(57)【要約】【課題】ロボットの手のひら等に用いて最適な感触性及びグリップ性を得るとともに、他の用途に対する応用性，汎用性及び発展性を高める。【解決手段】シリンダ部Ｃｃ…にピストン部Ｃｐ…を摺動自在に挿通させた表皮シリンダＣ…を、ロボットＲ０の所定の表皮部位２上に、垂直にして多数配設するとともに、一又は二以上に区画した所定区画Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３…内における全表皮シリンダＣ…のシリンダ室Ｃｒ…を、共有する連通管部Ｐにより連通接続し、かつ全シリンダ室Ｃｒ…及び連通管部Ｐに液体Ｌを充填してなる。【選択図】図１
2004025327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ部にピストン部を摺動自在に挿通させた表皮シリンダを、ロボットの所定の表皮部位上に、垂直にして多数配設するとともに、一又は二以上に区画した所定区画内における全表皮シリンダのシリンダ室を、共有する連通管部により連通接続し、かつ全シリンダ室及び連通管部に液体を充填してなることを特徴とするロボットの表皮構造。
【請求項２】
前記表皮シリンダには、自然状態において前記シリンダ部に対する前記ピストン部の相対位置を基準位置に保持し、かつ前記ピストン部が当該基準位置から相対変位したなら前記ピストン部を前記基準位置に戻す付勢手段を備えることを特徴とする請求項１記載のロボットの表皮構造。
【請求項３】
前記付勢手段は、前記表皮シリンダに付設したエアシリンダであることを特徴とする請求項２記載のロボットの表皮構造。
【請求項４】
前記所定の表皮部位は、ロボットの手のひら又は足の裏であることを特徴とする請求項１記載のロボットの表皮構造。
【請求項５】
前記所定の表皮部位は、所定の被接触面に接触するロボットの接触部位であることを特徴とする請求項１記載のロボットの表皮構造。
【請求項６】
前記連通管部には、前記液体の流通を停止又は許容する制御部を付設することを特徴とする請求項１記載のロボットの表皮構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットの手のひらや足の裏等の表皮部位に用いて好適なロボットの表皮構造に関する。
【０００２】
【従来技術及び課題】
近時、高齢化社会の到来を控え、介護ロボット等の人間生活を支えるロボットが注目されており、人間と同様の二足歩行のロボットや人間と対話するロボット等も各種実用化されている。このように、ロボットは、より人間の動作や機能に近付く方向での技術開発が行われており、ロボットの動作や機能は、急速に高度化及び多様化している。
【０００３】
ところで、ロボットの動作や機能が高度化及び多様化することにより、例えば、卵等の割れやすい物や複雑な外郭形状の物などもロボットの手により確実に掴むことができ、このような機能（動作）は、主に、ロボットの手の動作に対するグリップ力の制御等によって実現されている。
【０００４】
しかし、ロボットの手のひら（表皮）については、表面素材の選定や表面加工（表面処理）の観点からは考慮されているものの、表皮構造の観点からは特別な配慮が行われておらず、ロボットの手のひら（表皮）として最適な感触性やグリップ性が得られていないのが実情である。
【０００５】
本発明は、このような従来技術に存在する課題を解決したものであり、ロボットの手のひら等に用いて最適な感触性及びグリップ性を得れるとともに、他の用途に対する応用性，汎用性及び発展性に優れたロボットの表皮構造の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係るロボットＲ０（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）の表皮構造Ｍは、シリンダ部Ｃｃ…にピストン部Ｃｐ…を摺動自在に挿通させた表皮シリンダＣ…を、ロボットＲ０の所定の表皮部位２上に、垂直にして多数配設するとともに、一又は二以上に区画した所定区画Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３…内における全表皮シリンダＣ…のシリンダ室Ｃｒ…を、共有する連通管部Ｐにより連通接続し、かつ全シリンダ室Ｃｒ…及び連通管部Ｐに液体Ｌを充填してなることを特徴とする。
【０００７】
この場合、好適な実施の形態により、表皮シリンダＣには、自然状態においてシリンダ部Ｃｃに対するピストン部Ｃｐの相対位置を基準位置Ｘｓに保持し、かつピストン部Ｃｐが当該基準位置Ｘｓから相対変位したならピストン部Ｃｐを基準位置Ｘｓに戻す付勢手段３、望ましくは、表皮シリンダＣに付設したエアシリンダ３ｃを用いた付勢手段３を設けることができる。また、所定の表皮部位２は、ロボットＲ０の手のひらＲｈ又はロボットＲ２の足の裏Ｒｆに適用することができるとともに、所定の被接触面５ｘ，５ｙに接触するロボットＲ１，Ｒ３の接触部位Ｒｘ，Ｒｙに適用することができる。さらに、連通管部Ｐには、液体Ｌの流通を停止又は許容する制御部６を付設することもできる。
【０００８】
これにより、本発明に係る表皮構造Ｍを、例えば、ロボットＲ０の手のひらＲｈに適用し、この手のひらＲｈにより物体Ｇを掴んだ場合、掴んだ部位における表皮シリンダＣ…が物体Ｇの外郭形状に応じて短縮する（凹む）とともに、所定区画Ｚ１…内の他の表皮シリンダＣ…は、短縮した表皮シリンダＣ…の短縮容積分だけ伸長する。よって、表皮シリンダＣ…の限界伸縮量等を設定することにより、人間の肉部及び骨部（爪部）を含む表皮面の物理特性に類似させることができる。
【０００９】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１０】
まず、本発明の基本実施例に係るロボットＲ０の表皮構造Ｍの構成について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１１】
図１はロボットＲ０、特に、ロボットＲ０における手を構成する人差指１１と親指１２を示している。この場合、人差指１１は、二つの関節部１３ａ，１３ｂを介して順次連結した三つの指メンバ１１ａ，１１ｂ，１１ｃにより構成するとともに、親指１２は、関節部１４を介して連結した二つの指メンバ１２ａ，１２ｂにより構成する。なお、各関節部１３ａ，１３ｂ，１４は、それぞれロボットの分野における公知の駆動機構部及び制御機能部により、人間の手に類似する動きができるように構成されている。
【００１２】
そして、ロボットＲ０の所定の表皮部位２を構成する手のひらＲｈの表面は、平坦なベース面部Ｂ（図３参照）により形成し、このベース面部Ｂ上に、多数の表皮シリンダＣ…を垂直にして配設する。
【００１３】
図４は、一つの表皮シリンダＣを示す。表皮シリンダＣは、シリンダ部Ｃｃにピストン部Ｃｐを摺動自在に挿通させて構成する。ピストン部Ｃｐは、シリンダ部Ｃｃから外部に突出するピストンロッド部Ｃｂを一体に有し、このピストンロッド部Ｃｂの先端には表皮盤Ｃｓを一体に設ける。また、この表皮シリンダＣの径方向の外側には、付勢手段３を構成するエアシリンダ３ｃを付設する。エアシリンダ３ｃは、シリンダ部Ｃｃの周りを覆うアウタシリンダ部１５と、このアウタシリンダ部１５とシリンダ部Ｃｃ間に形成される隙間（気体室）Ｓに摺動自在に収容したリング状（ドーナツ状）のアウタピストン部１６と、このアウタピストン部１６と表皮盤Ｃｓを連結（結合）する連結筒部１７を有する。そして、アウタシリンダ部１５の一端部となる連結筒部１７の突出側の端部は開放するとともに、反対側の端部は閉塞し、アウタシリンダ部１５とシリンダ部Ｃｃ間に、密閉された気体室Ｓを形成する。この気体室Ｓには気体Ａを封入する。この気体Ａは、空気でもよいし必要により不活性ガス等であってもよい。
【００１４】
これにより、エアシリンダ３ｃは、外部から力が付与されない自然状態において、シリンダ部Ｃｃに対するピストン部Ｃｐの相対位置を基準位置Ｘｓに保持する機能を有するとともに、この基準位置Ｘｓからピストン部Ｃｐをシリンダ部Ｃｃに押し込む方向へ変位（図４中の押込位置Ｘｉ参照）させた場合には、エアシリンダ３ｃ内の気体Ａが圧縮されることにより、ピストン部Ｃｐを基準位置Ｘｓに戻す作用を呈するとともに、他方、ピストン部Ｃｐをシリンダ部Ｃｃから引き出す方向へ変位（図４中の引出位置Ｘｏ参照）させた場合には、エアシリンダ３ｃ内の気体Ａが膨張されることにより、同様に、ピストン部Ｃｐを基準位置Ｘｓに戻す作用を呈する。
【００１５】
そして、このように構成される表皮シリンダＣにおけるシリンダ部Ｃｃの底面を、図３に示すように、ベース面部Ｂ上に垂直に起設するとともに、図２に示すように、多数の表皮シリンダＣ…をベース面部Ｂ内に密に配列させる。なお、表皮シリンダＣの断面積やピストン部Ｃｐの摺動ストロークは任意に選定することができる。特に、表皮シリンダＣの断面積は、小さくするほどキメの細かい動きとなるため、前述した人差指１１の先端における指メンバ１１ｃや親指１２の先端における指メンバ１２ｂには、断面積の小さい表皮シリンダＣ…を多く使用するとともに、他の部位には、断面積の大きい表皮シリンダＣ…を少なく使用するなど、任意に設計することができる。
【００１６】
一方、一又は二以上に区画した所定区画Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３…内における全表皮シリンダＣ…のシリンダ室Ｃｒ…を、共有する連通管部Ｐにより連通接続し、かつ全シリンダ室Ｃｒ…及び連通管部Ｐには液体Ｌを充填する。実施例は、所定区画Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３…を、各指メンバ１１ａ…，１２ａ…単位に設定した。また、連通管部Ｐは、図３に示すように、主管部２１と、この主管部２１から分岐した多数の分岐管部２２…を有し、各分岐管部２２…の先端は、表皮シリンダＣ…の底面に連通接続する。さらに、全シリンダ室Ｃｒ…及び連通管部Ｐに充填する液体Ｌは、水又は油をはじめ、不凍液等の各種溶液を用いることができる。なお、必要により液体Ｌによる内圧を設定してもよい。
【００１７】
他方、このような構成により、手のひらＲｈには、多数の表皮盤Ｃｓ…が配列されるため、この表皮盤Ｃｓ…の上を表皮シート２３により覆う。この表皮シート２３は、人間の皮膚に対応するものであり、例えば、所定の弾性を有するゴムシート或いは革シート等を用いることができる。なお、弾性を有しないシートを用いた場合には、関節部１３ａ，１３ｂ，１４の部位は、弾性シートとなるように組合わせることが望ましい。
【００１８】
次に、このような基本実施例に係る表皮構造Ｍの機能について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１９】
表皮構造Ｍは、外部から力が付与されない自然状態においては、エアシリンダ３ｃ…（付勢手段３…）の機能によって、シリンダ部Ｃｃに対するピストン部Ｃｐの相対位置を基準位置Ｘｓに保持する。したがって、各表皮シリンダＣ…における表皮盤Ｃｓ…は、全て基準位置Ｘｓにあり、同一面上に配されることにより、表皮シート２３も平坦面を形成する。
【００２０】
一方、図１に示すように、人差指１１と親指１２により小ボール（物体）Ｇを掴んだ場合を想定する。この場合、図３に示すように、掴んだ部位における表皮シリンダＣ…は小ボールＧの球面形状に応じて短縮する（凹む）。また、所定区画Ｚ１内の他の表皮シリンダＣ…は、連通管部Ｐを介して連通する液体Ｌの作用により、短縮した表皮シリンダＣ…の短縮容積分だけ伸長する。よって、表皮シリンダＣ…の限界伸縮量等を設定することにより、人間の肉部及び骨部（爪部）を含む表皮面の物理特性に類似させることができ、ロボットＲ０の手のひらＲｈ等に用いて最適な感触性及びグリップ性を得ることができる。
【００２１】
他方、小ボールＧを掴むのを止めれば、エアシリンダ３ｃ…の機能によって、短縮した表皮シリンダＣ…のピストン部Ｃｐ…及び伸長した表皮シリンダＣ…のピストン部Ｃｐ…は、共に基準位置Ｘｓに戻され、表皮シート２３も速やかに平坦面に復帰する。このように、エアシリンダ３ｃ…（付勢手段３…）を付設することによって、より人間の表皮面の物理特性に類似させることができる。
【００２２】
次に、本発明の変更実施例（第一変更実施例〜第三変更実施例）に係るロボットＲ１〜Ｒ３の表皮構造Ｍについて、図５〜図８を参照して説明する。
【００２３】
まず、第一変更実施例に係るロボットＲ１の表皮構造Ｍについて、図５及び図６を参照して説明する。
【００２４】
このロボットＲ１の表皮構造Ｍは、例えば、球面形成された所定の被接触面５ｘに、筒状の接触部位Ｒｘを密着させる場合に用いることができる。このロボットＲ１は、複数の表皮シリンダＣ…のシリンダ部Ｃｃ…を、図６に示すようにリング状に連結したものであり、相隣るシリンダ部Ｃｃ…同士は、連結機構３１…により軸方向へのみスライド自在となるように連結される。また、各ピストンロッドＣｂ…の先端は、共有基盤３２にそれぞれ固定する。これにより、ロボットＲ１では、各シリンダ部Ｃｃ…がそれぞれ独立して軸方向に変位可能となる。なお、各シリンダ部Ｃｃ…の底面には、ゴム等により形成した弾性部材３３…を取付ける。
【００２５】
よって、弾性部材３３…を含む各シリンダ部Ｃｃ…の底面を、図５に示すように被接触面５ｘに当接させれば、各表皮シリンダＣ…は、被接触面５ｘに沿って短縮又は伸長するため、各シリンダ部Ｃｃ…の底面を被接触面５ｘに対して密着させることができる。なお、ロボットＲ１の表皮構造Ｍにおける他の構成（エアシリンダ３ｃ，連通管部Ｐ等）は、前述した基本実施例（図３）と同様に実施することができる。したがって、図５及び図６において、図１〜図４と同一部分には、同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００２６】
次に、第二変更実施例に係るロボットＲ２の表皮構造Ｍについて、図７を参照して説明する。
【００２７】
このロボットＲ２の表皮構造Ｍは、足の裏Ｒｆに適用したものである。足の裏Ｒｆの場合、手の場合と異なり、物を掴む機能を有していないため、表皮シリンダＣ…は、密に配する必要はなく、図７に示すように所定の間隔を空けて配することができる。また、連通管部Ｐにおける各分岐管部２２…には、電磁バルブ３５…を直列接続するとともに、各電磁バルブ３５…を開閉制御するコントローラ３６を設けた。この場合、電磁バルブ３５…とコントローラ３６は、連通管部Ｐに付設して液体Ｌの流通を停止又は許容する制御部６を構成する。
【００２８】
よって、各電磁バルブ３５…を開側に制御すれば、連通管部Ｐにおける液体Ｌの流通が許容されるため、図７に示すように、足の裏Ｒｆが水平の状態で傾斜面５ｆ上に載った場合、各表皮シリンダＣ…は、傾斜面５ｆに対応して短縮又は伸長し、全ての表皮盤Ｃｓ…が傾斜面５ｆに当接（密着）する。したがって、ロボットＲ２は、バランスを崩すことなく安定した状態で一方の足の裏Ｒｆを傾斜面５ｆ上に載せることができる。そして、一方の足の裏Ｒｆを傾斜面５ｆ上に完全に載せたら、各電磁バルブ３５…を閉側に制御する。これにより、連通管部Ｐにおける液体Ｌの流通が停止し、一方の足は、安定した状態に保持されるため、この状態で他方の足を、上述した一方の足の場合と同様に動作させることができる。このような動作を繰り返すことにより、傾斜面５ｆ等を歩行する際の安定化を図ることができる。なお、ロボットＲ２の表皮構造Ｍにおける他の構成（エアシリンダ３ｃ，連通管部Ｐ等）は、前述した基本実施例（図３）と同様に実施することができる。したがって、図７において、図１〜図４と同一部分には、同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
次に、第三変更実施例に係るロボットＲ３の表皮構造Ｍについて、図８を参照して説明する。
【００３０】
このロボットＲ３の表皮構造Ｍは、傾斜面となる被接触面５ｙに対して、水平に設置する必要があるテーブルや台等の基部３７を有する接触部位Ｒｙを当接させる際に用いることができ、上述した第二変更実施例に係るロボットＲ２における足の一部を抽出した構成を備えている。
【００３１】
よって、電磁バルブ３９…を開側に制御すれば、連通管部Ｐにおける液体Ｌの流通が許容されるため、図８に示すように、基部３７を水平にした状態で傾斜面となる被接触面５ｙに設置することができる。この際、各表皮シリンダＣ…（通常、四つ）は、被接触面５ｙに対応して短縮又は伸長するため、全ての表皮盤Ｃｓ…が被接触面５ｙに当接（密着）する。したがって、この状態で電磁バルブ３９…を閉側に制御すれば、連通管部Ｐにおける液体Ｌの流通が停止し、基部３７は、安定した状態に保持される。なお、ロボットＲ３の表皮構造Ｍにおける他の構成（エアシリンダ３ｃ，連通管部Ｐ等）は、前述した基本実施例（図３）及び第二変更実施例（図７）と同様に実施することができる。したがって、図８において、図１〜図４及び図７と同一部分には、同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，用途等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、付勢手段３として、表皮シリンダに付設したエアシリンダ３ｃを例示したが、必要によりスプリング等の弾性部材を用いてもよい。また、所定区画Ｚ１，Ｚ２…として、各指メンバ１１ａ…，１２ａ…単位に設定した場合を例示したが、全体を一つの所定区画として設定するなど任意に設定することができる。
【００３３】
【発明の効果】
このように、本発明に係るロボットの表皮構造は、シリンダ部にピストン部を摺動自在に挿通させた表皮シリンダを、ロボットの所定の表皮部位上に、垂直にして多数配設するとともに、一又は二以上に区画した所定区画内における全表皮シリンダのシリンダ室を、共有する連通管部により連通接続し、かつ全シリンダ室及び連通管部に液体を充填してなるため、次のような顕著な効果を奏する。
【００３４】
（１）　人間の肉部及び骨部（爪部）を含む表皮面の物理特性に類似させることができ、ロボットの手のひら等に用いて最適な感触性及びグリップ性を得ることができる。
【００３５】
（２）　好適な実施の形態により、表皮シリンダに、基準位置に戻す付勢手段を設ければ、より人間の表皮面の物理特性に類似させることができる。
【００３６】
（３）　好適な実施の形態により、所定の表皮部位を所定の被接触面に接触するロボットの接触部位に適用したり、或いは連通管部に液体の流通を停止又は許容する制御部を付設することができるなど、他の用途に対する応用性，汎用性及び発展性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例（基本実施例）に係る表皮構造を備えるロボットの手の人差指と親指を示す側面構成図、
【図２】同表皮構造を備えるロボットの手の人差指の底面構成図、
【図３】同表皮構造の一部断面側面図、
【図４】同表皮構造に用いる表皮シリンダの一部断面側面図、
【図５】本発明の第一変更実施例に係る表皮構造の一部断面側面図、
【図６】同表皮構造の一部を省略した図５中Ｆ−Ｆ線断面図、
【図７】本発明の第二変更実施例に係る表皮構造の側面構成図、
【図８】本発明の第三変更実施例に係る表皮構造の側面構成図、
【符号の説明】
Ｒ０　　ロボット
Ｒ１　　ロボット
Ｒ２　　ロボット
Ｒ３　　ロボット
２　　　表皮部位
３　　　付勢手段
３ｃ　　エアシリンダ
５ｘ　　被接触面
５ｙ　　被接触面
６　　　制御部
Ｍ　　　表皮構造
Ｃ…　　表皮シリンダ
Ｃｃ…　シリンダ部
Ｃｐ…　ピストン部
Ｃｒ…　シリンダ室
Ｚ１…　所定区画
Ｐ　　　連通管部
Ｌ　　　液体
Ｘｓ　　基準位置
Ｒｈ　　手のひら
Ｒｆ　　足の裏
Ｒｘ　　接触部位
Ｒｙ　　接触部位
【図１】
2004025327.tif 000003
【図２】
2004025327.tif 000004
【図３】
2004025327.tif 000005
【図４】
2004025327.tif 000006
【図５】
2004025327.tif 000007
【図６】
2004025327.tif 000008
【図７】
2004025327.tif 000009
【図８】
2004025327.tif 000010