(57)【要約】【課題】指部に加えられる力のうち、ひずみ検出手段の主検出方向と異なる方向から加えられる力についても、一個のひずみ検出手段のみを用いて検出することができる。【解決手段】ロボットハンド１００は指部１０と、指部１０に加えられた力Ｆ１〜Ｆ３を検知する力検知機構とを備え、力検知機構は、指部１０に力が加えられた時に指部１０に生じるひずみを検出するひずみゲージ１４と、指部１０に取り付けられるとともに、ひずみゲージ１４の主検出方向Ｄと異なる他の二方向におけるひずみを増幅させる梁構造１５ａとを有し、ひずみゲージ１４は梁構造１５ａに取り付けられる。【選択図】図１
2015100902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指部と、
前記指部に加えられた力を検知する力検知機構とを備え、
前記力検知機構は、
前記指部に力が加えられた時に前記指部に生じるひずみを検出するひずみ検出手段と、
前記指部に取り付けられるとともに、前記ひずみ検出手段の主検出方向と異なる他の二方向におけるひずみを増幅させる梁構造とを有し、
前記ひずみ検出手段は前記梁構造に取り付けられるロボットハンド。
【請求項２】
前記梁構造は交差する少なくとも二本の梁部を有し、
前記ひずみ検出手段は前記二本の梁部の交差部分に取り付けられる請求項１に記載のロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、物体を把持する機能を有するロボットハンドの指部には、指部に加えられた力を検出するためのひずみ検出手段としてのひずみゲージが貼り付けられている。例えば、特許文献１に記載されたロボットハンドでは、各々の指部の関節付近に複数のひずみゲージが貼り付けられている。ひずみゲージは、個々の指部の関節に支持されるリンクに発生するひずみを検出し、このひずみに基づいて、指部を動かすアクチュエータが制御され、ロボットハンドの把持力が調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８３７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のロボットハンドのひずみゲージ等の従来のひずみゲージは、物体を把持する一方向を主検出方向として、主検出方向から指部に加えられた力のみを測定するものである。例えば、図５に示すように、ロボットハンドの指部３０の側部に取り付けられるカバー部材３５には１枚のひずみゲージ３４ａが貼り付けられており、ひずみゲージ３４ａは物体を把持する一方向Ｄ’を主検出方向とする。ここで、把持対象物を把持する方向Ｄ’から指部３０が受ける力をＦ１’とする。また、横方向から指部３０の側面に受ける力をＦ２’とする。また、指部３０の長さ方向から指部に受ける力をＦ３’とする。カバー部材３５は、力Ｆ２’，Ｆ３’によるひずみが発生しにくい構造となっている。すなわち、ひずみゲージ３４ａは、力Ｆ１’によって生じるひずみについては検知することができるが、主検出方向以外の方向からの力Ｆ２’，Ｆ３’については検知することができない。従って、指部の長さ方向において指先に把持対象物以外の物体すなわち障害物が当たる、いわゆる「突き指」や、指部の側面からの障害物の衝突に関しては、1個のひずみゲージ３４ａでは検出することができない。
【０００５】
一方、物体を把持する方向以外の方向からの突き指や障害物の衝突を検出するため、例えば、図６に示すように、互いに垂直な三方向の力に対応する三個のひずみゲージ３４ａ，３４ｂ，３４ｃを指部３０に貼り付けることができる。そして、指部３０の周囲に貼り付けられたひずみゲージ３４ａ，３４ｂ，３４ｃは、それぞれロボットハンドが物体を把持する時の力Ｆ１’、指部３０の側面に障害物が当たった時の力Ｆ２’及び指先に障害物が当たった時の力Ｆ３’を検出する。
【０００６】
しかしながら、図６のロボットハンドのように指部に複数のひずみゲージを配置する場合、製造コストが増加してしまう。また、指部の可動部近傍に複数のひずみゲージを配置すると配線が増加するため、断線のおそれがある。
【０００７】
この発明は、このような問題を解決するためになされ、簡易な構造によって指部と把持対象物以外の物体との接触を検知することができるロボットハンドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、この発明に係るロボットハンドは、指部と、指部に加えられた力を検知する力検知機構とを備え、力検知機構は、指部に力が加えられた時に前記指部に生じるひずみを検出するひずみ検出手段と、指部に取り付けられるとともに、ひずみ検出手段の主検出方向と異なる他の二方向におけるひずみを増幅させる梁構造とを有し、ひずみ検出手段は梁構造に取り付けられる。
【０００９】
また、この発明に係るロボットハンドの梁構造は交差する少なくとも二本の梁部を有し、ひずみ検出手段は二本の梁部の交差部分に取り付けられてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係るロボットハンドによれば、簡易な構造によって指部と把持対象物以外の物体との接触を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係るロボットハンドの指部の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示すロボットハンドの指部における力検知機構の構成を拡大して模式的に示す図である。
【図３】図１に示すロボットハンドの指部の制御をフローチャートとして示した図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るロボットハンドの指部における力検知機構の構成を模式的に示す図である。
【図５】従来の例によるロボットハンドの指部の構成を模式的に示す斜視図である。
【図６】従来の別の例によるロボットハンドの指部の構成を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず、この発明に係るロボットハンド１００の指部１０の構成について図１を参照して説明する。
指部１０は、一対のアルミ製の板状部１６ａ，１６ｂを有する支持部材１６と、板状部１６ａ，１６ｂの間に挟まれ支持部材１６の内側に収納され支持されるアクチュエータ１１と、アクチュエータ１１に接続される指先部１２とを備える。アクチュエータ１１には超音波モータが使用されている。また、アクチュエータ１１はＥＣＵ１７に電気的に接続している。アクチュエータ１１がＥＣＵ１７からの指令に基づいて駆動することで、指先部１２は適宜、前後方向に回動することができる。特に、ロボットハンド１００が物体の把持動作を行う時は、ＥＣＵ１７によりアクチュエータ１１に把持指令が出され、指先部１２は物体を把持する方向Ｄに向かって回動する。一方、ＥＣＵ１７からの把持指令がない場合は、指先部１２は動作していない状態となる。また、支持部材１６には、板状部１６ａ，１６ｂの間において、指部１０の側面からアクチュエータ１１を被覆するように略正方形状の樹脂製のカバー部材１５が取り付けられている。カバー部材１５の中央部分には、後述する梁構造１５ａが形成されている。また、梁構造１５ａの中央部分にはひずみゲージ１４が貼り付けられている。ひずみゲージ１４はＥＣＵ１７に電気的に接続している。
ここで、図１において、物体を把持する方向Ｄから指部１０が受ける力をＦ１とする。また、方向Ｄに対して横方向から指部１０の側面に受ける力をＦ２とする。また、指部１０の長さ方向から指部１０に受ける力をＦ３とする。なお、力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の働く方向は互いに垂直となっている。
また、ひずみゲージ１４はひずみ検出手段を構成し、指部１０に力が加えられた時に指部１０に生じるひずみを検出する。なお、ひずみ検出手段であるひずみゲージ１４がひずみを検出する主たる方向、すなわちひずみゲージ１４の主検出方向は方向Ｄである。従って、ひずみゲージ１４は、ロボットハンド１００の把持動作中に指部１０が把持対象物から受ける力Ｆ１を主として検知する。
さらに、ひずみゲージ１４及びカバー部材１５は力検知機構を構成する。また、ＥＣＵ１１は制御手段を構成し、ひずみゲージ１４によるひずみの検出に基づいてアクチュエータ１１の駆動やロボットハンド１００の動作や位置を制御することができる。
【００１３】
次に、カバー部材１５に形成される梁構造１５ａの構成について、図２を用いて説明する。
梁構造１５ａは、２本の梁部１５ｂ，１５ｃを有しており、梁部１５ｂ，１５ｃは細長い板状の支持部材の形状をしている。梁部１５ｂ，１５ｃは各々、力Ｆ２の働く指部１０の長さ方向に対して斜めの方向に延びつつ、互いに十字に重なり合って交差する形状に一体成形されている。梁部１５ｂと梁部１５ｃとが重なり合って交差する部分は十字形状の交差部分１５ｅを構成し、ひずみゲージ１４は交差部分１５ｅに貼り付けられている。これによって、ひずみゲージ１４の周囲には、梁部１５ｂと梁部１５ｃとの間に形成される４個の三角形状の開口１５ｄが放射状に配置される。
【００１４】
次に、ＥＣＵ１７による指部１０の制御について、図３のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１において、ひずみゲージ１４がひずみを検知した場合、ステップＳ２において、ＥＣＵ１７からの把持指令が出されているか否かが判断される。把持指令があった場合、すなわちロボットハンド１００が物体を把持中の場合は、ステップＳ３において、ＥＣＵ１７は、ステップＳ１で検出されたひずみを力Ｆ１により発生したものであると判断する。そして、ＥＣＵ１７は、ステップＳ４においてアクチュエータ１１を制御してロボットハンド１００の把持力を調整する。
【００１５】
一方、ステップＳ２において、ＥＣＵ１７が把持指令を出していない場合、すなわちロボットハンド１００が移動中の場合、ステップＳ５において、ＥＣＵ１７は、ステップＳ１で検出されたひずみを力Ｆ２又はＦ３により発生したものと判断する。すなわち、ＥＣＵ１７は、指部１０に把持力Ｆ１以外の力Ｆ２，Ｆ３がかかったものと判断する。そして、ステップＳ６において、ＥＣＵ１７はアクチュエータ１１やロボットハンド１００の駆動手段を制御して、ロボットハンド１００の指先部１２が障害物に当たらないように位置や動作を調整する。
【００１６】
以上より、この実施の形態に係るロボットハンド１００は、指部１０を介してカバー部材１５がＦ１〜Ｆ３のいずれかの力を受けた場合、開口１５ｄを有する梁構造１５ａを中心にカバー部材１５にひずみがより発生しやすい構造となっている。よって、梁構造１５ａは、ひずみゲージ１４の主検出方向Ｄと異なる他の二方向からの力Ｆ２，Ｆ３によって発生したひずみを増幅させ、力Ｆ２，Ｆ３に対するひずみゲージ１４の検出感度を向上させる。従って、指部１０に加えられる力Ｆ１〜Ｆ３のうち、ひずみゲージ１４の主検出方向Ｄから加えられる力Ｆ１のみならず、方向Ｄと異なる方向から加えられる力Ｆ２又はＦ３についても、一個のひずみゲージ１４を用いて検出することができる。すなわち、ひずみゲージ１４は、ロボットハンド１００が物体を把持する時の力Ｆ１のみならず、ロボットハンド１００の移動中に指部１０が障害物にぶつかった時に受ける力Ｆ２又はＦ３についても検知することができる。そして、ＥＣＵ１７は、ひずみゲージ１４によるひずみの検出に基づいて、移動中のロボットハンド１００の動作を適宜制御し、指部１０に働く力Ｆ２，Ｆ３によるアクチュエータ１１の破損を防止する。従って、ロボットハンド１００は、一個のひずみゲージ１４を用いた簡易な構造によって指部１０と把持対象物以外の物体との接触を検知することができる。その結果、複数のひずみゲージを用いるよりも、ロボットハンド１００の製造コストが抑えられ、ひずみゲージ１４に係る配線の数を少なくすることができる。
また、２本の梁部１５ｂ，１５ｃを有する梁構造１５ａの十字形状の交差部分１５ｅにひずみゲージ１４が設けられることにより、ひずみゲージ１４の周囲には４個の開口１５ｄが形成され、ひずみゲージ１４の周囲にはひずみがより発生しやすくなる。
また、梁構造１５ａは、ロボットハンド１００の指部１０の基幹構造部品ではないカバー部材１５に形成されているため、指部１０本体の強度に影響を与えることがない。
【００１７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るロボットハンド２００におけるカバー部材２５及びカバー部材２５に形成された梁構造２５ａを図４に示す。なお、ロボットハンド２００の指部２０の全体的な構成は、カバー部材２５の構造を除き、ロボットハンド１００の指部１０の構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。
梁構造２５ａは、２本の梁部２５ｂ，２５ｃを有しており、梁部２５ｂ，２５ｃは細長い板状の支持部材の形状をしている。梁部２５ｂは指部１０の長さ方向、すなわち力Ｆ３の働く方向に平行に、梁部２５ｃは指部１０の長さ方向に対して垂直に延びつつ、互いに十字に重なりあう形状に一体成形されている。梁部２５ｂと梁部２５ｃとが重なり合って交差する部分は十字形状の交差部分２５ｅを構成し、ひずみゲージ１４は交差部分２５ｅに貼り付けられている。これによって、ひずみゲージ１４の周囲には、梁部２５ｂと梁部２５ｃとの間に形成される４個の四角形状の開口２５ｄが配置される。
【００１８】
以上より、この実施の形態に係るロボットハンド２００の梁構造２５ａは、ロボットハンド１００と同様に、ひずみゲージ１４の主検出方向と異なる他の二方向からの力Ｆ２，Ｆ３によって発生したひずみを増幅させる。そして、梁構造２５ａは、力Ｆ２，Ｆ３に対するひずみゲージ１４の検出感度を向上させる。従って、ひずみゲージ１４の主検出方向Ｄから加えられる力Ｆ１のみならず、方向Ｄと異なる方向から加えられる力Ｆ２又はＦ３についても、一個のひずみゲージ１４を用いて検出することができる。すなわち、ロボットハンド２００は、一個のひずみゲージ１４を用いた簡易な構造によって指部２０と把持対象物以外の物体との接触を検知することができる。
また、二本の梁部２５ｂ，２５ｃを有する梁構造２５ａの十字形状の交差部分２５ｅにひずみゲージ１４が設けられることにより、ひずみゲージ１４の周囲には４個の開口２５ｄが形成され、ひずみゲージ１４の周囲にはひずみがより発生しやすくなる。また、梁構造２５ａは、指部２０の基幹構造部品ではないカバー部材２５に形成されているため、指部２０の本体の強度に影響を与えることがない。
【００１９】
なお、実施の形態１又は２において、梁構造１５ａ又は２５ａが有する梁部１５ｂ，１５ｃ又は２５ｂ，２５ｃは２本だが、これに限られず梁部の数は１本でも、３本以上あってもよい。
また、実施の形態１又は２において、梁構造１５ａ又は２５ｂはカバー部材１５又は２５に形成されているが、これに限られず、梁構造の梁部のみが指部の側面に設けられていてもよい。
また、実施の形態１又は２において、カバー部材に梁構造を形成するために設けられる開口の形状は三角形や四角形に限らない。即ち、カバー部材に所定本数の梁部が形成されるように多角形状や円形状の開口が適宜設けられる。
【符号の説明】
【００２０】
１０  指部、１４  ひずみゲージ（力検知機構、ひずみ検出手段）、１５，２５  カバー部材（力検知機構）、１５ａ，２５ａ  梁構造、１５ｂ，１５ｃ，２５ｂ，２５ｃ  梁部（梁構造）、１５ｅ，２５ｅ  交差部分。
【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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