JP2011099721A

JP2011099721A - 光ファイバセンサ、圧力センサ及びエンドエフェクタ

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Publication number: JP2011099721A
Application number: JP2009253587A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kunito; 正樹国頭; Nobuhiro Fueki; 信宏笛木; Masatoshi Kobayashi; 正俊小林; Makoto Furukawa; 誠古川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2011-05-19
Anticipated expiration: 2029-11-05
Also published as: JP5394199B2

Abstract

【課題】少ない個数の光ファイバセンサをエンドエフェクタに付設することにより、該エンドエフェクタが把持する物体の把持力を簡易的に検出できると共に、エンドエフェクタの低コスト化と、前記把持力に関わる演算処理及び演算コストの低減とを実現する。
【解決手段】ＦＢＧセンサ２２は、特定波長の光を反射するグレーティング２４を配列した光ファイバケーブル２０からなる応力検出センサ部２６と、光ファイバケーブル２０の長手方向に沿って配置され且つ前記長手方向とは異なる方向に付与された応力を前記長手方向と平行な方向の応力に変換してグレーティング２４に伝達する応力方向変換部２８ａ、２８ｂとを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバを有する光ファイバセンサと、シート体に前記光ファイバセンサを配置した圧力センサと、前記圧力センサを備えたエンドエフェクタとに関する。

例えば、マニピュレータの先端部に装着されたエンドエフェクタにより物体を把持して所定の作業を遂行する場合、物体に過剰な把持力が付与されると、該物体を損傷させてしまうおそれがある。一方、物体に十分な把持力が付与されないと、該物体がエンドエフェクタから脱落してしまうおそれがある。

そこで、エンドエフェクタに物体の把持状態を検知することのできるセンサを付設することが試みられている。この種のセンサとして、例えば、特許文献１及び２に開示されているように、シート体の内部に埋設した光ファイバのコアに複数個のグレーティング（回折格子）を設けた、ＦＢＧ（ＦｉｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ）センサと呼称される光ファイバセンサを使用することが想起される。この場合、ＦＢＧセンサでは、物体から受けた応力（垂直応力）に対応してグレーティングに歪みが発生すると、該グレーティングによる反射光の波長が変化する。この現象を利用して前記歪みが生じたことを検出することにより、物体から応力が付与されたことを検出することが可能になると考えられる。

ところで、特許文献１及び２に記載された光ファイバセンサでは、エンドエフェクタが把持する物体の形状や光ファイバに対する接触位置等が異なると、グレーティングに対する応力の分布状態が異なってくるので、正確な応力を検出することが容易ではないという不都合がある。

すなわち、図１Ａ〜図１Ｄに示すように、光ファイバ１０が延在する方向と直交する方向に沿ってグレーティング１４に応力が略均等に付与されると、隣接する格子同士の間も互いに略均等に延伸し、この結果、反射光の波長が変化する。

しかしながら、エンドエフェクタが把持する物体の形状や把持角度等が異なる場合には、グレーティング１４に対して応力が不均一に作用することもあり、この場合には、隣接する格子同士の間が不均一に延伸し、この結果、格子間間隔の相違に応じて複数個の波長で反射光が出現することになる。

そこで、特許文献３では、光ファイバを固定層中に挿入すると共に、前記固定層を弾性シートで挟持してＦＢＧセンサ部を形成する一方、前記ＦＢＧセンサ部の一端面に接着層を介して被測定部を密着させると共に、他端面に緩衝層を介して押圧板を設ける構成が提案されている。

特開２００２−１３１０２３号公報特開２００２−７１３２３号公報特開２００５−１３４１９９号公報

上述した特許文献１〜３の技術をエンドエフェクタによる物体の把持に適用した場合、物体に接触するエンドエフェクタの把持面の各箇所に光ファイバセンサを複数付設し、これらの光ファイバセンサを用いて各箇所の応力（垂直応力）を検出することになる。

しかしながら、エンドエフェクタに複数の光ファイバセンサを付設すると、当該エンドエフェクタのコストが高くなると共に、各光ファイバセンサのグレーティングにおける反射光の波長変化に基づいて、各箇所の応力を検出する際に、検出した各応力に関わる演算処理の負荷や演算コストが増大するおそれがある。

従って、コスト面を重視するユーザは、上述した多数の光ファイバセンサが付設されたエンドエフェクタではなく、光ファイバセンサの付設個数が少ないエンドエフェクタを選択するものと思われる。すなわち、光ファイバセンサの付設個数が少なければ、エンドエフェクタにおける物体の把持面にかかる応力（物体から把持面に付与される垂直応力）の検出は、簡易的なものとなる一方で、前記エンドエフェクタのコストや前記応力に関わる演算処理の負荷及び演算コストが低減されるので、前記ユーザにとっては、エンドエフェクタの購入が容易になるためである。

本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、より少ない個数の光ファイバセンサ（圧力センサ）を備えたエンドエフェクタによって把持された物体の把持力（物体から把持面に付与される垂直応力）を簡易的に検出できると共に、エンドエフェクタの低コスト化と、前記把持力に関わる演算処理の負荷及び演算コストの低減とを実現することができる光ファイバセンサ、圧力センサ及びエンドエフェクタを提供することを目的とする。

本発明に係る光ファイバセンサは、特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバからなる応力検出センサ部と、前記光ファイバの長手方向に沿って配置され且つ前記長手方向とは異なる方向に付与された応力を前記長手方向と平行な方向の応力に変換して前記グレーティングに伝達する応力方向変換部とを備えることを特徴としている。

また、本発明に係る圧力センサは、
可撓性を有するシート体と、
特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバからなる応力検出センサ部、及び、前記光ファイバの長手方向に沿って配置され、且つ、前記シート体に接触した物体から前記長手方向とは異なる方向に付与された応力を、前記長手方向と平行な方向の応力に変換して前記グレーティングに伝達する応力方向変換部を備える光ファイバセンサと、
を有することを特徴としている。

さらに、本発明に係るエンドエフェクタは、
可撓性を有するシート体と、特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバからなる応力検出センサ部、及び、前記光ファイバの長手方向に沿って配置され、且つ、前記シート体に接触した物体から前記長手方向とは異なる方向に付与された応力を、前記長手方向と平行な方向の応力に変換して前記グレーティングに伝達する応力方向変換部を備える光ファイバセンサとを有する圧力センサと、
前記物体を把持する把持部と、
を備え、前記把持部における前記物体との接触箇所に前記圧力センサを配置することを特徴としている。

これらの発明によれば、物体から光ファイバセンサに対して応力（垂直応力）が付与されたときに、応力方向変換部は、前記応力を光ファイバの長手方向と平行方向の応力に変換し、変換後の応力をグレーティングに伝達する。これにより、変換後の応力によって前記グレーティングに歪みが発生し、該グレーティングで反射する光の波長（反射波長）が変化する。従って、前記グレーティングでの前記反射波長のシフト量を検出することにより、前記垂直応力を検出することが可能となる。

このように、物体から付与される垂直応力を検出することが可能となるので、少なくとも１個の圧力センサ（光ファイバセンサ）をエンドエフェクタにおける物体の把持面に付設すれば、該把持面にかかる垂直応力（把持力）を簡易的に検出することができる。この結果、前記エンドエフェクタのコストや前記垂直応力の検出に関わる演算処理の負荷及び演算コストを低減することも可能となる。

すなわち、本発明では、１個の光ファイバセンサを用いて垂直応力を検出することが可能であるため、把持面に複数の光ファイバセンサを配置して垂直応力を検出する構成と比較して、コスト面で優位である。また、１個の光ファイバセンサのみ用いることで、垂直応力を検出するために処理すべき信号の量が少なくなり、この結果、該信号の処理にかかる負荷や演算コストを低減することができる。

また、１個の圧力センサ（光ファイバセンサ）をエンドエフェクタに搭載するだけで垂直応力を簡易的に検出することができるので、物体を把持している最中にエンドエフェクタに外力が働いても、該物体が滑り落ちることを確実に回避することが可能になる。そのため、従来は困難であった、組立作業のような、組立部品と被組立部品との間に外力が働くような工程での自動化に効果的である。

なお、エンドエフェクタが複数の爪を備え、各爪に物体の把持面が形成されている場合に、本発明の上記の構成では、いずれか１つの把持面にのみ圧力センサが配置されるので、各把持面にかかる垂直応力を個別に検出することはない。しかしながら、本発明では、予め決まった物体（部品）を把持する簡素なエンドエフェクタにおける該物体の把持力の制御に対しては、上述した効果を特に発揮することができる。

このように、本発明によれば、少ない個数の光ファイバセンサ（圧力センサ）をエンドエフェクタに付設することにより、該エンドエフェクタが把持する物体の把持力（垂直応力）を簡易的に検出できると共に、エンドエフェクタの低コスト化と、前記把持力の検出に関わる演算処理の負荷及び演算コストの低減とを実現することができる。

また、光ファイバを利用して応力を検出するので、光ファイバセンサが電磁波ノイズや各種サージ等に曝されても何ら影響を受けることがない。そのため、工場や屋外等の劣悪な環境下で使用しても、各ノイズの影響を回避することが可能である。

そして、上述した本発明において、前記応力方向変換部が、外部から応力が付与される平坦部と、該平坦部から前記光ファイバに橋架された応力伝達部とを有すれば、垂直応力を効率よく前記光ファイバの長手方向と平行方向の応力に変換して前記グレーティングに伝達することが可能となる。

また、前記応力方向変換部は、前記光ファイバにおける前記グレーティングの配列箇所とは異なる箇所に配置してもよい。この場合、前記光ファイバにおける前記グレーティングの両端部側に、前記グレーティングを挟み込むように、前記応力方向変換部をそれぞれ配置すれば、前記各応力方向変換部は、前記垂直応力を前記光ファイバの長手方向と平行方向の応力にそれぞれ変換するので、前記グレーティングは、両端部側から作用される前記平行方向の各応力によって延伸される。この結果、前記グレーティングの歪みを確実に且つ精度よく発生させることが可能となる。

本発明によれば、少ない個数の光ファイバセンサ（圧力センサ）をエンドエフェクタに付設することにより、該エンドエフェクタが把持する物体の把持力（垂直応力）を簡易的に検出できると共に、エンドエフェクタの低コスト化と、前記把持力の検出に関わる演算処理の負荷及び演算コストの低減とを実現することができる。

図１Ａは、ＦＢＧセンサの概略説明図であり、図１Ｂは、ＦＢＧセンサに入射される光の波長と波長強度との関係を示す説明図であり、図１Ｃは、グレーティングによって反射される光（反射光）の波長と波長強度との関係を示す説明図であり、図１Ｄは、グレーティングが伸張されたＦＢＧセンサの概略説明図である。本実施形態に係るＦＢＧセンサをシート体に配置した圧力センサの斜視図である。図２のＦＢＧセンサの平面図である。図２のＦＢＧセンサの概略説明図である。図２〜図４のＦＢＧセンサによる垂直応力の検出原理の説明図である。図２〜図５の圧力センサが適用されるロボットシステムの構成図である。図６のエンドエフェクタを拡大した概略説明図である。図６のロボットシステムのブロック図である。図１の圧力センサの変形例を示す斜視図である。図１の圧力センサの変形例を示す平面図である。

本発明に係る光ファイバセンサ、及び、該光ファイバセンサを有する圧力センサ、並びに、該圧力センサを備えたエンドエフェクタの好適な実施形態について、図１Ａ〜図１０を参照しながら説明する。

本実施形態の説明に先立ち、光ファイバセンサとしてのＦＢＧセンサ（ＦｉｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇＳｅｎｓｏｒ）を利用した応力検出の概要について、図１Ａ〜図１Ｄを参照しながら説明する。

ＦＢＧセンサは、光ファイバ１０において、Ｇｅが添加されたコア１２の一部に紫外線を照射してグレーティング１４を形成することにより構成される。図１Ａにおいて、グレーティング１４の周期（格子間隔）をΔ_Aとする。

光ファイバ１０に応力が付与されていない状態で、図１Ｂに示す波長及び波長強度の光（入射光）がコア１２に入射された場合、グレーティング１４は、図１Ｂの波長λのうち、特定波長λ_Aの光（反射光）を反射する（図１Ｃ参照）。

一方、光ファイバ１０に応力が付与されて、図１Ｄに示すように、格子間隔がΔ_AからΔ_B（Δ_A＜Δ_B）に変化すると、反射光の波長（反射波長）はλ_Aからλ_Bにシフトする（図１Ｃ参照）。

ここで、応力が付与される前の反射波長λ_A、及び、応力が付与されたときの反射波長λ_Bは、コア１２の有効屈折率をｎ_effとすると、下記の（１）式及び（２）式で表わされる。
λ_A＝２×ｎ_eff×Δ_A （１）
λ_B＝２×ｎ_eff×Δ_B （２）

このように、反射波長λ_A、λ_Bは、格子間隔Δ_A、Δ_Bによって決定される。また、応力付与前の初期の格子間隔Δ_Aは、用途やシステムに応じて任意に設定される。

従って、ＦＢＧセンサを利用することにより、λ_Aからλ_Bへの反射波長のシフト量（λ_B−λ_A）に基づいて、光ファイバ１０に付与された応力を検出し、あるいは、応力の有無を判断することができる。

次に、本実施形態に係る圧力センサ１６と、該圧力センサ１６に組み込まれたＦＢＧセンサ２２とについて、図２〜図５を参照しながら説明する。

圧力センサ１６は、図２に示すように、可撓性を有するシート体１８の内部に、Ｙ方向を長手方向とした１本の光ファイバケーブル２０が埋設され、この光ファイバケーブル２０にＦＢＧセンサ２２を形成することにより構成される。すなわち、プラスチックや樹脂等の可撓性を有する材料でＦＢＧセンサ２２をモールドすることによりシート体１８が形成される。この場合、シート体１８は、ＦＢＧセンサ２２を該シート体１８の内部に固定すると共に、外部から付与される過度の応力や熱等からＦＢＧセンサ２２を保護するために形成される。

なお、図２は、光ファイバケーブル２０の長手方向がＹ方向である場合について図示しているが、Ｙ方向に限定されることはなく、Ｘ方向であってもよい。

次に、ＦＢＧセンサ２２について、図２〜図５を参照しながら詳細に説明する。

ＦＢＧセンサ２２は、シート体１８の内部に配置され、グレーティング２４が形成された光ファイバケーブル２０を含む応力検出センサ部２６と、外部からシート体１８に付与された応力（垂直応力）を該シート体１８を介して受け、受けた前記応力を光ファイバケーブル２０の長手方向に沿った方向（前記長手方向に平行なＹ方向）の応力に変換して光ファイバケーブル２０に伝達する応力方向変換部２８ａ、２８ｂとを備えている。

この場合、外部からの応力に対する受感部材としての応力方向変換部２８ａ、２８ｂは、ゴムや樹脂等の弾性体からなる。一方の応力方向変換部２８ａは、光ファイバケーブル２０に沿ったグレーティング２４の一端部側（図２のＹ方向に沿った手前側）に配置され、他方の応力方向変換部２８ｂは、光ファイバケーブル２０に沿ったグレーティング２４の他端部側（図２のＹ方向に沿った奥側）に配置されている。

応力方向変換部２８ａは、Ｘ−Ｙ方向に沿ってグレーティング２４（光ファイバケーブル２０）と略平行に延在する矩形状の平坦部３０ａと、該平坦部３０ａにおけるＹ方向に沿った対向する二辺から光ファイバケーブル２０に向かって橋架された応力伝達部３２ａ、３４ａとを有する。また、応力方向変換部２８ｂは、応力方向変換部２８ａと同様に、Ｘ−Ｙ方向に沿ってグレーティング２４と略平行に延在する矩形状の平坦部３０ｂと、該平坦部３０ｂにおけるＹ方向に沿った対向する二辺から光ファイバケーブル２０に向かって橋架された応力伝達部３２ｂ、３４ｂとを有する。

応力方向変換部２８ａ、２８ｂは、図４に示すように、平坦部３０ａ、３０ｂを中心にして、左右対称の構造とされている。すなわち、応力伝達部３２ａ、３４ａは、平坦部３０ａに連なると共に光ファイバケーブル２０（のコア３６に形成されたグレーティング２４の一端部側）に向かって傾斜し、先端部が光ファイバケーブル２０の外周面の一部を囲繞している。また、応力伝達部３２ｂ、３４ｂも、応力伝達部３２ａ、３４ａと同様に、平坦部３０ｂに連なると共に光ファイバケーブル２０（のコア３６に形成されたグレーティング２４の他端部側）に向かって傾斜し、先端部が光ファイバケーブル２０の外周面の一部を囲繞している。

この場合、平坦部３０ａと応力伝達部３２ａ、３４ａとのなす角度や、平坦部３０ｂと応力伝達部３２ｂ、３４ｂとのなす角度は、互いに等しく設定されている。また、応力伝達部３２ａ、３４ａと光ファイバケーブル２０とのなす角度や、応力伝達部３２ｂ、３４ｂと光ファイバケーブル２０とのなす角度も、互いに等しく設定されている。

次に、ＦＢＧセンサ２２上方のシート体１８の表面に図示しない物体が接触し、該物体からグレーティング２４に垂直応力（Ｚ方向に沿った応力）Ｆが付与されたときの該垂直応力Ｆの検出について、図５を参照しながら説明する。

前述したように、応力付与前の応力方向変換部２８ａ、２８ｂの形状は、平坦部３０ａ、３０ｂを中心とした対称構造であるため（図４参照）、前記物体からシート体１８にＺ方向に沿った垂直応力Ｆが付与されたときに、各応力方向変換部２８ａ、２８ｂの各応力伝達部３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂには、理想的に、Ｚ方向に沿った応力Ｆ／２がそれぞれ付与される。

そして、各応力伝達部３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂは、応力Ｆ／２を該応力伝達部３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂに沿った成分（応力）Ｆ´にそれぞれ分解し、光ファイバケーブル２０と各応力伝達部３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂとの接合部分では、応力Ｆ´を光ファイバケーブル２０に沿った成分（応力）Ｆ´´にそれぞれ分解する。従って、光ファイバケーブル２０の前記各接合部分には、応力Ｆ´´がそれぞれ付与される。

この場合、応力伝達部３２ａ、３４ａは、応力Ｆ´´の付与により、平坦部３０ａとの連結箇所（応力伝達部３２ａ、３４ａの基端部）を支点として、光ファイバケーブル２０との接合部分である先端部が互いに近接するように変位する。また、応力伝達部３２ｂ、３４ｂは、応力Ｆ´´の付与により、平坦部３０ｂとの連結箇所（応力伝達部３２ｂ、３４ｂの基端部）を支点として、光ファイバケーブル２０との接合部分である先端部が互いに近接するように変位する。さらに、応力Ｆ´´は、光ファイバケーブル２０を介してグレーティング２４にも作用する。

この結果、グレーティング２４は、Ｙ方向に歪み（伸張し）、該グレーティング２４の格子間隔が変化（増加）する。

そのため、垂直応力Ｆが付与されていない状態では、グレーティング２４は、入射光に対して反射波長（例えば、図１Ｃのλ_A）の反射光を反射し、この反射光を外部に出射させる。これに対して、垂直応力Ｆが付与された場合には、グレーティング２４の格子間隔が増加して反射波長がλ_Bにシフトするので、該グレーティング２４は、入射光に対して波長λ_Bの反射光を反射し、この反射光を外部に出射させる。

従って、ＦＢＧセンサ２２及び圧力センサ１６では、λ_Aからλ_Bへの反射波長のシフト量（λ_B−λ_A）に基づいて、シート体１８に付与された垂直応力Ｆを検出することができる。

なお、上記の説明では、図４及び図５に示すように、垂直応力Ｆの付与によって格子間隔がΔ_AからΔ_Bに変化した場合（Δ_A＜Δ_B）について説明したが、該垂直応力Ｆとは異なる垂直応力の付与によって格子間隔がΔ_Aよりも小さくなる場合であっても、前記格子間隔の変化に応じて反射波長もシフトするので、当該垂直応力を容易に検出することができる。

次に、本実施形態に係る圧力センサ１６が付設されるロボットシステム５０について、図６及び図７を参照しながら説明する。

このロボットシステム５０は、物体５２を把持して所定の処理を行うマニピュレータ５４と、マニピュレータ５４の先端部に装着されたエンドエフェクタ５５のハンド部５６に配設され、物体５２に接触した状態で、ハンド部５６による物体５２の把持状態を検出する圧力センサ１６と、該圧力センサ１６を制御し、物体５２の把持状態に係る情報である垂直応力Ｆを取得するセンサコントローラ５８と、センサコントローラ５８によって取得した垂直応力Ｆに基づき、マニピュレータ５４を制御するマニピュレータコントローラ６０とを備える。

エンドエフェクタ５５は、図７の側面視に示すように、Ｕ字状のハンド部５６における物体５２の把持面に圧力センサ１６を付設している。この場合、ハンド部５６の把持面に沿ってシート体１８を配置することで、エンドエフェクタ５５の基端部側（＋Ｘ方向側）にグレーティング２４が配置されると共に、実際に物体５２と接触する可能性の高いエンドエフェクタ５５の先端部寄りの箇所に応力方向変換部２８ａ、２８ｂがそれぞれ配置される。

これにより、物体５２は、シート体１８を介してハンド部５６により把持され、この結果、各応力方向変換部２８ａ、２８ｂは、物体５２からハンド部５６に付与される垂直応力Ｆを光ファイバケーブル２０に沿った方向の応力Ｆ´´に変換することが可能となる。

従って、ロボットシステム５０では、エンドエフェクタ５５が物体５２を把持した際に圧力センサ１６が検出した垂直応力Ｆに基づき、該エンドエフェクタ５５のハンド部５６による物体５２の把持力を検知することができる。そのため、垂直応力Ｆに従ってハンド部５６を制御することにより、物体５２を脱落させることなく、適切な把持力で把持して所望の位置に移動させる等の作業を遂行することができる。

また、図８に示すように、ロボットシステム５０において、光源６２から出力された光は、光サーキュレータ６４により圧力センサ１６の光ファイバケーブル２０（図２〜図６及び図７参照）に供給される。

光ファイバケーブル２０に入射した入射光は、一部の光がグレーティング２４により反射される一方、残りの光がグレーティング２４を透過した後、透過光終端器６６に導かれる。

グレーティング２４により反射された光は、光サーキュレータ６４からセンサコントローラ５８の光検出器６８に導かれ、該光検出器６８は、反射波長及び反射波長強度のピーク値を電気信号に変換して出力する。

センサコントローラ５８内の演算処理部７０は、コンピュータのＣＰＵによって構成され、垂直応力演算部７２を有する。垂直応力演算部７２は、光検出器６８からの垂直応力Ｆに応じた信号に基づいて、ＦＢＧセンサ２２に付与される垂直応力Ｆの値を算出する。また、垂直応力演算部７２が垂直応力Ｆの値を算出することにより、Ｚ方向に対する物体５２の把持力を検出することができる。

以上説明したように、本実施形態に係るＦＢＧセンサ２２、圧力センサ１６及びエンドエフェクタ５５によれば、物体５２からＦＢＧセンサ２２（圧力センサ１６）に対して垂直応力Ｆが付与されたときに、応力方向変換部２８ａ、２８ｂは、垂直応力Ｆを光ファイバケーブル２０の長手方向と平行方向の応力Ｆ´´に変換し、変換後の応力Ｆ´´をグレーティング２４に伝達する。これにより、応力Ｆ´´によってグレーティング２４に歪みが発生し、該グレーティング２４で反射する光の波長（反射波長）が変化する。従って、グレーティング２４での反射波長のシフト量を検出することにより、垂直応力Ｆを検出することが可能となる。

このように、物体５２から付与される垂直応力Ｆを検出することが可能となるので、少なくとも１個の圧力センサ１６（ＦＢＧセンサ２２）をエンドエフェクタ５５（のハンド部５６）における物体５２の把持面に付設すれば、該把持面にかかる垂直応力Ｆ（把持力）を簡易的に検出することができる。この結果、エンドエフェクタ５５のコストや垂直応力Ｆの検出に関わる演算処理及び演算コストを低減することも可能となる。

すなわち、本実施形態では、１個の圧力センサ１６（ＦＢＧセンサ２２）を用いて垂直応力Ｆを検出することが可能であるため、把持面に複数のＦＢＧセンサを配置して垂直応力Ｆを検出する構成と比較して、コスト面で優位である。また、１個のＦＢＧセンサ２２のみ用いることで、垂直応力Ｆを検出するために処理すべき信号の量が少なくなり、この結果、該信号の処理にかかる負荷や演算コストを低減することができる。

また、１個の圧力センサ１６（ＦＢＧセンサ２２）をエンドエフェクタ５５に搭載するだけで垂直応力Ｆを簡易的に検出することができるので、物体５２を把持している最中にエンドエフェクタ５５に外力が働いても、該物体５２が滑り落ちることを確実に回避することが可能になる。そのため、従来は困難であった、組立作業のような、組立部品と被組立部品との間に外力が働くような工程での自動化に効果的である。

なお、エンドエフェクタ５５が複数の爪を備え、各爪に物体５２の把持面が形成されている場合に、本実施形態の構成では、いずれか１つの把持面にのみ圧力センサ１６（ＦＢＧセンサ２２）が配置されるので、各把持面にかかる垂直応力Ｆを個別に検出することはない。しかしながら、本実施形態では、予め決まった物体５２（部品）を把持する簡素なエンドエフェクタ５５における該物体５２の把持力の制御に対しては、上述した効果を特に発揮することができる。

このように、本実施形態によれば、少ない個数のＦＢＧセンサ２２（圧力センサ１６）をエンドエフェクタ５５に付設することにより、該エンドエフェクタ５５が把持する物体５２の把持力（垂直応力Ｆ）を簡易的に検出できると共に、エンドエフェクタ５５の低コスト化と、把持力の検出に関わる演算処理及び演算コストの低減とを実現することができる。

また、光ファイバケーブル２０を利用して垂直応力Ｆを検出するので、ＦＢＧセンサ２２が電磁波ノイズや各種サージ等に曝されても何ら影響を受けることがない。そのため、工場や屋外等の劣悪な環境下で使用しても、各ノイズの影響を回避することが可能である。

そして、本実施形態では、応力方向変換部２８ａ、２８ｂが、垂直応力Ｆが付与される平坦部３０ａ、３０ｂと、該平坦部３０ａ、３０ｂから光ファイバケーブル２０に橋架された応力伝達部３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂとをそれぞれ有しているので、垂直応力Ｆを効率よく光ファイバケーブル２０の長手方向と平行方向の応力Ｆ´´に変換してグレーティング２４に伝達することが可能となる。

さらに、応力方向変換部２８ａ、２８ｂは、光ファイバケーブル２０におけるグレーティング２４の配列箇所とは異なる箇所にそれぞれ配置され、しかも、グレーティング２４の両端部側で該グレーティング２４を挟み込むようにそれぞれ配置されている。これにより、各応力方向変換部２８ａ、２８ｂは、垂直応力Ｆを光ファイバケーブル２０の長手方向と平行方向の応力Ｆ´´に変換し、グレーティング２４は、両端部側から作用される応力Ｆ´´によって延伸される。この結果、垂直応力Ｆが付与されたときに、グレーティング２４の歪みを確実に且つ精度よく発生させることが可能となる。

なお、本実施形態は、上述した説明に限定されることはなく、図９及び図１０の実施形態（変形例）とすることも可能である。

図９の変形例では、Ｘ−Ｙ平面に沿って２個のＦＢＧセンサ２２を配置している。また、図１０の変形例では、Ｘ−Ｙ平面に沿って４個分のＦＢＧセンサ２２Ａ〜２２Ｄを配置している。

これらの変形例では、Ｘ−Ｙ平面に沿って複数個のＦＢＧセンサ２２、２２Ａ〜２２Ｄを配置し、シート体１８に付与された垂直応力Ｆを各ＦＢＧセンサ２２、２２Ａ〜２２Ｄでそれぞれ検出することにより、該垂直応力Ｆを平面的に検出することができる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。

１６…圧力センサ１８…シート体
２０…光ファイバケーブル２２、２２Ａ〜２２Ｄ…ＦＢＧセンサ
２４…グレーティング２６…応力検出センサ部
２８ａ、２８ｂ…応力方向変換部３０ａ、３０ｂ…平坦部
３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂ…応力伝達部
５２…物体５５…エンドエフェクタ
５６…ハンド部

Claims

特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバからなる応力検出センサ部と、
前記光ファイバの長手方向に沿って配置され、前記長手方向とは異なる方向に付与された応力を前記長手方向と平行な方向の応力に変換して前記グレーティングに伝達する応力方向変換部と、
を備えることを特徴とする光ファイバセンサ。
請求項１記載のセンサにおいて、
前記応力方向変換部は、外部から応力が付与される平坦部と、該平坦部から前記光ファイバに橋架された応力伝達部とを有することを特徴とする光ファイバセンサ。
請求項１又は２記載のセンサにおいて、
前記応力方向変換部は、前記光ファイバにおける前記グレーティングの配列箇所とは異なる箇所に配置されることを特徴とする光ファイバセンサ。
請求項３記載のセンサにおいて、
前記光ファイバにおける前記グレーティングの両端部側には、前記グレーティングを挟み込むように、前記応力方向変換部がそれぞれ配置されることを特徴とする光ファイバセンサ。
可撓性を有するシート体と、
特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバからなる応力検出センサ部、及び、前記光ファイバの長手方向に沿って配置され、且つ、前記シート体に接触した物体から前記長手方向とは異なる方向に付与された応力を、前記長手方向と平行な方向の応力に変換して前記グレーティングに伝達する応力方向変換部を備える光ファイバセンサと、
を有することを特徴とする圧力センサ。
可撓性を有するシート体と、特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバからなる応力検出センサ部、及び、前記光ファイバの長手方向に沿って配置され、且つ、前記シート体に接触した物体から前記長手方向とは異なる方向に付与された応力を、前記長手方向と平行な方向の応力に変換して前記グレーティングに伝達する応力方向変換部を備える光ファイバセンサとを有する圧力センサと、
前記物体を把持する把持部と、
を備え、
前記把持部における前記物体との接触箇所に前記圧力センサを配置することを特徴とするエンドエフェクタ。