(57)【要約】【課題】指の構造を変えることなく、指を有する手の強度を高めると共に指を保護することができるようにする。【解決手段】複数本の指１８（ｉ，ｃ，ｏ）の先端から基端側までがカバーされる指用プロテクタ２０を、手１６Ｒ，１６Ｌの基部１６ａに回転自在に取り付け、このプロテクタ２０を、指１８が保護される位置から指１８の動作・機能が確保される退避状態まで回動させるようにする。また、このプロテクタ２０の外周部には、物体への接触状態を検出する接触検知センサを設け、プロテクタ２０の内部には、このプロテクタ２０を人肌程度の温度に維持するためのヒータを配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アームの先端部に指が取り付けられたロボット用マニピュレータにおいて、
上記指の先端をカバーする位置から基端側まで指に沿って形成された指用プロテクタを上記アームに設け、この指用プロテクタを指がカバーされる保護位置から指の機能が確保される退避状態まで移動させるように構成したことを特徴とするロボット用マニピュレータ。
【請求項２】
上記指用プロテクタの外周部に、この指用プロテクタが物体へ接触した状態を検出する接触感知センサを設けたことを特徴とする上記請求項１記載のロボット用マニピュレータ。
【請求項３】
上記指用プロテクタの内部に、ヒータを設け、このヒータの制御にて上記指用プロテクタが人間の体温近傍に維持されるようにしたことを特徴とする上記請求項１又は２記載のロボット用マニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボット用マニピュレータ、特に生活支援用、介護用等のロボットにおいてアームの先端に可動指を取り付け、各種の作業を行うマニピュレータの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、産業用ロボットの他に、生活支援用、介護用、災害・救助活動用等のために、車や搬送体で移動できるロボットや二足歩行するロボット等の開発が進められており、この種のロボットは、複数本の指（フィンガー）を設けた手（ハンド）及びアーム（腕）を持ち、例えば手でコップ等の物を掴む、ベッドに寝ている介護利用者を起き上がらせる、障害物を排除する、両方の手で物を持つ等の作業を行うことが可能である。
【特許文献１】特開２００３−３０５６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のロボットでは、手の複数本の指に対しその関節の駆動部材やセンサ類が設けられていることもあり、指自体の強度がそれ程高くなく、例えば人を支えながら片手で起こしたり、片手で重い物を左右に移動させたりするときに、指が重さに耐えられない事態が起こる。
【０００４】
また、瓦礫やゴミの中へ手を挿入したり、ロボットの目では確認できない場所へ手を入れたりするときに、指先に挿入方向（突き指方向）の過度な負荷が加わり、指の構成部材を破損させることが生じる等の問題がある。一方、各方向からの負荷に対する指の強度を高めることも可能であるが、この場合は、指の構造体を強化すると共に、関節部の駆動力も高くしなければならず、手全体が大型化する等の不都合がある。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、指の構造を変えることなく、指を有する手の強度を高めると共に指を保護することができるロボット用マニピュレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、アームの先端部に指が取り付けられたロボット用マニピュレータにおいて、上記指の先端をカバーする位置から基端側まで指に沿って形成された指用プロテクタを上記アームに設け、この指用プロテクタを指がカバーされる保護位置から指の機能が確保される退避状態まで移動させるように構成したことを特徴とする。
請求項２の発明は、上記指用プロテクタの外周部に、この指用プロテクタが物体へ接触した状態を検出する接触感知センサ（圧力センサ、触覚センサ）を設けたことを特徴とする。
請求項３の発明は、上記指用プロテクタの内部に、ヒータを設け、このヒータの制御にて上記指用プロテクタが人間の体温近傍に維持されるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、指用プロテクタとして、例えば指全体の側面から先端部までの外周をカバー（保護）するように棒状パイプを円弧状に曲げたものが用いられ、このプロテクタの両端（開放端）が指の基端側の例えば手の側面に回動可能に取り付けられる。そして、このプロテクタは指全体の側面から先端までの外周をカバーする保護位置からこの外周を開放する退避位置まで、例えば１８０度に近い角度を回動するように（可倒式に）構成される。従って、プロテクタが保護位置にあるときは、例えば３本の指全体がその側面から先端までプロテクタでカバーされるので、指を含む手の強度が高まり、介護利用者を起き上がらせたり、重たい物を移動させたりする際の強度を容易に得ることができる。また、瓦礫やゴミの中、冷蔵庫、洗濯機、収納庫等の生活機器の中、或いは物体の裏側等へ手を挿入するときには、指よりも先にプロテクタが物に当たることになり、指先を保護することが可能となる。
【０００８】
また、上記プロテクタの表面部に接触感知センサとして、例えば感圧導電性ゴムをシート状に形成したものが取り付けられることになり、これによって、プロテクタが人や物に接触したことが検知される。更に、プロテクタの内部にはヒータが設けられ、プロテクタ自体が人肌程度の温度に設定される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のロボット用マニピュレータによれば、指の構造を変えることなく、指を含む手の強度を高めることができ、重たい人や物を扱うことが容易となり、また指が保護されるので、瓦礫の中やロボットの目では確認できない場所等へ手を挿入する場合でも、過度な負荷によって指の構成部材を破損させることが防止されるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１には、実施例に係るロボットの全体構成が示され、図２には、図１のロボット用マニピュレータが示されており、このロボットは、車輪を備えた搬送部１０、この搬送部１０に回転（軸）部を介して接続された第１胴体部１１Ａ、この第１胴体部１１Ａに回転部を介して接続された第２胴体部１１Ｂ、この第２胴体部１１Ｂに回転部を介して接続された頭部１２及び上記搬送部１０に回転部Ｚｄ，Ｚｅを介して接続された左右のアーム（腕）１４Ｒ，１４Ｌを備えている。
【００１１】
上記頭部１２には、左右の目に対応した１対のカメラ部１３が設けられており、このカメラ部１３では主にロボットが進む方向の像や手の先の像が撮影される。このカメラ部１３で得られた映像は、ロボットが自走する際の情報になると共に、人が遠隔操作する場合には遠隔地の表示器に表示され、遠隔操作情報として利用される。また、上記の各回転軸部では例えば下側部材（基部）に対して上側部材がモータで回転するように構成されており、これによって、ロボットの姿勢制御や頭部１２の高さ位置の調整等が行われる。
【００１２】
上記左右のアーム１４Ｒ，１４Ｌは、それぞれに上腕部１４ａとこれに回転部Ｚｆを介して接続された前腕部１４ｂとを有し、例えばこの二つの上腕部１４ａは回転部Ｚｄで上下方向に回動すると共に、回転部Ｚｅで左右方向に回動し、上記二つの前腕部１４ｂは回転部Ｚｆで上下方向に回動する。更に、この前腕部１４ｂには内部の回転軸部を介して先端部１４ｃが接続され、この前腕先端部１４ｃに、３本の指１８［ｉ（内側），ｃ（中央），ｏ（外側）］を持つ手１６Ｒ，１６Ｌが取り付けられており、この手１６Ｒ，１６Ｌは、前腕部１４ｂの先で所定の角度（例えば１８０度）を回動するように構成される。そして、上記の手１６Ｒ，１６Ｌの基部（手の平の部分）１６ａに、３本の指１８（ｉ，ｃ，ｏ）を保護するためのプロテクタ２０の両端が回転自在に取り付けられる。
【００１３】
図３及び図４には、上記指用プロテクタ２０を設けた手１６Ｒ，１６Ｌの部分の構成（基部１６ａについては内部を露出した状態で描いている）が示され、図５には、図３のＶ−Ｖ線の断面図と電気的な構成が示されている。図３に示されるように、手１６Ｒ，１６Ｌの指１８（ｉ，ｃ，ｏ）には、指１８ｉのように、第１関節部、第２関節部及び第３関節部で曲げ動作するための機構（モータ等）と、指１８（ｉ，ｃ，ｏ）のそれぞれを回転させる回転機構が組み込まれる。
【００１４】
そして、実施例のプロテクタ２０は、手１６Ｒ，１６Ｌの基部１６ａと同じ程度の縦幅で、この基部１６ａと３本の指１８（ｉ，ｃ，ｏ）の側面外周を囲むように楕円弧状（輪状）とされ、かつ先端側が閉鎖状態、後端側が開放状態に形成されており、この後端側開放端２０Ｅが回転軸部２１で基部１６ａに取り付けられる。このプロテクタ２０は、図５に示されるように、骨部材として外側が弧状となる断面形状の硬質パイプ２３が配置され、このパイプ２３の外周に、軟質の合成樹脂製外皮（軟性部）２４が被せられた構成となっている。
【００１５】
また、上記基部１６ａの内部には、プロテクタ２０を回動するためのモータ２６が設けられており、このモータ２６に、ギヤ列２７を介してシャフト２８が設けられ、このシャフト２８の両端にピン２９ｐを有するレバー２９が取り付けられる。一方、プロテクタ２０の開放端２０Ｅの内側に、ガイド溝３０が設けられ、このガイド溝３０に上記レバー２９のピン２９ｐが係合配置される。従って、モータ２６を回転させると、ギヤ列２７及びシャフト２８を介してレバー２９が回動し、このレバー２９のピン２９ｐがガイド溝３０に沿って案内されることにより、プロテクタ２０が起き上がるように回動する。
【００１６】
更に、基部１６ａの側面部に、手１６Ｒ，１６Ｌの外周を覆う位置（手の平に沿った位置）でプロテクタ２０を係止させるストッパ３２が設けられており、このストッパ３２で係止される位置がプロテクタ２０の保護位置となり、この保護位置から指１８（ｉ，ｃ，ｏ）の物体に対する通常動作が可能になる状態の退避位置までプロテクタ２０は回動する。この退避位置までの回動角度は、最大で１８０度近い角度とすることができる。この場合、実施例では上述のように、手１６Ｒ，１６Ｌが前腕先端部１４ｃにて捻り方向に１８０度の回転（内転又は外転）をするので、これによってプロテクタ２０を一方（上側）だけでなく反対側（下側）に退避させることができる。なお、上記ストッパ３２を設けず、プロテクタ２０を３６０度に近い角度を回動可能に構成してもよい。
【００１７】
図５に示されるように、上記のプロテクタ２０においては、軟質の外皮２４の一部（又は内部等）に、人や物体へ接触したことを検知するために、外側面の円弧状部の接触検知センサ［又は圧力センサ、触覚センサ（以下同様）］３４ａ、上面部の接触検知センサ３４ｂ、下面部の接触検知センサ３４ｃが設けられ（この３４ｂ，３４ｃから外側全体に設けてもよい）、これら接触検知センサ３４ａ〜３４ｃは、プロテクタ２０の楕円状の全域に亘って配置される。この接触検知センサ３４ａ〜３４ｃとしては、シート状の感圧導電性ゴムが設けられる。この接触検知センサ３４ａ〜３４ｃの出力は、接触信号検出回路３５へ供給され、この検出回路３５から出力される接触検知信号は、全体を統括制御する制御回路（ＣＰＵ，マイコン等）３６へ供給される。
【００１８】
更に、このプロテクタ２０には、プロテクタ２０自体を人肌の温度に暖めるために、例えばパイプ２３の内側に、面状のヒータ（発熱体）３７が設けられ、このヒータ３７はヒータ駆動回路３８で駆動される。このヒータ３７の温度制御では、プロテクタ２０の温度を検出し、この検出信号を制御回路３６等へフィードバックすることにより、精密な制御を行うこともできる。
【００１９】
実施例は以上の構成からなり、上記の構成のロボットは、人の操作なしで自力制御動作を行ったり、人の遠隔操作で動かしたりすることになるが、上述したプロテクタ２０は、図２の右手１６Ｒで示される保護位置と、左手１６Ｌで示される退避位置に移動制御される。即ち、図３のモータ２６を回転させると、ストッパ３２で係止された保護位置（始点位置）から図４に示されるように、ギヤ列２７を介してレバー２９が駆動され、このレバー２９のピン２９ｐがガイド溝３０に案内されることによって、プロテクタ２０が回転軸部２１を中心にして回動し、指１８の作業が可能となる退避位置（手元側への１８０度近い最大回転位置）まで移動することになる。この保護位置から退避位置への移動制御においては、プロテクタ２０を完全に退避させる最大回転位置まで回動させず、状況に応じて途中の退避位置（例えば最大回転量の２分の１や３分の１の回転位置）で停止させ、この途中の位置から迅速に保護位置へセットすることができる。
【００２０】
そして、例えば人を起き上がらせたり、重い物を動かしたりするときは、図２の右手１６Ｒのように、上記プロテクタ２０を指１８（ｉ，ｃ，ｏ）と並ぶ保護位置へ移動させれば、これら指１８を保護しながら手１６Ｒ全体の強度を高くすることができ、大きな負荷に対しても良好かつ十分な動作が可能となる。また、瓦礫やゴミの中、冷蔵庫、洗濯機、収納庫等の生活機器の中、物体の裏側等へ手１６Ｒ，１６Ｌを挿入するときにも、このプロテクタ２０を保護位置にセットすれば、指１８（ｉ，ｃ，ｏ）よりも先にプロテクタ２０が物に当たることになり、指先を保護することが可能となる。
【００２１】
一方、指１８（ｉ，ｃ，ｏ）を使う場合は、図２の左手１６Ｌのように、プロテクタ２０を退避位置へ移動させれば、３本の指１８（ｉ，ｃ，ｏ）によって例えばコップ等の物を掴んだり、人に対する各種の介護動作を行ったりすることができる。
【００２２】
また、上記の動作においては、プロテクタ２０に設けられている接触検知センサ３４（ａ，ｂ，ｃ）にて、人、物に対する接触状態が検知されており、物等へ接触したことを検知したときは、制御回路３６によって、アーム１４Ｒ，１４Ｌや搬送部１０の停止、プロテクタ２０を退避させる動作、指１８（ｉ，ｃ，ｏ）による次の動作等の制御が行われる。
更に、実施例では、図５のヒータ駆動回路３８によってヒータ３７に駆動電力が供給されることにより、プロテクタ２０全体が人肌程度に暖められており、人にプロテクタ２０を接触させたとき、機械的な冷たさ等を感じさせることがないという利点がある。
【００２３】
上記実施例では、図３に示されるように、プロテクタ２０の先端に光学部材或いはカメラ部材等からなる先端部材４０を配置する場合がある。この場合において、例えば先端部材４０を回転自在に取り付ける場合は、上記接触検知センサ３４と共に、この回転軸の軸受け部の圧力を検出する接触検知センサを設けるようにしてもよく、また回転させない場合は、先端部材４０の後側に、外側から先端部材４０が受ける圧力を検出する接触検知センサを設けることもできる。
【００２４】
また、上記実施例のプロテクタ２０は、指１８全体を囲むような形状としたが、少なくとも先端部と左右いずれかの側面部があればよく、例えば指１８ｉの外周に配置されている部分をなくし、先端部と指１８ｏの外周に配置されている部分で構成したプロテクタを、一つの回転軸部２１で軸支する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例に係るロボットの全体構成を示す斜視図である。
【図２】実施例のロボット用マニピュレータ（左右のアーム）の構成を示す斜視図である。
【図３】実施例のロボットの手及び指用プロテクタを示し（手の基部内は内部を露出させた状態で表す）、図（Ａ）は上面図、図（Ｂ）は側面図である。
【図４】実施例のロボットの手において指用プロテクタを回動させた状態を示す（手の基部内は内部を露出させた状態で表す）側面図である。
【図５】図３のプロテクタのＶ−Ｖ線で切断した断面と電気的構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０…搬送部、              １３…カメラ部、
１４Ｒ，１４Ｌ…左右のアーム（腕）、
１４ｃ…前腕先端部、
１６Ｒ，１６Ｌ…左右の手、  １６ａ…基部、
１８（ｉ，ｃ，ｏ）…指、
２０…指用プロテクタ、      ２３…パイプ、
２４…軟質の外皮、          ２６…モータ、
２７…ギヤ列、              ２９…レバー、
３０…ガイド溝、            ３２…ストッパ、
３４（ａ，ｂ，ｃ）…接触検知センサ、
３７…ヒータ、              ３６…制御回路。
【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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