JP2018185273A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化を図ることができ、かつ、優れた検出特性を有する接触力センサーを有するロボットを提供する。
【解決手段】ロボットは、ロボット本体と、ロボット本体の表面に配置され、接触を検出する接触センサー部と、を有し、前記接触センサー部は、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。また、前記樹脂は、荷重撓み温度が１００℃以上である。また、前記樹脂は、ポリカーボネートおよびポリエステルカーボネートの少なくとも一方を含んでいる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットに関するものである。

例えば、特許文献１には、ロボットベースと、ロボットベースに回動可能に接続された胴部と、胴部に回動可能に接続された下腕と、下腕に回動可能に接続された上腕と、を有するロボットが記載されている。このロボットは、ロボットベースと胴部との間、胴部と下腕との間、下腕と上腕との間のそれぞれに配置されたトルクセンサーを有し、これらトルクセンサーによってロボットが周囲の物体（特に共同で作業している人間）とぶつかったときの接触力を検出できるようになっている。

また、特許文献２には、接触力を検出することのできる静電容量型センサーを有するロボットが記載されており、静電容量型センサーは、シート状の誘電体と、誘電体の両面に配置された一対の電極と、を有している。

特開２００４−２４１３４号公報 特開２０１１−２３７２８８号公報

しかしながら、特許文献１のロボットでは、ロボットの周囲の物体とぶつかった箇所によってトルクセンサーで検出されるトルクが異なってしまうため、ぶつかった衝撃の強さを正確に検出することができない。また、特許文献２のロボットでは、静電容量型センサーを薄型化すると、接触した物体が有する導電性に起因して静電容量型センサーの検出値が大きく変化してしまうため、静電容量型センサーを薄型化することが困難である。

本発明の目的は、薄型化を図ることができ、かつ、優れた検出特性を有する接触力センサーを有する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。

本発明のロボットは、ロボット本体と、
前記ロボット本体の表面に配置され、接触を検出する接触センサー部と、を有し、
前記接触センサー部は、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。
これにより、薄型化を図ることができ、かつ、優れた検出特性を有する接触センサー部を有するロボットが得られる。

本発明のロボットでは、前記樹脂は、荷重撓み温度が１００℃以上であることが好ましい。
これにより、高温環境下での感圧部の弾性の低下を抑制することができ、接触センサー部は、高温環境下においても常温環境下や低温環境下と同様の検出精度を発揮することができる。すなわち、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（ドリフト）を低減することができる。

本発明のロボットでは、前記樹脂は、ポリカーボネートおよびポリエステルカーボネートの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。
これにより、樹脂とカーボンナノチューブとの混練が容易となり、分散性もよく、感圧部の製造が容易となる。また、より硬い感圧部となるため、単位面積当たりの許容荷重が大きくなり、接触センサー部の機械的強度を高めることができる。

本発明のロボットでは、前記接触センサー部は、前記感圧部を挟んで配置されている一対の電極を有していることが好ましい。
これにより、各電極を互いに邪魔することなく配置することができる。そのため、各電極の配置の自由度が高まると共に、その配置が簡単となる。したがって、接触センサー部の構成が簡単なものとなる。

本発明のロボットでは、前記接触センサー部は、前記感圧部が構成する一の面に対して同じ側に位置する一対の電極を有していることが好ましい。
これにより、接触センサー部の薄型化を図ることができる。

本発明のロボットでは、前記感圧部は、シート状をなし、その厚さが０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ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、十分に薄い感圧部となる。

本発明のロボットでは、前記接触センサー部は、任意の部位で、独立して前記接触を検出することができることが好ましい。
これにより、接触センサー部は、ロボット本体に押圧力（接触力）が加わったか否かのみならず、どの位置に押圧力（接触力）が加わったかを検出することができる。

本発明のロボットでは、前記ロボット本体は、表面に前記接触センサー部が配置されている第１部分と、前記第１部分に回動自在に接続されている第２部分と、を有し、
前記第２部分は、一部が前記第１部分と重なる姿勢を取り得、前記姿勢では、前記第１部分と前記第２部分との間に前記接触センサー部の少なくとも一部が位置することが好ましい。
これにより、接触センサー部が第２部分の可動範囲を狭めてしまうことを抑制することができる。すなわち、ロボット本体の可動範囲を狭めることなく接触センサー部を配置することができる。

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接触センサー部を示す断面図である。 接触センサー部の荷重−抵抗特性を示すグラフである。 接触センサー部の荷重−抵抗特性を示すグラフである。 接触センサー部を示す平面図である。 異なるアームが重なり合った状態を示す平面図である。 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実施形態に係るロボットが有する接触センサー部を示す断面図である。 本実施形態の変形例を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係るロボットが有する接触センサー部を示す断面図である。 図１０に示す接触センサー部の平面図である。 本発明の第５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６実施形態に係るロボットを示す側面図である。

以下、本発明の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接触センサー部を示す断面図である。図３および図４は、それぞれ、接触センサー部の荷重−抵抗特性を示すグラフである。図５は、接触センサー部を示す平面図である。図６は、異なるアームが重なり合った状態を示す平面図である。

図１に示すロボット１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。ただし、ロボット１としては、特に限定されず、例えば、介護用のロボットであってもよい。ロボット１は、ロボット本体２と、ロボット本体２の表面に配置された接触センサー部９と、を有している。このようなロボット１は、接触センサー部９によって、ロボット本体２とその周囲の物体（特に、共同で作業している人間）との接触を検出することができ、その検出結果に基づいてロボット本体２の駆動を制御することができる。そのため、安全性に優れるロボット１となる。

ロボット本体２は、６軸ロボット（多関節ロボット）であり、図１に示すように、床や天井等に固定されるベース２１と、関節機構を介してベース２１に回動自在に連結されたアーム２２と、関節機構を介してアーム２２に回動自在に連結されたアーム２３と、関節機構を介してアーム２３に回動自在に連結されたアーム２４と、関節機構を介してアーム２４に回動自在に連結されたアーム２５と、関節機構を介してアーム２５に回動自在に連結されたアーム２６と、関節機構を介してアーム２６に回動自在に連結されたアーム２７と、これらアーム２２、２３、２４、２５、２６、２７の駆動を制御するロボット制御部２８と、を有している。また、アーム２７にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット本体２に実行させる作業に応じたロボットハンド２９（エンドエフェクター）が装着可能となっている。

また、図２に示すように、接触センサー部９は、シート状の感圧部９１と、感圧部９１の表面側（ロボット本体２と反対側の面）に配置された支持基板９２と、感圧部９１と支持基板９２との間に位置し、支持基板９２に支持された電極９３と、感圧部９１の裏面側（ロボット本体２側の面）に配置された支持基板９４と、感圧部９１と支持基板９４との間に位置し、支持基板９４に支持された電極９５と、を有している。すなわち、接触センサー部９は、シート状の感圧部９１と、感圧部９１を間に挟むように設けられた一対の電極９３、９５と、一対の電極９３、９５を支持する一対の支持基板９２、９４と、を有している。

周囲の物体との接触によって、接触センサー部９にその厚さ方向の押圧力（接触力）が加わると、その押圧力に応じて電極９３、９５間の感圧部９１の抵抗値が変化する。そのため、ロボット１は、この抵抗値変化から接触センサー部９に物体が接触したか否か、さらにはその押圧力を検出することができる。

感圧部９１は、樹脂９１１と導電性材料であるカーボンナノチューブ９１２とを含む材料（感圧導電性樹脂）で構成されている。詳細には、感圧部９１は、ベースとなる絶縁性の樹脂９１１と、樹脂９１１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９１２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、容易に感圧部９１をシート状に成形することができ（言い換えるとシート状にしても接触センサー部９としての機能を発揮でき）、接触センサー部９の薄型化および軽量化を図ることができる。また、感圧部９１を薄くしても従来の静電容量型センサーのような問題が生じないため、従来の構成よりも容易に接触センサー部９の薄型化を図ることができる。

なお、接触センサー部９の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。これにより、十分な機械的強度を有しつつ、十分に薄い接触センサー部９となる。

また、導電性材料としてカーボンナノチューブ９１２を用いることで、感圧部９１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３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、接触センサー部９に加わる力（荷重）と電極９３、９５間の抵抗値との関係を示すグラフである。図３から分かるように、２０℃の場合と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を用いることで、感圧部９１が温度の影響を受け難くなり（温度依存性が小さく）、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。

さらに、導電性材料としてカーボンナノチューブ９１２を用いることで、接触センサー部９に加わる力（荷重）の変化に対する電極９３、９５間の抵抗値の変化がスムーズとなる。さらには、接触センサー部９に加わる力（荷重）に対する電極９３、９５間の抵抗値変化量が大きくなる。そのため、より精度よく、接触センサー部９に物体が接触したか否か、さらにはその押圧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、炭素材料の種類と荷重−抵抗特性を示すグラフである。具体的には、導電性材料としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いた場合、導電性材料としてカーボンブラック（ＣＢ）を用いた場合、導電性材料としてカーボンファイバー（ＣＦ）を用いた場合の、接触センサー部９に加わる力（荷重）と電極９３、９５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、導電性材料としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いた場合には、接触センサー部９に加わる力（荷重）の変化に対する電極９３、９５間の抵抗値の変化がスムーズであり、かつ、接触センサー部９に加わる力（荷重）に対する電極９３、９５間の抵抗値変化量（感度）が大きい。これに対して、導電性材料としてカーボンブラック（ＣＢ）を用いた場合には、接触センサー部９に加わる力（荷重）の変化に対する電極９３、９５間の抵抗値の変化はスムーズであるが、接触センサー部９に加わる力（荷重）に対する電極９３、９５間の抵抗値変化量が小さい。一方、導電性材料としてカーボンファイバー（ＣＦ）を用いた場合には、接触センサー部９に加わる力（荷重）に対する電極９３、９５間の抵抗値変化量は大きいが、接触センサー部９に加わる力（荷重）の変化に対する電極９３、９５間の抵抗値の変化が大きく揺らいでいてスムーズでない。以上のように、カーボンナノチューブを用いた場合、他の炭素材料に比べて高感度で安定性に優れた接触センサー部９が得られる。

カーボンナノチューブ９１２の大きさとしては、特に限定されないが、例えば、径を１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下とし、長さを１μｍ以上５μｍ以下とすることができる。これにより、上述した効果をより効果的に発揮することができる。

また、感圧部９１中のカーボンナノチューブ９１２の含有量としては、特に限定されないが、例えば、５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下であることが好ましく、１０ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下であることが好ましく、２０ｗｔ％以上２５ｗｔ％以下であることがより好ましい。これにより、感圧部９１に適度な導電性を付与することができると共に、カーボンナノチューブ９１２を過剰に混合してしまうことによる感圧部９１の機械的強度の低下を抑制することができる。

樹脂９１１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。これにより、より硬い感圧部９１となるため、接触センサー部９の機械的強度を高めることができる。また、感圧部９１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。

また、樹脂９１１としては、特に限定されないが、例えば、荷重たわみ温度が１００℃以上であることが好ましい。なお、荷重たわみ温度とは、所定の荷重を与えた状態で、試料の温度を上げていき、たわみの大きさが一定の値になる温度を言い、この温度が高い程、高い耐熱性を有することを意味している。また、荷重たわみ温度は、ＪＩＳ ７１９１に準じた試験方法で測定することができる。これにより、高温環境下での感圧部９１の弾性の低下を抑制することができ、接触センサー部９は、高温環境下においても常温環境下や低温環境下と同様の検出精度を発揮することができる。すなわち、感圧部９１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。

特に、ロボット本体２では、内部に配置された各部（特にモーター）の発熱によって８０℃程度まで温度が上昇する場合もあるため、感圧部９１の荷重たわみ温度を１００℃以上とすることで、ロボット本体２の熱によって検出精度が低下（変動）してしまうことを効果的に抑制することができる。この点において、接触センサー部９をロボット本体２と組み合わせることによる特別な効果が発揮される。

樹脂９１１としては、特に限定されないが、熱可塑性樹脂であることが好ましい。これにより、樹脂９１１とカーボンナノチューブ９１２との混練が容易となり、分散性もよく、感圧部９１の製造が容易となる。なお、熱可塑性樹脂としては、特に限定されず、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、ポリエステル（ＰＥＴ、ＰＢＴ等）、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、ポリ塩化ビニル、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。

これらの中でも、樹脂９１１としては、ポリカーボネート（ＰＣ）およびポリエステルカーボネート（ＰＰＣ）の少なくとも一方を含んでいることが好ましく、樹脂９１１全体の５０重量％以上含んでいることがより好ましく、７５％以上含んでいることがさらに好ましい。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、比較的硬い感圧部９１となるため、単位面積当たりの許容荷重が大きくなり、接触センサー部９の機械的強度を高めることができる。また、感圧部９１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。

感圧部９１の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。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９１となる。そのため、接触センサー部９の検出特性を維持しつつ、接触センサー部９の小型化を図ることができる。

なお、このような感圧部９１は、例えば、射出成型や圧延成形で製造することができる。

また、図２に示すように、接触センサー部９は、電極９３、９５を有している。電極９３、９５は、感圧部９１に対して互いに反対側に位置している。すなわち、電極９３、９５の間に感圧部９１が配置されている。具体的には、感圧部９１の表面側に電極９３が配置されており、裏面側に電極９５が配置されている。このように、感圧部９１を間に挟んで電極９３、９５を配置することで、電極９３、９５を互いに邪魔することなく配置することができる。そのため、電極９３、９５の配置の自由度が高まると共に、その配置が簡単となる。したがって、接触センサー部９の構成が簡単なものとなる。

また、接触センサー部９は、複数の部位（領域）で、独立して押圧力（接触力）を検出することができる。すなわち、接触センサー部９は、その面内方向の領域内において受けた押圧力の強度分布を検出することができる。このように、押圧力の強度分布を検出することで、接触センサー部９は、ロボット本体２に押圧力（接触力）が加わったか否かのみならず、どの位置に押圧力（接触力）が加わったかを検出することができる。

押圧力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９３は、図中縦方向に沿って延在し、図中横方向に沿って離間して並ぶ複数の電極部９３１を有している。また、電極９５は、図中横方向に沿って延在し、図中縦方向に沿って離間して並ぶ複数の電極部９５１を有している。このような構成では、１つの電極部９３１と１つの電極部９５１とに挟まれた領域（平面視で電極部９３１と電極部９５１との交差部分）が、それぞれ、押圧力を検出する単位領域となり、１つの接触センサー部９は、この単位領域がマトリックス状（行列状）に配置されたものとなる。そして、各電極部９３１と各電極部９５１との間に電圧を印加し、これらの間の抵抗値を検出することで、単位領域ごとに独立して押圧力を検出することができ、これらを集計することで、押圧力の面方向の強度分布を検出することができる。なお、接触センサー部９としては、これに限定されず、押圧力の１次元方向（例えば、図５中の縦方向または横方向）の強度分布を検出できる構成であってもよい。

なお、電極９３、９５の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ニッケル、コバルト、金、白金、銀、銅、マンガン、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種を含む合金等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて（例えば積層構造として）用いてもよい。

また、図２に示すように、接触センサー部９は、電極９３を支持する支持基板９２と、電極９５を支持する支持基板９４と、を有している。支持基板９２は、電極９３に対して感圧部９１と反対側に位置し、支持基板９２の感圧部９１側の面に電極９３が配置されている。同様に、支持基板９４は、電極９５に対して感圧部９１と反対側に位置し、支持基板９４の感圧部９１側の面に電極９５が配置されている。そして、支持基板９２、９４で感圧部９１を挟み込むことで、電極９３、９５が感圧部９１と接触している。すなわち、本実施形態では、電極９３、９５は、感圧部９１と接触しているだけで、接合（接着）されていない。

なお、支持基板９２、９４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、支持基板９２、９４としてプリント基板を用いることで、支持基板９２、９４への電極９３、９５の形成が容易となる。なお、本実施形態では、支持基板９２がフレキシブル基板で構成されており、支持基板９４がリジッド基板で構成されている。前述したように、接触センサー部９は、押圧力の強度分布を検出できるようになっている。そのため、表面側（押圧力を受ける面側）に位置する支持基板９２をフレキシブル基板とし、押圧力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、支持基板９４をリジッド基板とすると、支持基板９４によって押圧力を効果的に受け止めて、押圧力を感圧部９１内に閉じ込めることができるため、より精度よく、押圧力を検出することができる。

以上、接触センサー部９について説明した。このような接触センサー部９は、アーム２２の表面と、アーム２３の表面と、アーム２５の表面と、に配置されている。ただし、接触センサー部９の配置としては、特に限定されず、これらのうちの一部が省略されていてもよいし、これらに加えてさらに別の場所に配置されていてもよい。

前述したように、接触センサー部９の構成によれば、接触センサー部９の薄型化を図ることができる。そのため、接触センサー部９が、ロボット本体２内の熱のロボット本体２外への放出を阻害する断熱材として機能し難くなり、ロボット本体２内の熱を効率的に外部へ放出することができる。そのため、ロボット本体２内が過剰に加熱されてしまい、ロボット本体２が故障してしまったり、異常な発熱によりロボット本体２の駆動が緊急停止してしまったりするのを抑制することができる。この点において、接触センサー部９をロボット本体２と組み合わせることによる特別な効果が発揮される。

また、接触センサー部９の薄型化を図ることが容易であるため接触センサー部９が各アーム２２、２３、２４、２５、２６、２７の可動範囲を狭めてしまうことを抑制することができる。具体的には、例えば、アーム２３に対してアーム２４が回動することで、図６に示すように、アーム２３の内側にアーム２５が入り込むような動作が考えられるが、この際に、アーム２５の表面に配置された接触センサー部９がアーム２５と共にアーム２３の内側に入り込むことができる。言い換えると、異なるアーム間の隙間にも配置できる程、接触センサー部９の薄型化が可能となる。このように、薄型化が容易な接触センサー部９によれば、接触センサー部９が各アーム２２、２３、２４、２５、２６、２７の可動範囲を狭めてしまうことを抑制することができる。また、異なる観点から言えば、接触センサー部９を薄くすることができるため、ロボット本体２を大きくすることなく、すなわち異なるアームが重なり合う部分の隙間を大きくすることなく、接触センサー部９を配置することができる。この点においても、接触センサー部９をロボット本体２と組み合わせることによる特別な効果が発揮される。

ロボット制御部２８は、接触センサー部９での検出結果に基づいてロボット本体２の駆動を制御することができる。例えば、接触センサー部９が押圧力（接触力）を検出した場合には、ロボット本体２が周囲の物体と接触したと判断して、ロボット本体２の駆動を停止（緊急停止）してもよい。また、ロボット制御部２８は、接触センサー部９が検出した押圧力の大きさおよび押圧力が加わった場所、さらにはロボット本体２の姿勢に基づいて、駆動モードを切り替えてもよい。例えば、ロボット制御部２８は、ロボット本体２やぶつかった物体に重大なダメージが生じ得る程の強い接触であると判断した場合には、ロボット本体２を緊急停止させる。また、ロボット本体２やぶつかった物体に重大なダメージが生じ得ない程の弱い接触であると判断した場合には、ロボット本体２の駆動を通常モードよりもゆっくりとアームが動く低速モード（通常モードとは異なるモード）に切り替えてロボット本体２の駆動を続行する。これにより、ロボット１の安全性が増し、特に、人間との共存が可能なロボット１となる。特に、本実施形態では、接触センサー部９が押圧力を受けた場所を特定できる構成となっているため、ロボット制御部２８は、上述の判断をより精度よく行うことができる。

なお、ロボット１は、ロボット本体２を手動で動かせる状態とし、技術者がロボット本体２を手動で動かすことで、その動きをロボット本体２に覚えさせるティーチングと呼ばれる機能を有している。接触センサー部９は、このティーチングにも活用することができる。ロボット本体２の大きさや重量によっては、ロボット本体２を手動で動かすことが困難な場合も考えられる。そこで、ロボット制御部２８は、技術者がロボット本体２を動かす際にロボット本体２に与える押圧力を接触センサー部９で検出し、その検出結果に基づいて所定の関節機構を駆動し、技術者がロボット本体２を動かすのをアシスト（補助）することができる。より具体的には、例えば、図１に示すように、アーム２３をアーム２２に対して回動させるために、技術者がアーム２３の正面に配置された接触センサー部９を矢印Ａで示すように押した場合には、その押圧力および押圧位置をロボット制御部２８が検出して、その検出結果に基づいて、アーム２２、２３の間に位置する関節機構を駆動させてアーム２２に対するアーム２３の回動をアシストすることができる。このような機能によれば、技術者は、より小さい力でティーチングを行うことができる。

以上、ロボット１について説明した。このようなロボット１は、前述したように、ロボット本体２と、ロボット本体２の表面に配置され、接触を検出する接触センサー部９と、を有している。また、接触センサー部９は、樹脂９１１とカーボンナノチューブ９１２とを含む感圧部９１を有している。このような構成によれば、感圧部９１をシート状に成形することができ（言い換えるとシート状にしても感圧部９１としての機能を発揮することができ）、接触センサー部９の薄型化および軽量化を図ることができる。また、感圧部９１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。また、接触センサー部９に加わる力（荷重）の変化に対する抵抗値の変化がスムーズとなり、接触センサー部９に加わる力（荷重）に対する抵抗値変化量が大きくもなる。すなわち、高感度で安定性に優れた接触センサー部９が得られる。そのため、接触センサー部９に加わった押圧力（接触力）を精度よく検出することもできる。そのため、薄型化を図ることができ、かつ、優れた検出特性を有する接触センサー部９を有するロボット１となる。

また、前述したように、樹脂９１１は、荷重撓み温度が１００℃以上であることが好ましい。これにより、高温環境下での感圧部９１の弾性の低下を抑制することができ、接触センサー部９は、高温環境下においても常温環境下や低温環境下と同様の検出精度を発揮することができる。すなわち、感圧部９１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。

また、前述したように、樹脂９１１は、ポリカーボネートおよびポリエステルカーボネートの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。これにより、樹脂９１１とカーボンナノチューブ９１２との混練が容易となり、分散性もよく、感圧部９１の製造が容易となる。また、より硬い感圧部９１となるため、単位面積当たりの許容荷重が大きくなり、接触センサー部９の機械的強度を高めることができる。また、感圧部９１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。

また、前述したように、接触センサー部９は、感圧部９１を挟んで配置されている一対の電極９３、９５を有している。これにより、電極９３、９５を互いに邪魔することなく配置することができる。そのため、電極９３、９５の配置の自由度が高まると共に、その配置が簡単となる。したがって、接触センサー部９の構成が簡単なものとなる。

また、前述したように、感圧部９１は、シート状をなし、その厚さが０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ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９１となる。そのため、接触センサー部９の検出特性を維持しつつ、接触センサー部９の小型化を図ることができる。

また、前述したように、接触センサー部９は、任意の部位で、独立して接触を検出することができる。これにより、接触センサー部９は、ロボット本体２に押圧力（接触力）が加わったか否かのみならず、どの位置に押圧力（接触力）が加わったかを検出することができる。

また、前述したように、ロボット本体２は、表面に接触センサー部９が配置されている第１部分（図６の説明で言うアーム２３）と、第１部分に回動自在に接続されている第２部分（図６の説明で言うアーム２５）と、を有し、第２部分は、一部が第１部分と重なる姿勢を取り得、この姿勢では、第１部分と第２部分との間に接触センサー部９の少なくとも一部が位置している。これにより、接触センサー部９が第２部分の可動範囲を狭めてしまうことを抑制することができる。すなわち、ロボット本体２の可動範囲を狭めることなく接触センサー部９を配置することができる。

＜第２実施形態＞
図７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１は、主に、ロボット本体２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１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１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７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７に示すように、本実施形態のロボット本体２は、アーム２２の回動軸まわりのトルクを検出するトルクセンサー３１と、アーム２３の回動軸まわりのトルクを検出するトルクセンサー３２と、アーム２４の回動軸まわりのトルクを検出するトルクセンサー３３と、アーム２５の回動軸まわりのトルクを検出するトルクセンサー３４と、アーム２６の回動軸まわりのトルクを検出するトルクセンサー３５と、アーム２７の回動軸まわりのトルクを検出するトルクセンサー３６と、を有している。

ロボット制御部２８は、トルクセンサー３１、３２、３３、３４、３５、３６から得たトルク値に基づいて、ロボット本体２が周囲の物体と接触したか否かを判断する。具体的には、ロボット本体２のいずれかアームが周囲の物体と接触すると、トルクセンサー３１、３２、３３、３４、３５、３６のいずれかのトルク値が上昇する。そのため、ロボット制御部２８は、このトルク値の変動に基づいてロボット本体２が周囲の物体と接触したか否かを判断することができる。この判断方法としては、特に限定されないが、例えば、トルクセンサー３１、３２、３３、３４、３５、３６から得られるトルク値に閾値（上限値）を設定し、トルク値がこの閾値を超えた場合に、ロボット本体２が周囲の物体と接触したと判断する方法が挙げられる。この場合には、ロボット本体２の駆動を阻害しないために、通常の駆動でトルクセンサー３１、３２、３３、３４、３５、３６が受ける最大トルクよりも大きなトルクを閾値として設定する必要がある。

しかしながら、ロボット本体２の姿勢や周囲の物体とぶつかった場所によって、トルクセンサー３１、３２、３３、３４、３５、３６が受けるトルクが変動する。すなわち、所定のトルクセンサーから近い位置で接触した場合は、遠い位置で接触した場合と比べて、接触によりそのトルクセンサーに加わるトルクが小さくなる。そのため、ロボット本体２の姿勢や周囲の物体と接触した位置によっては、周囲の物体と接触したにも関わらず、トルク値が前記閾値を超えず、ロボット制御部２８が接触／非接触を誤検知するおそれがある。そこで、本実施形態では、ロボット制御部２８は、接触センサー部９から得られる接触位置の情報とロボット本体２の姿勢とに基づいて閾値を補正し、ロボット本体２の姿勢および接触場所によって最適な閾値を設定できるようになっている。そのため、より精度よく、ロボット本体２と周囲の物体との接触を検出することができる。

なお、ロボット制御部２８は、接触センサー部９から得られる接触位置の情報とロボット本体２の姿勢とに基づいて閾値を補正する以外にも、接触位置と姿勢とに対応する閾値をテーブルとして記憶し、接触センサー部９から得られる接触位置の情報とロボット本体２の姿勢とに対応する閾値を選択するようになっていてもよい。

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８は、本発明の第３実施形態に係るロボットが有する接触センサー部を示す断面図である。図９は、本実施形態の変形例を示す断面図である。

本実施形態に係るロボット１は、主に、接触センサー部９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１と同様である。

なお、以下の説明では、第３実施形態のロボット１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８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８に示すように、本実施形態の接触センサー部９では、電極９３は、１枚のシート状になっており、感圧部９１の表面のほぼ全域に広がって配置されている。同様に、電極９５は、１枚のシート状になっており、感圧部９１の裏面のほぼ全域に広がって配置されている。このような構成によれば、前述した第１実施形態のような複数の部位で独立して接触を検出することができる構成とはならないが、前述した第１実施形態の構成と比較して、接触センサー部９の構成が簡単なものとなる。なお、例えば、図９に示すように、本実施形態の接触センサー部９を複数並べて配置することで、実質的に第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。この際には、図９に示すように、各接触センサー部９の支持基板９２、９４を共通化してもよい。

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１０は、本発明の第４実施形態に係るロボットが有する接触センサー部を示す断面図である。図１１は、図１０に示す接触センサー部の平面図である。

本実施形態に係るロボット１は、主に、接触センサー部９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１と同様である。

なお、以下の説明では、第４実施形態のロボット１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１０および図１１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１０に示すように、本実施形態の接触センサー部９は、感圧部９１が構成する一の面（主面）に対して同じ側に位置する一対の電極９３、９５を有している。本実施形態では、電極９３、９５は、共に感圧部９１の表面側に配置されている。このように、電極９３、９５を感圧部９１に対して同じ側に配置することで、例えば、前述した第１実施形態のような感圧部９１を挟んで電極９３、９５を配置する構成と比べて、接触センサー部９の薄型化を図ることができる。特に、感圧部９１の表面の方が裏面よりも押圧力が加わり易いため、感圧部９１の表面側に電極９３、９５を配置することで、より精度よく押圧力を検出することができる。ただし、電極９３、９５は、共に感圧部９１の裏面側に配置されていてもよい。

また、電極９３、９５は、それぞれ、図１１中の縦方向に沿って延在し、同図中の横方向に沿って離間して並ぶ複数の電極部９３１、９５１を有し、電極部９３１、９５１が同図中の横方向に交互に並んで配置されている。すなわち、電極９３、９５は、櫛歯状をなしている。このような構成とすることで、電極９３、９５の接触を防止しつつ、電極９３、９５を効率的に配置することができる。

このような第４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５実施形態＞
図１２は、本発明の第５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５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。また、説明の便宜上、図１２では、接触センサー部９の図示を省略している。

図１２に示すロボット本体４は、基台としてのベース４１と、ベース４１に接続されている胴体４２と、胴体４２に対して回動可能に接続されている一対のアーム４３と、胴体４２に設けられているステレオカメラ４４および信号灯４５と、ロボット制御部４６と、を有している。

また、ベース４１には、ロボット本体４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４を移動する際に把持するハンドル４１１と、が設けられている。さらに、ベース４１には、作業台に当接させるためのバンパー４１２、緊急時にロボット本体４を停止させるための非常停止ボタン４１３、命令等を入力する入力装置４１４等が設けられている。

胴体４２は、ベース４１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４３は、関節機構を介して胴体４２に連結されている第１肩部４３１と、関節機構を介して第１肩部４３１に連結されている第２肩部４３２と、捻り機構を介して第２肩部４３２の先端に連結されている上腕部４３３と、関節機構を介して上腕部４３３の先端に連結されている第１前腕部４３４と、捻り機構を介して第１前腕部４３４の先端に連結されている第２前腕部４３５と、関節機構を介して第２前腕部４３５の先端に連結されている手首部４３６と、捻り機構を介して手首部４３６の先端に連結されている連結部４３７とを有している。また、連結部４３７にはハンド部４３８が設けられており、ハンド部４３８にロボットハンド（エンドエフェクター）が装着可能となっている。

このようなロボット本体４の所定部分（特に両アーム４３）には、図示しない接触センサー部９が設けられている。

このような第５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６実施形態＞
図１３は、本発明の第６実施形態に係るロボットを示す側面図である。

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６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。また、説明の便宜上、図１３では、接触センサー部９の図示を省略している。

図１３に示すロボット本体５は、いわゆる水平多関節ロボット（スカラロボット）であり、例えば、精密機器等を製造する製造工程等で用いられ、精密機器や部品等の把持や搬送等を行うことができる。ロボット本体５は、基台５１と、第１アーム５２と、第２アーム５３と、作業ヘッド５４と、配線引き回し部５５と、ロボット制御部５６と、を有している。

基台５１は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台５１の上端部には、第１アーム５２が連結されている。第１アーム５２は、基台５１に対して鉛直方向に沿う第１軸Ｊ１まわりに回動可能となっている。また、第１アーム５２の先端部には、第２アーム５３が連結されている。第２アーム５３は、第１アーム５２に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｊ２まわりに回動可能となっている。

また、第２アーム５３の先端部には、作業ヘッド５４が配置されている。作業ヘッド５４は、第２アーム５３の先端部に同軸的に配置されたスプラインナットおよびボールネジナット（ともに図示せず）に挿通されたスプラインシャフト５４１を有している。スプラインシャフト５４１は、第２アーム５３に対して、その軸Ｊ３まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。そして、スプラインシャフト５４１の先端部には、ロボットハンド５９（エンドエフェクター）が連結されている。

例えば、このようなロボット本体５の第１アーム５２の側面および第２アーム５３の側面に接触センサー部９を配置することができる。ただし、接触センサー部９の配置としては、特に限定されない。

このような第６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。

以上、本発明のロボットについて、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…ロボット、２…ロボット本体、２１…ベース、２２、２３、２４、２５、２６、２７…アーム、２８…ロボット制御部、２９…ロボットハンド、３１、３２、３３、３４、３５、３６…トルクセンサー、４…ロボット本体、４１…ベース、４１１…ハンドル、４１２…バンパー、４１３…非常停止ボタン、４１４…入力装置、４２…胴体、４３…アーム、４３１…第１肩部、４３２…第２肩部、４３３…上腕部、４３４…第１前腕部、４３５…第２前腕部、４３６…手首部、４３７…連結部、４３８…ハンド部、４４…ステレオカメラ、４５…信号灯、４６…ロボット制御部、５…ロボット本体、５１…基台、５２…第１アーム、５３…第２アーム、５４…作業ヘッド、５４１…スプラインシャフト、５５…配線引き回し部、５６…ロボット制御部、５９…ロボットハンド、９…接触センサー部、９１…感圧部、９１１…樹脂、９１２…カーボンナノチューブ、９２…支持基板、９３…電極、９３１…電極部、９４…支持基板、９５…電極、９５１…電極部、Ａ…矢印、Ｊ１…第１軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…軸

Claims (8)

1. ロボット本体と、
   前記ロボット本体の表面に配置され、接触を検出する接触センサー部と、を有し、
   前記接触センサー部は、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ロボット。
2. 前記樹脂は、荷重撓み温度が１００℃以上である請求項１に記載のロボット。
3. 前記樹脂は、ポリカーボネートおよびポリエステルカーボネートの少なくとも一方を含んでいる請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記接触センサー部は、前記感圧部を挟んで配置されている一対の電極を有している請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
5. 前記接触センサー部は、前記感圧部が構成する一の面に対して同じ側に位置する一対の電極を有している請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
6. 前記感圧部は、シート状をなし、その厚さが０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ以下である請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボット。
7. 前記接触センサー部は、任意の部位で、独立して前記接触を検出することができる請求項１ないし６のいずれか１項に記載のロボット。
8. 前記ロボット本体は、表面に前記接触センサー部が配置されている第１部分と、前記第１部分に回動自在に接続されている第２部分と、を有し、
   前記第２部分は、一部が前記第１部分と重なる姿勢を取り得、前記姿勢では、前記第１部分と前記第２部分との間に前記接触センサー部の少なくとも一部が位置する請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボット。

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