JP2019107728A - 把持ハンドおよびロボット - Google Patents

Abstract

【課題】把持部に加わる力を高精度に検出することができる把持ハンドを提供すること、また、この把持ハンドを備えるロボットを提供すること。【解決手段】把持部と、前記把持部を移動させる駆動力を発生するモーターと、前記駆動力を前記把持部に伝達する第１部材および第２部材を含む伝達機構と、を備え、前記第１部材は、軸部材に支持され、前記軸部材に沿って移動して、前記第２部材を移動させ、前記第２部材は、前記軸部材と平行な方向に移動して前記把持部を移動させ、前記第１部材と前記第２部材との間には、感圧センサーが設けられていることを特徴とする把持ハンド。【選択図】図２

Description

本発明は、把持ハンドおよびロボットに関する。

垂直多関節ロボット、水平多関節ロボット等のロボットは、ロボットアームを有しており、一般に、ロボットアームの先端には、ハンド等のエンドエフェクターが装着される。このようなエンドエフェクターの一種として、対象物を把持可能な把持ハンドが知られている。

例えば、特許文献１に記載の電動ハンドは、電動モーターと、電動モーターの回転動作を直進動作に変換する回転直動変換機構と、回転直動変換機構を介して直進移動する１対のフィンガーベースと、１対のフィンガーベースに固定された１対のフィンガーと、フィンガーの開閉方向の力（把持力）を検出する力センサーと、を有する。ここで、力センサーは、フィンガーベースに負荷される外力によって変化するギャップを有する１対の電極を有し、当該１対の電極間の静電容量を検出することで、把持力を検出する。

特開２０１４−２４１３４号公報

しかし、特許文献１に記載の電動ハンドでは、フィンガーベースに負荷される外力によって１対の電極間のギャップを変化させなければならないため、フィンガーベースの把持位置によるモーメントの影響が大きく、把持力を直接的に検出することができないという課題がある。

本発明の目的は、把持部に加わる力を高精度に検出することができる把持ハンドを提供すること、また、この把持ハンドを備えるロボットを提供することにある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。

本発明の適用例に係る把持ハンドは、把持部と、
前記把持部を移動させる駆動力を発生するモーターと、
前記駆動力を前記把持部に伝達する第１部材および第２部材を含む伝達機構と、を備え、
前記第１部材は、軸部材に支持され、前記軸部材に沿って移動して、前記第２部材を移動させ、
前記第２部材は、前記軸部材と平行な方向に移動して前記把持部を移動させ、
前記第１部材と前記第２部材との間には、感圧センサーが設けられていることを特徴とする。

このような把持ハンドによれば、モーターからの駆動力を把持部に伝達する伝達機構の第１部材と第２部材との間に感圧センサーが設けられているため、把持部に加わる力（把持力、押圧力等）を感圧センサーにより直接的に検出することができる。ここで、感圧センサーの剛性が高いため、把持部に加わる力を感圧センサーにより高精度に検出することができる。また、感圧センサーの厚さが薄いため、伝達機構の小型化および軽量化、ひいては把持ハンドの小型化および軽量化を図ることもできる。

本適用例の把持ハンドでは、前記伝達機構は、前記モーターの回転を前記１対の把持部の開閉動作に変換することが好ましい。

これにより、比較的簡単かつ安価な構成で、１対の把持部を開閉させることができる。また、このような変換を行う機構は把持部に加わる力をモーターに伝えにくいため、当該力によって把持部が変位することを低減することもできる。

本適用例の把持ハンドでは、ケースと、
前記ケースに支持され、前記第２部材をガイドするガイド部材と、を有することが好ましい。
これにより、第２部材を所望方向に安定的に移動させることができる。

本適用例の把持ハンドでは、前記第１部材と前記第２部材とはネジによって連結されていることが好ましい。

これにより、第１部材と第２部材とを比較的高剛性で連結しつつ、把持部に加わる力に応じて感圧センサーの出力を変化させることができる。

本適用例の把持ハンドでは、前記感圧センサーは、前記ネジに対して前記把持部側に配置されている第１感圧センサーと、前記ネジに対して前記把持部とは反対側に配置されている第２感圧センサーと、を含むことが好ましい。

これにより、第１感圧センサーおよび第２感圧センサーのうちの一方のセンサーで、１対の把持部が接近する際に把持部に加わる力を検出し、他方のセンサーで、１対の把持部が離反する際に加わる力を検出することができる。

本適用例の把持ハンドでは、前記第１感圧センサーおよび前記第２感圧センサーは、同一基板上に配置されていることが好ましい。

これにより、感圧センサーの配線の取り回しを簡単化することができる。また、第１感圧センサーおよび第２感圧センサーのアライメントを簡単化することもできる。

本適用例の把持ハンドでは、前記感圧センサーは、樹脂および導電性材料を含む抵抗型の感圧センサーであることが好ましい。
これにより、感圧センサーの薄型化および高剛性化を図ることができる。

本適用例の把持ハンドでは、前記導電性材料は、カーボンナノチューブであることが好ましい。
これにより、感圧センサーの耐久性、耐荷重性および剛性を向上させることができる。

本発明の適用例に係るロボットは、本適用例の把持ハンドを備えることを特徴とする。
このようなロボットによれば、把持ハンドの効果を用いてロボットの特性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る把持ハンドの断面図である。 図１に示す把持ハンドが備える第１部材、第２部材および感圧センサーを拡大して示す断面図である。 図２に示す第１部材および第２部材を重なる方向から見た平面図である。 図２に示す感圧センサーの平面図である。 図２に示す感圧センサーの感圧部を拡大して示す断面図である。 感圧センサーの変形例を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る把持ハンドが備える第１部材、第２部材および感圧センサーを拡大して示す断面図である。 図７に示す第１部材および第２部材を重なる方向から見た平面図である。 本発明の実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

以下、本発明の把持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。

１．把持ハンド
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る把持ハンドの断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。

図１に示す把持ハンド１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、対象物を把持するのに用いられる。この把持ハンド１は、ケース２と、ケース２内に設置されている伝達機構３およびモーター４と、伝達機構３に取り付けられた１対の把持部５と、を有する。

ここで、伝達機構３は、モーター４からの駆動力により１対の把持部５を開閉動作させる。また、伝達機構３には、各把持部５に加わる力を検出する感圧センサー３７が設けられている。これにより、感圧センサー３７の検出結果に基づいて、モーター４の駆動制御を行うことで、１対の把持部５により適切な把持力で対象物を掴むことができる。特に、把持部５に加わる力を感圧センサー３７により高精度に検出することができる。また、感圧センサー３７は小型かつ薄型であるため、伝達機構３の小型化および軽量化、ひいては把持ハンド１の小型化および軽量化を図ることができる。以下、まず、把持ハンド１の各部を簡単に説明する。

ケース２は、上方に開口する箱状をなしている。このケース２は、伝達機構３およびモーター４を支持したり外部から保護したりする機能を有する。ケース２の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、鉄等の金属材料が挙げられる。このようなケース２内には、伝達機構３およびモーター４が設置されている。ここで、伝達機構３の一部がケース２の開口から露出しており、当該一部に把持部５が取り付けられている。なお、ケース２の形状は、前述した機能を発揮することができればよく、図示の形状に限定されない。

モーター４は、詳細な図示は省略するが、正逆回転可能な回転型のモーターである。このモーター４としては、特に限定されず、例えば、直流モーター、交流モーター、ステッピングモーター、リラクタンスモーター、超音波モーター（圧電モーター）等を用いることができる。また、モーター４は、図示しないモータードライバーに電気的に接続されており、このモータードライバーから駆動電流を受けて駆動する。また、把持ハンド１は、図示しないが、モーター４または後述する送りネジ３１の回転角度を検出するエンコーダーを有しており、このエンコーダーの出力信号が前述したモータードライバーに入力され、モーター４の駆動制御に用いられる。なお、モーター４の設置位置は、モーター４が伝達機構３に駆動力を入力することができればよく、図示の位置に限定されず、例えば、ケース２の外部であってもよい。

伝達機構３は、モーター４の駆動力を１対の把持部５に伝達する機能を有する。本実施形態では、伝達機構３は、モーター４の回転動作を直進動作に変換する機能を有する。これにより、回転型のモーター４の駆動力により１対の把持部５を開閉することができる。

具体的に説明すると、伝達機構３は、送りネジ３１と、送りネジ３１をケース２に対して回転可能に支持する１対の軸受３２と、送りネジ３１に噛み合う部分を有する１対の第１部材３３と、１対の第１部材３３に対してネジ３５およびワッシャー３６を用いて連結されている１対の第２部材３４と、１対の第２部材３４を移動可能に支持しているガイド３９と、を有する。これらの構成材料としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、鉄等の金属材料が挙げられる。

送りネジ３１は、図１中左右方向に延びて配置されており、左右に設けられた１対のネジ部３１１を有する。この１対のネジ部３１１は、一方が順ネジ（右ネジ）であり、他方が逆ネジ（左ネジ）である。このような送りネジ３１の両端部は、１対の軸受３２を介して回転可能にケース２に支持されている。ここで、軸受３２は、例えば、ボールベアリングである。

このような送りネジ３１は、前述したモーター４の駆動力により回転する。ここで、図示しないが、送りネジ３１には、ギアが設けられており、このギアには、モーター４の回転軸に設けられたギアが噛み合っている。これにより、送りネジ３１をモーター４により正転または逆転させることができる。なお、モーター４から送りネジ３１へ駆動力を伝達する構成は、ギアを用いた構成に限定されず、例えば、ベルトおよびプーリーを用いた構成であってもよいし、モーター４の回転軸を送りネジ３１に直結した構成であってもよい。また、モーター４が圧電モーターである場合、送りネジ３１が圧電モーターの回転軸と一体で構成されていてもよい。

１対の第１部材３３は、それぞれ、送りネジ３１側からケース２の開口側に延びて配置されており、一方の第１部材３３の下部が送りネジ３１の一方（図１中左側）のネジ部３１１に螺合し、他方の第１部材３３の下部が送りネジ３１の他方（図１中右側）のネジ部３１１に螺合している。したがって、送りネジ３１を回転させることにより、１対の第１部材３３が接近または離間するように移動（直動）する。なお、第１部材３３が送りネジ３１に直接螺合している構成に限定されず、例えば、送りネジ３１に螺合する他の部材に第１部材３３を取り付けてもよい。

１対の第２部材３４は、それぞれ、一部がケース２の上部に形成された開口から外部へ突出するよう、送りネジ３１側からケース２の開口側に延びて配置されており、一方（図１中左側）の第２部材３４が一方の第１部材３３にネジ３５およびワッシャー３６を用いて連結され、他方（図１中右側）の第２部材３４が他方の第１部材３３にネジ３５およびワッシャー３６を用いて連結されている。

また、１対の第２部材３４は、それぞれ、ガイド３９に沿って図１中左右方向に互いに接近または離間するように移動可能にガイド３９に支持されている。ここで、ガイド３９は、棒状の部材で構成され、図１中左右方向に延びて配置されており、ケース２に支持されている。なお、ガイド３９の構成は、１対の第２部材３４を互いに接近または離間するように移動可能であればよく、図示の構成に限定されず、例えば、互いに平行に配置されている複数の棒状の部材で構成されていてもよく、この場合、一方の第２部材３４を支持するガイド３９と他方の第２部材３４を支持するガイド３９とが別々の部材で構成されていてもよい。

このように構成された伝達機構３の第１部材３３と第２部材３４との間には、感圧センサー３７が配置されている。この感圧センサー３７は、把持部５に加わる力を検出する。また、第２部材３４とワッシャー３６との間には、感圧センサー３８が配置されている。この感圧センサー３８も、把持部５に加わる力を検出する。なお、感圧センサー３７、３８およびこれに関する構成については、後に詳述する。

また、伝達機構３の各第２部材３４には、把持部５が例えばネジ止め等の固定方法により取り付けられている。１対の把持部５は、対象物を把持する部分である。把持部５の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、鉄等の金属材料、セラミックス材料等が挙げられる。なお、把持部５の形状は、対象物の種類等に応じて決められるものであり、図示の形状に限定されない。

以上、把持ハンド１の各部を簡単に説明した。この把持ハンド１は、モーター４からの駆動力を伝達機構３により１対の把持部５に伝達し、モーター４の回転方向に対応して１対の把持部５同士が図１中横方向でかつ反対方向に移動し、接近または離間する。ここで、把持部５に力が加わると、伝達機構３の第１部材３３と第２部材３４との間に配置されている感圧センサー３７、および、伝達機構３の第２部材３４とワッシャー３６との間に配置されている感圧センサー３８に加わる圧力が変化する。したがって、把持部５に加わる力を感圧センサー３７、３８により検出することができる。以下、感圧センサー３７、３８およびこれに関する事項について詳述する。

図２は、図１に示す把持ハンドが備える第１部材、第２部材および感圧センサーを拡大して示す断面図である。図３は、図２に示す第１部材および第２部材を重なる方向から見た平面図である。図４は、図２に示す感圧センサーの平面図である。図５は、図２に示す感圧センサーの感圧部を拡大して示す断面図である。

図２および図３に示すように、第１部材３３および第２部材３４は、それぞれ、略板状をなしている。そして、第１部材３３および第２部材３４は、互いの板面を向かい合わせるように重ねて配置されている。ここで、第１部材３３は、前述した送りネジ３１のネジ部３１１が螺合するネジ孔３３１と、ネジ３５のネジ部３５１が螺合するネジ孔３３２と、を有し、ネジ孔３３１、３３２は、それぞれ、第１部材３３をその厚さ方向に貫通している。また、第２部材３４は、ネジ３５のネジ部３５１（軸部）が挿通される貫通孔３４１と、ガイド３９が挿通される案内面を構成する貫通孔３４２と、を有する。なお、第１部材３３および第２部材３４の形状は、第１部材３３と第２部材３４との間に感圧センサー３７を挟むことができればよく、図示の形状に限定されないが、感圧センサー３７との接触面が平面であることが好ましい。また、ネジ孔３３１は、送りネジ３１のネジ部３１１が挿通される貫通孔であってもよく、この場合、第１部材３３に対して第２部材３４とは反対側にて、ネジ部３１１をナット等の他の部材に締結すればよい。

第２部材３４に対して第１部材３３とは反対側には、ネジ３５のネジ部３５１が挿通される貫通孔３６１を有するワッシャー３６が配置されている。そして、ネジ３５は、ネジ３５の頭部３５２が第２部材３４側となるように、ワッシャー３６を介して第２部材３４側から第１部材３３に締結されている。これにより、第１部材３３および第２部材３４がネジ３５およびワッシャー３６を用いて連結されている。なお、ワッシャー３６の形状は、第２部材３４とワッシャー３６との間に感圧センサー３８を挟むことができればよく、図示の形状に限定されないが、感圧センサー３７との接触面が平面であることが好ましい。

ここで、第１部材３３と第２部材３４との間には、感圧センサー３７が配置されている。この感圧センサー３７は、図３に示すように、第１部材３３と第２部材３４とが重なる方向から見たとき、ネジ３５を介して貫通孔３４２側（すなわち把持部５側）に位置する感圧センサー３７ａと、ネジ孔３３１側（すなわちモーター４側）に位置する感圧センサー３７ｂと、を有する。本実施形態では、感圧センサー３７ａ、３７ｂは、図４に示すように、互いに別体として構成されている。このように配置された感圧センサー３７ａ、３７ｂは、例えば、図２中に示す方向の力Ｆが把持部５に加わると、感圧センサー３７ａに圧縮力（荷重）が加わり感圧センサー３７ａの抵抗値が減少して感圧センサー３７ｂの抵抗値よりも小さくなる。これに対し、図２中に示す方向の力Ｆとは反対方向の力が把持部５に加わると、感圧センサー３７ｂに圧縮力（荷重）が加わり感圧センサー３７ｂの抵抗値が減少して感圧センサー３７ａの抵抗値よりも小さくなる。

同様に、第２部材３４とワッシャー３６との間には、感圧センサー３８が配置されており、感圧センサー３８は、感圧センサー３８ａ、３８ｂを有する。ただし、感圧センサー３８ａ、３８ｂは、把持部５に力が加わると、感圧センサー３７ａの抵抗値が減少するとき、感圧センサー３８ｂの抵抗値が減少し、一方、感圧センサー３７ｂの抵抗値が減少するとき、感圧センサー３８ａの抵抗値が減少する。

感圧センサー３７、３８は、それぞれ、受けた圧力に応じた信号を出力するセンサーである。この感圧センサー３７、３８は、それぞれ、抵抗型の感圧センサーである。以下、図５に基づいて、感圧センサー３７についてより具体的に説明する。なお、感圧センサー３８は、感圧センサー３７と同様に構成することができる。

感圧センサー３７は、図５に示すように、シート状の感圧部材３７１と、感圧部材３７１の両面に配置されている１対の電極３７２、３７３と、電極３７２を支持している支持基板３７４と、電極３７３を支持している支持基板３７５と、を有する。この感圧センサー３７では、周囲の物体との接触によって、感圧センサー３７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３７２、３７３間における感圧部材３７１の抵抗値が変化する。そのため、この抵抗値変化に基づいて、感圧センサー３７に加わる押圧力を検出することができる。

感圧部材３７１は、樹脂３７１ａおよび導電性材料３７１ｂを含む材料（感圧導電性樹脂）で構成されている。ここで、樹脂３７１ａおよび導電性材料３７１ｂは、混合されていることが好ましい。これにより、感圧部材３７１を図示のごとくシート状に容易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センサー３７としての機能を発揮でき）、感圧センサー３７の薄型化および軽量化を図ることができる。なお、このような感圧部材３７１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、感圧センサー３７の厚さは、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、十分に薄い感圧センサー３７を実現することができる。

感圧部材３７１に含まれる樹脂３７１ａとしては、感圧部材３７１の必要な機能を発揮することができればよく、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３７１ａと導電性材料３７１ｂとの混練が容易となり、分散性もよく、感圧部材３７１の製造が容易となる。ここで、熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、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３７１ａ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）の少なくとも一方の樹脂を含んでいることが好ましく、当該樹脂を樹脂３７１ａ全体の５０重量％以上含んでいることがより好ましく、当該樹脂を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、比較的硬い感圧部材３７１となるため、単位面積当たりの許容荷重が大きくなり、感圧センサー３７の機械的強度を高めることができる。また、感圧部材３７１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３７１ａのヤング率は、１ＧＰａ以上であることが好ましい。これにより、より硬い感圧部材３７１となるため、感圧センサー３７の機械的強度を高めることができる。また、感圧部材３７１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３７１ａの荷重たわみ温度は、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材３７１の弾性の低下を抑制することができ、感圧センサー３７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、感圧部材３７１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。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。

感圧部材３７１に含まれる導電性材料３７１ｂとしては、感圧部材３７１の必要な機能を発揮することができればよく、特に限定されないが、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いることが好ましい。これにより、感圧部材３７１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。また、導電性材料３７１ｂとしてカーボンナノチューブを用いることで、感圧センサー３７に加わる力（荷重）の変化に対する電極３７２、３７３間の抵抗値の変化がスムーズとなる。さらに、感圧センサー３７に加わる力（荷重）に対する電極３７２、３７３間の抵抗値変化量が大きくなる。そのため、より精度よく、感圧センサー３７に加わる押圧力を検出することができる。なお、導電性材料３７１ｂとして、カーボンブラック等の他の炭素系材料、金属材料等を用いてもよい。

導電性材料３７１ｂの形態としては、特に限定されず、粒子状、繊維状等が挙げられるが、粒子状であることが好ましい。これにより、前述したような混練容易性の効果を得ることができる。また、導電性材料３７１ｂがカーボンナノチューブである場合、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、感圧部材３７１中の導電性材料３７１ｂ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、感圧部材３７１に適度な導電性を付与することができると共に、導電性材料３７１ｂを過剰に混合してしまうことによる感圧部材３７１の機械的強度の低下を抑制することができる。

また、感圧部材３７１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、十分に薄い感圧部材３７１となる。そのため、感圧センサー３７の検出特性を維持しつつ、感圧センサー３７の小型化を図ることができる。

以上のような感圧部材３７１の両面に配置された１対の電極３７２、３７３は、それぞれ、感圧部材３７１の面方向でのほぼ全域にわたって一様に配置されている。なお、電極３７２、３７３の形成範囲、形状等は、特に限定されず、例えば、櫛歯状等にパターニングされていてもよい。また、電極３７２、３７３の双方を感圧部材３７１の一方の面に配置してもよく、この場合、例えば、電極３７２、３７３が互いに離間しつつ噛み合うように櫛歯状をなしていればよい。また、電極３７２、３７３は、感圧センサー３７ａまたは感圧センサー３７ｂ内での押圧力の面方向での強度分布を検出し得るように構成されていてもよい。

また、電極３７２、３７３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）用いることができる。

以上のような１対の電極３７２、３７３を支持する１対の支持基板３７４、３７５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３７４、３７５としてプリント基板を用いることで、支持基板３７４、３７５への電極３７２、３７３の形成が容易となる。また、支持基板３７４、３７５の少なくとも一方にフレキシブル基板を用いることで、感圧センサー３７の薄型化を容易に図ることができる。一方、支持基板３７４、３７５の少なくとも一方にリジット基板を用いることで、感圧部材３７１に押圧力が加わりやすくなり、より精度よく、押圧力を検出することができる。

また、図４に示すように、支持基板３７４、３７５のうちの少なくとも一方（図４では支持基板３７４）は、電極３７２、３７３から引き出された配線３７６を支持する部分を有する。本実施形態では、感圧センサー３７ａの支持基板３７４、３７５と感圧センサー３７ｂの支持基板３７４、３７５とが別体として構成されている。

以上のように、把持ハンド１は、把持部５と、把持部５を移動させる駆動力を発生するモーター４と、モーター４からの駆動力を把持部５に伝達する第１部材３３および第２部材３４を含む伝達機構３と、を備え、第１部材３３と第２部材３４との間には、感圧センサー３７が設けられている。ここで、第１部材３３は、送りネジ３１（軸部材）に支持され、送りネジ３１に沿って移動して、第２部材３４を移動させる。また、第２部材３４は、送りネジ３１と平行な方向に移動して把持部５を移動させる。

このような把持ハンド１によれば、モーター４からの駆動力を把持部５に伝達する第１部材３３と第２部材３４との間に感圧センサー３７が設けられているため、把持部５に加わる力（把持力、押圧力等）を感圧センサー３７により直接的に検出することができる。ここで、感圧センサー３７の剛性が高いため、把持部５に加わる力を感圧センサー３７により高精度に検出することができる。また、感圧センサー３７の厚さが薄いため、伝達機構３の小型化および軽量化、ひいては把持ハンド１の小型化および軽量化を図ることもできる。

本実施形態では、伝達機構３がモーター４からの駆動力を１対の把持部５に伝達するワッシャー３６を含んでおり、第２部材３４とワッシャー３６との間には、感圧センサー３８が配置されている。ここで、第２部材３４およびワッシャー３６のうちの一方を本発明の「第１部材」、他方を「第２部材」と捉えればよい。この感圧センサー３８も、感圧センサー３７による効果と同様の効果を奏することができる。また、感圧センサー３７、３８の双方を設けることで、検出精度または検出感度の向上を図ることもできる。なお、感圧センサー３７、３８のうちの一方を省略してもよい。この場合、ワッシャー３６を省略してもよい。

また、伝達機構３は、モーター４の回転を１対の把持部５の開閉動作に変換する。これにより、比較的簡単かつ安価な構成で、１対の把持部５を開閉させることができる。また、このような変換を行う機構は把持部５に加わる力をモーター４に伝えにくいため、当該力によって把持部５が変位することを低減することもできる。なお、伝達機構３は、モーター４からの駆動力を第１部材３３および第２部材３４に伝えて１対の把持部５を開閉させることができればよく、前述したような変換を行う構成に限定されず、例えば、モーター４として直動モーターを用いて、モーター４からの駆動力を第１部材３３および第２部材３４に伝えて１対の把持部５を開閉させてもよい。

また、把持ハンド１は、ケース２と、ケース２に支持され、第２部材３４をガイドするガイド部材であるガイド３９と、を有する。これにより、第２部材３４を所望方向に安定的に移動させることができる。

また、第１部材３３と第２部材３４とはネジ３５によって連結されている。これにより、第１部材３３と第２部材３４とを比較的高剛性で連結しつつ、把持部５に加わる力に応じて感圧センサー３７の出力を変化させることができる。なお、ネジ３５は、第１部材３３および第２部材３４だけでなくワッシャー３６も連結している。これにより、第２部材３４とワッシャー３６とを比較的高剛性で連結しつつ、把持部５に加わる力に応じて感圧センサー３８の出力を変化させることができる。

ここで、感圧センサー３７は、ネジ３５に対して把持部５側に配置されている第１感圧センサーである感圧センサー３７ａと、ネジ３５に対して把持部５とは反対側に配置されている第２感圧センサーである感圧センサー３７ｂと、を含む。これにより、感圧センサー３７ａおよび感圧センサー３７ｂのうちの一方のセンサーで、１対の把持部５が接近する際に把持部５に加わる力を検出し、他方のセンサーで、１対の把持部５が離反する際に加わる力を検出することができる。なお、感圧センサー３８についても感圧センサー３７と同様である。また、感圧センサー３７または感圧センサー３８が有する感圧センサーの数は、２つに限定されず、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

また、感圧センサー３７は、樹脂３７１ａおよび導電性材料３７１ｂを含む抵抗型の感圧センサーであることが好ましい。これにより、感圧センサー３７の薄型化および高剛性化を図ることができる。

このように、感圧センサー３７が樹脂３７１ａおよび導電性材料３７１ｂを含む抵抗型の感圧センサーである場合、導電性材料３７１ｂは、カーボンナノチューブであることが好ましい。これにより、感圧センサー３７の耐久性、耐荷重性および剛性を向上させることができる。なお、感圧センサー３８についても感圧センサー３７と同様である。また、感圧センサー３７、３８は、それぞれ、前述した図５に示す構成に限定されず、例えば、感圧導電ゴムやピエゾ抵抗素子を用いた構成であってもよい。

（変形例）
図６は、感圧センサーの変形例を示す平面図である。

前述した実施形態では、感圧センサー３７ａの支持基板３７４、３７５と感圧センサー３７ｂの支持基板３７４、３７５とが別体として構成されている場合を例に説明したが、図６に示すように感圧センサー３７ａ、３７ｂで支持基板３７４、３７５を共通化してもよい。図６では、支持基板３７４、３７５のうちの少なくとも一方（図６では支持基板３７４）は、感圧センサー３７ａ、３７ｂで共通化されており、これらのセンサーの配線３７６を支持する部分を有する。

このように、感圧センサー３７ａ（第１感圧センサー）および感圧センサー３７ｂ（第２感圧センサー）は、同一基板である支持基板３７４上に配置されている。これにより、感圧センサー３７の配線３７６の取り回しを簡単化することができる。また、感圧センサー３７ａ、３７ｂのアライメントを簡単化することもできる。

＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係る把持ハンドが備える第１部材、第２部材および感圧センサーを拡大して示す断面図である。図８は、図７に示す第１部材および第２部材を重なる方向から見た平面図である。

以下、第２実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図７および図８において、前述した実施形態と同様の構成に関しては、同一符号を付している。

本実施形態の把持ハンド１Ａが備える伝達機構３Ａは、前述した第１実施形態の伝達機構３の第１部材３３およびワッシャー３６に代えて、図７および図８に示すように、第１部材３３Ａおよびワッシャー３６Ａを有する。

ここで、第１部材３３には、ネジ６が螺合する１対のネジ孔３３３ａ、３３３ｂを有する。このネジ孔３３３ａ、３３３ｂは、感圧センサー３７ａ、３７ｂに重なる位置に配置されている。ネジ孔３３３ａ、３３３ｂに螺合するネジ６は、感圧センサー３７ａ、３７ｂ側に締め付けられることで、感圧センサー３７ａ、３７ｂに予圧を付与することが可能となっている。これにより、感圧センサー３７ａ、３７ｂの出力を調整することができる。

同様に、ワッシャー３６には、ネジ６が螺合する１対のネジ孔３６２ａ、３６２ｂを有する。このネジ孔３６２ａ、３６２ｂは、感圧センサー３８ａ、３８ｂに重なる位置に配置されている。ネジ孔３６２ａ、３６２ｂに螺合するネジ６は、感圧センサー３８ａ、３８ｂ側に締め付けられることで、感圧センサー３８ａ、３７ｂに予圧を付与することが可能となっている。これにより、感圧センサー３８ａ、３８ｂの出力を調整することができる。

ネジ６は、六角穴付き止めネジ（イモネジ）である。なお、ネジ６としては、六角穴付き止めネジに限定されず、すりわり付きイモネジ、十字（プラス）穴付きイモネジ等の各種ネジを用いることができる。また、図示では、感圧センサー３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂのそれぞれに対応するネジ６の数が１つであるが、これに限定されず、これらのセンサーの大きさ等によっては、１つのセンサーに対して複数のネジを用いてもよい。

以上のような第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させることができる。

２．ロボット
図９は、本発明の実施形態に係るロボットを示す斜視図である。なお、以下では、ロボット１００の基台１１０側を「基端側」、その反対側（把持ハンド１側）を「先端側」と言う。

図９に示すロボット１００は、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットであり、例えば、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。図９に示すように、ロボット１００は、基台１１０と、基台１１０に回動可能に連結されているロボットアーム１０と、ロボットアーム１０の先端部に取り付けられている力検出装置１７と、力検出装置１７に装着されている把持ハンド１と、ロボットアーム１０の駆動を制御する制御装置５０と、を備える。

基台１１０は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上等に固定される。ロボットアーム１０は、基台１１０に対して回動可能に連結されているアーム１１（第１アーム）と、アーム１１に対して回動可能に連結されているアーム１２（第２アーム）と、アーム１２に対して回動可能に連結されているアーム１３（第３アーム）と、アーム１３に対して回動可能に連結されているアーム１４（第４アーム）と、アーム１４に対して回動可能に連結されているアーム１５（第５アーム）と、アーム１５に対して回動可能に連結されているアーム１６（第６アーム）と、を有する。また、アーム１６の先端面には、力検出装置１７を介して把持ハンド１（または１Ａ）が装着されている。

また、図示しないが、ロボットアーム１０の各関節部には、モーターおよび減速機を含む駆動部と、各関節部の駆動状態（例えば回転角度）を検出する角度センサーとが設置されている。

制御装置５０は、図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーと、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリーと、Ｉ／Ｆ（インターフェース回路）と、を有する。そして、制御装置５０は、メモリーに記憶されているプログラムをプロセッサーが適宜読み込んで実行することで、ロボット１００の動作の制御、各種演算および判断等の処理を実現する。また、Ｉ／Ｆは、駆動部、角度センサーおよび把持ハンド１と通信可能に構成されている。

なお、制御装置５０は、図示では、ロボット１００の基台１１０内に配置されているが、これに限定されず、例えば、基台１１０の外部に配置されていてもよい。また、制御装置５０には、ディスプレイ等のモニターを備える表示装置、例えばマウスやキーボード等を備える入力装置等が接続されていてもよい。

以上のように、ロボット１００は、把持ハンド１（または１Ａ）を備える。このようなロボット１００によれば、把持ハンド１の効果を用いてロボット１００の特性を向上させることができる。例えば、把持ハンド１（または１Ａ）の小型化および軽量化を図ることで、ロボット１００の動作を円滑かつ高精度に行うことができる。

以上、本発明の把持ハンドおよびロボットを、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、本発明は、前述した実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

また、本発明のロボットは、ロボットアームを有していれば、単腕ロボットに限定されず、例えば、双腕ロボット、スカラーロボット等の他のロボットであってもよい。また、ロボットアームが有するアームの数（関節の数）は、前述した実施形態の数（６つ）に限定されず、１つ以上５つ以下または７つ以上であってもよい。

また、前述した実施形態では、把持ハンドが有する把持部の数が２つ（１対）である場合を例に説明したが、これに限定されず、把持部の数が３つ以上または２対以上であってもよい。

１…把持ハンド、１Ａ…把持ハンド、２…ケース、３…伝達機構、３Ａ…伝達機構、４…モーター、５…把持部、６…ネジ、１０…ロボットアーム、１１…アーム、１２…アーム、１３…アーム、１４…アーム、１５…アーム、１６…アーム、１７…力検出装置、３１…送りネジ、３２…軸受、３３…第１部材、３３Ａ…第１部材、３４…第２部材、３５…ネジ、３６…ワッシャー、３６Ａ…ワッシャー、３７…感圧センサー、３７ａ…感圧センサー、３７ｂ…感圧センサー、３８…感圧センサー、３８ａ…感圧センサー、３８ｂ…感圧センサー、３９…ガイド、４２…軸受、４３…ワッシャー、５０…制御装置、１００…ロボット、１１０…基台、２７１…感圧部、３１１…ネジ部、３３１…ネジ孔、３３２…ネジ孔、３３３ａ…ネジ孔、３３３ｂ…ネジ孔、３４１…貫通孔、３４２…貫通孔、３５１…ネジ部、３５２…頭部、３６１…貫通孔、３６２ａ…ネジ孔、３６２ｂ…ネジ孔、３７１…感圧部材、３７１ａ…樹脂、３７１ｂ…導電性材料、３７２…電極、３７３…電極、３７４…支持基板、３７５…支持基板、３７６…配線

Claims (9)

1. 把持部と、
   前記把持部を移動させる駆動力を発生するモーターと、
   前記駆動力を前記把持部に伝達する第１部材および第２部材を含む伝達機構と、を備え、
   前記第１部材は、軸部材に支持され、前記軸部材に沿って移動して、前記第２部材を移動させ、
   前記第２部材は、前記軸部材と平行な方向に移動して前記把持部を移動させ、
   前記第１部材と前記第２部材との間には、感圧センサーが設けられていることを特徴とする把持ハンド。
2. 前記伝達機構は、前記モーターの回転を前記１対の把持部の開閉動作に変換する請求項１に記載の把持ハンド。
3. ケースと、
   前記ケースに支持され、前記第２部材をガイドするガイド部材と、を有する請求項１または２に記載の把持ハンド。
4. 前記第１部材と前記第２部材とはネジによって連結されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の把持ハンド。
5. 前記感圧センサーは、前記ネジに対して前記把持部側に配置されている第１感圧センサーと、前記ネジに対して前記把持部とは反対側に配置されている第２感圧センサーと、を含む請求項４に記載の把持ハンド。
6. 前記第１感圧センサーおよび前記第２感圧センサーは、同一基板上に配置されている請求項５に記載の把持ハンド。
7. 前記感圧センサーは、樹脂および導電性材料を含む抵抗型の感圧センサーである請求項１ないし６のいずれか１項に記載の把持ハンド。
8. 前記導電性材料は、カーボンナノチューブである請求項７に記載の把持ハンド。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の把持ハンドを備えることを特徴とするロボット。

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