JP2018069385A - ハンドおよびロボット - Google Patents

Abstract

【課題】温度の影響を受け難く、小型化を図ることのできるハンドおよびロボットを提供すること。【解決手段】ハンドは、対象物を把持する把持部と、前記把持部が前記対象物を把持することにより前記把持部に加わる力を検出するセンサー部と、を有し、前記センサー部は、樹脂とカーボンナノチューブとを含む感圧部を有していることを特徴とする。また、前記センサー部は、前記把持部が前記対象物を把持した状態で、前記対象物と前記把持部との間に位置する第１センサー部を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、ハンドおよびロボットに関するものである。

例えば、工業製品の製造工程で用いられるロボット（産業用ロボット）に取り付けられるハンドとして、特許文献１に記載のハンドが知られている。特許文献１に記載のハンド（電動ハンド）は、互いに接近・離間するようにスライド可能に設けられた１対の把持部（フィンガー）と、各把持部の基端側に設けられた力センサーとを有している。このような構成のハンドでは、力センサーによって、一対の把持部の把持力を検知できるようになっている。また、力センサーは、温度の影響を受け難い（すなわち、温度変化による出力値変化が低減された）構成となっている。

特開２００４−２４１３４号公報

しかしながら、特許文献１のハンドでは、その構成上、力センサーが大型化してしまう。そのため、温度の影響を受け難くすることと、ハンドの小型化の両立をすることができない。

本発明の目的は、温度の影響を受け難く、小型化を図ることのできるハンドおよびロボットを提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。

本発明のハンドは、対象物を把持する把持部と、
前記把持部が前記対象物を把持することにより前記把持部に加わる力を検出するセンサー部と、を有し、
前記センサー部は、樹脂とカーボンナノチューブとを含む感圧部を有していることを特徴とする。
樹脂およびカーボンナノチューブを含む感圧部を有する構成によれば、温度の影響を受け難い、すなわち、温度変化による出力値の変化が小さいセンサー部が得られる。また、センサー部の小型化を図ることができる。そのため、小型で、温度の影響を受け難いハンドとなる。

本発明のハンドでは、前記センサー部は、前記把持部が前記対象物を把持した状態で、前記対象物と前記把持部との間に配置されていることが好ましい。
これにより、センサー部によって、より精度よく、把持部が対象物を把持することにより把持部に加わる力を検出することができる。

本発明のハンドでは、前記センサー部は、複数の部位で、独立して前記力を検出することができることが好ましい。
これにより、受圧面が受ける力の強度分布が得られ、対象物の把持状態をより詳しく検出することができる。

本発明のハンドでは、基部と、
前記基部に対して移動可能な移動部と、を有し、
前記把持部は、前記移動部に接続され、
前記センサー部は、前記移動部と前記把持部との間にも配置されていることが好ましい。
これにより、把持力をより正確に検出することができる。

本発明のハンドでは、前記移動部と前記把持部との間に配置されているセンサー部は、前記移動部の移動方向に直交する方向に沿って複数配置されていることが好ましい。
これにより、より精度よく、対象物の重量や滑りをより精度よく検出することができる。

本発明のハンドでは、前記樹脂は、熱可塑性樹脂を含んでいることが好ましい。
これにより感圧部の製造が容易となる。

本発明のハンドでは、前記樹脂は、ポリカーボネートを含んでいることが好ましい。
これにより、感圧部を十分に硬くすることができ、センサー部の機械的強度が向上する。

本発明のハンドでは、前記樹脂は、熱硬化性樹脂を含んでいることが好ましい。
これにより、熱的に安定な感圧部となる。

本発明のハンドでは、前記センサー部は、一対の電極を有し、
前記一対の電極の間に前記感圧部が配置されていることが好ましい。
これにより、センサー部の構成が簡単となる。

本発明のハンドでは、前記センサー部は、一対の電極を有し、
前記一対の電極は、前記感圧部に対して前記感圧部が有する同じ面側に位置していることが好ましい。
これにより、センサー部の構成が簡単となる。

本発明のロボットは、本発明のハンドを有していることを特徴とする。
これにより、信頼性の高いロボットが得られる。

本発明の第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 図１に示すロボットが備えているハンドを示す斜視図である。 図２に示すハンドが有する第１センサー部を示す断面図である。 第１センサー部の荷重−抵抗特性を示すグラフである。 第１センサー部を示す平面図である。 図２に示すハンドが有する第２センサー部を示す断面図である。 図２に示すハンドが有する第２センサー部を示す断面図である。 第２センサー部を示す平面図である。 ワークを把持した状態のハンドを示す図である。 ワークを把持した状態のハンドを示す図である。 ワークを把持した状態のハンドを示す図である。 ワークを把持した状態のハンドを示す図である。 本発明の第２実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係るハンドを示す断面図である。 図１４に示すハンドが有する第２センサー部を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係るハンドを示す側面図である。 図１６に示すハンドの作動を説明する側面図である。 図１６に示すハンドの作動を説明する側面図である。

以下、本発明のハンドおよびロボットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜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を示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットが備えているハンドを示す斜視図である。図３は、図２に示すハンドが有する第１センサー部を示す断面図である。図４は、第１センサー部の荷重−抵抗特性を示すグラフである。図５は、第１センサー部を示す平面図である。図６および図７は、それぞれ、図２に示すハンドが有する第２センサー部を示す断面図である。図８は、第２センサー部を示す平面図である。図９ないし図１２は、それぞれ、ワークを把持した状態のハンドを示す図である。なお、図２等に示すように、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」ともいう。

図１に示すロボット１０００は、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。このようなロボット１０００は、ベース１１００と、ベース１１００に対して回動可能に接続されているアーム１２００と、ロボット制御部１３００とを有するロボット本体１４００と、アーム１２００に接続されているハンド１（ロボットハンド）とを有している。

ベース１１００は、床や天井に固定されている。また、アーム１２００は、ベース１１００に回動自在に連結された第１アーム１２１０と、第１アーム１２１０に回動自在に連結された第２アーム１２２０と、第２アーム１２２０に回動自在に連結された第３アーム１２３０と、第３アーム１２３０に回動自在に連結された第４アーム１２４０と、第４アーム１２４０に回動自在に連結された第５アーム１２５０と、第５アーム１２５０に回動自在に連結された第６アーム１２６０とを有している。すなわち、ロボット１０００は、関節を６つ有する所謂「６軸ロボット」である。また、第６アーム１２６０には、ハンド１が接続されている。なお、各アーム１２１０、１２２０、１２３０、１２４０、１２５０、１２６０の駆動（回動）およびハンド１の駆動は、ロボット制御部１３００により制御される。

図２に示すように、ハンド１は、対象物としてのワークＷを把持する把持部４と、把持部４がワークＷを把持することにより把持部４に加わる力（反力）Ｆ１を検出するセンサー部５と、を有している。また、図３および図６に示すように、センサー部５は、樹脂５１１１（５２１１）とカーボンナノチューブ５１１２（５２１２）とを含む感圧部５１１（５２１）を有している。このような構成によれば、感圧部５１１（５２１）をシート状にでき、センサー部５の小型化（薄型化）および軽量化を図ることができる。また、感圧部５１１（５２１）が、温度の影響を受け難くなり、温度変化による検出信号の変動を低減することができる。そのため、小型で、温度の影響を受け難いセンサー部５となり、信頼性の高いロボット１０００となる。

以下、ハンド１について詳細に説明する。図２に示すように、ハンド１は、基部２と、基部２に対して移動可能（スライド可能）な移動部３と、移動部３に接続（固定）された把持部４と、センサー部５と、を有している。そして、基部２において、第６アーム１２６０に接続されている。このような構成のハンド１は、ワークＷの把持力、ワークＷの重量等をセンサー部５で検出し、検出結果をフィードバックすることができる。そのため、ワークＷを適度な把持力で把持することができ、ワークＷを安定して把持することができる。すなわち、把持力が小さすぎることによる把持部４からのワークＷの離脱（落下）や、把持力が大きすぎることによるワークＷの損傷等を効果的に抑制することができる。

なお、ワークＷとしては、特に限定されず、例えば、集積回路等の半導体ウェハ、発振器、物理量センサー等の電子デバイス等が挙げられる。

図２に示すように、移動部３は、第１移動部３１と第２移動部３２とを有している。第１移動部３１と第２移動部３２は、離間して配置されており、互いに接近、離間する方向（Ｘ軸方向）に基部２に対して移動可能となっている。なお、図示しないが、基部２内に圧電モーター等の駆動源を有する駆動機構が設けられており、この駆動機構によって第１移動部３１および第２移動部３２をＸ軸方向に沿って移動させることができる。

図２に示すように、把持部４は、第１把持部４１と第２把持部４２とを有している。第１把持部４１と第２把持部４２は、互いに向き合って配置されている。また、第１把持部４１は、第１移動部３１に固定されており、第２把持部４２は、第２移動部３２に固定されている。そのため、第１、第２移動部３１、３２を移動させることで、第１、第２把持部４１、４２を接近、離間させることができる。

なお、本実施形態では、第１、第２把持部４１、４２は、それぞれ、Ｙ軸方向に沿って直線的に延びた形状をなしているが、第１、第２把持部４１、４２の形状としては、特に限定されず、例えば、途中で屈曲（湾曲）した形状となっていてもよい。

図２に示すように、センサー部５は、把持部４がワークＷを把持した状態（第１、第２把持部４１、４２でワークＷを挟持した状態）で、ワークＷと把持部４（第１、第２把持部４１、４２）との間に配置されている第１センサー部５１を備えている。このような位置に第１センサー部５１を配置することで、把持部４の把持力Ｆに対応する力Ｆ１（反力）が効率的に（ほぼ直接）第１センサー部５１に加わるため、第１センサー部５１によって、より精度よく、把持力Ｆを検出することができる。

このような第１センサー部５１は、第１把持部４１と第２把持部４２とにそれぞれ設けられている。

また、第１センサー部５１は、図３に示すように、感圧部５１１と、感圧部５１１を挟むように設けられた一対の電極５１２、５１３とを有している。また、感圧部５１１は、感圧導電性樹脂で構成されている。具体的には、感圧部５１１は、ベースとなる絶縁性の樹脂５１１１と、当該樹脂５１１１中に混合された導電性材料としてのカーボンナノチューブ５１１２とを含んでいる。このような構成によれば、図示するように、感圧部５１１をシート状に成形することができ、第１センサー部５１の小型化（薄型化）および軽量化を図ることができる。特に、導電性材料（フィラー）としてカーボンナノチューブ５１１２を用いることで、第１センサー部５１が受ける力と第１センサー部５１から出力される検出信号との関係を線形（線形に近い関係）にすることができる。また、カーボンナノチューブ５１１２がフィラーとして機能し、感圧部５１１の機械的強度が高まり、へたりが小さく、経年劣化の小さい感圧部５１１となる。

また、導電性材料としてカーボンナノチューブ５１１２を用いることで、感圧部５１１が温度の影響を受け難くなり、温度変化による検出信号の変動（ドリフト）を低減することができる。そのため、例えば、過度な温度補正の必要がなく、精度よく把持力を検出することができる。この点について詳しく説明する。図４に示すグラフは、導電性材料としてカーボンナノチューブを用いた場合の、第１センサー部５１に加わる力（荷重）と電極５１２、５１３間の抵抗値との関係を示すグラフである。図４から分かるように、２０℃と８５℃の場合とで、荷重−抵抗値特性がほとんど一致している。そのため、上述したように、導電性材料としてカーボンナノチューブ５１１２を用いることで、感圧部５１１が温度の影響を受け難くなり、温度変化による検出信号の変動（ドリフト）を低減することができる。

樹脂５１１１は、熱可塑性樹脂を含んでいることが好ましい。これにより、例えば、樹脂５１１１とカーボンナノチューブ５１１２との混練が容易となり、分散性もよく、感圧部５１１の製造が容易となる。なお、熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリアミド、熱可塑性ポリイミド、芳香族ポリエステル等の液晶ポリマー、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステルカーボネート（ＰＰＣ）、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテル、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。また、これらの中でも、樹脂５１１１は、ポリカーボネートを含んでいることが好ましい。これにより、前述した効果（混練容易性）がより顕著となる。また、より硬い感圧部５１１となるため、第１センサー部５１の機械的強度を高めることができる。また、感圧部５１１の経年的な変形やへたりが抑えられ、経時的な検出特性の低下（変動）も抑制することができる。なお、ポリエステルカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン等によっても、ポリカーボネートと同等の効果を発揮することができる。また、樹脂５１１の硬さとしては、特に限定されないが、例えば、ヤング率が１ＧＰａ以上であることが好ましい。

また、樹脂５１１１は、熱硬化性樹脂を含んでいてもよい。熱硬化性樹脂を用いることで、感圧部５１１が熱的に安定し（例えば、８０℃程度の高温でも硬さを維持でき）、温度の影響をより受け難くなると共に、高温時でも機械的強度を保つことができる。なお、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル（不飽和ポリエステル）樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。

なお、感圧部５１１の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、０．０５ｍｍ以上、５ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、その機能を十分に発揮することができ、かつ、十分に薄い感圧部５１１となる。そのため、第１センサー部５１の検出特性を維持しつつ、第１センサー部５１の小型化を図ることができる。

また、図３に示すように、第１センサー部５１（センサー部５）は、一対の電極５１２、５１３を有している。一対の電極５１２、５１３は、感圧部５１１に対して互いに反対側に位置している。すなわち、一対の電極５１２、５１３の間に感圧部５１１が配置されている。具体的には、シート状の感圧部５１１の一方の主面側（ワークＷ側）に電極５１２が配置されており、他方の主面側（把持部４側）に電極５１３が配置されている。このように、感圧部５１１を間に挟んで電極５１２、５１３を配置することで、電極５１２、５１３を互いに邪魔することなく配置することができるため、電極５１２、５１３の配置の自由度が高まると共に、その配置が簡単となる。そのため、第１センサー部５１の構成が簡単なものとなる。

このような第１センサー部５１では、第１、第２把持部４１、４２でワークＷを把持した際のワークＷからの反力（力Ｆ１）を受けると、力Ｆ１の大きさに応じて電極５１２、５１３間の電気抵抗が変化する。そのため、電極５１２、５１３間の抵抗値に基づいて力Ｆ１の検出信号が得られる。

また、第１センサー部５１は、複数の部位（領域）で、独立して力Ｆ１を検出することができる。すなわち、第１センサー部５１は、ＹＺ平面上に所定の広がりを持って配置されているが、その領域内において受けた力Ｆ１の強度分布を検出することができる。このように、力Ｆ１の強度分布を検出することで、例えば、第１、第２把持部４１、４２のどの位置でワークＷを把持しているか、把持されたワークＷの姿勢はどのような姿勢か等、把持状態に関する種々の情報を取得することができる。そのため、ワークＷの把持状態をより詳細に検出することができる。

力Ｆ１の強度分布を検出できる構成としては、特に限定されず、本実施形態では、以下の構成となっている。すなわち、図５に示すように、電極５１２は、Ｙ軸方向に沿って延在し、図中の横方向に沿って離間して並ぶ複数の電極部５１２ａを有している。また、電極５１３は、Ｚ軸方向に沿って延在し、Ｙ軸方向に沿って離間して並ぶ複数の電極部５１３ａを有している。このような構成では、１つの電極部５１２ａと１つの電極部５１３ａとに挟まれた領域が、それぞれ、力Ｆ１を検出する単位領域となる。そして、マトリックス駆動を行うことで、単位領域ごとに独立して検出信号を得ることができ、力Ｆ１の２次元方向の（ＹＺ平面上での）強度分布を検出することができる。なお、本発明は、これに限定されず、力Ｆ１の１次元方向（例えば、Ｙ軸方向またはＺ軸方向）の強度分布を検出できる構成であってもよい。

また、図３に示すように、第１センサー部５１は、電極５１２を支持する第１支持基板５１４と、電極５１３を支持する第２支持基板５１５とを有している。第１支持基板５１４は、電極５１２に対して感圧部５１１と反対側に位置し、第１支持基板５１４の感圧部５１１側の面に電極５１２が配置されている。同様に、第２支持基板５１５は、電極５１３に対して感圧部５１１と反対側に位置し、第２支持基板５１５の感圧部５１１側の面に電極５１３が配置されている。そして、第１支持基板５１４と第２支持基板５１５とで感圧部５１１を挟み込むことにより、電極５１２、５１３が感圧部５１１と接触している。すなわち、本実施形態では、電極５１２、５１３は、感圧部５１１と接触しているだけで、接合（接着）されていない。

なお、第１支持基板５１４および第２支持基板５１５としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、フレキシブル基板、リジッド基板等の各種プリント基板を用いることができる。このように、第１、第２支持基板５１４、５１５としてプリント基板を用いることで、第１、第２支持基板５１４、５１５への電極５１２、５１３の形成が容易となる。なお、本実施形態では、第１支持基板５１４がフレキシブル基板で構成されており、第２支持基板５１５がリジッド基板で構成されている。前述したように、第１センサー部５１は、力Ｆ１の強度分布を検出できるようになっている。そのため、ワークＷ側（力Ｆ１を受ける側）に位置する第１支持基板５１４をフレキシブル基板とし、力Ｆ１を受けた部分が部分的（局所的）に撓み変形できる構成となっている。一方、第２支持基板５１５をリジッド基板とすると、第２支持基板５１５によって力Ｆ１を効果的に受け止めることができ（すなわち、力Ｆ１が感圧部５１１の外に逃げ難くなり）、より精度よく、力Ｆ１を検出することができる。

ただし、第１センサー部５１の構成としては、これに限定されず、第１、第２支持基板５１４、５１５を省略し、感圧部５１１の表裏面に電極５１２、５１３を形成してもよい。また、電極５１２、５１３が、感圧部５１１に対して互いに同じ側（ワークＷ側または把持部４側）に位置していてもよい。

以上、第１センサー部５１について説明した。なお、図３に示すように、本実施形態では、第１センサー部５１とワークＷとの接触を防止し、ワークＷおよび第１センサー部５１を保護する目的で、第１センサー部５１を覆う保護層６が設けられている。保護層６は、絶縁性を有しており、第１センサー部５１の短絡が防止されている。このような保護層６の構成材料としては、弾性変形することができれば（すなわち、前述した圧力分布の検出を阻害しない限り）、特に限定されず、例えば、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂等の各種樹脂材料、アクリル系ゴム、シリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、スチレン系ゴム等の各種ゴム材料、各種熱可塑性エラストマー等の比較的柔らかい材料を用いることができる。これにより、第１センサー部５１への力Ｆ１の伝達を阻害することなく、十分な保護機能を発揮することができる。

図２に示すように、センサー部５は、上述した第１センサー部５１の他にも移動部３と把持部４との間に配置されている第２センサー部５２を備えている。このような場所にも力Ｆ１に応じた力が伝わるため、第２センサー部５２によっても、力Ｆ１に応じた力を検出することができる。そのため、第２センサー部５２で第１センサー部５１の検出結果を補助することができ、力Ｆ１をより正確に検出することができる。また、第２センサー部５２によれば、後述するように、ワークＷの重量やワークＷの滑りを検出することができる。そのため、この検出結果をフィードバックすることで、ワークＷをより安定して把持することのできるハンド１となる。

図２に示すように、第２センサー部５２は、第１把持部４１と第１移動部３１との間と、第２把持部４２と第２移動部３２との間と、にそれぞれ設けられている。また、図６に示すように、第１把持部４１と第１移動部３１との間に位置する第２センサー部５２は、第１移動部３１の移動方向（Ｘ軸方向）に直交するＺ軸方向に沿って複数配置されている。同様に、図７に示すように、第２把持部４２と第２移動部３２との間に位置する第２センサー部５２は、第２移動部３２の移動方向（Ｘ軸方向）に直交するＺ軸方向に沿って複数配置されている。このように、第２センサー部５２をＺ軸方向に沿って複数配置することで、ワークＷの重量やワークＷの滑りをより精度よく検出することができる。

なお、第１把持部４１と第１移動部３１との間に位置する第２センサー部５２と、第２把持部４２と第２移動部３２との間に位置する第２センサー部５２とは、同様の構成であるため、以下では、第１把持部４１と第１移動部３１との間に位置する第２センサー部５２について代表して説明し、第２把持部４２と第２移動部３２との間に位置する第２センサー部５２については、その説明を省略する。

図６に示すように、第１把持部４１と第１移動部３１との間に位置する第２センサー部５２は、第１移動部３１の移動方向（Ｘ軸方向）および第１把持部４１の延在方向（Ｙ軸方向）に直交するＺ軸方向に沿って２つ配置されている。また、移動方向（Ｘ軸方向）から見た平面視で、第１把持部４１をＺ軸方向に二分する中央仮想線Ｌ１を設定したとき、２つの第２センサー部５２の間に中央仮想線Ｌ１が位置する。すなわち、中央仮想線Ｌ１の一方側に一方の第２センサー部５２が位置し、他方側に他方の第２センサー部５２が位置する。なお、第１把持部４１と第１移動部３１との間に位置する第２センサー部５２の数としては、特に限定されず、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

また、各第２センサー部５２は、感圧部５２１と、一対の電極５２２、５２３とを有している。このような感圧部５２１は、感圧導電性樹脂で構成されている。具体的には、感圧部５２１は、ベースとなる絶縁性の樹脂５２１１と、樹脂５２１１中に混合された導電性材料としてのカーボンナノチューブ５２１２とを備えており、前述した第１センサー部５１の感圧部５１１と同様の構成となっている。このような構成によれば、前述した感圧部５１１と同様に、感圧部５２１をシート状にすることができ、第２センサー部５２の小型化（薄型化）および軽量化を図ることができる。また、感圧部５２１が温度の影響を受け難くなり、温度変化による検出信号の変化（変動）を低減することができる。

また、図６に示すように、第２センサー部５２（センサー部５）は、一対の電極５２２、５２３を有している。一対の電極５２２、５２３は、感圧部５２１に対して互いに同じ側に位置している。すなわち、一対の電極５２２、５２３は、感圧部５２１の厚み方向で表裏の位置にある２つ主面のうち、同じ主面側に位置している。具体的には、感圧部５２１の第１移動部３１側に電極５２２、５２３が共に位置している。このように、感圧部５２１の同じ主面側に電極５２２、５２３を配置することで、例えば、前述した第１センサー部５１よりも薄型化を図ることができる。また、後述するように、支持基板５２４に電極５２２、５２３を共に形成することができる。そのため、前述した第１センサー部５１のように、電極を別々の支持基板に形成する場合と比較して、第２センサー部５２の構成が簡単となる。特に、本実施形態のように、電極５２２、５２３を感圧部５２１の第１移動部３１側に配置することで、電極５２２、５２３を感圧部５２１の第１把持部４１側に配置する場合と比較して、電極５２２、５２３を基部２へ引出し易くなる。また、後述する押圧部７１、７２による電極５２２、５２３の押圧が低減され、電極５２２、５２３の破損をより効果的に抑制することができる。

なお、電極５２２、５２３の形状や配置については、特に限定されない。本実施形態では、図８に示すように、電極５２２、５２３は、それぞれ、櫛歯状をなしており、互いに噛み合うようにして配置されている。すなわち、電極５２２の電極指５２２ａと電極５２３の電極指５２３ａとが交互に並ぶように、電極５２２、５２３が配置されている。これにより、電極５２２、５２３を共に感圧部５２１の全域に広げて配置することができるため、第２センサー部５２は、受けた力をより確実に検出することができる。

このような第２センサー部５２は、Ｙ軸方向の力（感圧部５２１の厚さ方向の力）を受けると、受けた力の大きさに応じて電極５２２、５２３間の電気抵抗が変化する。これは、受けた力によって感圧部５２１が変形し、変形した部分の抵抗値が変化すること、受けた力によって電極５２２、５２３が感圧部５２１に押し付けられ、押し付けられた部分での電極５２２、５２３と感圧部５２１との接触抵抗が変化すること等に起因すると考えられる（推測）。そのため、電極５２２、５２３間の抵抗値に基づいて受けた力の検出信号が得られる。

また、図６に示すように、第２センサー部５２は、電極５２２、５２３を支持する支持基板５２４を有している。支持基板５２４は、電極５２２、５２３に対して感圧部５２１と反対側（第１移動部３１側）に位置しており、支持基板５２４の感圧部５２１側の面に電極５２２、５２３が配置されている。そして、支持基板５２４と感圧部５２１とで電極５２２、５２３を挟み込むことで、電極５２２、５２３が感圧部５２１と接触している。すなわち、本実施形態では、電極５２２、５２３は、感圧部５２１と接触しているだけで、接合（接着）されていない。

支持基板５２４としては、特に限定されず、例えば、フレキシブル基板、リジッド基板等の各種プリント基板を用いることができる。このように、支持基板５２４としてプリント基板を用いることで、支持基板５２４への電極５２２、５２３の形成が容易となる。なお、本実施形態では、支持基板５２４として、リジッド基板が用いられている。これにより、支持基板５２４が硬質なものとなって変形し難くなり、支持基板５２４によって、受けた力を効果的に受け止めることができる（すなわち、受けた力が感圧部５２１の外に逃げ難くなる）。そのため、第２センサー部５２は、より精度よく、受けた力を検出することができる。

ただし、第２センサー部５２の構成としては、これに限定されず、支持基板５２４を省略し、感圧部５２１の表面に電極５２２、５２３を形成してもよい。また、電極５２２、５２３が、感圧部５２１に対して互いに反対側に位置していてもよい。

このような第２センサー部５２は、図６に示すように、蓋部７で覆われた状態で第１把持部４１と第１移動部３１との間に設けられている。蓋部７は、第１移動部３１に固定され、この蓋部７に第１把持部４１が固定されている。すなわち、蓋部７を介して第１移動部３１と第１把持部４１とが連結されている。蓋部７は、硬質で高い剛性を有する部材であり、第１移動部３１との間で第２センサー部５２を挟み込むことで、第２センサー部５２を与圧している。このことから、蓋部７は、第２センサー部５２を与圧する与圧部として機能しているとも言える。このように、第２センサー部５２を与圧しておくことで、第２センサー部５２の応答性が良くなり、小さい力でもより確実に検出することができるようになる。そのため、第２センサー部５２は、より精度よく、受けた力を検出することができる。また、第２センサー部５２をその厚さ方向に圧縮する方向の力のみならず、第２センサー部５２をその厚さ方向に伸張する方向の力を検出できるようになる。そのため、後述するように、ワークＷの重量等を精度よく検出することができる。

なお、蓋部７は、図示しないが、ボルト等のネジ部材を用いて第１移動部３１に固定されている。このような構成によれば、例えば、ボルトの締め込み量を調整することで、第２センサー部５２に加わる与圧の強さを簡単に調整することができる。ただし、蓋部７の第１移動部３１への固定方法は、特に限定されない。

また、図６に示すように、蓋部７は、一方の第２センサー部５２に向けて突出し、この第２センサー部５２を押圧する突起状の押圧部７１と、他方の第２センサー部５２に向けて突出し、この第２センサー部５２を押圧する突起状の押圧部７２とを有している。このような押圧部７１、７２により、より確実にかつ安定して、各第２センサー部５２を与圧することができる。また、押圧部７１、７２は、湾曲面で構成されたドーム状の先端部７１１、７２１を有し、先端部７１１、７２１が第２センサー部５２に接触している。このように、第２センサー部５２との接触部である先端部７１１、７２１を湾曲面とすることで、先端部７１１、７２１との接触による第２センサー部５２の損傷を抑制することができる。ただし、先端部７１１、７２１の形状としては、特に限定されず、例えば、平坦面であってもよい。

蓋部７の構成材料としては、特に限定されず、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、アルミニウム、マグネシウム、チタン、タングステン等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金または金属間化合物、さらには、これらの金属の酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられる。

なお、本実施形態では、押圧部７１、７２が感圧部５２１に接触しているが、これに限定されず、例えば、押圧部７１、７２と感圧部５２１との間（感圧部５２１の押圧部７１、７２側の面上）に保護板を設け、押圧部７１、７２が感圧部５２１に直接接触しない構成としてもよい。保護板を設けることで、押圧部７１、７２から感圧部５２１を保護することができ、感圧部５２１の損傷を効果的に抑制することができる。なお、保護板は、硬質で高い剛性を有する部材であることが好ましい。このような保護板の構成材料としては、特に限定されず、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、アルミニウム、マグネシウム、チタン、タングステン等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金または金属間化合物、さらには、これらの金属の酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられる。

以上、第２センサー部５２および蓋部７について説明した。図９に示すように、ハンド１を水平にして（Ｚ軸を鉛直方向にして）ワークＷを把持した場合、第１、第２把持部４１、４２にワークＷの重量に応じた鉛直方向の力Ｆ２が加わる。第１、第２把持部４１、４２に力Ｆ２が加わると、蓋部７付近を支点として、第１、第２把持部４１、４２や蓋部７に歪み（撓み）が生じ、第１、第２把持部４１、４２の基端側に位置する２つの第２センサー部５２のうち、鉛直方向下側に位置する第２センサー部５２（５２Ａ）は、押圧部７２による押圧力が大きくなり、与圧よりも大きい力Ｆ２’を受ける。一方、鉛直方向上側に位置する第２センサー部５２（５２Ｂ）は、押圧部７１による押圧力が小さくなり、与圧よりも小さい力Ｆ２”を受ける。そのため、第２センサー部５２Ａ、５２Ｂで検出される力Ｆ２’、Ｆ２”から力Ｆ２を検出することができ、さらには、力Ｆ２からワークＷの重量を検出することができる。そして、検出したワークＷの重量をフィードバックすることで、ワークＷをより安定して把持することのできるハンド１となる。すなわち、例えば、ワークＷの重量が大であると判断された場合には、ワークＷを落下させないために第１、第２把持部４１、４２によるワークＷの把持力を基準値よりも増大させる制御がなされ、逆に、ワークＷの重量が小であると判断された場合には、第１、第２把持部４１、４２によるワークＷの把持力を基準値よりも減少させる制御がなされる。これにより、把持部４は、ワークＷを過不足のない適度な力で把持することができる。

なお、図１０に示すように、把持部４を鉛直方向上方に向けて（Ｚ軸を水平方向にして）ワークＷを把持した場合、第２センサー部５２は、それぞれ、与圧よりも大きい力を受ける。反対に、図１１に示すように、把持部４を鉛直方向下方に向けて（Ｚ軸を水平方向にして）ワークＷを把持した場合、第２センサー部５２は、それぞれ、与圧よりも小さい力を受ける。また、図１２に示すように、第１、第２把持部４１、４２が鉛直方向に並ぶようにしてワークＷを把持した場合、上方に位置する第１把持部４１側の２つの第２センサー部５２は、共に、与圧よりも小さい力を受け、下方に位置する第２把持部４２側の２つの第２センサー部５２は、共に、与圧よりも大きい力を受ける。このように、ハンド１の姿勢で、４つの第２センサー部５２が受ける力の与圧に対する大小関係の組み合わせが異なるため、この異なりに基づいてハンド１の姿勢を検出することもできる。

また、例えば、把持部４の把持力が弱く、ワークＷが第１把持部４１に対して滑った場合、第１把持部４１には、ワークＷの滑りによって振動（小刻みに揺れる滑り振動）が発生する。このような滑り振動によって生じる力を２つの第２センサー部５２によって検出することで、ワークＷが第１把持部４１に対して滑っていることを検出することができる。そして、この検出結果をフィードバックすることで（例えば、把持部４による把持力を高めることで）、ワークＷをより安定して把持することのできるハンド１となる。

観点を変えれば、各アーム１２１０、１２２０、１２３０、１２４０、１２５０、１２６０の姿勢（回動角度）は、ロボット制御部１３００が把握しており、これに基づいてハンド１の姿勢も検知されていることから、各第１センサー部５１および各第２センサー部５２から得られる情報と組み合わせることにより、ハンド１の姿勢に関わらず、ワークＷをより好適な条件（把持力等）で把持することができる。

＜第２実施形態＞
図１３は、本発明の第２実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

本実施形態に係るロボットは、主に、ロボット本体の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボットと同様である。

なお、以下の説明では、第２実施形態のロボットに関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。

図１３に示すロボット２０００は、基台としてのベース２１００と、ベース２１００に接続されている胴体２２００と、胴体２２００に対して回動可能に接続されている一対のアーム２３００と、胴体２２００に設けられているステレオカメラ２４００および信号灯２５００と、ロボット制御部２６００とを有するロボット本体２７００と、各アーム２３００に接続されているハンド１とを有している。なお、図１３では、ハンド１の図示は、省略している。

また、ベース２１００には、ロボット本体２７００の移動を容易とする複数の車輪（図示せず）と、各車輪をロックするロック機構（図示せず）と、ロボット本体２７００を移動する際に把持するハンドル２１１０と、が設けられている。さらに、ベース２１００には、作業台に当接させるためのバンパー２１２０、緊急時にロボット本体２７００を停止させるための非常停止ボタン２１３０、命令等を入力する入力装置２１４０等が設けられている。

胴体２２００は、ベース２１００に対して昇降可能かつ回動可能に接続されている。また、各アーム２３００は、関節機構を介して胴体２２００に連結されている第１肩部２３１０と、関節機構を介して第１肩部２３１０に連結されている第２肩部２３２０と、捻り機構を介して第２肩部２３２０の先端に連結されている上腕部２３３０と、関節機構を介して上腕部２３３０の先端に連結されている第１前腕部２３４０と、捻り機構を介して第１前腕部２３４０の先端に連結されている第２前腕部２３５０と、関節機構を介して第２前腕部２３５０の先端に連結されている手首部２３６０と、捻り機構を介して手首部２３６０の先端に連結されている連結部２３７０とを有している。また、連結部２３７０にはハンド部２３８０が設けられており、ハンド部２３８０にハンド１が装着可能となっている。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図１４は、本発明の第３実施形態に係るハンドを示す断面図である。図１５は、図１４に示すハンドが有する第２センサー部を示す断面図である。

本実施形態に係るハンドは、主に、第２センサー部の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボットと同様である。

なお、以下の説明では、第３実施形態のハンドに関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１４では前述した第１実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図１４に示すように、本実施形態のハンド１では、前述した第１実施形態で説明した第２センサー部５２に替えて、感圧部として圧電体を用いた第２センサー部５３を有している。第２センサー部５３は、Ｙ軸方向に沿って加えられた力に応じて電荷Ｑｙを出力する機能を有している。図１５に示すように、このような第２センサー部５３は、Ｙ軸方向の正方向に配向した結晶軸ＣＡ１を有する第１圧電体層５３１と、Ｙ軸方向の負方向に配向した第２結晶軸ＣＡ２を有する第２圧電体層５３２と、第１圧電体層５３１の押圧部７１側に設けられたグランド電極５３３と、第２圧電体層５３２の移動部３側に設けられたグランド電極５３４と、第１圧電体層５３１と第２圧電体層５３２との間に設けられ、電荷Ｑｙを出力する出力電極層５３５とを有している。なお、第１圧電体層５３１および第２圧電体層５３２は、例えば、Ｘカット水晶板で構成することができる。ただし、第１圧電体層５３１および第２圧電体層５３２の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）等の水晶以外の圧電体を用いてもよい。

このような構成の第２センサー部５３によっても、前述した第１実施形態の第２センサー部５２と同様にして力Ｆ２を検出することができる。特に、本実施形態では第２センサー部５３では、前述した第１実施形態の第２センサー部５２の感圧部５２１に替えて、水晶（剛体）で構成された第１圧電体層５３１および第２圧電体層５３２を用いているため、第２センサー部５２よりも機械的強度を高くすることができる。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
図１６は、本発明の第４実施形態に係るハンドを示す側面図である。図１７および図１８は、それぞれ、図１６に示すハンドの作動を説明する側面図である。

図１６に示すハンドとしての指アシスト装置３０００は、人間の指に装着し、その指の動きをアシスト（補助）する装置である。なお、以下では、説明の便宜上、１本の指に装着された指アシスト装置３０００について代表して説明する。なお、指アシスト装置３０００は、どの指に装着してもよいし、２本以上の指に装着してもよい。

このような指アシスト装置３０００は、指の側面に設けられた装置本体３１００を有している。また、装置本体３１００は、指の基節に装着される基節装着部３１１０と、関節機構を介して基節装着部３１１０に連結され、指の中節に装着される中節装着部３１２０と、関節機構を介して中節装着部３１２０に連結され、指の末節に装着される末節装着部３１３０とを有している。これら基節装着部３１１０、中節装着部３１２０および末節装着部３１３０は、それぞれ、軟質なバンド３１４０で各部に固定できるようになっている。また、各関節機構には圧電モーター等を備える駆動機構が内蔵されており、指の関節の動きと同様にして、基節装着部３１１０に対して中節装着部３１２０を回動させ、中節装着部３１２０に対して末節装着部３１３０を回動させることができる。

また、末節装着部３１３０を末節に固定するためのバンド３１４０には、第１センサー部３２００と第２センサー部３３００とが設けられている。第１センサー部３２００は、末節の腹側と接触するように設けられ、第２センサー部３３００は、末節の爪側と接触するようになっている。

第１センサー部３２００は、前述した第１実施形態の第１センサー部５１および第２センサー部５２と同様に、ベースとなる絶縁性の樹脂および当該樹脂中に混合された導電性材料としてのカーボンナノチューブを有する感圧部と、一対の電極とを有する構成となっている。第２センサー部３３００についても同様である。

このような構成の指アシスト装置３０００では、図１７に示すように、指を曲げようとすれば、矢印方向の力が第１センサー部３２００に加わる。そのため、第１センサー部３２００が力を検出すると、各関節機構が駆動して、指の曲げ運動をアシストする。反対に、図１８に示すように、指を伸ばそうとすれば、矢印方向の力が第２センサー部３３００に加わる。そのため、第２センサー部３３００がこの力を検出すると、各関節機構が駆動して、指の伸ばし運動をアシストする。

このような構成によれば、第１、第２センサー部３２００、３３００の小型化（薄型化）および軽量化を図ることができる。また、感圧部が、温度の影響を受け難くなり、温度変化による検出信号の変動を低減することができる。そのため、小型で、温度の影響を受け難い第１、第２センサー部３２００、３３００となり、信頼性の高い指アシスト装置３０００となる。

以上、本発明のハンドおよびロボットについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１…ハンド、２…基部、３…移動部、３１…第１移動部、３２…第２移動部、４…把持部、４１…第１把持部、４２…第２把持部、５…センサー部、５１…第１センサー部、５１１…感圧部、５１１１…樹脂、５１１２…カーボンナノチューブ、５１２、５１３…電極、５１２ａ、５１３ａ…電極部、５１４…第１支持基板、５１５…第２支持基板、５２、５２Ａ、５２Ｂ…第２センサー部、５２１…感圧部、５２１１…樹脂、５２１２…カーボンナノチューブ、５２２、５２３…電極、５２２ａ、５２３ａ…電極指、５２４…支持基板、５３…第２センサー部、５３１…第１圧電体層、５３２…第２圧電体層、５３３、５３４…グランド電極、５３５…出力電極層、６…保護層、７…蓋部、７１、７２…押圧部、７１１、７２１…先端部、１０００…ロボット、１１００…ベース、１２００…アーム、１２１０…第１アーム、１２２０…第２アーム、１２３０…第３アーム、１２４０…第４アーム、１２５０…第５アーム、１２６０…第６アーム、１３００…ロボット制御部、１４００…ロボット本体、２０００…ロボット、２１００…ベース、２１１０…ハンドル、２１２０…バンパー、２１３０…非常停止ボタン、２１４０…入力装置、２２００…胴体、２３００…アーム、２３１０…第１肩部、２３２０…第２肩部、２３３０…上腕部、２３４０…第１前腕部、２３５０…第２前腕部、２３６０…手首部、２３７０…連結部、２３８０…ハンド部、２４００…ステレオカメラ、２５００…信号灯、２６００…ロボット制御部、２７００…ロボット本体、３０００…指アシスト装置、３１００…装置本体、３１１０…基節装着部、３１２０…中節装着部、３１３０…末節装着部、３１４０…バンド、３２００…第１センサー部、３３００…第２センサー部、ＣＡ１…結晶軸、ＣＡ２…第２結晶軸、Ｆ…把持力、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ２’、Ｆ２”…力、Ｌ１…中央仮想線、Ｑｙ…電荷、Ｗ…ワーク、Ｘ、Ｙ、Ｚ…方向

Claims (11)

1. 対象物を把持する把持部と、
   前記把持部が前記対象物を把持することにより前記把持部に加わる力を検出するセンサー部と、を有し、
   前記センサー部は、樹脂とカーボンナノチューブとを含む感圧部を有していることを特徴とするハンド。
2. 前記センサー部は、前記把持部が前記対象物を把持した状態で、前記対象物と前記把持部との間に配置されている請求項１に記載のハンド。
3. 前記センサー部は、複数の部位で、独立して前記力を検出することができる請求項２に記載のハンド。
4. 基部と、
   前記基部に対して移動可能な移動部と、を有し、
   前記把持部は、前記移動部に接続され、
   前記センサー部は、前記移動部と前記把持部との間にも配置されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のハンド。
5. 前記移動部と前記把持部との間に配置されているセンサー部は、前記移動部の移動方向に直交する方向に沿って複数配置されている請求項４に記載のハンド。
6. 前記樹脂は、熱可塑性樹脂を含んでいる請求項１ないし５のいずれか１項に記載のハンド。
7. 前記樹脂は、ポリカーボネートを含んでいる請求項６に記載のハンド。
8. 前記樹脂は、熱硬化性樹脂を含んでいる請求項１ないし５のいずれか１項に記載のハンド。
9. 前記センサー部は、一対の電極を有し、
   前記一対の電極の間に前記感圧部が配置されている請求項１ないし８のいずれか１項に記載のハンド。
10. 前記センサー部は、一対の電極を有し、
    前記一対の電極は、前記感圧部に対して前記感圧部が有する同じ面側に位置している請求項１ないし８のいずれか１項に記載のハンド。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のハンドを有していることを特徴とするロボット。

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