JPH06254788A - 産業用ロボットの多指ハンド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数種類のワークへの対応が容易である汎用
化した産業用ロボットの多指ハンドを提供する。 【構成】 ロボットアーム２に対しベースプレート３を
介して装着された多指ハンドＡは４本のフィンガ５を備
える。各フィンガ５は、その軸線回りに回転可能とされ
且つ３つの関節７ａ、８ａ、９ａを備えた４自由度を有
し、また、各自由度の運動を独立して制御するアクチュ
エータ１１〜１４を備えている。ロボット１は、アーム
２を大まかに制御するロボット用シーケンサ４７と、各
種センサ４０〜４３からの情報に基づいて多指ハンドＡ
を制御するコントローラ４５とで制御される。センサ４
０は近接センサであり、センサ４１〜４３は接触圧セン
サである。これらセンサ４０〜４３は各フィンガ５に取
付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットに関
し、より詳しくは、ロボットアームに装着されて、ワー
クに対する種々の作業を行う多指ハンドに関する。

【０００２】

【従来技術】近時の産業用ロボットにあっては、特開昭
５９ー４７１８５号公報、特開昭５９ー１１８３８８号
公報、特開昭６４ー２７８８３号公報に見られるよう
に、アームの先端に装着されるハンドのフィンガに、触
覚センサ等の各種センサを設け、多種多様な作業あるい
は壊れ易いワークの把持等を行うようにすることが知ら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】ところで、従来のハ
ンドは、一般的には、所定のワークに対して所定のハン
ドというように専用化するのが基本な考え方であり、こ
の専用化したハンドを使用して複数種類のワークを対象
にしようとするときには、各ワーク毎の個別的な制御系
を構築する必要があった。またロボットの作動は、従来
一般的には、位置制御が基本とされ、微妙な作業を行う
ときには、それに対応した複雑な制御系の構築が必要と
されていた。

【０００４】そこで、本発明の第１の目的は、複数種類
のワークへの対応が容易である汎用化した産業用ロボッ
トのハンドを提供することにある。また、本発明の第２
の目的は、ハンドの汎用化を図りつつ、複数種類のワー
クへの対応あるいは多種多様な作業に対し制御系の複雑
化を回避するようにした産業用ロボットのハンドを提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のうち、第１発明
にあっては、上記第１の目的を達成すべく、産業用ロボ
ットのアームに装着されるベース部材に複数の多関節フ
ィンガを設け、該多関節フィンガを、各々、前記ベース
部材に対して上下方向に延びる軸回りに回転可能に取付
けると共にベース部材に、前記多関節フィンガを夫々回
転及び関節運動させる駆動機構を設けた構成としてあ
る。

【０００６】また、本発明のうち、第２発明にあって
は、上記第２の目的を達成すべく、上記第１の発明の構
成に加えて、更に、前記多関節フィンガに夫々設けられ
た接触圧センサ及び近接センサと、該接触圧センサ及び
近接センサから信号を受け、前記多関節フィンガの回転
及び各関節運動を制御するフィンガ制御手段と、ワーク
に対するアームのラフな位置決めを制御するロボット制
御手段と、を備えた構成としてある。

【０００７】

【作用】本発明のうち、第１発明によれば、多関節フィ
ンガが複数設けられ、また各多関節フィンガがその軸線
回りに回転可能とされているため、複数種類のワークに
対する対応が容易となると共にフィンガの駆動系を全て
ベース部材に取付けてあるため、メーカの異なるロボッ
トへの装着が容易であり、ハンドの汎用化を図ることが
可能となる。

【０００８】他方、第２発明によれば、第１発明の構成
に加えて、各多関節フィンガに設けた接触圧センサ及び
近接センサと、フィンガ制御手段と、ロボット制御手段
とを備えているため、多種多様な作業あるいは複数種類
のワークに対し、その制御系の複雑化を回避することが
可能となる。すなわち、ワークに対する大まかな位置制
御はロボット制御手段で行い、ハンドに対する細やかな
制御は、上記センサからの信号を受けながらフィンガ制
御手段で行うというように、ワークに対する制御系を機
能別に２系統に分けた上で、ハンドに対する制御を位置
制御だけに依存させない手法で行うようにしてあるた
め、制御プログラムの作成に当たっては、これを位置制
御だけに依存させる場合に比べて、簡素化することが可
能となる。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の実施例を添付した図面に基づ
いて説明する。図１に示す符号１は産業用ロボットで、
ロボット１のアーム２には、多指ハンドＡが装着されて
いる。多指ハンドＡは、図２に示すように、アーム２に
対する取付け部を構成する円形のベースプレート３を有
し、ベースプレート３には、図面上作図の関係で明示さ
れていないが、周方向に等間隔（９０°置き）に４つの
ブラケット４が設けられ、各ブラケット４はベースプレ
ート３に対して縦軸４ａを介して取付けられている。ブ
ラケット４は、図４等に示すように、下方に開口した縦
断面コ字状の形状を有し、各ブラケット４には、各々、
その下端に１本のフィンガ５が取付けられている。フィ
ンガ５は、共に左右に間隔を置いて配置された左右一対
の根本リンク７、中間リンク８、先端リンク９で構成さ
れ、先端リンク９の下端は横バー１０（図４参照）で連
結されている。根本リンク７は、その上端が第１横軸７
ａを介してブラケット４に取付けられて、ブラケット４
に対して第１横軸７ａ回りに揺動可能とされている。他
方、中間リンク８は、その上端が第２横軸８ａを介して
根本リンク７の下端に取付けられて、根本リンク７に対
して第２横軸８ａ回りに揺動可能とされている。他方、
先端リンク９は、その上端が第３横軸９ａを介して中間
リンク８の下端に取付けられて、中間リンク８に対して
第３横軸９ａ回りに揺動可能とされている。以上の構成
により、各ベースプレート３を含む各フィンガ５は、縦
軸４ａ回りの回転運動と、各横軸７ａ、８ａ、９ａで形
成される各関節運動とによって、合計４つの自由度を持
つことになる。

【００１０】各ブラケット４には、フィンガ５の４自由
度に対応して、各自由度毎に１つのモータ、つまり合計
４つのＤＣモータ１１〜１４が設けられている。第１Ｄ
Ｃモータ１１は縦軸４ａ回りの回転を駆動するもので、
第１モータ１１の出力軸１１ａと縦軸４ａとは、図３に
示すように、互いに噛合した傘歯車１５、１６を介して
連結されている。尚、この第１ＤＣモータ１１の作動量
を検出するポテンショメータの図示は省略してある。

【００１１】また、図４等に示す第２ＤＣモータ１２は
根本リンク７の揺動を駆動するもので、この根本リンク
７用の駆動系は、第２モータ１２の出力軸１２ａに固定
されたプーリ２０と、第１横軸７ａに固定されたプーリ
２１と、これらプーリ２０、２１に掛け渡されたワイヤ
２２とで構成され、第２モータ１２の作動量は第２ポテ
ンショメータ２４で検出され、この第２ポテンショメー
タ２４はカップリング２５を介して第２モータ１２の出
力軸１２ａに連結されている。

【００１２】また、図５に示す第３ＤＣモータ１３は中
間リンク８の揺動を駆動するもので、この中間リンク８
用の駆動系は、第３モータ１３の出力軸１３ａに固定さ
れたプーリ２７と、図４に示すように、第１横軸７ａに
回転自在に取付けられたアイドラプーリ２８と、第２横
軸８ａに固定されたプーリ２９と、これらプーリ２７〜
２９に掛け渡されたワイヤ３０とで構成され、第３モー
タ１３の作動量は、図外のカップリングを介して第３モ
ータ１３の出力軸１３ａと連結された第３ポテンショメ
ータ（図示省略）で検出される。

【００１３】また、図４等に示す第４ＤＣモータ１４は
先端リンク９の揺動を駆動するもので、この先端リンク
９用の駆動系は、第４モータ１４の出力軸１４ａに固定
されたプーリ３２と、第１横軸７ａに回転自在に取付け
られたアイドラプーリ３３と、第２横軸８ａに回転自在
に取付けられたアイドラプーリ３４と、第３横軸９ａに
固定されたプーリ３５と、これらプーリ３２〜３５に掛
け渡されたワイヤ３６とで構成され、第４モータ１４の
作動量は第４ポテンショメータ３７で検出され、この第
４ポテンショメータ３７はカップリング３８を介して第
４モータ１４の出力軸１４ａに連結されている。

【００１４】また、各フィンガ４には、その先端リンク
９に光電センサ（近接センサ）４０と感圧導電ゴムから
なる３つの接触圧センサ４１〜４３が取付けられてい
る。尚、図４、図５に示す符号４０ａは、光電センサ
（近接センサ）４０のケーブルを示す。ロボット１の制
御系は、図１に示すように、例えばマイクロコンピュ─
タで構成されたメインコントローラ４５を有し、メイン
コントローラ４５には、各ポテンショメータ２４等及び
センサ４０〜４３からの信号が入力される。メインコン
トローラ４５からは、第１〜第４モータ１１〜１４用の
ドライバー４６に対して制御信号が出力され、またシー
ケンサ４７に対して制御信号が出力される。シーケンサ
４７は、ロボットコントローラ４８と適宜信号の授受を
行い、これらシーケンサ４７及びコントローラ４８によ
り、アーム３の動きを制御するようになっている。

【００１５】ロボット１の制御に関し、その一例を図６
に示すフローチャートに基づいて説明する。ここで、ロ
ボット１は、自動車の組立ラインに設置されて、自動車
の電装品に対するワイヤ及びカプラ（以下、ワークとい
う）の組付け作業を行う。以上のことを前提として、先
ずステップ１（以下、ステップ番号を符号『Ｓ』を付し
て表す）でワークの大まかな位置情報及び形状情報を、
外部に配した図外の近接センサから受け取る。尚、この
ワークの位置情報及び形状情報は、予めメインコントロ
ーラ４５にファイルしておいたものを使用してもよい。
次のＳ２では、上記Ｓ１で得た情報に基づくロボットコ
ントローラ４８の制御によって、アーム２をワークの位
置まで動かす。また、この動作に併せて、ワークＷがカ
プラであるときには、ベースプレート３に対する各フィ
ンガ５の状態を図７のようにセットし、ワークＷがワイ
ヤであるときには、ベースプレート３に対する各フィン
ガ５の状態を図８のようにセットする。これらフィンガ
５の状態は、フィンガ５を縦軸４ａ回りに回転させるこ
とにより行われる。

【００１６】アーム２等がワークの位置まで到着した
後、Ｓ３に進んで、近接センサ４０及び接触圧センサ４
１〜４３からの信号に基づいて各フィンガ５を動かし
て、各フィンガ５を自動車ボディ等との干渉を回避しつ
つワーク把持位置にセットする。このＳ３でのフィンガ
５の動きは、基本的には、近接センサ４０及び接触圧セ
ンサ４１〜４３の『ＯＮ』『ＯＦＦ』状態あるいはアナ
ログ値を見ながら、ワークに対するフィンガ５の対面状
態及び当接状態を検出して、例えばフィンガ５を軸回転
させてワークに対する対面状態を整え、またワークに対
する当接状態が強すきるときにはフィンガ５を屈伸動作
させ、逆に当接状態が弱すぎるときにはフィンガ５を伸
長させる等して、ワーク把持状態にフィンガ５をセット
する。勿論、このＳ３でのフィンガ５の動きは、モータ
１１〜１４の正転、逆転、停止の各動作を伴うものであ
る。

【００１７】Ｓ３でフィンガ５のセットが完了した後、
Ｓ４に進んで、ロボットコントローラ４８によるアーム
３の動き及びフィンガ５の動きにより、ワークの持ち上
げ或いはワークの位相修正を行う。これらの作業は、基
本的にはアーム３の作動により行われ、フィンガ５はワ
ークの把持力の調整或いは位相の微調整を行う。フィン
ガ５による位相修正の態様を図９に示す。同図におい
て、実線はワークＷの原位置を示し、フィンガ５を破線
で示す状態にすることにより、ワークＷの位相を最大量
約９０°変更することができる。

【００１８】アーム３を所定位置まで動かした後に、次
のＳ５に進んで、アーム３及びフィンガ５を作動させ
て、カプラの挿入つまりワイヤの結線を行う。このワイ
ヤの結線作業は、基本的にはアーム３の作動により行わ
れ、フィンガ５は適切な結線作業のための補助動作を行
う。図１０及び図１１は、第２実施例を示すもので、こ
の実施例の説明において、上記第１実施例と同一の要素
には同一の参照符号を付すことによりその説明を省略
し、以下にこの第２実施例の特徴部分についてのみ説明
を加える。

【００１９】本実施例にあっては、前記ブラケット４と
は別体とされた第２ブラケット５５が第１ブラケット４
の下方に設けられ、この第２ブラケット５５に対してフ
ィンガ５が取付けられている。また、第２ブラケット５
５には縦軸５５ａが固設され、縦軸５５ａの上端は、ウ
オームギヤ５６を介して、第１モータ１１の出力軸１１
ａに連結されて、これによりフィンガ５の縦軸回りの回
転が駆動されるようになっている。したがって、この第
２実施例では、第１実施例と異なり、第１ブラケット４
はベースプレート３と一体化されている。

【００２０】上記の実施例によれば、４本のフィンガ５
が４自由度を備え、また各自由度に対する駆動系がフィ
ンガ５のベース部材つまりブラケット４に取付けられて
いるため、種々のメーカのロボットに対して対応が容易
であるのみならず、多種ワークに対して多種多様な作業
を行うことができる。また、ロボットをラフな位置決め
で制御し、近接センサ４０等に基づいてフィンガ５の細
かい動きを制御するようにしてあるため、不定形のワー
クに対して対応することが可能であり且つ制御プログラ
ムの簡素化を図ることができる。

【００２１】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明のうち
第１発明によれば、複数種類のワークへの対応が容易な
汎用化したハンドを提供することができる。また第２発
明によれば、ハンドの汎用化を図りつつ複数種類のワー
クへの対応あるいは多種多様な作業に対し制御プログラ
ムの簡素化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の多指ハンドを装着した産業用ロボット
の制御系の全体系統図。

【図２】多指ハンドの側面図。

【図３】多指ハンドに設けられたフィンガの縦軸回りの
回転駆動機構を示す概略側面図。

【図４】多指ハンドに設けられたフィンガを後方から見
た背面図。

【図５】多指ハンドに設けられたフィンガの側面図。

【図６】実施例の多指ハンドを装着した産業用ロボット
の制御の一例を示すフローチャート。

【図７】ワークとしてカプラを把持する態様にセットし
た多指ハンドの平面図。

【図８】ワークとしてワイヤを把持する態様にセットし
た多指ハンドの平面図。

【図９】フィンガの動きでワークの位相を修正する態様
を示す作用説明図。

【図１０】第２実施例として、多指ハンドに設けられた
フィンガの縦軸回りの回転駆動機構を示す概略背面図。

【図１１】図１０に対応した側面図。

【符号の説明】

Ａ 多指ハンド １ 産業用ロボット ２ ロボットのアーム ３ ベースプレート ４ ブラケット ５ フィンガ ７ 根本リンク ７ａ 第１横軸 ８ 中間リンク ８ａ 第２横軸 ９ 先端リンク ９ａ 第３横軸 １１〜１４ モータ ４０ 近接センサ ４１〜４３ 接触圧センサ ４５ メインコントローラ ４７ ロボット制御用シーケンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 産業用ロボットのアームに装着されるベ
   ース部材に複数の多関節フィンガが設けられ、 該多関節フィンガは、各々、前記ベース部材に対して上
   下方向に延びる軸回りに回転可能に取付けられ、 前記ベース部材には、前記多関節フィンガを夫々回転及
   び関節運動させる駆動機構が設けられている、ことを特
   徴とする産業用ロボットの多指ハンド。
2. 【請求項２】 更に、前記多関節フィンガに夫々設けら
   れた接触圧センサ及び近接センサと、 該接触圧センサ及び近接センサから信号を受け、前記多
   関節フィンガの回転及び各関節運動を制御するフィンガ
   制御手段と、 ワークに対するアームのラフな位置決めを制御するロボ
   ット制御手段と、を有する請求項１に記載の多指ハン
   ド。
3. 【請求項３】 前記ベース部材に対して４本の前記多関
   節フィンガが取付けられ、該多関節フィンガは、各々、
   ３つの関節を備えている、請求項１に記載の多指ハン
   ド。