JP2014024134A - 力制御電動ハンド - Google Patents

Abstract

【課題】フィンガによる把持力を精度よく安定的に検出することができるロボットの電動ハンドを提供する。
【解決手段】電動モータ２と、電動モータ２からの回転動作を直進動作に変換する回転直動変換機構１０と、電動モータ２の動力により、回転直動変換機構１０を介して第１軸線Ｌ１に平行に直進移動する一対のフィンガベース３と、一対のフィンガベース３にそれぞれ固定され、フィンガベース３の直進移動により把持対象物Ｗを把持する一対のフィンガ４と、一対のフィンガベース３の少なくとも一方に設けられ、一対のフィンガ４の把持力Ｆを検出する力センサ２０とを備え、力センサ２０は、第１軸線Ｌ１と垂直な第２軸線Ｌ２に対して平行に延在する一対の平行ビーム２３を有し、平行ビーム２３の第１軸線Ｌ１方向における変位量に基づき把持力Ｆを検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動モータによりフィンガを駆動して把持対象物を把持する力制御電動ハンドに関する。

この種の力制御電動ハンドとして、産業用ロボットに装着されるロボットハンドが知られている。ロボットハンドを用いて把持対象物を把持する場合、多種形状の把持対象物に対処するため、把持力を容易に調整可能とすることが好ましい。例えば、特許文献１には、電動モータにより、減速機構を介して回転直動変換機構を駆動し、回転直動変換機構によって開閉動作する一対のフィンガを有する把持装置が記載されている。この特許文献１記載の装置は、予め実験等により定められた特性に従いモータ電流を調整することで、把持力を調整する。

特許文献１記載の装置では、減速機構や回転直動変換機構等の駆動部に摩擦が生じ、モータトルクが摩擦によって減少する。この摩擦は、駆動部の潤滑状態や気温、経年変化等で変動するため、特許文献１記載の装置のようにモータ電流を調整するだけでは、精度よく把持力を制御することが困難である。

一方、フィンガの把持力を検出し、その検出結果に応じて電動モータを制御するようにした装置が知られている（例えば特許文献２参照）。この特許文献２記載の装置では、電動モータにより回転駆動される回転軸に沿って移動する直動部材と把持部材に連結される連結部材との間に、ゴムや発泡樹脂によって構成される弾性部材を備え、弾性部材の変位量から把持力を算出する。

特開２０１１−１８３５１３号公報 特開２０１１−１９４５２３号公報

しかしながら、特許文献２記載の弾性部材は、温度により弾性率が変化しやすく、かつ、伸張と収縮の間にヒステリシス特性が存在する。また、経年変化で材料特性が変化しやすく、潤滑油や水分の浸入により膨潤するおそれもある。このため、精度よくかつ安定的に把持力を検出することが困難である。

本発明による力制御電動ハンドは、電動モータと、電動モータからの回転動作を直進動作に変換する回転直動変換機構と、電動モータの動力により回転直動変換機構を介して第１軸線に平行に直進移動する可動フィンガベースを含む一対のフィンガベースと、一対のフィンガベースにそれぞれ固定され、可動フィンガベースの直進移動により把持対象物を把持する一対のフィンガと、一対のフィンガベースの少なくとも一方に設けられ、一対のフィンガの把持力を検出する力センサと、を備え、力センサは、第１軸線と垂直な第２軸線に対して平行に延在する一対の平行ビームを有し、この平行ビームの第１軸線方向における変位量に基づき把持力を検出することを特徴とする。

本発明によれば、電動ハンドのフィンガを保持するフィンガベースに、フィンガベースの移動方向に対して垂直に延在する一対の平行ビームを有する力センサを設けるようにしたので、把持対象物をフィンガが把持した際の把持力を、精度よくかつ安定的に検出することができる。

本発明の第１の実施形態に係る力制御電動ハンドの全体構成を示す斜視図。 本発明の第１の実施形態に係る力制御電動ハンドの要部構成を示す縦断面図。 図２の力センサの詳細構成を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る力制御電動ハンドの要部構成を示す縦断面図。

−第１の実施形態−
以下、図１〜図３を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る力制御電動ハンド１００（以下、単に電動ハンドと呼ぶこともある）の全体構成を示す斜視図である。この電動ハンド１００は、例えば産業用ロボットのアーム先端部に取り付けられて把持対象物（以下、単に対象物と呼ぶこともある）を把持するものであり、開閉可能な一対のフィンガを有するが（図２参照）、図１ではその図示を省略している。

なお、以下では、便宜上、図示のように互いに直交する３方向を前後方向、左右方向および上下方向と定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。左右方向は、一対のフィンガが開閉する方向であり、上下方向は、フィンガが延在する方向である。図１に示すように、電動ハンド１００は、下面が開口された直方体形状のケース１を有し、ケース１内に構成部品が配置されている。

図２は、第１の実施形態に係る電動ハンド１００の要部構成を示す図１の縦断面図である。図２に示すように、電動ハンド１００は、電動モータ２と、電動モータ２の回転動作を直進動作に変換する回転直動変換機構１０と、回転直動変換機構１０を介して直進移動する一対のフィンガベース３と、一対のフィンガベース３に固定された一対のフィンガ４とを有する。

ケース１内は、上下方向に延在する隔壁１ａおよび左右方向に延在する隔壁１ｂにより左空間ＳＰ１、上空間ＳＰ２および下空間ＳＰ３の３つの空間に分割されている。上空間ＳＰ２には、正逆回転可能な電動モータ２が配置されている。電動モータ２の出力軸２ａは、電動モータ２の左端面から左方に突出し、隔壁１ａを貫通している。なお、上空間ＳＰ２において、電動モータ２の右方には、制御回路５が配置されている。

左空間ＳＰ１には、電動モータ２の回転を回転直動変換機構１０に伝達する伝達機構６が配置されている。伝達機構６は、ギア、またはタイミングベルトとプーリー等で構成される。なお、図２では、電動モータ２の出力軸２ａの先端部に連結されたギア６ａと、ギア６ａの下方に配置され、ギア６ａに噛合するギア６ｂとで、伝達機構６が構成されている。伝達機構６は減速機構を兼ねており、電動モータ２の回転を減速し、トルクを増大する。

下空間ＳＰ３には、回転直動機構１０が配置されている。回転直動機構１０は、左右方向の軸線Ｌ１に沿って延在する送りねじ１１と、送りねじ１１に螺合する左右一対のナット１２と、ナット１２の周面を覆う円筒形状のナットカバー１３と、ナットカバー１３の周面に固定された左右一対のスライダ１４と、スライダ１４の移動方向を規制するガイド１５とを有する。なお、左右一対のナット２のうち、左側のナットを１２ａで、右側のナットを１２ｂで表すこともある。送りねじ１１の左端部は、隔壁１ａを貫通して回転可能に支持されるとともに、ギア６ｂの回転軸に連結されている。送りねじ１１の右端部は、ケース１内面に固定された回転検出器７に連結され、回転検出器７により送りねじ１１の回転角が検出される。

回転検出器７からの信号は、制御回路５に入力され、例えば送りねじ１１の回転角制御（サーボ制御）に使用される。なお、サーボ制御用の電動モータ２が回転検出器を内蔵している場合、この回転検出器１１は不要である。安価な直流モータ等、回転検出器を内蔵していなモータに回転検出器を直接結合することは困難であるが、本実施形態では、伝達機構６とは反対側の送りねじ１１の端部に回転検出器７を連結するため、回転検出器７の連結を容易かつ安価に行うことができる。

送りねじ１１は、左右方向中央部を境にして左側に形成されたねじ部１１ａと右側に形成されたねじ部１１ｂとを有する。例えば、ねじ部１１ａは順ねじ（右ねじ）であり、ねじ部１１ｂは逆ねじ（左ねじ）である。これらねじ部１１ａ，１１ｂに、外周面が円筒面であるナット１２ａ，１２ｂがそれぞれ螺合している。ナット１２ａの左端部およびナット１２ｂの右端部には、それぞれ径方向に突出したフランジ１２ｃが設けられている。ナット１２ａ，１２ｂは、円筒形状のナットカバー１３の内周面に嵌合し、フランジ１２ｃを貫通したボルト（不図示）により、ナット１２ａ，１２ｂがナットカバー１３にそれぞれ一体に締結されている。

ガイド１５は、左右方向に延在するレールであり、隔壁１ｂの下面に固定されている。スライダ１４は、ナットカバー１３の外周面の上部に固定されている。スライダ１４は、例えば断面コ字形状を呈し、ガイド１５の前面および後面を挟むように配置され、小球等の潤滑部材を介してガイド１５の前後面に沿って、ガイド１５にスライド可能に係合している。これによりナット１２の回転が阻止され、ナット１２はナットカバー１３およびスライダ１４と一体に左右方向のみに移動可能となる。

左右のナットカバー１３の下端部、すなわちナット１２を挟んでスライダ１４取付け部位の径方向反対側には、力センサ２０がそれぞれ固定されている。力センサ２０は、フィンガ４の開閉方向の力、すなわちフィンガ４の把持力を検出するものであるが、詳細構造については後述する。力センサ２０の下端部には、下方に凸部３ａが突出された断面凸形状のフィンガベース３が固定されている。フィンガベース３の凸部３ａには、ねじ孔３ｂが設けられ（図１参照）、ボルト（不図示）を介してフィンガ４がフィンガベース３に着脱可能に取り付けられている。

フィンガ４は、上下方向に延在し、先端部（下端部）には左右方向一方に突出した突出部４ａが設けられている。フィンガ４は、突出部４ａが互いに対向するようにしてフィンガベース３に取り付けられている。フィンガ４は、把持対象物の大きさ、重量に対応して適切な長さ、形状に設計したものが使用される。

以上の構成において、電動モータ２が回転すると、電動モータ２の回転は伝達機構６を介して送りねじ１１に伝達され、送りねじ１１が回転する。これにより、スライダ１４はガイド１５によって移動方向を規制されながら、ナット１２とともに左右方向に移動する。この場合、送りねじ１１の左右のねじ部１１ａ，１１ｂは互いに逆向きに形成されているため、一対のナット１２ａ，１２ｂは、軸線Ｌ１に平行に矢印Ａに示すように互いに左右逆方向に直線移動する。このナット１２ａ，１２ｂの移動により、一対のフィンガ４が接近および離間し、開閉動作、すなわち対象物Ｗの把持動作が可能となる。

フィンガ４の開閉動作中、送りねじ１１の回転角は回転検出器７により検出され、検出信号は制御回路５に入力される。制御回路５は、電動ハンド１００の外部に設けられた不図示の制御装置からの指令信号と、回転検出器７からの検出信号とに基づき電動モータ２をフィードバック制御することができ、これによりフィンガ４を位置制御することができる。制御回路５には、力センサ２０によって検出された把持力の検出信号も入力される。これにより制御回路５は、不図示の制御装置からの指令信号と力センサ２０からの検出信号に基づき電動モータ２をフィードバック制御することができ、把持力を制御することができる。

本実施形態では、制御回路５を電動ハンド１００の内部に収容しているので、電動ハンド１００を制御、駆動する回路を全て電動ハンド１００内に収容することができる。これにより回路構成がコンパクトになり、回路の部品点数が減少する。これに伴い、外部の制御装置側の回路を単純化することができ、制御装置を含む全体のコストを低減できる。一方、電動モータ２の消費電力が大きくてモータ駆動回路を制御回路５に搭載することが困難な場合には、モータ駆動回路が例えば外部の制御装置に設置される。この場合には、制御回路５が力センサ２０と回転検出器７からの信号を外部の制御装置に出力するように構成すればよい。これにより力センサ２０と回転検出器７の電動ハンド１００内における回路構成を単純化することができ、電動ハンド１００の小型化が可能である。

ここで、本実施形態の電動ハンド１００に用いられる力センサ２０の構成について説明する。図３は、力センサ２０（例えば図２の左側の力センサ２０）の構成を示す図２の要部拡大図である。図３に示すように、力センサ２０は、上面がナットカバー１３に固定された固定ベース２１と、固定ベース２１に対向して固定ベース２１の下方に配置された可動ベース２２と、上下方向に延在し、固定ベース２１と可動ベース２２の左右両端部を接続する左右一対の板状の梁２３とを有し、固定ベース２１と可動ベース２２と一対の梁２３の内側に、空間部ＳＰ４が形成されている。なお、各部２１〜２３の前後方向の長さは互いに等しく、例えばフィンガベース３の前後方向長さ（図１参照）と同一である。可動ベース２２の下面にはフィンガベース３が固定され、フィンガ４が把持力Ｆで対象物Ｗを把持すると、図示矢印に示すようにフィンガベース３には、対象物Ｗから左右方向外側に向けて、把持力Ｆと大きさが等しい外力（反力）Ｆ’が作用し、力センサ２０の梁２３が撓む。

空間部ＳＰ４には、直方体形状の一対の電極ブロック２４，２５が配置されている。一方の電極ブロック２４の上端面は、固定ベース２１に固定され、他方の電極ブロック２５の下端面は可動ベース２２に固定され、電極ブロック２４，２５は左右方向に所定の隙間をあけて互いに平行に配置されている。電極ブロック２４，２５の互いに対向する面には、それぞれ電極２４ａ，２５ａが形成されている。電極２４ａ，２５ａの間にはギャップＧＰが存在し、力センサ２０は、ギャップＧＰに応じて電極２４ａ，２５ａ間の静電容量を検出する。ギャップＧＰの大きさは、フィンガベース３に負荷される外力Ｆ’によって変化し、ギャップＧＰの大きさが変化すると、電極２４ａ，２５ａ間の静電容量が変化する。このため、静電容量を検出することで、外力Ｆ’、すなわち把持力Ｆを検出できる。

電極２４ａ，２５ａは、例えば電極ブロック２４，２５にフレキシブルプリント回路を接着すことにより形成される。このフレキシブルプリント回路を延長して制御回路５に接続してもよく、これにより簡易な構成で静電容量を検出できる。電極２４ａ，２５ａを形成する場合、電極ブロック２４，２５の表面を絶縁処理し、無電解めっきなどで金属膜を形成してもよい。力センサ２０と一方の電極ブロック（例えば２４）を金属材料により構成するとともにグランドに接続し、グランド電位に対する静電容量を検出するようにしてもよい。これにより一方の電極２４ａが不要となり、構造を簡素化できる。

図３において、左右方向の軸線Ｌ１に対して垂直な上下方向に延在する軸線（例えば送りねじ１１の左右方向中間部を通る軸線）をＬ２とすると、本実施形態の力センサ２０は、軸線Ｌ２に平行に延在する左右一対の平行な梁２３を有する。フィンガ４が先端部において把持力Ｆで対象物Ｗを把持すると、フィンガ４には把持力Ｆと大きさが等しく、かつ、向きが反対である外力Ｆ’（反力）が作用する。この外力Ｆ’は、フィンガ４、フィンガベース３、ナットカバー１３を介してガイド１５上のスライダ１４の支持部に作用する。外力Ｆ’の伝達経路において、梁２３の左右方向の板厚が最も薄く、梁２３は左右方向に変形しやすい。このため、力センサ２０により感度よく左右方向の把持力Ｆを検出することができる。

フィンガ４で対象物Ｗを把持した際、力センサ２０には、フィンガ４およびフィンガベース３を介して曲げモーメントが作用し、左右の梁２３には、圧縮力および引張力が作用する。この場合、梁２３は、上下方向すなわち長手方向には変形しにくく、曲げモーメントに対する剛性が高い。このため、力センサ２０は、曲げモーメントの影響を受けずに左右方向の把持力Ｆのみを検出することができる。また、フィンガ４の長さが変化すると、あるいはフィンガ４の長手方向における対象物Ｗの把持位置が変化すると、力センサ２０に作用する曲げモーメントが変化するが、力センサ２０は、曲げモーメントの大小に拘わらず、精度よくフィンガ４の開閉方向の把持力Ｆを検出することができる。

図２に示すように、本実施形態では、フィンガベース３の上方に回転直動変換機構１０のナット１２が配置され、さらにその上方にスライダ１４が配置されている。すなわちナット１２がフィンガベース３とスライダ１４の間に配置されている。この構成によれば、ナット１２とスライダ１４を容易に一体化することができるため、例えばフィンガベース３の上方にスライダ１４が配置され、その上方にナット１２が配置された場合に比べ、構成を簡素化することができ、組立も容易である。

本実施形態では、フィンガ４とフィンガベース３と力センサ２０とナットカバー１３とスライダ１４を一体化しているため、フィンガ４の把持力Ｆによる最大曲げモーメントは、フィンガ４から最も遠いスライダ１４に作用する。本実施形態のようにフィンガベース３とスライダ１４との間にナット１２を配置する構成によれば、この曲げモーメントによる負荷を軽減することができる。以下、この点について説明する。

フィンガ４の把持力Ｆは送りねじ１１の回転によるナット１２の直進推力で発生する。ナット１２の直進推力は左右方向内側に作用するのに対し、フィンガ４には左右方向外側に対象物Ｗからの反力Ｆ’が作用する。すなわち、ナット１２とフィンガ４には、互いに左右逆方向の力が作用する。このため、フィンガ４の把持力Ｆ（反力Ｆ’）によりスライダ１４に作用する曲げモーメント（これを第１の曲げモーメントと呼ぶ）の方向（回転方向）と、ナット１２の直進推力によりスライダ１４に作用する曲げモーメント（これを第２の曲げモーメントと呼ぶ）の方向が互いに逆となる。したがって、第１の曲げモーメントの一部が第２の曲げモーメントにより相殺され、スライダ１４に作用する曲げモーメントによる負荷を軽減することができる。その結果、スライダ１４とガイド１５との組み合わせからなるリニアガイド機構の耐久性を向上することができる。

これに対し、例えばフィンガベース３とナット１２の間にスライダ１４を配置する構成にした場合、フィンガ４の把持力Ｆ（反力Ｆ’）によりスライダ１４に作用する第１の曲げモーメントの方向とナット１２の直進推力によりスライダ１４に作用する第２の曲げモーメントの方向が互いに同一となる。このため、スライダ１４には、第１の曲げモーメントと第２の曲げモーメントとが加算して負荷され、リニアガイド機構の耐久性の悪化をもたらす。

第１の実施形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）電動モータ２と、電動モータ２の回転動作を直進動作に変換する回転直動変換機構１０と、回転直動変換機構１０を介して軸線Ｌ１に平行に直進移動する一対のフィンガベース３と、一対のフィンガベース３にそれぞれ固定され、フィンガベース３の直進移動により対象物Ｗを把持する一対のフィンガ４と、一対のフィンガベース３に設けられ、一対のフィンガ４の把持力Ｆを検出する力センサ２０とにより、電動ハンド１００を構成した。そして、力センサ２０は、軸線Ｌ１と垂直な軸線Ｌ２に対して平行に延在する一対の平行ビーム（梁２３）を有し、平行ビームの変位量に基づき把持力Ｆを検出するようにした。これにより、力センサ２０が温度や経年変化等の影響を受けにくく、対象物Ｗをフィンガ４が把持した際の把持力Ｆを、精度よくかつ安定的に検出することができる。また、フィンガ４が取り付けられるフィンガベース３の基部（上部）に力センサ２０を設けているので、フィンガ４に作用する力Ｆ’は直接力センサ２０に伝わり、把持力Ｆを精度よく検出できる。

（２）モータ電流を調整することにより把持力を調整する場合、伝達機構６や回転直動変換機構１０における摩擦によってモータトルクが減少するため、小さい把持力Ｆを精度よく検出することが困難である。この点、本実施形態では、平行ビームを有する力センサ２０を用いるため、把持力Ｆの検出感度が優れ、把持力Ｆを広い範囲にわたって制御することができる。

（３）平行ビームを有する力センサ２０、すなわち平行ビーム構造の力センサ２０により把持力Ｆを検出するので、力センサ２０はフィンガ４からの曲げモーメントの影響を受けにくく、把持力Ｆを正確に検出できる。すなわち、電動ハンド１００には、対象物Ｗに対応して長さの異なるフィンガ４が装着され、フィンガ４の長さに比例して曲げモーメントが変化するが、平行ビーム構造は、曲げモーメントに対する変形が小さく、把持力Ｆのみを精度よく検出できる。

（４）フィンガ４は電動ハンド１００の下面から突出しているため、電動ハンド１００を取り扱う場合等に、フィンガ４には何らかの衝撃力が作用し、力センサ２０に衝撃力による曲げモーメントが作用するおそれがある。この点、本実施形態では、平行ビーム構造の力センサ２０を用いるため、力センサ２０は衝撃力にも強く、耐久性に優れる。

（５）軸線Ｌ１に沿って延在し、電動モータ２からの動力が入力される送りねじ１１と、送りねじ１１に螺合するナット１２と、ナット１２を覆うナットカバー１３と、ナットカバー１３の周面に固定されたスライダ１４と、スライダ１４が軸線Ｌ１に平行に移動するようにスライダ１４の移動方向を規制するガイド１５とにより、回転直動変換機構１０を構成するとともに、フィンガベース３を、ナット１２の周面であり、スライダ１４が固定された部位（上部）の径方向反対側（下部）に固定するようにした。これにより、フィンガ４の把持力Ｆによりスライダ１４に作用する第１の曲げモーメントの方向（回転方向）とナット１２の直進推力によりスライダ１４に作用する第２の曲げモーメントの方向が互いに逆となり、スライダ１４に作用する曲げモーメントによる負荷を軽減することができる。

（６）電動モータ２の出力軸２ａの回転を送りねじ１１に伝達する伝達機構６を設けるようにしたので、回転直動変換機構１０の上方に、出力軸２ａを軸線Ｌ１に平行な方向（左右方向）に向けて電動モータ２を配置することができ、電動ハンド１００をコンパクトに構成することができる。

（８）送りねじ１１の右端部に、送りねじ１１の回転量を検出する回転検出器７を連結するようにしたので、電動モータ２として、回転検出器７を内蔵していない安価な直流モータ等を用いることができる。送りねじ１１の左端部に、電動モータ２からの動力が入力する伝達機構６を連結し、伝達機構６の左右反対側に回転検出器７を連結するため、回転検出器７の設置および連結が容易である。

（９）力センサ２０を静電容量式力センサとして構成し、力センサ２０の変位量を、静電容量の変化によって検出するようにしたので、電動ハンド１００の小型化が可能であり、かつ、組立が容易である。

−第２の実施形態−
図４を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態が特に第１の実施形態と異なるのは、フィンガベース３の構成である。すなわち、第１の実施形態では、一対のフィンガベース３を可動フィンガベースとして左右方向に移動可能に構成したが、第２の実施形態では、一対のフィンガベース３のうち、一方のみを移動可能に構成する。このような電動ハンド１００は、片開き式ハンドと呼ばれる。

図４は、第２の実施形態に係る電動ハンド１００の要部構成を示す断面図である。なお、図２と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では、第１の実施形態との相違点を主に説明する。図４に示すように、左右一対の力センサ２０のうち、右側の力センサ２０は、回転検出器７の下面に固定されている。このため、第２の実施形態では、右側のナット１２ｂ、ナットカバー１３およびスライダ１４が不要である。また、送りねじ１１は、例えば順ねじが形成されたねじ部１１ａのみにより構成されている。

これにより電動ハンド１００の構成が簡素化されるとともに、部品点数を節約することができ、コストを低減できる。また、第２の実施形態では、右側の力センサ２０とフィンガベース３とフィンガ４とを、回転検出器７の下方に配置するため、図２と比べ、電動ハンド１００の左右方向の長さを短くすることができる。これにより電動ハンド１００の小型化が可能である。なお、回転検出器７と力センサ２０とを分離し、電動ハンド１００の内部にこれらを別々に設けるようにしてもよい。

（変形例）
上記実施形態（図２，４）では、左右のフィンガベース３の基部にそれぞれ力センサ２０を設けるようにしたが、把持力Ｆに抗して左右のフィンガ４から作用する力Ｆ’は互いに等しいため、いずれか一方のフィンガベース３のみに力センサ２０を設けるようにしてもよい。例えば図４において、左側のフィンガベース３（可動フィンガベース）には力センサ２０を設けずに、右側のフィンガベース３（固定フィンガベース）に力センサ２０を設けると、力センサ２０の信号配線が容易となり、コストを低減できる。

上記実施形態（図２，４）では、送りねじ１１と、ナット１２と、ナットカバー１３と、スライダ１４と、ガイド１５とにより回転直動変換機構１０を構成したが、回転直動変換機構１０の構成は上述したものに限らない。例えば、送りねじ１１とナット１２の変わりに、ラックとピニオンを用いることもでき、回転カムを用いることもできる。力センサ２０の可動部２２とフィンガベース３とを別々に設けるのではなく、これらを単一部材として構成し、フィンガベース３が力センサ２０を含むようにしてもよい。また、図２において、フィンガベース３と力センサ２０とナットカバー１３とを単一部材により構成してもよく、図４において、フィンガベース３と力センサ２０と回転検出器７とを単一部材により構成してもよい。すなわち、フィンガベース３に力センサ２０を設ける構成は、上記実施形態のものに限らない。

上記実施形態（図２，４）では、ナットカバー１３にスライダ１４を固定するようにしたが、ナットカバー１３を省略し、ナット１２の周面にスライダ１４を固定するようにしてもよい。すなわち、ナット１２とナットカバー１３を一体に設けてナット部として構成するのではなく、ナット１２単体をナット部として構成してもよい。ナット部（ナットカバー１３）の周面（上部）にスライダ１４を固定し、そのスライダ１４が固定された部位の径方向反対側（下部）にフィンガベース３を設けるようにしたが、ナット部とスライダ１４とフィンガベース３の配置はこれに限らない。

上記実施形態（図２）では、送りねじ１１の左右方向中央部を境にして送りねじ１１に順ねじと逆ねじとを形成したが、例えば送りねじ１１に順ねじのみを形成し、左右のナット１２のねじ孔の向きを互いに異なるようにしてもよい。上記実施形態（図２，４）では、送りねじ１１の左端部に伝達機構６を連結し、右端部に回転検出器７を連結したが、伝達機構６と回転検出器７の配置も上述したものに限らない。回転量検出器７の代わりに他の位置検出器を設けてフィンガ４の位置を検出してもよい。電動モータ２の出力軸２ａの回転を、伝達機構６を介して回転直動変換機構１０（送りねじ１１）に伝達するようにしたが、伝達機構６を省略し、電動モータ２の回転を直接回転直動変換機構１０に入力することもできる。

上記実施形態では、軸線Ｌ１（第１軸線）に沿って直進移動する一対のフィンガベース３（図２）あるいは単一のフィンガベース３（図４）を可動フィンガベースとして設けるとともに、軸線Ｌ１に垂直な軸線Ｌ２（第２軸線）に対して平行に延在する一対の梁２３（平行ビーム）を有する力センサ２０（図３）を設けたが、第１軸線と第２軸線は、互いに垂直であれば、いかなる位置に設定してもよい。

力センサ２０を静電容量式センサとして構成し、静電容量によって平行ビームの変位量を検出するようにしたが、その代わりに、歪ゲージを用いて力センサ２０を構成することもできる。この場合、梁２３の根元部分に大きなひずみが発生するので、その近傍に歪ゲージを接着することが好ましい。力センサ２０の複数個所に歪ゲージを貼り付け、把持力Ｆだけでなく、モーメントによる負荷を検出するようにしてもよい。力センサ２０が互いに平行な一対の梁２３を含むようにしたが、３本以上の平行な梁を含むようにしてもよい。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。

２ 電動モータ
２ａ 出力軸
３ フィンガベース
４ フィンガ
６ 伝達機構
７ 回転検出器
１０ 回転直動変換機構
１１ 送りねじ
１２ ナット
１３ ナットカバー
１４ スライダ
１５ ガイド
２０ 力センサ
２３ 梁
Ｌ１ 第１軸線
Ｌ２ 第２軸線

Claims (6)

1. 電動モータと、
   前記電動モータからの回転動作を直進動作に変換する回転直動変換機構と、
   前記電動モータの動力により、前記回転直動変換機構を介して第１軸線に平行に直進移動する可動フィンガベースを含む一対のフィンガベースと、
   前記一対のフィンガベースにそれぞれ固定され、前記可動フィンガベースの直進移動により把持対象物を把持する一対のフィンガと、
   前記一対のフィンガベースの少なくとも一方に設けられ、前記一対のフィンガの把持力を検出する力センサと、を備え、
   前記力センサは、前記第１軸線と垂直な第２軸線に対して平行に延在する一対の平行ビームを有し、該平行ビームの前記第１軸線方向における変位量に基づき把持力を検出することを特徴とする力制御電動ハンド。
2. 請求項１に記載の力制御電動ハンドにおいて、
   前記回転直動変換機構は、
   前記第１軸線に平行に延在し、前記電動モータからの動力が入力される送りねじと、
   前記送りねじに螺合するナット部と、
   前記ナット部の周面に固定されたスライダと、
   前記スライダが前記第１軸線に平行に移動するように前記スライダの移動方向を規制するガイドと、を有し、
   前記可動フィンガベースは、前記ナット部の周面であり、前記スライダが固定された部位の径方向反対側に設けられていることを特徴とする力制御電動ハンド。
3. 請求項２に記載の力制御電動ハンドにおいて、
   前記電動モータは、前記第１軸線に平行に出力軸が延在しており、
   前記出力軸の回転を前記送りねじに伝達する伝達機構をさらに備えることを特徴とする力制御電動ハンド。
4. 請求項２または３に記載の力制御電動ハンドにおいて、
   前記フィンガの位置を検出する位置検出器をさらに備え、
   前記位置検出器は、前記送りねじの一端部に結合され、前記送りねじの回転量を検出する回転検出器を有することを特徴とする力制御電動ハンド。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の力制御電動ハンドにおいて、
   前記力センサは、静電容量によって前記平行ビームの変位量を検出する静電容量式力センサであることを特徴とする力制御電動ハンド。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の力制御電動ハンドにおいて、
   前記一対のフィンガベースは、前記可動フィンガベースと、前記第１軸線の方向に前記可動フィンガベースに対向して配置された固定フィンガベースとにより構成されることを特徴とする力制御電動ハンド。

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