JP6554202B1 - センサモジュール及びロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットハンドにおいて必要とするセンサの取付け、取外しをロボットハンドの分解作業を行うことなく、容易に行えるようにする。【解決手段】複数の指を有するロボットハンド用のセンサモジュールは、ロボットハンドの指に着脱可能とされて被せられるフレキシブルな基材３１の外側表面にセンサ３２を備えるものとする。センサ３２は近接覚センサ及び触覚センサの少なくとも一方とされ、ロボットハンドの指の指先に対応する位置に位置される。【選択図】図２

Description

この発明は複数の指を有するロボットハンドに装着されるセンサモジュールに関する。

複数の指を有するロボットハンドは、指の曲げ伸ばしを行う関節機構により、人の手に近い動作を行うことができるようになってきており、指先で物を掴む動作もできるようになってきている。

図７は特許文献１に記載されているロボットハンドを示したものであり、ロボットハンドの骨格をなす骨格部はカバー１１によって覆われた構成となっている。カバー１１は指カバー部１２とベースカバー部１３とよりなり、指カバー部１２は骨格部のうちの指本体を覆うように設けられ、ベースカバー部１３は骨格部のうちのベース部材を覆うように設けられている。

図８Ａはロボットハンドの指先の断面構造を示したものであり、図８Ａ中、１４は圧力センサを示す。圧力センサ１４は骨格部の指本体１５の動作に伴ってワークから指本体１５の指先部１６に作用する圧力を検出するもので、指先部１６の腹部１６ａ側の表面に設けられている。

図８Ｂは指本体１５の動作時、カバー１１がワークと接触して変形し、カバー１１の内面が圧力センサ１４と接触した状態を示したものである。

特開２０１６−２０３２６４号公報

上述したように、ロボットハンドの指先に圧力センサ等の触覚センサを設けることにより、把持する対象物や操作する対象物との接触を検知することができ、また把持する際に適切な把持力で対象物を把持することが可能となる。

しかるに、このような触覚センサは従来においてはロボットハンドの構成部品としてロボットハンド自体に組み込まれているため、例えば触覚センサが故障して交換修理を行う場合にはロボットハンドの分解作業が必要になるなど、取付け、取外しを容易に行えないものとなっていた。

この発明の目的はこのような問題に鑑み、ロボットハンドにおいて必要とするセンサの取付け、取外しを容易に行うことを可能とするセンサモジュールを提供することにあり、さらにそのようなセンサモジュールを備えるロボットシステムを提供することにある。

請求項１の発明によれば、複数の指を有するロボットハンド用のセンサモジュールは、指に着脱可能とされて被せられるフレキシブルな基材の外側表面にセンサを備え、基材は手袋形状をなし、センサは近接覚センサ及び触覚センサの少なくとも一方とされて指の指先に対応する位置に位置しているものとされる。

請求項２の発明では請求項１の発明において、前記外側表面の手のひらに対応する位置にも近接覚センサが設けられているものとされる。

請求項３の発明では請求項１又は２の発明において、近接覚センサは光反射式とされる。

請求項４の発明では請求項１又は２の発明において、前記外側表面にセンサ配線が形成されているものとされる。

請求項５の発明では、請求項１又は２の発明において、前記外側表面に無線装置が設けられているものとされる。

請求項６の発明によれば、ロボットシステムは請求項４に記載のセンサモジュールがロボットハンドに装着され、センサ配線とロボットハンドの制御装置とが配線で接続されているものとされる。

請求項７の発明によれば、ロボットシステムは請求項５に記載のセンサモジュールがロボットハンドに装着され、無線装置とロボットハンドの制御装置とが無線で接続されているものとされる。

この発明によれば、ロボットハンドにおいて、ロボットハンドを駆動制御するために必要とするセンサの取付け、取外しをロボットハンドの分解作業を必要とせず、容易に行うことができ、よってセンサが例えば故障して交換修理を行う場合であっても、その交換作業を極めて簡易に行うことができる。

ロボットハンドの一例を示す図。 この発明によるセンサモジュールの実施例１を示す図。 この発明によるセンサモジュールの実施例２を示す図。 この発明によるセンサモジュールの実施例３を示す図。 この発明によるセンサモジュールの実施例４を示す図。 Ａはこの発明によるセンサモジュールの実施例５を示す平面図、Ｂはその断面図。 ロボットハンドの従来例を示す斜視図。 Ａは図７に示したロボットハンドの指先を示す断面図、ＢはＡに示したロボットハンドの指先のカバー変形時の状態を示す断面図。

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。

図１はこの発明によるセンサモジュールが装着されるロボットハンドの一例を示したものであり、このロボットハンド２０は５本の指を備え、極めて人の手に近い形態を有している。

図２は図１に示したロボットハンド２０に装着される、この発明によるセンサモジュールの実施例１の構成を示したものであり、このセンサモジュール３０は５本指の手袋形状をなすフレキシブルな基材３１の外側表面にセンサ３２及びセンサ配線３３を備えたものとなっている。

手袋形状をなす基材３１はこの例ではシリコーンゴム製とされ、ロボットハンド２０にはめられて密着するものとなっている。基材３１はロボットハンド２０に着脱可能とされている。

センサ３２はこの例では近接覚センサとされ、各指の指先に１つずつ配されている。なお、ここでは「近接覚」を「人間に無い感覚で、人間で言えば皮膚の上方数ｃｍまで触覚が広がったように感じられる感覚」として定義する。近接覚センサはこの例では赤外線の発光ダイオードとフォトトランジスタとよりなるものとされ、対象物からの反射光量で距離を測定する光反射式の近接覚センサとされる。

センサ配線３３は各指のセンサ３２から基材３１の手首部分に至るように形成されており、センサ配線３３の手首側端部には端子３３ａが形成されている。各センサ３２に対し、この例では発光ダイオードの電源用、フォトトランジスタの検出信号用及び発光ダイオードとフォトトランジスタのＧＮＤ用として３本のセンサ配線３３が設けられている。

センサ配線３３は例えばスクリーン印刷等の印刷によって形成することができる。印刷に際し、基材３１は引っ張られて平らとされる。印刷によってセンサ配線３３を形成すれば、センサ配線３３の製造コストを低減することができる。

センサ３２はセンサ配線３３の端末に形成されているパッド（図２では隠れて見えない）にはんだ付けされて基材３１上に実装される。

上記のような構成を有するセンサモジュール３０はロボットハンドにはめられて装着され、ロボットハンドを駆動制御する制御装置の配線はセンサモジュール３０のセンサ配線３３の端子３３ａに接続される。これにより、ロボットハンドはセンサ３２の検出信号に基づき駆動制御される。

センサ３２として、この例では対象物との距離を検出する近接覚センサを備えているため、把持する対象物や操作する対象物が接近したことを確実に検知することができ、よって対象物との衝突を回避することができ、またソフトな接触が可能となる。なお、近接覚センサの検出信号では対象物との接触後における例えば対象物に対する把持力の制御を行うことはできないが、対象物が既定の物であれば、ロボットハンドの制御装置側で予め所定の把持力となるように設定しておくことにより、接触後、所定の把持力で対象物を把持することができる。

上述したように、センサモジュール３０は対象物を把持したり、操作したりするロボットハンドの駆動制御に必要なセンサ３２をロボットハンドの指の指先に対応する位置に備えるものであって、ロボットハンドへの取付け、取外しを容易に行えるものとなっている。よって、例えばセンサ３２が故障して交換修理を行う場合、従来、必要であったロボットハンド自体の分解作業等は不要であって、センサモジュール３０をロボットハンドから取外し、その取外したセンサモジュール３０においてセンサ３２の交換修理を行えばよく、これによりセンサ３２の取外し、取付け作業を極めて容易に行うことができる。

加えて、例えばロボットハンドへのセンサの付け替えを行いたい場合、センサモジュール３０の交換といった簡単な作業でセンサの付け替えを行うことができる。また、医療分野や食品を扱う分野で用いられるロボット（ロボットシステム）ではロボットハンドの衛生面での管理が重要となるが、センサモジュール３０はロボットハンドに被せられるカバーをなすものであるため、例えば使い捨てとすれば、ロボットハンドの衛生面での管理も簡易に行うことができる。

なお、図２中にはＡ／Ｄ変換機能を有するＭＣＵ（マイクロコントローラユニット）３４を破線で示しており、各指のセンサ３２に対して図２に示したようにＭＣＵ３４を設け、検出信号をデジタル化するようにすれば、ノイズを低減して検出信号の信号品質を向上させることができる。

以下、実施例２〜５について説明するが、実施例１と対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図３はこの発明によるセンサモジュールの実施例２の構成を示したものであり、このセンサモジュール４０は実施例１のセンサモジュール３０に対し、手袋形状をなす基材３１の手のひら部分の外側表面に近接覚センサ３５が１つ追加されたものとなっている。

近接覚センサ３５はセンサ３２と同様、光反射式の近接覚センサとされ、このようにロボットハンドの手のひらに対応する位置に近接覚センサ３５を設ければ、近接覚センサ３５の検出信号によって把持する対象物や操作する対象物に対し、ロボットハンド全体の動きを制御することができる。

図４はこの発明によるセンサモジュールの実施例３の構成を示したものである。このセンサモジュール５０は手袋形状をなす基材３１の手首部分の外側表面に無線装置３６が設けられたもので、センサ配線３３は無線装置３６に接続されている。

実施例１，２ではロボットハンドを駆動制御する制御装置とセンサモジュール３０，４０は配線で接続されるものとなっていたが、このように無線装置３６を設け、無線で接続するようにしてもよい。

図５はこの発明によるセンサモジュールの実施例４の構成を示したものであり、この例ではセンサモジュール６０の基材３１’は手袋形状ではなく、指サック形状をなすものとされている。

このセンサモジュール６０は例えばロボットハンドの指の本数及び指の形状に応じて用意され、複数の指を有するロボットハンドの各指に着脱可能とされて被せられ、装着される。センサ３２はロボットハンドの指先に対応する位置に位置される。

ロボットハンドの形態や機能に応じてこのような指サック形状をなすセンサモジュール６０を用いるようにしてもよい。

図６はこの発明によるセンサモジュールの実施例５の構成を示したものであり、この例ではセンサモジュール７０の基材３１”は単なるシート状をなすものとされ、基材３１”の、センサ３２が配されている外側表面と反対側の面には粘着材３７が設けられているものとされる。

このセンサモジュール７０はロボットハンドの指に粘着材３７によって貼り付けられ、着脱可能にロボットハンドの各指に取り付けられるもので、センサ３２はロボットハンドの指先に対応する位置に位置される。

ロボットハンドの形態や機能に応じてこのようなシート状をなすセンサモジュール７０を用いることもできる。なお、図６ではセンサモジュール７０はロボットハンドの指１本に対応する形状となっているが、例えばロボットハンドの指から手のひら部分にまで至るような形状（大きさ）として、ロボットハンドの手のひらに対応する位置に実施例２と同様に近接覚センサ３５を追加配置するようにしてもよい。

以上、各種実施例について説明したが、ロボットハンドの指の指先に対応する位置に上述したように近接覚センサを配置することにより、把持する対象物や操作する対象物の位置を適確かつ簡易に把握することができ、例えば対象物の認識に画像処理が必要な視覚センサを用いる場合と比較して信号処理の負荷を大幅に低減することができる。

近接覚センサは上述した例ではロボットハンドの指１本に対し、１つ設けているが、指１本に対し、複数設けるようにしてもよく、指１本に対し、近接覚センサを複数設けるようにすれば、指に対する対象物の相対的な動きを検知することもできる。

近接覚センサは光反射式に限らず、超音波式のものであってもよく、また対象物の材質によっては磁気式のものを用いることもできる。

なお、センサ３２として近接覚センサを用いる例について説明したが、センサ３２は近接覚センサに限るものではなく、触覚センサとしてもよい。

触覚センサは具体的に言えば、対象物との接触により指先に作用する圧力を検出する圧力センサ等であって、ロボットハンドの機能によってはセンサ３２として圧力センサを用いてもよい。また、センサ３２として近接覚センサと圧力センサの両者を用いるようにしてもよい。圧力センサはセンサ配線３３と同様、印刷によって形成することもできる。

基材３１（３１’，３１”）はシリコーンゴム製としているが、例えばウレタンゴム製としてもよく、また布材を用いることも可能である。

センサ配線３３には必要に応じて絶縁コーティングを施すようにしてもよい。

なお、実施例２〜５においても実施例１で説明したように、センサの検出信号をデジタル化するＭＣＵ３４を設けてもよい。加えて言えば、ＭＣＵ３４に無線機能を具備させるようにすれば、手首部分に至るような、あるいは実施例４や５のような指の付け根部分に至るようなセンサ配線３３の引き回しをなしとすることができる。

１１ カバー １２ 指カバー部
１３ ベースカバー部 １４ 圧力センサ
１５ 指本体 １６ 指先部
１６ａ 腹部 ２０ ロボットハンド
３０，４０，５０，６０，７０ センサモジュール
３１，３１’、３１” 基材 ３２ センサ
３３ センサ配線 ３３ａ 端子
３４ ＭＣＵ ３５ 近接覚センサ
３６ 無線装置 ３７ 粘着材

Claims (7)

1. 複数の指を有するロボットハンド用のセンサモジュールであって、
   前記指に着脱可能とされて被せられるフレキシブルな基材の外側表面にセンサを備え、
   前記基材は手袋形状をなし、
   前記センサは近接覚センサ及び触覚センサの少なくとも一方とされて前記指の指先に対応する位置に位置していることを特徴とするセンサモジュール。
2. 請求項１に記載のセンサモジュールにおいて、
   前記外側表面の手のひらに対応する位置にも近接覚センサが設けられていることを特徴とするセンサモジュール。
3. 請求項１又は２に記載のセンサモジュールにおいて、
   前記近接覚センサは光反射式であることを特徴とするセンサモジュール。
4. 請求項１又は２に記載のセンサモジュールにおいて、
   前記外側表面にセンサ配線が形成されていることを特徴とするセンサモジュール。
5. 請求項１又は２に記載のセンサモジュールにおいて、
   前記外側表面に無線装置が設けられていることを特徴とするセンサモジュール。
6. 請求項４に記載のセンサモジュールがロボットハンドに装着され、
   前記センサ配線と前記ロボットハンドの制御装置とが配線で接続されていることを特徴とするロボットシステム。
7. 請求項５に記載のセンサモジュールがロボットハンドに装着され、
   前記無線装置と前記ロボットハンドの制御装置とが無線で接続されていることを特徴とするロボットシステム。

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