JP7207886B2

JP7207886B2 - センサ、センサの制御方法、ロボットハンド、ロボットハンドの制御方法、ロボット装置、ロボット装置を用いた物品の制御方法、構造体、制御プログラムおよび記録媒体

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Description

本発明は、センサ、ロボットハンドに関する。

近年ロボット装置を用いた製品の自動組立において、多品種少量生産の流れから、複数種類のワークを１組のロボットアームとロボットハンドで把持し、組み立てを行うことが求められている。特にロボットハンドにおいては、柔軟な物から硬い物、軽量な小物から重量な大物といった様々なワークを把持することが求められている。そのため、把持したワークにかかる力を精密に制御することができるように、力センサをロボットハンドの指部に搭載したロボットハンドが提案されている。

特許文献１に記載のロボットハンドは、ロボットハンドの指部先端に、摺動可能な指先部材を設け、その指先部材に圧力センサを設けている。この摺動機構により指先部材は、指部に収納された状態と、指部から指先方向に突出した状態とを切り替え可能となっている。また指先部材は指部より細く棒状の形状をしている。そのため指先部材が指部に収納された状態では、指部の腹部でワークを把持し、指部全体の剛性を活かして強い力でワークを把持することができ、指先部材が突出した状態では、細い指先部材を用いて狭いところに並んだワークを容易に把持することができる。

さらに指先部材に圧力センサを設けることで、指先部材が指部に収納された状態でも、指部から指先方向に突出した状態でも、ワークの把持力を検出することができ、多種多様なワークの把持力を制御することができる。

特開２０１１－２４０４２２号公報

しかしながら、ロボット装置を用いた自動組立てにおいて、制御対象となる力はワークの把持力だけではない。例えば把持したワークを別のワークに組み付ける際、ワークの破損を防ぐため、ワーク同士の接触力を制御する場合がある。ワーク同士の接触力は、ロボット装置による組立動作によってかかる方向が異なる。そのため３軸方向の力を検出することができる３軸力センサを指部に設ける必要がある。

特許文献１に記載のロボットハンドに３軸力センサを配置する場合、３軸力センサが被組付けワークに干渉し、検出精度が悪化することを避けるため、指先部材ではなく指部の根元に３軸力センサを配置する構成が考えられる。

しかし上記構成の場合、接触力が働くワークと指先部材との接触点が、３軸力センサにおける力の検出位置から離れてしまうため、接触点に力が発生すると、指先部材の姿勢が変わり、３軸力センサにモーメントが働いてしまう。そのためこのモーメントが、３軸方向にかかる力を３軸力センサが検出する際に影響を与えてしまい、検出精度の悪化を招いてしまう。

そこで本発明は上記課題に鑑み、ロボットハンドの指部に３軸力センサを設ける際、３軸力センサを設ける位置、指部に発生する力の作用点によらず、正確に３軸方向の力を検出可能なセンサ、ロボットハンドを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明においては、力を検出するための情報を取得するセンサであって、第１部材と、第２部材と、第１方向と、前記第１方向と交差する第２方向と、において、前記第１部材に対して前記第２部材が相対的に移動可能になるように、前記第１部材と前記第２部材とを連結する第１弾性体と、前記第２部材に固定された第３部材と、第４部材と、前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向において、前記第３部材に対して前記第４部材が相対的に移動可能になるように、前記第３部材と前記第４部材とを連結する第２弾性体と、前記第４部材に固定され、前記第１方向、前記第２方向および前記第３方向において前記第１部材に対して相対的に移動可能な第５部材と、前記第１方向、前記第２方向および前記第３方向における前記第１部材と前記第５部材との相対的な移動量を検出する検出ユニットと、を備えている、ことを特徴とする。

本発明によれば、ロボットハンドの指部の根元に３軸力センサを配置し、３軸力センサは互いに変形方向が異なる２つの弾性体を用いている。そのためワークと指先との接触点が３軸力センサの位置から離れても、変形方向が異なる２つの弾性体により指先の部材の姿勢が変わらないように支えることができ、３軸力センサにモーメントが発生することを低減することができる。

第１の実施形態におけるロボットシステム１０００の概略図である。第１の実施形態におけるロボットハンド本体３００の概略図である。第１の実施形態における力センサ２５の概略図である。第１の実施形態における力センサ２５の断面図である。第１の実施形態における力センサ２５の－Ｆｙ方向から見た正面図である。第１の実施形態における検出ユニットの概略図である。第１の実施形態における接触部３０の先端に力が働いた際の力センサ２５の変形を説明した図である。

以下、添付図面に示す実施例を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施例はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１は本実施形態におけるロボットシステム１０００を表した概略図である。図１において、本実施形態のロボットシステム１０００は、ロボットアーム本体２００、ロボットハンド本体３００、ロボットシステム全体を制御するシステム制御装置４００、外部入力装置８００で構成される。

ロボットシステム１０００によって対象物となるワーク６を把持し、ワーク８に組付けることにより、工業製品、ないしはその部品を製造することができる。例えば、このワーク６、８に対する組付操作は、ロボットアーム本体２００とロボットハンド本体３００を用いて組付対象物としてのワーク６を把持し、移動させ、さらにワーク６をワーク８に嵌合させるという操作によって行われる。

ロボットアーム本体２００は、本実施形態では多関節のロボットアームであり、ロボットアーム本体２００の根元は基台９００に固定されている。ロボットアーム本体２００の先端には、把持装置であるロボットハンド本体３００が装着されている。このロボットハンド本体３００を用いてワーク６に対して動作を行う。また、ロボットアーム本体２００の各関節には、これらの関節を各々駆動する駆動源としてのモータ、およびモータの回転角度を検出する位置検出手段としてのエンコーダがそれぞれ設けられている。なお、エンコーダの設置位置および出力方式は問わない。

ロボットハンド本体３００は後述する駆動機構により３本の指部２０、４０、６０を開閉し、ワーク６の把持ないし解放を行う。ワーク６をロボットアーム本体２００に対して相対変位させないように把持できれば良い。なお、本実施形態では指部の本数を３本としたが、当業者が適宜変更することができる。

システム制御装置４００内には、ロボットアーム本体２００を制御するロボットアーム制御装置６００、ロボットハンド本体３００を制御するロボットハンド制御装置５００を備えている。なお、本実施形態ではロボットアーム本体２００とロボットハンド本体３００の制御を別々の制御装置を用いて実行しているが、１つの制御装置を用い統合して制御しても良い。

図１に示すようにロボットハンド制御装置５００とロボットアーム制御装置６００は、それぞれマイクロプロセッサなどから成るＣＰＵ５０１、６０１から構成される。さらに各ＣＰＵにバス接続されたＲＯＭ５０２、６０２、ＲＡＭ５０２、６０３、汎用信号インターフェース５０４、６０４で構成されている。そしてロボットハンド本体３００およびロボットアーム本体２００のそれぞれに設けられた不図示のモータを、モータドライバ５０５、６０５を介して制御する。

ＲＯＭ５０２、６０２には、各種動作に応じてロボットハンド本体３００およびロボットアーム本体２００に対応する駆動部を制御するための制御プログラムや、それらの制御に必要なデータ等が格納されている。これらロボットシステムを制御する上で必要なデータ、設定値、制御プログラム等をＲＡＭ５０３、６０３で展開する。そしてＣＰＵが上記のデータ、プログラム、測定値に従ってロボットアーム本体２００及びロボットハンド本体３００の制御を実行する。

また汎用入出力インターフェースＩ／Ｏ５０４、６０４にはティーチングペンダント等の外部入力装置８００が接続されている。これによりユーザーが直接ロボットシステム１０００を動作させることができる。汎用入出力インターフェースＩ／Ｏ５０４、６０４はそれぞれロボットハンド本体３００、ロボットアーム本体２００と送受信可能に接続されており、さらに、ロボットハンド制御装置５００とロボットアーム制御装置６００とで通信可能にしている。これにより上述したロボットハンド本体３００およびロボットアーム本体２００の各エンコーダ及び力センサ７００が検出した値をもとにフィードバック制御を行うことが可能となっている。

ワーク８は、ワーク６が組付く組付部（凹部）を有する。本実施形態では、部ワーク６は円筒状のピンを想定する。また、凹部は筒形の穴を想定する。

図２は本実施形態におけるロボットハンド本体３００の概略構成を示した図である。図２（ａ）、（ｂ）は本実施形態におけるロボットハンド本体３００の異なる状態を側面方向から示している。図２（ｃ）は斜視方向から簡略化して示している。

なお以下の図面において、図中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚはロボットハンド本体３００全体の座標系を示す。一般に、ロボット装置では、ＸＹＺ３次元座標系は、設置環境全体のグローバル座標系の他に制御の都合などによって、ロボットハンド、フィンガなどに関して適宜ローカル座標系を用いる場合がある。本実施形態ではロボットハンド本体３００全体の座標系をＸＹＺ、ローカル座標系をｘｙｚで表す。

本実施形態で図示するＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚの各座標軸は、主に、複数設けられた各指部につき設定され、各指部の制御にそれぞれ用いられるローカル座標系を意味するものとする。

図２に示すように、本実施形態のロボットハンド本体３００は、掌部１と、この掌部１よりも手先側（＋Ｙ軸方向）に指部２０、４０、６０を配置したものである。

掌部１の下方には、ロボットアーム取付部２が配置され、ロボットハンド本体３００はロボットアーム取付部２を介してロボットアーム本体２００に装着される。

掌部１には後述する、指部を互いに接近または離間させるための駆動機構、互いに接近または離間する方向を変更する旋回機構を駆動するための駆動インターフェースなどを含む。

また、インターフェースには、その他にもロボットハンド１００が装着されるロボットアーム本体２００と通信するためのネットワークインターフェースなどが含まれる。

図２（ａ）（ｃ）より、本実施形態のロボットハンド本体３００では、各指部を指部２０、４０、６０と呼んでいるが、これら指部２０、４０、６０は、それぞれワークの把持時にワークと接触する接触部３０、５０、７０を備えている。図２（ａ）、（ｂ）では、指部６０は、指部４０の向こうに隠れており図示されていないが、図２（ｃ）のように指部４０と同様の構造を有する。

また接触部３０、５０、７０の根本（－Ｙ軸方向）には、力センサ２５、４５（図２（ａ）では図示されていないが指部６０にも力センサ６５が設けられている）が配置されている。この力センサ２５、４５、６５は、それぞれ接触部３０、５０、７０が受ける３方向に係る力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを検出することができる。

さらに、本実施形態のロボットハンド本体３００では、接触部３０、５０、７０間の距離を変更し、接触部３０、５０、７０を相対的に接近、離間させてワーク６を把持ないし解放する駆動機構を設けている。

図２（ａ）、（ｃ）に示すように、指部２０、４０、６０の力センサ２５、４５、６５は、基部２２、４２、６２に装着され、基部２２、４２、６２によって支持されている。

この基部２２、４２、６２はリンク可動部として機能する。一方、掌部１側には、リンク固定部として、基部２１、４１、６１が配置されている。

図２（ｃ）より基部２１、４１、６１は、矩形（平行四辺形）パンタグラフ構成の少なくとも２本のリンク２３、４３、６３を介して基部２２、４２、６２とそれぞれ連結されている。そして、各指部２０、４０、６０について、各リンク２３、４３、６３を詳細不図示のモータおよび減速機で構成された駆動系２４、４４、６４を介して回転駆動できるよう構成する。

これにより、リンク２３、４３、６３の基部２１、４１、６１に対する傾斜角度を選択することができる。これにより、接触部３０、５０、７０の部分を含む基部２２、４２、６２よりも指先側（＋Ｙ軸方向）の部分をほぼ平行な姿勢を保ったまま直線的に２０Ｂ、４０Ｂ、６０Ｂそれぞれの方向へ開閉（接近／離間）できる。

また、指部４０は、旋回軸４７を中心に駆動系４６によって矢印４０Ａの方向に旋回駆動される。この旋回駆動のための駆動系４６は、旋回軸４７を回転駆動する例えばモータや減速機などから構成する。

また指部６０は、旋回軸６７を中心に駆動系４６と同様に構成された指部６０のための駆動系６６によって矢印６０Ａの方向に旋回駆動される。このように旋回指４０と６０には旋回機構が設けられている。

このような旋回機構により２つの指部４０、６０の旋回軸４７、６７の駆動を独立させることが可能である。また、旋回駆動系の構造によっては、旋回角度を連続的に可変制御するだけではなく、特定の角度ピッチずつ段階的に駆動するような制御方式を取ることもできる。

これら旋回駆動可能な指部４０、６０は、例えばそれぞれ独立に駆動制御される構造とするが、駆動系やアクチュエータの一部を適当な連動機構を介して共通化し、同一アクチュエータで同期駆動するよう構成してもよい。

また、上記駆動系２４、４４、４６、６４、６６には位置検出手段として不図示のエンコーダが設けられている。このエンコーダにより各把持指の位置情報を検出する。

本実施形態において、ロボットハンド本体３００は不図示のモータ駆動で各接触部３０、５０、７０を動作させているが、空気圧駆動のようなエアグリッパであっても良い。

図３に本実施形態におけるロボットハンド本体３００の各指部における力センサ２５、４５、６５の概略図を示す。図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は力センサ２５、４５、６５の分解図である。以下、力センサ２５、４５、６５は同じ構成であるため力センサ２５を例に取り詳述する。

図３（ａ）より力センサ２５は、以下を有している。第１の部材となる固定部材２９０、第１の弾性体となる梁２６３～２６６、第２の部材２６２、第３の部材２７２、第４の部材２７７、第２の弾性体となる板バネ２７３～２７６、第４の部材２７７、第５の部材となる磁石保持部材２８０である。

第４の部材２７７には、接触部３０が設けられる。また、固定部材２９０は、基部２１にネジ締め等により固定支持されている。

図３（ｂ）より、磁石保持部材２８０のベース部２８４は、第２の部材２６２および第４の部材の移動により、固定部材２９０に対して相対的に移動する部材である。磁石保持部材２８０は、磁石２８１が設けられるベース部２８４、ベース部２８４から突出している突出部２８２、突出部２８２に鉤爪状に設けられた鉤爪部２８３で構成される。

後述するが、この磁石保持部材２８０のベース部２８４が、第２の部材２６２および第４の部材の移動により移動し、磁石２８１が固定部材２９０に設けられた検出部２４０上を移動することで磁束が変化し、この変化を検出することで力を求める。本実施形態対では固定部材２９０に検出部２４０を設けたが、検出部２４０を基部２１に直接設け、基部２１を第１の部材として用いてもかまわない。

本実施形態では、磁石保持部材２８０の材質としてＳＵＳ（ＳｔｅｅｌＵｓｅＳｔａｉｎｌｅｓｓ）が用いられている。磁石保持部材２８０と磁石２８１は、たとえば接着剤で接合されている。

同図において第１の弾性体となる梁２６３、２６４、２６５、２６６が固定部材２９０と第２の部材２６２を連結する。本実施形態では、第２の部材２６２の材質としてＳＵＳが設けられており、梁２６３、２６４、２６５、２６６としてピアノ線が用いられている。

これにより第２の部材２６２は、梁２６３、２６４、２６５、２６６の変形によりｘ方向とｚ方向に移動が可能になっている。値としては、固定部材２９０に対して第２の部材２６２は、ｘ、ｚ方向共に約５０μｍ相対移動可能となっている。

逆にｙ方向の移動は、梁２６３、２６４、２６５、２６６を押しつぶすような変形となるため、梁２６３、２６４、２６５、２６６により第２の部材２６２の移動が規制される。以上により第１の弾性体となる梁２６３、２６４、２６５、２６６は、２軸方向に変形可能となっている。

同図より、第３の部材２７１、２７２と第４の部材２７７とは、第２の弾性体となる板バネ２７３、２７４、２７５、２７６によって接続されている。第３の部材２７１、２７２は、第２の部材２６２と、ねじ等で締結される。

このネジ締結により、第４の部材２７７はｘ方向に移動しようとすると、第２の部材２６２により第２の弾性体となる板バネ２７３、２７４、２７５、２７６の変形が規制される。またｚ方向に移動しようとすると、板バネ２７３、２７４、２７５、２７６を押しつぶすような変形となるため第４の部材２７７の移動が規制される。

逆にｙ方向の移動は、第４の部材２７７の移動を規制するものが無いため、板バネ２７３、２７４、２７５、２７６の変形によりｙ方向の移動が可能となる。値としては、第３の部材２７１、２７２に対して、ｙ方向に約２０μｍ相対移動可能となっている。以上により第２の弾性体となる板バネ２７３、２７４、２７５、２７６は所定の１軸方向に変形可能となっている。本実施形態では板バネ２７３、２７４、２７５、２７６の材質としてＳＵＳが用いられている。

なお本実施形態においては、第２の弾性体のｘ、ｚ方向の剛性は、第１の弾性体のｘ、ｚ方向の剛性より２倍以上高く、第１の弾性体のｙ方向の剛性は、第２の弾性体のｙ方向の剛性より２倍以上高いものとする。

接触部３０は第４の部材２７７にネジ等で固定される。本実施形態では接触部３０の材質として鉄が用いられている。

ここで、第２の部材２６２には、第５の部材となる磁石保持部材２８０のベース部２８４と磁石２８１が挿入される開口部２６１と、突出部２８２が通るための凹部２６７が設けられている。

また図３（ｂ）より、磁石保持部材２８０の鉤爪部２８３は第４の部材２７７のＳ点で接続される。

つまり力センサ２５を組み立て、一体にすると、ベース部２８４と磁石２８１が第２の部材２６２の開口部２６１の内部に配置される。図４は、力センサ２５の断面図である。図４における断面図は、図３（ａ）の鎖線ＡＡを－ｙ方向に切断した際の断面図を＋ｘ方向から見た図である。

図４より検出部２４０は、４つのホール素子２４１、２４２、２４３、２４４と検出基板２４５により構成されている。ホール素子２４４は紙面奥であるため不図示としている。

本実施形態では、検出部２４０と磁石２８１を、磁石保持部材２８０と固定部材２９０との相対移動量を検出する検出ユニットとし、磁石２８１を被検出部とする。

図３、図４よりベース部２８４と磁石２８１が第２の部材２６２の開口部２６１の内部に配置されることで、磁石２８１が検出部２４０と対向する位置に配置され、磁石２８１が検出部２４０上を移動可能となる。

この際、開口部２６１に配置されたベース部２８４および磁石２８１は、第２の部材２６２と約１μｍの隙間が設けられて挿入されている。

また、磁石保持部材２８０の鉤爪部２８３が第４の部材２７７に接続されることで、突出部２８２と凹部２６７との間に、ｙ方向に隙間が設けられた状態で磁石保持部材２８０が配置される。

以上により、接触部３０に力が働き、第４の部材２７７がｘおよびｚ方向に移動しようとすると、板バネ２７３、２７４、２７５、２７６は変形が規制されるため、接触部３０からのｘおよびｚ方向の力を第２の部材２６２に、ロスなくそのまま伝える。

そして、第２の部材２６２がｘおよびｚ方向に移動すると共に、挿入されている磁石保持部材２８０のベース部２８４も同様にｘおよびｚ方向に力が働く。この際、突出部２８２が変形するため、ベース部２８４が移動し、磁石２８１がホール素子２４１～２４４上をｘおよびｚ方向に移動することができる。

接触部３０に力が働き、第４の部材２７７がｙ方向に移動すると、突出部２８２と凹部２６７との間には、ｙ方向に隙間が設けられているため、鉤爪部２８３により接続された磁石保持部材２８０も共にｙ方向に移動する。これにより磁石２８１はホール素子２４１～２４４上をｙ方向に移動することができる。

以上により、磁石２８１はホール素子２４１～２４４上をｘ、ｙ、ｚの３方向に移動可能であるため、３方向に磁束の変化をもたらすことができ、接触部３０にかかる３方向の力を検出することができる。

次に、本実施形態における力センサ２５の各弾性体のストッパ構造について図５を用いて説明する。図５は力センサ２５を－ｙ方向から見た図である。

ここで図４より、固定部材２９０は貫通孔２５１が設けられており、貫通孔２５１を通って、ネジ２５２が第４の部材２７７に締結されている。

そして図５（ａ）より、貫通孔２５１とネジ２５２との間には、±ｚ方向に隙間２５３、±ｘ方向に隙間２５４が設けられている。また隙間２５３、２５４は、第２の部材２６２と、開口部２６１に挿入された磁石保持部材２８０との間の隙間と同程度設けられているものとする。

これにより、第４の部材２７７がｘ方向、ｚ方向に十分移動できるようにした上で、貫通孔２５１が第４の部材２７７のｘ方向、ｚ方向のストッパの役割を果たす。

第４の部材２７７のｙ方向のストッパは、磁石保持部材２８０は第４の部材２７７に設けられており、凹部２６７と隙間を設けて配置されている。これにより、磁石保持部材２８０が－ｙ方向に移動すると、凹部２６７と当接するため、凹部２６７が第４の部材２７７のｙ方向のストッパの役割を果たす。

以上により、力センサ２５に定格を超える荷重がかかっても、ストッパの役割を果たす貫通孔２５１、凹部２６７により第４の部材２７７が移動しすぎるのを防ぐ。ゆえに第１の弾性体となる梁２６３、２６４、２６５、２６６と、第２の弾性体となる板バネ２７３、２７４、２７５、２７６が破損するのを防ぐことができる。

次に磁石２８１と検出部２４０による力の検出について詳述する。図６は、本実施形態における力センサ２５の検出部２４０と磁石２８１との配置を示した図である。図６（ａ）は検出部２４０と磁石２８１を＋ｙ方向から見た透視図、図６（ｂ）は図６（ａ）の鎖線ＡＡを－ｙ方向に切断した際の断面図を＋ｘ方向から見た図を示している。

図６（ａ）（ｂ）より、検出部２４０は、検出基板２４５上に、ホール素子２４１、２４２、２４３、２４４が配置されており、ホール素子２４１、２４２、２４３、２４４で検出した磁界の変化による微小な電圧変化を検出基板２４５で増幅する。

検出基板２４５上のホール素子２４１、２４２、２４３、２４４は、図６（ａ）のように磁石２８１の中心Ｃに対し、ホール素子２４１と２４３、ホール素子２４２と２４４とがそれぞれ対向して配置されている。

また図５（ｂ）に示すように、磁石２８１とホール素子２４１、２４２、２４３、２４４とは非接触かつ近接して配置されている。ホール素子２４１、２４２、２４３、２４４近傍における、磁石２８１の磁気等高線２４６、２４７は、ｚ方向およびｙ方向に対して４５°の角度がついている。

次に図６（ａ）および図６（ｂ）を用いて、接触部３０にｘ、ｙ、ｚの３方向の力がそれぞれ加わり、磁石２８１が各方向に移動した際の、ホール素子２４１、２４２、２４３、２４４について説明する。

接触部３０に例えば－ｙ方向の力が加わると、前述のとおり、第４の部材２７７が－ｙ方向に移動し、磁石２８１も－ｙ方向に移動する。この際、４つのホール素子２４１、２４２、２４３、２４４の各々の位置における磁気等高線２４６、２４７は、磁束密度が増える方向に変化するため、４つのホール素子２４１、２４２、２４３、２４４の電圧は上昇する。

一方、接触部３０にｚ方向の力が加わると、前述のとおり、第２の部材２６２がｚ方向に移動し、磁石２８１も第２の部材２６２と共に移動する。この際、ホール素子２４１の位置における磁気等高線２４６が、磁束密度の増える方向に変化するため、ホール素子２４１の電圧は上昇する。

一方、ホール素子２４３の位置における磁気等高線２４７が、磁束密度の減る方向に変化するため、ホール素子２４３の電圧は下降する。また、ホール素子２４２、２４４の位置における磁気等高線は変化しないため、ホール素子２４２、２４４の電圧値は変化しない。

接触部３０にｘ方向の力が加わると、前述のとおり、第２の部材２６２がｘ方向に移動し、磁石２８１も第２の部材２６２と共に移動する。そしてｚ方向に力が働くときと同様の仕組みにより、ホール素子２４２、２４４の電圧が変化する。

以上により、力センサ２５は、力がかかった際に第５の部材となる磁石保持部材２８０と、第１の部材となる固定部材２９０との相対移動量を、ホール素子２４１、２４２、２４３、２４４で電圧変化値として検出することで、力を算出することが可能となる。

検出された電圧値は、不図示のケーブル等により、ロボットハンド制御装置５００に送られる。そして、ＣＰＵ５０１により、ＲＯＭ５０３から必要なパラメータを読出し、送られた電圧値を力に変換する。

指先力センサ２５により検出される力と、力指令値との差分によりロボットハンド本体３００及びロボットアーム本体２００に対して指令値を生成することで、ワークにかかる力を一定に制御した組立動作を実現することができる。

次に接触部３０の先端で力が働き、各弾性体にモーメントが働いた際の各弾性体の変形について詳述する。図７は、接触部３０の先端にｘ、ｚ方向の力がそれぞれ加わった際の、各弾性体の変形について詳述した図である。図７（ａ）はｚ方向の力が働いた場合、図７（ｂ）はｘ方向に力が働いた場合を表している。

図７（ａ）に示すように、接触部３０の先端にｚ方向の力Ｆｚが加わると、接触部３０と第４の部材２７７との接続部を中心に、ｘ軸まわりのモーメントＭｘがかかろうとする。

しかし板バネ２７３、２７４、２７５、２７６は上述した通り、第４の部材２７７がｚ方向に移動しようとすると、押しつぶすような変形となるため変形が規制される。

これにより、接触部３０と第４の部材２７７との接続部の剛性をｚ方向に強くすることができているので、接触部３０がｚ方向に倒れてしまうのを低減することができ、モーメントＭｘが生じるのを低減することができる。

また、第３の部材２７１、２７２はネジ（図７（ａ）では２５０）により第２の部材２６２に締結されている。これにより板バネ２７３、２７４、２７５、２７６がｘ軸周りのＭｘ方向に変形するのを低減し、磁石保持部材２８０が固定部材２９０に対してＭｘ方向に相変位するのを低減し、磁石２８１がＭｘ方向に移動するのを低減する。

これにより、接触部３０の先端にＦｚの力が働き、モーメントが発生した場合でも、モーメントが力の検出に影響することを低減することができる。

また図７（ｂ）に示すように、接触部３０の先端にｘ方向の力Ｆｘが加わると、接触部３０と第４の部材２７７との接続部を中心に、ｚ軸まわりのモーメント－Ｍｚがかかろうとする。

しかし第３の部材２７１、２７２は上述した通り、第２の部材２６２と、ネジ等で締結される。このネジ締結により、第４の部材２７７はｘ方向に移動しようとすると、第２の部材２６２により板バネ２７３、２７４、２７５、２７６の変形が規制される。

これにより、接触部３０と第４の部材２７７との接続部の剛性をｘ方向に強くすることができているので、接触部３０がｘ方向に倒れてしまうのを低減することができる。そのためモーメントＭｘが生じるのを低減することができ、モーメントが力の検出に影響することを低減することができる。

以上の構成によれば、変形方向が異なる第１の弾性体、第２の弾性体により接触部３０を支持している。これにより力センサ２５を接触部３０の根元に設け、力が発生するワークと接触部３０との接触点が、３軸力センサの位置から離れても接触部３０の姿勢が変わらないようにすることができ、３軸力センサにモーメントが発生することを低減できる。

また、接触部３０の根元に力センサ２５を配置しているため、３軸指先力センサ２５と把持するワークが干渉することを防ぐことができる。

さらに、接触部３０の倒れを抑えることができるため、常に把持するワークに対して、所定の面をほぼ平行に接触させることができるので、ワークと接触部との接触面積を大きくすることができ、安定した把持を行うことが可能となる。

本実施形態では、磁石２８１は第４の部材２７７に磁石保持部材２８０を介して接続されており、検出基板２４５およびホール素子２４１、２４２、２４３、２４４は固定部材２９０上に配置されている。しかしながら、検出基板２４５およびホール素子２４１、２４２、２４３、２４４が磁石保持部材２８０に設けられ、磁石２８１が固定部材２９０に配置されていても同様の効果を得ることができる。つまり、磁石保持部材２８０、固定部材２９０のどちらか一方に磁石２８１、他方にホール素子２４１、２４２、２４３、２４４に設けられていればよい。

（その他の実施形態）
以上説明した第１の実施形態では、検出ユニットとして磁石とホール素子を用いたがこれに限らない。例えば、検出部を発光素子と受光素子、被検出部を光学スケールで構成した光学式エンコーダであっても良い。

この場合、発光素子から光を光学スケールに対して照射し、光学スケールの光学パターンから反射した光を受光素子が受光する。

そして、測定対象となる第１の部材と第５の部材が相対移動すると、検出部（発光素子、受光素子）と被検出部（光学スケール）の相対位置が変化する。そして光学スケールに照射されている光の照射位置が光学パターン上を移動する。

このとき、光学スケールに照射されている光が光学パターンを通過すると、受光素子で検出される光の光量が変化する。この光量の変化から、第１の部材と第５の部材との相対移動量を検出し、力を算出する。

その他、検出ユニットの例として、ひずみゲージや静電容量等の変位検出器であっても良い。

また、第１の実施形態のロボットハンド本体３００は、指部が３つの指で構成したものであるが、２つの指部で構成したロボットハンドであってもよい。

また上記第１の実施形態では、ロボットアーム本体２００が複数の関節を有する多関節ロボットである場合を説明したが、関節の数はこれに限定されるものではない。ロボットアーム本体２００の形式として、垂直多軸構成を示したが、パラレルリンク型など異なる形式のロボットアーム本体２００の関節においても上記と同等の構成を実施することができる。

ロボットアーム本体２００の関節の構成例を図１により示したが、関節の構成はこれだけに限定されるものではなく、当業者において任意に設計変更が可能である。また、各モータは、上述の構成に限定されるものではなく、各関節を駆動する駆動源は例えば人工筋肉のようなデバイス等であってもよい。

また上記実施形態は、制御装置の記憶装置の情報に基づき、伸縮、屈伸、上下移動、左右移動もしくは旋回の動作またはこれらの複合動作を自動的に行うことができる機械に適用可能である。

１掌部
２ロボットアーム取付面
６、８ワーク
２０、４０、６０指部
２１、２２、４１、４２、６１、６２基部
２３、４３、６３リンク
２４、４４、４６、６４、６６駆動系
２５、４５、６５力センサ
３０、５０、７０接触部
４７、６７旋回軸
２００ロボットアーム本体
２４０検出部
２４１、２４２、２４３、２４４ホール素子
２４５検出基板
２４６、２４７磁気等高線
２５０、２５２ネジ
２５１貫通孔
２５３、２５４隙間
２６１開口部
２６２第２の部材
２６３、２６４、２６５、２６６梁
２６７凹部
２７１、２７２第３の部材
２７３、２７４、２７５、２７６板バネ
２７７第４の部材
２８０磁石保持部材
２８１磁石
２８２突出部
２８３鉤爪部
２８４ベース部
２９０固定部材
３００ロボットハンド本体
４００ロボットシステム制御装置
５００ロボットハンド制御装置
６００ロボットアーム制御装置
８００外部入力装置
９００基台
１０００ロボットシステム

Claims

力を検出するための情報を取得するセンサであって、
第１部材と、
第２部材と、
第１方向と、前記第１方向と交差する第２方向と、において、前記第１部材に対して前記第２部材が相対的に移動可能になるように、前記第１部材と前記第２部材とを連結する第１弾性体と、
前記第２部材に固定された第３部材と、
第４部材と、
前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向において、前記第３部材に対して前記第４部材が相対的に移動可能になるように、前記第３部材と前記第４部材とを連結する第２弾性体と、
前記第４部材に固定され、前記第１方向、前記第２方向および前記第３方向において前記第１部材に対して相対的に移動可能な第５部材と、
前記第１方向、前記第２方向および前記第３方向における前記第１部材と前記第５部材との相対的な移動量を検出する検出ユニットと、
を備えており、
前記第３部材と、前記第２弾性体と、前記第４部材は、前記第２部材の一部を囲むように設けられている、
ことを特徴とするセンサ。
請求項１に記載のセンサにおいて、
前記第５部材は、前記第１部材に対する前記第２部材の移動と共に移動し、前記第１部材に対する前記第４部材の移動と共に移動する、
ことを特徴とするセンサ。
請求項２に記載のセンサにおいて、
前記第５部材は、前記第３方向における前記第１部材に対する前記第４部材の移動と共に、前記第３方向において前記第１部材に対して移動する、
ことを特徴とするセンサ。
請求項２または３に記載のセンサにおいて、
前記第５部材は、前記第１方向およびまたは前記第２方向における前記第１部材に対する前記第２部材の移動と共に、前記第１方向およびまたは前記第２方向において前記第１部材に対して移動する、
ことを特徴とするセンサ。
請求項１から４のいずれか１項に記載のセンサにおいて、
前記第３方向において、前記第５部材と前記第２部材とが隙間を介して対向して配置されている、
ことを特徴とするセンサ。
力を検出するための情報を取得するセンサであって、
第１部材と、
第２部材と、
第１方向と、前記第１方向と交差する第２方向と、において、前記第１部材に対して前記第２部材が相対的に移動可能になるように、前記第１部材と前記第２部材とを連結する第１弾性体と、
前記第２部材に固定された第３部材と、
第４部材と、
前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向において、前記第３部材に対して前記第４部材が相対的に移動可能になるように、前記第３部材と前記第４部材とを連結する第２弾性体と、
前記第４部材に固定され、前記第１方向、前記第２方向および前記第３方向において前記第１部材に対して相対的に移動可能な第５部材と、
前記第１方向、前記第２方向および前記第３方向における前記第１部材と前記第５部材との相対的な移動量を検出する検出ユニットと、
を備えており、
前記第３方向において、前記第５部材と前記第２部材とが隙間を介して対向して配置されており、
前記第５部材は、ベース部と、前記ベース部から突出した突出部と、前記突出部に鉤爪状に設けられた鉤爪部とを備え、
前記ベース部は前記第２部材に囲まれるように配置されており、
前記第２部材には凹部が設けられており、
前記突出部は前記凹部を通るように設けられ、
前記鉤爪部は前記第４部材に固定され、
前記突出部と前記凹部との間に前記隙間が設けられている、
ことを特徴とするセンサ。
請求項１から６のいずれか１項に記載のセンサにおいて、
前記検出ユニットの第１部が前記第１部材に設けられており、前記検出ユニットの第２部が前記第５部材に設けられている、
ことを特徴とするセンサ。
請求項１から７のいずれか１項に記載のセンサにおいて、
前記検出ユニットは、前記第１部材と前記第５部材の一方に設けられた検出部と、前記第１部材と前記第５部材の他方に設けられた被検出部とを備えている、
ことを特徴とするセンサ。
請求項８に記載のセンサにおいて、
前記検出部は、ホール素子であり、
前記被検出部は、磁石である、
ことを特徴とするセンサ。
請求項８に記載のセンサにおいて、
前記検出部は発光素子と受光素子と、を備え、
前記被検出部はスケールである、
ことを特徴とするセンサ。
請求項８から１０のいずれか１項に記載のセンサにおいて、
前記検出部は複数の素子を含む、
ことを特徴とするセンサ。
請求項１から１１のいずれか１項に記載のセンサにおいて、
前記第１弾性体は、前記第１方向および前記第２方向に変形可能であり、
前記第２弾性体は、前記第３方向に変形可能である、
ことを特徴とするセンサ。
請求項１２に記載のセンサにおいて、
前記第１弾性体は、前記第３方向に延在し、
前記第２弾性体は、前記第３方向とは異なる方向に延在する、
ことを特徴とするセンサ。
請求項１２または１３に記載のセンサにおいて、
前記第１弾性体は、複数の梁であり、
前記第２弾性体は、複数の板バネである、
ことを特徴とするセンサ。
請求項６に記載のセンサにおいて、
前記第３部材と、前記第２弾性体と、前記第４部材は、前記第２部材の一部を囲むように設けられている、
ことを特徴とするセンサ。
請求項１から１５のいずれか１項に記載のセンサにおいて、
前記第３部材と、前記第２弾性体と、前記第４部材は一体となって設けられている、
ことを特徴とするセンサ。
請求項１から１６のいずれか１項に記載のセンサにおいて、
前記第１弾性体の材質はピアノ線であり、前記第２弾性体の材質はＳＵＳである、
ことを特徴とするセンサ。
請求項１から１７のいずれか１項に記載のセンサにおいて、
前記第２部材と前記第３部材とは第１ネジにより締結されている、
ことを特徴とするセンサ。
請求項１から１８のいずれか１項に記載のセンサにおいて、
前記第１部材には貫通孔が設けられており、
前記貫通孔に配置された第２ネジが、前記第１部材との間に隙間を有するように前記第４部材に連結されている、
ことを特徴とするセンサ。
請求項１から１９のいずれか１項に記載のセンサにおいて、
前記力として前記第１方向の力、前記第２方向の力、および前記第３方向の力を別々に検出するための情報を取得する、
ことを特徴とするセンサ。
ワークを把持する指部を備えるロボットハンドであって、
前記指部に、
請求項１から２０のいずれか１項に記載のセンサと、
前記第４部材に固定され、前記ワークに接触する接触部と、
が設けられている、
ことを特徴とするロボットハンド。
ワークを把持する複数の指部を備えるロボットハンドであって、
前記複数の指部の各々に、
請求項１から２０のいずれか１項に記載のセンサと、
前記第４部材に固定され、前記ワークに接触する接触部と、
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２１または２２に記載のロボットハンドにおいて、
掌部と、前記掌部と前記第１部材とを接続するリンクと、を備える、
ことを特徴とするロボットハンド。
ロボットアームと、前記ロボットアームに取り付けたロボットハンドと、を備えるロボット装置であって、
前記ロボットハンドが、請求項２１から２３のいずれか１項に記載のロボットハンドである、
ことを特徴とするロボット装置。
請求項１から２０のいずれか１項に記載のセンサから情報を取得する方法であって、
前記第１部材と前記第２部材との相対的な移動と、前記第３部材と前記第４部材との相対的な移動とに基づき前記情報を取得する、
ことを特徴とする方法。
請求項２１から２３のいずれか１項に記載のロボットハンド、または、請求項２４に記載のロボット装置を用いて物品の製造を行うことを特徴とする物品の製造方法。
請求項２４に記載のロボット装置を制御する方法であって、
前記センサからの前記情報に基づき、前記ロボットアームの動作を制御する、
ことを特徴とする方法。