WO2017154254A1 - 把持ロボット及びロボットハンドの制御方法 - Google Patents

把持ロボット及びロボットハンドの制御方法 Download PDF

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WO2017154254A1
WO2017154254A1 PCT/JP2016/079957 JP2016079957W WO2017154254A1 WO 2017154254 A1 WO2017154254 A1 WO 2017154254A1 JP 2016079957 W JP2016079957 W JP 2016079957W WO 2017154254 A1 WO2017154254 A1 WO 2017154254A1
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WO
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gripping
finger
gripped
fingers
robot
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PCT/JP2016/079957
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English (en)
French (fr)
Inventor
全弘 斎藤
保幸 小林
中村　一也
弘之 並木
Original Assignee
並木精密宝石株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members

Definitions

  • the present invention relates to a gripping robot that operates to change the posture of a gripped object to be gripped and a method for controlling a robot hand.
  • the posture of the object to be grasped is changed in various patterns depending on the degree of freedom on the arm side by combining the robot arm with a robot arm with multiple degrees of freedom.
  • a stand for that is necessary, or the operation range including the robot arm tends to be large.
  • a complicated operation such as gripping and operating a tool (driver or the like) used by a person is difficult.
  • the degree of freedom of the robot arm is used to access the counterpart part, and the orientation of the part to be grasped
  • the change is more efficient when the robot hand is used in view of the relative sizes of the robot hands. Therefore, in order to construct a robot system that can perform more efficient work, it is desired to realize a sophisticated robot hand that does not impair the redundancy of the robot arm and has a large number of posture change patterns of the grasped object. Yes.
  • the present invention has the following configuration.
  • a base, and four or more fingers supported at the base by the base, and a control unit that controls the operation of the fingers;
  • a gripping robot that performs a posture changing operation for changing the posture of the gripped target object and a releasing operation for releasing the gripped target object, wherein the control unit is configured to control the four or more finger units.
  • a first step of gripping a gripping object by a first gripping operation of at least two fingers and a second step of changing the posture of the gripping object by a posture changing operation of the fingers in the gripping state
  • a third step of gripping the object to be gripped by a second gripping operation using two or more finger parts including at least one finger part other than the finger parts in the gripping state and the second gripping action.
  • Finger holding the object to be held Gripping robot and executes a fourth step of releasing operate fingers other than.
  • the present invention is configured as described above, it is possible to change the posture of the grasped object in the hand and change it.
  • FIG. 5 is a perspective view sequentially illustrating an example of an operation procedure of the robot hand in (I) to (V). It is a flowchart which shows an example of the control procedure of a robot hand. It is a perspective view which shows the other example of a robot hand.
  • FIG. 6 is a perspective view sequentially illustrating an example of an operation procedure of the robot hand illustrated in FIG. 5 in (I) to (IV). It is a perspective view which shows the other example of a robot hand. It is a perspective view which shows the other example of a robot hand. It is a schematic diagram which shows an example of the holding state by a robot hand.
  • the first feature of the gripping robot according to the present embodiment is that it includes a base, four or more fingers supported on the base by the base, and a controller that controls the operation of the fingers.
  • a gripping robot that performs a gripping operation for gripping a gripping target, a posture changing operation for changing the posture of the gripped gripping target, and a release operation for releasing the gripped gripping target.
  • the control unit grips the object to be gripped by the first gripping operation of at least two of the four or more fingers, and the posture changing operation of the fingers in the gripped state.
  • the gripping object is moved by a second gripping operation using two or more finger parts including at least one finger part other than the gripped finger parts, and a second step of changing the posture of the gripping object by A third step of gripping and the second step
  • gripping operation performing a fourth step of releasing operate fingers other than the finger that is holding the grasped object (see FIGS. 1 to 7).
  • the “posture changing operation” means an operation of changing the gripping object from the initial posture to a different posture. In this specific example of the “posture changing operation”, the gripping target is moved.
  • An operation for rotating a predetermined amount around the rotation axis in the object, an operation for rotating the gripping object by a predetermined amount around the rotation axis outside the gripping object, an operation for swinging the gripping object by a predetermined amount, a gripping target This includes the operation of tilting a predetermined amount of objects.
  • each of the fingers includes a plurality of nodes arranged in the longitudinal direction and a joint provided between adjacent nodes to bend and extend the adjacent nodes ( (See FIGS. 2, 5, and 7).
  • the joint portion includes a joint portion that rotates, with respect to one node portion, the other node portion connected to the node portion around an axis along the connection direction. (See FIGS. 2, 5, and 7).
  • a fingertip rotating body that protrudes toward the distal end side of each finger portion and rotates around an axis in the protruding direction (see FIGS. 8 and 9).
  • the fingertip rotating body has a cylindrical portion, the axis in the protruding direction is a central axis of the cylindrical portion, and the central axis as viewed from the tip side of each finger portion is A part of the peripheral surface of the cylindrical portion on the gripping direction side protrudes toward the gripping direction side with respect to the node (see FIGS. 8 and 9).
  • the object to be grasped is grasped by a first grasping operation that bends the node on the tip side of the three fingers, and in the second step, the three objects are grasped.
  • the gripping object is rotated by a predetermined amount by a posture changing operation for rotating the respective joints on the distal end side by a predetermined amount in the same direction (see FIG. 6).
  • a finger pad rotating body that protrudes toward the gripping direction and that rotates around the axis in the protruding direction is provided on the tip side of each finger portion (see FIG. 2).
  • a gripping operation is performed between the finger pad rotating body of the two fingers by a first gripping operation that bends the node on the distal end side of the two fingers.
  • the object is grasped, and in the second step, the object to be grasped is rotated by a predetermined amount by a posture changing operation in which the finger pad rotating bodies of the two fingers are respectively rotated by a predetermined amount (see FIG. 3). .
  • each finger is provided on the base so as to swing toward the adjacent finger (see FIG. 2).
  • a sensor for detecting an object to be grasped is provided on the palm side of the base (see FIGS. 2, 5, and 7).
  • the following robot hand control method is disclosed as an eleventh feature. That is, in this control method, the gripping operation for gripping the gripping object, the posture changing operation for changing the posture of the gripped gripping object, and the gripping operation are held on four or more fingers whose base ends are supported by the base.
  • a second step of changing the posture of the gripping object by a posture changing operation of the gripped fingers, and two including at least one finger other than the gripped fingers The third step of gripping the object to be gripped by the second gripping operation using the above finger parts, and the releasing operation of the finger parts other than the finger part gripping the gripping object by the second gripping action And the fourth step Run (see FIG. 4).
  • FIG. 1 shows an example of a gripping robot according to the present invention.
  • This gripping robot A includes a robot main body 10 in which a plurality of arms 14 are connected to a support rod 12 fixed on a base 11 via a joint portion 13 so as to be able to bend and extend, and the robot main body 10
  • a hand unit 20 (robot hand) connected to the state-of-the-art arm 14 is provided, and the operations of the arm 14 and the hand unit 20 are controlled by commands from the control unit 15.
  • a part or all of the plurality of arms 14 may be rotated about the longitudinal direction as necessary in addition to the bending / extending movement.
  • the support rod 12 may be rotated about the longitudinal direction as necessary.
  • the robot main body 10 is not limited to the illustrated example, and may be, for example, a mode in which the number of the joint units 13 and the arms 14 are different, a mode configured in a human arm shape, or the like.
  • the bending / extending motion and the rotational motion of the arm 14, the rotational motion of the support rod 12, and the like are provided inside the base 11, the support rod 12 and / or the arm 14.
  • a drive source (not shown) and a drive mechanism (not shown) are provided.
  • the control unit 15 is, for example, a computer provided outside or inside the base 11, and based on a program stored in the storage device, a detection signal from the sensor 23 of the hand unit 20, the arm 14, the hand unit 20, and the like. To control the operation.
  • the hand part 20 (robot hand) includes a base part 21 connected to the most advanced arm 14 in the robot body part 10, four finger parts 22 supported on the base end side by the base part 21, and a gripping object X1.
  • the sensor 23 to detect is comprised (refer FIG. 2).
  • the base portion 21 is formed in a polygonal box shape in which the finger portions 22 are connected to the surrounding sides.
  • the back side of the base 21 is connected to the tip of the arm 14, and the sensor 23 is fixed to the palm side.
  • a drive source (not shown) and a drive mechanism (not shown) that swing each finger 22 toward the adjacent finger 22 are provided near each side in the base 21.
  • Each finger portion 22 has a plurality (three in the illustrated example) of node portions 1, 2, and 3 arranged in the longitudinal direction, and a plurality of (in the illustrated example, in accordance with the illustrated example). Two joint portions 1a and 2a and a finger pad rotating body 4 protruding from the node portion 3 toward the gripping direction.
  • Each of the node portions 1, 2, and 3 is a substantially cylindrical member having front and rear end portions opened. Inside each node 1 (2 or 3), a drive source (not shown) and a drive mechanism (for driving the other adjacent node 2 (1 or 2) adjacent to each other) are bent and extended and / or rotated. Etc.) are provided.
  • the joint portions 1a and 2a are mechanisms for connecting the adjacent node portions 1 and 2 (or 2 and 3) so as to bend and extend or rotate, and for example, well-known universal joints, shafts, and bearing members Composed of etc.
  • the joint 1a that connects the most proximal node 1 and the intermediate node 2 causes the other node 2 to bend and extend with respect to one node 1, and its connection.
  • a rotational movement is made around an axis along the direction (see the arrow in FIG. 2).
  • the joint 2a that connects the intermediate node 2 and the most distal node 3 causes the other node 3 to bend and extend with respect to one node 2 (see the arrow in FIG. 2).
  • the finger pad rotator 4 protrudes from the node 3 on the most distal side of each finger part 22 toward the gripping direction and is driven to rotate around an axis in the protruding direction.
  • the protruding end side is a cylindrical member formed in a hemispherical shape, and the base end side thereof is connected so as to rotate relative to the node portion 3 via a rotating shaft (not shown).
  • the finger pad rotating body 4 is driven to rotate by a drive source (not shown) and a drive mechanism (not shown) in the node portion 3.
  • the driving source and the driving mechanism for moving the support rod 12, the arm 14, the node portions 1, 2, 3, the finger pad rotating body 4 and the like described above are combined with, for example, a stepping motor, a gear, a link mechanism, and the like.
  • a known mechanism may be used.
  • the senor 23 is one or a plurality of imaging elements (for example, CCD, CMOS, etc.), images the gripping object X1, and transfers the imaging data to the control unit 15.
  • imaging elements for example, CCD, CMOS, etc.
  • the hand unit 20 (robot hand) having the above-described configuration is configured to control the gripping operation for gripping the gripping target object X1 and the posture of the gripped gripping target object X1 by controlling each of the drive sources in accordance with a command from the control unit 15.
  • a plurality of operations including a posture change operation to be changed and a release operation to release the gripped object X1 are performed.
  • the control unit 15 of the gripping robot A images the gripping object X1 with the sensor 23, and based on the captured data, the position coordinates of the gripping object X1 with respect to a predetermined reference position, the contour shape of the gripping object X1, and the gripping Data such as the posture of the object X1 is calculated. Then, the control unit 15 calculates the rotation axis P of the posture change so as to change the posture of the captured grasped object X1 to the target posture input in advance (see step 1 in FIG. 4).
  • the control unit 15 moves the hand unit 20 by the operation of the arm 14, surrounds the grasped object X ⁇ b> 1 by the four finger units 22, and the two finger units 22 among the four finger units 22.
  • the gripping object X1 is gripped from both sides in the axial direction of the rotation axis P (see step 2 (first step) in FIG. 3 (I) and FIG. 4), and the arm 14 is operated. Lift the gripping object X1.
  • the control unit 15 changes the posture of the grasped object X1 by changing the posture of the gripped finger portions 22 (a) and 22 (c) (see FIGS. 3 (II) and 4).
  • Step 3 (second step) More specifically, the posture changing operation is an operation of rotating the finger portions 22 (a) and 22 (c) by a predetermined amount around the rotation axis P. By this operation, the gripping object X1 is rotated by a predetermined amount around the rotation axis P, and the posture is changed from the original state (see FIG. 3 (II)).
  • control unit 15 makes one finger part 22 (d) other than the finger parts 22 (a) and 22 (c) in the gripped state, and another finger part 22 (not the finger part 22 (d).
  • the object to be grasped X1 is grasped by the second grasping operation using (b) (see FIG. 3 (III), step 4 (third step) in FIG. 4).
  • control unit 15 releases the finger portions 22 (a) and 22 (c) other than the finger portions 22 (d) and 22 (b) holding the gripping target object X1 by the second gripping operation. Operate (see step 5 (fourth step) in FIG. 4). With this operation, the gripping object X1 is gripped only by the two fingers 22 (d) and 22 (b) (see FIG. 3 (IV)).
  • control unit 15 moves the grasped object X1 to a desired position by operating the support rod 12, the arm 14, and the like (see step 6 in FIG. 4), and further, two fingers
  • the holding object X1 is released from the hand unit 20 by opening the units 22 (d) and 22 (b) (see step 7 in FIG. 3 (V) and FIG. 4).
  • the gripping object X1 once gripped as in the prior art or the like can be compared in the hand unit 20 without temporarily moving it on the base and holding it. It is possible to change the posture of the gripping object X1 with high accuracy only by a small movement, and to change the gripping object X1 from the finger part 22 that was gripped first to another finger part 22 in the hand part 20. . That is, it is possible to operate so as to change the posture of the grasped grasped object with the fingertip.
  • the hand portion 20 ′ is obtained by omitting the finger pad rotating body 4 from the hand portion 20 and changing the movement of the joint portion 1 a and the joint portion 2 a, and is gripped by the tip side portions of the four finger portions 22. Hold the object X2.
  • the joint 1a that connects the most proximal node 1 and the intermediate node 2 is configured to bend and extend the other node 2 with respect to one node 1 (in FIG. 5). See arrow).
  • the joint portion 2a that connects the middle node portion 2 and the most distal node portion 3 causes the other node portion 3 to bend and extend with respect to one node portion 2, and is centered on an axis along the connection direction. (See the arrow in FIG. 5).
  • FIG. 6 shows the operation of the finger part 22 of the hand part 20 ′.
  • the processing of the control unit 15 will be described in combination with the flowchart (FIG. 4) of the first embodiment described above.
  • the control unit 15 images the gripping object X2 with the sensor 23, and based on the captured data, the position coordinates of the gripping object X2 with respect to a predetermined reference position, the contour shape of the gripping object X2, and the gripping object X2 Data such as posture is calculated.
  • the gripping object X2 is a cylindrical workpiece.
  • the control unit 15 calculates the rotation axis P of the posture change so as to change the posture of the captured grasped object X2 to the target posture input in advance (see Step 1 in FIGS. 5 and 4).
  • control unit 15 surrounds the gripping object X2 with the four finger portions 22 (see FIG. 5), and among these four finger portions 22, three finger portions 22 (a) and 22 (b) ), 22 (c), the outer peripheral portion around the rotation axis P of the gripping object X1 is gripped by the most advanced side (specifically, the three nodes 3) (step 2 in FIG. 6 (I) and FIG. 4). First step))), the grasped object X2 is lifted by the operation of the arm 14.
  • the control unit 15 changes the posture of the grasped object X2 by performing the posture changing operation of the finger portions 22 (a), 22 (b), and 22 (c) in the gripped state (FIG. 6 (II ) And step 3 (second step) of FIG. 4). More specifically, the posture changing operation is rotated by a predetermined amount at the distal end side (specifically, the three node portions 3) of the finger portions 22 (a), 22 (b) and 22 (c). It is an action to make. With this operation, the gripping object X2 is rotated by a predetermined amount about the rotation axis P as a central axis, and the posture is changed from the initial state (see FIG. 6 (II)).
  • control unit 15 is not one finger unit 22 (d) other than the finger units 22 (a), 22 (b), and 22 (c) in the gripped state, and the finger unit 22 (d).
  • the gripping object X2 is gripped by the second gripping operation using the other finger 22 (b) (see FIG. 6 (III), step 4 (third step) in FIG. 4).
  • control unit 15 releases the finger portions 22 (a) and 22 (c) other than the finger portions 22 (d) and 22 (b) that have grasped the grasped object X2 by the second grasping operation. (See FIG. 6 (IV), step 5 (fourth step) in FIG. 4). With this operation, the gripping object X2 is gripped only by the two finger portions 22 (d) and 22 (b).
  • control unit 15 moves the gripped object X2 to a desired position (see step 6 in FIG. 4), and further, two finger portions 22 (d), 22 ( By releasing the operation b), the grasped object X2 is released from the hand unit 20 (see step 7 in FIG. 4).
  • the posture of the gripping object X2 can be changed with high accuracy only by a relatively small operation in the hand unit 20, and the gripping object X2 can be changed in the hand unit 20. Can do.
  • FIGS. 8 to 9 a third embodiment of the gripping robot according to the present invention will be described (see FIGS. 8 to 9).
  • This gripping robot is obtained by replacing the above-described gripping robot A with the hand unit 20 by the hand unit 20 ′′, and therefore, the hand unit 20 ′′ will be mainly described in detail, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the hand unit 20 ′′ is provided with a fingertip rotating body 6 instead of the finger pad rotating body 4 in the hand unit 20 with respect to the hand unit 20.
  • the fingertip rotating body 6 extends from the node portion 3 to the outermost portion of each finger portion 22.
  • the fingertip rotating body 6 is a cylindrical member having a hemispherical protrusion side according to the example shown in FIG. The base end side is connected so as to rotate with respect to the node portion 3 via a rotating shaft (not shown).
  • the rotation axis of the fingertip rotating body 6 is slightly positioned on the gripping direction side, so that the circumferential surface of the cylindrical portion of the fingertip rotating body 6 is in contact with the node portion 3. On the other hand, it protrudes toward the gripping direction. That is, when the finger part 22 is viewed from the tip side, the contour of the fingertip rotating body 6 appears in a circular shape, and the contour of the node 3 appears in a square shape, the rotation axis of the fingertip rotating body 6 is the fingertip rotating body.
  • the center point of the contour circle coincides with the center of the circle that is the contour of No. 6, and is slightly offset toward the gripping direction side with respect to the intersection of the diagonal lines in the square that is the contour of the node 3 ( (See FIG. 9B).
  • the object to be grasped can be surrounded by the four finger portions 22 of the hand portion 20 ′′ and grasped by the cylindrical portion of the fingertip rotating body 6 of each finger portion 22. At this time, the cylindrical portion of the fingertip rotating body 6 can be grasped. Since the peripheral surface protrudes toward the gripping direction side with respect to the node part 3, it is possible to prevent the object to be gripped from interfering with the node part 3. Can do.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a state in which the four finger portions 22 of the hand portion 20 ′′ are gripping a cylindrical gripping object as viewed from the fingertip side.
  • 9 (a) shows that when the fingertip rotating body 6 is seen from the fingertip side when a part of the outer periphery of the cylindrical portion of the fingertip rotating body 6 is aligned with the position of the side surface on the gripping direction side of the node section 3,
  • the gripping object X4 is shown as being gripped by the four fingers 22 arranged so as not to protrude, and the diameter of the cylindrical gripping object X4 is shown in FIG. 9B is the minimum diameter size that can be gripped by the four finger portions 22.
  • FIG. 9B is the minimum diameter size that can be gripped by the four finger portions 22.
  • the peripheral surface of the cylindrical portion of the fingertip rotating body 6 is relative to the node portion 3 when viewed from the fingertip side.
  • a state in which the gripping target object X3 is gripped by four fingers 22 arranged so as to protrude toward the gripping direction side is shown.
  • Diameter shaped for gripping target X3 is the smallest diameter size capable of four fingers 22 shown in FIG. 9 (b) to grip.
  • the gripping object is moved to the node portion by causing the peripheral surface of the cylindrical portion of the fingertip rotating body 6 to protrude toward the holding direction side with respect to the node portion 3. 3 can be prevented, so that the gripping object X3 having a size smaller than that of the gripping object X4 in the case of FIG. 9A can be gripped.
  • the hand unit 20 ′′ surrounds the gripping object X3 with four finger units 22 (see FIG. 8), and among these four finger units 22, three finger units 22 (a), 22 (b ), 22 (c), the peripheral surface of the gripping object X3 around the rotation axis P can be gripped by the peripheral surface of the cylindrical portion of each fingertip rotating body 6, and the gripping object X3 can be lifted by the operation of the arm 14.
  • the gripping object X3 is changed in posture with high accuracy in the same manner as the holding object X2 changing operation described with reference to FIG. It can be changed in the hand part 20 ".
  • FIG. 7 a third embodiment of the gripping robot according to the present invention will be described (see FIG. 7).
  • This gripping robot is obtained by replacing the above-described gripping robot A with the hand unit 20 by the hand unit 30, and therefore, the hand unit 30 will be mainly described in detail, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the hand portion 30 (robot hand) includes a base portion 31 connected to the most advanced arm 14 in the robot main body portion 10 and four or more (four in the illustrated example) whose base end side is supported by the base portion 31.
  • a finger part 32 and a sensor 23 for detecting a grasped object are provided (see FIG. 7).
  • the base 31 is integrally provided with two plate-like members 31a and a plurality of support members 31b sandwiched between the plate-like members and projecting radially at the distal end side.
  • the base end side of each finger part 32 can swing to the adjacent finger part 32 side via the joint part 1a, and the protruding direction of each finger part 32 is set as the central axis. Connected to rotate.
  • a sensor 23 similar to that of the first embodiment is fixed on the palm side of the base 31.
  • Each support member 31b is provided with a drive source (not shown) and a drive mechanism (not shown) that swing each finger 22 toward the adjacent finger 22 side.
  • Each finger 32 includes a plurality of (two in the illustrated example) nodes 1 and 2 arranged in the longitudinal direction, a joint 1b provided between these nodes, and the leading edge of the node 2 on the front side. And a forceps part 5 provided in the part.
  • the joint portion 1b causes the other node portion 2 to bend and extend with respect to the one node portion 1 and rotate about the axis along the connecting direction (see the arrow in FIG. 7).
  • the forceps portion 5 is a mechanism for opening and closing between one piece portion and the other piece portion provided in a scissor shape.
  • the joint 1b and the forceps 5 are driven by a drive source (not shown) and a drive mechanism (not shown) provided in the nodes 1 and 2.
  • the hand unit 30 having the above-described configuration is attached to the robot main body unit 10 and operates according to a command from the control unit 15, similarly to the hand units 20, 20 ′, 20 ′′ described above.
  • a grasping object (not shown) can be partially grasped by each forceps unit 5.
  • the grasping object is a flexible object such as a living body, the grasping object An object can be gripped so as not to slide off.
  • a grasp object (figure is shown) by the 1st grasping operation of at least two finger parts 32 among four finger parts 32.
  • a second step of changing the posture of the object to be grasped by a posture changing operation (specifically, a bending operation) of the finger part 32 in the gripped state Then, a third step of gripping the gripping object by a second gripping operation using two or more finger portions 32 including at least one finger portion 32 other than the gripped finger portions 32, and thereafter Performing the fourth step of releasing the finger parts 32 other than the finger parts 32 holding the object to be grasped by the second grasping operation, and holding the object to be grasped in the hand part 30. it can.
  • the holding operation may be performed by the two finger portions 32. Is possible.
  • the one piece part and the other piece part constituting the forceps part 5 can be interpreted and applied as finger parts in the first step to the fourth step.
  • the posture changing operation for changing the posture of the grasped object a part (specifically, the finger pad rotator 4 or the finger pad rotating body 4) of at least two finger portions 22 (or 32).
  • the posture of the grasped object is changed by rotating the joint 3 or the like, and the posture thereof is changed.
  • the posture changing operation the bending motion or the extension motion of the gripped finger portion 22 (or 32) is used.
  • the gripping object is not limited to the illustrated example.
  • a tool used by a person such as an electric driver or an adhesive dispenser can be used as the gripping object. Even such a tool can be changed by changing the posture in a single hand unit 20 (20 ′, 20 ′′ or 30).
  • the image pick-up element was used as an example of the sensor 23, as another example of the sensor 23, a contact-type sensor, such as an infrared sensor, a contact-type sensor, such as a limit switch, and these sensors are combined. It is also possible to use a composite sensor or the like.
  • the gripping robot A, the hand units 20, 20 ′, 20 ′′, 30 (robot hand) and the control method thereof in the above embodiment are, for example, an assembly work robot, a machining robot, a welding robot, a painting robot, It can be applied to measurement robots, medical robots (including treatment robots and inspection robots), and other robots.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without changing the gist of the present invention.

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Abstract

ハンド内にて把持対象物を姿勢変化させて持ち替える。 基部（２１）と、該基部（２１）に基端側が支持された４本以上の指部（２２）とを備え、これら指部（２２）に、把持対象物（Ｘ１）を把持する把持動作と、把持した把持対象物（Ｘ１）の姿勢を変化させる姿勢変化動作と、把持した把持対象物を解放する解放動作とを行わせるようにした把持ロボットであって、前記４本以上の指部（２２）のうち、少なくとも２本の指部（２２）の第１の把持動作により把持対象物を把持する第１ステップと、これら把持状態の指部（２２）の姿勢変化動作により把持対象物（Ｘ１）の姿勢を変化させる第２ステップと、これら把持状態の指部（２２）以外の指部（２２）を含む２本以上の指部（２２）による第２の把持動作によって把持対象物（Ｘ１）を把持する第３ステップと、第２の把持動作によって把持対象物（Ｘ１）を把持している指部（２２）以外の指部（２２）を解放動作させる第４ステップとを実行する。

Description

把持ロボット及びロボットハンドの制御方法
　本発明は、把持された把持対象物の姿勢を変化させるように動作する把持ロボット及びロボットハンドの制御方法に関するものである。
　従来、この種の発明には、例えば特許文献１に記載されるもののように、把持対象物を把持する２つの指部と、各指部の先端側で駆動回転する回転部材と、２つの指部の回転部材の相対位置を変化させる第１指部移動機構とを備え、第１指部移動機構により、２つの指部の回転部材の回転軸が互いに近づく方向又は遠ざかる方向へ切り替えられるようにしたロボットハンドがある。
　この従来技術によれば、二つの指部の回転部材の相対位置を近づけた状態において、水平面上に載置された長尺な把持対象物の一端側を把持して持ち上げれば、その他端側が自重により相対的に下がるので、この長尺な把持対象物の姿勢を変化させることができ、また、二つの指部の回転部材の相対位置を遠ざけた状態では、指部と把持対象物の間の摩擦力により把持対象物を回転させることなく把持することができる。
特開２０１２－１７１０１９号公報
　しかしながら、上記従来技術では、長尺な把持対象物の姿勢を変化させるために、一端側が把持された把持対象物の他端側を水平面上に当接させて置く必要があり、特定のパターンでしか姿勢を変化させることができない。
　そこで、他の手段としては、ロボットハンドにより把持対象物を把持した状態で、二つの指部の回転部材を所定量回転させて把持対象物の姿勢を変え、この姿勢変化状態のまま把持対象物を水平面上等に仮置きし、この仮置きされた把持対象物を、再度、ロボットハンドによって把持することが考えられる。あるいは、多自由度なロボットアームにロボットハンドと組み合わせることで、アーム側の自由度によって把持対象物の姿勢を種々のパターンで変化させることが考えられる。
　しかし、このような手段では、仮置きする場合には、そのための台が必要であったり、ロボットアームを含む動作範囲が大きくなり易い。更に、把持対象物に対する把持位置を高精度に特定するのが難しいため、人が使う工具（ドライバー等）を把持し操作する等の複雑な動作は困難である。
　また、例えば、電子機器や自動車部品の組立など把持対象となる部品を複雑な相手方部品に組付けるような作業では、相手方部品までのアクセスにはロボットアームの自由度を用い、把持対象部品の姿勢変更には、ロボットハンドを用いた方が、それぞれの相対的なサイズを鑑みた場合、より効率的である。
　したがって、より効率的な作業を行うことが出来るロボットシステムを構築するために、ロボットアームの冗長性を損なわない、把持対象物の姿勢変更パターン数が多い、巧緻なロボットハンドの実現が望まれている。
　このような課題に鑑みて、本発明は、以下の構成を具備するものである。
　基部と、該基部に基端側が支持された４本以上の指部と、これら指部の動作を制御する制御部とを備え、前記指部に、把持対象物を把持する把持動作と、把持した把持対象物の姿勢を変化させる姿勢変化動作と、把持した把持対象物を解放する解放動作とを行わせるようにした把持ロボットであって、前記制御部が、前記４本以上の指部のうち、少なくとも２本の指部の第１の把持動作により把持対象物を把持する第１ステップと、これら把持状態の指部の姿勢変化動作により前記把持対象物の姿勢を変化させる第２ステップと、これら把持状態の指部以外の指部を少なくとも１本含む２本以上の指部を用いた第２の把持動作によって前記把持対象物を把持する第３ステップと、前記第２の把持動作によって前記把持対象物を把持している指部以外の指部を解放動作させる第４ステップとを実行することを特徴とする把持ロボット。
　本発明は、以上説明したように構成されているので、ハンド内にて把持対象物を姿勢変化させて持ち替えることができる。
本発明に係る把持ロボットの一例を示す斜視図である。 ロボットハンドの一例を示す概略図である。 ロボットハンドの動作手順の一例を（I）～（V）に順次に示す斜視図である。 ロボットハンドの制御手順の一例を示すフローチャートである。 ロボットハンドの他例を示す斜視図である。 図５に示すロボットハンドの動作手順の一例を（I）～（IV）に順次に示す斜視図である。 ロボットハンドの他例を示す斜視図である。 ロボットハンドの他例を示す斜視図である。 ロボットハンドによる把持状態の一例を示す模式図である。
　本実施の形態の把持ロボットにおける第一の特徴は、基部と、該基部に基端側が支持された４本以上の指部と、これら指部の動作を制御する制御部とを備え、前記指部に、把持対象物を把持する把持動作と、把持した把持対象物の姿勢を変化させる姿勢変化動作と、把持した把持対象物を解放する解放動作とを行わせるようにした把持ロボットであって、前記制御部が、前記４本以上の指部のうち、少なくとも２本の指部の第１の把持動作により把持対象物を把持する第１ステップと、これら把持状態の指部の姿勢変化動作により前記把持対象物の姿勢を変化させる第２ステップと、これら把持状態の指部以外の指部を少なくとも１本含む２本以上の指部を用いた第２の把持動作によって前記把持対象物を把持する第３ステップと、前記第２の把持動作によって前記把持対象物を把持している指部以外の指部を解放動作させる第４ステップとを実行する（図１～図７参照）。
　ここで、前記「姿勢変化動作」とは、把持対象物を最初にあった姿勢から異なる姿勢に変化させる動作を意味し、この「姿勢変化動作」の具体例には、把持対象物を該把持対象物内の回転軸を中心に所定量回転させる動作や、把持対象物を該把持対象物外の回転軸を中心に所定量回転させる動作、把持対象物を所定量揺動させる動作、把持対象物を所定量傾ける動作等を含む。
　第二の特徴として、前記各指部は、長手方向に並ぶ複数の節部と、隣接する節部間に設けられてこれら隣接する節部を屈曲及び伸展させる関節部とを具備している（図２，図５，図７参照）。
　第三の特徴として、前記関節部には、一方の節部に対し、該節部に接続された他方の節部を、その接続方向に沿う軸を中心にして回転させる関節部が含まれている（図２，図５，図７参照）。
　第四の特徴として、前記各指部の先端側に突出するとともにその突出方向の軸を中心にして駆動回転する指先回転体を設けた（図８，図９参照）。
　第五の特徴として、前記指先回転体は、円筒形状部分を有し、前記突出方向の軸は前記円筒形状部分の中心軸であって、前記各指部の先端側から見て前記中心軸は把持方向側にあり、前記円筒形状部分の周面の一部が、前記節部に対して把持方向側にはみ出るようにした（図８，図９参照）。
　第六の特徴として、前記第１のステップでは、３本の指部における先端側の節部を屈曲させる第１の把持動作により把持対象物を把持し、前記第２のステップでは、前記３本の指部について、前記先端側の各節部を同方向へ所定量回転させる姿勢変化動作により、前記把持対象物を所定量回転させる（図６参照）。
　第七の特徴として、前記各指部の先端側に、把持方向側へ突出するとともにその突出方向の軸を中心にして駆動回転する指腹回転体を設けた（図２参照）。
　第八の特徴として、前記第１のステップでは、２本の指部における先端側の節部を屈曲させる第１の把持動作により、これら２本の指部の前記指腹回転体の間に把持対象物を把持し、前記第２のステップでは、前記２本の指部の前記指腹回転体をそれぞれ所定量回転させる姿勢変化動作により、前記把持対象物を所定量回転させる（図３参照）。
　第九の特徴として、前記各指部は、隣接する指部側へ揺動するように、前記基部に設けられている（図２参照）。
　第十の特徴としては、前記基部の掌側に、把持対象物を検知するセンサを設けた（図２，図５，図７参照）。
　また、本実施の形態では、第十一の特徴として、以下のロボットハンドの制御方法を開示している。すなわち、この制御方法は、基部に基端側が支持された４本以上の指部に、把持対象物を把持する把持動作と、把持した把持対象物の姿勢を変化させる姿勢変化動作と、把持した把持対象物を解放する解放動作とを行わせるようにしたロボットハンドの制御方法であって、前記４本以上の指部のうち、少なくとも２本の指部の第１の把持動作により把持対象物を把持する第１ステップと、これら把持状態の指部の姿勢変化動作により前記把持対象物の姿勢を変化させる第２ステップと、これら把持状態の指部以外の指部を少なくとも１本含む２本以上の指部を用いた第２の把持動作によって前記把持対象物を把持する第３ステップと、前記第２の把持動作により前記把持対象物を把持している指部以外の指部を解放動作させる第４ステップとを実行する（図４参照）。
＜第１の実施態様＞
　次に、上記特徴を有する具体的な実施態様について、図面に基づいて詳細に説明する。
　図１は、本発明に係る把持ロボットの一例を示している。
　この把持ロボットＡは、基台１１上に固定された支持杆１２に、関節部１３を介して複数のアーム１４を屈曲伸展可能に接続してなるロボット本体部１０と、該ロボット本体部１０の最先端のアーム１４に接続されたハンド部２０（ロボットハンド）とを具備し、制御部１５の指令により、アーム１４及びハンド部２０等の動作を制御する。
　複数のアーム１４のうち、その一部又は全部は、屈曲伸展運動の他、必要に応じて、長手方向を軸とした回転運動をするようにしてもよい。
　同様に、支持杆１２も、必要に応じて、長手方向を軸とした回転運動をするようにしてもよい。
　ロボット本体部１０は、図示例の態様に限定されず、例えば、関節部１３及びアーム１４の数が異なる態様や、人腕型に構成された態様等とすることが可能である。
　このロボット本体部１０において、基台１１、支持杆１２及び／又はアーム１４等の内部には、アーム１４の前記屈曲伸展運動及び前記回転運動や、支持杆１２の前記回転運動等を行うための駆動源（図示せず）及び駆動機構（図示せず）が設けられる。
　制御部１５は、例えば、基台１１の外部又は内部に設けられたコンピュータであり、記憶装置に記憶したプログラムや、ハンド部２０のセンサ２３による検知信号等に基づき、アーム１４やハンド部２０等の動作を制御する。
　ハンド部２０（ロボットハンド）は、ロボット本体部１０における最先端のアーム１４に接続される基部２１と、該基部２１に基端側が支持された４本の指部２２と、把持対象物Ｘ１を検知するセンサ２３とを具備している（図２参照）。
　基部２１は、周囲の各辺部に指部２２を接続した多角形箱状に形成される。この基部２１の甲側がアーム１４の先端部に接続され、また、掌側にはセンサ２３が固定されている。
　基部２１内の各辺寄りには、各指部２２を隣接する指部２２側へ揺動させる駆動源（図示せず）及び駆動機構（図示せず）が設けられる。
　各指部２２は、長手方向に並ぶ複数（図示例によれば三つ）の節部１，２，３と、隣接する節部間に位置するように設けられた複数（図示例によれば二つ）の関節部１ａ，２ａと、節部３から把持方向側へ突出する指腹回転体４とを具備している。
　節部１，２，３の各々は、前後端部を開口した略筒状の部材である。
　各節部１（２又は３）の内部には、隣接する他の節部２（１又は２）を、屈曲伸展運動及び／又は回転運動させるための駆動源（図示せず）及び駆動機構（図示せず）等が設けられている。
　関節部１ａ，２ａは、隣接する節部１，２（又は２，３）間を屈曲伸展運動や、回転運動させるように接続する機構であり、例えば、周知の自在継手や、軸及び軸受部材等によって構成される。
　図示例によれば、最も基端側の節部１と中間の節部２を接続する関節部１ａは、一方の節部１に対し他方の節部２を、屈曲伸展運動させるとともに、その接続方向に沿う軸を中心にして回転運動させる（図２中の矢印参照）。
　また、中間の節部２と最先端側の節部３を接続する関節部２ａは、一方の節部２に対し他方の節部３を屈曲伸展運動させる（図２中の矢印参照）。
　また、指腹回転体４は、各指部２２の最先端側の節部３から把持方向側へ突出するとともにその突出方向の軸を中心にして駆動回転する
　この指腹回転体４は、図示例によれば、突端側を半球状に形成した円筒状の部材であり、その基端側が、図示しない回転軸を介して節部３に対し回転するように接続されている。
　この指腹回転体４は、節部３内の駆動源（図示せず）及び駆動機構（図示せず）によって駆動回転する。
　なお、上述した支持杆１２、アーム１４、節部１，２，３、指腹回転体４等を運動させる上記駆動源及び上記駆動機構は、例えば、ステッピングモータ、ギヤ、リンク機構等を組み合わせてなる周知の機構とすればよい。
　また、センサ２３は、単数又は複数の撮像素子（例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等）であり、把持対象物Ｘ１を撮像し、その撮像データを制御部１５へ転送する。
　上記構成のハンド部２０（ロボットハンド）は、制御部１５からの指令によって上記各駆動源が制御されることで、把持対象物Ｘ１を把持する把持動作と、把持した把持対象物Ｘ１の姿勢を変化させる姿勢変化動作と、把持した把持対象物Ｘ１を解放する解放動作とを含む複数の動作を行う。
　次に、把持ロボットＡによりハンド部２０（ロボットハンド）の動作を制御する方法について、図３及び図４を参照しながら詳細に説明する。
　先ず、把持ロボットＡの制御部１５は、センサ２３により把持対象物Ｘ１を撮像し、その撮像データに基づき、所定の基準位置に対する把持対象物Ｘ１の位置座標、把持対象物Ｘ１の輪郭形状、把持対象物Ｘ１の姿勢等のデータを算出する。
　そして、制御部１５は、撮像した把持対象物Ｘ１を予め入力された目標姿勢に姿勢変化させるように、その姿勢変化の回転軸Ｐを算出する（図４のステップ１参照）。
　次に、制御部１５は、アーム１４の動作によりハンド部２０を移動し、把持対象物Ｘ１を４本の指部２２により囲み、これら４本の指部２２のうち、２本の指部２２（ａ），２２（ｃ）で把持対象物Ｘ１を、回転軸Ｐの軸方向両側から把持し（図３（Ｉ）及び図４のステップ２（第１ステップ）参照）、アーム１４の動作により把持対象物Ｘ１を持ち上げる。
　この後、制御部１５は、これら把持状態の指部２２（ａ），２２（ｃ）を姿勢変化動作させることにより、把持対象物Ｘ１の姿勢を変化させる（図３（II）及び図４のステップ３（第２ステップ）参照）。
　ここで、前記姿勢変化動作は、具体的に説明すれば、指部２２（ａ），２２（ｃ）を、回転軸Ｐを中心にして所定量回転させる動作である。この動作により、把持対象物Ｘ１は、回転軸Ｐを中心軸にして所定量回転し、元の状態に対し姿勢が変化した状態になる（図３（II）参照）。
　次に、制御部１５は、これら把持状態の指部２２（ａ），２２（ｃ）以外の１本の指部２２（ｄ）と、指部２２（ｄ）ではない他の指部２２（ｂ）とを用いた第２の把持動作により把持対象物Ｘ１を把持する（図３（III）、図４のステップ４（第３ステップ）参照）。
　この後、制御部１５は、前記第２の把持動作によって把持対象物Ｘ１を把持している指部２２（ｄ），２２（ｂ）以外の指部２２（ａ），２２（ｃ）を解放動作させる（図４のステップ５（第４ステップ）参照）。
　この動作により、把持対象物Ｘ１は、２本の指部２２（ｄ），２２（ｂ）のみによって把持された状態になる（図３（IV）参照）。
　次に、制御部１５は、支持杆１２やアーム１４等を動作させることで、把持されている把持対象物Ｘ１を所望位置まで移動し（図４のステップ６参照）、さらに、２本の指部２２（ｄ），２２（ｂ）を開放動作させることで、ハンド部２０から把持対象物Ｘ１を放す（図３（V）、図４のステップ７参照）。
　よって、上記構成の把持ロボットＡによれば、従来技術等のように一度把持した把持対象物Ｘ１を一旦基台上に仮置きし持ち換える等の動作をすることなく、ハンド部２０内の比較的小さな動作のみによって把持対象物Ｘ１を高精度に姿勢変化させ、その把持対象物Ｘ１を、最初に把持していた指部２２から同ハンド部２０内の他の指部２２に持ち替えることができる。すなわち、把持された把持対象物の姿勢を指先で変化させるように動作することができる。
＜第２の実施態様＞
　次に、本発明に係る把持ロボットの第２の実施態様について説明する（図５～図６参照）。
　この把持ロボットは、上述した把持ロボットＡに対し、ハンド部２０をハンド部２０’に置換したものであるため、主にハンド部２０’について詳述し、重複する詳細説明を省略する。
　ハンド部２０’は、上記ハンド部２０に対し、指腹回転体４を省くとともに、関節部１ａと関節部２ａにおける動き変更したものであり、４本の指部２２の先端側部分により把持対象物Ｘ２を把持する。
　最も基端側の節部１と中間の節部２を接続する関節部１ａは、一方の節部１に対し他方の節部２を屈曲伸展運動させるように構成されている（図５中の矢印参照）。
　中間の節部２と最先端側の節部３を接続する関節部２ａは、一方の節部２に対し他方の節部３を、屈曲伸展運動させるとともに、その接続方向に沿う軸を中心にして回転運動させるように構成されている（図５中の矢印参照）。
　次に、上記構成のハンド部２０’（ロボットハンド）の制御方法について、詳細に説明する。
　ハンド部２０’は、上記ハンド部２０と同様に、ロボット本体部１０に装着され、制御部１５からの指令によって動作する。
　図６は、ハンド部２０’の指部２２の動作を示している。制御部１５の処理については、上述した第１の実施態様のフローチャート（図４）を併用して説明する。
　先ず、制御部１５は、センサ２３により把持対象物Ｘ２を撮像し、その撮像データに基づき、所定の基準位置に対する把持対象物Ｘ２の位置座標、把持対象物Ｘ２の輪郭形状、把持対象物Ｘ２の姿勢等のデータを算出する。
　図示例において、把持対象物Ｘ２は、円筒状のワークである。
　そして、制御部１５は、撮像した把持対象物Ｘ２を予め入力された目標姿勢に姿勢変化させるように、その姿勢変化の回転軸Ｐを算出する（図５、及び図４のステップ１参照）。
　次に、制御部１５は、把持対象物Ｘ２を４本の指部２２により囲み（図５参照）、これら４本の指部２２のうち、３本の指部２２（ａ），２２（ｂ），２２（ｃ）の最先端側（詳細には３本の節部３）で把持対象物Ｘ１における回転軸Ｐ回りの外周部を把持し（図６（Ｉ）及び図４のステップ２（第１ステップ）参照）、アーム１４の動作により把持対象物Ｘ２を持ち上げる。
　この後、制御部１５は、これら把持状態の指部２２（ａ），２２（ｂ），２２（ｃ）を姿勢変化動作させることにより、把持対象物Ｘ２の姿勢を変化させる（図６（II）及び図４のステップ３（第２ステップ）参照）。
　ここで、前記姿勢変化動作は、具体的に説明すれば、指部２２（ａ），２２（ｂ），２２（ｃ）の先端側（詳細には３本の節部３）を所定量回転させる動作である。この動作により、把持対象物Ｘ２は、回転軸Ｐを中心軸にして所定量回転し、初期の状態に対し姿勢が変化した状態になる（図６（II）参照）。
　次に、制御部１５は、これら把持状態の指部２２（ａ），２２（ｂ），２２（ｃ）以外の１本の指部２２（ｄ）と、該指部２２（ｄ）ではない他の指部２２（ｂ）とを用いた第２の把持動作により把持対象物Ｘ２を把持する（図６（III）、図４のステップ４（第３ステップ）参照）。
　この後、制御部１５は、前記第２の把持動作によって把持対象物Ｘ２を把持した指部２２（ｄ），２２（ｂ）以外の指部２２（ａ），２２（ｃ）を解放動作させる（図６（IV）、図４のステップ５（第４ステップ）参照）。
　この動作により、把持対象物Ｘ２は、２本の指部２２（ｄ），２２（ｂ）のみによって把持された状態になる。
　この後、必要に応じて、制御部１５は、把持されている把持対象物Ｘ２を所望位置まで移動し（図４のステップ６参照）、さらに、２本の指部２２（ｄ），２２（ｂ）を開放動作させることで、ハンド部２０から把持対象物Ｘ２を放す（図４のステップ７参照）。
　よって、図５に示すハンド部２０’によっても、ハンド部２０内の比較的小さな動作のみによって把持対象物Ｘ２を高精度に姿勢変化させ、その把持対象物Ｘ２を同ハンド部２０内で持ち替えることができる。
＜第３の実施態様＞
　次に、本発明に係る把持ロボットの第３の実施態様について説明する（図８～図９参照）。
　この把持ロボットは、上述した把持ロボットＡに対し、ハンド部２０をハンド部２０”に置換したものであるため、主にハンド部２０”について詳述し、重複する詳細説明を省略する。
　ハンド部２０”は、上記ハンド部２０に対し、ハンド部２０における指腹回転体４の代わりに、指先回転体６を設けた。指先回転体６は、節部３から各指部２２の最先端側に突出するとともに、その突出方向の軸を中心にして駆動回転する。この指先回転体６は、図８に示した例によれば、突端側を半球状にした円筒状の部材であり、その基端側が、図示しない回転軸を介して節部３に対して回転するように接続されている。
　また、指部２２を先端側から見るとき、指先回転体６の回転軸は、わずかに把持方向側に位置しており、これにより指先回転体６の円筒部の周面は、節部３に対して把持方向側に、はみ出ている。　すなわち、指部２２を先端側から見るとき、指先回転体６の輪郭は円形に表れ、節部３の輪郭が正方形に表れているとするならば、指先回転体６の回転軸は指先回転体６の輪郭である円の中心と一致し、この輪郭円の中心点は、節部３の輪郭である正方形における対角線の交点に対して、把持方向側にわずかにオフセットされているものである（図９（ｂ）参照）。
　把持対象物を、ハンド部２０”の４本の指部２２により囲んで、各指部２２の指先回転体６の円筒部分で把持することができる。このとき、指先回転体６の円筒部の周面は、節部３に対して把持方向側に、はみ出ていることにより、把持対象物が節部３に干渉することを防ぐことができるので、より小さいサイズの把持対象物を把持することができる。
　図９は、ハンド部２０”の４本の指部２２が、円筒形状の把持対象物を把持している状態を、指先側から見た状態を示す模式図である。この図９において、図９（ａ）は、指先回転体６の円筒部の外周の一部を節部３の把持方向側の側面の位置に合わせて、指先側から見たときに指先回転体６が節部３からはみ出ないように配置した４本の指部２２で、把持対象物Ｘ４を把持している状態を示している。また、円筒形状の把持対象物Ｘ４の直径は、図９（ａ）に示した４本の指部２２が把持することができる最小の直径サイズである。図９（ｂ）は、指先側から見たときに指先回転体６の円筒部の周面が節部３に対して把持方向側にはみ出るように配置した４本の指部２２で、把持対象物Ｘ３を把持している状態を示している。また、円筒形状の把持対象物Ｘ３の直径は、図９（ｂ）に示した４本の指部２２が把持することができる最小の直径サイズである。
　図９（ａ）及び図９（ｂ）からも明らかなように、指先回転体６の円筒部の周面を節部３に対して把持方向側にはみ出させることで、把持対象物が節部３に干渉することを防ぐことができるので、図９（ａ）の場合における把持対象物Ｘ４よりも小さいサイズの把持対象物Ｘ３を把持することができる。
　ハンド部２０”は、例えば、把持対象物Ｘ３を４本の指部２２により囲み（図８参照）、これら４本の指部２２のうち、３本の指部２２（ａ），２２（ｂ），２２（ｃ）の各指先回転体６の円筒部の周面で把持対象物Ｘ３における回転軸Ｐ回りの外周部を把持しアーム１４の動作により把持対象物Ｘ３を持ち上げることができる。そして、第２の実施態様のハンド部２０’において、図６を用いて説明した把持対象物Ｘ２の持ち替え動作と同様に、把持対象物Ｘ３を高精度に姿勢変化させ、その把持対象物Ｘ３を同ハンド部２０”内で持ち替えることができる。
＜第４の実施態様＞
　次に、本発明に係る把持ロボットの第３の実施態様について説明する（図７参照）。
　この把持ロボットは、上述した把持ロボットＡに対し、ハンド部２０をハンド部３０に置換したものであるため、主にハンド部３０について詳述し、重複する詳細説明を省略する。
　ハンド部３０（ロボットハンド）は、ロボット本体部１０における最先端のアーム１４に接続される基部３１と、該基部３１に基端側が支持された４本以上（図示例によれば４本）の指部３２と、把持対象物を検知するセンサ２３とを具備している（図７参照）。
　基部３１は、２枚の板状部材３１ａと、これら板状部材間に挟持されて先端側を放射状に突出させた複数の支持部材３１ｂとを一体に備える。
　各支持部材３１ｂには、各指部３２の基端側が、関節部１ａを介して、隣接する指部３２側へ揺動可能であって、且つ各指部３２の突出方向を中心軸にして回転するように接続されている。
　そして、この基部３１の掌側には、第１の実施態様のものと同様のセンサ２３が固定されている。
　また、各支持部材３１ｂ内には、各指部２２を隣接する指部２２側へ揺動させる駆動源（図示せず）及び駆動機構（図示せず）が設けられる。
　各指部３２は、長手方向に並ぶ複数（図示例によれば二つ）の節部１，２と、これら節部間に設けられた関節部１ｂと、先側の節部２の最先端部に設けられた鉗子部５とを具備している。
　関節部１ｂは、一方の節部１に対し他方の節部２を、屈曲伸展運動させるとともに、その接続方向に沿う軸を中心にして回転運動させる（図７中の矢印参照）。
　鉗子部５は、ハサミ状に設けられた一片部と他片部の間を開閉させる機構である。
　これら関節部１ｂ及び鉗子部５の駆動は、節部１，２内に設けられた駆動源（図示せず）及び駆動機構（図示せず）によって行われる。
　上記構成のハンド部３０は、上述したハンド部２０，２０’，２０”と同様に、ロボット本体部１０に装着され、制御部１５からの指令によって動作する。
　このハンド部３０によれば、各鉗子部５によって把持対象物（図示せず）を部分的に掴むことができ、例えば、把持対象物が生体等の柔軟な物体であっても、該把持対象物を滑り落とさないように把持することができる。
　そして、このハンド部３０によれば、上述したハンド部２０，２０’と同様に、４本の指部３２のうち、少なくとも２本の指部３２の第１の把持動作により把持対象物（図示せず）を把持する第１ステップと、この後、これら把持状態の指部３２の姿勢変化動作（具体的には屈曲動作等）により前記把持対象物の姿勢を変化させる第２ステップと、この後、これら把持状態の指部３２以外の指部３２を少なくとも１本含む２本以上の指部３２を用いた第２の把持動作によって前記把持対象物を把持する第３ステップと、この後、前記第２の把持動作によって前記把持対象物を把持している指部３２以外の指部３２を解放動作させる第４ステップとを実行して、前記把持対象物をハンド部３０内で持ち替えることができる。
　ここで、前記把持対象物が、４本の指部３２のうち１本のみの鉗子部５によって、容易且つ確実に把持できるものである場合、２本の指部３２で持ち替え動作を行うことも可能である。このとき、鉗子部５を構成している一片部と他片部とを、第１ステップから第４ステップにおける指部と解釈してあてはめることができる。
　なお、上記実施形態によれば、把持対象物の姿勢を変化させる姿勢変化動作として、少なくとも２本の指部２２（又は３２）における各指部の一部分（具体的には指腹回転体４や節部３等）の回転により把持対象物を回転させてその姿勢を変化させるようにしたが、この姿勢変化動作の他例としては、把持した指部２２（又は３２）の屈曲運動又は伸展運動により、把持対象物を回動させてその姿勢を変化させる態様とすることも可能である。
　また、把持対象物は、図示例のものに限定されず、例えば、電動ドライバや、接着剤ディスペンサ等、人が使用する工具を把持対象物とすることも可能であり、本実施態様のロボットハンドは、このような工具であっても、単一のハンド部２０（２０’，２０”又は３０）内で姿勢変化させて持ち換えることが可能である。
　また、上記実施態様において、各指部２２（又は３２）の各部の運動については、他の運動態様に変更したり、屈曲伸展運動と揺動運動と回転運動とを適宜に組み合わせた運動に変更したり等することが可能である。また、この指部の本数や配置、各指部における節部の数なども、タスクに応じて適宜選定できる。
　また、上記実施態様では、センサ２３の一例として撮像素子を用いたが、センサ２３の他例としては、赤外線センサ等の被接触式センサや、リミットスイッチ等の接触式センサ、これらのセンサを組み合わせてなる複合センサ等を用いることも可能である。
　また、上記実施態様の把持ロボットＡ、ハンド部２０，２０’，２０”，３０（ロボットハンド）及びその制御方法等は、例えば、組立作業用ロボット、機械加工用ロボット、溶接ロボット、塗装ロボット、測定用ロボット、医療用ロボット（治療用ロボットや検査用ロボット等含む）、その他のロボットに適用可能である。
　また、本発明は上述した実施態様に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能である。
　１，２，３：節部
　１ａ，２ａ：関節部
　４：指腹回転体
　５：鉗子部
　６：指先回転体
　１０：ロボット本体部
　１５：制御部
　２０，２０’，２０”，３０：ハンド部（ロボットハンド）
　２１：基部
　２２（ａ～ｄ）：指部
　Ａ：把持ロボット
　Ｐ：回転軸
　Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４：把持対象物

Claims (11)

  1. 　基部と、該基部に基端側が支持された４本以上の指部と、これら指部の動作を制御する制御部とを備え、前記指部に、把持対象物を把持する把持動作と、把持した把持対象物の姿勢を変化させる姿勢変化動作と、把持した把持対象物を解放する解放動作とを行わせるようにした把持ロボットであって、
    　前記制御部が、前記４本以上の指部のうち、少なくとも２本の指部の第１の把持動作により把持対象物を把持する第１ステップと、これら把持状態の指部の姿勢変化動作により前記把持対象物の姿勢を変化させる第２ステップと、これら把持状態の指部以外の指部を少なくとも１本含む２本以上の指部を用いた第２の把持動作によって前記把持対象物を把持する第３ステップと、前記第２の把持動作によって前記把持対象物を把持している指部以外の指部を解放動作させる第４ステップとを実行することを特徴とする把持ロボット。
  2. 　前記各指部は、長手方向に並ぶ複数の節部と、隣接する節部間に設けられてこれら隣接する節部を屈曲及び伸展させる関節部とを具備していることを特徴とする請求項１記載の把持ロボット。
  3. 　前記関節部には、一方の節部に対し、該節部に接続された他方の節部を、その接続方向に沿う軸を中心にして回転させる関節部が含まれていることを特徴とする請求項２記載の把持ロボット。
  4. 　前記各指部の先端側に突出するとともにその突出方向の軸を中心にして駆動回転する指先回転体を設けたことを特徴とする請求項１～３何れか１項記載の把持ロボット。
  5. 　前記指先回転体は、円筒形状部分を有し、前記突出方向の軸は前記円筒形状部分の中心軸であって、
    　前記各指部の先端側から見て前記中心軸は把持方向側にあり、前記円筒形状部分の周面の一部が、前記節部に対して把持方向側にはみ出ていることを特徴とする請求項４記載の把持ロボット
  6. 　前記第１のステップでは、３本の指部における先端側の節部を屈曲させる第１の把持動作により把持対象物を把持し、
    　前記第２のステップでは、前記３本の指部について、前記先端側の各節部を同方向へ所定量回転させる姿勢変化動作により、前記把持対象物を所定量回転させることを特徴とする請求項３～５何れか１項記載の記載の把持ロボット。
  7. 　前記各指部の先端側に、把持方向側へ突出するとともにその突出方向の軸を中心にして駆動回転する指腹回転体を設けたことを特徴とする請求項１～３何れか１項記載の把持ロボット。
  8. 　前記第１のステップでは、２本の指部における先端側の節部を屈曲させる第１の把持動作により、これら２本の指部の前記指腹回転体の間に把持対象物を把持し、
    　前記第２のステップでは、前記２本の指部の前記指腹回転体をそれぞれ所定量回転させる姿勢変化動作により、前記把持対象物を所定量回転させることを特徴とする請求項７記載の把持ロボット。
  9. 　前記各指部は、隣接する指部側へ揺動するように、前記基部に設けられていることを特徴とする請求項１～８何れか１項記載の把持ロボット。
  10. 　前記基部の掌側に、把持対象物を検知するセンサを設けたことを特徴とする請求項１～９何れか１項記載の把持ロボット。
  11. 　基部に基端側が支持された４本以上の指部に、把持対象物を把持する把持動作と、把持した把持対象物の姿勢を変化させる姿勢変化動作と、把持した把持対象物を解放する解放動作とを行わせるようにしたロボットハンドの制御方法であって、
    　前記４本以上の指部のうち、少なくとも２本の指部の第１の把持動作により把持対象物を把持する第１ステップと、これら把持状態の指部の姿勢変化動作により前記把持対象物の姿勢を変化させる第２ステップと、これら把持状態の指部以外の指部を少なくとも１本含む２本以上の指部を用いた第２の把持動作によって前記把持対象物を把持する第３ステップと、前記第２の把持動作により前記把持対象物を把持している指部以外の指部を解放動作させる第４ステップとを実行することを特徴とするロボットハンドの制御方法。
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