(57)【要約】【課題】対象物を把持する把持部に作用する荷重を高精度に検出可能なハンド、および、かかるハンドを備えるロボットを提供すること。【解決手段】基体と、第１方向に開閉する把持部と、前記基体と前記把持部との間に設けられ、前記第１方向に交差する第２方向に検出軸を有し、前記検出軸に直交する面内において外圧の分布を検出する第１感圧センサーと、を有することを特徴とするハンド。また、前記第１感圧センサーは、マトリックス状に配列されている電極を備えるセンサーであることが好ましい。【選択図】図１１
2020131378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
第１方向に開閉する把持部と、
前記基体と前記把持部との間に設けられ、前記第１方向に交差する第２方向に検出軸を有し、前記検出軸に直交する面内において外圧の分布を検出する第１感圧センサーと、
を有することを特徴とするハンド。
【請求項２】
前記第１感圧センサーは、
電極と感圧層とを備え、
前記感圧層は、予圧が与えられた状態にあり、
印加される外圧の増減を検出するセンサーである請求項１に記載のハンド。
【請求項３】
前記第１感圧センサーは、マトリックス状に配列されている電極を備えるセンサーである請求項１または２に記載のハンド。
【請求項４】
前記把持部は、前記第１方向とは異なる第３方向に延在する指部を備え、
前記指部の先端部に設けられている第２感圧センサーをさらに有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のハンド。
【請求項５】
前記第１方向および前記第２方向の双方と異なる第４方向に並ぶ複数の前記第１感圧センサーを有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のハンド。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のハンドを備えることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンドおよびロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロボットアームを備えるロボットでは、ロボットアームの先端に例えばハンドのようなエンドエフェクターが装着される。ハンドは、ワークを把持する把持部を備え、ワークを搬送するといった様々な作業を行うことができる。
【０００３】
特許文献１には、指本体と、指本体の基端側から先端側にわたって設けられ、先端側に配置され荷重を受ける受圧部および基端側に配置され荷重を伝達する伝達部を有する第１の揺動部材と、伝達部に対向する対向部と、伝達部と対向部との間に配置される感圧センサーと、を備えるロボット指ユニットが開示されている。また、特許文献１には、このようなロボット指ユニットを２本備えたハンドが開示されている。このハンドでは、ロボット指ユニットの間隔を開閉することにより、ワークを把持することができるようになっている。
【０００４】
ロボット指ユニットの間隔を狭めてワークを把持すると、受圧部にワークからの荷重が作用し、それに伴って第１の揺動部材が揺動する。そして、第１の揺動部材の揺動とともに、伝達部に設けられた押圧部が感圧センサーを押圧する。その結果、感圧センサーの抵抗値が小さくなるため、その抵抗値の計測結果から把持力を演算することができる。このようにして、ハンドにおけるワークの把持状態を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２１０３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のハンドでは、ロボット指ユニットの開閉方向と感圧センサーの検出軸とが平行になっている。つまり、特許文献１に記載のハンドでは、ロボット指ユニットの間隔を開閉することによってワークを把持し、そのときロボット指ユニットに作用した荷重を、ロボット指ユニットの開閉方向と平行な方向に検出軸を持つ感圧センサーで計測する。このため、開閉方向の成分の力を検出することはできるものの、開閉方向とは異なる方向の成分の力を検出することができない。したがって、ロボット指ユニットに作用する荷重を高精度に検出することができないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の適用例に係るハンドは、基体と、
第１方向に開閉する把持部と、
前記基体と前記把持部との間に設けられ、前記第１方向に交差する第２方向に検出軸を有し、前記検出軸に直交する面内において外圧の分布を検出する第１感圧センサーと、
を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
【図２】図１に示すロボットのブロック図である。
【図３】第２実施形態に係るハンドを示す部分断面図である。
【図４】図３に示すハンドを図３とは異なる面について示す断面図である。
【図５】図３および図４のハンドの一部の構成を示す斜視図である。
【図６】図３に示すハンドが備える第１感圧センサーの断面図である。
【図７】図５に示す第１感圧センサーを示す斜視図である。
【図８】図７に示す第１感圧センサーの断面図である。
【図９】図８に示す第１感圧センサーを示す部分拡大斜視図である。
【図１０】図９に示す第１感圧センサーのＡ−Ａ’線断面図である。
【図１１】図９および図１０に示す第１感圧センサーが外圧を検出する原理を説明するための断面図である。
【図１２】図９および図１０に示す第１感圧センサーが外圧を検出する原理を説明するための断面図である。
【図１３】図９および図１０に示す第１感圧センサーが外圧を検出する原理を説明するための断面図である。
【図１４】図９および図１０に示す第１感圧センサーが外圧を検出する原理を説明するための断面図である。
【図１５】第３実施形態に係るハンドを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明のハンドおよびロボットの好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態に係るロボットについて説明する。
【００１１】
図１は、第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットのブロック図である。
【００１２】
図１に示すロボット１は、ハンド１７が装着されたロボットアーム１０を用いて、例えば、精密機器やこれを構成する部品等の対象物の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うシステムである。このロボット１は、複数のアーム１１〜１６を有するロボットアーム１０と、ロボットアーム１０の先端側に取り付けられたハンド１７と、これらの動作を制御する制御装置５０と、を備える。以下、まず、ロボット１の概略を説明する。
【００１３】
ロボット１は、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットである。図１に示すように、ロボット１は、基台１１０と、基台１１０に回動可能に連結されているロボットアーム１０と、を備える。
基台１１０は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上等の被設置部に固定される。
【００１４】
ロボットアーム１０は、基台１１０に対して回動可能に連結されているアーム１１（第１アーム）と、アーム１１に対して回動可能に連結されているアーム１２（第２アーム）と、アーム１２に対して回動可能に連結されているアーム１３（第３アーム）と、アーム１３に対して回動可能に連結されているアーム１４（第４アーム）と、アーム１４に対して回動可能に連結されているアーム１５（第５アーム）と、アーム１５に対して回動可能に連結されているアーム１６（第６アーム）と、を有する。なお、基台１１０およびアーム１１〜１６のうちの互いに連結された２つの部材同士を屈曲または回動させる部分が「関節部」を構成している。
【００１５】
また、図２に示すように、ロボット１は、ロボットアーム１０の各関節部を駆動する駆動部１３０と、ロボットアーム１０の各関節部の駆動状態として例えば回転角度を検出する角度センサー１３１と、を有する。駆動部１３０は、例えば、モーターおよび減速機を含んで構成されている。角度センサー１３１は、例えば、磁気式または光学式のロータリーエンコーダーを含んで構成されている。
このようなロボット１のアーム１６の先端面には、ハンド１７が装着されている。
【００１６】
図１に示すハンド１７は、対象物を把持する把持ハンドである。このハンド１７は、図１に示すように、本体１７１と、本体１７１に設置されている駆動部１７０と、駆動部１７０からの駆動力により開閉する一対の指部９４、９５を備える把持部１７２と、把持部１７２に設けられている第１感圧センサー８１と、を有する。
【００１７】
ここで、駆動部１７０は、例えば、図示しないモーターと、モーターからの駆動力を把持部１７２に伝達する歯車等の伝達機構と、を含んで構成されている。そして、１対の指部９４、９５は、駆動部１７０からの駆動力により開閉する。これにより、１対の指部９４、９５間で対象物を掴んで保持したり、１対の指部９４、９５間で保持した対象物を離脱させたりすることができる。第１感圧センサー８１は、印加される外圧を検出するセンサーである。このような第１感圧センサー８１が、把持部１７２と駆動部１７０との間に配置され、一対の指部９４、９５に加わる力を検出する。なお、ハンド１７の指部９４、９５の数は、２本に限定されず、３本以上であってもよい。
【００１８】
図１および図２に示す制御装置５０は、角度センサー１３１の検出結果に基づいて、ロボットアーム１０の駆動を制御する機能を有する。また、制御装置５０は、第１感圧センサー８１の検出結果およびロボット１の動作条件に基づいて、ハンド１７の把持力を決定したりロボット１の動作条件を変更したりする機能を有する。
【００１９】
この制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御部５１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶部５２と、インターフェース部であるＩ／Ｆ５３と、を有する。そして、制御装置５０では、記憶部５２に記憶されているプログラムを制御部５１が適宜読み込んで実行することで、ロボットアーム１０およびハンド１７の動作の制御、異常の発報等の処理を実現する。また、Ｉ／Ｆ５３は、ロボットアーム１０およびハンド１７と通信可能に構成されている。
【００２０】
なお、制御装置５０は、図示では、ロボット１の基台１１０内に配置されているが、これに限定されず、例えば、基台１１０の外部やロボットアーム１０内に配置されていてもよい。また、制御装置５０には、ディスプレイ等のモニターを備える表示装置、例えばマウスやキーボード等を備える入力装置等が接続されていてもよい。
【００２１】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係るハンドについて説明する。
【００２２】
図３は、第２実施形態に係るハンドを示す部分断面図である。図４は、図３に示すハンドを図３とは異なる面について示す断面図である。図５は、図３および図４のハンドの一部の構成を示す斜視図である。図６は、図３に示すハンドが備える第１感圧センサーの断面図である。なお、図４では、図３に示す構成の一部の図示を省略している。また、図３ないし図５では、前述した一対の指部９４、９５の開閉方向Ｄ１をＸ軸方向とし、第１感圧センサー８１の検出軸Ａ１の延在方向をＺ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の双方に直交する方向をＹ軸方向とする。
【００２３】
図３に示すハンド１７は、前述したように１対の指部９４、９５を備えており、この指部９４、９５によって対象物Ｗを両側から挟み込んで把持することのできるハンドである。ハンド１７は、ベース９０と、ベース９０に対してスライド可能に支持された一対のスライダー９１、９２と、スライダー９１、９２に固定された指部９４、９５と、スライダー９１、９２をスライドさせるモーター９６、９７と、を有する駆動部１７０を備えている。
【００２４】
スライダー９１、９２は、それぞれ、スライドガイドＳＧを介してベース９０に支持され、ベース９０に対してＸ軸方向にスライド可能となっている。また、スライダー９１にはモーター９６が接続されており、モーター９６の駆動によってスライダー９１がスライドする。同様に、スライダー９２にはモーター９７が接続されており、モーター９７の駆動によってスライダー９２がスライドする。モーター９６、９７としては、特に限定されず、例えば、圧電モーターを用いることができる。このように、モーター９６、９７によってスライダー９１、９２を互いに逆方向に移動させることにより、指部９４、９５同士を接近させたり、離間させたりすることができ、指部９４、９５で対象物Ｗを把持したり、把持した対象物Ｗをリリースしたりすることができる。なお、指部９４、９５のうちのいずれか一方を移動させ、他方を固定した構成であってもよい。
【００２５】
以下、指部９４、９５について説明するが、指部９４、９５は、互いに同様の構成であるため、以下では、指部９４について代表して説明し、指部９５については、その説明を省略する。
【００２６】
図３ないし図６に示すように、指部９４は、スライダー９１上に配置されたセンサーベース９８２と、センサーベース９８２に接続されたセンサー蓋９８４と、を介してスライダー９１に固定されている。スライダー９１に対するセンサーベース９８２の固定方法は、特に限定されず、例えば、ねじ止め、接着剤による接着等が挙げられる。一方、センサーベース９８２とセンサー蓋９８４との間は、図５に示すように、センサー蓋９８４側から挿通されるねじ９８５を介して接続されている。
【００２７】
また、センサー蓋９８４を貫通するように予圧ねじ９８６が設けられている。そして、予圧ねじ９８６とセンサーベース９８２との間に第１感圧センサー８１が介挿されている。第１感圧センサー８１は、印加される外圧を検出するセンサーであり、把持部１７２と駆動部１７０とを結ぶ方向、すなわち、Ｚ軸方向に検出軸Ａ１を有している。
【００２８】
ここで、センサーベース９８２は、図４および図５に示すように、スライダー９１側に設けられたベース基部９８２２と、ベース基部９８２２から＋Ｚ側に突出しているベース突出部９８２４と、を備えている。また、センサー蓋９８４は、指部９４側に設けられた蓋基部９８４２と、蓋基部９８４２から−Ｚ側に突出している蓋突出部９８４４と、を備えている。そして、図４に示すように、ベース突出部９８２４と蓋突出部９８４４とが接している一方、ベース基部９８２２と蓋基部９８４２とが互いに離間し、隙間が形成されている。前述した第１感圧センサー８１は、ベース基部９８２２と蓋基部９８４２との間に形成されたこの隙間に設けられている。
【００２９】
また、本実施形態に係るハンド１７では、図４に示すように、ベース突出部９８２４のＹ軸方向における両側にそれぞれベース基部９８２２が設けられている。同様に、蓋突出部９８４４のＹ軸方向（第４方向）における両側、すなわち＋Ｙ側と−Ｙ側にそれぞれ蓋基部９８４２が設けられている。そして、ベース突出部９８２４のＹ軸方向における両側にそれぞれ第１感圧センサー８１が並んで設けられ、各第１感圧センサー８１に対応して予圧ねじ９８６が設けられている。各予圧ねじ９８６は、図６に示すように、蓋基部９８４２に形成された雌ねじに螺合することにより、第１感圧センサー８１をベース基部９８２２側に押圧するようにして予圧することができる。
【００３０】
以上のように、本実施形態に係る指部９４には、それに対応して２つの第１感圧センサー８１が設けられている。したがって、指部９４、９５を有するハンド１７全体では、４つの第１感圧センサー８１が設けられている。
【００３１】
指部９４は、例えば図５に示すねじ９８５により、センサー蓋９８４に固定されている。そして、指部９４は、Ｚ軸方向に延在するように構成されている。そして、指部９４のうち、−Ｚ側に位置する基端部９４２がセンサー蓋９８４に固定され、＋Ｚ側に位置する先端部９４４に向かうにつれてＸ軸方向の幅がおよびＹ軸方向の幅がそれぞれ細くなるように構成されている。
【００３２】
図７は、図５に示す第１感圧センサー８１を示す斜視図である。図８は、図７に示す第１感圧センサー８１の断面図である。図９は、図８に示す第１感圧センサー８１を示す部分拡大斜視図である。図１０は、図９に示す第１感圧センサー８１のＡ−Ａ’線断面図である。
【００３３】
図７ないし図１０に示す第１感圧センサー８１の方式は、第１感圧センサー８１に付与される外圧の位置と大きさを測定可能な方式であれば、特に限定されないが、例えば静電容量方式、電気抵抗方式等が挙げられる。以下の説明では、代表として電気抵抗方式のセンサーについて説明する。
【００３４】
図７および図８に示す第１感圧センサー８１は、機能部８６と、機能部８６を挟むように設けられた保護フィルム８７と、を備えている。
【００３５】
このうち、機能部８６は、図９ないし図１０に示すように、センサー基板８０と、センサー基板８０の上面８０ａにマトリックス状に配列している複数の個別電極８３と、感圧層８４と、共通電極８５と、がこの順で積層されてなる積層体を備えている。なお、図８および図９では、個別電極８３の図示を省略している。
【００３６】
センサー基板８０の上面８０ａは、図９に示すように、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の双方に延在する波型形状をなしており、その上面８０ａに重なるように設けられた感圧層８４および共通電極８５も、図１０に示すように、上面８０ａの形状にならった波型形状をなしている。
【００３７】
センサー基板８０の構成材料としては、例えばプラスチック、ガラス、石英等の絶縁性材料が挙げられる。
【００３８】
感圧層８４は、外圧が印加された場合に形状変化に伴って電気抵抗が低下し、それに基づいて外圧を検出可能な層である。また、感圧層８４は、弾性を有しており、外圧を受けて変形するとともに、外圧が除かれた場合には元の状態に戻る特性を有している。さらに、感圧層８４は、個別電極８３や共通電極８５よりも低いものの、導電性を有している。これにより、感圧層８４に外圧が印加されたとき、その部分に位置する個別電極８３と共通電極８５との間で電流が流れる。したがって、第１感圧センサー８１に接続した制御部５１においてその電流を検出することにより、外圧の印加を検出することができる。
【００３９】
感圧層８４の構成材料としては、例えばゴム、エラストマー、樹脂等の弾性材料に、グラファイト、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブのような導電性物質を分散させてなる複合材料が挙げられる。このような複合材料では、外圧が印加された場合に、その部分において導電性物質同士が電気的につながり、電流を流すことができる。
【００４０】
共通電極８５は、個別電極８３とともに感圧層８４を挟むように設けられている。共通電極８５には、例えば接地電位が与えられている。
【００４１】
また、第１感圧センサー８１は、前述したように複数の個別電極８３を備えている。そして、１つの個別電極８３、感圧層８４および共通電極８５により、１つのセンサー単位８００が構成される。したがって、第１感圧センサー８１には、マトリックス状に配列した複数のセンサー単位８００が含まれている。各センサー単位８００では、外圧によって感圧層８４が弾性変形することを利用して、外圧を電気抵抗の変化として検出する。そして、電気抵抗の変化を検出したセンサー単位８００の位置に基づき、外圧が印加された位置および大きさを検出することができる。また、センサー単位８００同士の間で、測定された電気抵抗の変化の差分を求め、各種演算に供することにより、外圧が印加された方向を算出することができる。この算出は、第１感圧センサー８１に接続された制御部５１により行うことができる。なお、第１感圧センサー８１のその他の構成および演算方法については、特開２０１２−１０８０２１号公報に記載された構成および演算方法を用いることができる。
【００４２】
なお、マトリックス状とは、例えばＸ軸方向およびＹ軸方向の双方において、個別電極８３が等間隔に並んでいる状態を指している。一例として、Ｘ軸方向において等間隔に並ぶ直線を引くととともに、Ｙ軸方向において等間隔に並ぶ直線を引き、直線同士の交差点に個別電極８３を配置したとき、その個別電極８３の配列をマトリックス状という。ただし、個別電極８３同士の間隔は、全て同一である必要はなく、部分的に異なっていてもよい。
【００４３】
以上のような機能部８６が一対の保護フィルム８７で挟まれている。これにより、機能部８６を保護し、第１感圧センサー８１の耐久性を高めることができる。
【００４４】
保護フィルム８７としては、例えば、ポリイミドフィルムのような樹脂フィルムが挙げられる。
【００４５】
なお、前述したような第１感圧センサー８１は、従来の力覚センサー等に比べて、厚さを薄くすることが可能である。第１感圧センサー８１の厚さは、特に限定されないが、好ましくは１．０ｍｍ以下とされ、より好ましくは０．５ｍｍ以下とされ、さらに好ましくは０．３ｍｍ以下とされる。このような薄い第１感圧センサー８１を用いることにより、ハンド１７の小型化を容易に図ることができる。
【００４６】
以上のように、本実施形態に係るハンド１７は、基体であるベース９０と、Ｘ軸方向（第１方向）を開閉方向Ｄ１とする把持部１７２と、ベース９０と把持部１７２との間に設けられ、Ｘ軸方向に交差するＹ軸方向（第２方向）に検出軸Ａ１を有し、検出軸Ａ１に直交する面内、すなわちＸＹ面内において外圧の分布を検出する第１感圧センサー８１と、有している。
【００４７】
換言すれば、第１感圧センサー８１は、Ｚ軸方向に延在する検出軸Ａ１を有しており、その検出軸Ａ１に直交する面内、すなわち感圧層８４の層内において外圧の分布、つまり、外圧が印加されている位置と大きさとを検出することが可能なセンサーである。このような第１感圧センサー８１を有するハンド１７では、把持部１７２に作用する荷重を高精度に検出することができる。具体的には、後述するように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向という異なる方向に作用する荷重を、第１感圧センサー８１において検出することができる。しかも、この第１感圧センサー８１は、指部９４とベース９０との間に介挿可能であって、省スペース化が可能なセンサーである。このため、ハンド１７の小型化を図ることができる。
【００４８】
また、第１感圧センサー８１は、指部９４とベース９０の間に介挿され、指部９４とともに開閉する。このため、把持部１７２の作動の状況によらず、把持部１７２に作用する荷重を検出することが可能である。
【００４９】
なお、本実施形態に係る第１感圧センサー８１の検出軸Ａ１の延在方向はＺ軸方向であるが、これに限定されない。つまり、把持部１７２の開閉方向Ｄ１と第１感圧センサー８１の検出軸Ａ１とは、互いに交差していればよく、その交差角度は特に限定されないが、本実施形態では直交している。そして、第１感圧センサー８１は、検出軸Ａ１に直交する面内において外圧の分布を検出可能なセンサーであれば、その構成は限定されない。
【００５０】
また、前述したロボット１は、このような第１感圧センサー８１を有するハンド１７を備えている。このようなロボット１では、把持部１７２に作用する荷重を高精度に検出することができ、かつ、ハンド１７の小型化が図られる。このため、小型でかつ作業効率に優れたロボット１を実現することができる。
【００５１】
本実施形態に係る第１感圧センサー８１は、前述したように、マトリックス状に配列されている個別電極８３を備えるセンサーである。このような第１感圧センサー８１によれば、個別電極８３が配置されている上面８０ａの面内、すなわち検出軸Ａ１に直交する面内において外圧が印加されている位置および大きさを求めることが可能になる。
【００５２】
また、第１感圧センサー８１の検出方式によっては、個別電極８３の配列パターンは、マトリックス状以外のパターン、例えば格子状のパターンであってもよい。
【００５３】
さらに、センサー基板８０の上面８０ａおよび感圧層８４に設けられている波型形状は、好ましくは周期性を有している。この周期は、例えば前述した予圧ねじ９８６の下面、すなわち予圧ねじ９８６の第１感圧センサー８１に当接する面の大きさの２倍未満に設定されるのが好ましい。これにより、予圧ねじ９８６を介して第１感圧センサー８１に印加される外圧の位置と大きさを検出することが可能になる。また、より好ましくは、前述した波型形状の周期は、より好ましくは１倍未満に設定される。これにより、より高い精度で外圧を検出することができる。
【００５４】
以上のような第１感圧センサー８１では、予圧ねじ９８６により、あらかじめ所定の圧力を付与しておく。これにより、第１感圧センサー８１を検出軸Ａ１に沿って圧縮する方向、すなわち−Ｚ方向に外圧が印加された場合だけでなく、それとは反対の方向、すなわち＋Ｚ方向に外圧が印加された場合にも、外圧の変化を検出することができる。そして、第１感圧センサー８１を検出軸Ａ１に沿って引っ張る方向に荷重が印加された場合には、予圧ねじ９８６による予圧が解放されるため、それに基づいてその方向における外圧の変化も検出することができる。
【００５５】
換言すれば、本実施形態に係る第１感圧センサー８１は、個別電極８３と感圧層８４とを備え、感圧層８４は、予圧が与えられた状態にあり、印加される外圧の増減を検出するセンサーであってもよい。このような第１感圧センサー８１を用いることにより、感圧層８４を検出軸Ａ１に沿って圧縮する方向に印加される外圧であっても、その反対に検出軸Ａ１に沿って引っ張る方向に印加される外圧であっても、双方を検出可能な第１感圧センサー８１を実現することができる。その結果、第１感圧センサー８１において検出可能な外圧の方向が増えることになり、より高精度な外圧の検出が可能になる。
【００５６】
図１１ないし図１４は、それぞれ図９および図１０に示す第１感圧センサーが外圧を検出する原理を説明するための断面図である。
【００５７】
図１１に示すように、指部９４に対して例えば＋Ｘ側に押す荷重、すなわち図１１に矢印Ｘ１で示す荷重を付与した場合、第１感圧センサー８１には、指部９４の角部９４１を支点として矢印Ｍ１で示すような回転力に基づいた外圧が印加される。この場合、第１感圧センサー８１では、予圧ねじ９８６で予圧されている部分の近傍でＸ軸方向に並ぶ少なくとも２つのセンサー単位８００において、−Ｘ側に位置するセンサー単位８００と、＋Ｘ側に位置するセンサー単位８００との間で、検出される外圧の大きさに差が生じる。具体的には、−Ｘ側に位置するセンサー単位８００で検出される外圧よりも、＋Ｘ側に位置するセンサー単位８００で検出される外圧の方が大きい領域が存在する。したがって、そのように外圧の大きさの差が生じている方向に基づいて、矢印Ｘ１で示す荷重の向きを検出することができる。また、検出される外圧の大きさに基づいて、矢印Ｘ１の荷重の大きさを検出することができる。
【００５８】
なお、矢印Ｘ１で示すような荷重としては、例えばハンド１７において対象物を把持した際に指部９４が受ける反力等が挙げられる。したがって、かかる反力を検出することができれば、対象物の把持の有無、対象物の材質、ハンド１７で把持されている対象物に付与された張力（テンション）等を検出することができる。
【００５９】
図１２に示すように、指部９４に対して例えば−Ｘ側に引っ張る荷重、すなわち図１２に矢印Ｘ２で示す荷重を付与した場合、第１感圧センサー８１には、指部９４の角部９４３を支点として矢印Ｍ２で示すような回転力に基づいた外圧が印加される。この場合、第１感圧センサー８１では、予圧ねじ９８６で予圧されている部分の近傍でＸ軸方向に並ぶ少なくとも２つのセンサー単位８００において、＋Ｘ側に位置するセンサー単位８００と、−Ｘ側に位置するセンサー単位８００との間で、検出される外圧の大きさに差が生じる。具体的には、第１感圧センサー８１では、＋Ｘ側に位置するセンサー単位８００で検出される外圧よりも、−Ｘ側に位置するセンサー単位８００で検出される外圧の方が大きい領域が存在する。したがって、そのように外圧の大きさの差が生じている方向に基づいて、矢印Ｘ２で示す荷重の向きを検出することができる。また、検出される外圧の大きさに基づいて、矢印Ｘ２の荷重の大きさを検出することができる。
【００６０】
なお、矢印Ｘ２で示すような荷重としては、例えばハンド１７の指部９４により対象物を＋Ｘ側に押す際に指部９４が受ける反力等が挙げられる。
【００６１】
図１３に示すように、指部９４に対して例えば−Ｚ側に押す荷重、すなわち、図１３に矢印Ｚ１で示す荷重を付与した場合、第１感圧センサー８１には、指部９４には矢印Ｔ１で示すような並進力に基づいた外圧が印加される。この場合、第１感圧センサー８１では、予圧ねじ９８６で予圧されている部分の近傍でＸ軸方向に並ぶ少なくとも２つのセンサー単位８００において、−Ｘ側に位置するセンサー単位８００と、＋Ｘ側に位置するセンサー単位８００との間で、検出される外圧の大きさにほとんど差が生じない。具体的には、−Ｘ側に位置するセンサー単位８００で検出される外圧と、＋Ｘ側に位置するセンサー単位８００で検出される外圧とが、ほぼ等しい領域が存在する。したがって、そのように外圧の大きさの差がほとんどない場合には、Ｚ軸方向の荷重を受けたことを検出することができる。そして、検出された外圧の大きさと、予圧ねじ９８６による予圧の大きさと、に基づいて、荷重の向きが＋Ｚ方向と−Ｚ方向のいずれであるかを検出するとともに、荷重の大きさを検出することができる。
【００６２】
なお、矢印Ｚ１で示すような荷重としては、例えばハンド１７を対象物に接触させるように作動させる際に指部９４が対象物から受ける反力等が挙げられる。特にロボット１では、指部９４を対象物等に直接接触させることにより、ロボット１が有する空間座標系のリセット、すなわちゼロ点補正を行うことがある。このような場合に、指部９４を対象物等に直接接触させることができ、かつ、わずかな接触を行い得るようにハンド１７を駆動させることができれば、ゼロ点補正の精度を高め、空間座標系の精度を高めることができる。本実施形態によれば、第１感圧センサー８１の検出精度が高いことから、指部９４が対象物等にわずかに触れたことを検出することができる。その結果、空間座標系の信頼性を高め、ロボット１の作業効率、作業精度の向上を図ることができる。
【００６３】
一方、矢印Ｚ１で示す荷重とは反対向きの荷重の例としては、ハンド１７で対象物を把持したとき、その対象物の重力が挙げられる。この場合、検出された重力から、対象物の重量を算出することが可能である。
【００６４】
図１４に示すように、指部９４には、それに対応して２つの第１感圧センサー８１が設けられている。これら２つの第１感圧センサー８１は、図１４に示すように、Ｙ軸方向に並んでいる。指部９４に対して例えば＋Ｙ側に押す荷重、すなわち、図１４に矢印Ｙ１で示す荷重を付与した場合、２つの第１感圧センサー８１には、それぞれ、矢印Ｍ３で示すような回転力に基づいた外圧が印加される。この場合、２つの第１感圧センサー８１では、＋Ｙ側に位置する第１感圧センサー８１と、−Ｙ側に位置する第１感圧センサー８１との間で、検出される外圧の大きさに差が生じる。具体的には、−Ｙ側に位置する第１感圧センサー８１で検出される外圧よりも、＋Ｙ側に位置する第１感圧センサー８１で検出される外圧の方が大きくなる。したがって、そのように外圧の大きさの差が生じている方向に基づいて、矢印Ｙ１で示す荷重の向きを検出することができる。また、検出される外圧の最大値またはその他の値に基づいて、矢印Ｙ１の荷重の大きさを検出することができる。
【００６５】
なお、矢印Ｍ３で示すような荷重としては、例えばハンド１７で把持されている対象物に付与された張力等が挙げられる。
【００６６】
また、本実施形態では、指部９４に対応して２つの第１感圧センサー８１を設けているが、この第１感圧センサー８１は１つであってもよい。つまり、指部９４、９５に対応して１つずつの第１感圧センサー８１を設けるようにしてもよい。この場合でも、Ｙ軸方向における荷重の向きと大きさを検出することができる。
【００６７】
なお、本実施形態に係る把持部１７２は、前述したように、Ｘ軸方向（第１方向）およびＺ軸方向（第２方向）の双方と異なるＹ軸方向（第４方向）に並ぶ複数の第１感圧センサー８１を有している。Ｙ軸方向に並ぶ第１感圧センサー８１の数は、特に限定されないが、本実施形態では２つである。このように２つの第１感圧センサー８１を設けることにより、各第１感圧センサー８１において検出した荷重の位置および大きさの検出精度をより高めることができる。
【００６８】
具体的には、Ｙ軸方向に２つの第１感圧センサー８１を並べて設けることにより、複数の第１感圧センサー８１で構成されたセンサー群を、１つのセンサーとしてみなすことが可能になる。そうすると、複数の第１感圧センサー８１では、全体として、微小な荷重であっても、より大きな電流として検出することが可能になる。換言すれば、１つの第１感圧センサー８１の面積を拡大したのと同じ効果が得られる。このため、１つの第１感圧センサー８１のみで検出する場合に比べて、検出結果のＳ／Ｎ比を向上させることができ、より検出精度の高いハンド１７を実現することができる。
【００６９】
なお、Ｙ軸方向に並ぶ第１感圧センサー８１の数は、特に限定されず、３つ以上であってもよい。
【００７０】
また、複数の第１感圧センサー８１が並ぶ方向、すなわち第４方向は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の双方とは異なる方向であれば、本実施形態のＹ軸方向に限定されず、それ以外の方向であってもよい。
【００７１】
さらに、ハンド１７が有する把持部１７２の構成は、前述したような指部９４と指部９５とが互いに接近、離間する構成に限定されず、例えば関節を持つ指部同士が、関節での回転によって互いに接近、離間する構成であってもよい。この場合、指部の先端は、関節を中心とする円弧を描くことになる。したがって、この場合、把持部の開閉方向は、一方の指部の先端が描く円弧および他方の指部の先端が描く円弧の双方に共通して接する接線が延在する方向となる。よって、このような把持部を備えたハンドにおいては、この接線の延在方向（第１方向）に交差する第２方向に検出軸Ａ１を有するように、第１感圧センサー８１を配置すればよい。
【００７２】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係るハンドについて説明する。
【００７３】
図１５は、第３実施形態に係るハンドを示す断面図である。以下、第３実施形態について説明するが、以下の説明では、前記実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。
【００７４】
本実施形態は、ハンド１７が第２感圧センサー８２を有している以外、第２実施形態と同様である。
【００７５】
すなわち、図１５に示すハンド１７は、前述したように、Ｘ軸方向（第１方向）とは異なるＺ軸方向（第３方向）に延在する指部９４、９５を備えている。そして、指部９４の先端部９４４および指部９５の先端部９５４にそれぞれ設けられた第２感圧センサー８２をさらに有している。具体的には、指部９４の先端部９４４は、Ｚ軸方向に延在している。また、先端部９４４は、Ｘ軸方向にほぼ直交する先端面９４４ａを有している。この先端面９４４ａに第２感圧センサー８２が配置されている。同様に、先端部９５４も、Ｚ軸方向に延在している。そして、先端部９５４も、Ｘ軸方向にほぼ直交する先端面９５４ａを有している。この先端面９５４ａにも第２感圧センサー８２が配置されている。
【００７６】
このような本実施形態によれば、第２感圧センサー８２を対象物Ｗに対して直接接触させることができる。そして、第１感圧センサー８１による検出結果のみならず、第２感圧センサー８２による検出結果も併せて、指部９４に作用する荷重に基づく外圧を検出することができる。これにより、例えば第２感圧センサー８２の検出結果を利用して、第１感圧センサー８１の検出結果を補正したり、第１感圧センサー８１および第２感圧センサー８２の双方の健全性を互いに評価したりすることができる。すなわち、第１感圧センサー８１の検出結果が意図しない結果であった場合、それが真の値であるとみなすことができるのか、または、何らかの原因で真の値から外れているのかを、例えばハンド１７が備える図示しない演算装置において評価することができる。その結果、真の値であるとみなせる場合には、第１感圧センサー８１の検出結果または第２感圧センサー８２の検出結果を採用して別の作業を行うようにすればよい。また、真の値であるとみなせない場合には、エラーまたは注意を報知することにより、修理等の作業を迅速に開始することができる。
【００７７】
第２感圧センサー８２の検出方式としては、例えば静電容量方式、電気抵抗方式等が挙げられる。
【００７８】
また、第１感圧センサー８１は、検出軸Ａ１に直交する面内において外圧の分布を検出することができるが、第２感圧センサー８２も、この外圧の分布を検出することができるものが好ましい。これにより、第２感圧センサー８２においても、印加されている外圧の位置と大きさを検出することができるので、第１感圧センサー８１の検出結果も併せて考慮することにより、ハンド１７に作用する荷重の検出をさらに高精度に行うことができる。
以上のような第３実施形態においても、第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００７９】
以上、本発明のハンドおよびロボットを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、前記実施形態には、他の任意の構成物が付加されていてもよい。さらに、２つの前記実施形態を組み合わせるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１…ロボット、１０…ロボットアーム、１１…アーム、１２…アーム、１３…アーム、１４…アーム、１５…アーム、１６…アーム、１７…ハンド、５０…制御装置、５１…制御部、５２…記憶部、５３…Ｉ／Ｆ、８０…センサー基板、８０ａ…上面、８１…第１感圧センサー、８２…第２感圧センサー、８３…個別電極、８４…感圧層、８５…共通電極、８６…機能部、８７…保護フィルム、９０…ベース、９１…スライダー、９２…スライダー、９４…指部、９５…指部、９６…モーター、９７…モーター、１１０…基台、１３０…駆動部、１３１…角度センサー、１７０…駆動部、１７１…本体、１７２…把持部、８００…センサー単位、９４１…角部、９４２…基端部、９４３…角部、９４４…先端部、９４４ａ…先端面、９５４…先端部、９５４ａ…先端面、９８２…センサーベース、９８４…センサー蓋、９８５…ねじ、９８６…予圧ねじ、９８２２…ベース基部、９８２４…ベース突出部、９８４２…蓋基部、９８４４…蓋突出部、Ａ１…検出軸、Ｄ１…開閉方向、Ｍ１…矢印、Ｍ２…矢印、Ｍ３…矢印、ＳＧ…スライドガイド、Ｔ１…矢印、Ｗ…対象物、Ｘ１…矢印、Ｘ２…矢印、Ｙ１…矢印、Ｚ１…矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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