(57)【要約】      （修正有）【課題】被把持物に対して当接の方向性を適宜調整できるモジュール集合体及び前記モジュール集合体を使用した物品把持装置を提供する。【解決手段】柔軟で非伸縮性の袋内に圧力センサを設け、可逆的に粘性が変化する流体を充填し、上記袋内の流体の粘性を調整するための粘性制御手段を当該袋に設け、上記袋内の流体量を調整可能にモジュール５ａ，５ｂ，５ｃを構成し、また、上記モジュール５ａ，５ｂ，５ｃを多数並列してモジュール集合体６を構成し、各モジュール５ａ，５ｂ，５ｃへの粘性流体の供給排出を個別に選択的に制御し、各モジュール５ａ，５ｂ，５ｃの流体の粘性を個別に選択的に制御する。被把持物８との当接部に前記モジュール集合体６を配設し、各モジュール５ａ，５ｂ，５ｃ単位で当接圧力と弾性を異ならせる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟で非伸縮性の袋内に圧力センサを設け、可逆的に粘性が変化する流体を充填し、上記袋内の流体の粘性を調整するための粘性制御手段を当該袋に設け、上記袋内の流体量を調整可能にした、物品把持装置用弾性モジュール。
【請求項２】
上記袋がウレタン、シリコーン、表面に柔軟物をコートしたケブラー、又は繊維を織り込んだウレタンの布製である、請求項１の物品把持装置用弾性モジュール。
【請求項３】
上記圧力センサが、半導体式、容量式、又は、光学式である、請求項１の物品把持装置用弾性モジュール。
【請求項４】
上記流体が、電気粘性流体（ＥＲ流体）又は磁性流体である請求項１の物品把持装置用弾性モジュール。
【請求項５】
上記粘性制御手段が、電界を発生させる電極、又は磁界を発生させる磁界発生手段である請求項１又は請求項４の物品把持装置用弾性モジュール。
【請求項６】
請求項１の上記モジュールを多数並列し、各モジュールへの粘性流体の供給排出を個別に選択的に制御し、各モジュールの流体の粘性を個別に選択的に制御するようにしたモジュール集合体。
【請求項７】
上記モジュールの内部流体が電気粘性流体であり、上記モジュールの袋が電界遮断繊維を織り込んだものである、請求項６のモジュール集合体。
【請求項８】
把持爪の把持面に請求項６のモジュール集合体を装着し、全てのモジュールの圧力センサの圧力検出信号に基づいて、所定のプログラムにしたがって、全てのモジュールの粘性制御手段を一括して制御するようにした、物品把持装置。
【請求項９】
上記プログラムが被把持物の姿勢のコンプライアンスが図られるように、上記モジュール集合体の各モジュールの粘性を個別にＣＰＵによって制御するようにした、請求項８の物品把持装置。
【請求項１０】
上記プログラムが被把持物の把持姿勢を所定の角度に調整されるように、上記モジュール集合体の各モジュールの流体量を個別にＣＰＵによって制御するようにした、請求項８の物品把持装置。
【請求項１１】
把持爪の移動機構に取り付けられた部材に力検出手段を内蔵している、請求項８又は請求項９の物品把持装置。
【請求項１２】
把持装置に取り付けられた上記力検出手段の値と、各モジュールに配置された圧力検出手段による各モジュール内部の圧力値と、把持装置による作業状態に基づいて、電界又は磁界を制御し、各モジュール毎の流体の粘度を制御する、請求項１１の把持装置。
【請求項１３】
請求項７乃至請求項１２の把持装置を備えた作業用ロボット。
【請求項１４】
請求項１３のロボットによって組み立てられた製品。
【請求項１５】
上記袋内の流体に熱可塑性高分子材料であり、同袋内に電熱線、冷却管が内蔵されている請求項１のモジュール。
【請求項１６】
上記モジュールが請求項１５のモジュールである、請求項６のモジュール集合体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は組立、分解、搬送などの作業を自動で行うための物体の把持装置、殊に、多種多様な物体を把持するについて、被把持物によくなじんでソフトに、かつしっかりと把持できる把持装置に関するものであり、ハンドリング時に把持力計測や把持ハンド接触計測を行い、把持後の作業時には組立力計測、分解力計測を行い、把持制御や力制御や位置決めなどを容易に行うことでき、各種機器の生産設備、生産機器に応用することで、極めて有効なものである。
【０００２】
【従来技術】
多種多様な物体を、これによくなじんでソフトに、かつしっかりと把持できる把持装置に関する従来技術として、特開平７−３２８９７９号公報に記載されているものがある。このものは、複雑な表面形状や壊れ易い構造物をソフトにかつ均一に保持する保持装置の実現を目的として、電気粘性流体と電極部を内部に配備したフレキシブルなセルで対象物を保持する保持装置であり、電極部に電界を印加しない状態で対象物に当接させ、セルの当接面を対象物の表面形状に対応するように変形させ、続いて電界を印加し、電気粘性流体の全体あるいは一部の粘性を増大させ、セル表面形状を保持すべき対象物の表面形状に従った状態で実質的に固化させて対象物を保持するものである。
【０００３】
なお、このものは、フレキシブルなメインセルの内部に複数個のサブセル（モジュール）を組み込むことにより、上記機能の安定化を図っている。これによって、被把持物に接する上記セルが、その表面形状によくなじんだ状態で、かつその状態でしっかりと対象物を把持することができる。他方、対象物を把持した状態で各種機器に組み付け、あるいは分解し、搬送するなどの作業を行うときは、把持面に不均一な大きな力が作用するので、これに適切に対応して把持姿勢をしっかり把持し、あるいは把持姿勢が適切に調整されるようにすることが望ましく、そのためには、上記セルの把持物との当接部分毎の位置、各部分に作用している力を把握することが必要である。しかし、上記従来技術ではこの要求に応え得ない。このため、例えば、上記サブセルのうち、把持物を保持してから固化させたい部分と、比較的柔らかいままにしたい部分との固化の程度を部分的に制御してコンプライアンス性を持たせることはできない。
【０００４】
また、特開平８−３９４７４号公報に記載されている「把持装置」がある。このものは、異なる形状の物体を把持することができ、かつ、物体の把持力を適正に制御することができるものである。このものにおいては、気体圧作動クランプシリンダが支持板を介してスプリングに取りつけられており、スプリングは可動フィンガに取りつけられており、気体圧作動クランプシリンダは可動フィンガに対してスプリングにより接続されており、対向する固定フィンガには気体圧作動クランプシリンダが直接固定されていて、これにより、クランプシリンダの膨張分とスプリングの変位量から把持力を制御して異なる形状の物体を把持することができるものである。この特開平８−３９４７４号公報の技術では、物体を把持した後、組立、分解又は搬送などの、把持した物体に直接力が加わる作業を行った場合、気体圧作動クランプシリンダに当接する物体（被把持物）は、シリンダ内部の気体の移動が自由であり、したがって、安定して把持することができないので、被把持物に力が加わると、その力の方向に被把持物が変移して（回転、並進等）しまう可能性がある。したがって被把持物体に力が加わる作業には適しない。
【０００５】
さらに、特開２０００−２５４８８４号公報に記載されているものもあり、このものは、重量及び摩擦係数が未知の物体をロボットハンド又はマニピュレータによって、把持位置のずれを生じることなしに持ち上げることができるものであり、ロボットハンドのフィンガ（把持爪）の先端に設けられた曲面状弾性体で物体を把持するものである。そしてこのものは、曲面状弾性体の内部にひずみゲージを複数個埋め込み、ひずみ変化速度から固着部分と滑り部分を判断し、固着領域の大きさに応じて把持力を制御して滑落することなしに持ち上げられるようにするものである。
【０００６】
上記の特開２０００−２５４８８４号公報の技術は、被把持物とフィンガの当接面間の滑りを検知し、この滑りの検知信号に基づいて把持力を調整することで滑落を防止するものであるが、組立等の作業時に物体に外力が加わった場合には、この外力に対応することはできないので、組立、分解などの各種作業に最適なコンプライアンスを被把持物に与えることはできない。また、実際には、被把持物を滑り摩擦のみでしっかりと把持することは困難であり、滑りの検知信号によって把持力を増大させれば、その結果、被把持物を破壊する程度まで把持力が増大する可能性がある。さらに、このものでは、コンプライアンス性を持たせることは不可能である。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−３２８９７９号公報
【特許文献２】特開平８−３９４７４号公報
【特許文献２】特開２０００−２５４８８４号公報
【０００８】
【従来技術の問題点】
簡便な把持装置においては、部品を安定して保持して、組立などの作業を行えるようにするために、部品形状ごと作業ごとに適当な把持部分を設計している。例えば、把持当接部分が部品の形状に合致する形状に設計され、被把持物を傷つけないようにゴムなどの弾性体を貼りつける構成を取ること等である。しかし、部品の種類の数だけ把持部分の設計を行い、また、作業に合わせた把持部分の設計を行うのは、極めて非能率的、非効率的であって、コスト、設計開発期間の両面において問題がある。そこで、多種部品の多様な作業に対応する把持装置が望まれる。これに対応したものが上記の特開平７−３２８９７９号公報の従来技術であり、このものは、被把持物の表面形状になじむように、被把持物に対する把持表面を変化させるものである。
【０００９】
上記従来技術においては、様々な形状、サイズの部品を包み込むようにして保持することは可能であるが、しかし、これで組立や分解などの作業を行う際には、マニピュレータ側に高度な作業を行えるような、複雑で微妙な動作が要求される。例えば、嵌め合い作業のように挿入方向に対しては部品を固定する必要があり、嵌め合い位置の位置合わせ方向に対してはコンプライアンス性を持つように作業対象部品を制御したい場合などである。この場合は、上記把持装置を搭載したマニピュレータに加わる力を制御して、コンプライアンス性を持たせるような技術が必要になる。把持装置側で多種部品を把持したとしても、多様な作業に対応するのにマニピュレータ側の負担が大きくなり、そのための設計開発コスト、開発期間の両面において問題が残ることになる。
【００１０】
各種機器の組立、分解作業などにおける複雑な動作が求められる場合は、多種多様の部品を、その被把持表面によくなじんでソフトにかつ安定的に保持するだけでなく、上記作業時における外力に対して、把持した部品の位置、姿勢などを効果的に制御することができる把持装置が求められる。この発明はこの要請に応えられるようにすることを目的とするものであり、そのための解決課題は次のとおりである。
【００１１】
【課題１】
課題１は、把持装置について、物体と当接する部分毎に、その当接圧力と弾性を適宜に変えられるモジュールを工夫することである。
【００１２】
【課題２】
課題２は、複数のモジュールの集合体であって、各モジュール単位で当接圧力と弾性を異ならせることができ、当接部分のうちの各部分毎に被把持物との当接の柔軟性を制御し、これによって、被把持物に対して当接の方向性を適宜調整できるモジュール集合体を工夫することである。
【００１３】
【課題３】
課題３は、上記モジュール群を備えた把持装置について、物体を挟み込んでの把持や、包み込んでの把持が可能であり、被把持物の形状や材質に関わらず、物体を安定して把持するとともに、作業時に物体に加わる力の大きさ、当該力の方向に応じて、任意の方向と任意の程度のコンプライアンス性を発揮することができるようにすることである。
【００１４】
【課題解決のために講じた手段】
【解決手段１】（請求項１に対応）
解決手段１は、上記課題１を解決するための手段であり、柔軟で非伸縮性の袋内に圧力センサを設け、可逆的に粘性が変化する流体を充填し、上記袋内の流体の粘性を調整するための粘性制御手段を当該袋に設け、上記袋内の流体量を調整可能にモジュールを構成したことである。
【００１５】
【作用】
上記のモジュールを把持装置のフィンガの把持面に装着して、被把持物と当接させたとき、その外皮である袋は柔軟で非伸縮性であり、その内部に流体が上記調整手段によって適宜注入、排出されるので、モジュールは被把持物との当接圧の大きさに応じて変形し、その外表面によくなじんで密着する。このときの内部圧力は袋内の圧力センサによって検出される。上記圧力センサによる圧力検出信号によって、その各部分の当接圧力の大小が識別される。上記当接の有無、当接圧の大小を基本にしながら、粘性制御手段で内部流体の粘性を制御する。これによって、粘性を適宜に調整した状態で把持爪をさらに閉じて把持させたとき、その内部流体の粘性の大小に応じた当接圧力と弾力が得られる。
なお、上記の「布」は必ずしも織布などの布に限られるものではなく、布状のものを意味する。
【００１６】
【実施態様１】（請求項２に対応）
実施態様１は、解決手段１の上記袋がウレタン、シリコーン、表面に柔軟物をコートしたケブラー、又は繊維を織り込んだウレタンの布製であることである。
【作用】
上記袋にシリコーンを用いることにより、柔軟でありながら伸縮性の少ない袋を形成することができ、物品と接触するとき柔軟に物品形状に倣って変形（なじんで変形）することができ、また、袋に力が加わった際の伸びが小さい。また同様に、ウレタンも柔軟であるので、物品形状に倣って変形し、他方、袋に力が加わったときの袋自体の伸びも小さい。表面に柔軟物をコートしたケブラ−も同様の作用を奏し、また、繊維を織り込んだウレタンによる布も同様の作用を奏する。
【００１７】
【実施態様２】（請求項３に対応）
実施態様２は、解決手段１の上記圧力センサが、半導体式、容量式、又は、光学式であることである。
【作用】
半導体式の圧力センサを用いることにより、高応答で、高精度に圧力を測定することができるので、袋内部の圧力をリアルタイムで高精度に検出することができ、また、小型で構成することが可能であるから、把持装置に内蔵することもできる。
容量式のセンサと光学式のセンサによれば、高応答、高精度で測定することができるので、袋内部の圧力をリアルタイムで高精度に検出することができる。
【００１８】
【実施態様３】（請求項４に対応）
実施態様３は、解決手段１の上記流体が、電気粘性流体（ＥＲ流体）、又は、磁性流体であることである。
なお、粘性変化について高い応答性が必要でない場合は、可逆的に粘性が変化する流体として熱可塑性樹脂（高分子材料）を用いることもできる。
【作用】
電気粘性流体を用い、また、電界を利用することにより、粘度を高応答に変化させることができ、電界量に応じた粘度に変化させることが可能になるので、上記袋内部の粘度を物品や作業に応じて制御できる。また、磁性流体は磁界を利用することにより、粘度を高応答に変化させることができ、磁界量に応じた粘度に変化させることが可能になるので、袋内部の粘度を物品や作業に応じて制御することができる。
【００１９】
【実施態様４】（請求項５に対応）
実施態様４は、解決手段１における上記流体が電気粘性流体（ＥＲ流体）、又は、磁性流体であることを前提として、その上記粘性制御手段が、電界を発生させる電極、又は磁界を発生させる磁界発生手段であることである。
【作用】
電界を発生させる手段に電極を用いることにより、電極に加える電荷のコントロールを電極間電圧により行うことができるので、容易に制御することが可能になる。また、磁界発生手段を用いることにより、磁界を発生させるコイル等に流す電流を制御することにより磁界量をコントロールできるので、容易に制御することが可能である。
なお、可逆的に粘性が変化する流体として熱可塑性樹脂（高分子材料）を用いる場合は、上記粘性制御手段として、電熱ヒータと冷却管による冷却手段とを用いる。
【００２０】
【解決手段２】（請求項６に対応）
解決手段２は、課題２の解決手段であり、上記解決手段１のモジュールを多数並列してモジュール集合体を構成し、各モジュールへの粘性流体の供給排出を個別に選択的に制御し、各モジュールの流体の粘性を個別に選択的に制御することである。
【００２１】
【作用】
把持装置の把持爪の把持面にモジュール集合体が装着された状態で、被把持物を把持する。このとき、各モジュールへの流体の供給、排出が個別に選択的になされるから、モジュール集合体の表面が被把持物を包み込むように変形して、被把持物の表面になじんで密接する。このとき被把持物と当接しないモジュールは、その圧力センサの圧力検出信号で識別され、また、当接しているもの、当接しているものの範囲、個々のモジュールの当接圧力の大小を識別することができる。したがって、非当接状態のモジュールの粘性を低下させて硬化させ、当接しているものについて、その当接範囲における個々のものの位置、当接圧力の最小に応じて、個々に選択的にその粘性を調整することができる。したがって、当接部分のうちの各部分毎に被把持物との当接の柔軟性の程度が制御され、これによって、被把持物に対する当接方向が適宜調整される。
【００２２】
【実施態様１】（請求項７に対応）
実施態様１は、解決手段のモジュール集合体を構成するモジュールの内部流体が電気粘性流体であり、上記モジュールの袋が電界遮断繊維を織り込んだものであることである。
【作用】
この場合のモジュールには、粘性制御手段として電極が設けられているが、その各モジュール内の電極による電界の他の袋内の流体への影響が遮断されるので、個々のモジュール内流体の粘性は、他のモジュール内の電極による電界の影響を受けることなしに、個々の電極の電圧によって正確に制御される。
【００２３】
【解決手段３】（請求項８に対応）
解決手段３は、課題３の解決手段であり、把持装置の爪の把持面に解決手段２のモジュール集合体を装着し、全てのモジュールの圧力センサの圧力検出信号に基づいて、所定のプログラムにしたがって、全てのモジュールの粘性制御手段を一括して制御することである。
【００２４】
【作用】
解決手段２のモジュール集合体は上記のとおりの作用を奏し、当接部分のうちの各部分毎に被把持物との当接の柔軟性の程度が制御され、これによって、被把持物に対する当接方向が適宜調整されるものであるから、被把持物の種類、作業の種類などに応じて予め作成されたプログラムにしたがって、全てのモジュールの圧力センサの圧力検出信号に基づいて、全てのモジュールについて、その内部流体の粘性が制御され、その粘性の程度（固さ）が最適に調整される。このように個々のモジュールの粘性の程度（固さ）を最適なものにすることで、被把持物の形状や材質に応じて、被把持物を安定して把持することができ、また、被把持物にかかる力の大きさ、方向に応じたコンプライアンス性を発揮させることができる。
【００２５】
【実施態様１】（請求項９に対応）
実施態様１は、解決手段３の上記プログラムが被把持物の姿勢のコンプライアンスが図られるように、上記モジュール集合体の各モジュールの粘性を個別にＣＰＵによって制御するものである。
【作用】
モジュール集合体の各モジュールの粘性を制御することによって、物品の形状に倣って（なじんで）把持するだけでなく、物品に対して所定の部分を柔軟な状態に作用し、また、固化した状態にすることによって、物品に加わる力と作業に応じた把持状態を維持することが可能である。
【００２６】
【実施態様２】（請求項１０に対応）
実施態様２は、解決手段３の上記プログラムが被把持物の把持姿勢を所定の角度に調整されるように、上記モジュール集合体の各モジュールの流体量を個別にＣＰＵによって制御することである。
【作用】
各モジュールの流体量を個別に制御することにより、流体量を増やし圧力を高くして倣い量を減らして固化した際の物品の接触状態を変化させて物品の把持角度を変化できる作用がある。流体量を減じることにより、物品を上記増加方向とは逆の方向に把持角度を変化できる。
【００２７】
【実施の形態】
【実施例１】
モジュール１の袋１ａは、厚さ０．２ｍｍのウレタン製布による袋であり、これに流体給排口１ｂを設け、さらに流体給排管路を接続している。この袋１ａ内に圧力センサ２２と電極２０ａ，２０ｂを設け、また、袋１ａに電気粘性流体（ＥＲ流体）４を充填してある。これを被把持体２に当接させ、矢印３の方向に押しつけた状態で、袋１ａの内圧を高めることによって、袋１ａが被把持体２の形状に応じて変形し、これになじんだ形状で当接する。このとき、袋１ａは非伸縮性であるので、上記流体給排口１ｂから上記流体４を供給、排出することで、被把持体２に対する圧接力に応じて袋１ａが自在に変形して、被把持体２になじんだ状態で当接することになる。例えば図１に示すような状態でモジュール１に対して被把持物２が矢印３の方向に移動して当接するとき、モジュール１の内部流体４の量を減らしておいて物体と柔らかく当接するようにし、当接後に内部流体４の量を徐々に増やして所望の強さで当接させて、被把持物２との当接を安定化させる。この状態で電極２ａ，２ｂ間に電界をかけると、内部流体（電気粘性流体）の粘性が変化し、所定の固さで被把持物２を把持することができる。
【００２８】
【実施例２】
図２に示すモジュール集合体６は、上記モジュール１と同様のモジュール５をマトリックス状に密に並列したものである。図３に示すように、被把持物８がモジュール集合体６の表面に当接し、押しつけられると、当接した部分のモジュール５ｂは全面的に、あるいはその一部が変形し、当接しないモジュール５ａ，５ｃは変形しないままである。個々のモジュール５の電気粘性流体の量を適宜増減することで非伸縮性の袋１ａの上記変形が許容される。そして、上記の変形によってモジュール集合体６が被把持物の表面によくなじんだ状態でソフト（柔軟）に、しかし、安定した状態で当接する。具体的には図３に示すようなマトリックス状のモジュール集合体６に被把持物８が当接動作方向７へ移動して押しつけられると、当接したモジュール５ｂは被把持物の表面形状に倣うように変形し、被把持物８と当接していないモジュール５ａ，５ｃは変形しない。被把持物８の表面形状の如何、モジュール集合体に対する押しつけ力の大小に応じてそれぞれのモジュールの変形量も異なってくるが、例えばある力Ｆ［Ｎ］で当接するときは、モジュール内部への流体の充填圧を調整することによって、上記変形量が所定のＰ［ｍｍ］になるように制御される。
【００２９】
被把持物８のモジュール集合体６との当接は図４に示す状態であり、矢印１２の方向（縦方向）に力Ｆａ［Ｎ］が作用し、矢印１３（横方向）に力Ｆｂ［Ｎ］が作用するとき、モジュール部分１０については、被把持物とソフトに当接してその変形量がＰ［ｍｍ］になるようにし、モジュール部分５ａ，５ｃの内部流体の粘性を高くして、矢印１３方向への力に対しては固く支えるようにすることができる。この場合は、矢印１３の方向（横方向）に対して被把持物は安定的に支持され、矢印１２の方向（縦方向）にはコンプライアンス性を持った状態で支持される。
モジュール集合体６による被把持物８に対する支持は、把持装置の爪による支持に限らず、モジュール集合体６を水平面上に配置し、これに被把持物８を押しつけた状態で横方向力に対して安定的に保持させる場合についても同様である。
【００３０】
【実施例３】
図５に把持爪１５の把持面にモジュール集合体６を装着した把持装置を示している。把持爪１５は、鉄、アルミ等の金属、硬化プラスチックなどの比較的硬い材料で構成されているものであり、モジュール集合体６は、当接表面が面積６０ｍｍ２  の長方形で、厚さが３ｍｍのモジュールを縦に６個、横に４個のマトリッ
クス状に密に並列したものである。この例においてもモジュールに充填されている上記流体は電気粘性流体である。
この把持装置の把持爪１５は把持爪移動機構１６によって開閉駆動されるものであり、被把持物を左右のモジュール集合体６，６間に挟持することになる。
なお、モジュール集合体６と同じ大きさで単一のモジュールを構成し、これを把持爪１５の把持面に装着して、これで被把持物を挟持させることもできる。この場合は、その単一のモジュールの被把持物との当接状態は図１に示す例と同様であり、縦方向の力と横方向の力に対する支持の態様（支持の柔らかさ）を異にすることはできないが、内部流体の粘性を調整することによって、モジュールによる被把持物に対する保持の柔らかさの程度を適宜、適時に調整することができる。
【００３１】
次に、モジュールの袋への電気粘性流体の給排システムについて、図６を参照して説明する。
柔軟で非伸縮性の袋５ａに、供給路と供給弁とからなる供給機構１９と、排出路と排出弁とからなる排出機構２０とが接続されており、上記供給路、排出路は流体タンク２１に接続されている。上記供給弁、排出弁を制御することで流体の供給、排出が行われ、これによって袋５ａ内の流体量が制御される。
モジュール集合体６のモジュール５の底部に組込まれている圧力センサ２２はケーブル２３を通して圧力センサアンプ２４と接続されている（図７参照）。これによって、被把持物と当接した状態における各モジュールの内圧が個別に検出され、また、この状態での把持爪による被把持物に対する把持力や、被把持物に作用する外力の大きさを力センサ２５で検出することができる。
【００３２】
また、各モジュール５に内装された電極がケーブルを介して高電圧ドライバ２６に個々に接続されていて、上記個々の電極への通電が個々に制御され、電圧を制御することによって、各モジュール５内流体の粘性が個々に調整される（図９）。この実施例のように、多数のモジュールを配列してモジュール集合体を構成する場合は、個々の電極による電界が他のモジュールに影響しないように、モジュールの袋の材料に銅やアルミ等の導電性微細繊維を織り込んでいる。
【００３３】
把持装置の２つの把持爪で円筒状の被把持物２７を把持する（図１０）と、中央の当接部分２８のモジュールが変形し（図１１）、被把持物２７の一部を包み込むようにして被把持物を安定的に保持することになる。このときの状態は図１２の断面図に示すとおりである。
被把持物２７を把持するときは、まず、把持当接部分２８と軽く当接し、さらに爪が閉じられるに伴って、把持当接部分２８のモジュール群３２が図１２に示すように変形し、被把持物２７の端部とその一部が当接しているモジュール５ｘが図示のように変形する。もちろん、このときモジュール５ｘ，モジュール群３２の各モジュールの流体量は、各袋の変形を許容するように排出される。モジュール５ｘ、モジュール群３２の各モジュールが図示のように変形し、被把持部材を保持した状態で各モジュール内部の電極への通電を制御し、その電気粘性流体の粘度を調整することで、被把持物が安定的に保持される。被把持物２７と当接していない端のモジュール群３０の各モジュールの内部流体の粘度を高くしてこれを最も固くすることによって、被把持物にかかる横方向（図１２における矢印方向）の外力に対して安定的にこれを保持させることができる。
【００３４】
さらに、爪による把持方向（縦方向）への支持を安定させたい場合は、被把持物２７と全面的に当接しているモジュール群３２のモジュール、被把持物２７の端部に当接しているモジュール５ｘの内部流体の粘度を高くして硬化させる。反対に、把持部分にある程度のコンプライアンス性を持たせたい場合は、モジュール５ｘ，モジュール群３２のモジュール内の流体粘度を低くする。部分的に変形する上記モジュール５ｘにも安定的な把持機能を持たせたいときは、被把持物に当接させた状態で、その内部粘度を高くする。
また、例えば、非当接モジュール群３０の各モジュールの内部流体を高粘度状態、平面当接モジュール群３２のモジュールの内部流体を低粘性状態、部分当接モジュール５ｘの内部流体を高粘性状態にすることによって、被把持物２７はその根元部分を安定的に把持され、把持爪の先端部分で柔らかく把持されるので、円錐状の空間内でのコンプライアンス性、すなわち被把持物２７の先端部分（把持されていないフリーな部分）のコンプライアンス性が実現される。
【００３５】
他方、図１３に示すように、被把持物の端部に当接しているモジュール３０の内部流体の粘度を低くして柔らかいままにすることによって、矢印の方向、すなわち円柱状の被把持物の軸方向の外力が加わると、被把持物２７がモジュール５ａを横につぶしながらスライドすることが可能になる。もちろん、この場合、モジュール５ａの内部圧力は一定に制御されているので、上記外力によって内部流体の一部が排出機構（図６の排出機構２０参照）によってタンクに排出される。外力によって被把持物の把持位置がずれることが好ましくない場合は別にして、上記のスライド状態を意図的に作り出すことによって、把持方向に対して垂直方向に平行な面でのコンプライアンス性を持たせることができる。
【００３６】
また、図１４に示すように、被把持部材２７と当接しているモジュール群３２のうち把持爪の先端側端のモジュール５ｅとそれ以外のモジュールとで、内部の電気粘性流体の粘度を異にすることによって、コンプライアンス性を変更することができる。例えば、上記モジュール５ｅの粘度を高くし、他のモジュールの粘度を低いままに保つことによって、硬化されたモジュール３０の側面に端面を当接させながら、上記先端側端のモジュール５ｅを中心にした傾動方向のコンプライアンス性を持たせることができる。
【００３７】
また、図１４の状態から、モジュール３２の各モジュールの流体量を個々に増加させて被把持物２７の一端を押し出して、先端側端のモジュール５ｅとの接点を支点にして傾斜させ、この状態で安定的に把持することもできる。このように、被把持物と当接しているモジュール群３２の個々のモジュールの流体量を個々に加減することによって、一旦把持した被把持物の向きを、そのときの作業に適したように調整、変更することができる（図１５）。すなわち、当接しているモジュール群３２の個々のモジュールの圧力センサによる圧力検出信号に基づいて、個々の内圧を認識し、また、そのモジュールの内圧を個々に制御しながら個々のモジュール内の電気粘性流体量を加減し、さらに、電気粘性流体の粘度を個々に制御することにより、被把持物を適宜の姿勢で安定的に把持するだけでなく、組立て作業、分解作業に伴って被把持物に作用する外力を考慮し、作業動作を考慮して、被把持物の把持姿勢を適宜、任意に変化させることができる。
【００３８】
この発明のモジュール集合体による把持装置を備えたロボットの一例を図１６に示している。このものは、一つのロボットアームを備えているものであり、製品４４の組立て、または分解作業を行うものである。このロボットは、図１７に示すシステム構成によって所定の手順で作業が遂行する。
このロボット６２のアーム４２内はロボットサーボモータ５２を備え、把持装置４３は把持爪にかかる力を検出する力センサ５５を備え、把持爪の把持面にモジュール（モジュール集合体）５７を備えており、当該モジュール５７は内圧センサ５６、モジュール内電極５８を備えている。また、制御ボックス６１を備えており、さらに、当該制御ボックス６１に流体制御弁５９、高電圧ドライバ５９を備えている。
【００３９】
また、制御盤６３のコンピュータ４５のバスにパルス発生器４６，４７を備え、さらにＡＤ変換器４８，４９、デジタルＩ／Ｏ（符号５０）を備えている。
上記コンピュータ４５は、ロボットサーボモータ５２を制御し、把持装置４３の移動機構用である把持装置サーボモータ５４を制御し、各センサの検出信号を取り込み、Ｉ／Ｏ制御を行うものである。
コンピュータで演算された結果から指令パルスが設定され、パルス発生器４６，４７から出力される。パルス発生器４６，４７から発生されたパルスはロボットサーボモータ５２用のモータアンプ５１と把持装置サーボモータ５４用のモータアンプ５３に入力され、それぞれ、ロボットサーボモータ５２と把持装置サーボモータ５４を制御する。コンピュータ４５の各バスに設けたＡＤ変換器４８は把持装置４３に搭載されている把持装置の内部に設けたセンサ５５の入力を行う変換器である。また、把持装置のモジュールの圧力センサ５６の検出信号の取り込みも行う。ＤＡ変換器４９は、電気粘性流体の粘度変化を発生させるための指令に用いられている。モジュール内電極５８に電界を発生させると、電気粘性流体の特性（粘度）が変化する。電界発生のため高電圧ドライバ６０が必要であり、その高電圧ドライバ６０の指令値発生のためにＤＡ変換器４７を用いている。上記デジタルＩ／Ｏ（符号５０）は電気粘性流体の供給排出を制御する流体制御弁５９のＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、これによって把持爪に付設したモジュール５７の内部流体の量を制御する。流体制御弁と高電圧ドライバは上記制御ボックス６１に取り付けられている。
【００４０】
【実施例４】
この実施例４は、上記モジュールの内部流体に磁性流体を用いた例であり、電磁石をモジュール内部に設置しており、その電磁石に流す電流を制御し、磁界を制御して、これによって、上記磁性流体の粘性を制御するものである。
実施例１乃至実施例３と同様に、モジュール内流体の供給排出制御と当該流体の粘度制御を行うことにより、把持当接面のアクティブな形状変化を発生させて把持物体のコンプライアンスを実現し、また積極的に把持姿勢をコントロールすることができる。
【００４１】
【実施例５】
実施例５は、モジュールの内部流体として熱可塑性の高分子材料を用いる例であり、その高分子材料の粘性を制御するために、モジュール内に電熱線と冷却材料を循環させる冷却パイプを設置している。冷却材料には水や油、もしくは液化窒素などを用いることができる。モジュール内の高分子材料は加熱されることで粘性が低下して流動性を増し、冷却することによって粘性が高くなって固化する。モジュール内の電熱線に流す電流と、冷却材の循環を制御することによって、モジュール内部の高分子材料の温度を制御して、上記のとおり、その粘度を制御する。
例えば、上記高分子材料としては、形状記憶ポリマーが望ましい。ガラス転移点（Ｔｇ）前後で弾性率が変化する。ガラス転移点を５０℃に設定した場合は３０℃以下においては固化状態であり、５０℃前後で粘性が大きく変化し始めて、７０℃以上においては柔軟な状態にと変化する。Ｔｇ以上の温度の状態で物品を把持し、倣うように変形した後、冷却するとその形状で固化される。ガラス転移点を低温に設定できるので、本発明の高分子材料には望ましい。他にポリウレタン系の材料などが適している。
この実施例５による場合も、実施例４と同様に、流体の供給排出制御と流体の粘度制御を行うことにより、把持当接面のアクティブな形状変化を発生させ、把持物体のコンプライアンスを実現し、積極的に把持姿勢をコントロールすることもできる。
【００４２】
【発明の効果】
この発明の効果を、主な請求項毎に整理すれば、次のようである。
１．請求項１の効果
請求項１のモジュールは被把持物に当接する部分の力と形状が自在に変わるから、被把持物の被把持面の形状の如何に関わらず、当該被把持面にソフトにかつなじんで当接し、安定的に把持することができる。したがって、様々な形状の被把持物を安定的に把持した状態で様々な作業を行うことができる。
【００４３】
２．請求項２の効果
請求項２のモジュールは柔軟で伸びの少ない布製を用いることにより、把持対象物品に倣って変形し、安定して把持することができる。また、物品の作業に応じた柔らかさなどのコンプライアンスを持つことが可能になり、組立や分解などの作業の際に生じる力に応じた把持が可能になり、安定した作業が可能になり、複雑な作業や嵌め合い動作を容易にできる。
【００４４】
３．請求項３の効果
請求項３の圧力センサにより、物体との接触状態が物体の形状や材質によらず、物体の接触部分の圧力値を接触部分のモジュール単位で求めることにより、各モジュールの圧力値に応じた任意の形状の物体を任意の作業に対して効率良く把持操作することができる。
【００４５】
４．請求項４の効果
電気的特性により内部流体の粘度を各モジュールごとに任意に変更することにより、各モジュールごとに安定接触状態やコンプライアンスを持った接触状態を作りだして、任意の物体や作業に応じた効率良い把持操作を行うことができる。また、磁気的特性により内部流体の粘度を各モジュールごとに任意に変更することにより、各モジュールごとに安定接触状態やコンプライアンスを持った接触状態を作りだして、任意の物体や作業に応じた効率良い把持操作をすることができる。
【００４６】
５．請求項５の効果
各モジュール毎に電気粘性流体の粘度を電界により任意に制御することにより、任意の物体や作業に応じた接触状態を作り出して、任意の物体や作業に応じた効率良い把持操作を行うことができる。磁気的特性により内部流体の粘度を各モジュールごとに任意に変更することにより、各モジュール毎に安定接触状態やコンプライアンスを持った接触状態を作りだして、任意の物体や作業に応じた効率良い把持操作をすることができる。
【００４７】
６．請求項６の効果
請求項１のモジュールを多数並列して構成したモジュール集合体は、各モジュール毎にその力と弾性を変化させることができるから、被把持物の表面によく倣って（なじんで）ソフトに、かつ安定的に当接することができ、また、被把持物に対して任意の方向性をもった当接状態を実現することことができる。したがって、被把持物の当接面を当接部分単位で作業内容に応じて、安定部分とコンプライアンス部分に区分して把持させることができる。
【００４８】
７．請求項７の効果
各モジュール内部に電界変化を発生させたときに、その隣接するモジュール内部の流体に対して電界変化の影響を与えないことにより、各モジュールごとに隣接するものの影響を受けないで、任意の接触状態を作り出すことができる。
【００４９】
８．請求項８の効果
請求項８の把持装置によれば、そのモジュール集合体の各モジュールの被把持面に対する当接圧力及びその弾性を適宜、適時に制御でき、したがって、被把持物を挟み込んで把持し、あるいは包み込んで把持することが可能であるので、被把持物の形状や材質に関わらず、これを安定して把持することができ、また、把持された被把持物に、作業に応じたコンプライアンス性を任意の方向と任意の程度で発揮させることができ、これによって、種々の作業において、種々の形状の被把持物を効果的に把持操作することができる。
【００５０】
９．請求項９の効果
物体の形状、材質によらずに安定して把持することと、物体に加える作業に対して適切な作業力と作業に適した物体のコンプライアンスを電界制御と磁界制御により行うことにより、把持力や作業力に対応した接触状態を作り出せる効果がある。
【００５１】
１０．請求項１０の効果
物体の形状、材質によらずに安定して把持することと、物体に加える作業に対して適切な作業力と作業に適した把持姿勢の角度を圧力センサの値に応じて流体量を制御することにより、把持力や作業力に対応した接触状態を作り出すことができる。
【００５２】
１１．請求項１１の効果
物体を把持する際に加えている把持方向の力や作業時に発生している作業動作方向への力など、把持している物体に作用する力の値を検出することにより、任意の形状の物体を、把持方向の力や作業時の力に応じて任意の作業に対して効率良く把持操作することができる。
【００５３】
１２．請求項１２の効果
物体の形状、材質によらずに安定して把持することと、物体に加える作業に対して適切な作業力と作業に適した物体のコンプライアンスを電界制御により行うことにより、把持力や作業力に対応した接触状態を作り出せる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、実施例１の模式図である。
【図２】は、実施例２の模式図である。
【図３】は、実施例２のモジュール集合体と被把持物との当接の状態を模式的に示す断面図である。
【図４】は、実施例２のモジュール集合体による被把持物の保持状態を模式的に示す断面図である。
【図５】は、実施例２のモジュール集合体を付設した把持装置の側面図である。
【図６】は、実施例１のモジュールへの内部流体の供給排出手段を模式的に示す図である。
【図７】は、実施例２のモジュール集合体を付設した把持装置における内部圧力センサと圧力センサアンプとの関係を模式的に示す側面図である。
【図８】は、把持装置に内蔵された力センサを模式的に示す、把持装置の正面図である。
【図９】は、実施例２のモジュール集合体を付設した把持装置におけるモジュール内の電極と高電圧ドライバ２６との関係を模式的に示す把持装置の側面図である。
【図１０】は、実施例２のモジュール集合体を付設した把持装置と被把持物との位置関係を模式的に示す斜視図である。
【図１１】は、図１０の把持装置で被把持物を把持した場合のモジュール集合体における、被把持物との当接領域を模式的に示す正面図である。
【図１２】は、図１０の把持装置で被把持物を把持したときの、当接状態の一例を模式的に示す断面図である。
【図１３】は、図１０の把持装置で被把持物を把持したときの、当接状態の他の例を模式的に示す断面図である。
【図１４】は、図１０の把持装置で被把持物を把持したときの、当接状態のさらに他の例を模式的に示す断面図である。
【図１５】は、図１０の把持装置で被把持物を把持したときの、当接状態のさらに他の例を模式的に示す断面図である。
【図１６】は、実施例２のモジュール集合体を付設した把持装置を備えた作業ロボットを模式的に示す斜視図である。
【図１７】は、図１６のロボットの制御システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
１，５：モジュール
１ａ：袋
１ｂ：流体給排口
２，８，２７：被把持物
６：モジュール集合体
１５：把持爪
１６：把持爪移動機構
１９：供給機構
２０：排出機構
２１：タンク
２２：圧力センサ
２３：ケーブル
２４：圧力センサアンプ
２５：力センサ
２６：高電圧ドライバ
２８：把持当接部分
３０：非当接モジュール群
３２：当接モジュール群
【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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【図１６】
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【図１７】
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