(57)【要約】【課題】センサの配置性に優れるロボットハンドを提供することを課題とする。【解決手段】指を有するロボットハンドであって、複数の構造部品２ａ，２ｂからなる指部と、指部の構造部品２ａ，２ｂを覆う被覆部４と、指部の構造部品２ａと被覆部４との間に配置されるセンサ部３とを備え、被覆部４は、指部の複数の構造部品２ａ，２ｂ間で挟み込まれることによって固定されることを特徴とし、さらに、指部の複数の構造部品２ａ，２ｂ間に空間２ｆを形成し、当該空間２ｆにセンサ部３の配線３ｃ及び／又はセンサ部３と配線３ｃとの接合部を配置すると好適である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の構造部品からなる指部と、
前記指部の構造部品を覆う被覆部と、
前記指部の構造部品と前記被覆部との間に配置されるセンサ部と
を備え、
前記被覆部は、前記指部の複数の構造部品間で挟み込まれることによって固定されることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記指部の複数の構造部品間に空間を形成し、当該空間に前記センサ部の配線及び／又はセンサ部と配線との接合部を配置することを特徴とする請求項１に記載するロボットハンド。
【請求項３】
前記指部の複数の構造部品の一つは、爪であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載するロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットハンドは、各種産業用ロボットや人型ロボットなどに組み付けられて様々な分野で利用されている。ロボットハンドは、所定の形状を有する物体を所定の方向から把持するものが主流であった。近年、ロボットハンドは、多指ロボットハンドを有するものが開発され、多自由度を有する多指ロボットハンドにより任意の形状の物体を任意の方向から把持することが可能となり、様々な作業を行うことができる。
【０００３】
さらに、ロボットハンドには、柔軟な被覆や接触センサなどのセンサを設けたものがある。例えば、特許文献１に記載のロボットハンドでは、指の本体となるコア部（指の構造部品）の表面に接触認識用センサが接着され、それらを覆うように柔軟層が設けられる。柔軟層は、指の腹部側を覆う第１層と指の爪側を覆う第２層からなり、コア部を挟み込む。
【特許文献１】特開２００５−３４９４９２号公報
【特許文献２】特開２００６−２９７５４２号公報
【特許文献３】特開２００４−１７４６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
指の構造部品と柔軟な被覆との間にセンサを配置させるロボットハンドの場合、センサに接着剤が付着するとセンサ特性が変化するので、構造部品においてセンサを配置している以外の部分に被覆を接着しなければならない。そのため、例えば、図４に示すように、このロボットハンドの指先（末節）１０１では、構造部１０２の本体１０２ａの表面にセンサ部１０３の接触センサ１０３ａを構成する多数の帯状の電極１０３ｂが貼り付けられるが、被覆部１０４を接着するための接着部分１０２ｅ以外の部分しか貼り付けることができない。そして、本体１０２ａにおける接着部分１０２ｅには被覆部１０４の端部が接着され、本体１０２ａの反対側の面には爪１０２ｂが接着される。
【０００５】
このように接着部分１０２ｅを被覆部１０４の全ての端部に沿って設けると、接着部分１０２ｅについては接触センサ１０３ａを配置できないので、その部分のセンサデータを取得できない。特に、指先端部については、爪１０２ｂも使って細い物体を器用に把持するなどの細かい作業を行う上でロボットハンドとして重要な部分であり、その部分についてのセンサデータを取得できないのはロボットハンドの制御上問題がある。また、被覆部１０４をしっかりと接着するために接着部分１０２ｅを広くするほど、センシング範囲が小さくなる。また、電極１０３ｂの配線１０３ｃやはんだ接合部１０３ｄが本体１０２ａと被覆部１０４との間に配置されると、その部分で物体を把持した際に配線１０３ｃやはんだ接合部１０３ｄがダメージを受け、センサ部１０３の耐久性が低下する。
【０００６】
そこで、本発明は、センサの配置性に優れるロボットハンドを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るロボットハンドは、複数の構造部品からなる指部と、指部の構造部品を覆う被覆部と、指部の構造部品と被覆部との間に配置されるセンサ部とを備え、被覆部は、指部の複数の構造部品間で挟み込まれることによって固定されることを特徴とする。
【０００８】
このロボットハンドでは、複数の構造部品で指部を構成しており、構造部品を覆うように被覆部が設けられ、構造部品と被覆部との間にセンサ部が設けられる。特に、ロボットハンドでは、被覆部が複数の構造部品に挟み込まれることによって固定される。そのため、このロボットハンドでは、その挟み込んで固定する部分については被覆部を固定するための接着部分が不要となるので、センサ部を配置する範囲を広くとることができ、センシング範囲が広くなる。また、このロボットハンドでは、被覆部の接着部分が低減する（あるいは、無くなる）ので、被覆部の再利用性やメンテナンス性（分解と再組み付け）が向上する。
【０００９】
本発明の上記ロボットハンドでは、指部の複数の構造部品間に空間を形成し、当該空間にセンサ部の配線及び／又はセンサ部と配線との接合部を配置すると好適である。このロボットハンドでは、複数の構造部品間で形成した空間にセンサ部の配線や接合部を配置するので、物体を把持した際に配線や接合部が直接的に接触してダメージを受けることがなくなり、センサ部の耐久性が向上する。
【００１０】
本発明の上記ロボットハンドでは、指部の複数の構造部品の一つは、爪であると好適である。このロボットハンドでは、指先が腹部分に相当する被覆部及びその反対側の爪を有する構成となるので、指先に人間と同様の機能を持たせることができ、指先の先端部で細い物体を取り扱うなどのより細かい作業が可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、被覆部を複数の構造部品で挟み込んで固定するので、被覆部の接着での固定部分を低減でき、センサ部の配置性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明に係るロボットハンドの実施の形態を説明する。
【００１３】
本実施の形態では、本発明に係るロボットハンドを、複数本の指を有するロボットハンドに適用する。本実施の形態に係るロボットハンドは、人間の指を模した指であり、人間のように指で器用に物体を取り扱うことができる。そのために、本実施の形態に係るロボットハンドの指先は、爪と柔軟な被覆を有するとともに物体に対する触覚機能を有する。なお、本実施の形態に係るロボットハンドは、指先の構造に特徴を有しているので、指先について詳細に説明する。
【００１４】
図１〜図３を参照して、本実施の形態に係るロボットハンドの指先１について説明する。図１は、本実施の形態に係るロボットハンドの指先の一部破断の側面図である。図２は、図１の指先の先端部の拡大図である。図３は、本実施の形態に係るロボットハンドの指先の分解斜視図である。
【００１５】
本実施の形態に係るロボットハンドは、複数本の指（親指、人差指など）を有しており、手のひら側で物体に対して様々な作業を行う。特に、ロボットハンドの指先１は、触覚として機能するセンサ部の配置性とメンテナンス性に優れた構造を有している。そのために、指先１は、構造部２、センサ部３、被覆部４を備えている。
【００１６】
構造部２は、本体２ａと爪２ｂからなる。本体２ａは、ロボットハンドの構造部の一部である。ロボットハンドの構造部は、リンク機構、関節機構及びアクチュエータなどからなり、表面は金属などの硬い材質で形成されている。ロボットハンドの構造部は、各指の末節（指先）、中節及び基節、手のひら、母指球が構成され、アクチュエータによって関節機構を駆動することによって各部が動作する。なお、本実施の形態では、本体２ａと爪２ｂが特許請求の範囲に記載する複数の構造部品であり、指部を構成する。
【００１７】
本体２ａは、指先の腹側の指腹部２ｃと爪側の爪取付部２ｄからなる。指腹部２ｃは、指腹側の外形状が四半分の楕円球であり、爪２ｂ側が半分のトラック状の平面である。指腹部２ｃの中節側の端部には、被覆部４を接着固定するために、中節側の端部の周方向に沿って所定の幅の接着部分２ｅが設けられる。爪取付部２ｄは、指腹部２ｃの爪側の平面上に設けられる。爪取付部２ｄは、所定の厚さを有しており、断面形状が指腹部２ｃの爪側の平面と同様の半分のトラック状であり、指腹部２ｃの爪側の平面より小さい。どの程度の厚さ、どの程度小さくするかは、本体２ａと爪２ｂとの間の空間２ｆでセンサ部３の配線３ｃやはんだ接合部３ｄを十分に収納できるかを考慮して設定される。
【００１８】
爪２ｂは、人間の爪と同様の外形状（特に、表面側）であり、周端部が指腹部２ｃの平面の周端部に沿った形状を有している。爪２ｂは、裏側が本体２ａの爪取付部２ｄに接着され、指腹部２ｃに固定される。したがって、本体２ａと爪２ｂとの間には、爪取付部２ｄの外周側に沿って空間２ｆが形成される。
【００１９】
センサ部３は、接触センサ３ａで構成され、接触センサ３ａが構造部２の指腹部２ｃの表面を覆うように設けられる。接触センサ３ａは、物体が指先１における何処のどの程度のエリアで接触しているのか及び物体がどの程度の強さの圧力で接触しているかを検出するセンサである。
【００２０】
接触センサ３ａは、多数個の電極３ｂ，・・・で構成される。各電極３ｂは、所定の幅を有する薄い帯状である。各電極３ｂは、指腹部２ｃの楕円球の部分の全面（ただし、接着部分２ｅ以外の部分）にわたって狭い間隔をあけて並べて配置されるとともに他の電極３ｂと交差するように配置され、指腹部２ｃに貼り付けられる。さらに、各電極３ｂの一端部は、空間２ｆが形成される指腹部２ｃの平面部分まで延び、平面部分に貼り付けられる。この電極３ｂの一端部には、ロボットの制御装置（図示せず）に繋がる配線３ｃがそれぞれはんだ付けされ、はんだ接合部３ｄが形成される。したがって、全ての配線３ｃとはんだ接合部３ｄは、本体２ａと爪２ｂとの間の空間２ｆ内に配置される。特に、多数本の配線３ｃは、束ねられ、爪取付部２ｄの外周面に沿って配置される。
【００２１】
接触センサ３ａは、物体が接触している部分の電極３ｂの静電容量が変化するので、２個の電極３ｂ，３ｂが交差して重ね合わせられている部分の静電容量の変化から接触している位置を検知でき、静電容量の変化から受けている圧力の大きさを検知できる。各電極３ｂは、静電容量を示す検知信号をロボットの制御装置に送信する。制御装置では、この各電極３ｂからの検知信号に基づいてアクチュエータを制御する。
【００２２】
被覆部４は、構造部２の表面の手のひら側であり、センサ部３の上側に設けられる。被覆部４は、被覆材４ａで構成され、指腹部２ｃの楕円球の部分の全面を覆うように被覆材４ａが設けられる。被覆材４ａは、柔軟な材料（少なくとも構造部２よりも柔軟な材料）で形成され、例えば、シリコンゴムで形成される。被覆材４ａは、物体に接触したときに、物体の大きさに応じて変形して物体との接触面積を大きくする。ちなみに、被覆部４が無いと、物体に対して作業を行う場合、全くの剛体同士の点接触となり、物体を安定して扱えない。
【００２３】
被覆材４ａは、所定の厚さを有し、指腹部２ｃの楕円球の部分に沿った外形状である。さらに、被覆材４ａは、爪２ｂ側の端部に係止部４ｂが形成されている。係止部４ｂは、指腹部２ｃの爪２ｂ側の平面に沿った内側に折り返した部分であり、所定の厚さを有している。この係止部４ｂの厚さは、爪２ｂが爪取付部２ｄに接着され、爪２ｂが本体２ａに固定されたときに指腹部２ｃの平面の周端部分と爪２ｂの周端部分との間の幅より厚い厚さを有している。係止部４ｂの内側に延びる長さは、係止部４ｂが本体２ａと爪２ｂとの間に十分に挟み込まれかつセンサ部３の配線３ｃなどを十分に収納可能な空間２ｆを形成できる長さを有している。
【００２４】
この指先１の組み付け方法について説明する。まず、本体２ａの指腹部２ｃに多数個の電極３ｂが貼り付けられ、指腹部２ｃの平面部分まで延びた各電極３ｂの一端部に配線３ｃがはんだ付けされ、多数本の配線３ｃの束が爪取付部２ｄの外周に沿って配置される。そして、多数個の電極３ｂが貼り付けられた指腹部２ｃに被覆部４が覆うように取り付けられる。この際、指腹部２ｃの接着部分２ｅに接着剤が塗られており、被覆部４の中節側の端部が指腹部２ｃに接着によって固定される。また、被覆部４の爪２ｂ側の係止部４ｂが、指腹部２ｃの爪２ｂ側の平面部分に引っ掛かった状態になっている。そして、爪２ｂを本体２ａに被せ、爪２ｂの周端部で係止部４ｂを抑え付けた状態で爪２ｂを固定する。この際、爪取付部２ｄの爪２ｂ側の平面に接着剤が塗られており、爪２ｂが本体２ａに接着によって固定される。
【００２５】
このように組み付けられた指先１では、被覆部４の爪２ｂ側の周端部が、係止部４ｂで本体２ａと爪２ｂとの間に挟み込まれた状態で固定される。この際、係止部４ｂは、押圧力を受けて変形し、本体２ａと爪２ｂの間から抜けないようにしっかりと固定されている。また、本体２ａと爪２ｂとの間に空間２ｆが形成され、その空間２ｆにセンサ部３の配線３ｃとはんだ接合部３ｄが配置される。
【００２６】
このロボットハンドの指先１によれば、被覆部４の爪２ｂ側の周端部を本体２ａと爪２ｂとの間に挟み込んで固定するので、被覆部４の爪２ｂ側の周端部を接着固定する必要がない。そのため、接触センサ３ａを指腹部２ｃの全面（中節側の接着部分２ｅは除く）にわたって配置させることができ、接触センサ３ａによるセンシング範囲を広くとることができる。特に、爪２ｂに近接する指先端部分もセンシング範囲とすることができるので、そのセンシングデータを用いて指先端部分での細かい作業を行うことができる。また、被覆部４を接着で固定する部分が少ないので、被覆部４の再利用性やメンテナンス性（分解と再組み付け）が向上する。
【００２７】
さらに、このロボットハンドの指先１では、空間２ｆにセンサ部３の配線３ｃやはんだ接合部３ｄを配置するので、物体を把持した際に配線３ｃやはんだ接合部３ｄが直接的に接触してダメージを受けることがなくなり、センサ部３の耐久性が向上する。また、ロボットハンドの指先１では、指腹に相当する被覆部４及び爪２ｂを有する構成となるので、指先として人間と同様の機能を持たせることができ、指先端部で細い物体を取り扱うなどのより細かい作業が可能となる。
【００２８】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００２９】
例えば、本実施の形態ではロボットハンドの指部の指先（末節）に適用したが、指先以外の部分でも適用可能である。
【００３０】
また、本実施の形態では構造部の本体と爪との間に空間を形成し、空間にセンサ部の配線及びはんだ接合部を配置する構成としたが、構造部品の内部に配線などを配置できる場合には複数の構造部品間に空間を形成しなくてもよいし、また、配線と接合部のうちの一方だけを空間に配置する構成としてもよい。
【００３１】
また、本実施の形態ではセンサとして接触センサを設ける構成としたが、温度センサなどの他のセンサを設ける構成としてもよい。
【００３２】
また、本実施の形態では指先の中節側の部分については本体と被覆部とを接着によって固定する構成としたが、被覆部の固定部分を全て複数の構造部品で挟み込むことによって固定する構成としてもよい。
【００３３】
また、本実施の形態では構造部品の１つとして爪を適用したが、他の構造部品でも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施の形態に係るロボットハンドの指先の一部破断の側面図である。
【図２】図１の指先の先端部の拡大図である。
【図３】本実施の形態に係るロボットハンドの指先の分解斜視図である。
【図４】従来のロボットハンドの指先の一部破断の側面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…指先、２…構造部、２ａ…本体、２ｂ…爪、２ｃ…指腹部、２ｄ…爪取付部、２ｅ…接着部分、２ｆ…空間、３…センサ部、３ａ…接触センサ、３ｂ…電極、３ｃ…配線、３ｄ…はんだ接合部、４…被覆部、４ａ…被覆材、４ｂ…係止部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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