(57)【要約】【課題】耐久性が高く、かつ吸着部ごとにその吸着状態を検出可能なハンド、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】シャフトと、前記シャフトの先端に設けられた吸着部と、前記シャフトの基端に設けられ、前記シャフトよりも外径が大きい落下防止部と、前記吸着部と前記落下防止部との間に設けられた感圧センサーと、を有することを特徴とするハンド。また、前記感圧センサーと前記吸着部との間に弾性体が設けられ、前記感圧センサーは、前記弾性体に装着されていることが好ましい。さらに、前記弾性体は、コイルばねであることが好ましい。【選択図】図４
2020131380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
前記シャフトの先端に設けられた吸着部と、
前記シャフトの基端に設けられ、前記シャフトよりも外径が大きい落下防止部と、
前記吸着部と前記落下防止部との間に設けられた感圧センサーと、
を有することを特徴とするハンド。
【請求項２】
前記感圧センサーと前記吸着部との間に弾性体が設けられ、
前記感圧センサーは、前記弾性体に装着されている請求項１に記載のハンド。
【請求項３】
前記弾性体は、コイルばねである請求項２に記載のハンド。
【請求項４】
前記吸着部と前記落下防止部との間に設けられているガイドをさらに有し、
前記感圧センサーは、前記ガイドと前記落下防止部との間に設けられている請求項１に記載のハンド。
【請求項５】
前記感圧センサーは、印加される外圧により信号を出力するセンシング部と、前記シャフトが挿通されている貫通孔を備えるワッシャーと、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】
前記ワッシャーは、前記センシング部を挟んで設けられている第１ワッシャーおよび第２ワッシャーを有し、
前記第１ワッシャーと前記第２ワッシャーとの間で、前記センシング部に予圧を付与する請求項５に記載のハンド。
【請求項７】
前記センシング部は、樹脂と導電性ファイバーとを含有する感圧層と、前記感圧層を挟んで設けられる第１電極および第２電極と、を備え、
前記第１電極がマトリックス状に配置されている請求項５または６に記載のハンド。
【請求項８】
前記シャフトは、前記吸着部に接続されている配管である請求項１ないし７のいずれか１項に記載のハンド。
【請求項９】
請求項１ないし８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、基部と、柔軟な蛇腹機構と、蛇腹機構の先端に設けられ、部品を吸着可能な吸着式パッドと、を有するロボットハンドが開示されている。このようなロボットハンドでは、吸着式パッドと部品との接触を検出するためのセンサーを設けることが開示され、センサーの例として吸着確認センサー、リミットスイッチ、近接スイッチ、オートスイッチが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
吸着式パッドは、例えば吸盤状をなしており、部品の表面に押し付けられることによって部品を吸着することができる。このため、吸着式パッドで部品を吸着する際には、吸着式パッドを大きな荷重で部品に押し付ける必要があり、ロボットハンドに設けられたセンサー類には繰り返し負荷がかかることになる。その結果、センサー類の耐久性が低下することが懸念される。
【０００６】
また、これとは別に、ロボットハンドに力覚センサーを装着し、ロボットハンドに加わる外力の変化に基づいて、吸着式パッドと部品との接触を検出することも可能である。しかしながら、力覚センサーは体積が大きいことから、吸着パッドの近くに配置することができない。したがって、１つのロボットハンドに複数の吸着パッドを装着した場合、各吸着パッドと部品との接触を個別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、シャフトと、
前記シャフトの先端に設けられた吸着部と、
前記シャフトの基端に設けられ、前記シャフトよりも外径が大きい落下防止部と、
前記吸着部と前記落下防止部との間に設けられた感圧センサーと、
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】図１に示すハンドの分解斜視図である。
【図４】図１に示すハンドの断面図である。
【図５】図４に示すハンドがワークを吸着している状態を示す断面図である。
【図６】図３に示すハンドが備える感圧センサーの分解斜視図である。
【図７】図６に示す感圧センサーを組み立てた状態をその断面とともに示す斜視図である。
【図８】図６に示す感圧センサーの変形例を示す斜視図である。
【図９】図６に示すセンシング部の断面図である。
【図１０】図９に示すセンシング部を示す部分拡大斜視図である。
【図１１】図１０に示すセンシング部のＡ−Ａ’線断面図である。
【図１２】図４に示すハンドの変形例を示す断面図である。
【図１３】第２実施形態に係るハンドの分解斜視図である。
【図１４】図１３に示すハンドの断面図である。
【図１５】図１４に示すハンドがワークを吸着している状態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】
＜ロボット＞
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。図３は、図１に示すハンド１７の分解斜視図である。
【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。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。
【００１４】
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。
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。
【００１６】
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、ハンド１７が備える感圧センサー８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によるワークＷの吸着の有無や吸着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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
このようなロボット１のアーム１６の先端面には、連結部材１６５を介して２つのハンド１７が装着されている。なお、ロボット１が有するハンド１７の数は、特に限定されず、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。
【００２０】
図４は、図１に示すハンド１７の断面図である。図５は、図４に示すハンド１７がワークＷを吸着している状態を示す断面図である。なお、本明細書では、ハンド１７のうち、ワークＷを吸着したときのワークＷ側、すなわち図４および図５の下側を「先端」といい、その反対側、すなわち図４および図５の上側を「基端」という。
【００２１】
図３ないし図５に示すハンド１７は、ワークＷを吸着して保持する吸着ハンドである。このハンド１７は、図３および図４に示すように、アーム１６の先端面に装着されているガイドハウジング１７２と、ガイドハウジング１７２を貫通するリニアシャフト１７４と、リニアシャフト１７４の基端に設けられた落下防止部１７６と、リニアシャフト１７４の先端に設けられた吸着パッド１７８と、ガイドハウジング１７２と吸着パッド１７８との間に設けられたバッファースプリング１７９と、を備えている。
【００２２】
リニアシャフト１７４は、例えば剛性を有する直線状の管体で構成されている。リニアシャフト１７４の基端は、落下防止部１７６を介して排気用配管１７７と接続されている。これにより、リニアシャフト１７４の内部を減圧し、図１に示すようにして吸着パッド１７８によるワークＷの吸着が可能になる。すなわち、リニアシャフト１７４（シャフト）は、吸着パッド１７８（吸着部）に接続されている配管として機能する。これにより、別の配管を設ける必要がないため、ハンド１７の小型化を図るとともに、ハンド１７の取り回し性を高めることができる。
【００２３】
また、ハンド１７は、図１に示すように、排気用配管１７７に設けられた真空バルブ１７７ａを備えている。真空バルブ１７７ａは、例えば電磁バルブで構成され、制御装置５０と電気的に接続されている。これにより、制御装置５０において真空バルブ１７７ａの開閉を操作することができる。
【００２４】
ガイドハウジング１７２は、前述した連結部材１６５を介してアーム１６の先端面に装着され、ハンド１７全体をアーム１６に固定する部位である。ガイドハウジング１７２には、貫通孔１７２２が形成され、そこにリニアシャフト１７４が挿通されている。リニアシャフト１７４とガイドハウジング１７２とは、互いに摺動可能になっている。このため、リニアシャフト１７４の延在方向に沿って、リニアシャフト１７４をガイドとして用いつつ、ガイドハウジング１７２を移動させることができる。
【００２５】
落下防止部１７６は、リニアシャフト１７４の基端に固定され、その外径がリニアシャフト１７４よりも大きくなるように設定されている部分を備えている。これにより、落下防止部１７６は、ガイドハウジング１７２やバッファースプリング１７９がリニアシャフト１７４から抜け落ちるのを防止するストッパーとして機能する。また、落下防止部１７６は、図示しないものの、排気用配管１７７を接続するための継手と接続可能になっている。このため、落下防止部１７６は、リニアシャフト１７４と排気用配管１７７とを接続するための中継部材としても機能する。
【００２６】
吸着パッド１７８は、リニアシャフト１７４の先端に固定され、例えば内径の異なる２段の孔を有する筒状をなしている。吸着パッド１７８の基端側には、リニアシャフト１７４を挿通するための貫通孔１７８２が形成されている。そして、リニアシャフト１７４を介して吸着パッド１７８の内部を排気し、減圧するように構成されている。
【００２７】
また、吸着パッド１７８は、柔軟性を有しており、保持しようとするワークＷに押し当てられたとき、吸着パッド１７８の先端側がワークＷの表面の形状にならって変形しつつ密着する。このため、このタイミングで吸着パッド１７８内を減圧すると、気圧差によって吸着パッド１７８にワークＷを吸着することができる。この状態でハンド１７を移動させると、ワークＷを持ち上げて搬送することができる。
【００２８】
バッファースプリング１７９は、その中心部にリニアシャフト１７４が挿通されるコイルばねである。バッファースプリング１７９は、吸着パッド１７８とガイドハウジング１７２との間に設けられ、ハンド１７をワークＷに押し当てる際に発生する衝撃を緩和する。
【００２９】
図４は、吸着パッド１７８が何も吸着していない状態を示しているが、この状態では、バッファースプリング１７９は、自然状態か、またはそれよりも多少収縮した状態とされる。バッファースプリング１７９の基端は、感圧センサー８に当接し、先端は、吸着パッド１７８に当接している。
【００３０】
この状態から、吸着パッド１７８によってワークＷを吸着するとき、吸着パッド１７８をワークＷに対して十分な荷重で押し当てる必要がある。このため、ロボットアーム１０に装着されているガイドハウジング１７２は、ワークＷに向かって接近する方向へ移動し、それに伴って吸着パッド１７８もワークＷに向かって移動する。そして、吸着パッド１７８がワークＷに接触すると、吸着パッド１７８はそれ以上移動することはできないが、吸着パッド１７８を十分な荷重で押し当てる必要があることから、ガイドハウジング１７２は引き続きワークＷ側に向かって移動しようとする。このため、吸着パッド１７８とガイドハウジング１７２との距離が縮まり、それに伴って図５に示すように、バッファースプリング１７９も収縮する。このとき、バッファースプリング１７９により、ワークＷやガイドハウジング１７２に瞬間的に加わる衝撃を緩和することができる。これにより、ワークＷやハンド１７を衝撃から保護することができる。
【００３１】
なお、バッファースプリング１７９は、弾性を有するその他の弾性体で代替することができる。弾性体の例としては、ゴム、板ばね、磁気ばね等が挙げられる。
【００３２】
また、本実施形態に係るハンド１７は、バッファースプリング１７９の基端に装着された感圧センサー８を備えている。感圧センサー８は、印加される外圧の大きさを測定可能なセンサーである。そして、感圧センサー８は、図示しない配線を介して制御装置５０と電気的に接続されており、感圧センサー８の検出信号は制御装置５０に入力される。
【００３３】
感圧センサー８をバッファースプリング１７９に装着することにより、バッファースプリング１７９に加わる荷重を検出することができる。これにより、ハンド１７がワークＷを吸着しているか否かを容易に検出することができる。
【００３４】
特に、図１に示すロボット１は、複数のハンド１７を有している。この場合でも、感圧センサー８は小型化が容易であることから、ハンド１７ごとに感圧センサー８を装着し、吸着状態を検出することが可能である。このため、各ハンド１７の吸着状態に応じて、各ハンド１７をより正確に制御することができる。
【００３５】
また、それに加え、バッファースプリング１７９が健全に作動しているか否か、リニアシャフト１７４に対してガイドハウジング１７２が円滑に摺動しているか否か、吸着パッド１７８の柔軟性が保たれているか否か等を検知することができる。すなわち、これらの部位が正常なときに感圧センサー８に印加される外圧の大きさと比較して外圧の変化が認められたとき、いずれかの部位に異常が発生していることを、感圧センサー８の検出結果に基づいて検知することができる。具体的には、図５に示すようにバッファースプリング１７９が収縮したとき、バッファースプリング１７９が伸長するのに伴って、バッファースプリング１７９のばね係数に基づく荷重が感圧センサー８に印加されることとなる。したがって、このときに検出される荷重があらかじめ設定された所定の範囲内であれば、バッファースプリング１７９が正常であるとみなすことができる。その結果、ハンド１７に生じる不具合を早期に検知して、制御装置５０によりハンド１７の作動を停止させるといった予防措置を講じることができる。
【００３６】
また、外圧の大きさの履歴を記録し、それを評価することにより、これらの部位の経時劣化を検知することもできる。なお、経時劣化の例としては、例えば、バッファースプリング１７９の弾力性の低下、ガイドハウジング１７２の摺動部のグリース不足、吸着パッド１７８の摩耗等が挙げられる。
【００３７】
なお、感圧センサー８は、印加される外圧の大きさを検出することができるセンサーであるため、荷重の付与に対する耐久性に優れている。このため、ハンド１７に直接装着されたとしても、長期にわたって荷重の検出を行うことができる。
【００３８】
図６は、図３に示すハンド１７が備える感圧センサー８の分解斜視図である。図７は、図６に示す感圧センサー８を組み立てた状態をその断面とともに示す斜視図である。図８は、図６に示す感圧センサー８の変形例を示す斜視図である。
【００３９】
図６に示す感圧センサー８は、センサーベース８１０（第１ワッシャー）、センシング部８２と、スペーサー８３０と、センサー蓋８４０（第２ワッシャー）と、を備えており、これらがこの順で積層されてなる積層体で構成されている。
【００４０】
このうち、センサーベース８１０は、例えば金属材料、樹脂材料、ゴム材料等で構成されるワッシャーである。したがって、センサーベース８１０は、例えば円環状をなす板体である。そして、センサーベース８１０の内部にはリニアシャフト１７４が挿通されるようになっている。
【００４１】
また、センシング部８２は、後述するフィルム状をなしており、円環状をなす円環部８２２と、円環部８２２から一方に延在する引き出し部８２４と、を備えている。そして、円環部８２２の内部はリニアシャフト１７４が挿通されるようになっている。
【００４２】
さらに、スペーサー８３０は、例えば金属材料、樹脂材料、ゴム材料等で構成される板体である。スペーサー８３０は、例えば円環状をなしており、その内部にはリニアシャフト１７４が挿通されるようになっている。スペーサー８３０は、センサーベース８１０とセンサー蓋８４０との距離を調整する目的で用いられる。したがって、複数枚のスペーサー８３０を重ねて用いるようにしてもよく、スペーサー８３０の使用を省略してもよい。
【００４３】
また、センサー蓋８４０は、例えば金属材料、樹脂材料、ゴム材料等で構成されるワッシャーである。したがって、センサー蓋８４０は、例えば円環状をなす板体である。そして、センサー蓋８４０の内部にはリニアシャフト１７４が挿通されるようになっている。
【００４４】
以上のようなセンサーベース８１０、センシング部８２、スペーサー８３０およびセンサー蓋８４０を積層すると、図７に示すように、センシング部８２をセンサーベース８１０およびセンサー蓋８４０で取り囲む状態となる。これにより、センシング部８２を大きな荷重や衝撃またはリニアシャフト１７４との摩擦等から保護することができる。
【００４５】
図６および図７に示すセンサーベース８１０は、センシング部８２側の面のうち、内縁部が突出してなる突起部８１２を備えている。突起部８１２は、センサーベース８１０の内縁部に沿って環状に設けられている。そして、センサーベース８１０に対してセンシング部８２およびスペーサー８３０を積層したとき、センシング部８２の内部に突起部８１２が挿入される。これにより、感圧センサー８の内側の面においてセンシング部８２が露出しなくなるため、リニアシャフト１７４との摩擦等からセンシング部８２を保護することができる。
【００４６】
また、図６および図７に示すセンサー蓋８４０も、スペーサー８３０側の面のうち、外縁部が突出してなる突出部８４２を備えている。突出部８４２は、センサー蓋８４０の外縁部の一部に沿って設けられている。そして、センサーベース８１０に対してセンサー蓋８４０を積層したとき、突出部８４２がセンサーベース８１０に接するように構成されている。これにより、感圧センサー８の外側の面においてセンシング部８２が露出しなくなるため、例えば異物との接触等からセンシング部８２を保護することができる。
【００４７】
このような感圧センサー８は、例えば、接着剤による接着の他、溶着、ねじ締め等の方法でバッファースプリング１７９に対して装着される。
【００４８】
また、図８に示す感圧センサー８では、センサーベース８１０が、センシング部８２とは反対側の面のうち、内縁部が突出してなる突出部８１４を備えている。突出部８１４は、センサーベース８１０の内縁部に沿って環状に設けられている。バッファースプリング１７９に対してこのような突出部８１４を備える感圧センサー８を装着したとき、突出部８１４がバッファースプリング１７９の内部に挿入された状態で装着されることとなる。すなわち、センサーベース８１０がバッファースプリング１７９を同心状に支持するための台座として機能する。このため、感圧センサー８とバッファースプリング１７９との組み込み性が良好になり、バッファースプリング１７９の円滑な伸縮が可能になる。その結果、衝撃吸収性および感圧センサー８における荷重の検出感度に優れたハンド１７を実現することができる。また、バッファースプリング１７９とリニアシャフト１７４との接触を抑制しやすくなるため、バッファースプリング１７９の長寿命化を図ることもできる。
【００４９】
さらに、感圧センサー８をバッファースプリング１７９に装着することにより、感圧センサー８の配置場所を用意する必要がなくなることから、ハンド１７の小型化を図ることができる。
【００５０】
ハンド１７が備える感圧センサー８は、印加される外圧の大きさを検出可能な方式であれば、いかなる方式のセンサーであってもよい。具体的には静電容量方式、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。
【００５１】
図９は、図６に示すセンシング部８２の断面図である。図１０は、図９に示すセンシング部８２を示す部分拡大斜視図である。図１１は、図１０に示すセンシング部８２のＡ−Ａ’線断面図である。なお、図９ないし図１１では、センシング部８２の厚さ方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向と直交する平面内において互いに直交する２つの方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とする。また、図１１では、断面を表す斜線の図示を省略している。
【００５２】
図９は、センシング部８２の断面、特に円環部８２２の断面を示している。図９に示すセンシング部８２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。
【００５３】
このうち、機能部８６は、図１１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９および図１０では、個別電極８３の図示を省略している。
【００５４】
センサー基板８０の上面８０ａは、図１０および図１１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、上面８０ａの形状にならった波型形状をなしている。
【００５５】
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。
【００５６】
感圧層８４は、外圧が印加された場合、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、感圧センサー８に接続した制御装置５０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。
【００５７】
感圧層８４の構成材料としては、例えばゴム、エラストマー等の樹脂に、グラファイトのような粒子状物質の他、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ファイバー状物質等の各種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。
【００５８】
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。
【００５９】
また、感圧センサー８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、感圧センサー８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、つまり電流量の変化として検出する。そして、電流量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を検出することができる。また、各センサー単位８００からの電流量という信号を制御装置５０に出力し、センサー単位８００同士の間で、測定された電流量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と大きさとを算出することができる。なお、感圧センサー８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。
【００６０】
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。
【００６１】
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、感圧センサー８の耐久性を高めることができる。
【００６２】
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。
【００６３】
なお、前述した導電性物質は、導電性ファイバーであるのが好ましい。すなわち、センシング部８２は、樹脂と導電性ファイバーとを含有する感圧層８４と、感圧層８４を挟んで設けられる個別電極８３（第１電極）および共通電極８５（第２電極）と、を備えている。そして、この場合に、個別電極８３がマトリックス状に配列されているのが好ましい。これらの技術を組み合わせることにより、外圧が印加されている分布をより正確に検出することが可能になる。このため、感圧センサー８に対する外力の加わり方が偏っているという情報まで取得することができる。その結果、例えば異物の挟まりや偏摩耗といった意図しない不具合の発生も検知することが可能になる。
【００６４】
また、上述したような感圧センサー８は、その厚さを薄くすることが可能である。特にセンシング部８２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。このような薄いセンシング部８２を備えた感圧センサー８を用いることにより、ハンド１７の小型化を図りつつ、ハンド１７に生じる不具合を早期に検知するという効果を得ることができる。
【００６５】
さらに、図４では、バッファースプリング１７９の基端に感圧センサー８が装着されているが、感圧センサー８の装着位置はこれに限定されない。
【００６６】
図１２は、図４に示すハンド１７の変形例を示す断面図である。
図１２に示す感圧センサー８は、バッファースプリング１７９の先端に装着されている。すなわち、図１２に示す感圧センサー８は、吸着パッド１７８とバッファースプリング１７９との間に装着されている。このような図１２に示すハンド１７であっても、前述した図４に示すハンド１７と同様の効果を奏する。
【００６７】
また、本明細書における「吸着」とは、前述したような負圧による吸着の他、磁力による吸着等も含む概念である。後者の場合、吸着パッド１７８に代えて電磁石等を用いることができる。
【００６８】
以上のように、本実施形態に係るハンド１７は、リニアシャフト１７４（シャフト）と、リニアシャフト１７４の先端に設けられた吸着パッド１７８（吸着部）と、リニアシャフト１７４の基端に設けられ、リニアシャフト１７４よりも外径が大きい落下防止部１７６と、吸着パッド１７８と落下防止部１７６との間に設けられた感圧センサー８と、を有する。
【００６９】
このようなハンド１７によれば、バッファースプリング１７９に加わる荷重を検出することができる。これにより、ハンド１７の耐久性を高めつつ、ハンド１７が複数設けられている場合でも、ハンド１７ごとにその吸着状態、すなわちワークＷを吸着しているか否かを検出することができる。
【００７０】
また、ロボット１は、以上のようなハンド１７を備えている。このハンド１７は、前述したように特に感圧センサー８の耐久性に優れることから、ワークＷの吸着等の作業を繰り返し行う場合でも、長期にわたって作動することが可能になる。さらに、ハンド１７は、感圧センサー８が組み込まれているため、小型であるにもかかわらず、吸着状態を検出可能である。したがって、ハンド１７の取り回し性が良好で、吸着状態を踏まえた的確な制御が可能なロボット１を実現することができる。
【００７１】
また、本実施形態に係るハンド１７は、図３に示すように、感圧センサー８と吸着パッド１７８（吸着部）との間に設けられたバッファースプリング１７９（弾性体）を有している。そして、感圧センサー８は、このバッファースプリング１７９に装着されている。
【００７２】
これにより、感圧センサー８では、バッファースプリング１７９の伸縮に伴う荷重の変化を直接検出することができる。その結果、精度の高い荷重の検出が可能になる。
【００７３】
さらに、バッファースプリング１７９は、いわゆるコイルばねで構成されている。コイルばねは、その内側に空間が存在していることから、リニアシャフト１７４の挿通に適している。このため、リニアシャフト１７４の周囲にバッファースプリング１７９を配することで、バッファー機能を確保しつつ、ハンド１７の小型化を図ることができる。
【００７４】
また、感圧センサー８は、特に限定されないが、本実施形態では前述したように、印加される外圧により信号を出力するセンシング部８２と、リニアシャフト１７４が挿通される貫通孔８９を備える第１ワッシャーであるセンサーベース８１０と、を有している。
【００７５】
このような構成であれば、センサーベース８１０によりセンシング部８２を保護することができる。すなわち、感圧センサー８に大きな荷重や衝撃またはリニアシャフト１７４との摩擦等が生じた場合でも、それらがセンシング部８２に影響を及ぼすのを抑制し、センシング部８２を損傷等から保護することができる。その結果、ハンド１７の耐久性を高めることができる。
【００７６】
さらに、本実施形態では、前述したように、センサーベース８１０（第１ワッシャー）およびセンサー蓋８４０（第２ワッシャー）がセンシング部８２を挟むように設けられている。そして、センサーベース８１０とセンサー蓋８４０との間で、センシング部８２に予圧を付与するようになっていてもよい。このような予圧を与えることにより、感圧センサー８は、センシング部８２を圧縮する方向に印加される外圧だけでなく、それとは反対の方向、すなわちセンシング部８２を引っ張る方向に印加される外圧についても検出することが可能になる。このため、より高精度な外圧の検出が可能になり、ハンド１７に生じる様々な荷重を検出したり、意図しない不具合についても検知したりすることができるようになる。
【００７７】
なお、この予圧の大きさは、センサーベース８１０とセンサー蓋８４０との距離に応じて調整することができるが、スペーサー８３０の厚さによっても調整することができる。すなわち、センサー蓋８４０とセンシング部８２との間にスペーサー８３０を介挿することにより、実質的に前記距離が縮まることになり、付与される予圧を増大させることができる。また、スペーサー８３０として薄いフィルム状のものを使用することで、スペーサー８３０の枚数によって予圧の大きさを調整することができる。
【００７８】
なお、スペーサー８３０は、センシング部８２とセンサーベース８１０との間に設けられてもよく、双方に設けられてもよい。
【００７９】
また、センサーベース８１０、センシング部８２、スペーサー８３０およびセンサー蓋８４０の固定については、例えば、接着剤による接着の他、溶着、かしめ、ねじ締め等の方法で行うことができる。
【００８０】
＜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。
【００８１】
図１３は、第２実施形態に係るハンド１７の分解斜視図である。図１４は、図１３に示すハンド１７の断面図である。図１５は、図１４に示すハンド１７がワークＷを吸着している状態を示す断面図である。
【００８２】
以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、第１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。なお、図１３ないし図１５において、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。
【００８３】
第２実施形態は、感圧センサー８の配置が異なる以外、第１実施形態と同様である。
図１３に示すハンド１７では、ガイドハウジング１７２と落下防止部１７６との間に感圧センサー８が設けられている。具体的には、感圧センサー８は、図１４に示すように、落下防止部１７６の先端に装着されている。このような位置に装着されることにより、リニアシャフト１７４に対して摺動するガイドハウジング１７２が、落下防止部１７６に突き当たって落下防止部１７６を押圧するとき、その外圧の大きさを感圧センサー８によって検出することができる。
【００８４】
図１４は、吸着パッド１７８が何も吸着していない状態を示しているが、この状態では、バッファースプリング１７９は、自然状態よりも多少収縮した状態とされる。この状態では、バッファースプリング１７９の反発力によってガイドハウジング１７２が落下防止部１７６に押し付けられることになる。このため、感圧センサー８では、その荷重を検出することにより、バッファースプリング１７９が正常な反発力を発生させていること、すなわち、バッファースプリング１７９がコイルばねとして健全であることを検知することができる。
【００８５】
このような状態から、図１５に示すように吸着パッド１７８によってワークＷを吸着したとき、バッファースプリング１７９が収縮する。具体的には、吸着パッド１７８をワークＷに押し付けるため、ガイドハウジング１７２と吸着パッド１７８との距離が縮まる。そうすると、ガイドハウジング１７２は感圧センサー８から離間するため、感圧センサー８に印加される荷重はなくなる。そうすると、感圧センサー８では、その荷重の消失を検出することにより、ワークＷの吸着の有無を検知することができる。また、併せて、ガイドハウジング１７２の摺動性が健全であるか否かを検知することもできる。
【００８６】
また、ワークＷを吸着すると、感圧センサー８にはワークＷの重量が荷重として加わる。このため、感圧センサー８は、ワークＷの重量を検出することができる。これにより、ハンド１７がワークＷを吸着していることを検知することができる。
【００８７】
さらに、本実施形態では、感圧センサー８をガイドハウジング１７２よりも基端側に配置している。このため、感圧センサー８に接続される配線の取り回しが容易になる。特に、ハンド１７に接続されている排気用配管１７７とともに感圧センサー８に接続される配線もまとめて引き回すことができる。これにより、ロボットアーム１０の作動性が良好になる。
【００８８】
以上のように、本実施形態に係るハンド１７は、第１実施形態と同様、ガイドハウジング１７２（ガイド）、リニアシャフト１７４、落下防止部１７６、吸着パッド１７８およびバッファースプリング１７９を備えているが、感圧センサー８は、バッファースプリング１７９ではなく、ガイドハウジング１７２と落下防止部１７６との間に設けられている。
【００８９】
これにより、前述したように、バッファースプリング１７９やガイドハウジング１７２が健全であるか否かを検知することができる。また、ワークＷの重量を検出することができるため、ワークＷがどのようなものかという種類の識別や、その他、ワークＷの状態識別が可能になる。さらに、この位置に設けられることで、感圧センサー８に接続される配線を排気用配管１７７とともに引き回すことができるので、ハンド１７の取り回し性をより高めることができる。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９０】
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】
【００９１】
１…ロボット、８…感圧センサー、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、８２…センシング部、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、８９…貫通孔、１１０…基台、１３０…駆動部、１３１…角度センサー、１６５…連結部材、１７２…ガイドハウジング、１７４…リニアシャフト、１７６…落下防止部、１７７…排気用配管、１７７ａ…真空バルブ、１７８…吸着パッド、１７９…バッファースプリング、８００…センサー単位、８１０…センサーベース、８１２…突起部、８１４…突出部、８２２…円環部、８２４…引き出し部、８３０…スペーサー、８４０…センサー蓋、８４２…突出部、１７２２…貫通孔、１７８２…貫通孔、Ｗ…ワーク
【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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