JP2008032511A - 指装着型6軸力覚センサ用指サック - Google Patents
指装着型6軸力覚センサ用指サック Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008032511A JP2008032511A JP2006205781A JP2006205781A JP2008032511A JP 2008032511 A JP2008032511 A JP 2008032511A JP 2006205781 A JP2006205781 A JP 2006205781A JP 2006205781 A JP2006205781 A JP 2006205781A JP 2008032511 A JP2008032511 A JP 2008032511A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- finger
- sack
- force sensor
- axis force
- human
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
【課題】 指の大きさの個人差をある程度吸収しつつ、しっかりとした装着ができる人の指先に装着する6軸力覚センサ用の指サック
【解決手段】 指サックに人間の指を挿入して把持操作を行うことにより、人間の指先力を検出する指装着型6軸力覚センサ用の指サックにおいて、指サックは、盤状の先端部、指挿入部、指押さえ込み調整具を有し、該先端部は、起歪体に連結され、該指挿入部は、先端部に結合して指の周囲を囲んで押さえる押さえ片を有し、指押さえ調整具は、指の甲側より指押さえ片に対して、押圧力を調整可能に設けられている指装着型6軸力覚センサ用指サック。
【選択図】 図10
Description
従来の6軸力覚センサにおいては、ロボットの手首に取り付けるもの(例えばニッタ(株)6軸力覚センサ IFS シリーズ)、ロボットハンドの指先に取り付けるもの(例えば ビー・エル・オートテック(株)NANO センサ)が開発されている。
また、人間の手に装着し、指や手のひらに加わる圧力分布を検知するものとして、感圧導電性ゴムや導電性インクシートを用いた分布型触覚センサを手袋状に構成したもの(例えばニッタ(株)グローブスキャンシステム)が開発されている。
これらセンサグローブは、指や手のひらに加わる圧力分布が検出できるが、検出される力の成分はセンサ表面に垂直な方向の力のみである。このため、センサ表面に水平な方向の力であるせん断力や摩擦力、センサ面上のモーメントが検出できないという問題があった。
一方、人間は物を把持する場合、指と物の間で滑べりが生じるぎりぎりの握力で物を把持していることが知られている(山田:「滑べりと静止摩擦係数の検出」日本ロボット学会誌,Vol.11, No.7, 1993))。これは、人間が物を把持する時に、センサ表面に垂直な方向の力のみでなく、水平方向の力にも注目していることを示している。
また、人間は、物体操作を行なっている時に摩擦力(センサ表面と水平な方向の力)や指表面のモーメンを利用していることが指摘されている。更に、人間の実演により検出したデータをロボットハンドの制御に直接用いるためには、ロボットハンドの指が装備しているセンサと同じセンサデータを分析することが望ましい。
これまで、ロボット用の6軸力覚センサが開発されているが、世界最小サイズのビー・エル・オートテック(株)製 NANO センサでも、そのサイズは 直径F18 [mm]、長さ 32.8 [mm]であり、ロボット用の6軸力覚センサをそのまま人間の指先に装着することはできなかった。
本発明者は、先に提案した6軸力覚センサについて鋭意研究開発を継続し、本発明では、人の指先に装着する6軸力覚センサを実用化するため、指の大きさの個人差をある程度吸収しつつ、しっかりとした装着ができる指サックを提案する。
すなわち、本発明は、指挿入部をスカート状に1枚の薄板又は分割片で構成し、指の甲側から押圧して、安定した装着性を実現した指サックを提供するものであって、次のような手段による。
(1)指サックに人間の指を挿入して把持操作を行うことにより、人間の指先力を検出する指装着型6軸力覚センサ用の指サックにおいて、指サックは、盤状の先端部、指挿入部、指押さえ込み調整具を有し、該先端部は、起歪体に連結され、該指挿入部は、先端部に結合して指の周囲を囲んで押さえる押さえ片を有し、指押さえ調整具は、指の甲側より指押さえ片に対して、押圧力を調整可能に設けられていること、を特徴とする指装着型6軸力覚センサ用指サック。
(2)押さえ込み片は、甲側片、左右の側片、腹側片の4片から構成されることを特徴とする(1)記載の指装着型6軸力覚センサ用指サック。
(3)指サックに人間の指を挿入して把持操作を行うことにより、人間の指先力を検出する指装着型6軸力覚センサ用の指サックにおいて、指サックは、盤状の先端部と指挿入部とを備え、該先端部は、起歪体に連結され、該指挿入部は、指が挿入される円筒状のスカート部であって、弾性薄板材により円錐台状に形成され、側面にスリットが形成され、拡幅側は指挿入開放部であり、狭幅側端部は先端部と円弧状に結合していること、を特徴とする指装着型6軸力覚センサ用指サック。
(4)指挿入部の指の腹側部位に支承部材設けたことを特徴とする(1)〜(3)記載の指装着型6軸力覚センサ用指サック。
(5)指サックの指の甲側にスカート部押さえ込み調整具を設けたことを特徴とする(3)又は4記載の指装着型6軸力覚センサ用指サック。
(6)盤状の先端部は円盤状であって、スリットは、指側辺部に一つ形成され、円弧状の結合部は指の腹側に形成されていることを特徴とする(3)〜(5)のいずれかに記載の指装着型6軸力覚センサ用指サック。
(7)先端部と結合するスカート部の円弧状の結合端部に切り欠きを形成したことを特徴とする(3)〜(6)のいずれかに記載の指装着型6軸力覚センサ用指サック。スカート部の結合している円弧部は1/5〜1/2周の範囲が望ましい。
(8)挿入対象の指は、左右の5本の手指のいずれかあるいは複数であることを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載された指装着型6軸力覚センサ用指サック。
力覚センサの基本構成を、本発明者が先に提案した特許第3261653号公報(特許文献1)に開示した例を用いて説明する。
指サックは、人の指を挿入して指装着型6軸力覚センサを指に装着するものである。人の指先に指装着型6軸力覚センサを装着して物体操作を行うとき、人が違和感を感じないようにするためには、指が指サックの中で動かないよう固定しなければならない。
一方、指の形状や大きさは、各人によって様々であるので、指サックをそれぞれに対応できる調整代が必要である。ところで、バラツキのある指の形状に対応できるように指サックに伸縮性を持たせると、指サックのバネ効果により、把持物体の剛性を実際よりも柔らかく感じてしまう危険がある。そこで、指が物体の剛性を正確に感じるようにするためには、少なくとも指が物体に力を加える指腹側の指サックの剛性を高くする必要がある。
本発明者は、先に提案した6軸力覚センサ(特許文献1等)では、4枚の羽根状の押圧片を用いて、バドミントンのシャトル状に形成した指挿入部を有する指サックを用いた。この指サックでは、挿入した指の遊びなどが発生する等装着性の改善が指摘された。
本発明では、この課題を解決するために、指の形状の再確認し、指の弾力性を減ずる工夫、特に、指の腹側の固定性を向上させることを検討した。
本発明の指サックの基本的な考え方は、
・ 指の大きさの個人差をある程度吸収できること、
・ 装着感を高めるため指を指サックにしっかり固定できること、
・ 人は指腹面で物を掴んでいることから、指腹と接触する部分は変形しない硬い部材とし、指腹に力を伝えるようにすること、
である。
指の大きさの個人差をある程度吸収し、装着感の良い指サックを設計するために、人指先形状の寸法を計測した。指先形状の計測は、男女数名について両手全ての指の石膏型をとった。指先形状の計測は、採取した石膏型にノギスをあてて行った。
図4は、指石膏のX線断層写真である。図4を観察すると、指の断面形状は、爪の付け根部分の幅が最も大きく、そのラインを境界に二つの楕円で近似できることが分かる。これより、指断面の幅が最も大きくなる爪付け根部分の高さを通るラインを指先形状計測の基準ラインとした。
指サックを設計するにあたり、加工のしやすさ等を考慮すると、指先をできるだけ単純な形状で表現することが望ましい。そこで、指先形状計測では、人指先外観および断面の観察から図5中の指先形状を計測して、挿入部の設計資料とした。尚、図5左の点線は指先形状計測の基準ラインである。
F1:指先端部とDIP関節間の長さ(DIP関節(遠位指節間関節)とは、指先端の関節をさす)
F2:指爪先端コーナー幅
F3:指DIP関節部幅
F4:指先端とF2計測点長さ
F5:F2測定点の厚み
F6:爪付け根部分の厚み
F7:DIP関節部の厚み
F8:指先端と爪付け根間の長さ
F9:指の基準ライン(一番幅の広い部分)から指背面までの高さ(DIP関節部)
F10:F2測定点の基準ライン(爪側付け根)から爪表面までの高さ
指サックは、上・下・左右を別の部材で構成し、指腹部は剛性を高くして変形しないよう形成し、指の太さを吸収するため指側面を弾性板で受ける構造とした。甲側の部材は支持部材に設けたネジに固定した板とし、指の甲側(爪側)を上から押さえることで、指を指サックに固定するようにした。各部の寸法は、指先形状の計測から得られた平均値を用いた。尚、指挿入部の開口部の大きさは、指の圧縮変形を考慮して指先形状の平均測定値よりやや小さい値を採用した。
この実施例では、甲側の押さえ片を調整することにより、4枚の羽根状の片をラッパ状に配置した従来例よりも、装着感及び安定性を向上させることができた。しかし、本実施例は、指サックの部品点数が多く、かつ複雑な加工が必要となり、製作性に課題が残り、また、弾性板で押さえた側面は不安定要素が残るという装着感の観点からの指摘もあり、更に、実施例2、3の改良版を作成した。
実施例2は、リン青銅製の0.5mm厚の薄板でスカート状の円錐面を有する指挿入を形成し、先端部をセンサの起わい体と連結させた指サックである。先端部とスカート部との間には全周の2/3以上の切り込みが入れてあり、残りの1/3以下が円弧状に先端部と結合し、スカートの一側面にはスリット状の切り込みを形成する。これにより、指サックの上面に押圧ネジを設け、ネジで押し込むことで、スカート部薄板を弾性変形させ、指先全体を包み込むように指を指サックに固定して、装着性を調整することができるように構成した。
円盤状の先端部41に円錐台状の筒状のスカート部44にて、指挿入部42を取り付ける。スカート部44は、0.5mm厚のリン青銅製の薄板にて指を挿入する側が広がるように円錐台形状の筒形に形成し、指の側面側に長手方向に1本のスリット45を形成し、先端部41と円弧状である結合円弧49にて接合されている。結合円弧49は、スリット45が設けられた側部から腹側を回り他方の側部に形成されている。本実施例では、結合円弧49の結合角θ1は85°とした。指の甲側は、切り離されており、切り欠き48が形成されている。この切り欠き48の端部には、押圧ネジによりスカート部を弾性変形させた時の応力集中を緩和するために円形状に切り欠いた結合端部切り欠き46を形成する。さらに、指の甲側には挿入された指を圧接して固定するネジ部材からなる指押さえ込み調整具43を支持部材47に取り付ける。なお、図8の図示は、人差し指などの親指以外の指サックについて各部の寸法をミリメートルで表示しているが、一例であってこの寸法に限定されるものではない。図9にスカート部の斜視図を示す。
本実施例は、基本的な構成は実施例2と共通する。実施例2との違いは、先端部とスカート部の間の結合部である結合円弧59を大きくし、結合円弧θ2を140°とした。また、円弧の結合端部に大きくした径の穴状の切り欠き56を形成し、側部のスリット幅も大きくした。円形状に切り欠いた結合端部切り欠き56は、直径6mm(実施例2は3mm)であり、スリット55は1mm幅とした。図12にスカート部の斜視図を示す。
結合円弧を大きくすることにより、指サックの下方への撓み防止を計り、結合端点の穴径を大きくすることで、より小さい力で指サック上面の弾性変形を大きくして、指を包み込むことができるようにした、また、スリット巾を大きくすることにより、スリット間隔の調整代にゆとりを持たせることができ、指の大きさのバラツキ対応性を向上させた。本実施例では、指サック指腹側の下方への撓みを、実施例1、実施例2よりも小さくすることができた。これにより、把持物体6を掴んで操作した場合に、指腹側の変形による剛性の違和感を回避して、正確なデータの入手が可能となる。
本実施例では更に、指の腹が接するスカート部の外面に支承部材を設けて、腹側の弾力変形を抑えて、ダイレクトに指からの力が伝わるように構成したものである。具体的な構成は、スカート部44の腹側外面に沿って取り付け部材4から支承部材54を延出したものである。これにより、把持体6を掴んで操作した場合に、腹側の変形による応答遅れを回避して、更に一層正確なデータの入手が可能となる。
なお、この支承部材は、実施例2に適用することもできる(図10)。
線形構造解析ツールCOSMOSXpress による指サック変形評価を行った。
4枚の分割片で構成された従来例(図15参照)及び実施例3の指サック(図13参照)を評価対象とした。指サック先端部を固定し、腹側の荷重点A,側方荷重点Bにそれぞれ10 [N]の荷重を加えたときの指サックの最大変形をCOSMOSXpressを使って調べた。荷重試験模式図を図13に示す。結果を表1に示す。
人指先が把持物体に加えている力を計測するためには、指サックの指腹部と接触する部分の剛性が高いことが求められる。すなわち図14の腹側荷重点Aに作用する力に対する剛性が高いことを求められる。また指の装着感を高めるためには、指を指サックに装着後、指サック横方向に加わる荷重に対しても剛性が高いことが望ましい。すなわち図14の側方荷重点Bに作用する力に対して剛性が高いことが望ましい。
線形構造解析ツールCOSMOSXpress による解析では、実施例3の指サックの方が実施例1のものより二桁オーダーで変形量が少なく、剛性が高い。すなわち大幅な改善が認められた。
2 弾性構造体
3 指カバー
4 取り付けブロック
5 人間の指
6 把持物体
10 指装着型6軸力覚センサ
11 指サック切り込み
21 弾性構造体の基部
22 弾性構造体のフランジ部
23 ビーム
24 歪みケージ
31 先端部
32 指挿入部
33 指押さえ込み調整具
34 側部押さえ片
35 腹側押さえ片
36 甲側押さえ片
37 支持部材
41 先端部
42 指挿入部
43 指押さえ込み調整具
44 スカート部
45 スリット
46 結合端部切り欠き
47 支持部材
48 切り欠き
49 結合円弧
53 リンク結合部
54 支承部材
55 スリット
56 結合端部切り欠き
59 結合円弧
Claims (6)
- 指サックに人間の指を挿入して6軸力覚センサを装着し、把持操作を行うことにより、人間の指先力を検出する指装着型6軸力覚センサ用の指サックにおいて、
指サックは、盤状の先端部、指挿入部、指押さえ込み調整具を有し、
該盤状の先端部は、起歪体に連結され、
該指挿入部は、盤状の先端部に結合されており、指の周囲を囲んで押さえる押さえ片を有し、
指押さえ調整具は、指の甲側より指押さえ片に対して、押圧力を調整可能に設けられていること
を特徴とする指装着型6軸力覚センサ用指サック。 - 指サックに人間の指を挿入して把持操作を行うことにより、人間の指先力を検出する指装着型6軸力覚センサ用の指サックにおいて、
指サックは、盤状の先端部と指挿入部とを備え、
該盤状の先端部は、起歪体に連結され、
該指挿入部は、指が挿入される円筒状のスカート部であって、弾性薄板材により円錐台状に形成され、側面にスリットが形成され、拡幅側は指挿入開放部であり、狭幅側端部は盤状の先端部と円弧状に結合していること、
を特徴とする指装着型6軸力覚センサ用指サック。 - 指挿入部の指の腹側部位に支承部材設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の指装着型6軸力覚センサ用指サック。
- 指サックの指の甲側にスカート部押さえ込み調整具を設けたことを特徴とする請求項2又は3記載の指装着型6軸力覚センサ用指サック。
- 先端部と結合するスカート部の円弧状の結合端部に切り欠きを形成したことを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載された指装着型6軸力覚センサ用指サック。
- 挿入対象の指は、左右の5本の手指のいずれかあるいは複数であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載された指装着型6軸力覚センサ用指サック。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006205781A JP4076025B2 (ja) | 2006-07-28 | 2006-07-28 | 指装着型6軸力覚センサ用指サック |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006205781A JP4076025B2 (ja) | 2006-07-28 | 2006-07-28 | 指装着型6軸力覚センサ用指サック |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008032511A true JP2008032511A (ja) | 2008-02-14 |
JP4076025B2 JP4076025B2 (ja) | 2008-04-16 |
Family
ID=39122098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006205781A Expired - Fee Related JP4076025B2 (ja) | 2006-07-28 | 2006-07-28 | 指装着型6軸力覚センサ用指サック |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4076025B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011232165A (ja) * | 2010-04-27 | 2011-11-17 | Shiseido Co Ltd | 動作検出センサ及びそのキャリブレーション方法 |
JP2011257144A (ja) * | 2010-06-04 | 2011-12-22 | Kochi Univ Of Technology | 触覚センシング方法 |
WO2013161093A1 (ja) * | 2012-04-25 | 2013-10-31 | 新東工業株式会社 | 遠心バレル研磨機および研磨方法 |
JP2014008324A (ja) * | 2012-07-02 | 2014-01-20 | Kanazawa Univ | 母指及び手指の評価システム |
JP2014126496A (ja) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Toyota Technical Development Corp | 作用力測定装置および作用力測定方法 |
WO2014156823A1 (ja) * | 2013-03-27 | 2014-10-02 | Semitec株式会社 | 接触力センサ及びその製造方法 |
-
2006
- 2006-07-28 JP JP2006205781A patent/JP4076025B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011232165A (ja) * | 2010-04-27 | 2011-11-17 | Shiseido Co Ltd | 動作検出センサ及びそのキャリブレーション方法 |
JP2011257144A (ja) * | 2010-06-04 | 2011-12-22 | Kochi Univ Of Technology | 触覚センシング方法 |
WO2013161093A1 (ja) * | 2012-04-25 | 2013-10-31 | 新東工業株式会社 | 遠心バレル研磨機および研磨方法 |
JPWO2013161093A1 (ja) * | 2012-04-25 | 2015-12-21 | 新東工業株式会社 | 遠心バレル研磨機および研磨方法 |
JP2014008324A (ja) * | 2012-07-02 | 2014-01-20 | Kanazawa Univ | 母指及び手指の評価システム |
JP2014126496A (ja) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Toyota Technical Development Corp | 作用力測定装置および作用力測定方法 |
WO2014156823A1 (ja) * | 2013-03-27 | 2014-10-02 | Semitec株式会社 | 接触力センサ及びその製造方法 |
JP5697186B1 (ja) * | 2013-03-27 | 2015-04-08 | Semitec株式会社 | 接触力センサ |
US9677955B2 (en) | 2013-03-27 | 2017-06-13 | Semitec Corporation | Contact force sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4076025B2 (ja) | 2008-04-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3261653B2 (ja) | 指装着型6軸力覚センサ | |
JP4076025B2 (ja) | 指装着型6軸力覚センサ用指サック | |
JP3409160B2 (ja) | 把握データ入力装置 | |
Seo et al. | Investigation of grip force, normal force, contact area, hand size, and handle size for cylindrical handles | |
Kong et al. | Optimal cylindrical handle diameter for grip force tasks | |
Moore et al. | Quantifying exposure in occupational manual tasks with cumulative trauma disorder potential | |
Wimer et al. | Effects of gloves on the total grip strength applied to cylindrical handles | |
Quek et al. | Sensory substitution using 3-degree-of-freedom tangential and normal skin deformation feedback | |
Pérez-González et al. | Stiffness map of the grasping contact areas of the human hand | |
Sormunen et al. | User-oriented evaluation of mechanical single-channel axial pipettes | |
Najarian et al. | A novel method in measuring the stiffness of sensed objects with applications for biomedical robotic systems | |
Harris | Design and fabrication of a piezoresistive fabric sensor for ergonomic analyses | |
Villanueva et al. | A biomechanical analysis of applied pinch force during periodontal scaling | |
JP7136882B2 (ja) | 動作検出センサ及び動作検出方法 | |
US9592093B2 (en) | Tactile feedback system for robotic surgery | |
Marquardt et al. | Quantifying digit force vector coordination during precision pinch | |
Jones | Perception and control of finger forces | |
Reid et al. | Feasibility assessment of an extravehicular activity glove sensing platform to evaluate potential hand injury risk factors | |
Spilz et al. | Development of a smart fabric force-sensing glove for physiotherapeutic Applications | |
Reid et al. | Feasibility assessment of an EVA glove sensing platform to evaluate potential hand injury risk factors | |
JP4273464B2 (ja) | 6軸力覚センサ用把持型ツール | |
Yamazaki et al. | Force Sensing Based on Nail Deformation for Measurement of Fingertip Force in Detailed Work | |
Memberg et al. | A grasp force and position sensor for the quantitative evaluation of neuroprosthetic hand grasp systems | |
JP6252845B2 (ja) | 爪振動計測装置、爪振動モニタリングシステムおよび爪振動フィードバック提示システム | |
Kristanto et al. | Development of a 3-axis human fingertip tactile sensor based on distributed hall effect sensors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071212 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20071212 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080115 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080123 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110208 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110208 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120208 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130208 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130208 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140208 Year of fee payment: 6 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |