JP7381091B2 - 触覚センサ装置及びこれを用いたロボットハンド装置 - Google Patents

Description

本発明は、構造物等に接触した時に受ける外力を検出する触覚センサ装置、及び複数の指部でワークを把持するロボットハンド装置に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されているように、アームの端部に、ワークを把持する第１及び第２のフィンガー部が設けられ、各フィンガー部の先端部分に所定のセンサシステムが配設されたロボットハンドがあった。

センサシステムの構造は、基準平面と複数の斜面とを有した基板に、多数の力覚センサを取り付けた構造になっており、力覚センサとして、３軸方向の外力を検出できる静電容量型のセンサが使用されている。センサシステムは、ロボットハンドが第1及び第２のフィンガー部でワークを把持した時、複数の力覚センサの検出結果に基づいて、第１及び第２のフィンガー部がワークから受ける３軸方向の押圧力及び３軸周りのモーメントを各々算出する。

特開２０２０－８５８１０号公報

特許文献１のセンサシステムは、多数の６軸力覚センサを組み合わせた高度なシステムなので、構成が非常に複雑でコストも掛かるものである。したがって、このセンサシステムは、精密部品等を取り扱う高級なロボットハンド装置には適しているが、普通の物品を取り扱う汎用的なロボットハンド装置にとっては過剰品質であり、コストアップも大きくなるので適用しにくいものである。

本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、２軸方向の力を検出できるシンプルな構成の触覚センサ装置、及びこれを用いたロボットハンド装置を提供することを目的とする。

本発明は、基体と、前記基体に立設された第一の可撓板と、前記基体に立設された板であって、前記第一の可撓板の側方に位置し、自己の幅方向が前記第一の可撓板の幅方向と平行になるように配置された第二の可撓板と、前記第一及び第二の可撓板の先端部同士を連結する連結部と、前記連結部に対して一体的に設けられた受圧部と、前記受圧部に外力が加わった時に前記第一及び第二の可撓板に発生する撓み量を検出するための撓み量検出手段とを備え、前記受圧部は、前記連結部から延設されて前記第一の可撓板の外面に対向する第一の受圧板により構成され、
前記基体を基準とする座標系であって、前記基体に対して前記第一及び第二の可撓板が起立している方向をＺ軸正方向、前記第一及び第二の可撓板の幅方向をＹ軸方向とするＸＹＺ三次元座標系を定義したとき、前記第一の受圧板にＸ軸方向の外力が加わると、この外力が前記連結部を通じて前記第一及び第二の可撓板に伝達され、前記第一の可撓板と前記第二の可撓板の双方が前記外力と同じ方向に撓み、前記第一の受圧板又は前記連結部にＺ軸方向の外力が加わると、この外力が前記連結部を通じて前記第一及び第二の可撓板に伝達され、前記第一の可撓板がＸ軸正方向又はＸ軸負方向に撓み、前記第二の可撓板が前記第一の可撓板と反対方向に撓み、前記撓み量検出手段は、前記第一及び第二の可撓板に発生したＸ軸方向の撓み量に対応した特性値を検出信号として出力する触覚センサ装置である。

前記基体に、自己の表面側と裏面側とが前記第一及び第二の可撓板の内面に各々対向する固定板が立設され、前記撓み量検出手段は、前記固定板に対する前記第一の可撓板のＸ軸方向の変位量を検出する第一の位置センサと、前記固定板に対する前記第二の可撓板のＸ軸方向の変位量を検出する第二の位置センサとで構成され、前記第一及び第二の位置センサは、静電容量式又は光電式のセンサである構成にすることができる。あるいは、前記撓み量検出手段は、前記第一の可撓板の歪み量を検出する第一の歪みセンサと、前記第二の可撓板の歪み量を検出する第二の歪みセンサとで構成され、前記第一及び第二の歪みセンサは、前記第一及び第二の可撓板に取り付けられた歪みゲージ式又は圧電式のセンサである構成にすることができる。

前記受圧部は、前記第一の受圧板と、前記連結部から延設されて前記第二の可撓板の外側面に対向する板状の第二の受圧板とで構成され、前記第二の受圧板にＸ軸方向の外力が加わると、この外力が前記連結部を通じて前記第一及び第二の可撓板に伝達され、前記第一の可撓板と前記第二の可撓板の双方が、前記外力と同じ方向に撓み、前記第二の受圧板又は前記連結部にＺ軸方向の外力が加わると、この外力が前記連結部を通じて前記第一及び第二の可撓板に伝達され、前記第一の可撓板がＸ軸正方向又はＸ軸負方向に撓み、前記第二の可撓板が前記第一の可撓板と反対方向に撓む構成にすることが好ましい。

また、本発明は、上記の触覚センサ装置が触覚用指部として使用され、前記触覚用指部を含む２つの指部でワークを把持する把持機構を備え、前記触覚用指部は、前記把持機構の本体部に前記基体が取り付けられ、ワークを把持した時、前記受圧部がワークに当接するロボットハンド装置である。

前記２つの指部は、前記触覚用指部と触覚機能を有しない非触覚用指部とで構成され、ワークを把持した状態で、前記触覚用指部の前記第一の受圧板の外面と、前記非触覚用指部とで、ワークが挟持される。或いは、前記２つの指部は、２つの前記触覚用指部である第一及び第二の触覚用指部で構成され、ワークを把持した状態で、前記第一の触覚用指部の前記第一の受圧板の外面と、前記第二の触覚用指部の前記第一の受圧板の外面とで、ワークが挟持される。或いは、前記２つの指部は、２つの前記触覚用指部である第一及び第二の触覚用指部で構成され、ワークを把持した状態で、前記第一の触覚用指部が有する前記第一の受圧板の外面と、前記第二の触覚用指部が有する前記受圧部の側端面とで、ワークが挟持される。

さらに、前記把持機構の前記本体部を移動させるアームと、前記アームと前記本体部との接続部分に取り付けられた６軸力覚センサとを備え、前記６軸力覚センサは、前記アームを基準として前記本体部に加わる外力及びモーメントを検出可能なものであり、前記触覚用指部の撓み量検出手段の検出信号に基づいて算出された外力と前記６軸力覚センサの検出結果とを比較分析することによって、前記把持機構の異常を検出する構成にしてもよい。

本発明の触覚センサ装置によれば、２つの可撓板と受圧部とを組み合わせたシンプルで独特な構成により、２軸方向の力を精度よく検出することができる。また、本発明のロボットハンド装置は、上記の触覚センサ装置を把持機構の触覚用指部として使用しているので、ワークを把持した時にワークに加わる把持力や、ワーク移送中に誤って障害物に接触したこと等を的確に検出することができ、ロボットハンド装置の動作状況や異常の発生の有無を容易且つ安価に監視することができる。

本発明の第一～第三の実施形態のロボットハンド装置の外観を示す斜視図である。 本発明の第一の実施形態の触覚センサ装置を示す斜視図（ａ）、撓み量検出手段を構成する静電容量式の位置センサを示す図である。 図２の触覚センサ装置の受圧部に外力が加わった時の、可撓板の撓み方を示す図（ａ）～（ｄ）、外力の方向と位置センサの静電容量の変化との関係を示す図表である。 第一の実施形態のロボットハンド装置が有する把持機構を示す正面図（ａ）、検出項目の例を示す図表（ｂ）である。 第二の実施形態のロボットハンド装置が有する把持機構を示す正面図（ａ）、検出項目の例を示す図表（ｂ）である。 第三の実施形態のロボットハンド装置が有する把持機構を示す正面図（ａ）、検出項目の例を示す図表（ｂ）である。 触覚センサ装置が有する撓み量検出手段の変形例を示す図（ａ）、第一及び第二の可撓板の変形例を示す部（ｂ）～（ｇ）である。 触覚センサ装置が有する受圧部の変形例を示す斜視図（ａ）、第一及び第二の可撓板の変形例を示す図（ｂ）である。 第一～第三の実施形態のロボットハンド装置の変形例の外観を示す斜視図（ａ）、６軸力覚センサの外観を示す斜視図（ｂ）である。

以下、本発明の触覚センサ装置及びロボットハンド装置の第一の実施形態について、図１～図４に基づいて説明する。この実施形態のロボットハンド装置１０は、図１に示すように、アーム１２と、アーム１２の先端部に装着された把持機構１４と、アーム１２及び把持機構１４の動作を制御するコントローラ（図示せず）とを備えている。

把持機構１４は、アーム１２の端面に横向きに固定された第一基板１６と、第一基板１６の下面に立てて固定された第二基板１８とで本体部が形成され、この本体部に、ワークＷを把持する２つの指部である固定指部２０及び移動指部２２が設置されている。

固定指部２０は第二基板１８の側面の端部に固定され、移動指部２２は、固定指部２０の側面からα軸方向に延びるボールネジ２４により支持されている。ボールネジ２４は、移動指部２２に貫通形成された雌ネジ孔２２ａの中に螺合しており、ボールネジ２４を駆動用モータ２６でα軸周りに回転させることによって、移動指部２２をα軸方向に移動させることができる。

アーム１２は、固定指部２０及び移動指部２２の先端部を鉛直下向き（γ軸正方向）に配した状態で、把持機構１４の本体部を水平方向（α軸方向、γ軸方向）及び鉛直方向（γ軸方向）に移動させる動作を行う。

ロボットハンド装置１０の場合、固定指部２０は、触覚機能を有しない角柱形の構造物である非触覚用指部２８で、移動指部２２は、触覚機能を有した触覚用指部３０（第一の実施形態の触覚センサ装置３０）となっている。

触覚センサ装置３０は、図２に示すように、四角形の基体３２と、基体３２に立設された第一及び第二の可撓板３４，３６とを備えている。第二の可撓板３６は、第一の可撓板３４の側方に位置し、自己の幅方向が第一の可撓板３４の幅方向とほぼ平行になるように配置されている。第一及び第二の可撓板３４，３６は、ほぼ同じ円弧形で、各々の中央部が互いに離れるように外向きに膨出させた形状になっている。

第一及び第二の可撓板３４，３６は先端部同士が連結部３８で連結され、この連結部３８に、外力を受ける受圧部４０が一体に延設されている。受圧部４０は、外力を受ける部分で、連結部３８から延設されて第一の可撓板３４の外面に対向する第一の受圧板４２と、連結部３８から延設されて第二の可撓板３６の外面に対向する第二の受圧板４４とで構成される。さらに、基体３２には、自己の表面側と裏面側とが第一及び第二の可撓板３４，３６の内面に各々対向する固定板４６が立設されている。

なお、ここまで説明した基体３２、第一及び第二の可撓板３４，３６、連結部３８、受圧部４０、固定板４６は、導電性を有したアルミ合金、鉄、ステンレス等の金属材料により、一体に形成されている。

ここで、基体３２を基準とする座標系であって、基体３２に対して第一及び第二の可撓板３４，３６が起立している方向をＺ軸正方向、第一及び第二の可撓板３４，３６の幅方向をＹ軸方向とするＸＹＺ三次元座標系を定義する。以下、このＸＹＺ三次元座標系を用いて説明する。

触覚センサ装置３０には、受圧部４０に外力が加わった時に、第一及び第二の可撓板３４，３６に発生するＸ軸方向の撓み量を各々検出する撓み量検出手段４８が設けられており、撓み量検出手段４８は、固定板４６に対する第一の可撓板３４のＸ軸方向の変位量を検出する第一の位置センサと、固定板４６に対する第二の可撓板３６のＸ軸方向の変位量を検出する第二の位置センサとで構成される。

第一及び第二の位置センサは、ほぼ同じ特性の静電容量式のセンサである。第一の位置センサは、図２（ｂ）に示すように、固定板４６の左側の面に絶縁層４８ａを介して配設された電極層４８ｂを有し、この電極層４８ｂと第一の可撓板３４との間に生じる静電容量C1の変化を検出し、第一の可撓板３４に発生したＸ軸方向の撓み量に対応した検出信号として出力する。同様に、第二の位置センサは、固定板４６の右側の面に絶縁層４８ａを介して配設された電極層４８ｂを有し、この電極層４８ｂと第二の可撓板３６との間に生じる静電容量C2の変化を検出し、第二の可撓板３６に発生したＸ軸方向の撓み量に対応した検出信号として出力する。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第一又は第二の受圧板４２，４４にＸ軸方向の外力Fxが加わると、外力Fxが連結部３８を通じて第一及び第二の可撓板３４，３６に伝達され、第一の可撓板３４と第二の可撓板３６の双方が外力Fxと同じ方向に撓む。また、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、第一の受圧板４２、第二の受圧板４４又は連結部３８にＺ軸方向の外力Fzが加わると、外力Fzが連結部３８を通じて第一及び第二の可撓板３４，３６に伝達され、第一の可撓板３４がＸ軸正方向又はＸ軸負方向に撓み、第二の可撓板３６が第一の可撓板３４と反対方向に撓む。

外力Fx，Fzに対する静電容量C1，C2の変化量ΔC1，ΔC2は、図３（ｅ）の表に記したようになる。なお、外力が加わっていない時の静電容量C1，C2は、「C1＝C2＝Co」である。

例えば、Ｘ軸正方向の外力Fx（＞0）が加わった時は「ΔC1＝+ΔC」、「ΔC2＝-ΔC」となり、Ｘ軸負方向の外力Fx（＜0）が加わった時は「ΔC1＝-ΔC」、「ΔC2＝+ΔC」となる。したがって、撓み量検出手段４８の検出信号を取得し、「ΔC1-ΔC2」に対応した特性値を算出することによって、外力Fxの大きさ及び方向（正方向か負方向か）を検出することができる。また、Ｚ軸正方向の外力Fz（＞0）が加わった時は「ΔC1＝+ΔC」、「ΔC2＝+ΔC」となり、Ｚ軸負方向の外力Fz（＜0）が加わった時は「ΔC1＝-ΔC」、「ΔC2＝-ΔC」となる。したがって、撓み量検出手段４８の検出信号を取得し、「ΔC1+ΔC2」に対応した特性値を算出することによって、外力Fzの大きさ及び方向（正方向か負方向か）を検出することができる。

ロボットハンド装置１０の把持機構１４は、図１、図４（ａ）に示すように、固定指部２０としての非触覚用指部２８と、移動指部２２としての触覚用指部３０（触覚センサ装置３０）とを備えている。触覚用指部３０には、基体３２をＸ軸方向に貫通する雌ネジ孔２２ａが設けられており、自己のＸ軸正方向がロボットハンド装置１０のα軸正方向となるように配置され、ボールネジ２４が雌ネジ孔２２ａの中に挿通されて螺合し、α軸方向に移動可能になっている。そして、互いに対向する非触覚用指部２８と触覚用指部３０の第一の受圧板４２の外面とでワークＷを挟持し（把持し）、ワークＷを他の場所に移送する。

なお、撓み量検出手段４８の検出信号を取得して外力Fx，Fzを算出する演算手段は、アーム１２や把持部１４から離れた位置にあるコントローラ（図示せず）の内部に設けてもよいが、好ましくは、把持機構１４の本体部に専用の演算基板を取り付ける形で設けるとよい。前者の場合、第一及び第二の位置センサから出力される微小な検出信号が長いケーブルを通じてコントローラに伝送されることになるので、外来ノイズの影響で誤差が生じやすい。これに対して、後者の場合、撓み量検出手段４８の近くに演算基板を配置するので外来ノイズが侵入しにくく、外力Fx，Fzを算出する時に誤差が生じにくい。また、演算基板からコントローラに向けて出力される信号（外力Fx，Fzの算出結果の信号）は微小信号ではないので、問題なくコントローラに伝送することができる。

ロボットハンド装置１０の場合、触覚用指部３０が有する撓み量検出手段４８の検出結果に基づいて、図４（ｂ）に示す複数の判定を行うことができる。例えば、No.1に示すように、外力Fx＞0が検出された時、把持機構１４がワークＷを把持したと判定できる。また、No.2に示すように、外力Fx＞0が検出された時、ワークＷの把持力F1がFxであると判定できる。また、No.3に示すように、外力Fx＜0が検出された時、触覚用指部３０の第二の受圧板４４が壁等の障害物に接触したと判定できる。また、No.4に示すように、外力Fz＜0が検出された時、触覚用指部３０の連結部３８が床等の障害物に接触したと判定できる。また、No.5に示すように、外力Fz＞0が検出された時、ワークＷの重量F2がFz＋ｋであると判定できる（ｋは事前に導出しておいた補正値）。

以上説明したように、触覚センサ装置３０によれば、２つの可撓板３４，３６と受圧部４０とを組み合わせたシンプルで独特な構成により、２軸方向の力を精度よく検出することができる。ロボットハンド装置１０は、触覚センサ装置３０を把持機構１４の触覚用指部３０として使用しているので、ワークＷを把持した時にワークＷに加わる把持力や、ワークＷの移送中に誤って障害物に接触したこと等を的確に検出することができ、ロボットハンド装置１０の動作状況や異常の発生の有無を容易且つ安価に監視することができる。

次に、本発明のロボットハンド装置の第二の実施形態について、図１、図５に基づいて説明する。ここで、上記のロボットハンド装置１０と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。

この実施形態のロボットハンド装置５０は、ロボットハンド装置１０と全体構成が同様であるが、異なるのは、固定指部２０と移動指部２２の両方が触覚用指部３０（触覚センサ装置３０）であるという点である。

ロボットハンド装置５０の把持機構１４では、図１、図５（ａ）に示すように、固定指部２０としての触覚用指部３０は、自己のＸ軸負方向がロボットハンド装置１０のα軸正方向となるように配置され、基体３２が本体部の第二基板１８に固定されている。移動指部２２としての触覚用指部３０は、基体３２をＸ軸方向に貫通する雌ネジ孔２２ａが設けられ、自己のＸ軸正方向がロボットハンド装置１０のα軸正方向となるように配置され、ボールネジ２４が雌ネジ孔２２ａの中に挿通されて螺合し、α軸方向に移動可能になっている。そして、互いに対向する２つの触覚用指部３０の第一の受圧板４２の外面同士でワークＷを挟持し（把持し）、ワークＷを他の場所に移送する。

ロボットハンド装置５０の場合、２つの触覚用指部３０の撓み量検出手段４８の検出結果に基づいて、図５（ｂ）に示す複数の判定を行うことができる。ここで、移動指部２２としての触覚用指部３０に加わる外力Fx，FzをFx1，Fz1とし、固定指部２０としての触覚用指部３０に加わる外力Fx，FzをFx2，Fz2とすると、例えば、No.1に示すように、外力Fx1＞0及びFx2＞0が検出された時、把持機構１４がワークＷを把持したと判定できる。また、No.2に示すように、外力Fx1＞0及びFx2＞0が検出された時、ワークＷの把持力F1が（Fx1＋Fx2）/２であると判定できる。また、No.3に示すように、外力Fx1＜0又はFx2＜0が検出された時、Fxが検出された方の触覚用指部３０の第二の受圧板４４が壁等の障害物に接触したと判定できる。また、No.4に示すように、外力Fz1＜0又は外力Fz2＜0が検出された時、Fzが検出された方の触覚用指部３０の連結部３８が床等の障害物に接触したと判定できる。また、No.5に示すように、外力Fz1＞0及びFz2＞0が検出された時、ワークＷの重量F2がFz1＋Fz2であると判定できる。さらにNo.6に示すように、外力Fz1＞0及びFz2＞0が検出された時、Fz1とFz2の比からワークＷの重心の偏り（α軸方向）を算出することができる。

このように、ロボットハンド装置５０は、上記のロボットハンド装置１０と同様の作用効果を得ることができ、さらに、ロボットハンド装置５０の動作状況や異常の発生の有無をより詳しく監視することができる。

次に、本発明のロボットハンド装置の第三の実施形態について、図１、図６に基づいて説明する。ここで、上記のロボットハンド装置５０と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。

この実施形態のロボットハンド装置５２は、ロボットハンド装置５０と全体構成が同様であり、固定指部２０と移動指部２２の両方が触覚用指部３０（触覚センサ装置３０）である点も同じであるが、異なるのは、移動指部２０である触覚用指部３０を装着する角度である。

ロボットハンド装置５２の把持機構１４では、図１、図６（ａ）に示すように、固定指部２０としての触覚用指部３０は、自己のＸ軸負方向がロボットハンド装置１０のα軸正方向となるように配置され、基体３２が本体部の第二基板１８に固定されている。移動指部２２としての触覚用指部３０は、基体３２をＹ軸方向に貫通する雌ネジ孔２２ａが設けられており、自己のＹ軸負方向がロボットハンド装置１０のα軸正方向となるように配置され、ボールネジ２４が雌ネジ孔２２ａの中に挿通されて螺合し、α軸方向に移動可能になっている。そして、固定指部２０としての触覚用指部３０の第一の受圧板４２の外面と、移動指部２２としての触覚用指部３０の受圧部４０（第一及び第二の受圧板４２，４４）の側端面とが互いに対向し、その間でワークＷを挟持して（把持して）ワークＷを他の場所に移送する。なお、移動指部２２としての触覚用指部３０は、ワークＷを把持した時、ワークＷが第一及び第二の可撓板３４，３６及び固定板４６に接触しない構造になっている。

ロボットハンド装置５２の場合、２つの触覚用指部３０が有する撓み量検出手段４８の検出結果に基づいて、図６（ｂ）に示す複数の判定を行うことができる。ここで、移動指部２２としての触覚用指部３０に加わる外力Fx，FzをFx1，Fz1とし、固定指部２０としての触覚用指部３０に加わる外力Fx，FzをFx2，Fz2とすると、例えば、No.1に示すように、外力Fx2＞0が検出された時、把持機構１４がワークＷを把持したと判定できる。また、No.2に示すように、外力Fx2＞0が検出された時、ワークＷの把持力F1の値がFx2であると判定できる。また、No.3に示すように、外力Fx2＜0が検出された時、固定指部２０としての触覚用指部３０の第二の受圧板４４が壁等の障害物に接触したと判定できる。また、No.4に示すように、外力Fz1＜0又はFz2＜0が検出された時、Fzが検出された方の触覚用指部３０の連結部３８が床等の障害物に接触したと判定できる。また、No.5に示すように、外力Fz1＞0及びFz2＞0が検出された時、ワークＷの重量F2がFz1＋Fz2であると判定できる。また、No.6に示すように、外力Fz1＞0及びFz2＞0が検出された時、Fz1とFz2の比から、ワークＷの重心の偏り（α軸方向）を算出することができる。さらに、No.7に示すように、外力Fx1≠0及びFx2＞0が検出された時、ワークＷのモーメントＭの大きさがFx1×L（Lは２つの指部の間隔）であると判定することができ、Fx1が正か負かによってモーメントＭの向きも特定することができる。

このように、ロボットハンド装置５２は、上記のロボットハンド装置１０、５０と同様の作用効果を得ることができ、さらに、ロボットハンド装置５２の動作状況や異常の発生の有無をより詳しく監視することができる。

なお、本発明の触覚センサ装置は、上記実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、上記の触覚センサ装置３０の場合、図２（ｂ）に示すように、撓み量検出手段４８として、固定板４６と可撓板３４，３６のとの間に生じる一対の静電容量C1，C2の変化を検出する静電容量式の位置センサを使用している。ただ、図２（ｂ）に示す構造は、可撓板３４，３６や基体３２等が導電性を有した金属素材で一体に形成されている場合に適用できる構造であり、可撓板３４，３６や基体３２等が導電性を有しない合成樹脂材等で形成されている場合は、固定板４６の表面側及び裏面側に電極４８ｂを設けるとともに、これに対向する可撓板３４，３６の表面にも電極４８ｂを設ける。また、静電容量式の位置センサは、可撓板３４，３６と固定板４６との離間距離の変化を検出する光電式の位置センサに置き換えてもよい。また、歪み量検出手段は、図７（ａ）に示すように、可撓板３４，３８の表面に一対の歪みゲージRg1，Rg2を配設した歪みゲージ式の歪みセンサや、一対の圧電素子を配設した圧電式の歪みセンサを使用してもよく、同様の作用効果を得ることができる。また、歪みセンサを使用する場合、固定板４６は省略することができる。

第一及び第二の可撓板の形状は、受圧部に外力Fxが加わった時、第一及び第二の可撓板の双方が外力Fxと同じ方向に撓み、連結部等に外力Fzが加わった時、第一及び第二の可撓板が互いに反対方向（Ｘ軸正方向とＸ軸負方向）に撓む形状であればよい。また、基体の、第一及び第二の可撓板が立設される部分の形状や、連結部の形状は、２つの可撓板が撓む動作を妨げない形状であればよい。したがって、第一及び第二の可撓板３４，３６、基体３２及び連結部３８の形状は、例えば図７（ｂ）～（ｇ）に示すような形状に変更することができ、ほぼ同様の作用効果が得られる。さらに、連結部と受圧部は、同一材料で一体に設けられている他、互いに別素材で形成されて一体的に設けられたものでも良い。

上記の触覚センサ装置３０は、２つの受圧板４２，４４で受圧部４０を構成しているが、図８（ａ）に示す触覚センサ装置３０ｘのように、第一の受圧板４２だけで受圧部４０を構成してもよく、構造をよりシンプルにすることができる。また、図８（ｂ）に示す触覚センサ装置３０ｙのように、第一の受圧板４２だけで受圧部４０を構成し、２つの可撓板３４，３６を厚み方向に重ならないように配置し、基体３２の厚みを薄くした構造にしてもよく、触覚センサ装置３０ｙの厚み寸法Ｄを短くすることができる。ただし、触覚センサ装置３０ｘ，３０ｙを使用してロボットハンド装置１０，５０，５２を構成した場合、図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）の中の一部の判定（例えばNo.3の判定）ができなくなる場合がある。

また、本発明のロボットハンド装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図１、図４（ａ）、図５（ａ）、図６（ａ）では、左側の指部２８，３０を固定指部２０とし、右側の指部３０を移動指部２２としたが、左側の指部２８，３０を移動指部とし、右側の指部３０を固定指部としてもよく、同様の作用効果が得られる。また、左側の指部２８，３０と左側の指部３０の両方を移動指部とすることも可能である。

上記の把持機構１４は、移動指部２２をα軸方向に移動させる手段として、ボールネジ２４を駆動用モータ２６で回転させる構成を採用しているが、これ以外の手段を用いて移動させてもよい。また、図１に示す把持機構１４の本体部（第一及び第二基板１６，１８）の構造や、本体部とアーム１２との接続部分の構造についても、本発明が目的とする動作が可能であれば、別の構造に変更することができる。

図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）に示す判定内容はあくまでも例を示したものであり、実際にどんな判定を行うかは、ロボットハンド装置の用途やワークの種類等に応じて自由に決定することができる。

その他、図９（ａ）、（ｂ）に示す変形例のロボットハンド装置５４のように、外力等を検出する手段として、触覚センサ装置３０（触覚用指部３０）と６軸力覚センサ５６とを併用する構成にしてもよい。ロボットハンド装置５４は、上記のロボットハンド装置１０，５０，５２と同様の構成を備え、さらに、アーム１２と把持機構１４の本体部（第一基板１６）との接続部分に、６軸力覚センサ５６が取り付けられている。６軸力覚センサ５６は、アーム１２を基準として、把持機構１４の本体部に加わるα、β、γ軸方向の外力と、各軸周りのモーメントを検出することができる。

触覚用指部３０を用いて検出される外力等の中には、６軸力覚センサ５６でも検出可能な外力等があり、それらは、把持機構１４が正常であれば、双方の検出結果は概ね一致する。しかしながら、把持機構１４を長期間稼働させると、構成部材が変形したり機構の剛性が劣化したりするので、双方の検出結果の差がだんだん大きくなる。したがって、双方の検出結果を比較分析することによって把持機構１４の異常を的確に検出することができ、適切なタイミングでメンテナンスや交換を行うことが可能になる。なお、６軸力覚センサ５６は、耐久性に優れたものであればよく、特別に高精度・高感度なもの（高価なもの）を選択する必要はない。

１０，５０，５２，５４ ロボットハンド装置
１４ 把持機構
１６ 第一基板（把持機構の本体部）
１８ 第二基板（把持機構の本体部）
２８ 非触覚用指部
３０，３０ｘ，３０ｙ 触覚センサ装置（触覚用指部）
３２ 基体
３４ 第一の可撓板
３６ 第二の可撓板
３８ 連結部
４０ 受圧部
４２ 第一の受圧板
４４ 第二の受圧板
４６ 固定板
４８ 撓み量検出手段
５６ ６軸力覚センサ
C1，C2 静電容量
Fx，Fz 外力
Rg1，Rg2 歪みゲージ

Claims (9)

1. 基体と、前記基体に立設された第一の可撓板と、前記基体に立設された板であって、前記第一の可撓板の側方に位置し、自己の幅方向が前記第一の可撓板の幅方向と平行になるように配置された第二の可撓板と、前記第一及び第二の可撓板の先端部同士を連結する連結部と、前記連結部に対して一体的に設けられた受圧部と、前記受圧部に外力が加わった時に前記第一及び第二の可撓板に発生する撓み量を検出するための撓み量検出手段とを備え、前記受圧部は、前記連結部から延設されて前記第一の可撓板の外面に対向する第一の受圧板により構成され、
   前記基体を基準とする座標系であって、前記基体に対して前記第一及び第二の可撓板が起立している方向をＺ軸正方向、前記第一及び第二の可撓板の幅方向をＹ軸方向とするＸＹＺ三次元座標系を定義したとき、
   前記第一の受圧板にＸ軸方向の外力が加わると、この外力が前記連結部を通じて前記第一及び第二の可撓板に伝達され、前記第一の可撓板と前記第二の可撓板の双方が前記外力と同じ方向に撓み、
   前記第一の受圧板又は前記連結部にＺ軸方向の外力が加わると、この外力が前記連結部を通じて前記第一及び第二の可撓板に伝達され、前記第一の可撓板がＸ軸正方向又はＸ軸負方向に撓み、前記第二の可撓板が前記第一の可撓板と反対方向に撓み、
   前記撓み量検出手段は、前記第一及び第二の可撓板に発生したＸ軸方向の撓み量に対応した特性値を検出信号として出力することを特徴とする触覚センサ装置。
2. 前記基体に、自己の表面側と裏面側とが前記第一及び第二の可撓板の内面に各々対向する固定板が立設され、
   前記撓み量検出手段は、前記固定板に対する前記第一の可撓板のＸ軸方向の変位量を検出する第一の位置センサと、前記固定板に対する前記第二の可撓板のＸ軸方向の変位量を検出する第二の位置センサとで構成され、前記第一及び第二の位置センサは、静電容量式又は光電式のセンサである請求項１記載の触覚センサ装置。
3. 前記撓み量検出手段は、前記第一の可撓板の歪み量を検出する第一の歪みセンサと、前記第二の可撓板の歪み量を検出する第二の歪みセンサとで構成され、前記第一及び第二の歪みセンサは、前記第一及び第二の可撓板に取り付けられた歪みゲージ式又は圧電式のセンサである請求項１記載の触覚センサ装置。
4. 前記受圧部は、前記第一の受圧板と、前記連結部から延設されて前記第二の可撓板の外側面に対向する板状の第二の受圧板とで構成され、
   前記第二の受圧板にＸ軸方向の外力が加わると、この外力が前記連結部を通じて前記第一及び第二の可撓板に伝達され、前記第一の可撓板と前記第二の可撓板の双方が、前記外力と同じ方向に撓み、
   前記第二の受圧板又は前記連結部にＺ軸方向の外力が加わると、この外力が前記連結部を通じて前記第一及び第二の可撓板に伝達され、前記第一の可撓板がＸ軸正方向又はＸ軸負方向に撓み、前記第二の可撓板が前記第一の可撓板と反対方向に撓む請求項１乃至３のいずれか記載の触覚センサ装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか記載の触覚センサ装置が触覚用指部として使用され、前記触覚用指部を含む２つの指部でワークを把持する把持機構を備え、
   前記触覚用指部は、前記把持機構の本体部に前記基体が取り付けられ、ワークを把持した時、前記受圧部がワークに当接することを特徴とするロボットハンド装置。
6. 前記２つの指部は、前記触覚用指部と触覚機能を有しない非触覚用指部とで構成され、
   ワークを把持した状態で、前記触覚用指部の前記第一の受圧板の外面と、前記非触覚用指部とで、ワークが挟持される請求項５記載のロボットハンド装置。
7. 前記２つの指部は、２つの前記触覚用指部である第一及び第二の触覚用指部で構成され、
   ワークを把持した状態で、前記第一の触覚用指部の前記第一の受圧板の外面と、前記第二の触覚用指部の前記第一の受圧板の外面とで、ワークが挟持される請求項５記載のロボットハンド装置。
8. 前記２つの指部は、２つの前記触覚用指部である第一及び第二の触覚用指部で構成され、
   ワークを把持した状態で、前記第一の触覚用指部が有する前記第一の受圧板の外面と、前記第二の触覚用指部が有する前記受圧部の側端面とで、ワークが挟持される請求項５記載のロボットハンド装置。
9. 前記把持機構の前記本体部を移動させるアームと、前記アームと前記本体部との接続部分に取り付けられた６軸力覚センサとを備え、前記６軸力覚センサは、前記アームを基準として前記本体部に加わる外力及びモーメントを検出可能なものであり、
   前記触覚用指部の撓み量検出手段の検出信号に基づいて算出された外力と前記６軸力覚センサの検出結果とを比較分析することによって、前記把持機構の異常を検出する請求項５乃至８のいずれか記載のロボットハンド装置。

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