JP2015071214A - 力覚センサ保護機構、エンドエフェクタ及びロボットアーム - Google Patents

Abstract

【課題】力覚センサの動作を機構的拘束によって制限しないで、過負荷から力覚センサを保護する。
【解決手段】エンドエフェクタベース１０１とフィンガーユニット１０２とは、互いに離間して別体に構成されている。力覚センサ１０３は、エンドエフェクタベース１０１に対して離間してフィンガーユニット１０２のフィンガーベース１１１に固定されている。３つの支持部材１０４は、エンドエフェクタベース１０１に支持され、駆動部１０５の駆動により、力覚センサ１０３を支持する位置と、力覚センサ１０３から離間してフィンガーユニット１０２を支持する位置に移動可能に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、過負荷に対して力覚センサを保護する力覚センサ保護機構、力覚センサ保護機構を備えたエンドエフェクタ、及び力覚センサ保護機構を備えたロボットアームに関する。

産業用のロボット装置などでは、ロボットアームとエンドエフェクタとの間に力覚センサを設置し、エンドエフェクタが作業対象物に与える力を検知し、この力を調整しながら作業を行うことがある。一般に、力覚センサの多くは、力覚センサにかかる力を部材の歪みなどの物理量変化に基づいて計算をしている。微弱な力や微細な変化に対して高い感度を得るために、力覚センサの感応部材の剛性を低くし、変形しやすく、華奢にして、部材の歪み量（物理量変化）を大きくする構成になっている。

しかし、力覚センサが華奢であるため、力覚センサに過負荷が作用した場合、故障することがあった。そのため、補修や交換の労力を低減させようとする力覚センサ保護機構が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１では、アーム、力覚センサ及びエンドエフェクタが連結されている。そして、アームに固定された能動係合部材と、エンドエフェクタに固定された受動係合部材との係合により、アームとエンドエフェクタとを固定し、係合解除により、力覚センサが作動するようにしている。

特開２００４−１７４６９６号公報

近年、マニピュレータは、より精密な作業ができるように高精度な位置決めができることが求められており、力が作用した際のマニピュレータの手先位置に対しても高精度であること、及び変位量が小さいことが求められるようになっている。つまり、力覚センサに対しては変位量が小さく高剛性であること、及び高剛性でも感度の良い計測が可能であることが求められている。そのため、力覚センサ保護機構に対しては、変位量が小さい部材に対して歪みすぎることを防ぐことができるように高精度であることが求められている。こうした事情により、力覚センサについては、感応部材の剛性が高く、作用力に対する物理量変化が小さくても、感度の良い計測ができるように構成されている。

しかしながら、能動係合部材と受動係合部材を高精度に製作するためには、加工精度、組立精度を上げる必要があるが、限界があり製作誤差が生じる。アーム、力覚センサ及びエンドエフェクタが連結された系においては、能動係合部材を受動係合部材に係合させることで、力覚センサは拘束を受ける。能動係合部材と受動係合部材に製作誤差があると、力覚センサはその製作誤差により変形した状態で拘束され、力覚センサに過負荷がかかり続けることになる。過負荷状態の力覚センサは故障しやすくなり、また、そのために能動係合部材と受動係合部材との係合の力を弱めれば、力覚センサの保護機構として役をなさない。

そこで、本発明は、力覚センサを保護する際に、力覚センサの動作を機構的拘束によって制限しないで、力覚センサに過負荷がかからないようにする力覚センサ保護機構、力覚センサ保護機構を備えたエンドエフェクタ及びロボットアームを提供する。

本発明の力覚センサ保護機構は、第１部材と、前記第１部材とは別体の第２部材と、前記第１部材に対して離間して前記第２部材に固定され、前記第２部材が前記第１部材に対して相対的に変位した際の前記第１部材に対する前記第２部材の相対的な変位力を検出する力覚センサと、前記第１部材に支持され、前記第２部材から離間して前記力覚センサを支持する第１位置と、前記力覚センサから離間して前記第２部材を支持する第２位置とに移動可能な支持部材と、前記支持部材を前記第１位置及び前記第２位置のうちのいずれか一方の位置に選択的に駆動する駆動部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、駆動部の駆動により、支持部材が、第２部材から離間して力覚センサを支持する第１位置に移動することで、第１部材と第２部材との間に作用した力を力覚センサに作用させることができ、力覚センサに力を検出させることができる。

また、駆動部の駆動により、支持部材が、力覚センサから離間して第２部材を支持する第２位置に移動することで、力覚センサに力が作用しないようにすることができ、力覚センサを保護することができる。さらに、この状態において力覚センサは、一端しか固定されないので、従来のように拘束力が力覚センサにかからないため、拘束力による過負荷からも力覚センサを保護することができる。

第１実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す斜視図である。 第１実施形態に係るロボット装置を示す断面図である。 第１実施形態に係るロボット装置を示す側面図である。 第１実施形態に係る力覚センサ保護機構を示す断面図である。 第２実施形態に係るロボット装置を示す断面図である。 第３実施形態に係るロボット装置を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るロボット装置を示す断面図であり、図２（ａ）は、支持部材が第１位置に移動した状態、図２（ｂ）は、支持部材が第２位置に移動した状態を示す図である。図３は、本発明の第１実施形態に係るロボット装置を示す側面図である。図４は、力覚センサ保護機構を示す断面図であり、図４（ａ）は、図３のＩＶａ−ＩＶａ線に沿う断面図、図４（ｂ）は、図３のＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿う断面図である。

図１に示すように、ロボット装置５００は、多関節のロボットアーム２００と、力覚センサ保護機構１００を有するエンドエフェクタ３００と、力覚センサ保護機構１００を制御する制御装置（制御部）４００と、を備えている。力覚センサ保護機構１００と制御装置４００とで、力覚センサ保護装置６００が構成されている。

エンドエフェクタ３００は、ロボットアーム２００の先端部に取り付け可能に構成されており、図１〜図３では、ロボットアーム２００の先端部に取り付けられている。なお、図１〜図３では、ロボットアーム２００は、先端部のみを図示しており、残りの部分は図示を省略している。ロボットアーム２００の先端部は、略円柱形状である。

力覚センサ保護機構１００は、第１部材としてのエンドエフェクタベース１０１と、第２部材としてのフィンガーユニット１０２と、力覚センサ１０３と、複数（３つ）の支持部材１０４と、駆動部１０５と、を有している。なお、本実施形態では、支持部材１０４が３つの場合について説明するが、複数あればよく、３つ以上であれば好適である。

エンドエフェクタベース１０１とフィンガーユニット１０２とは、別体（別部材）で形成され、離間して（間隔をあけて）配置されている。力覚センサ１０３は、フィンガーユニット１０２に取り付け固定されており、エンドエフェクタベース１０１とは離間して（間隔をあけて）配置されている。

エンドエフェクタベース１０１は、円盤状の中空部材である。エンドエフェクタベース１０１は、ロボットアーム２００の先端部に、ネジ締結によってロボットアーム２００と同軸上に連結されている。

フィンガーユニット１０２は、力覚センサ１０３が固定される平板（円板）１１１ａを有するフィンガーベース１１１を備えている。また、フィンガーユニット１０２は、フィンガーベース１１１に、中心軸Ｃ１を中心に等間隔（１２０度間隔）に均等に配置された複数（３つ）のフィンガー１１２を備えている。各フィンガー１１２は、中心軸Ｃ１を中心に半径方向に直動運動を行えるように、フィンガーベース１１１に支持されている。

力覚センサ１０３は、円柱形状であり、上下両端が固定されることで力を検出できる構造であり、その一端が円盤形状のフィンガーベース１１１の平板１１１ａにネジ締結によって、フィンガーベース１１１と同軸上に連結されている。力覚センサ１０３は、フィンガーユニット１０２がエンドエフェクタベース１０１に対して相対的に変位した際のエンドエフェクタベース１０１に対するフィンガーユニット１０２の相対的な変位力を検出する。ここで、中心軸Ｃ１は、フィンガーベース１１１の中心軸でもあり、力覚センサ１０３の中心軸でもあり、また、ロボットアーム２００の先端部（先端リンク）の中心軸でもある。

各支持部材１０４は、力覚センサ１０３の半径方向外側に、中心軸Ｃ１を中心に等間隔（１２０度間隔）に配置されており、中心軸Ｃ１を中心とする半径方向に直線移動可能にエンドエフェクタベース１０１に支持されている。つまり、各支持部材１０４は、フィンガーユニット１０２から離間して力覚センサ１０３を支持する第１位置（図２（ａ））と、力覚センサ１０３から離間してフィンガーユニット１０２を支持する第２位置（図２（ｂ））とに移動可能である。

各支持部材１０４は、図１に示すように、ピン１２１と、ピン１２１の先端に固定された係合部材１２２とを有する。ピン１２１と係合部材１２２とは、例えばネジ締結によって連結されており、ピン１２１を動作させることで係合部材１２２を動作させることができる。ピン１２１は、係合部材１２２を、中心軸Ｃ１を中心とする半径方向に移動可能に支持している。

係合部材１２２は、図４（ａ）に示すように、第１係合部である凸形状の凸部１２２ａと、凸部１２２ａの反対側に形成された第２係合部である凸形状の凸部１２２ｂとを有する。

力覚センサ１０３は、図１に示すように、円柱形状のセンサ本体１３１と、センサ本体１３１の一端（図１では下端）と同軸上にねじ等によりセンサ本体１３１に固定された第１被係合部材である円柱形状の被係合部材１３２と、を有している。センサ本体１３１の他端（図１では上端）は、フィンガーユニット１０２のフィンガーベース１１１の平板１１１ａに固定されている。

被係合部材１３２の外周面には、図４（ａ）に示すように、第１被係合部である凹形状の凹部１３２ａが、係合部材１２２の各凸部１２２ａに係合可能に対向して複数（３つ）形成されている。３つの凹部１３２ａは、中心軸Ｃ１を中心に等間隔（１２０度間隔）に均等に配置されている。

フィンガーユニット１０２は、第２被係合部材である被係合部材１１３を複数（３つ）有している。各被係合部材１１３は、中心軸Ｃ１の延びる方向と同一方向に、係合部材１２２の凸部１２２ａに対向する位置まで延出する角柱形状に形成され、フィンガーベース１１１の平板１１１ａにねじ等により固定されている。各被係合部材１１３は、各支持部材１０４に対して中心軸Ｃ１を中心とする半径方向の外側に配置されており、係合部材１２２の凸部１２２ｂに係合可能に対向する第２被係合部である凹形状の凹部１１３ａが形成されている。

係合部材１２２が中心軸Ｃ１に向かう方向に直動運動することにより図２（ａ）に示す第１位置に移動して、係合部材１２２が被係合部材１１３から離間し、係合部材１２２の凸部１２２ａが被係合部材１３２の凹部１３２ａに係合する。また、係合部材１２２が中心軸Ｃ１から離間する方向に直動運動することにより図２（ｂ）に示す第２位置に移動して、係合部材１２２が被係合部材１３２から離間し、係合部材１２２の凸部１２２ｂが被係合部材１１３の凹部１１３ａに係合する。

係合部材１２２の凸部１２２ａ，１２２ｂ、並びに被係合部材１３２の凹部１３２ａ及び被係合部材１１３の凹部１１３ａは、高摩擦材料で形成されており、フィンガーユニット１０２に力が作用した際に、凹部と凸部との係合が外れるのを抑制している。また、被係合部材１３２の凹部１３２ａ、支持部材１０４、被係合部材１１３の凹部１１３ａを１２０度間隔で等間隔（均等）に配置しているので、係合時に押し当てられる力を互いに打ち消すことができる。

駆動部１０５は、制御装置４００の制御により、支持部材１０４を第１位置及び第２位置のうちのいずれか一方の位置に選択的に駆動する。駆動部１０５は、図３に示すように、電磁モータ及び減速機からなる回転駆動源１４１と、図４（ｂ）に示すように、カム部材１４３とを有する。カム部材１４３は、エンドエフェクタベース１０１の内側に配置され、エンドエフェクタベース１０１に対して中心軸Ｃ１を中心に回転可能に支持されている。

回転駆動源１４１は、中心軸Ｃ１に対して偏心した位置にエンドエフェクタベース１０１に取り付けられている。回転駆動源１４１に接続された駆動軸１４２（図４（ｂ））は、円板形状のカム部材１４３の外周面に接触している。例えば、駆動軸１４２には、不図示の歯車が固定され、カム部材１４３の外周面に、歯車が噛合する歯が形成されている。これにより、駆動軸１４２の回転力がカム部材１４３に伝達され、カム部材１４３が中心軸Ｃ１を中心に回転駆動される。即ち、回転駆動源１４１は、駆動軸１４２を介してカム部材１４３を回転駆動する。

ピン１２１は、カム部材１４３に対してカムフォロワの関係にある。カム部材１４３には、回転角度に対してカム中心（中心軸Ｃ１）からの半径が異なるカム溝１４３ａが支持部材１０４の数と同数、形成されている。各カム溝１４３ａには、各支持部材１０４のピン１２１が挿通されており、カム部材１４３が中心軸Ｃ１を中心に回転することで、ピン１２１がカム溝１４３ａに案内されて中心軸Ｃ１を中心とする半径方向に移動する。カム部材１４３は、エンドエフェクタベース１０１の内部に設置されている。カム部材１４３の回転運動が、ピン１２１の直線運動に変換されるので、ピン１２１に支持されている係合部材１２２は、ロボットアーム２００の長手方向に対して垂直方向（つまり半径方向）に直線運動する。

制御装置４００が回転駆動源１４１を制御して、カム部材１４３を回転させることで、支持部材１０４の係合部材１２２を半径方向内側に動作させる。これにより、係合部材１２２の凸部１２２ａが被係合部材１３２の凹部１３２ａに係合する係合状態となり、係合部材１２２の凸部１２２ｂと被係合部材１１３の凹部１１３ａとが離間して、係合解除状態となる。これにより力覚センサ１０３の両端が、フィンガーユニット１０２、ロボットアーム２００にそれぞれ連結された状態となる。

支持部材１０４は、図２（ａ）に示す第１位置に移動して、力覚センサ１０３の被係合部材１３２を、変位不能に支持するが、センサ本体１３１は、変位可能なフィンガーユニット１０２の変位に伴って変位する。

フィンガーユニット１０２にかかる負荷（つまり、フィンガーユニット１０２の変位）は、力覚センサ１０３のセンサ本体１３１に伝達され、その負荷（力）が力覚センサ１０３のセンサ本体１３１に検出される。

つまり、フィンガーユニット１０２にかかる負荷は、センサ本体１３１、被係合部材１３２、係合部材１２２、エンドエフェクタベース１０１を介して、ロボットアーム２００に伝わり、ロボットアーム２００がその負荷を支えることになる。負荷が力覚センサ１０３を介しているため、その負荷を測定することができる。

一方、制御装置４００が回転駆動源１４１を制御して、カム部材１４３を逆回転させることで、支持部材１０４の係合部材１２２を半径方向外側に動作させる。これにより、係合部材１２２の凸部１２２ｂが被係合部材１１３の凹部１１３ａに係合する係合状態となり、係合部材１２２の凸部１２２ａと被係合部材１３２の凹部１３２ａとが離間して、係合解除状態となる。

支持部材１０４は、図２（ｂ）に示す第２位置に移動して、フィンガーユニット１０２の被係合部材１１３を支持して、フィンガーユニット１０２を、エンドエフェクタベース１０１に対して変位不能にする。支持部材１０４の係合部材１２２は、力覚センサ１０３と離間しているため、力覚センサ１０３に支持部材１０４による拘束力が作用することはない。つまり、支持部材１０４が第１位置に移動した状態では、力覚センサ１０３には構造的過拘束による過負荷はかからない。

フィンガーユニット１０２にかかる負荷は、被係合部材１１３、係合部材１２２、エンドエフェクタベース１０１を介して、ロボットアーム２００に伝わり、ロボットアーム２００がその負荷を支えることになる。フィンガーユニット１０２にかかる負荷が力覚センサ１０３を介していないため、力覚センサ１０３に過負荷がかかることはない。

なお、回転駆動源１４１をＵＳＭ（超音波モータ）とすれば、ＵＳＭの特徴である静止時の保持力の大きさを利用することで、無通電でそれぞれの係合状態を保持できる。

制御装置４００は、力覚センサ１０３の出力値を使用する場合には、支持部材１０４を図２（ａ）に示す第１位置に移動するよう駆動部１０５の回転駆動源１４１を制御する。これにより、力覚センサ１０３によりフィンガーユニット１０２に作用する変位力（負荷）を検出することができる。

また、制御装置４００は、力覚センサ１０３の出力値を使用しない場合には、支持部材１０４を図２（ｂ）に示す第２位置に移動するよう駆動部１０５の回転駆動源１４１を制御する。これにより、構造上、力覚センサ１０３に負荷がかかることがないため、力覚センサ１０３の保護機能が発揮されている。

また、搬送時などの無通電状態の時においても、同様の状態としておくことで、エンドエフェクタ３００が何かにぶつかる、落とすといった人的ミスからも力覚センサ１０３を保護することができる。

次に、制御装置４００は、力覚センサ１０３の出力を使用する作業の際には、支持部材１０４を図２（ａ）に示す第１位置に移動するよう駆動部１０５の回転駆動源１４１を制御する。

そして、制御装置４００は、力覚センサ１０３により検出した検出値（変位力）が、予め設定しておいた閾値以上となった時に、支持部材１０４を図２（ｂ）に示す第２位置に移動するよう駆動部１０５の回転駆動源１４１を制御する。ここで、閾値は、過負荷とならない値に設定する。これにより、係合部材１２２の凸部１２２ａと被係合部材１３２の凹部１３２ａとが係合解除状態となり、係合部材１２２の凸部１２２ｂと被係合部材１１３の凹部１１３ａとが係合状態となる。したがって、力覚センサ１０３に加わる過大な負荷への保護機能が発揮される。

過負荷を未然に検出した後に力覚センサ１０３の出力値を使用する際は、まずロボットアーム２００を動かす、障害物を取り除くなどして、過負荷の原因を取り除く。その後、制御装置４００は、引き続き力覚センサ１０３の出力を使用する作業の際には、支持部材１０４を図２（ａ）に示す第１位置に移動するよう駆動部１０５の回転駆動源１４１を制御する。そして、制御装置４００は、力覚センサ１０３により検出した検出値（変位力）が、予め設定しておいた閾値以上となった時に、支持部材１０４を図２（ｂ）に示す第２位置に移動するよう駆動部１０５の回転駆動源１４１を制御する。これにより、係合部材１２２の凸部１２２ａと被係合部材１３２の凹部１３２ａとが係合解除状態となり、係合部材１２２の凸部１２２ｂと被係合部材１１３の凹部１１３ａとが係合状態となる。したがって、力覚センサ１０３に加わる過大な負荷への保護機能が発揮される。

以上、第１実施形態によれば、駆動部１０５の駆動により、支持部材１０４が、フィンガーユニット１０２の被係合部材１１３から離間して力覚センサ１０３を支持する第１位置（図２（ａ））に移動する。支持部材１０４が第１位置に移動することにより、エンドエフェクタベース１０１とフィンガーユニット１０２との間に作用した力を力覚センサ１０３に作用させることができ、力覚センサ１０３に力を検出させることができる。

また、駆動部１０５の駆動により、支持部材１０４が、力覚センサ１０３から離間してフィンガーユニット１０２を支持する第２位置（図２（ｂ））に移動する。これにより、力覚センサ１０３に力が作用しないようにすることができ、力覚センサ１０３を保護することができる。さらに、この状態において力覚センサ１０３は、一端しか固定されないので、従来のように拘束力が力覚センサ１０３にかからないため、拘束力による過負荷からも力覚センサ１０３を保護することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る力覚センサ保護機構を適用したロボット装置について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係るロボット装置を示す断面図である。図５（ａ）は、支持部材が第１位置に移動した状態、図５（ｂ）は、支持部材が第２位置に移動した状態を示す図である。なお、第２実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

上記第１実施形態では、駆動部が回転駆動源を有し、回転運動を直線運動に変換して支持部材を動作させる場合について説明した。第２実施形態では、駆動源が、直動駆動源を有し、直線運動を回転運動に変換して、支持部材を動作させる場合について説明する。

第２実施形態のロボット装置５００Ａは、ロボットアーム２００と、力覚センサ保護機構１００Ａを有するエンドエフェクタ３００Ａと、上記第１実施形態の制御装置４００と略同一の不図示の制御装置と、を備えている。

エンドエフェクタ３００Ａは、ロボットアーム２００の先端部に取り付け可能に構成されており、図５では、ロボットアーム２００の先端部に取り付けられている。なお、図５では、ロボットアーム２００は、先端部のみを図示しており、残りの部分は図示を省略している。

力覚センサ保護機構１００Ａは、第１部材としてのエンドエフェクタベース１０１と、第２部材としてのフィンガーユニット１０２と、力覚センサ１０３と、複数（３つ）の支持部材１０４と、駆動部１０５Ａと、を有している。

各支持部材１０４のピン１２１の基端がエンドエフェクタベース１０１に対して揺動可能に支持されている。

駆動部１０５Ａは、一端がピン１２１の基端に連結された連結部材１４４と、連結部材１４４の他端を中心軸Ｃ１の延びる方向と平行な方向に直動駆動し、連結部材１４４を介してピン１２１を揺動させる直動駆動源１４１Ａと、を有する。

直動駆動源１４１Ａは、例えばソレノイドである。係合部材１２２は、直動駆動源１４１Ａの直動運動をリンク構造によって、中心軸Ｃ１に向かう方向又は中心軸Ｃ１から離間する方向への揺動運動に変換され、被係合部材１３２、被係合部材１１３への押付力を生成している。

具体的に説明すると、不図示の制御装置が直動駆動源１４１Ａを制御して、連結部材１４４を揺動させることで、支持部材１０４の係合部材１２２を半径方向内側に動作させる。これにより、係合部材１２２の凸部１２２ａが被係合部材１３２の凹部１３２ａに係合する係合状態となり、係合部材１２２の凸部１２２ｂと被係合部材１１３の凹部１１３ａとが離間して、係合解除状態となる。これにより力覚センサ１０３の両端が、フィンガーユニット１０２、ロボットアーム２００にそれぞれ連結された状態となる。

支持部材１０４は、図５（ａ）に示す第１位置に移動して、力覚センサ１０３の被係合部材１３２を、変位不能に支持するが、センサ本体１３１は、変位可能なフィンガーユニット１０２の変位に伴って変位する。

フィンガーユニット１０２にかかる負荷（つまり、フィンガーユニット１０２の変位）は、力覚センサ１０３のセンサ本体１３１に伝達され、その負荷（力）が力覚センサ１０３のセンサ本体１３１に検出される。

つまり、フィンガーユニット１０２にかかる負荷は、センサ本体１３１、被係合部材１３２、係合部材１２２、エンドエフェクタベース１０１を介して、ロボットアーム２００に伝わり、ロボットアーム２００がその負荷を支えることになる。負荷が力覚センサ１０３を介しているため、その負荷を測定することができる。

一方、不図示の制御装置が直動駆動源１４１Ａを制御して、連結部材１４４を逆方向に揺動させることで、支持部材１０４の係合部材１２２を半径方向外側に動作させる。これにより、係合部材１２２の凸部１２２ｂが被係合部材１１３の凹部１１３ａに係合する係合状態となり、係合部材１２２の凸部１２２ａと被係合部材１３２の凹部１３２ａとが離間して、係合解除状態となる。

支持部材１０４は、図５（ｂ）に示す第２位置に移動して、フィンガーユニット１０２の被係合部材１１３を支持して、フィンガーユニット１０２を、エンドエフェクタベース１０１に対して変位不能にする。支持部材１０４の係合部材１２２は、力覚センサ１０３と離間しているため、力覚センサ１０３に支持部材１０４による拘束力が作用することはない。つまり、支持部材１０４が第１位置に移動した状態では、力覚センサ１０３には構造的過拘束による過負荷はかからない。

フィンガーユニット１０２にかかる負荷は、被係合部材１１３、係合部材１２２、エンドエフェクタベース１０１を介して、ロボットアーム２００に伝わり、ロボットアーム２００がその負荷を支えることになる。フィンガーユニット１０２にかかる負荷が力覚センサ１０３を介していないため、力覚センサ１０３に過負荷がかかることはない。

この直動駆動源１４１Ａを利用すれば、支持部材１０４を駆動するために必要な動作距離が短く済むため、作動時間を極めて短く達成できる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る力覚センサ保護機構を適用したロボット装置について説明する。図６は、本発明の第３実施形態に係るロボット装置を示す断面図である。図６（ａ）は、支持部材が第１位置に移動した状態、図６（ｂ）は、支持部材が第２位置に移動した状態を示す図である。なお、第３実施形態において、上記第１及び第２実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

第３実施形態のロボット装置５００Ｂは、ロボットアーム２００と、力覚センサ保護機構１００Ｂを有するエンドエフェクタ３００Ｂと、上記第１実施形態の制御装置４００と略同一の不図示の制御装置と、を備えている。

エンドエフェクタ３００Ｂは、ロボットアーム２００の先端部に取り付け可能に構成されており、図６では、ロボットアーム２００の先端部に取り付けられている。なお、図６では、ロボットアーム２００は、先端部のみを図示しており、残りの部分は図示を省略している。

力覚センサ保護機構１００Ｂは、第１部材としてのエンドエフェクタベース１０１Ｂと、第２部材としてのフィンガーユニット１０２Ｂと、力覚センサ１０３Ｂと、複数（３つ）の支持部材１０４Ｂと、複数（３つ）の駆動部１０５Ｂと、を有している。なお、本実施形態では、支持部材１０４Ｂが３つの場合について説明するが、複数あればよく、３つ以上であれば好適である。

エンドエフェクタベース１０１Ｂとフィンガーユニット１０２Ｂとは、別体（別部材）で形成され、離間して（間隔をあけて）配置されている。力覚センサ１０３Ｂは、フィンガーユニット１０２Ｂに取り付け固定されており、エンドエフェクタベース１０１Ｂとは離間して（間隔をあけて）配置されている。

エンドエフェクタベース１０１Ｂは、円板状に形成された第１平板である。エンドエフェクタベース１０１Ｂは、ロボットアーム２００の先端部に、ネジ締結によってロボットアーム２００と同軸上に連結されている。

フィンガーユニット１０２Ｂは、力覚センサ１０３Ｂが固定される第２平板である平板（円板）１１１ａを有するフィンガーベース１１１を備えている。また、フィンガーユニット１０２Ｂは、フィンガーベース１１１に、中心軸Ｃ１を中心に等間隔（１２０度間隔）に均等に配置された複数（３つ）のフィンガー１１２を備えている。

更に、フィンガーユニット１０２Ｂは、基端が平板１１１ａに固定され、平板１１１ａからエンドエフェクタベース１０１Ｂの方向に延びる棒部材１１４と、棒部材１１４の先端に設けられたストッパ部材１１５と、を備えている。

エンドエフェクタベース１０１Ｂには、棒部材１１４が貫通する貫通孔１０１ａが形成されている。ストッパ部材１１５は、エンドエフェクタベース１０１Ｂに対して、力覚センサ１０３Ｂが配置されている側とは反対側に配置されている。エンドエフェクタベース１０１Ｂは、ロボットアーム２００の断面積よりも大きい断面積であり、中心軸Ｃ１を中心とする半径方向にロボットアーム２００から突出するフランジ部材である。

支持部材１０４Ｂは、中心軸Ｃ１の延びる方向と平行な方向に延びる軸部１２３と、軸部１２３の先端に支持（固定）され、中心軸Ｃ１を中心とする半径方向内側に延びる爪部１２４と、を有する。駆動部１０５Ｂは、支持部材１０４Ｂを中心軸Ｃ１の延びる方向と平行な方向に直線駆動する直動駆動源であり、例えばソレノイドで構成されている。これにより、支持部材１０４Ｂ（爪部１２４）は、中心軸Ｃ１の延びる方向と平行な方向に移動可能である。

力覚センサ１０３Ｂは、円柱形状のセンサ本体１３１と、センサ本体１３１の一端（図６では下端）と同軸上にねじ等によりセンサ本体１３１に固定されたフランジ部材（第１被係合部材）１３２Ｂと、を有している。フランジ部材１３２Ｂは、中心軸Ｃ１を中心とする半径方向にセンサ本体１３１よりも突出する平板状に形成されている。

支持部材１０４Ｂは、駆動部１０５Ｂの駆動により図６（ａ）に示す第１位置に移動することで、爪部１２４を力覚センサ１０３Ｂのフランジ部材１３２Ｂに引っ掛けて、力覚センサ１０３Ｂをエンドエフェクタベース１０１Ｂの一方の面に押し付けて支持する。つまり、エンドエフェクタベース１０１Ｂの一方の面は、力覚センサ１０３Ｂ（フランジ部材１３２Ｂ）が押し付けられる押付面である。

また、支持部材１０４Ｂは、駆動部１０５Ｂの駆動により図６（ｂ）に示す第２位置に移動することで、平板１１１ａを中心軸Ｃ１の延びる方向に爪部１２４の外側で押圧して、フィンガーユニット１０２Ｂを中心軸Ｃ１の延びる方向に移動させる。これにより、支持部材１０４Ｂは、ストッパ部材１１５をエンドエフェクタベース１０１Ｂの他方の面に押し付け、フィンガーユニット１０２Ｂをエンドエフェクタベース１０１Ｂに対して変位不能に支持する。

以上、第３実施形態によれば、駆動部１０５Ｂの駆動により、支持部材１０４Ｂが、フィンガーユニット１０２Ｂの平板１１１ａから離間して力覚センサ１０３Ｂを支持する第１位置（図６（ａ））に移動する。支持部材１０４Ｂが第１位置に移動することにより、エンドエフェクタベース１０１Ｂとフィンガーユニット１０２Ｂとの間に作用した力を力覚センサ１０３Ｂに作用させることができ、力覚センサ１０３Ｂに力を検出させることができる。

また、駆動部１０５Ｂの駆動により、支持部材１０４Ｂが、力覚センサ１０３Ｂから離間してフィンガーユニット１０２Ｂを支持する第２位置（図６（ｂ））に移動する。これにより、力覚センサ１０３Ｂに力が作用しないようにすることができ、力覚センサ１０３Ｂを保護することができる。さらに、この状態において力覚センサ１０３Ｂは、一端しか固定されないので、従来のように拘束力が力覚センサ１０３Ｂにかからないため、拘束力による過負荷からも力覚センサ１０３Ｂを保護することができる。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

上記第１及び第２実施形態では、係合部材１２２の第１係合部が凸部１２２ａであり、被係合部材１３２の第１被係合部が凹部１３２ａである場合について説明したが、これに限定するものではない。係合部材１２２の第１係合部が凹部であり、被係合部材１３２の第１被係合部が凸部であってもよい。

同様に、上記第１及び第２実施形態では、係合部材１２２の第２係合部が凸部１２２ｂであり、被係合部材１１３の第２被係合部が凹部１１３ａである場合について説明したが、これに限定するものではない。係合部材１２２の第２係合部が凹部であり、被係合部材１１３の第２被係合部が凸部であってもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、エンドエフェクタが力覚センサ保護機構を備える場合について説明したが、これに限定するものではない。エンドエフェクタが取り付け可能なロボットアームが、上記第１〜第３実施形態で説明した力覚センサ保護機構と略同一構成の力覚センサ保護機構を備えていてもよい。

１００…力覚センサ保護機構、１０１…エンドエフェクタベース（第１部材）、１０２…フィンガーユニット（第２部材）、１０３…力覚センサ、１０４…支持部材、１０５…駆動部、２００…ロボットアーム、３００…エンドエフェクタ、５００…ロボット装置

Claims (10)

1. 第１部材と、
   前記第１部材とは別体の第２部材と、
   前記第１部材に対して離間して前記第２部材に固定され、前記第２部材が前記第１部材に対して相対的に変位した際の前記第１部材に対する前記第２部材の相対的な変位力を検出する力覚センサと、
   前記第１部材に支持され、前記第２部材から離間して前記力覚センサを支持する第１位置と、前記力覚センサから離間して前記第２部材を支持する第２位置とに移動可能な支持部材と、
   前記支持部材を前記第１位置及び前記第２位置のうちのいずれか一方の位置に選択的に駆動する駆動部と、を備えたことを特徴とする力覚センサ保護機構。
2. 前記支持部材は、第１係合部、及び前記第１係合部の反対側に第２係合部が形成された係合部材と、前記係合部材を、前記力覚センサの中心軸を中心とする半径方向に移動可能に支持するピンと、を有し、
   前記力覚センサは、センサ本体と、前記センサ本体の一端に固定され、前記第１係合部が係合可能な第１被係合部が形成された第１被係合部材と、を有し、
   前記第２部材は、前記センサ本体の他端が固定された平板と、前記平板から前記第２係合部に対向する位置まで延出し、前記第２係合部が係合可能な第２被係合部が形成された第２被係合部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載の力覚センサ保護機構。
3. 前記駆動部は、前記ピンが挿通されるカム溝が形成され、前記中心軸まわりに回転可能なカム部材と、前記カム部材を回転駆動して、前記ピンをカム溝に沿って前記半径方向に移動させる回転駆動源と、を有することを特徴とする請求項２に記載の力覚センサ保護機構。
4. 前記回転駆動源が超音波モータであることを特徴とする請求項３に記載の力覚センサ保護機構。
5. 前記ピンの基端が前記第１部材に対して揺動可能に支持されており、
   前記駆動部は、一端が前記ピンの基端に連結された連結部材と、前記連結部材の他端を前記中心軸の延びる方向と平行な方向に直動駆動し、前記連結部材を介して前記ピンを揺動させる直動駆動源と、を有することを特徴とする請求項２に記載の力覚センサ保護機構。
6. 前記第１係合部及び前記第１被係合部のうち、一方が凹形状に形成された凹部、他方が凸形状に形成された凸部であり、
   前記第２係合部及び前記第２被係合部のうち、一方が凹形状に形成された凹部、他方が凸形状に形成された凸部であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の力覚センサ保護機構。
7. 前記支持部材は、前記力覚センサの中心軸の延びる方向と平行な方向に移動可能に支持された爪部を有し、前記第１位置に移動することで、前記爪部を前記力覚センサに引っ掛けて、前記力覚センサを前記第１部材に押し付けて支持することを特徴とする請求項１に記載の力覚センサ保護機構。
8. 前記第１部材は、前記力覚センサが押し付けられる第１平板を有し、
   前記第２部材は、前記力覚センサが固定された第２平板と、前記第２平板から前記第１平板の方向に延びる棒部材と、前記棒部材の先端に設けられたストッパ部材と、を有し、
   前記第１平板には、前記棒部材が貫通する貫通孔が形成されており、
   前記支持部材は、前記第２位置に移動することで、前記第２平板を前記中心軸の延びる方向に押圧して、前記ストッパ部材を前記第１平板に押し付け、前記第２部材を前記第１部材に対して変位不能に支持することを特徴とする請求項７に記載の力覚センサ保護機構。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の力覚センサ保護機構を備え、ロボットアームに取り付け可能なエンドエフェクタ。
10. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の力覚センサ保護機構を備え、エンドエフェクタが取り付け可能なロボットアーム。

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