JP2009125884A - ロボット用マニピュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】表面構造を部位によって最適化したロボット用マニピュレータを提供することを課題とする。
【解決手段】ロボット用マニピュレータ１であって、構造部２の表面側に設けられる圧力センサからなるセンサ部３と、少なくともセンサ部３を覆う被覆材からなる被覆部４とを備え、被覆部４は、指先からの距離に応じて厚さ及び／又は硬さの異なった被覆材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｅが配置されることを特徴とし、また、センサ部３は、指先からの距離に応じて分解能が異なった圧力センサが配置されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボット用マニピュレータに関する。

ロボット用マニピュレータは、各種産業用ロボットや人型ロボット等に組み付けられて様々な分野で利用されている。ロボット用マニピュレータは、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、ロボット用マニピュレータは、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。

また、ロボット用マニピュレータには、柔軟な被覆や触覚センサ（圧力センサ）を設けたものがある。例えば、被覆としては、指先にゴム製の素材の被覆を設けたものやゴム製のグローブをはめたものがある。また、特許文献１に記載のロボットハンド用触覚センサは、多指多自由度のロボットハンドの各箇所に感圧部が設けられ、全ての感圧部が同じ感度帯になるように受ける負荷が小さい感圧部に緩衝材を貼り付けている。
特開２００４−３３０３７０号公報 特開２００５−３４９４９２号公報 特開２００５−２６２４１１号公報 特許３１８３４６５号公報

人間が手を使って作業を行う場合、指先に近い部位ほど器用に対象物を操るなどの細かい作業性が要求され、指先から離れた部位（手のひら、母指球や腕）ほど対象物をしっかりと保持するなどの安定性が要求される。対象物と接触する被覆が厚かったりあるいは柔らかかったりすると、対象物との接触面積が増えたりするので、対象物が被覆に対して滑り難くなる。そのため、被覆としては、細かい作業を行うためには薄いものや硬いものがよく、対象物を安定して保持するためには厚いものや柔らかいものがよい。また、人間の手は、細かい作業が要求される指先ほど触覚としての高い感度を有している。しかし、従来のロボット用マニピュレータでは、被覆の厚さや硬さを部位によって変えておらず、また、触覚センサの分解能を部位によって変えていない。

そこで、本発明は、表面構造を部位によって最適化したロボット用マニピュレータを提供することを課題とする。

本発明に係るロボット用マニピュレータは、構造部の表面側に設けられる圧力センサからなるセンサ部と、少なくとも前記センサ部を覆う被覆材からなる被覆部とを備え、被覆部は、指先からの距離に応じて厚さ及び／又は硬さの異なった被覆材が配置されることを特徴とする。

このロボット用マニピュレータは、構造部（リンク機構、関節機構、アクチュエータ等）の表面側にセンサ部及び被覆部が設けられ、センサ部が圧力センサからなり、被覆部がセンサ部を覆う被覆材からなる。特に、この被覆部の被覆材としては、マニピュレータにおける指先からの距離に応じて厚さ及び／又は硬さが異なったものが配置される。対象物に対する作業を行う上で、指先ほど細かい作業性が求められ、指先から離れるほど保持安定性が求められる。そこで、このロボット用マニピュレータでは、指先ほど作業性に適した厚さや硬さの被覆材を配置し、指先から離れるほど安定性に適した厚さや硬さの被覆材を配置することによって、被覆部をマニピュレータにおける各部位によって最適化できる。

本発明の上記ロボット用マニピュレータでは、被覆部は、指先に近いほど薄い被覆材が配置されると好適である。このように指先に近い部位ほど薄い被覆材を配置し、指先から離れた部位ほど厚い被覆材を配置することにより、人間の皮膚に近い構造となり、指先に近いほど細かい作業が可能となり、指先から離れるほど安定して物を保持することができる。また、ロボット用マニピュレータにおいて指先から離れた部位（ロボットアームの肘部など）ほど、動作部位の等価重量が重く、周辺物体にぶつかった場合に衝撃が大きくなる虞があるので、被覆材として厚いものを設けておくことにより、構造部や周辺物体を保護でき、安全性を向上させることができる。

本発明の上記ロボット用マニピュレータでは、被覆部は、指先に近いほど硬い被覆材が配置されると好適である。このように指先に近い部位ほど硬い被覆材を配置し、指先から離れた部位ほど柔らかい被覆材を配置することにより、人間の皮膚に近い構造となり、指先に近いほど細かい作業が可能となり、指先から離れるほど安定して物を保持することができる。

本発明の上記ロボット用マニピュレータでは、センサ部は、覆われている被覆材の厚さが薄いほど分解能が高い圧力センサが配置されると好適である。マニピュレータが対象物に接触して作業している場合、被覆材が厚いほど、対象物から圧力センサまでの距離が長くなり、圧力センサへの力の伝達が拡散する。したがって、圧力センサの分解能としては、被覆材が厚い部位では高分解能なものは不適であり（高分解能としての能力を発揮できない）、被覆材が薄い部位では高分解能なものは適している（高分解能としての能力を発揮できる）。このように、ロボット用マニピュレータでは、被覆材の厚さに応じて分解能が異なる圧力センサを配置することによって、高価な高分解能の圧力センサと低価な低分解能の圧力センサを最適な部位に配置することができる。その結果、高精度な情報が要求される部位に対して高精度な情報を取得できるとともに、センサのコストを削減することができる。

本発明に係るロボット用マニピュレータは、構造部の表面側に設けられる圧力センサからなるセンサ部と、少なくともセンサ部を覆う被覆材からなる被覆部とを備え、センサ部は、指先からの距離に応じて分解能が異なった圧力センサが配置されることを特徴とする。

このロボット用マニピュレータでは、上記と同様に、構造部の表面側にセンサ部及び被覆部が設けられる。特に、このセンサ部の圧力センサとしては、マニピュレータにおける指先からの距離に応じて分解能が異なったものが配置される。対象物に対する作業を行う上で、指先に近いほど細かい作業性が要求されるので、その細かい作業を行うために対象物をどの程度のエリアでどの程度の強さで触っているかの高精度の情報が必要となる。しかし、指先から離れるほど、細かに作業を行わないので、高精度の情報は不要となる。このロボット用マニピュレータでは、指先に近いほど高精度な情報が得られる分解能の高い圧力センサを配置し、指先から離れるほど分解能の低い圧力センサを配置することによって、センサ部をマニピュレータにおける各部位によって最適化できる。高分解能な圧力センサほど高価であるが、必要な部位にのみ高分解能な圧力センサを配置するので、センサ部のコストを極力抑えることができる。また、高分解能な圧力センサを用いるほど電気的な処理や制御が複雑になるが、必要な部位にのみ高分解能な圧力センサを用いるので、電気的な処理や制御の負荷を極力抑えることができる。

本発明の上記ロボット用マニピュレータでは、センサ部は、指先に近いほど空間の分解能が高い圧力センサが配置されると好適である。このように指先に近い部位ほど空間の分解能が高い圧力センサ（圧力を受けているエリアを高精度に検出できる圧力センサ）を配置し、指先から離れた部位ほど空間の分解能が低い圧力センサを配置することにより、人間の触覚に近くなり、指先に近い部位ほど、対象物と何処のどの程度のエリアで接触しているかの高精度な情報を検出することができ、細かい作業をするために必要な情報を得ることができる。

本発明の上記ロボット用マニピュレータでは、センサ部は、指先に近いほど感度の分解能が高い圧力センサが配置されると好適である。このように指先に近い部位ほど感度の分解能が高い圧力センサ（受けている圧力の強弱を高精度に検出できる圧力センサ）を配置し、指先から離れた部位ほど感度の分解能が低い圧力センサを配置することにより、人間の触覚に近くなり、指先に近い部位ほど、どの程度の強さで接触しているかの高精度な情報を検出することができ、細かい作業をするために必要な情報を得ることができる。

本発明は、指先からの距離に応じて厚さや硬さが異なった被覆材や分解能が異なった圧力センサを配置することによって、表面構造を部位によって最適化することができ、作業性と保持安定性の両立を図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係るロボット用マニピュレータの実施の形態を説明する。

本実施の形態では、本発明に係るロボット用マニピュレータを、４指ハンドのロボット用マニピュレータに適用する。本実施の形態では、分布型圧力センサからなるセンサ部と被覆材からなる被覆部を手のひら側に設ける構成とする。本実施の形態には、４つの形態があり、第１〜第３の実施の形態がハンドに適用した形態であり、第４の実施の形態がハンド及びアームに適用した形態であり、第１の実施の形態が分布型圧力センサのセルの大きさと被覆材の厚さを変える形態であり、第２の実施の形態が分布型圧力センサのセルの大きさと被覆材の柔軟さを変える形態であり、第３の実施の形態が分布型圧力センサのセルの大きさと被覆材の厚さ及び柔軟さを変える形態であり、第４の実施の形態が分布型圧力センサのセルの大きさと被覆材の厚さを変える形態である。

図１〜図４を参照して、第１の実施の形態に係るロボット用マニピュレータ１について説明する。図１は、第１及び第３の実施の形態に係るロボット用マニピュレータのハンドの側面図である。図２は、第１〜第３の実施の形態に係るロボット用マニピュレータのハンドの手のひら側から見た正面図である。図３は、第１〜第３の実施の形態に係るロボット用マニピュレータのハンドの被覆材を取った状態での手のひら側から見た正面図である。図４は、本実施の形態に係る被覆材の厚さと圧力の伝達エリアとの関係を示す側面図とセンサ部の正面図であり、（ａ）が被覆材が厚い場合であり、（ｂ）が被覆材が薄い場合である。

ロボット用マニピュレータ１のハンド１ａは、４本の指（親指、人差指、中指、小指）を有しており、手のひら側で対象物に対して様々な作業を行う。特に、ハンド１ａは、指先に近いほど細かい作業性を有するとともに手首に近いほど保持する際の安定性を有する。そのために、ハンド１ａは、構造部２、センサ部３、被覆部４を備えている。

構造部２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。構造部２は、親指Ａの末節Ａａ及び基節Ａｃ、人差指Ｂの末節Ｂａ、中節Ｂｂ及び基節Ｂｃ、中指Ｃの末節Ｃａ、中節Ｃｂ及び基節Ｃｃ、小指Ｄの末節Ｄａ、中節Ｄｂ及び基節Ｄｃ、手のひらＥ、母指球Ｆから構成され、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。

センサ部３は、構造部２の表面の手のひら側に設けられる。センサ部３は、分布型圧力センサで構成され、末節Ａａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｄａ、中節Ｂｂ，Ｃｂ，Ｄｂ、基節Ａｃ，Ｂｃ，Ｃｃ，Ｄｃ、手のひらＥ、母指球Ｆの各部位の表面を覆うように分布型圧力センサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆがそれぞれ設けられる。分布型圧力センサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆは、対象物がハンド１ａ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対象物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。

分布型圧力センサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆは、複数個の圧力センサセルで構成され、指先からの距離に応じて大きさ（受圧面積）の異なる圧力センサセル３ｖ，３ｗ，３ｘがそれぞれ配置される。各圧力センサセル３ｖ，３ｗ，３ｘは、正方形であり、この正方形の面で受けた圧力をそれぞれ検出する。各分布型圧力センサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆでは、一定時間毎に、圧力を受けている位置とエリア（範囲）及び受けている圧力の大きさを示す圧力信号をロボットの制御装置（図示せず）に送信する。制御装置では、この各分布型圧力センサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆからの圧力信号に基づいてアクチュエータを制御する。

末節Ａａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｄａの分布型圧力センサ３ａは、圧力センサセル３ｖの大きさが最も小さく、空間の分解能が最も高い（圧力を受けているエリアを高精度に検出できる）。中節Ｂｂ，Ｃｂ，Ｄｂの分布型圧力センサ３ｂ及び基節Ａｃ，Ｂｃ，Ｃｃ，Ｄｃの分布型圧力センサ３ｃは、圧力センサセル３ｗの大きさが中間であり、空間の分解能が中程度である。手のひらＥの分布型圧力センサ３ｅ及び母指球Ｆの分布型圧力センサ３ｆは、圧力センサセル３ｘの大きさが最も大きく、空間の分解能が最も低い。

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、被覆材で構成され、末節Ａａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｄａ、中節Ｂｂ，Ｃｂ，Ｄｂ、基節Ａｃ，Ｂｃ，Ｃｃ，Ｄｃ、手のひらＥ、母指球Ｆの各部位の分布型圧力センサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆの全面を覆うように被覆材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｅ，４ｆがそれぞれ設けられる。被覆材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｅ，４ｆ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、シリコン材で形成される。被覆材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｅ，４ｆは、対象物に接触したときに、対象物の大きさに応じて変形して対象物との接触面積を大きくする。ちなみに、被覆部４が無いと、対象物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、対象物を全く安定して扱えない。

被覆材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｅ，４ｆは、厚さについては指先から離れるほど厚く、柔軟さについては一定である。末節Ａａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｄａの被覆材４ａ、中節Ｂｂ，Ｃｂ，Ｄｂの被覆材４ｂ、基節Ａｃ，Ｂｃ，Ｃｃ，Ｄｃの被覆材４ｃ、手のひらＥ、母指球Ｆの被覆材４ｅ，４ｆの順に厚くなる。各部位における被覆材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｅ，４ｆにおいては、厚さが一定でもよいし、あるいは、指先から離れるほど厚くなるようにしてもよい。被覆材が薄いほど、直接的に力が作用し易くなるので、精度が要求される細かい作業（例えば、小さい物を持ったり、操ったりする作業）に適している。一方、被覆材が厚いほど、物をしっかりと保持するのに適しており、物とぶつかって衝撃を受けたときにその衝撃を吸収することができる。

図４には、任意の物体Ｏが被覆部４に接触したときのセンサ部３への圧力の伝達エリアを示しており、（ａ）が厚い被覆材（例えば、手のひらの被覆材４ｅ）の場合であり、（ｂ）が薄い被覆材（例えば、末節の被覆材４ａ）の場合である。ここでは、（ａ）、（ｂ）共に、圧力センサセルとしては最もセルが小さい末節の圧力センサセル３ｖを配置した場合を示している。図４（ａ）から判るように、被覆材が厚いと、センサ部３までの距離が長くなるので、センサ部３に到達するまでに物体Ｏから受けた圧力が拡散する。そのため、センサ部３で受ける圧力エリアは物体Ｏの断面積よりもかなり大きくなり（斜線で示すセルが１６個分のエリア）、小面積の圧力センサセル３ｖを用いてもその高い空間分解能を発揮できず、実際の物体Ｏよりも大きなエリアを検知してしまう。一方、図４（ｂ）から判るように、被覆材が薄いと、センサ部３までの距離が短くなるので、センサ部３に到達するまでに物体Ｏから受けた圧力が殆ど拡散しない。そのため、センサ部３で受ける圧力エリアは物体Ｏの断面積と殆ど同程度となり（斜線で示すセルが４個分のエリア）、小面積の圧力センサセル３ｖを用いることによってその高い空間分解能を発揮でき、実際の物体Ｏと同程度のエリアを高精度に検知できる。

ハンド１ａでは、指先に近いほど被覆材が薄くなりかつ圧力センサセルが小さくなっているので、被覆材の厚さと圧力センサセルの大きさ（分布型圧力センサの空間分解能）との関係においても最適化が図られている。

このように構成したハンド１ａでは、指先に近い部位ほど細かい作業が可能となり、手のひらＥや母指球Ｆなどの指先から離れた部位ほど安定して物を保持することができる。また、このハンド１ａでは、指先に近い部位ほど細かい作業に必要な精度の高い圧力情報や位置情報を取得することができる。ちなみに、指先から離れた部位では、細かい作業を行わないので、精度の高い情報は必要ないが、作業に必要な程度の情報は十分に得ることができる。

このロボット用マニピュレータ１によれば、指先からの距離が近いほど高分解能の分布型圧力センサを配置するとともに薄い被覆材を配置することにより、ハンド１ａの表面構造として各部位に応じた最適化を図ることができる。その結果、指先に近い部位ほど高い作業性を得ることができ、指先から離れた部位ほど高い保持安定性を得ることができる。また、指先に近い部位ほど作業に必要な高精度な情報を得ることができ、最適化によって低分解能の分布型圧力センサ（低価なセンサ）も用いているのでコストも抑えることができる。また、必要な部位にのみ高分解能な分布型圧力センサを用いるので、電気的な処理や制御装置における負荷を抑えることができる。また、作業性と保持安定性が共に高くなるので、同じロボット用マニピュレータ１でハンド１ａを用いて様々な作業を行わせることができる。

図２〜図５を参照して、第２の実施の形態に係るロボット用マニピュレータ１１について説明する。図５は、第２の実施の形態に係るロボット用マニピュレータのハンドの側面図である。なお、ロボット用マニピュレータ１１では、第１の実施の形態に係るロボット用マニピュレータ１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

ロボット用マニピュレータ１１は、ロボット用マニピュレータ１と比較すると、被覆部１４の構成だけが異なる。そこで、被覆部１４についてのみ説明する。

被覆部１４は、第１の実施の形態に係る被覆材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｅ，４ｆに代わって、被覆材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｅ，１４ｆで構成される。被覆材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｅ，１４ｆは、第１の実施の形態と同様に柔軟な材料で形成されるが、部位によって柔軟さ（硬さ）が異なる。異なる柔軟さは、同一の材料で異なる柔軟さとしてもよいし、あるいは、異なる材料によって異なる柔軟さとしてもよい。

被覆材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｅ，１４ｆは、厚さについては一定で薄く、柔軟さについては指先から離れるほど柔らかくなる。末節Ａａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｄａの被覆材１４ａ、中節Ｂｂ，Ｃｂ，Ｄｂの被覆材１４ｂ、基節Ａｃ，Ｂｃ，Ｃｃ，Ｄｃの被覆材１４ｃ、手のひらＥ、母指球Ｆの被覆材１４ｅ，１４ｆの順に柔らかくなる。各部位における被覆材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｅ，１４ｆにおいては、柔軟さが一定でもよいし、あるいは、指先から離れるほど柔らかくなるようにしてもよい。被覆材が硬いほど、反力が伝わり易く、対象物と接触したときに接触面積が少なくなって物が滑り易くなるので、細かい作業に適している。一方、被覆材が柔らかいほど、物と接触したときに接触面積が増えて物が滑り難くなるので、物をしっかりと保持するのに適している。この被覆部１４を備えるハンド１１ａでは、指先に近い部位ほど細かい作業が可能となり、手のひらＥや母指球Ｆなどの指先から離れた部位ほど安定して物を保持することができる。

このロボット用マニピュレータ１１によれば、指先からの距離が近いほど高分解能の分布型圧力センサを配置するとともに硬い被覆材を配置することにより、ハンド１１ａの表面構造として各部位に応じた最適化を図ることができる。これによって、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

図１〜図４を参照して、第３の実施の形態に係るロボット用マニピュレータ２１について説明する。なお、ロボット用マニピュレータ２１では、第１の実施の形態に係るロボット用マニピュレータ１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

ロボット用マニピュレータ２１は、ロボット用マニピュレータ１と比較すると、被覆部２４の構成だけが異なる。そこで、被覆部２４についてのみ説明する。

被覆部２４は、第１の実施の形態に係る被覆材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｅ，４ｆに代わって、被覆材２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｅ，２４ｆで構成される。被覆材２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｅ，２４ｆは、第１の実施の形態と同様に柔軟な材料で形成されるが、部位によって厚さと柔軟さが異なる。

被覆材２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｅ，２４ｆは、厚さについては指先から離れるほど厚くなり、柔軟さについては指先から離れるほど柔らかくなる。末節Ａａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｄａの被覆材２４ａ、中節Ｂｂ，Ｃｂ，Ｄｂの被覆材２４ｂ、基節Ａｃ，Ｂｃ，Ｃｃ，Ｄｃの被覆材２４ｃ、手のひらＥ、母指球Ｆの被覆材２４ｅ，２４ｆの順に厚くかつ柔らかくなる。各部位における被覆材２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｅ，２４ｆにおいては、厚さ及び柔軟さが一定でもよいし、あるいは、指先から離れるほど厚くなったりあるいは柔らかくなるようにしてもよい。被覆材が薄くかつ硬いほど、細かい作業に最も適している。一方、被覆材が厚くかつ柔らかいほど、物をしっかりと保持するのに最も適している。この被覆部２４を備えるハンド２１ａでは、指先に近い部位ほど細かい作業が可能となり、手のひらＥや母指球Ｆなどの指先から離れた部位ほど安定して物を保持することができる。

このロボット用マニピュレータ２１によれば、指先からの距離が近いほど高分解能の分布型圧力センサを配置するとともに薄くかつ硬い被覆材を配置することにより、ハンド２１ａの表面構造として各部位に応じた最適化を図ることができる。これによって、第１の実施の形態と同様の効果が得られ、被覆部の構成としては最も最適化が図られている。

図６〜図８を参照して、第４の実施の形態に係るロボット用マニピュレータ３１について説明する。図６は、第４の実施の形態に係るロボット用マニピュレータの側面図である。図７は、第４の実施の形態に係るロボット用マニピュレータの手のひら側から見た正面図である。図８は、第４の実施の形態に係るロボット用マニピュレータの被覆材を取った状態での手のひら側から見た正面図である。ロボット用マニピュレータ３１では、第１の実施の形態に係るロボット用マニピュレータ１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

ロボット用マニピュレータ３１は、ロボット用マニピュレータ１と比較すると、ハンド３１ａだけでなく、アーム３１ｂまで各部位の表面構造の最適化を図ったことが異なる。したがって、ロボット用マニピュレータ３１では、ハンド３１ａ及びアーム３１ｂに対して、指先に近いほど細かい作業性を有するとともに肩に近いほど保持する際の安定性を有する。そのために、ロボット用マニピュレータ３１は、構造部３２、センサ部３３、被覆部３４を備えている。

構造部３２は、第１の実施の形態に係る構造部２と同様に、リンク機構、関節機構及びアクチュエータなどからなる。構造部３２は、第１の実施の形態と同様にハンド３１ａの各部とアーム３１ｂの前腕Ｇ，Ｈ、上腕Ｉから構成され、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。

センサ部３３は、構造部３２の表面のハンド３１ａの手のひら側及びアーム３１ｂの内側に設けられる。センサ部３３は、分布型圧力センサで構成され、末節Ａａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｄａ、中節Ｂｂ，Ｃｂ，Ｄｂ、基節Ａｃ，Ｂｃ，Ｃｃ，Ｄｃ、手のひらＥ、母指球Ｆ、前腕Ｇ，Ｈ、上腕Ｉの各部位の表面を覆うように分布型圧力センサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｉがそれぞれ設けられる。分布型圧力センサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｉは、対象物がロボット用マニピュレータ３１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対象物がどの程度の強さで接触しているかを検出するセンサである。

分布型圧力センサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｉは、複数個の圧力センサセルで構成され、指先からの距離に応じて大きさの異なる圧力センサセル３ｖ，３ｗ，３ｘ，３ｙ，３ｚがそれぞれ配置される。末節Ａａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｄａの分布型圧力センサ３ａの圧力センサセル３ｖ、中節Ｂｂ，Ｃｂ，Ｄｂの分布型圧力センサ３ｂ及び基節Ａｃ，Ｂｃ，Ｃｃ，Ｄｃの分布型圧力センサ３ｃの圧力センサセル３ｗ、手のひらＥの分布型圧力センサ３ｅ及び母指球Ｆの分布型圧力センサ３ｆの圧力センサセル３ｘは、第１の実施の形態と同じ大きさである。前腕Ｇ，Ｈの分布型圧力センサ３ｇ，３ｈは、圧力センサセル３ｙが圧力センサセル３ｘより更に一回り大きく、空間の分解能が分布型圧力センサ３ｅ，３ｆより更に低い。上腕Ｉの分布型圧力センサ３ｉは、圧力センサセル３ｚが圧力センサセル３ｙより更に一回り大きく、空間の分解能が分布型圧力センサ３ｇ，３ｈより更に低い。

被覆部３４は、構造部３２の表面のハンド３１ａの手のひら側及びアーム３１ｂの内側であり、センサ部３３の上側に設けられる。被覆部３４は、被覆材で構成され、末節Ａａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｄａ、中節Ｂｂ，Ｃｂ，Ｄｂ、基節Ａｃ，Ｂｃ，Ｃｃ，Ｄｃ、手のひらＥ、母指球Ｆ、前腕Ｇ，Ｈ、上腕Ｉの各部位の分布型圧力センサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｉの全面を覆うように被覆材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉがそれぞれ設けられる。

被覆材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉは、厚さについては指先から離れるほど厚くなり、柔軟さについては一定である。末節Ａａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｄａの被覆材４ａ、中節Ｂｂ，Ｃｂ，Ｄｂの被覆材４ｂ、基節Ａｃ，Ｂｃ，Ｃｃ，Ｄｃの被覆材４ｃ、手のひらＥの被覆材４ｅ、母指球Ｆの被覆材４ｆについては、第１の実施の形態と同じ厚さである。前腕Ｇの被覆材４ｇは手のひらＥの被覆材４ｅより更に厚く、前腕Ｈの被覆材４ｈは前腕Ｇの被覆材４ｇより更に厚く、上腕Ｉの被覆材４ｉは前腕Ｈの被覆材４ｈより更に厚い。各部位における被覆材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉにおいては、厚さが一定でもよいし、あるいは、指先から離れるほど厚くなるようにしてもよい。

このように構成したロボット用マニピュレータ３１では、指先に近い部位ほど細かい作業が可能となり、手のひらＥや母指球Ｆ更には前腕Ｇ，Ｈや上腕Ｉなどの指先から離れた部位ほど安定して物を保持することができる。また、このロボット用マニピュレータ３１では、第１の実施の形態と同様に、指先に近い部位ほど細かい作業に必要な精度の高い情報を取得することができるとともに、上腕Ｉまで作業に必要な程度の情報は十分に得ることができる。また、このロボット用マニピュレータ３１では、指先から離れた部位ほど、動作部位の等価重量が重く、周辺物体にぶつかった場合に衝撃が大きくなる虞があるが、十分に厚い被覆材を設けているので、その衝突時の衝撃を吸収することができる。

このロボット用マニピュレータ３１によれば、指先からの距離が近いほど高分解能の分布型圧力センサを配置するとともに薄い被覆材を配置することにより、ハンド３１ａ及びアーム３１ｂの表面構造として各部位に応じた最適化を図ることができる。その結果、指先に近い部位ほど高い作業性を得ることができ、指先から離れた部位（アーム３１ｂまで）ほど高い保持安定性を得ることができる。また、作業性と保持安定性が共に高くなるので、同じロボット用マニピュレータ３１でハンド３１ａ及びアーム３１ｂを用いて様々な作業を行わせることができる。また、指先から離れる部位ほど、厚い被覆材により、ロボット用マニピュレータ３１自体や周辺の物体を保護することができ、安全性を向上させることができる。

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。

例えば、本実施の形態では４指のロボット用マニピュレータにおけるハンドの手のひら側やアームの内側にセンサ部及び被覆部を設ける構成としたが、３指や５指などの他の様々なロボット用マニピュレータに適用可能であり、また、ハンドの手の甲側や側部あるいはアームの外側や側部にセンサ部及び被覆部を設ける構成としてもよい。ただし、その場合、手先ほど動作速度は大きくなり、外界との接触・衝突時の衝撃を吸収する必要性が高くなることから、手先に行くほど、被覆の厚さは厚く、被覆は柔らかくする必要がある。例えば、手の甲に最も厚い被覆を設け、手首や前腕の外側や側部にはそれよりも薄い被覆を設け、大きな動作速度が比較的生じにくい上腕の外側や側部にはさらに薄い被覆を設ける。柔らかさを徐々に変える構成でもよい。また、作業のしやすさと接触安全性の確保を両立するために、部位に応じて被覆の厚さや硬さの設定を変えてもよい。例えば、手のひらやアームの内側など、作業のしやすさを重視すべき部位では、指先に行くほど被覆の厚さを薄くし、被覆を硬くする。一方、手の甲やアームの外側や側部など、外界との接触・衝突安全性を重視すべき部位では、手先に行くほど被覆の厚さを厚くし、かつ被覆を柔らかくする。また、肘など、特に外界と接触・衝突を生じやすい部位では、徐々に被覆の厚さを変えるのではなく、局所的に、例えば、肘の裏だけ被覆の厚さを厚くしてもよい。

また、本実施の形態では分布型圧力センサとしては指先に近いほど空間の分解能が高いセンサを配置する構成としたが、指先に近いほど感度（圧力の強弱）の分解能の高いセンサを配置する構成としてもよい、あるいは、指先に近いほど感度と空間の分解能の高いセンサを配置する構成としてもよい。

また、本実施の形態では指先からの距離に応じて分布型圧力センサと被覆材の両方を最適化する構成としたが、被覆材が同じ柔軟さや厚さで分布型圧力センサだけを最適化する構成としてもよいし、あるいは、分布型圧力センサが同じ分解能で被覆材だけを最適化する構成としてもよい。

また、本実施の形態では正方形のセルからなる分布型圧力センサを適用したが、分布型圧力センサ以外の圧力センサでも適用可能であり、また、セルの形状も正方形以外の形状でもよい。

また、第４の実施の形態では第１の実施の形態と同様に指先からの距離に応じて被覆材の厚さだけを最適化する構成としたが、被覆材の柔軟さを最適化する構成としてもよいし、あるいは、被覆材の柔軟さ及び厚さを最適化する構成としてもよい。

第１及び第３の実施の形態に係るロボット用マニピュレータのハンドの側面図である。 第１〜第３の実施の形態に係るロボット用マニピュレータのハンドの手のひら側から見た正面図である。 第１〜第３の実施の形態に係るロボット用マニピュレータのハンドの被覆材を取った状態での手のひら側から見た正面図である。 本実施の形態に係る被覆材の厚さと圧力の伝達エリアとの関係を示す側面図とセンサ部の正面図であり、（ａ）が被覆材が厚い場合であり、（ｂ）が被覆材が薄い場合である。 第２の実施の形態に係るロボット用マニピュレータのハンドの側面図である。 第４の実施の形態に係るロボット用マニピュレータの側面図である。 第４の実施の形態に係るロボット用マニピュレータの手のひら側から見た正面図である。 第４の実施の形態に係るロボット用マニピュレータの被覆材を取った状態での手のひら側から見た正面図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１…ロボット用マニピュレータ、１ａ，１１ａ，２１ａ，３１ａ…ハンド、３１ｂ…アーム、２，３２…構造部、３，３３…センサ部、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｉ…分布型圧力センサ、３ｖ，３ｗ，３ｘ，３ｙ，３ｚ…圧力センサセル、４，１４，２４，３４…被覆部、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｅ，１４ｆ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｅ，２４ｆ…被覆材

Claims (7)

1. 構造部の表面側に設けられる圧力センサからなるセンサ部と、
   少なくとも前記センサ部を覆う被覆材からなる被覆部と
   を備え、
   前記被覆部は、指先からの距離に応じて厚さ及び／又は硬さの異なった被覆材が配置されることを特徴とするロボット用マニピュレータ。
2. 前記被覆部は、指先に近いほど薄い被覆材が配置されることを特徴とする請求項１に記載するロボット用マニピュレータ。
3. 前記被覆部は、指先に近いほど硬い被覆材が配置され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用マニピュレータ。
4. 前記センサ部は、覆われている前記被覆材の厚さが薄いほど分解能が高い圧力センサが配置されることを特徴とする請求項２に記載するロボット用マニピュレータ。
5. 構造部の表面側に設けられる圧力センサからなるセンサ部と、
   少なくとも前記センサ部を覆う被覆材からなる被覆部と
   を備え、
   前記センサ部は、指先からの距離に応じて分解能が異なった圧力センサが配置されることを特徴とするロボット用マニピュレータ。
6. 前記センサ部は、指先に近いほど空間の分解能が高い圧力センサが配置されることを特徴とする請求項５に記載するロボット用マニピュレータ。
7. 前記センサ部は、指先に近いほど感度の分解能が高い圧力センサが配置されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載するロボット用マニピュレータ。

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