JP5239986B2 - ロボットハンド用フィンガ - Google Patents

Description

この発明はロボットハンド用フィンガに関する。

多自由度な動作を可能とし且つ高トルクな駆動を可能とする超音波アクチュエータを指部分の関節に使用したロボットハンドが提案されている。
例えば、特許文献１には、指部分が指部、基部、並びに指部及び基部を連結する関節部から構成され、関節部を駆動して指部を動作させる超音波アクチュエータを備えたロボットハンドが記載されている。このロボットハンドは、指部が関節部を介して基部によって支持され、指部は、超音波アクチュエータによって、関節部を介して移動自在に動作可能であり、且つ関節部を通る中心軸を中心に回転可能となっている。さらに、指部の側面には、把持する対象物に対する２つの接触面が形成され、それぞれの接触面は摩擦係数が異なっている。そして、ロボットハンドは、指部を回転させることにより２つの接触面のうち一方を選択して対象物に接触させる。これにより、ロボットハンドは、対象物に適した接触面を選択して使用することによって対象物と指部との間の摩擦力を向上させて、対象物の把持能力（ハンドリング）を向上させている。

特開２００８−２２１３４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたロボットハンドの指部分は、その構造上、可動部分である関節部にバックラッシュを有している。このため、超音波アクチュエータの駆動により指部を動作させて対象物を把持した後、超音波アクチュエータの駆動を停止すると、指部分の関節部にがたつきが生じる。よって、対象物に対する指部による把持力が減少し、対象物が十分に把持されないという問題が生じる。特許文献１に記載されたロボットハンドの指部分は、対象物との接触面の摩擦係数を向上させることにより、対象物と指部との間の摩擦力を高めてその把持能力を向上させてはいるが、超音波アクチュエータの駆動停止時における把持力の減少により対象物を十分に把持できなくなるという問題を解決できていない。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、超音波アクチュエータの駆動停止後においても十分な把持力を維持することのできるロボットハンド用フィンガを提供することを目的とする。

この発明に係るロボットハンド用フィンガは、超音波アクチュエータにより対象物を把持するロボットハンド用フィンガであって、超音波アクチュエータにより駆動されるフィンガ本体と、フィンガ本体の外表面における把持する対象物に接触する部位を少なくとも覆う弾性を有する弾性層とを備え、弾性層は、フィンガ本体の外表面に沿った少なくとも２つの層からなり、弾性層では、フィンガ本体側に位置する内側の層より、最も外側の層が低い摩擦係数を有し、弾性層の内側の層は、フィンガ本体の外表面に沿った第一内側層及び第二内側層を有し、第一内側層は、フィンガ本体側に位置し、第二内側層は、弾性層の最も外側の層側に位置し、第二内側層の弾性率は、第一内側層よりも高く、弾性層の最も外側の層よりも低いことを特徴とするものである。
これによって、把持する際に対象物と接触して変形した弾性層は、原形に回復しようとする弾性力及び膨張動作によってロボットハンド用フィンガを対象物から引き離す方向に付勢すると共に移動させることができる。このため、超音波アクチュエータの停止後、バックラッシュなどにより超音波アクチュエータの可動部分に生じるがたつきが抑えられ、また、がたつきによりフィンガ本体が反把持方向に移動したとしてもその変位は弾性層の膨張により吸収される。よって、ロボットハンド用フィンガは、超音波アクチュエータの停止後、対象物の把持力の減少を低減することができ、対象物に対する十分な把持力の維持を可能にする。

さらに、弾性層を複数の層からなる構成として最も外側の層の摩擦係数を内側の層より低くすることによって、ロボットハンド用フィンガは、対象物を把持する際にその表面上で滑らせることができる。また、内側の層が最も外側の層より摩擦係数の高い層から形成することができるため、弾性層は、対象物を把持する際に十分に変形して、超音波アクチュエータの停止後、超音波アクチュエータの可動部分に生じるがたつきを抑えることができる。
さらに、第二内側層の弾性率が、第一内側層よりも高く、弾性層の最も外側の層よりも低い、つまり弾性層の最も外側の層は、内側の層より弾性率が高いことによって、弾性層は、対象物を把持する際に内側の層が十分に変形し、把持する対象物の形状に合わせて変形することができるため、対象物との面接触を可能とし、把持可能な対象物の形状の種類を増大することができる。よって、ロボットハンド用フィンガは、その用途を拡大することができる。
また、弾性層の最も外側の層は、０．０５〜２．０の動摩擦係数を有し、内側の層は、０．１〜４．０の範囲で最も外側の層の動摩擦係数よりも高い動摩擦係数を有してもよい。

また、弾性層の最も外側の層の弾性率は、１０ｋＰａ〜１０ＭＰａのヤング率に相当し、弾性層の第一内側層及び第二内側層の弾性率はそれぞれ、１ｋＰａ〜１ＭＰａ及び５ｋＰａ〜５ＭＰａの範囲で最も外側の層の弾性率よりも低いヤング率に相当するものであってもよい。

また、弾性層の最も外側の層がコーティング処理により形成されてもよい。これによって、最も外側の層の硬度及び弾性率による、内側の層の弾性及び変形への影響が低減されるため、弾性層は把持する対象物の形状に合わせて変形し、対象物と面接触する。よって、ロボットハンド用フィンガは、形状を選ばず対象物を把持することができ、その用途を拡大することができる。
上記ロボットハンド用フィンガは、フィンガ本体と弾性層との間に荷重を検出する感圧センサをさらに備え、最も外側の層を除く弾性層の厚さが０．１〜４．０ｍｍであり、弾性層の最も外側の層は、弾性層の内側の層よりも薄い厚さを有し、最も外側の層の厚さは、０．０１〜３．０ｍｍであってもよい。最も外側の層を除く弾性層の厚さを０．１〜４．０ｍｍとすることにより、弾性層による感圧センサの感度の低下を低減することができる。さらに、最も外側の層を除く弾性層の厚さが０．１〜１．０ｍｍであり、最も外側の層の厚さが、０．０１〜０．５ｍｍであってもよい。
また、第一内側層は、第二内側層と同一の厚さを有していてもよい。

この発明によれば、ロボットハンド用フィンガは、超音波アクチュエータの駆動停止後においても十分な把持力を維持することが可能になる。

この発明の実施の形態１に係るロボットハンド用フィンガを備えるロボットハンドの構成を示す全体図である。 図１のロボットハンド用フィンガの構成を示す断面側面図である。 図２のロボットハンド用フィンガにおける、超音波アクチュエータの駆動停止後の把持力（把持トルク）の経時変化を示すグラフである。 図２のロボットハンド用フィンガにおいて内皮の厚さを変化させた場合における、感圧センサへの荷重と感圧センサの出力電圧との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態２に係るロボットハンド用フィンガの構成を示す断面側面図である。 この発明の実施の形態３に係るロボットハンド用フィンガの構成を示す断面側面図である。

以下に、この発明の実施の形態について、添付図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１及び２を用いて、この発明の実施の形態１に係るロボットハンド用フィンガ１０１及びロボットハンド用フィンガ１０１を備えるロボットハンド１の構成を示す。
まず、図１を参照すると、ロボットハンド１は、ハンド本体２に複数の指部分３が設けられている。各指部分３は、その先端側から第一指節４及び第二指節５によって構成されている。第一指節４及び第二指節５はいずれも略円筒形状を有しており、第二指節５はハンド本体２に固定されている。

また、第二指節５は、その先端に第一指節４を受け入れるための開口５ａ１をもつ固定子５ａを有し、さらにハンド本体２側で固定子５ａに隣接する振動子５ｂを有している。振動子５ｂは制御手段１０に電気的に接続されており、制御手段１０の制御により交流電圧を印加されると振動する。
また、第一指節４は、その一端に球状の回転子４ａを有している。回転子４ａは、第二指節５の固定子５ａ上に配置されて、開口５ａ１に当接し、開口５ａ１によって回転可能に支持される。
さらに、第一指節４及び第二指節５の固定子５ａを取り囲んで連結する保持部材６が設けられており、保持部材６は、第一指節４を固定子５ａに引き付け、回転子４ａを固定子５ａに加圧接触させる。

また、回転子４ａ、固定子５ａ及び振動子５ｂは、超音波アクチュエータ７を構成している。超音波アクチュエータ７は、制御手段１０により電圧が印加されて振動子５ｂが振動すると、振動子５ｂが固定子５ａを共に振動させ、さらに固定子５ａが、その振動により、加圧接触している回転子４ａを回転させる。また、制御手段１０は、振動子５ｂの振動方向を変更することができ、そして、振動子５ｂの振動方向が多様に変更されることによって、回転子４ａの回転方向が多様に変化され得る。これにより、指部分３は、回転子４ａを基点に第一指節４を多方向に屈折することができる。
従って、ロボットハンド１は、制御手段１０の制御により超音波アクチュエータ７を作動させて各指部分３の第一指節４を屈折させることによって、図示しない対象物を把持することができる。なお、対象物を把持する際、第一指節４の先端付近が対象物に接触するようになっており、この第一指節４は、対象物を把持するためのロボットハンド用フィンガ（以下、「フィンガ」と称す）１０１を構成している。

次に、図２を参照すると、フィンガ１０１は、超音波アクチュエータ７（図１参照）により駆動される略円筒状のフィンガ本体１１を有している。フィンガ本体１１は、円筒状をした筒部１１ｂと筒部１１ｂの一方の端部に形成された凸曲面状の外表面をもつ先端部１１ａとを有し、その内部は中空になっている。そして、先端部１１ａ及び筒部１１ｂはいずれも、樹脂などの軽量で剛性を有する材料により形成されている。

また、フィンガ本体１１の外表面１１ｃには、複数の感圧センサ１６が設けられている。感圧センサ１６は、制御手段１０と電気的に接続されており、制御手段１０の制御により電圧が印加され内部に電流が流れる。そして、感圧センサ１６は、物体との接触等により荷重を受けると内部の電気抵抗値を減少させて内部を流れる電流値を増大させ、その出力電圧を増大させる。なお、感圧センサ１６の出力電圧は、受ける荷重が大きいほど大きくなる。
これにより、制御手段１０は、感圧センサ１６の出力電圧を検出することにより、感圧センサ１６への荷重の付与の有無を検出すると共に付与された荷重の大きさを算出する。
また、ロボットハンド１（図１参照）が対象物２０を把持する際、フィンガ１０１は、先端部１１ａ又は筒部１１ｂの把持側Ａ１を対象物２０に接触させる。このため、感圧センサ１６は、先端部１１ａ及び筒部１１ｂの把持側Ａ１に設けられている。

さらに、フィンガ本体１１の外表面１１ｃ及び感圧センサ１６を取り囲むようにして、シート状の内皮１３が設けられている。内皮１３は、弾性を有する材料により形成され、感圧センサ１６部分の厚さｔが０．１〜３．０ｍｍ（より好ましくは０．３〜１．０ｍｍ）となっている。そして、内皮１３の硬度はアスカ−Ｃ硬度で５〜１５であり、また、弾性率は、１ｋＰａ〜１ＭＰａ（より好ましくは１〜５００ｋＰａ）のヤング率（縦弾性係数）となっている。このような内皮１３として、シリコンゲルシート等のゲルシートが使用され得る。また、このとき、内皮１３の表面の動摩擦係数は、０．１〜４．０（より好ましくは１.５〜３．０）となっている。

また、内皮１３の外表面１３ｂを取り囲むようにして、シート状の外皮１４が設けられている。外皮１４は、内皮１３より動摩擦係数が低く抑えられており、その表面における動摩擦係数が０．０５〜２．０の範囲で内皮１３の動摩擦係数より低い値（より好ましくは０．３〜０．８）であり、且つ弾性を有する材料により形成されている。そして、外皮１４は、０．０１〜３．０ｍｍの範囲で内皮１３より薄い厚さ（より好ましくは０．１〜０．５ｍｍ）で形成されている。さらに、外皮１４の弾性率は、１０ｋＰａ〜１０ＭＰａの範囲で内皮１３よりも高いヤング率（縦弾性係数）（より好ましくは１〜１０ＭＰａ）となっている。このような外皮１４として、シリコンゴムシート等のゴムシートが使用され得る。
また、内皮１３及び外皮１４は、一体とされてフィンガ本体１１の外表面１１ｃ上に層状に設けられており、弾性層１２を構成している。

次に、図１〜４を用いて、この発明の実施の形態１に係るロボットハンド用フィンガ１０１及びロボットハンド１の動作を示す。
図１を参照すると、対象物２０（図２参照）を把持する際、制御手段１０により各指部分３の超音波アクチュエータ７が作動され、各指部分３が所定の方向に屈折する。また、同時に、制御手段１０は、各指部分３のフィンガ１０１の感圧センサ１６（図２参照）に電圧を印加する。
さらに、図２を参照すると、屈折する指部分３（図１参照）のフィンガ１０１の弾性層１２が対象物２０に接触すると、対象物２０により外皮１４を介して押圧される内皮１３は、外皮１４より弾性率が大幅に低く柔軟であるため、対象物２０の形状に合わせるようにして圧縮変形する。また、内皮１３より高い弾性率を有するが薄い厚さを有する外皮１４は、内皮１３と共に変形し、対象物２０に対して面接触する。すなわち、弾性層１２は、全体として弾性率が低く柔軟な層を形成し、接触する対象物２０に対して面接触する。

また、把持する際にフィンガ１０１が対象物２０を押圧するため、対象物２０からの反力が外皮１４及び内皮１３を介して感圧センサ１６に伝達される。感圧センサ１６は、伝達された反力（荷重）が大きいほど内部の電気抵抗の減少量を大きくするようにして減少させて、その出力電圧を増大させる。制御手段１０は、感圧センサ１６の出力電圧を検出し、検出した出力電圧から感圧センサ１６に与えられる反力（荷重）を算出する。そして、制御手段１０は、算出された感圧センサ１６に与えられる反力（荷重）と、予め記憶された対象物２０に許容される把持力（荷重）とを比較して、超音波アクチュエータ７（図１参照）の作動を制御し、フィンガ１０１に対象物２０を潰さないように把持させる。
なお、フィンガ１０１の外皮１４は、その弾性率が高く、表面の動摩擦係数が内皮１３より低いものであるため、内皮１３のみで弾性層１２を形成する場合に比べて、フィンガ１０１は、把持力が小さい場合に把持した対象物２０を外皮１４上で滑らせることが容易となる。このため、ロボットハンド１は、一旦把持した対象物２０を持ち替えるような動作を行うこともできる。

図１に戻り、対象物２０（図２参照）の把持動作が完了すると、制御手段１０は超音波アクチュエータ７の駆動を停止する。
また、指部分３において、第二指節５の固定子５ａと、フィンガ１０１すなわち第一指節４の回転子４ａとの間には、バックラッシュがあるため、第一指節４及び第二指節５間の連結には回転子４ａの回転方向にがたつきがある。このため、第一指節４は、第二指節５に対して、回転子４ａを基点として対象物２０（図２参照）との接触部と反対方向に僅かに回転可能となっている。よって、超音波アクチュエータ７の駆動停止後、第一指節４すなわちフィンガ１０１による対象物２０（図２参照）の把持力が減少する。
しかしながら、図２を参照すると、超音波アクチュエータ７（図１参照）の駆動停止後、対象物２０の把持の際に圧縮変形していた内皮１３が、その弾性により原形を回復するように動作する。このため、内皮１３は、フィンガ本体１１を対象物２０と反対方向に押圧するため、フィンガ１０１すなわち第一指節４の第二指節５（図１参照）に対するがたつきが抑えられ、また、がたつきによりフィンガ本体１１が反把持方向に移動したとしてもその変位は内皮１３の膨張により吸収されるので、フィンガ１０１の把持力の減少が低減される。

そこで、図３を参照すると、フィンガ１０１のフィンガ本体１１に弾性層１２を有さない従来のロボットハンド、及び、本実施の形態１のフィンガ１０１を備えるロボットハンド１における、対象物２０の把持動作完了後すなわち超音波アクチュエータ７の駆動停止後の把持力（把持トルク）の経時変化が示されている。なお、図３のフィンガ１０１は、内皮１３が、１２０ｋＰａのヤング率を有する厚さ１ｍｍのシリコンゲルシートで形成され、外皮１４が、３ＭＰａ（３０００ｋＰａ）のヤング率を有する厚さ０．５ｍｍのシリコンゴムシートで形成されたものが用いられている。（図１及び２参照）

把持動作完了後の把持トルクを１００％とすると、従来のロボットハンドでは、超音波アクチュエータ７の駆動停止直後から急激に把持トルクが減少し、最終的には６０％未満の把持トルクに収束している。一方、ロボットハンド１では、超音波アクチュエータ７の駆動停止後の把持トルクの減少は、従来のロボットハンドより緩やかであり、最終的には８０％以上９０％近くの把持トルクを維持している。
よって、上述に示すように、フィンガ１０１を備えるロボットハンド１は、把持動作を完了し超音波アクチュエータ７の駆動を停止した後、把持力の減少を低減して十分な把持力を維持している。

また、図２を参照すると、対象物２０を把持する際、フィンガ１０１の感圧センサ１６に与えられる対象物２０からの反力（荷重）に基づき、制御手段１０はフィンガ１０１の動作を制御してその把持力を調整するが、フィンガ１０１は、対象物２０からの荷重を感圧センサ１６に有効に伝達することができる。
そこで、図４を参照すると、フィンガ１０１の内皮１３の厚さｔを１〜５ｍｍの間で１、２、３及び５ｍｍと変化させた場合における、外皮１４に付与される荷重と感圧センサ１６の出力電圧との関係が示されている。また、センサ特性値として、外皮１４及び内皮１３を介さず感圧センサ１６に直接荷重を付与した場合における荷重と感圧センサ１６の出力電圧との関係も示されている。なお、図４のフィンガ１０１は、内皮１３が、１２０ｋＰａのヤング率を有するシリコンゲルシートで形成され、外皮１４が、３ＭＰａ（３０００ｋＰａ）のヤング率を有する厚さ０．５ｍｍのシリコンゴムシートで形成されたものが用いられている。（図２参照）

内皮１３の厚さｔが２、３及び５ｍｍの場合における感圧センサ１６の出力電圧は、外皮１４及び内皮１３が感圧センサ１６に荷重を有効に伝達すると判断されるセンサ特性値の８０％出力電圧を示す、センサ感度８０％ラインを大きく下回っており、センサ感度が５０％以下となっている。一方、内皮１３の厚さｔが１ｍｍの場合における感圧センサ１６の出力電圧は、センサ特性値の出力電圧に近いものとなっており、センサ感度８０％ラインを大きく上回っている。よって、内皮１３が１ｍｍの厚さで形成されたフィンガ１０１は、付与される荷重を感圧センサ１６に有効に伝達しており、感圧センサ１６のセンサ感度を精度良く維持する。これにより、制御手段１０は、対象物２０を潰さないようにする、精度の高いフィンガ１０１の把持力の制御を行うことができる。（図２参照）

このように、実施の形態１に係るロボットハンド用フィンガ１０１は、超音波アクチュエータ７により対象物２０を把持するロボットハンド用フィンガ１０１であって、超音波アクチュエータ７により駆動されるフィンガ本体１１と、フィンガ本体１１の外表面１１ｃにおける把持する対象物２０に接触する部位を少なくとも覆う弾性を有する弾性層１２とを備える。
これによって、把持する際に対象物２０と接触して変形した弾性層１２は、原形に回復しようとする弾性力及び膨張動作によってロボットハンド用フィンガ１０１を対象物２０から引き離す方向に付勢すると共に移動させることができる。このため、超音波アクチュエータ７の停止後、バックラッシュなどにより超音波アクチュエータ７の可動部分に生じるがたつきが抑えられ、また、がたつきによりフィンガ本体１１が反把持方向に移動したとしてもその変位は弾性層１２の膨張により吸収される。よって、ロボットハンド用フィンガ１０１は、超音波アクチュエータ７の停止後、対象物２０の把持力の減少を低減することができ、対象物２０に対する十分な把持力の維持を可能にする。

また、フィンガ１０１は、フィンガ本体１１の外表面１１ｃ上に弾性を有する内皮１３及び外皮１４からなる弾性層１２を有している。そして、外皮１４は、内皮１３より動摩擦係数が低く弾性率が高い材料によって形成されている。さらに、内皮１３は、０．１〜３．０ｍｍの厚さで形成され、外皮１４は、内皮１３より薄い厚さで形成される。このため、フィンガ１０１は、外皮１４及び内皮１３を介して感圧センサ１６に付与される荷重に対して、感圧センサ１６の感度の低下を低減することができ、さらに内皮１３の厚さを１．０ｍｍ以下とすることにより、感圧センサ１６の感度を８０％以上に維持することを可能にする。また、フィンガ１０１は、超音波アクチュエータ７の停止後におけるフィンガ１０１による把持力（把持トルク）を８０％以上に維持することを可能にする。

また、フィンガ１０１は、弾性層１２の外皮１４の動摩擦係数を内皮１３より低くして、その値を０．０５〜２．０とすることによって、把持状態で対象物２０を外皮１４で滑らせることを可能にする。これにより、フィンガ１０１は、対象物２０を持ち替える動作を行うことができる。
また、フィンガ１０１は、指先に相当するフィンガ本体１１の先端部１１ａ付近に弾性層１２及び感圧センサ１６を設けているため、フィンガ１０１による握り動作、摘み動作、掴み動作の精度を向上させることを可能にする。さらに、フィンガ１０１が対象物２０を滑らせる性能を有していることから、フィンガ１０１は、その指先を使った細かな作業を行うことを可能にする。

また、フィンガ１０１において、弾性層１２は、内皮１３が外皮１４より大幅に低い弾性率を有し、全体としては低い弾性率を有する。このため、弾性層１２は、接触する対象物２０の形状に合わせて外皮１４及び内皮１３を変形させて、対象物２０に面接触することを可能にする。これにより、フィンガ１０１は、把持可能な対象物２０の形状の種類を増大させ、その用途を拡大することができる。
また、フィンガ１０１は、外皮１４と内皮１３とが一体となって弾性層を形成するため、把持する対象物２０との接触面に弾性を有している。これにより、フィンガ１０１は、把持の際に対象物２０の破損を低減することを可能にする。
また、フィンガ１０１は、フィンガ本体１１の外表面１１ｃ上に、感圧センサ１６、内皮１３及び外皮１４を設ける簡単な構造であるため、製作が容易であり、その製作コストの低減を可能にする。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るロボットハンド用フィンガ１０２は、実施の形態１におけるロボットハンド用フィンガ１０１の内皮１３を２層構造としたものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。

図５を参照すると、フィンガ１０２は、実施の形態１のフィンガ１０１と同様にして、フィンガ本体１１及び感圧センサ１６を有している。
また、フィンガ本体１１の外表面１１ｃ及び感圧センサ１６を取り囲むようにして、シート状をした弾性を有する第一内皮２５が設けられている。さらに、第一内皮２５の外表面２５ｂを取り囲むようにして、シート状をした弾性を有する第二内皮２６が設けられている。そして、第一内皮２５及び第二内皮２６は、内皮２３を構成している。さらに、第二内皮２６の外表面２６ｂを取り囲むようにして、実施の形態１のフィンガ１０１と同様の外皮１４が設けられている。

第一内皮２５は、実施の形態１のフィンガ１０１の内皮１３と同じ材料からなるゲルシートにより形成されており、その厚さｔ１は、０．０５〜２．０ｍｍとなっている。また、第二内皮２６は、第一内皮２５より弾性率が高く外皮１４より弾性率が低いゲルシートにより形成されており、その厚さｔ２は、０．０５〜２．０ｍｍとなっている。そして、第一内皮２５の厚さｔ１及び第二内皮２６の厚さｔ２は同一に形成されており、内皮２３の厚さｔは０．１〜４．０ｍｍとなっている。なお、第二内皮２６の弾性率は、５ｋＰａ〜５ＭＰａの範囲で第一内皮２５より高くかつ外皮１４より低い値とされる。
また、内皮２３及び外皮１４は、弾性層２２を構成している。

内皮２３は、その厚さｔを４．０ｍｍ以下として、実施の形態１の内皮１３と同じ材料からなる第一内皮２５と、第一内皮２５より弾性率の高い第二内皮２６とによって構成されるため、実施の形態１の内皮１３より、内皮２３に付与される荷重の感圧センサ１６への伝達能力を向上させている。

また、第一内皮２５及び第二内皮２６が外皮１４より低い弾性率を有する材料により形成されているため、内皮２３は、把持の際における対象物２０（図２参照）への接触時、第一内皮２５及び第二内皮２６が圧縮変形して、外皮１４が内皮２３と共に変形し対象物２０と面接触する。これにより、フィンガ１０２は、エッジを有するような対象物２０を把持することができる。さらに、対象物２０の把持動作が完了し超音波アクチュエータ７（図１参照）の駆動停止後、圧縮変形している第一内皮２５及び第二内皮２６の弾性により、フィンガ１０２のがたつきが抑えられ把持力の減少が低減される。
また、この発明の実施の形態２に係るロボットハンド用フィンガ１０２のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

このように、実施の形態２におけるロボットハンド用フィンガ１０２において、上記実施の形態１のロボットハンド用フィンガ１０１と同様な効果が得られる。
また、フィンガ１０２は、内皮２３を、実施の形態１の内皮１３と同じ材料からなる第一内皮２５と、第一内皮２５より高い弾性率を有する第二内皮２６とによって構成し、内皮２３の厚さｔを０．１〜４．０ｍｍとすることにより、実施の形態１のフィンガ１０１より感圧センサ１６の感度を向上させることが可能になる。

また、フィンガ１０２において、第一内皮２５及び第二内皮２６はいずれもその厚さを同一として０．０５〜２．０ｍｍとしていたがこれに限定されるものではない。例えば、内皮２３の厚さｔを４．０ｍｍ以下として、第一内皮２５の厚さｔ１を第二内皮２６の厚さｔ２より大きくしてもよい。
また、フィンガ１０２において、内皮２３を第一内皮２５及び第二内皮２６の２層構造とし、外皮１４を１層構造として、フィンガ本体１１に３層構造の弾性層２２を設けていたがこれに限定されるものではない。内皮２３を３層以上の層状構造とし、内皮２３の各層における弾性率が、フィンガ本体１１側の層から外皮１４にかけて順次増大していくような構成としてもよい。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るロボットハンド用フィンガ１０３は、実施の形態１におけるロボットハンド用フィンガ１０１の外皮１４を膜状にしたものである。
図６を参照すると、フィンガ１０３は、実施の形態１のフィンガ１０１と同様にして、フィンガ本体１１、内皮１３及び感圧センサ１６を有している。さらに、内皮１３の外表面１３ｂを取り囲むようにして、可撓性を有する膜状の外皮３４が設けられている。外皮３４は、その表面における動摩擦係数が０．３〜０．８であり、０．０５ｍｍ以下の厚さで形成されている。このような外皮３４には、フッ素コーティング等のコーティングによる表面処理が適用されるか、又はフィルムなどが使用され得る。
そして、内皮１３及び外皮３４は、弾性層３２を構成している。

外皮３４は、その厚さが薄いため柔軟であるので、外皮３４に付与される荷重を内皮１３に効果的に伝達する。このため、フィンガ１０３は、感圧センサ１６の感度を向上させている。
さらに、外皮３４は、内皮１３の外表面１３ｂの変形に忠実に追従して変形するため、把持の際におけるフィンガ１０３の対象物２０（図２参照）への接触時、外皮３４及び内皮１３は、対象物２０の接触部の形状に合わせて変形する。これにより、フィンガ１０３は、対象物２０の形状を選ばず把持することができる。
また、この発明の実施の形態３に係るロボットハンド用フィンガ１０３のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

このように、実施の形態３におけるロボットハンド用フィンガ１０３において、上記実施の形態１のロボットハンド用フィンガ１０１と同様な効果が得られる。
また、フィンガ１０３の外皮３４が可撓性を有する薄膜である。このため、フィンガ１０３は、感圧センサ１６の感度を実施の形態１のフィンガ１０１より向上させることができ、制御手段１０による精度の良い把持力の調整を可能にする。さらに、フィンガ１０３は、外皮３４及び内皮１３が対象物２０の接触部の形状に合わせて変形するため、対象物２０の形状を選ばず把持することができ、実施の形態１のフィンガ１０１よりその用途を拡大することができる。

また、実施の形態１〜３のロボットハンド用フィンガ１０１〜１０３において、内皮１３及び２３並びに外皮１４及び３４は、フィンガ本体１１全体を覆うように設けられていたが、対象物２０を把持する際に対象物２０に接触する接触部位に少なくとも設けられればよい。
また、実施の形態１〜３のロボットハンド用フィンガ１０１〜１０３において、感圧センサ１６は、フィンガ本体１１の外表面１１ｃ上に設けられていたが、これに限定されるものでなく、フィンガ本体１１の外表面１１ｃに埋め込まれて外表面１１ｃの一部を形成するようにしてもよい。これにより、弾性層１２、２２及び３２は、一様な厚さのものが使用されても、感圧センサ１６の形状に起因した凸部分を有さないフラットな表面を形成することができる。そして、フィンガ１０１〜１０３は、対象物２０と局所的に接触せず、対象物２０の安定した把持が可能になる。また、弾性層１２、２２及び３２は、一様な厚さのものが使用されることにより、製作が容易になり、コストの低減を可能にする。

７ 超音波アクチュエータ、１１ フィンガ本体、１１ｃ 外表面（フィンガ本体の外表面）、１２，２２，３２ 弾性層、１３，２３ 内皮（内側の層）、１４，３４ 外皮（最も外側の層）、１６ 感圧センサ、２０ 対象物、２５ 第一内皮（内側の層）、２６ 第二内皮（内側の層）、１０１，１０２，１０３ ロボットハンド用フィンガ。

Claims (7)

1. 超音波アクチュエータにより対象物を把持するロボットハンド用フィンガであって、
   前記超音波アクチュエータにより駆動されるフィンガ本体と、
   前記フィンガ本体の外表面における把持する対象物に接触する部位を少なくとも覆う弾性を有する弾性層と
   を備え、
   前記弾性層は、前記フィンガ本体の外表面に沿った少なくとも２つの層からなり、
   前記弾性層では、前記フィンガ本体側に位置する内側の層より、最も外側の層が低い摩擦係数を有し、
   前記弾性層の前記内側の層は、前記フィンガ本体の外表面に沿った第一内側層及び第二内側層を有し、
   前記第一内側層は、前記フィンガ本体側に位置し、
   前記第二内側層は、前記弾性層の前記最も外側の層側に位置し、
   前記第二内側層の弾性率は、前記第一内側層よりも高く、前記弾性層の前記最も外側の層よりも低いロボットハンド用フィンガ。
2. 前記弾性層の前記最も外側の層は、０．０５〜２．０の動摩擦係数を有し、
   前記内側の層は、０．１〜４．０の範囲で前記最も外側の層の動摩擦係数よりも高い動摩擦係数を有する
   請求項１に記載のロボットハンド用フィンガ。
3. 前記弾性層の前記最も外側の層の弾性率は、１０ｋＰａ〜１０ＭＰａのヤング率に相当し、
   前記弾性層の前記第一内側層及び前記第二内側層の弾性率はそれぞれ、１ｋＰａ〜１ＭＰａ及び５ｋＰａ〜５ＭＰａの範囲で前記最も外側の層の弾性率よりも低いヤング率に相当する
   請求項１または２に記載のロボットハンド用フィンガ。
4. 前記弾性層の前記最も外側の層がコーティング処理により形成される
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットハンド用フィンガ。
5. 前記フィンガ本体と前記弾性層との間に荷重を検出する感圧センサをさらに備え、
   前記最も外側の層を除く前記弾性層の厚さが０．１〜４．０ｍｍであり、
   前記弾性層の前記最も外側の層は、前記弾性層の前記内側の層よりも薄い厚さを有し、
   前記最も外側の層の厚さは、０．０１〜３．０ｍｍである
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボットハンド用フィンガ。
6. 前記最も外側の層を除く前記弾性層の厚さが０．１〜１．０ｍｍであり、
   前記最も外側の層の厚さが０．０１〜０．５ｍｍである
   請求項５に記載のロボットハンド用フィンガ。
7. 前記第一内側層は、前記第二内側層と同一の厚さを有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のロボットハンド用フィンガ。

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