(57)【要約】【課題】対象物を安定した状態で確実に把持できる把持装置及びロボットを提供する。【解決手段】把持装置１は、弾性体からなり対象物９０に接するハウジング１０と、ハウジング１０内に封入された粉体１１と、ハウジング１０内に流体を導入する導入部４０と、ハウジング１０内から流体を導出する導出部５０と、導入部４０と導出部５０とを制御して、ハウジング１０内に流体の流れを形成する制御手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を把持する把持装置であって、
弾性体からなり、前記対象物に接するハウジングと、
前記ハウジング内に封入された粉体と、
前記ハウジング内に流体を導入する導入手段と、
前記ハウジング内から前記流体を導出する導出手段と、
前記導入手段と前記導出手段とを制御して、前記ハウジング内に前記流体の流れを形成する制御手段と、
を備えることを特徴とする把持装置。
【請求項２】
請求項１に記載の把持装置であって、
前記粉体は、ジャミング転移現象を呈し、
前記制御手段は、前記導入手段により前記ハウジング内に前記流体を導入しながら、前記導出手段により前記ハウジング内から前記流体を導出することを特徴とする把持装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の把持装置であって、
前記ハウジングを支持する支持部と、
前記ハウジングと前記支持部との間に配置された圧力センサーと、
をさらに備えることを特徴とする把持装置。
【請求項４】
請求項３に記載の把持装置であって、
前記圧力センサーとして、触覚センサーを備えることを特徴とする把持装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の把持装置であって、
前記ハウジングの中央部の厚さは、前記ハウジングの周縁部の厚さよりも薄いことを特徴とする把持装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の把持装置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、把持装置及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
外形形状が異なる対象物を安定して把持する把持装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の把持装置では、可撓性を有するハウジング（皮膜）に粒状物を内包し、ハウジングの内部を減圧状態又は減圧解除状態に保持可能に構成されている。ハウジング内を減圧解除状態にすると、粒状物がハウジング内で流動可能な状態となり、対象物に接する部分（把持部分）が対象物の外形形状に対応して変形する。そして、ハウジング内を減圧して粒状物同士を緊密にすることで、把持部分の変形した状態が保持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１２３０８２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、上記特許文献１に記載の把持装置では、把持部分を変形させて対象物を把持した後、ハウジング内を減圧解除状態にして粒状物を流動可能な状態にしても、一度変形した把持部分の形状は元の形状に戻りにくい。そうすると、把持部分の形状が次に把持する対象物の外形形状に十分に適応できなくなり、把持する際に、より強い把持力が必要になることや、対象物を安定して把持できずに落下させてしまうことがあるという課題がある。また、把持部分が対象物の外形形状に適応していない状態で、大きな把持力で対象物を把持すると、把持装置の出力の増大、対象物の変形や破損、ハウジングの劣化や破損等を招くという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る把持装置は、対象物を把持する把持装置であって、弾性体からなり、前記対象物に接するハウジングと、前記ハウジング内に封入された粉体と、前記ハウジング内に流体を導入する導入手段と、前記ハウジング内から前記流体を導出する導出手段と、前記導入手段と前記導出手段とを制御して、前記ハウジング内に前記流体の流れを形成する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、把持装置は、粉体が封入され弾性変形するハウジングと、ハウジング内に流体を導入する導入手段と、ハウジング内から流体を導出する導出手段と、導入手段と導出手段とを制御して、ハウジング内に流体の流れを形成する制御手段とを備えている。したがって、ハウジング内に流体が導入されて粉体が流動性を有している状態では、ハウジングの外形形状は対象物の外形形状に対応して変形する。そして、流体の導入を停止した状態でハウジング内から流体を導出すると、粉体が緊密になり固体状になるので、ハウジングの外形形状は変形したままの状態で保持される。そのため、把持力を過度に増大させなくても、様々な形状の対象物に対応できるとともに、対象物を安定した状態で把持できるので、把持装置の出力の増大、対象物の変形や破損、ハウジングの劣化や破損等を抑えることができる。また、ハウジング内に流体を導入するとともにハウジング内から流体を導出することで、ハウジング内に流体の流れが形成され、固体状になった粉体の流動化が促進されるので、一つの把持動作を行った後に、変形したハウジングの外形形状を元の形状に戻すことができる。そのため、把持動作を繰り返し行う場合でも、把持力を過度に増大させることなく、安定した状態で対象物を把持することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に係る把持装置であって、前記粉体は、ジャミング転移現象を呈し、前記制御手段は、前記導入手段により前記ハウジング内に前記流体を導入しながら、前記導出手段により前記ハウジング内から前記流体を導出することが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、粉体はジャミング転移現象を呈するので、ハウジング内の粉体の密度を低くしたり高くしたりすることにより、流動性を有する状態と固体状の状態とを確実に切り替えることができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に係る把持装置であって、前記ハウジングを支持する支持部と、前記ハウジングと前記支持部との間に配置された圧力センサーと、をさらに備えることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、把持装置は、圧力センサーを備えているので、対象物を把持する作業において、対象物に対する把持力をモニターし、異常の発生を検知することができる。これにより、把持状態の確認や異常発生時の対処が可能となるので、対象物をより安定した状態で把持して所定の場所まで確実に移動させることができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に係る把持装置であって、前記圧力センサーとして、触覚センサーを備えることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、把持装置は、触覚センサーを備えているので、把持力だけでなくすべり力や回転トルクを検出して、対象物の把持状態や異常の発生をより精度良く検知できる。これにより、対象物をより一層安定した状態で把持して所定の場所まで確実に移動させることができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に係る把持装置であって、前記ハウジングの中央部の厚さは、前記ハウジングの周縁部の厚さよりも薄いことが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、ハウジングの中央部の厚さは周縁部の厚さよりも薄いので、中央部を対象物に接触させ、周縁部で対象物を囲むようにして安定した状態で把持することができる。
【００１６】
［適用例６］本適用例に係るロボットは、上記に記載の把持装置を備えることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、上述した把持装置を備えているので、対象物を安定した状態で把持して確実に運ぶことが可能なロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係る把持装置の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施形態に係る把持装置の概略構成を示す図。
【図３】第１の実施形態に係る把持装置の動作の概略を説明するフローチャート。
【図４】第２の実施形態に係る把持装置の概略構成を示す図。
【図５】第２の実施形態に係る把持装置が備える圧力センサーの概略構成を示す図。
【図６】第２の実施形態に係る把持装置の動作の概略を説明するフローチャート。
【図７】第４の実施形態に係るロボットの一例の概略構成を示す模式図。
【図８】変形例の把持装置の概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の一実施形態である把持装置及びロボットについて図面を参照して説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示しており、各構成要素の寸法の比率、角度等が異なる場合がある。
【００２０】
（第１の実施形態）
＜把持装置＞
まず、第１の実施形態に係る把持装置を説明する。図１及び図２は、第１の実施形態に係る把持装置の概略構成を示す図である。詳しくは、図１（ａ）は把持装置の斜視図であり、図１（ｂ）は把持装置を側方から見た図であり、図１（ｃ）は把持装置を上方から見た図である。図２は、ハウジングの外形形状を変化させる構成を示す図である。
【００２１】
本実施形態に係る把持装置１は、柱状等の形状の対象物を把持する装置であり、例えば、ロボット等に取り付けられて、対象物を把持して給材場所から所定の場所まで移動させるために用いられるものである。
【００２２】
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、把持装置１は、一対のハウジング１０（１０ａ，１０ｂ）と、ハウジング１０ａ，１０ｂをそれぞれ支持する一対の支持部２０（２０ａ，２０ｂ）と、支持部２０ａ，２０ｂがそれぞれ固定された一対の指部３０（３０ａ，３０ｂ）とを備えている。指部３０ａ，３０ｂは、図示しない基部に取り付けられている。なお、ハウジング１０ａ，１０ｂ、支持部２０ａ，２０ｂ、指部３０ａ，３０ｂのそれぞれを総称して、単にハウジング１０、支持部２０、指部３０ともいう。
【００２３】
ここでは、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、対象物９０が角柱形状を有する場合を例に取り説明する。また、把持装置１が対象物９０を把持する際、対象物９０の延在方向が鉛直方向に沿うように把持するものとする。なお、図１（ａ）は対象物９０を把持する前の状態を示しており、図１（ｂ），（ｃ）は対象物を把持している状態を示している。
【００２４】
対象物９０の延在方向をＺ方向とすると、重力Ｍｇは、Ｚ方向における上方から下方に向かって作用する。なお、対象物９０は、円筒形状であってもよいし、複雑な形状を有するものであってもよい。対象物９０を把持する際、対象物９０の延在方向が鉛直方向以外の方向に沿うように把持してもよい。
【００２５】
ハウジング１０は、略半楕円形の断面を有する筒状の部材であり、対象物９０の延在方向と直交する方向に沿って延在している。ハウジング１０の対象物９０側の面は曲面であり、支持部２０側の面は平面である。したがって、一対のハウジング１０ａ，１０ｂは互いにその曲面側が対向するように配置されている。ハウジング１０の延在方向をＹ方向とし、Ｙ方向及びＺ方向と直交する方向をＸ方向とする。以下では、このＸＹＺ直交座標系を参照して説明する。
【００２６】
ハウジング１０は、支持部２０よりも摩擦係数が大きく、外圧により弾性変形を生じて膨張及び収縮可能な材料、例えばゴム等からなる皮膜状である。なお、ハウジング１０の表面の摩擦係数をより大きくするため、例えば、ハウジング１０の表面に凹凸を形成する等の表面処理を施してもよい。
【００２７】
ハウジング１０には、粉体１１が封入されている（図２参照）。粉体１１は、ジャミング転移現象を呈し、密度が低い状態では流体のように流動性があり、密度がある値を超えて高くなると流動性を失って固体状になる。粉体１１の材質、大きさ、形状は限定されないが、例えば、ＰＶＣ粉体、ＰＴＡ粉体、石松子、挽いたコーヒー豆等を用いることができる。粉体１１の大きさは、例えば、２０μｍ〜１０００μｍ程度である。
【００２８】
ハウジング１０の外形形状は、対象物９０を把持する際に、図１（ｂ），（ｃ）に破線で示す元の形状から、対象物９０の外形形状に対応して、実線で示すような形状に変形する。これにより、把持装置１は、ハウジング１０の外形形状を対象物９０の外形形状に適応させて、対象物９０を囲むようにして安定した状態で把持することができる。したがって、対象物９０が様々な形状である場合や、柔らかい材質のものや崩れ易い形状のものである場合でも確実に把持することができる。
【００２９】
なお、ハウジング１０に内包された粉体１１のジャミング転移現象により、ハウジング１０の外形形状を対象物９０の外形形状に適応させるので、ハウジング１０が皮膜状でなく全体が弾性体で構成されている場合に比べて、ハウジング１０を変形させるために必要な外力や把持力を小さくできる。したがって、把持力の増大に伴う把持装置１の出力の増大、対象物９０の変形や破損、ハウジング１０の劣化や破損等を抑えることができる。
【００３０】
支持部２０は、例えば、金属等を材料とする板状の部材からなる。支持部２０のハウジング１０を支持する面は、Ｙ方向とＺ方向とで構成される面に平行である。指部３０は、例えば、金属等を材料とし、内部が空洞の筒状の部材からなる。指部３０の断面は、円形や楕円形であってもよいし、矩形であってもよい。指部３０は、Ｚ方向に沿って延在している。
【００３１】
指部３０ａ，３０ｂは、Ｘ方向に沿って移動可能に基部に取り付けられている。指部３０ａ，３０ｂがＸ方向に移動することにより、Ｘ方向における指部３０ａ，３０ｂ同士の間隔が変化する。指部３０ａ，３０ｂ同士の間隔を狭めることで、対象物９０をハウジング１０ａ，１０ｂの間に挟んで把持するとともに、ハウジング１０ａ，１０ｂから対象物９０に対してＸ方向に沿った把持力が付与される。
【００３２】
次に、把持装置１におけるハウジング１０の外形形状を変化させる構成を説明する。図２に示すように、把持装置１は、ハウジング１０内に流体を導入する導入手段としての導入部４０と、ハウジング１０内から流体を導出する導出手段としての導出部５０と、導入部４０と導出部５０とを制御してハウジング１０内に流体の流れを形成する制御手段としての制御部６０と、をさらに備えている。流体としては、空気、窒素、酸素、アルゴン等の気体や、水、有機溶剤、水溶液等の液体を用いることができる。本実施形態では、流体として空気を用いる場合を例に取り説明する。
【００３３】
導入部４０は、空気の流路であるパイプ４２と、パイプ４２内に空気を送り込む第１ポンプ４４と、流路の開閉及び流通する空気の流量調整を行う第１バルブ４６と、パイプ４２からハウジング１０内に導入される空気を拡散する拡散部４８と、を備えている。パイプ４２は、ハウジング１０に接続されている。第１ポンプ４４は、パイプ４２に取り付けられている。
【００３４】
第１バルブ４６は、第１ポンプ４４とハウジング１０との間でパイプ４２に取り付けられている。拡散部４８は、パイプ４２とハウジング１０との接続部に配置されている。拡散部４８には小さな孔が多数設けられており、パイプ４２からハウジング１０内に導入される空気が様々な方向に拡散されて流れるようになっている。
【００３５】
導出部５０は、パイプ５２と、パイプ５２内の空気を排出する第２ポンプ５４と、ハウジング１０の内圧をモニターする圧力計５５と、流路の開閉及び流通する空気の流量調整を行う第２バルブ５６と、流路を大気に開放する第３バルブ５７と、フィルター５８と、を備えている。第２ポンプ５４は、パイプ５２に取り付けられている。
【００３６】
第２バルブ５６は、第２ポンプ５４とハウジング１０との間でパイプ５２に取り付けられている。第３バルブ５７は、第２バルブ５６よりもハウジング１０側でパイプ５２の分岐した部分に取り付けられている。圧力計５５は、第３バルブ５７よりもハウジング１０側に取り付けられている。フィルター５８は、ハウジング１０内の粉体１１をパイプ５２へ流出させないために設けられている。
【００３７】
導入部４０と導出部５０とを一緒に動作させると、ハウジング１０内に空気が導入されるとともに、ハウジング１０内から空気が導出されるので、粉体１１はハウジング１０内で流動する。導入部４０の動作を停止し、導出部５０のみを動作させると空気がハウジング１０から外へ導出されて、ハウジング１０内が減圧されるので、ジャミング転移現象により粉体１１はハウジング１０内で固体状となる。再び導入部４０と導出部５０とを一緒に動作させると、粉体１１はハウジング１０内で流動して元の状態に戻る。
【００３８】
なお、図２では、対象物９０を把持する前のハウジング１０の形状を実線で示し、対象物９０を把持しているときの変形したハウジング１０の形状を破線で示している。
【００３９】
＜把持装置の動作フロー＞
制御部６０は、導入部４０、導出部５０、及び指部３０ａ，３０ｂを制御して、把持装置１に、以下に説明する所定の動作をさせる。図３は、第１の実施形態に係る把持装置の動作の概略を説明するフローチャートである。
【００４０】
まず、ステップＳＡ１では、制御部６０は、第１ポンプ４４及び第２ポンプ５４をＯＮにして動作させる。
【００４１】
続いて、ステップＳＡ２では、第１バルブ４６及び第２バルブ５６を開け、第３バルブ５７を閉める。そうすると、図２に矢印で示すように、パイプ４２からハウジング１０内に空気が導入されるとともに、ハウジング１０内からパイプ５２に空気が導出されるので、ハウジング１０内を空気が流れ、粉体１１はハウジング１０内で流体のように流動する。これにより、ハウジング１０内を流れる空気によるエアレーションでボイリングが起こり、粉体１１の流動化が促進されるので、ハウジング１０内での粉体１１の流動性が向上する。
【００４２】
このとき、ハウジング１０の内圧を圧力計５５でモニターし適宜調整して、ハウジング１０の体積が極端に増減しないように制御することが望ましい。ハウジング１０の内圧の調整は、第１バルブ４６及び第２バルブ５６を適宜操作して、ハウジング１０内に導入される空気の流量と、ハウジング１０内から導出される空気の流量とを加減することで行うことができる。
【００４３】
続いて、図３に示すステップＳＡ３では、制御部６０は、指部３０ａ，３０ｂを動かして、ハウジング１０ａ，１０ｂを対象物９０の給材場所に移動させる。そして、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、ハウジング１０ａ，１０ｂの間に対象物９０を挟むようにして、ハウジング１０ａ，１０ｂを対象物９０に押し当てる。これにより、ハウジング１０ａ，１０ｂを介して対象物９０に把持力が付与される。
【００４４】
このとき、内包された粉体１１がハウジング１０ａ，１０ｂ内を流動することにより、ハウジング１０ａ，１０ｂの外形形状は、図１（ｂ），（ｃ）に破線で示す元の形状から、対象物９０の外形形状に対応して、実線で示す形状に変形する。また、図２では、ハウジング１０ａ，１０ｂの外形形状は実線で示す元の形状から、破線で示す形状に変形する。これにより、ハウジング１０ａ，１０ｂで対象物９０を囲むようにして把持することが可能となる。
【００４５】
したがって、把持力を過度に増大させなくても、対象物９０を安定して把持できる。また、対象物９０の形状、大きさ、位置関係等が様々に異なる場合でも、ハウジング１０の外形形状を適応させて把持できるので、対象物９０に対する把持装置１の正確なティーチングを不要にできる。
【００４６】
続いて、図３に示すステップＳＡ４では、第２バルブ５６を「開」、第３バルブ５７を「閉」のままの状態で維持し、第１バルブ４６を閉めて、ハウジング１０内への空気の導入を停止する。これにより、ハウジング１０内から空気が導出されて、ハウジング１０内が減圧されるので、ジャミング転移現象により粉体１１が固体状になる。このとき、ハウジング１０の外形形状は、対象物９０の外形形状に対応して変形したままの形状で保持される。
【００４７】
続いて、ステップＳＡ５では、制御部６０は、対象物９０を把持した状態で、指部３０を上方に動かして、対象物９０を持ち上げ所定の場所（位置）へ移動させる。続くステップＳＡ６では、所定の場所（位置）で、指部３０を下方に動かして、対象物９０を把持した状態で下に下ろし所定の場所（位置）に置く。
【００４８】
続いて、ステップＳＡ７では、制御部６０は、第１バルブ４６を「閉」のままの状態で維持し、第２バルブ５６を閉めて、第３バルブ５７を開ける。そうすると、ハウジング１０内に外部から空気が流入し、ハウジング１０内の減圧状態が解除されて大気圧と略同等となるので、ジャミング転移現象により、固体状になっていた粉体１１が流動化する。これにより、ハウジング１０の外形形状を保持している状態が解除される。
【００４９】
続いて、ステップＳＡ８では、制御部６０は、所定の位置において、対象物９０に対する把持力を解除する。これにより、対象物９０は、ハウジング１０から開放される。
【００５０】
続いて、ステップＳＡ９では、制御部６０は、指部３０を動かして、ハウジング１０を対象物９０から離れた位置に移動させる。以上で、一つの対象物９０を把持して給材場所から所定の場所まで移動させる作業が終了する。
【００５１】
続いて、ステップＳＡ１０では、すべての対象物９０について、作業が完了したか否かを判定する。作業が完了している場合（ステップＳＡ１０：ＹＥＳ）は、動作ステップをステップＳＡ１１へ進める。ステップＳＡ１１では、制御部６０は、第１ポンプ４４及び第２ポンプ５４をＯＦＦにして停止させる。
【００５２】
一方、作業が完了していない場合（ステップＳＡ１０：ＮＯ）は、動作ステップをステップＳＡ２へ戻す。ステップＳＡ２へ戻り、再び第１バルブ４６及び第２バルブ５６を開け、第３バルブ５７を閉めると、パイプ４２からハウジング１０内に空気が導入されるとともに、ハウジング１０内からパイプ５２に空気が導出される。これにより、ハウジング１０内を流れる空気によるエアレーションでボイリングが起こり、粉体１１の流動化が促進されるので、ハウジング１０（１０ａ，１０ｂ）の外形形状が図１（ｂ），（ｃ）に破線で示す元の形状に戻る。
【００５３】
なお、粉体１１が流動化する際のハウジング１０の内圧は、粉体１１の材質、大きさ、形状等によって異なる。例えば、粉体１１が２０μｍ〜５０μｍ程度の粒径の石松子である場合は、粉体１１が１０００μｍ程度の挽いたコーヒー豆である場合に比べて、ハウジング１０内に導入される空気の流量を多くして、ハウジング１０の内圧を高めに設定しないと流動化しにくい。したがって、ステップＳＡ２では、粉体１１の材質、大きさ、形状に応じて、第１バルブ４６及び第２バルブ５６を操作して空気の流量を加減し、ハウジング１０の内圧を適宜調整することが望ましい。
【００５４】
ところで、一旦作業を終了した後、作業を継続するため動作ステップをステップＳＡ２へ戻す際は、先にステップＳＡ７でハウジング１０内の減圧状態が解除されており、ハウジング１０内の粉体１１は流動化している。しかしながら、減圧状態を解除しただけでは、変形したハウジング１０の外形形状は元の形状に戻りにくい。
【００５５】
ここで、特許文献１に記載の把持装置は、ハウジング（把持部分）の内部を減圧状態と減圧解除状態との間で切り替える構成となっているが、減圧状態を解除しただけでは、ハウジングの外形形状が、先に把持した対象物の外形形状に対応して変形した形状から元の形状に戻りきらない場合がある。このような状態で、次の対象物を把持しようとすると、ハウジングの外形形状が次に把持する対象物の外形形状に十分適応できず、より強い把持力が必要になることや、対象物を安定して把持できずに落下させてしまうことがあるという課題がある。また、対象物の外形形状に適応していない状態で、強い把持力で対象物を把持すると、把持装置の出力の増大、対象物の変形や破損、ハウジングの劣化や破損等を招くという課題がある。
【００５６】
これに対して、本実施形態の把持装置１では、減圧状態を解除するだけでなく、ステップＳＡ２において、ハウジング１０内に空気の流れが形成されるので、エアレーションによるボイリングが起こり、粉体１１の流動化が促進される。これにより、ハウジング１０内での粉体１１の流動性を向上させることができるので、変形したハウジング１０の外形形状を容易に元の形状に戻すことができる。したがって、対象物９０を把持する作業を繰り返し行っても、その都度把持する対象物９０の外形形状にハウジング１０の外形形状を十分適応させることができるので、把持力を過度に増大させることや、対象物９０を落下させてしまうことを抑止することができる。
【００５７】
以上述べたように、第１の実施形態に係る把持装置１の構成によれば、以下の効果が得られる。
【００５８】
（１）内包された粉体１１のジャミング転移現象により、ハウジング１０の外形形状を対象物９０の外形形状に適応させて把持するので、様々な形状の対象物９０に対応でき、
把持力を過度に増大させなくても安定した状態で把持できる。また、把持力の増大に伴う把持装置１の出力の増大、対象物９０の変形や破損、ハウジング１０の劣化や破損等を抑えることができる。さらに、対象物９０の形状や位置に対する把持装置１の正確なティーチングを不要にできるので、製造ラインの変更等に容易に対応できる。
【００５９】
（２）ハウジング１０内に空気の流れを形成して粉体１１の流動化を促進するので、把持動作を繰り返しても、その都度ハウジング１０の外形形状を元の形状に戻すことができる。そのため、把持動作を繰り返し行う場合でも、把持力を過度に増大させることなく、安定した状態で対象物９０を把持できる。これにより、対象物９０の落下等を抑えて把持して移動させる作業を確実に繰り返し行うことができる。
【００６０】
（第２の実施形態）
＜把持装置＞
次に、第２の実施形態に係る把持装置を説明する。第２の実施形態に係る把持装置は、第１の実施形態に対して、圧力センサーを備えている点が異なっているが、その他の構成はほぼ同じである。第１の実施形態と共通する構成要素については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００６１】
図４は、第２の実施形態に係る把持装置の概略構成を示す図である。図５は、第２の実施形態に係る把持装置が備える圧力センサーの概略構成を示す図である。詳しくは、図５（ａ）は圧力センサーの測定面の法線方向から見た平面図であり、図５（ｂ）は圧力センサーの断面図である。
【００６２】
図４に示すように、第２の実施形態に係る把持装置２は、第１の実施形態に係る把持装置１と同様に、一対のハウジング１０と、一対の支持部２０と、一対の指部３０と、導入部４０と、導出部５０と、制御部６０とを備えている。したがって、把持装置２では、把持装置１と同様の効果が得られる。また、把持装置２は、さらに圧力センサー７０を備えている。
【００６３】
圧力センサー７０は、ハウジング１０と支持部２０との間に設けられている。圧力センサー７０は、測定面をハウジング１０側（対象物９０側）に向けて配置されている。圧力センサー７０は、把持装置２の把持力により対象物９０に作用する力を、外圧として検出する。圧力センサー７０の検出結果は、制御部６０に入力される。
【００６４】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、圧力センサー７０は、基板７１と、基板７１上に順に形成された第１電極７２と中間層７３と第２電極７４とで構成される。なお、圧力センサー７０の測定面は、圧力センサー７０（第２電極７４）の表面である。
【００６５】
基板７１は、例えば、ガラス、石英、プラスチック等の材料で構成されている。第１電極７２及び第２電極７４は、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料からなる。第１電極７２は、例えば、互いに交差する２方向（Ｙ方向及びＺ方向）にマトリックス状に４行４列の計１６個配置されている。中間層７３は、例えば、感圧導電性エラストマー等の感圧導電ゴムからなる。
【００６６】
圧力センサー７０は、測定面（第２電極７４の表面）に法線方向（Ｘ方向）からの外圧が付加されると、外圧の作用がないときに比べて、第１電極７２と第２電極７４との間の距離が小さくなるので抵抗値が小さくなる。圧力センサー７０は、このような抵抗値の変化に基づいて、把持装置２の把持力により対象物９０に作用する力を外圧として検出する。圧力センサー７０は、１６個配置された第１電極７２の一つ一つを検出単位として、外圧の圧力値及び圧力分布を検出することができる。
【００６７】
このような圧力センサー７０を備えることにより、把持装置２は、対象物９０に作用する外圧（把持力）の圧力値及び圧力分布を検出できる。したがって、予め対象物９０を安定した状態で把持したときの圧力値及び圧力分布を圧力センサー７０で検出して基準値として記憶しておけば、ハウジング１０が対象物９０に対して安定して把持できる位置にあるか、対象物９０に対する把持力が適正であるか、等を検知することができる。
【００６８】
なお、圧力センサー７０として、基板７１がフレキシブルな樹脂材料で構成された弾性変形可能な圧力センサーや、汎用の圧力センサーシートを用いてもよい。圧力センサー７０を弾性変形可能な構成にすれば、把持装置２において、圧力センサー７０をハウジング１０の対象物９０に接する側に配置した構成とすることもできる。
【００６９】
＜把持装置の動作フロー＞
制御部６０は、把持装置２に所定の動作をさせる際に、圧力センサー７０の検出結果に基づいて、導入部４０、導出部５０、及び指部３０を制御する。図６は、第２の実施形態に係る把持装置２の動作の概略を説明するフローチャートである。第２の実施形態に係る把持装置２の動作フローは、第１の実施形態に係る把持装置１の動作フローに対して、圧力センサー７０の検出結果に基づく制御動作ステップが追加されている点が異なる。第１の実施形態と共通する動作フローについては、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００７０】
図６に示すように、ステップＳＡ３の後のステップＳＢ１では、制御部６０は、圧力センサー７０による圧力値及び圧力分布の検出結果と基準値との比較に基づいて、対象物９０を安定して把持できる状態にあるか否かを判定する。すなわち、ステップＳＢ１では、ハウジング１０を介して把持装置２から対象物９０に対して所定の把持力が付与されているかや、ハウジング１０が対象物９０に対して安定して把持できる位置からずれていないか等を判定する。
【００７１】
ステップＳＢ１で対象物９０を安定して把持できる状態にある場合（ステップＳＢ１：ＹＥＳ）は、動作ステップをステップＳＡ４へ進める。一方、対象物９０を安定して把持できる状態にない場合（ステップＳＢ１：ＮＯ）は、動作ステップをステップＳＢ２へ移行する。そして、ステップＳＢ２で、指部３０を動かして対象物９０に対するハウジング１０の位置を補正した後、動作ステップをステップＳＡ３へ戻す。これにより、後のステップＳＡ５で対象物９０を把持して持ち上げる際に、対象物９０の把持し損ないや落下の防止を図ることができる。なお、検出された把持力が所定の把持力よりも大きい場合、あるいは小さい場合は、必要に応じて把持力の調整を行うことができる。
【００７２】
次に、ステップＳＢ３では、ステップＳＡ５における対象物９０を把持して持ち上げ移動させる動作の間に、圧力センサー７０による検出結果と基準値との比較に基づいて、対象物９０を安定して把持しているか否かを判定する。すなわち、ステップＳＢ３では、把持力の値とその分布から、対象物９０がハウジング１０に対して安定して把持できる位置に保持されているかや、対象物９０の移動途中で他の部材に衝突したこと等により把持力以外の外力が加えられた等の異常がないかを判定する。
【００７３】
ハウジング１０が対象物９０を安定して把持している場合（ステップＳＢ３：ＹＥＳ）は、動作ステップをステップＳＡ６へ進める。一方、ハウジング１０が対象物９０を安定して把持していない場合（ステップＳＢ３：ＮＯ）、例えば、ハウジング１０と対象物９０との位置関係がずれた場合は、動作ステップをステップＳＢ４へ移行する。そして、ステップＳＢ４で、ハウジング１０を介して対象物９０に付与される把持力を増大させる等の補正を行う。
【００７４】
なお、ステップＳＢ４では、把持力を補正してステップＳＡ５の動作を継続するようにしてもよいし、一旦ステップＳＡ５へ戻して対象物９０を下方へ下ろした状態で、把持力を補正するようにしてもよい。また、対象物９０に外力が加えられた等の異常が検知された場合は、異常の発生をオペレーターに報知し、ステップＳＡ２等の動作ステップへ戻すか、あるいは、動作を中断して対象物９０や把持装置２の損傷確認を行う等の処置を講じるようにしてもよい。これにより、対象物９０の落下防止を図り、異常発生時に適切な処置を講じることができる。また、初期的な把持力を低く抑えることができるので、把持装置２の出力の増大、対象物９０の変形や破損、ハウジング１０の劣化や破損等をより効果的に抑えることができる。
【００７５】
次に、ステップＳＡ６の後のステップＳＢ５では、制御部６０は、圧力センサー７０による検出結果と基準値との比較に基づいて、対象物９０を下ろす動作が完了したか否かを判定する。すなわち、対象物９０が所定の場所に置かれたときの衝撃や振動を検知することで、対象物９０を下ろす（置く）動作が完了したかを判定する。
【００７６】
対象物９０を下ろす動作が完了した場合（ステップＳＢ５：ＹＥＳ）は、動作ステップをステップＳＡ７へ進める。一方、対象物９０を下ろす動作が完了していない場合（ステップＳＢ５：ＮＯ）、すなわち、対象物９０がまだ所定の場所に置かれていない場合は、動作ステップをステップＳＢ６へ移行する。そして、ステップＳＢ６で把持装置２（対象物９０）の垂直方向の位置（高さ）や水平方向の位置を補正し、動作をステップＳＡ６へ戻す。これにより、対象物９０がまだ置かれていない状態で開放してしまい落下させることを防止できる。
【００７７】
次に、ステップＳＡ８の後のステップＳＢ７では、制御部６０は、把持力が解除されたか否か、すなわち、圧力センサー７０で対象物９０からの圧力が検知されるか否かを判定する。このとき、圧力センサー７０で圧力が検出される場合は、把持力が解除されていないか、そうでなければ、例えば、対象物９０に対して把持装置２以外から外力が加えられていることが考えられる。対象物９０に対して外力が加えられている場合、ハウジング１０を対象物９０から離れた位置に移動させると対象物９０が倒れてしまう可能性がある。
【００７８】
圧力センサー７０で対象物９０からの圧力が検知されない場合（ステップＳＢ７：ＹＥＳ）は、動作ステップをステップＳＡ９へ進める。一方、圧力センサー７０で対象物９０からの圧力が検知される場合（ステップＳＢ７：ＮＯ）、各バルブについて所定の開閉が行われていなければ、動作をステップＳＡ７へ戻す。それ以外の場合は、動作ステップをステップＳＢ８へ移行する。そして、ステップＳＢ８では、対象物９０を再度把持して把持装置２（対象物９０）の位置を補正し、動作をステップＳＡ７へ戻す。
【００７９】
以上述べたように、第２の実施形態に係る把持装置２の構成によれば、第１の実施形態で得られる効果に加えて、以下の効果が得られる。
【００８０】
（１）圧力センサー７０を備えているので、対象物９０を把持して移動させる作業における主要な動作ステップにおいて、対象物９０に対する把持力をモニターし、異常の発生を検知することができる。これにより、第１の実施形態に比べて、対象物９０をより安定した状態で把持して所定の場所まで確実に移動させることができる。また、初期的な把持力を低く抑えられるので、把持装置２の出力の増大、対象物９０の変形や破損、ハウジング１０の劣化や破損等をより効果的に抑えることができる。
【００８１】
（２）圧力センサー７０により、動作ステップの進捗、完了等を検知することができるので、把持して移動させる作業を繰り返し行う場合でも、各動作を確実に早く行うことができる。
【００８２】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る把持装置３を説明する。第３の実施形態に係る把持装置３は、第２の実施形態に対して、圧力センサーの代わりに、触覚センサーを備えている点が異なっているが、その他の構成はほぼ同じである。したがって、ここでは、図４に示す把持装置２を、第３の実施形態に係る把持装置３と読み替えるものとする。
【００８３】
第３の実施形態に係る把持装置３が備える触覚センサーは、図５に示す第２の実施形態に係る圧力センサーの構造と類似しているので、第２の実施形態の図５を流用して説明する。また、第３の実施形態に係る把持装置３の動作フローは、図６に示す第２の実施形態の動作フローと同じであるので、第２の実施形態の図６を流用して説明する。
【００８４】
第３の実施形態に係る触覚センサーは、図５（ａ），（ｂ）に示す第２の実施形態の圧力センサー７０と同様の構成を有しているが、測定面の法線方向（Ｘ方向）からの力を検出することに加えて、１６個配置された第１電極７２の一つ一つを検出単位として、これらの検出値の組み合わせにより、測定面（第２電極７４の表面）に平行で互いに交差する２つの方向（Ｙ方向及びＺ方向）の力成分を検出することができる。すなわち、第３の実施形態に係る触覚センサーは、把持力の値とその分布だけでなく、把持力の作用する方向と直交する２方向におけるすべり力や、回転トルクを検出することができる。
【００８５】
例えば、対象物９０を把持する際には、ハウジング１０が対象物９０に接する位置が安定して把持できる位置であったとしても、対象物９０に対して、例えば、重力Ｍｇ（図１（ｂ）参照）や他の外力によるすべり力や回転トルクが作用している場合、あるいは、対象物９０の重心が偏っている場合等に、動作の途中で対象物９０が安定して把持できる位置からずれてしまことがある。そうすると、対象物９０を把持し損ねたり、対象物９０を落下させたりしてしまうおそれがある。
【００８６】
これに対して、第３の実施形態に係る把持装置３では、触覚センサーを備えていることで、把持力の作用する方向と直交する２方向におけるすべり力や回転トルクを検出することができる。そのため、第３の実施形態に係る把持装置３の動作フローにおいて、図６のステップＳＢ３では、重力Ｍｇの作用や他の部材に接触すること等により、対象物９０が落下しそうな場合や、重心の偏り等により対象物９０が動きそうな場合に、このような異常を検知することができる。したがって、異常発生時に適宜対処することが可能となるので、対象物９０を把持し損ねることや、対象物９０を落下させることをより効果的に抑えることができる。
【００８７】
また、図６のステップＳＢ５では、重力Ｍｇの作用（すべり力）の有無を検出することにより、対象物９０が所定の場所に置かれたことを検知できる。また、対象物９０が他の部材に接触したり乗り上げたりしている場合にも、すべり力や回転トルクを検出することにより、このような異常の発生を検知できる。したがって、動作の進捗状態や異常の発生をより正確に検知して対処することが可能となる。
【００８８】
以上述べたように、第３の実施形態に係る把持装置３の構成によれば、第２の実施形態で得られる効果に加えて、以下の効果が得られる。
【００８９】
（１）触覚センサーにより、把持力の値と分布だけでなく、把持力の作用する方向と直交する２方向におけるすべり力や回転トルクを検出して、対象物９０を安定した状態で把持しているかや、異常の発生がないかを、より正確に検知できる。これにより、対象物９０をより一層安定した状態で把持して所定の場所まで確実に移動させることができる。
【００９０】
（２）触覚センサーにより、動作ステップの進捗、完了等をより正確に検知することができるので、各動作をより確実に早く行うことができる。
【００９１】
（第４の実施形態）
＜ロボット＞
次に、上記実施形態の把持装置のいずれかを備えたロボットの一例の概略構成を説明する。図７は、第４の実施形態に係るロボットの一例の概略構成を示す模式図である。
【００９２】
図７に示すように、第４の実施形態に係るロボット１００は、基部４００と、一対のアーム２００と、一対のアーム３００と、一対のロボットハンドとして、上記実施形態の把持装置１，２，３のいずれかを備えている。基部４００の両側には、一対のアーム３００が設置されており、各アーム３００と各アーム２００が間接部で接続されている。各アーム２００の先端には、把持装置１，２，３のいずれかが取り付けられている。
【００９３】
第４の実施形態に係るロボット１００によれば、上述した把持装置１，２，３のいずれかを備えているので、把持力を過度に増大させなくても、様々な形状や材質の対象物に対応して、確実な把持・移動作業を繰り返し行うことができる。また、ロボット１００では過度の把持力を必要としないので、出力の増大、対象物の変形や破損、把持装置１，２，３（ハウジング１０）の劣化や破損等を抑えることができる。さらに、対象物に対する正確なティーチングを不要にできるので、製造ラインの変更等に容易に対応できる。なお、ロボット１００の構成は、上述の形態に限定されず、例えば、片腕のロボット等、様々な形態を有する構成とすることができる。
【００９４】
なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形及び応用が可能である。変形例を以下に述べる。
【００９５】
（変形例１）
上述した実施形態の把持装置１，２，３のハウジング１０の形状は、このような形態に限定されない。以下に、ハウジング１０の他の形態の例を示す。
【００９６】
例えば、図８（ａ），（ｂ）に示す把持装置４のように、ハウジング１４が平面視円形のドーナツ状の形状であってもよい。把持装置４では、ハウジング１４の中央部に孔１４ａが設けられており、孔１４ａにおいて対象物９０を把持する。支持部２４のハウジング１４を支持する支持面も略円形であり、指部３４の延在方向が支持部２４の支持面と垂直な方向になるように取り付けられている。把持装置４では、対象物９０に対するハウジング１４の接触面積をより大きくして包み込むように把持できる。また、対象物９０に接触する位置が多少ずれても、対象物９０が孔１４ａに位置するように案内できる。そのため、一つのハウジング１４だけで対象物９０を把持できるので、一対（２セット）ではなく、１セットのハウジング１４、支持部２４、及び指部３４で把持装置４を構成することができる。なお、ハウジング１４の中央部の孔１４ａを設ける代わりに、中央部の厚さを周縁部の厚さより薄くしてもよい。このような形状であっても、中央部で対象物９０に接し、さらに周縁部で囲むように対象物９０を把持することができるので、一つのハウジング１４で対象物９０を把持することが可能となる。
【００９７】
また、図８（ｃ）に示す把持装置５のように、ハウジング１５が、中央部１５ａにおいて窪むように厚さが薄くなる形状であってもよいし、図８（ｄ）に示す把持装置６のように、ハウジング１６が２つの半球を繋げた形状であってもよい。ハウジング１５，１６のように、中央部の厚さが両外側の厚さよりも薄い構成とすることで、図８（ａ），（ｂ）に示す把持装置４と同様に、対象物９０をより安定した状態で把持でき、一つのハウジング１５，１６で対象物９０を把持することも可能となる。
【００９８】
なお、図８（ｅ）に示す把持装置７のように、ハウジング１７が楕円半球形状であってもよい。このように、ハウジングの形状は、把持する対象物の大きさや形状に応じて適宜設定することができる。
【００９９】
（変形例２）
上述した実施形態の把持装置２，３では、圧力センサー７０又は触覚センサーを一つ備える構成であったが、このような形態に限定されない。圧力センサー７０又は触覚センサーを複数備える構成としてもよい。圧力センサー７０又は触覚センサーを複数備える構成にすれば、より広範囲の圧力分布やすべり力、回転トルクを、より詳細に精度良く検出することができる。
【０１００】
（変形例３）
上述した実施形態の把持装置２，３では、圧力センサー７０又は触覚センサーとして抵抗値の変化に基づいて外圧を検出するセンサーを備える構成であったが、このような形態に限定されない。圧力センサー７０又は触覚センサーは、静電容量の変化に基づいて外圧を検出する静電容量方式の圧力センサーや、ダイアフラムに加わる圧力を電気信号に変換するダイアフラムゲージ等の感圧素子や、インダクタンスの変化を検出する素子であってもよい。
【０１０１】
（変形例４）
上述した実施形態の把持装置２，３では、圧力センサー７０又は触覚センサーの第１電極７２が４行４列の計１６個配置された構成であったが、このような形態に限定されない。第１電極７２の数は１６個以外であってもよいし、マトリックス状以外の配置であってもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１，２，３，４，５，６，７…把持装置、１０，１０ａ，１０ｂ，１４，１５，１６，１７…ハウジング、１１…粉体、２０，２０ａ，２０ｂ…支持部、３０，３０ａ，３０ｂ…指部、４０…導入部（導入手段）、５０…導出部（導出手段）、７０…圧力センサー（触覚センサー）、９０…対象物、１００…ロボット。
【図１】
2013086185.tif 000003
【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】
2013086185.tif 000008
【図７】
2013086185.tif 000009
【図８】
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