JP3279664B2 - 触覚センサ装置及びロボットハンド - Google Patents
触覚センサ装置及びロボットハンドInfo
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- JP3279664B2 JP3279664B2 JP22982192A JP22982192A JP3279664B2 JP 3279664 B2 JP3279664 B2 JP 3279664B2 JP 22982192 A JP22982192 A JP 22982192A JP 22982192 A JP22982192 A JP 22982192A JP 3279664 B2 JP3279664 B2 JP 3279664B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はロボットハンドなどに取
り付けられる触覚センサ装置に関する。
り付けられる触覚センサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、複数本の指を有するロボットハン
ドで対象物を安定に把持して、目的の作業どおりに対象
物を操作する研究が行われている。このような把持作業
には、各指先と対象物との間の接触力、接触状態を検出
するセンサが必要となる。
ドで対象物を安定に把持して、目的の作業どおりに対象
物を操作する研究が行われている。このような把持作業
には、各指先と対象物との間の接触力、接触状態を検出
するセンサが必要となる。
【０００３】従来、触覚センサとして、その多くは感圧
素子をマトリクス状に多数個配置した複雑な構造であ
る。この場合、感圧素子点間では正確な測定値が得られ
ず、このため、より多くの感圧素子を配置して高密度化
する必要がある。
素子をマトリクス状に多数個配置した複雑な構造であ
る。この場合、感圧素子点間では正確な測定値が得られ
ず、このため、より多くの感圧素子を配置して高密度化
する必要がある。
【０００４】しかしながらロボットハンドの指先に感圧
素子を多数個配置すると、その小形化および取付け方法
に問題が生じてしまい、検出用の信号線が複雑になった
り、また信号処理計算が複雑化したり、あるいは指先を
所望の形状にしにくいなどの問題があった。
素子を多数個配置すると、その小形化および取付け方法
に問題が生じてしまい、検出用の信号線が複雑になった
り、また信号処理計算が複雑化したり、あるいは指先を
所望の形状にしにくいなどの問題があった。
【０００５】また、複数の指を持つロボットハンドの各
指関節の駆動は、モータなどのアクチュエータを小形化
することが難しいことから、各関節にモータを組み込ま
ず、関節から離れたところにモータを設けてワイヤ駆動
により制御するのが一般である。そのため、ワイヤをか
なり長く複雑に引き回す必要があり、ロボットハンド先
端側の関節駆動ワイヤほど引き回す途中でワイヤに摩擦
力が働く結果となり、モータ側あるいはその途中の部分
でワイヤの張力から指先力を計測しようとしても正確に
計測できないという欠点があった。
指関節の駆動は、モータなどのアクチュエータを小形化
することが難しいことから、各関節にモータを組み込ま
ず、関節から離れたところにモータを設けてワイヤ駆動
により制御するのが一般である。そのため、ワイヤをか
なり長く複雑に引き回す必要があり、ロボットハンド先
端側の関節駆動ワイヤほど引き回す途中でワイヤに摩擦
力が働く結果となり、モータ側あるいはその途中の部分
でワイヤの張力から指先力を計測しようとしても正確に
計測できないという欠点があった。
【０００６】さらに、これらの問題を解決するために特
願平３−９３０２０号に記載されたような指先感圧セン
サ装置も考案されている。しかしながら、この指先感圧
センサ装置では指先に作用している接触力の大きさは精
度良く測定できても、その力の作用方向を検出すること
はできない。また、指先の圧力検出領域部以外に不意の
外力が加わったり、あるいは何かに接触するといったよ
うな場合にはその力を測定できない等の問題がある。
願平３−９３０２０号に記載されたような指先感圧セン
サ装置も考案されている。しかしながら、この指先感圧
センサ装置では指先に作用している接触力の大きさは精
度良く測定できても、その力の作用方向を検出すること
はできない。また、指先の圧力検出領域部以外に不意の
外力が加わったり、あるいは何かに接触するといったよ
うな場合にはその力を測定できない等の問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように複数の指を
持つロボットハンドで対象物を把持したり、対象物を操
る作業を行わせるには、指先に装着できる程度に小型
で、しかも信号処理が容易で、精度良く接触力の測定が
行え、さらに作用した力の方向が検出できるような触覚
センサが要求される。しかしながら、これらの要求を満
たす触覚センサは存在していないのが実情である。
持つロボットハンドで対象物を把持したり、対象物を操
る作業を行わせるには、指先に装着できる程度に小型
で、しかも信号処理が容易で、精度良く接触力の測定が
行え、さらに作用した力の方向が検出できるような触覚
センサが要求される。しかしながら、これらの要求を満
たす触覚センサは存在していないのが実情である。
【０００８】そこで本発明は、これらの要求を満たして
対象物との接触力およびその接触力検出領域以外に加わ
る外力も含めて早い応答で精度良くその作用方向まで検
出することができる触覚センサ装置を提供することを目
的としている。
対象物との接触力およびその接触力検出領域以外に加わ
る外力も含めて早い応答で精度良くその作用方向まで検
出することができる触覚センサ装置を提供することを目
的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の触覚センサ装置は、弾性部材で形成され、
内部に非圧縮性流体が充填されるキャップと、前記キャ
ップ内の前記非圧縮性流体の圧力変化を検出する圧力検
出器と、変形量が検出される梁部が設けられるととも
に、前記キャップに嵌合して前記キャップを保持する円
筒保持部と、を有する。また、前記梁部の変形量は、例
えば歪センサを用いて検出するようにした。次に、本発
明のロボットハンドは、複数の指と、前記指の先端部に
設けられ、弾性部材で形成され、内部に非圧縮性流体が
充填されるキャップと、前記キャップ内の前記非圧縮性
流体の圧力を検出する圧力検出器と、変形量が検出され
る梁部が設けられ、前記キャップに嵌合して前記キャッ
プを保持する円筒保持部と、を有する触覚センサ装置
と、からなることを特徴とする。
に、本発明の触覚センサ装置は、弾性部材で形成され、
内部に非圧縮性流体が充填されるキャップと、前記キャ
ップ内の前記非圧縮性流体の圧力変化を検出する圧力検
出器と、変形量が検出される梁部が設けられるととも
に、前記キャップに嵌合して前記キャップを保持する円
筒保持部と、を有する。また、前記梁部の変形量は、例
えば歪センサを用いて検出するようにした。次に、本発
明のロボットハンドは、複数の指と、前記指の先端部に
設けられ、弾性部材で形成され、内部に非圧縮性流体が
充填されるキャップと、前記キャップ内の前記非圧縮性
流体の圧力を検出する圧力検出器と、変形量が検出され
る梁部が設けられ、前記キャップに嵌合して前記キャッ
プを保持する円筒保持部と、を有する触覚センサ装置
と、からなることを特徴とする。
【００１０】
【作用】以上のように構成された発明によれば、保持円
筒部に梁部を設け、この梁部の微小変形を検出できるよ
うにしたので、キャップに作用する外力の作用方向を検
出することができる。
筒部に梁部を設け、この梁部の微小変形を検出できるよ
うにしたので、キャップに作用する外力の作用方向を検
出することができる。
【００１１】そして、指先に装着できる程度に小型で、
しかも信号処理が容易で、精度よく接触力の測定が行え
る。また、弾性キャップ上のいかなる部分に加わった外
力もその作用方向を含めて検出することができる。
しかも信号処理が容易で、精度よく接触力の測定が行え
る。また、弾性キャップ上のいかなる部分に加わった外
力もその作用方向を含めて検出することができる。
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明に係る触覚センサ装置を示す斜視図
および分解図、図２および図３は触覚センサ装置の縦方
向鉛直断面図および縦方向水平断面図である。これらの
図において１は例えばロボットハンド本体に設けられた
指を示し、回転軸からなる関節２を介して触覚センサ部
３に接続されている。
する。図１は本発明に係る触覚センサ装置を示す斜視図
および分解図、図２および図３は触覚センサ装置の縦方
向鉛直断面図および縦方向水平断面図である。これらの
図において１は例えばロボットハンド本体に設けられた
指を示し、回転軸からなる関節２を介して触覚センサ部
３に接続されている。
【００１３】触覚センサ部３は、接触対象になじみやす
いようにシリコーンゴムなどの弾性材で形成されたキャ
ップ４と、このキャップ４を固定するための指先保持部
材９と、キャップ４に作用する接触力を圧力として検出
するための圧力検出器６とを有している。
いようにシリコーンゴムなどの弾性材で形成されたキャ
ップ４と、このキャップ４を固定するための指先保持部
材９と、キャップ４に作用する接触力を圧力として検出
するための圧力検出器６とを有している。
【００１４】キャップ４には、その内部に、キャップ４
外面に沿うように中空状の液体充填層５が設けられてお
り、この液体充填層５内には非圧縮性の流体（キャップ
４を膨潤させない例えばひまし油）が充填されている。
また液体充填層５は、指の軸方向に延びる管部７を介し
て圧力検出器６の受圧部と接続している。圧力検出器６
は、例えばダイヤフラム方式の半導体圧力センサを内蔵
している。
外面に沿うように中空状の液体充填層５が設けられてお
り、この液体充填層５内には非圧縮性の流体（キャップ
４を膨潤させない例えばひまし油）が充填されている。
また液体充填層５は、指の軸方向に延びる管部７を介し
て圧力検出器６の受圧部と接続している。圧力検出器６
は、例えばダイヤフラム方式の半導体圧力センサを内蔵
している。
【００１５】キャップ４と圧力検出器６との間には、両
者を結合するように指先保持部材９が配置されている。
指先保持部材９には、一端を指先保持部材９に固定して
突出した保持円筒部８が設けられており、その他端はキ
ャップ４内の管部７周囲に嵌合するようになっている。
者を結合するように指先保持部材９が配置されている。
指先保持部材９には、一端を指先保持部材９に固定して
突出した保持円筒部８が設けられており、その他端はキ
ャップ４内の管部７周囲に嵌合するようになっている。
【００１６】保持円筒部８は、図４に示すように、上下
２ケ所および左右２ケ所の計４ケ所に、薄い板状の梁部
10を有し、それぞれの表面には歪ゲージ11が貼設されて
いる。また、保持円筒部８の各部の寸法は同図(d),(e)
内に記載したようになっている。これらの寸法はキャッ
プ４の先端に500gf の力が作用した場合にも耐え得るよ
うに設計されたものであるが、もちろん他の寸法に設定
することも可能である。なお、保持円筒部８は例えばア
ルミニウム合金からなり、ワイヤカット放電加工やスリ
ット加工などにより製作されている。
２ケ所および左右２ケ所の計４ケ所に、薄い板状の梁部
10を有し、それぞれの表面には歪ゲージ11が貼設されて
いる。また、保持円筒部８の各部の寸法は同図(d),(e)
内に記載したようになっている。これらの寸法はキャッ
プ４の先端に500gf の力が作用した場合にも耐え得るよ
うに設計されたものであるが、もちろん他の寸法に設定
することも可能である。なお、保持円筒部８は例えばア
ルミニウム合金からなり、ワイヤカット放電加工やスリ
ット加工などにより製作されている。
【００１７】なお、圧力検出器６および歪みゲージ11か
らの出力信号は、それぞれ図示しない検出制御部に送ら
れ、増幅器で増幅されて電圧信号として出力されるよう
に構成されている。以上のような構成からなる本発明の
触覚センサ装置による、接触力検出のしくみについて説
明する。
らの出力信号は、それぞれ図示しない検出制御部に送ら
れ、増幅器で増幅されて電圧信号として出力されるよう
に構成されている。以上のような構成からなる本発明の
触覚センサ装置による、接触力検出のしくみについて説
明する。
【００１８】前述のように、キャップ４には非圧縮性流
体が充填された液体充填層５が設けられている。この液
体充填層５は、キャップ４の外面で実際に作業を行うと
きに対象物に接触力を付与する領域（指の腹の部分）を
覆い得る周方向および長手方向に沿った形状に薄く延び
るよう形成されている。これにより、対象物との接触で
生じる力を検出できる領域が大きくとれ、操作時に対象
物との接触位置が大きく変化するような場合でもその影
響を受けることがない。また、キャップ４上面は爪のよ
うに肉厚状の圧力不感帯になっており、指の腹の部分が
受けた外力に抗する役目を果たす。
体が充填された液体充填層５が設けられている。この液
体充填層５は、キャップ４の外面で実際に作業を行うと
きに対象物に接触力を付与する領域（指の腹の部分）を
覆い得る周方向および長手方向に沿った形状に薄く延び
るよう形成されている。これにより、対象物との接触で
生じる力を検出できる領域が大きくとれ、操作時に対象
物との接触位置が大きく変化するような場合でもその影
響を受けることがない。また、キャップ４上面は爪のよ
うに肉厚状の圧力不感帯になっており、指の腹の部分が
受けた外力に抗する役目を果たす。
【００１９】まず、キャップ４の腹の部分に力が加わっ
た場合、キャップ４内に充填された非圧縮性流体が液体
充填層５の容積を変化させる。この容積変化が管部７を
介して圧力検出器６の受圧部に与えられ、容積変化に伴
う圧力変化が検出される。つまり、キャップ４に加わっ
た外力の大きさは非圧縮性流体の圧力変化を利用して検
出されることになる。
た場合、キャップ４内に充填された非圧縮性流体が液体
充填層５の容積を変化させる。この容積変化が管部７を
介して圧力検出器６の受圧部に与えられ、容積変化に伴
う圧力変化が検出される。つまり、キャップ４に加わっ
た外力の大きさは非圧縮性流体の圧力変化を利用して検
出されることになる。
【００２０】一方、キャップ４に力が加わると、キャッ
プ４を固定している保持円筒部８の板状の梁部10が微小
変形して歪が発生する。この歪は梁部10に貼設された歪
ゲージ11に伝わり、その出力信号から力の作用方向が検
出される。つまり、外力の方向は梁部の微小変形を利用
して検出されることになる。
プ４を固定している保持円筒部８の板状の梁部10が微小
変形して歪が発生する。この歪は梁部10に貼設された歪
ゲージ11に伝わり、その出力信号から力の作用方向が検
出される。つまり、外力の方向は梁部の微小変形を利用
して検出されることになる。
【００２１】また、歪ゲージ11の出力を利用することに
よって、外力の大きさも検出することが可能である。例
えば、キャップ４の爪の部分に外力が加わった場合、圧
力検出器６による圧力検出は困難であるが、歪ゲージ11
の出力により外力の大きさおよび方向を同時に検出する
ことが可能になる。
よって、外力の大きさも検出することが可能である。例
えば、キャップ４の爪の部分に外力が加わった場合、圧
力検出器６による圧力検出は困難であるが、歪ゲージ11
の出力により外力の大きさおよび方向を同時に検出する
ことが可能になる。
【００２２】このように本発明によれば、保持円筒部に
梁部を設け、この梁部の微小変形を検出できるようにし
たので、キャップに作用する外力の作用方向を検出する
ことができる。また、指の腹の部分のように圧力検出領
域のみならず、指の爪の部分のように圧力不感帯に外力
が作用した場合にもその作用方向が測定される。したが
って、触覚センサ装置のいかなる部分に作用する外力の
方向も検出が可能となるので、触覚センサ装置の作業環
境内での対象物との接触状態を確実に把握でき、また障
害物の位置を知ることもできるようになる。
梁部を設け、この梁部の微小変形を検出できるようにし
たので、キャップに作用する外力の作用方向を検出する
ことができる。また、指の腹の部分のように圧力検出領
域のみならず、指の爪の部分のように圧力不感帯に外力
が作用した場合にもその作用方向が測定される。したが
って、触覚センサ装置のいかなる部分に作用する外力の
方向も検出が可能となるので、触覚センサ装置の作業環
境内での対象物との接触状態を確実に把握でき、また障
害物の位置を知ることもできるようになる。
【００２３】また、本発明の触覚センサ装置は例えば図
５に示されるような形態でロボットハンド20に適用する
ことができる。ここでのロボットハンド20は４本の指を
有し、それぞれの指に触覚センサ部３が設けられてい
る。このように本発明の触覚センサ装置３をロボットハ
ンド20に適用すれば、筆記具22から受ける筆圧およびそ
の方向が各指で確実に検出されるので、同図に示すよう
な構成によって人間により近い筆記動作を行わせること
ができる。
５に示されるような形態でロボットハンド20に適用する
ことができる。ここでのロボットハンド20は４本の指を
有し、それぞれの指に触覚センサ部３が設けられてい
る。このように本発明の触覚センサ装置３をロボットハ
ンド20に適用すれば、筆記具22から受ける筆圧およびそ
の方向が各指で確実に検出されるので、同図に示すよう
な構成によって人間により近い筆記動作を行わせること
ができる。
【００２４】また、キャップ４および圧力検出器６が一
体となって指先保持部材９を介して指１に装着されてい
るので、装置の取付け，取換えが簡単であり、指先の機
能やロボットハンドの動作が制限されるようなことも全
くない。なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではなく、種々の変形が可能である。
体となって指先保持部材９を介して指１に装着されてい
るので、装置の取付け，取換えが簡単であり、指先の機
能やロボットハンドの動作が制限されるようなことも全
くない。なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではなく、種々の変形が可能である。
【００２５】例えば、上記実施例では保持円筒部８に計
４カ所の梁部10が設けられているが、検出精度がそれ程
要求されない場合や、所定の方向の力のみを検出するだ
けでよい場合には梁部の数を３つ以下に減らすことが可
能である。
４カ所の梁部10が設けられているが、検出精度がそれ程
要求されない場合や、所定の方向の力のみを検出するだ
けでよい場合には梁部の数を３つ以下に減らすことが可
能である。
【００２６】また、上記実施例では梁部に貼設された歪
センサによって梁部の微小変形が検出されているが、他
のセンサを利用して梁部の微小変形を検出してももちろ
ん構わない。
センサによって梁部の微小変形が検出されているが、他
のセンサを利用して梁部の微小変形を検出してももちろ
ん構わない。
【００２７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、保持円筒
部に梁部を設け、この梁部の微小変形を検出できるよう
にしたので、キャップに作用する外力の作用方向を検出
することができる。
部に梁部を設け、この梁部の微小変形を検出できるよう
にしたので、キャップに作用する外力の作用方向を検出
することができる。
【００２８】また、ロボットハンドで対象物を把持した
り、あるいは対象物を操る作業を行わせる場合などを想
定して、指先に装着できる程度に小形化が容易で、しか
も信号処理が複雑になることなく、その作用方向も含め
て精度よく接触力が測定できる。
り、あるいは対象物を操る作業を行わせる場合などを想
定して、指先に装着できる程度に小形化が容易で、しか
も信号処理が複雑になることなく、その作用方向も含め
て精度よく接触力が測定できる。
【図１】本発明に係る触覚センサ装置を示す斜視図およ
び分解図。
び分解図。
【図２】触覚センサ装置の縦方向鉛直断面図。
【図３】触覚センサ装置の縦方向水平断面図。
【図４】保持円筒部に設けられた梁部を示す断面図。
【図５】本発明の触覚センサ装置をロボットハンドに適
用した状態を示す斜視図。
用した状態を示す斜視図。
１…指 ２…関節 ３…触覚センサ部 ４…キャップ ５…液体充填層 ６…圧力検出器 ７…管部 ８…円筒保持部 ９…指先保持部材 10…梁部 11…歪ゲージ 20…ロボットハンド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−152786（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−16393（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−118480（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−76795（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−59376（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−161085（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−171194（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−49156（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B25J 15/08 B25J 19/02
Claims (5)
- 【請求項１】 弾性部材で形成され、互いに連通する第
１の空洞部及び第２の空洞部を有し、これらの空洞部内
に非圧縮性流体が充填されるキャップと、前記空洞部内
の前記非圧縮性流体の圧力を検出する圧力検出器と、前
記キャップに嵌合して前記キャップを保持する円筒保持
部と、を備え、前記第１の空洞部は前記キャップの対象
物との接触面に沿って設けられ、前記第２の空洞部は前
記円筒保持部内を延びて前記圧力検出器に連通し、前記
円筒保持部の側面には変形量が検出される梁部が設けら
れていることを特徴とする触覚センサ装置。 - 【請求項２】 前記第２の空洞部は前記円筒保持部内に
おいて前記圧力検出器に連通していることを特徴とする
請求項１記載の触覚センサ装置。 - 【請求項３】 前記梁部の変形量を歪センサを用いて検
出することを特徴とする請求項１又は２記載の触覚セン
サ装置。 - 【請求項４】 複数の指部と、前記指部の先端部に設け
られた触覚センサ装置とを具備するロボットハンドであ
って、前記触覚センサ装置は、弾性部材で形成され、互
いに連通する第１の空洞部及び第２の空洞部を有し、こ
れらの空洞部内に非圧縮性流体が充填されるキャップ
と、前記空洞部内の前記非圧縮性流体の圧力を検出する
圧力検出器と、前記キャップに嵌合して前記キャップを
保持する円筒保持部と、を備え、前記第１の空洞部は前
記キャップの対象物との接触面に沿って設けられ、前記
第２の空洞部は前記円筒保持部内を延びて前記圧力検出
器に連通し、前記円筒保持部の側面には変形量が検出さ
れる梁部が設けられていることを特徴とするロボットハ
ンド。 - 【請求項５】 前記第２の空洞部は前記円筒保持部内に
おいて前記圧力検出器に連通していることを特徴とする
請求項４記載のロボットハンド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22982192A JP3279664B2 (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 触覚センサ装置及びロボットハンド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22982192A JP3279664B2 (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 触覚センサ装置及びロボットハンド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06182688A JPH06182688A (ja) | 1994-07-05 |
| JP3279664B2 true JP3279664B2 (ja) | 2002-04-30 |
Family
ID=16898200
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22982192A Expired - Fee Related JP3279664B2 (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 触覚センサ装置及びロボットハンド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3279664B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3261653B2 (ja) | 1999-07-07 | 2002-03-04 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 指装着型６軸力覚センサ |
| KR100451412B1 (ko) * | 2001-11-09 | 2004-10-06 | 한국과학기술연구원 | 다지 로봇 핸드 |
| JP4390126B2 (ja) * | 2002-06-17 | 2009-12-24 | 独立行政法人科学技術振興機構 | ロボット指関節等に応用できる高感度トルクセンサ調整方法 |
| JP4313125B2 (ja) | 2003-09-12 | 2009-08-12 | 本田技研工業株式会社 | ロボットハンド |
| JP5130573B2 (ja) * | 2007-12-26 | 2013-01-30 | 本田技研工業株式会社 | ロボットハンド装置 |
| JP5071255B2 (ja) * | 2008-06-16 | 2012-11-14 | 株式会社豊田自動織機 | ロボットハンド用触覚センサー機構及びそのロボットハンド用触覚センサー機構を備えるロボット |
| JP5267213B2 (ja) * | 2009-03-02 | 2013-08-21 | 株式会社安川電機 | 多指ハンドおよびロボット |
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