１面２２ａに直交する方向（すなわち延在方向Ｄに直交する方向）に駆動する。これにより、第１把持部材３１は、第１ガイド５１に環囲されている部分を支点として、基部２１に対して揺動する。

第２把持部材３２は、一端側が第２アクチュエータ４２に連結されている。第２把持部材３２は特に、基部２１の本体部２２の延在方向に略平行な方向であって第２アクチュエータ４２の駆動方向と交差する方向に延在するように、図示の例では第２アクチュエータ４２の駆動方向と実質的に直交する方向に延在するように、一端側が第２アクチュエータ４２に連結されている。第２アクチュエータ４２は、第２把持部材３２の一端側を、第２面２２ｂに直交する方向（すなわち延在方向Ｄに直交する方向）に駆動する。これにより、第２把持部材３２は、第２ガイド５２に環囲されている部分を支点として、基部２１に対して揺動する。

第３把持部材３３は、基部２１の本体部２２の延在方向に略平行に延在するように、一端側が基部２１に固定されている。つまり、第３把持部材３３は、第１把持部材３１および第２把持部材３２と異なり、基部２１に対して動かない。

第１把持部材３１、第２把持部材３２および第３把持部材３３は、それらの延在方向が互いに概ね平行で、それらの先端が周方向に並ぶように設けられる。

第１ガイド５１は、基部２１の本体部２２の第１面２２ａに取り付けられている。第１ガイド５１は、第１アクチュエータ４１によって揺動される第１把持部材３１の動きを規制する。第１ガイド５１は特に、第１把持部材３１が或る一平面上でのみ揺動するように第１把持部材３１の動きを規制する。当該平面は、例えば基部２１の本体部２２の第１面２２ａに直交する平面であってもよく、また例えば第１アクチュエータ４１の駆動方向と平行な平面であってもよい。

第１ガイド５１の構成は特には限定しないが、本実施の形態では第１ガイド５１は、基部２１の本体部２２の延在方向に当該第１ガイド５１を貫通する貫通孔を有し、この貫通孔に第１把持部材３１が挿通されている。この貫通孔は、第１把持部材３１を一平面上でのみ揺動するよう構成されている。具体的には、当該平面と平行な方向においては、貫通孔は第１把持部材３１よりも .かに幅広であり（すなわち遊び隙間があり）、当該平面に直交する方向においては、当該貫通孔は第１把持部材３１と実質的に同じ幅となっている。

第２ガイド５２は、基部２１の本体部２２の第２面２２ｂに取り付けられている。第２ガイド５２は、第２アクチュエータ４２によって揺動される第２把持部材３２の動きを規制する。第２ガイド５２は特に、第２把持部材３２が或る一平面上でのみ揺動するように第２把持部材３２の動きを規制する。当該平面は、例えば基部２１の本体部２２の第２面２２ｂに直交する平面であってもよく、また例えば第２アクチュエータ４２の駆動方向と平行な平面であってもよい。

第２ガイド５２の構成は特には限定しないが、本実施の形態では第２ガイド５２は、第１ガイド５１と同様に、基部２１の本体部２２の延在方向に当該第２ガイド５２を貫通する貫通孔を有し、この貫通孔に第２把持部材３２が挿通されている。この貫通孔は、第１ガイド５１の貫通孔と同様に、第２把持部材３２を一平面上でのみ揺動するよう構成されている。

第１アクチュエータ４１によって第１把持部材３１の一端側が第１面２２ａからより離れるように駆動されると、第１把持部材３１の先端（他端）側が第１面２２ａひいては第３把持部材３３の先端に近づく。反対に、第１アクチュエータ４１によって第１把持部材３１の一端側が第１面２２ａに近づくように駆動されると、第１把持部材３１の先端側が第１面２２ａひいては第３把持部材３３の先端から離れる。

また、第２アクチュエータ４２によって第２把持部材３２の一端側が第２面２２ｂからより離れるように駆動されると、第２把持部材３２の先端（他端）側が第２面２２ｂひいては第３把持部材３３の先端に近づく。反対に、第２アクチュエータ４２によって第２把持部材３２の一端側が第２面２２ｂに近づくように駆動されると、第２把持部材３２の先端側が第２面２２ｂひいては第３把持部材３３の先端から離れる。

エンドエフェクタ１０は、例えば第１把持部材３１および第２把持部材３２の各先端を第３把持部材３３に近づけることによってワークを把持でき、また例えば第１把持部材３１および第２把持部材３２の各先端を第３把持部材３３から遠ざけることによって把持しているワークを離すことができる。

図４は、制御装置１４の機能および構成を示すブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハードウエア的には、コンピュータのＣＰＵ（central processing unit）をはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウエア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウエア、ソフトウエアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、本明細書に触れた当業者には理解されるところである。

制御装置１４は、アーム制御部６２と、エンドエフェクタ制御部６４とを含む。アーム制御部６２は、エンドエフェクタ１０が所望の位置に移動し、所望の姿勢となるようにアーム１２を制御する。

エンドエフェクタ制御部６４は、エンドエフェクタ１０がワークを把持したり把持しているワークを離すように、第１アクチュエータ４１および第２アクチュエータ４２を個別に制御する。具体的には例えば、エンドエフェクタ制御部６４は、エンドエフェクタ１０にワークを把持させるべく、第１把持部材３１および／または第２把持部材３２の先端が第３把持部材３３の先端に近づくように第１アクチュエータ４１および／または第２アクチュエータ４２を制御する。また例えばエンドエフェクタ制御部６４は、エンドエフェクタ１０に把持しているワークを離させるべく、第１把持部材３１および／または第２把持部材３２の先端が第３把持部材３３の先端から離れるように第１アクチュエータ４１および／または第２アクチュエータ４２を制御する。

ここで、把持部材がワークを把持したり、把持しているワークを離すと、第１アクチュエータ４１、第２アクチュエータ４２が把持部材から受ける反力が変化する。上述のように本実施の形態の第１アクチュエータ４１、第２アクチュエータ４２はエアアクチュエータであるため、把持部材から受ける反力が変化するとそれらの内部の空気圧が変化する。そこで、第１アクチュエータ４１、第２アクチュエータ４２の内部の空気圧を計測するための圧力センサを設け、第１アクチュエータ４１、第２アクチュエータ４２の内部の空気圧をエンドエフェクタ制御部６４にフィードバックし、エンドエフェクタ制御部６４はフィードバックされた空気圧に基づいて各把持部材がワークを押圧する力を調整してもよい。これにより、軟らかいワークでも安全に把持できる。

つづいて、本実施の形態が奏する効果について述べる。本実施の形態によれば、各把持部材は他の把持部材とは個別に揺動されるため、例えば不定形のワークを把持することが可能となる。加えて、アクチュエータによって揺動される把持部材の動きは、ガイドによって規制されるため、アクチュエータ自体がガイドを持つ必要はなく、したがってアクチュエータを簡素化できる。

また、本実施の形態では、アクチュエータにエアアクチュエータを採用しているため、アクチュエータに電動モータを採用する場合に比べて、アクチュエータを軽量化できる。これにより、基部２１等のエンドエフェクタ１０の各部材には、そこまでの強度が求められないため、例えば樹脂などの、比較的軽量で低コストな材料を使用することができる。また、アクチュエータにエアアクチュエータを採用してエンドエフェクタ１０を軽量化したことにより、エンドエフェクタ１０を支持するアーム１２を駆動するための駆動電力を低減できる。また、ロボット１全体としても当然軽量化するため、その設置が容易となる。

以上、実施の形態に係るエンドエフェクタとそれを備えるロボットについて説明した。この実施の形態は例示であり、各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。また、実施の形態同士の組み合わせも可能である。

実施の形態では、エンドエフェクタ１０が３本の把持部材を備える場合について説明したが、把持部材の数は複数であればよく、これには限定されない。

例えばエンドエフェクタ１０は、２本の把持部材を備えてもよい。この場合、例えば、２本の把持部材の一方は、実施の形態の第１把持部材３１に相当し、他方は実施の形態の第３把持部材に相当するものであってもよい。つまり、２本の把持部材のうちの一方の把持部材は、アクチュエータに駆動されて、ガイドに環囲されている部分を支点として基部２１ひいては他方の把持部材に対して揺動し、他方の把持部材は、基部２１に対して動かないように一端側が基部２１に対して固定されてもよい。また例えば、２本の把持部材は、いずれもアクチュエータに駆動されて、基部２１ひいては他方の把持部材に対して揺動するものであってもよい。

また例えばエンドエフェクタ１０は、４以上の把持部材を備えてもよい。この場合、すべての把持部材は、延在方向が互いに概ね平行で、それらの先端が周方向に並ぶように設けられればよい。すべての把持部材は、実施の形態の第１把持部材３１や第２把持部材３２のように、それぞれアクチュエータに駆動されて、ガイドに環囲されている部分を支点として基部２１ひいては他の把持部材に対して揺動するものであってもよい。あるいは、複数の把持部材のうちの一部の把持部材が、実施の形態の第３把持部材３３のように、基部２１に対して動かないように一端側が基部２１に対して固定されてもよい。

実施の形態では、各ガイドは、その貫通孔が、把持部材を所定の平面上でのみ揺動するよう構成されている場合について説明したが、これには限定されない。各ガイドは、把持部材を所定の平面上でのみ揺動するよう構成されていればよく、例えば揺動可能に把持部材を支持するヒンジを有していてもよい。

実施の形態では、第１ガイド５１と第２ガイド５２が別体である場合について説明したが、これには限定されず、第１ガイド５１と第２ガイド５２は一体であってもよい。

実施の形態では特に言及しなかったが、第１ガイド５１は、第１アクチュエータ４１との距離Ｌ１が調整可能なように基部２１に取り付けられてもよい。同様に、第２ガイド５２は、第２アクチュエータ４２との距離Ｌ２が調整可能なように基部２１に取り付けられてもよい。別の言い方をすると、第１把持部材３１、第２把持部材３２はそれぞれ、支点の位置が調整可能であってもよい。なお、距離Ｌ１と距離Ｌ２は、同じであっても異なっていてもよい。

アクチュエータとガイドとの距離が近い（すなわち支点が第１把持部材３１の先端から遠い）場合、アクチュエータの駆動範囲を短くできる。一方、アクチュエータとガイドのとの距離が遠い（すなわち支点が第１把持部材３１の先端に近い）場合、そうでない場合と比べて、同じアクチュエータの駆動力でもより強い把持力を実現できる。

上述した実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。また、請求項に記載の各構成要件が果たすべき機能は、実施の形態および変形例において示された各構成要素の単体もしくはそれらの連係によって実現されることも当業者には理解されるところである。

１ ロボット、 １０ エンドエフェクタ、 ３１ 第１把持部材、 ３２ 第２把持部材、 ３３ 第３把持部材、 ４１ 第１アクチュエータ、 ４２ 第２アクチュエータ。

Claims (5)

1. ワークを把持するための複数の把持部材と、
   前記複数の把持部材を他の把持部材とは個別に揺動させるための複数のエアアクチュエータと、
   前記複数のエアアクチュエータのそれぞれの内部の空気圧を計測するための圧力センサと、
   前記エアアクチュエータによって揺動される把持部材の動きを規制するガイドと、
   を備え、
   前記複数の把持部材の一端側は、前記複数のエアアクチュエータのいずれかに連結されており、
   前記圧力センサによって測定された空気圧に基づいて、各把持部材がワークを押圧する力を調整することを特徴とするエンドエフェクタ。
2. 前記エアアクチュエータと前記ガイドとの距離が調整可能であることを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
3. 固定されている把持部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
4. 前記複数の把持部材は、先端が近づいたり離れたりするように前記エアアクチュエータによって制御されることを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のエンドエフェクタと、
   前記エンドエフェクタを支持するアームと、
   前記エンドエフェクタおよび前記アームを制御する制御装置と、を備えることを特徴とするロボット。