JP7450981B2 - robot hand - Google Patents
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Description
本発明は、ロボットハンドに関する。 The present invention relates to a robot hand.
ロボットハンドで対象物を握持する機構として、内部に粉体を充填させた可撓性かつ気密性のある中空バッグを有する把持部と、中空バッグ内部空間の圧力を所定負圧に減圧しかつ大気圧に戻すことができる減圧装置とを備えた吸着グリッパが知られている(特開2012-176476号公報参照)。 The mechanism for gripping an object with a robot hand includes a gripping section that has a flexible and airtight hollow bag filled with powder, and a mechanism that reduces the pressure in the interior space of the hollow bag to a predetermined negative pressure. A suction gripper equipped with a pressure reducing device capable of returning the pressure to atmospheric pressure is known (see Japanese Patent Laid-Open No. 2012-176476).
この吸着グリッパでは、その内部空間を大気圧とした状態で中空バッグを対象物に押し付けると、その接触部分が対象物の形状に倣うように変形する。この状態で中空バッグの内部空間を負圧に減圧すると、粒子同士に押し付ける力が発生し、固形化する(ジャミング転位)。このジャミング転位により中空バッグを対象物に吸着させ、対象物を持ち上げることができる。そして、対象物を所望の位置に移動させた後に、中空バッグの内部空間を再び大気圧に戻すことで、吸着は解かれ、吸着グリッパを対象物から分離できる。 In this suction gripper, when the hollow bag is pressed against an object while the internal space is at atmospheric pressure, the contact portion deforms to follow the shape of the object. In this state, when the internal space of the hollow bag is reduced to negative pressure, a force is generated that presses the particles together, causing them to solidify (jamming dislocation). This jamming dislocation allows the hollow bag to adsorb to the object and lift the object. After the object has been moved to a desired position, the internal space of the hollow bag is returned to atmospheric pressure to release the adsorption and separate the suction gripper from the object.
この吸着グリッパでは、対象物の形状や大きさによらず対象物を握持できる反面、多様な対象物の握持状態を認識することが難しい。例えば中空バッグの表面にセンサ等を埋め込むと、中空バッグの可撓性が不足し、対象物の握持力が低下するおそれがある。また、対象物を握持する際、対象物は中空バッグの死角に位置する場合が多く、映像等による確認も困難である。 Although this suction gripper can grip an object regardless of its shape or size, it is difficult to recognize various gripping states of the object. For example, if a sensor or the like is embedded in the surface of a hollow bag, the flexibility of the hollow bag may be insufficient and the grip strength of the object may be reduced. Furthermore, when grasping an object, the object is often located in a blind spot of the hollow bag, making it difficult to confirm it using images or the like.
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、ジャミング転位を用いつつ、対象物の握持状態を容易に認識できるロボットハンドの提供を目的とする。 The present invention has been made based on the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide a robot hand that can easily recognize the grasping state of an object while using jamming dislocation.
本発明は、対象物を握持可能なロボットハンドであって、ベース板と、開口部がこのベース板の一方の面に取り付けられた変形自在な袋体と、導電性を有し、この袋体の内部に充填される粉体と、上記粉体の偏在を電気的又は磁気的に検出することで、上記対象物の握持状態を把握する検出部と、上記袋体の内部を減圧する吸引装置とを備える。 The present invention provides a robot hand capable of gripping an object, comprising: a base plate; a deformable bag body having an opening attached to one side of the base plate; A detection unit that determines the grasping state of the object by electrically or magnetically detecting the powder filled inside the body and the uneven distribution of the powder; and a detection unit that decompresses the inside of the bag. and a suction device.
本発明のロボットハンドは、ジャミング転位を用いつつ、対象物の握持状態を容易に認識できる。 The robot hand of the present invention can easily recognize the grasping state of an object while using jamming dislocation.
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
[Description of embodiments of the present invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and explained.
本発明は、対象物を握持可能なロボットハンドであって、ベース板と、開口部がこのベース板の一方の面に取り付けられた変形自在な袋体と、導電性を有し、この袋体の内部に充填される粉体と、上記粉体の偏在を電気的又は磁気的に検出することで、上記対象物の握持状態を把握する検出部と、上記袋体の内部を減圧する吸引装置とを備える。 The present invention provides a robot hand capable of gripping an object, comprising: a base plate; a deformable bag body having an opening attached to one side of the base plate; A detection unit that determines the grasping state of the object by electrically or magnetically detecting the powder filled inside the body and the uneven distribution of the powder; and a detection unit that decompresses the inside of the bag. and a suction device.
当該ロボットハンドは、変形自在な袋体の内部に充填される粉体のジャミング転位を用いて対象物を上記袋体に吸着あるいは離脱させることができる。また、当該ロボットハンドでは、上記粉体が導電性を有するので、対象物を握持した際に生じる粉体の偏在により上記粉体全体の電気的及び磁気的性質が変化する。当該ロボットハンドでは、上記検出部でこの粉体の偏在を電気的又は磁気的に検出することで、対象物の握持状態を容易に認識できる。 The robot hand can adsorb or detach an object from the deformable bag using jamming dislocation of the powder filled inside the bag. Further, in the robot hand, since the powder has conductivity, the electrical and magnetic properties of the powder as a whole change due to the uneven distribution of the powder that occurs when the object is gripped. In the robot hand, the state in which the object is gripped can be easily recognized by electrically or magnetically detecting the uneven distribution of the powder using the detection section.
上記検出部が、上記袋体の内部に離間して設けられる複数の電極を有し、上記粉体の偏在の検出に、上記複数の電極から選択される複数対の電極間の抵抗値を用いるとよい。対象物を握持することで、対象物に倣って上記袋体の表面に凹みが生じる。この凹んだ部分の形状に応じて粉体が偏在し、その嵩密度が変化する。その結果、上記複数対の電極間の抵抗値に変化が生じる。従って、上記複数対の電極間の抵抗値を用いることで、上記嵩密度の変化を捉え、粉体の偏在を検出することができる。また、抵抗値は上記袋体内に複数の電極を挿入することで実現できるので、検出部を容易に構成することができる。 The detection unit has a plurality of electrodes provided spaced apart inside the bag, and uses a resistance value between a plurality of pairs of electrodes selected from the plurality of electrodes to detect uneven distribution of the powder. Good. By gripping an object, a dent is formed on the surface of the bag, following the object. Powder is unevenly distributed depending on the shape of this concave portion, and its bulk density changes. As a result, a change occurs in the resistance value between the plurality of pairs of electrodes. Therefore, by using the resistance value between the plurality of pairs of electrodes, it is possible to detect the change in the bulk density and detect the uneven distribution of powder. Further, since the resistance value can be realized by inserting a plurality of electrodes into the bag, the detection section can be easily constructed.
上記検出部が、上記袋体の内部に設けられる複数の袋状の誘電膜と、上記複数の誘電膜それぞれの内部に設けられる第1電極と、上記第1電極が設けられた誘電膜の外部で、かつ上記袋体の内部に設けられる第2電極とを有し、上記粉体の偏在の検出に、上記第1電極と上記第2電極との間の静電容量値を用いるとよい。上記粉体が偏在したことによる嵩密度の変化は、静電容量値の変化として検出することもできる。ジャミング転位を用いたロボットハンドでは、上記ベース板が傾斜した際に上記粉体が上記ベース板の低い側に偏ることを抑止するため、袋体の内部が仕切られ小部屋に分けられ、上記粉体が分配されている場合がある。静電容量値の変化で上記粉体の偏在を検出する場合は、第1電極と第2電極との間の短絡を防ぐため、第1電極を誘電膜で覆う必要があるが、このように小部屋に分けられている袋体では、その仕切りを誘電膜とし、各小部屋に電極を挿入することで実現できるので、検出部を容易に構成することができる。 The detection unit includes a plurality of bag-shaped dielectric films provided inside the bag, a first electrode provided inside each of the plurality of dielectric films, and an outside of the dielectric film provided with the first electrode. and a second electrode provided inside the bag, and a capacitance value between the first electrode and the second electrode may be used to detect uneven distribution of the powder. The change in bulk density due to uneven distribution of the powder can also be detected as a change in capacitance value. In a robot hand using jamming dislocation, in order to prevent the powder from being biased towards the lower side of the base plate when the base plate is tilted, the inside of the bag is partitioned and divided into small rooms. The body may be distributed. When detecting the uneven distribution of the powder based on changes in capacitance, it is necessary to cover the first electrode with a dielectric film to prevent short circuits between the first and second electrodes. In a bag that is divided into small rooms, this can be realized by using a dielectric film as the partition and inserting an electrode into each small room, so that the detection section can be easily constructed.
上記検出部が、上記ベース板に離間して固定される複数の電磁誘導式近接センサを有し、上記粉体の偏在の検出に、上記複数の電磁誘導式近接センサが有する検出コイルのインピーダンス変化を用いるとよい。対象物を握持するため上記袋体を対象物に押し付けると、その接触部分が対象物の形状に倣うように変形する際、導電性の粉体が移動する。電磁誘導式近接センサは、この導電性の粉体の移動により生じる磁気的な変化を検出コイルのインピーダンス変化により捉えることができる。そして、上記検出部は、上記粉体の移動から上記粉体の偏在を検出することができる。電磁誘導式近接センサは、上記袋体の外から上記粉体の移動を捉えることができるから、上記袋体の内側に測定用の部材を挿入する必要がない。このため、上記検出部が上記粉体の移動に影響を及ぼし難く、対象物の握持力が低下し難い。 The detection unit includes a plurality of electromagnetic induction proximity sensors fixed to the base plate at a distance, and changes in impedance of a detection coil of the plurality of electromagnetic induction proximity sensors is used to detect uneven distribution of the powder. It is recommended to use When the bag is pressed against an object to grip the object, the conductive powder moves as the contact portion deforms to follow the shape of the object. The electromagnetic induction type proximity sensor can detect the magnetic change caused by the movement of the conductive powder by the impedance change of the detection coil. The detection unit can detect uneven distribution of the powder from movement of the powder. Since the electromagnetic induction type proximity sensor can detect the movement of the powder from outside the bag, there is no need to insert a measuring member inside the bag. Therefore, the detection section is less likely to affect the movement of the powder, and the gripping force of the object is less likely to decrease.
上記ベース板の他方の面を覆い、内部に上記粉体を収納可能なチャンバを備え、上記袋体が、その内部を上記粉体が移動不可能な複数の小部屋に分割する隔壁を有し、上記小部屋が、上記ベース板と接しており、上記ベース板が、各小部屋と上記チャンバ内部とを連通し、上記粉体が通過可能な貫通孔を有し、上記粉体が、上記チャンバを介して上記小部屋間を自由に行き来できるとよい。このように上記袋体を小部屋に分割することで、上記ベース板が傾斜した際に上記粉体が上記ベース板の低い側に偏ることを抑止することができる。また、上記粉体が上記チャンバを介して上記小部屋間を自由に行き来できるので、対象物を握持することで上記袋体が変形し、空間が狭くなった小部屋からは上記チャンバへ粉体が移動し、逆に空間が広くなった小部屋が生じれば上記チャンバからその小部屋へ粉体が移動する。このように粉体がチャンバを介して上記小部屋間を自由に行き来することで、粉体の嵩密度を一定としつつ対象物を握持できるので、握持力を高められる。また、対象物を握持した部分では粉体の量が少なくなるので、粉体の偏在による電気的又は磁気的変化が大きくなり易く、より確実に粉体の偏在を検出することができる。 The bag has a chamber that covers the other side of the base plate and is capable of storing the powder therein, and the bag has a partition wall that divides the inside of the bag into a plurality of small chambers into which the powder cannot be moved. , the small chamber is in contact with the base plate, the base plate has a through hole that communicates each small chamber with the inside of the chamber, and through which the powder can pass, and the powder is in contact with the base plate. It is preferable to be able to freely move between the small rooms via the chamber. By dividing the bag into small rooms in this way, it is possible to prevent the powder from being biased towards the lower side of the base plate when the base plate is tilted. In addition, since the powder can freely move between the small rooms via the chamber, the bag deforms by grasping the object, and the powder is transferred from the small room with a narrow space to the chamber. If the body moves and a small room with a larger space is created, the powder will move from the chamber to that small room. In this way, by allowing the powder to freely move back and forth between the small chambers via the chamber, the object can be gripped while keeping the bulk density of the powder constant, thereby increasing the gripping force. Furthermore, since the amount of powder is reduced in the part where the object is gripped, electrical or magnetic changes due to uneven distribution of powder tend to become large, and uneven distribution of powder can be detected more reliably.
上記袋体の内部に充填される絶縁性粉体をさらに備え、導電性を有する上記粉体と上記絶縁性粉体との合計に対する上記粉体の含有量が、20質量%以上45質量%以下であるとよい。このように粉体の含有量が上記範囲内となるように粉体及び絶縁性粉体を袋体内に混合することで、上記袋体内の上記粉体の偏在を段階的に捉えることが容易となる。 The bag further includes an insulating powder filled inside the bag, wherein the content of the powder is 20% by mass or more and 45% by mass or less based on the total of the conductive powder and the insulating powder. It would be good if it were. By mixing the powder and insulating powder in the bag so that the powder content is within the above range, it is easy to detect uneven distribution of the powder in the bag in stages. Become.
上記袋体が、その内部に複数の小袋体を有し、それぞれの小袋体の内部に上記粉体が充填されているとよい。このように上記袋体の内部を小袋体に分けて、その内部に上記粉体を充填することで、当該ロボットハンドの傾きにより上記粉体が極端に偏在することを抑止できる。従って、対象物の握持状態をさらに容易に認識することができる。 It is preferable that the bag has a plurality of small bags inside thereof, and each of the small bags is filled with the powder. By dividing the inside of the bag into small bags and filling the inside with the powder, it is possible to prevent the powder from being extremely unevenly distributed due to the tilt of the robot hand. Therefore, the grip state of the object can be more easily recognized.
なお、「導電性」を有するとは、JIS-H-0505(1975)に準拠して測定される体積抵抗値が107Ω・cm以下であることを意味する。 Note that "having electrical conductivity" means that the volume resistivity value measured in accordance with JIS-H-0505 (1975) is 10 7 Ω·cm or less.
[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の各実施形態に係るロボットハンドについて、適宜図面を参照しつつ説明する。
[Details of embodiments of the present invention]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The robot hand according to each embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings as appropriate.
〔第1実施形態〕
図1及び図2に示すロボットハンド1は、対象物Xを握持可能なロボットハンドである。当該ロボットハンド1は、ベース板10と、開口部がこのベース板10の一方の面に取り付けられた変形自在な袋体20と、導電性を有し、この袋体20の内部に充填される粉体30と、粉体30の偏在を電気的に検出することで、対象物Xの握持状態を把握する検出部40とを備える。また、当該ロボットハンド1は、袋体20の内部及び袋体20の中央部の空洞を減圧する吸引装置(不図示)を備える。
[First embodiment]
A
当該ロボットハンド1は、例えば可動式のアームの先端に取り付けられ、対象物Xを握持して移動させることができる。
The
<ベース板>
ベース板10は、袋体20を固定する固定部材である。ベース板10は、可撓性を有してもよいが、可撓性を有さないものが好ましい。
<Base plate>
The
ベース板10の材質としては、アルミニウム等の金属、プラスチック等の樹脂、木材などを用いることができる。
As the material of the
ベース板10の平面視形状は、特に限定されるものではないが、例えば図1に示すように円形状とするとよい。ベース板10を円形状とすることでロボットハンド1に異方性がなくなるため、対象物Xへの握持方向を考慮する必要がなくなり、取扱性が向上する。なお、ベース板10の大きさは、握持する対象物Xの大きさ等により適宜決定されるが、ベース板10が円形状である場合、その直径としては、例えば1cm以上500cm以下とできる。
Although the shape of the
また、ベース板10は、袋体20の中央の空洞とつながる真空吸引口11と、袋体20の内部をつながる袋体内部吸引口12とを有する。これらの吸引口は貫通孔であり、ベース板10の裏面側で配管等を通じて吸引装置と連結されている。
The
<袋体>
袋体20は、図1に示すように、袋体本体21と、抑え板22とを有する。
<Bag body>
As shown in FIG. 1, the
袋体本体21は、可撓性を有する膜で構成される。これにより袋体20は、変形自在となる。上記膜としては、シリコーン膜、天然ゴムやラテックスゴムなどを原料とするエラストマー膜等を用いることができる。
The bag
上記膜は、絶縁性を有することが好ましい。上記膜、つまり袋体本体21が絶縁性を有することで、粉体30の偏在による抵抗値の変化を捉え易くすることができる。
Preferably, the film has insulating properties. Since the film, that is, the bag
袋体本体21の形状(ベース板10から垂下された状態での形状)は、特に限定されない。例えば図1に示す袋体本体21では、中央部に空洞を有し、水平断面が円形である、いわゆるドーナツ状とされている。袋体本体21の大きさは、握持する対象物Xの大きさ等により適宜決定されるが、例えば図1に示す袋体本体21の場合であれば、水平断面の最大直径がベース板10の直径と同程度とされ、高さが10cm以上30cm以下、空洞部の直径が5cm以上10cm以下とできる。このように袋体本体21の形状をドーナツ状とすると、中央部の空洞を減圧(真空吸引)する構成とすることができる。上記空洞を減圧することで、対象物Xの吸着力を向上させることができる。一方、袋体本体21の形状としては、単純な袋状とすることもできる。このように袋体本体21の形状を単純な袋状とすることで、ジャミング転位による握持力を高めることができる。
The shape of the bag main body 21 (the shape in a state where it hangs down from the base plate 10) is not particularly limited. For example, the bag
抑え板22は、袋体本体21の開口側の端部をベース板10との間に挟み込んで固定するための固定部材である。なお、図1のロボットハンド1では抑え板22を用いて袋体本体21を固定しているが、袋体本体21の固定方法はこれに限定されず、例えば抑え板22に代えてバネや紐等で締結する方法を用いてもよい。
The restraining
抑え板22の材質としては、ベース板10と同様とできる。また、抑え板22の形状としては、例えば図1に示すように、外径がベース板10と同等で、平均幅1cm以上5cm以下のリング状とすることができる。
The material of the restraining
<粉体>
粉体30は、粒子の集合体である。
<Powder>
The
粉体30の材質としては、導電性を有し、袋体20の内部を減圧した際、粒子同士の接触により破損しない強度を有する限り、特に限定されないが、例えば金属とすることができる。上記金属としては、アルミニウム、亜鉛、金、銀、銅、鉄、マンガン等を挙げることができる。
The material of the
また、粉体30として、ピエゾ粉体を用いることもできる。ピエゾ粉体は圧力が加わることで、導電性が変化する。後述するように対象物Xにより袋体20が押し上げられる部分に位置している粉体30に加わる圧力は、他の位置よりも大きい。粉体30としてピエゾ粉体を用いることで、圧力が高い、すなわち対象物Xが存在する位置と、圧力が低い、すなわち対象物Xが存在していない位置とで、粉体30の抵抗値を変えることができるので、対象物Xの握持状態をさらに認識し易くすることができる。
Moreover, piezo powder can also be used as the
上記粒子の平均粒子径の下限としては、1μmが好ましく、10μmがより好ましく、100μmがさらに好ましい。一方、上記粒子の平均粒子径の上限としては、1500μmが好ましく、1000μmがより好ましい。上記粒子の平均粒子径が上記下限未満であると、上記粉体の嵩密度が大きくなり過ぎ、袋体20が対象物Xの形状に追従して変化し難くなるおそれがある。逆に、上記粒子の平均粒子径が上記上限を超えると、袋体20の内部を減圧した際に、粒子間の隙間が十分に詰まらず、握持力が低下するおそれがある。ここで、「平均粒子径」とは、JIS-Z-8801(2006)に規定されるふるいを用いた乾式ふるい分け試験により求めた粒子径分布において、質量積算値が50%となる篩の目開きを意味する。
The lower limit of the average particle diameter of the particles is preferably 1 μm, more preferably 10 μm, and even more preferably 100 μm. On the other hand, the upper limit of the average particle diameter of the particles is preferably 1500 μm, more preferably 1000 μm. When the average particle diameter of the particles is less than the lower limit, the bulk density of the powder becomes too large, and there is a possibility that the
袋体20への粉体30の充填率の下限としては、70体積%が好ましく、75体積%がより好ましい。一方、上記充填率の上限としては、85体積%が好ましく、80体積%がより好ましい。上記充填率が上記下限未満であると、空気量が多くなるため、減圧に時間を要し、当該ロボットハンド1の作業効率が低下するおそれがある。逆に、上記充填率が上記上限を超えると、粉体30を構成する粒子が移動できる空間が狭くなり過ぎ、袋体20が対象物Xの形状に追従して変化し難くなるおそれがある。ここで、「袋体への粉体の充填率」とは、ベース板10から垂下された状態での袋体20の体積に対し、粉体30の体積が占める割合を指す。
The lower limit of the filling rate of the
<検出部>
検出部40は、袋体20の内部に離間して設けられる複数の電極41を有する。当該ロボットハンド1では、粉体30の偏在の検出に、複数の電極41から選択される複数対の電極41間の抵抗値を用いる。つまり、検出部40は、電極41間の抵抗を測定する測定器(不図示)を有する。
<Detection part>
The
電極41は、導電性を有し、少なくともその一部が粉体30と接するように構成される。電極41の材質としては、導電性を有する限り特に限定されないが、例えば粉体30と同じ材質のものとすることができる。
The
電極41は、袋体20の変形を阻害しないようにバネ形状とすることが好ましい。このとき、電極41の長さ(自然長)は、その先端が袋体20に接する長さとすることが好ましい。このように電極41の長さをとることで、袋体20の先端付近の変形による粉体30の偏在をも検出し易くすることができる。
It is preferable that the
電極41の配設本数の下限としては、3本が好ましく、5本がより好ましい。一方、電極41の配設本数の上限としては、20本が好ましく、15本がより好ましい。電極41の配設本数が上記下限未満であると、抵抗値の測定点数が少なくなるため、粉体30の偏在を検出し難くなるおそれがある。なお、抵抗値の測定点数が少なくなることを回避するため、マルチプレクサを用いて任意の2つの電極41を選択しながら計測する方法を採用することもできる。このような構成とすることで、最大で複数の電極41のうちの2つを選ぶ組み合わせの数の測定径路を確保できるので、電極41の配設本数を削減できるとともに、電極41が障害となって袋体20の変形が阻害されることも抑止できる。一方、電極41の配設本数が上記上限を超えると、袋体20の変形の阻害が顕著となるおそれがある。ただし、電極41の配設本数は、対象物Xと当該ロボットハンド1が行うタスクに応じて適宜決定されるものであり、上述の上限を超えることを妨げるものではない。
The lower limit of the number of
複数の電極41は、ベース板10から垂下された状態での袋体20の水平断面に対して、おおむね等密度で配置すること、つまり電極41を偏在させないことが好ましい。このように複数の電極41を配置することで、粉体30の偏在を網羅的に検出することができる。
It is preferable that the plurality of
当該ロボットハンド1では、検出部40が複数の電極41から選択される複数対の電極41間の抵抗値を測定する。この複数対の電極41の組み合わせとしては、複数の電極41の全組み合わせであってもよいし、その一部であってもよい。全組み合わせとする場合、粉体30の偏在を網羅的に検出することができる。一方、一部の組み合わせとする場合、測定効率を高めることができる。なお、一部の組み合わせとする場合は、測定結果から粉体30の偏在を捉えられる領域の網羅性が高まるように組み合わせを決定することが好ましい。
In the
<吸引装置>
当該ロボットハンド1の吸引装置(不図示)は、例えば可動式のアームの基端等に配設される。
<Suction device>
A suction device (not shown) of the
上記吸引装置としては、袋体20の内部及び袋体20の中央部の空洞を減圧できる限り特に限定されず、公知の真空ポンプ等を用いることができる。上記吸引装置とベース板10の真空吸引口11及び袋体内部吸引口12とは配管等で接続されており、それぞれ独立して吸引が可能な構成とされる。
The suction device is not particularly limited as long as it can reduce the pressure inside the
上記吸引装置は、袋体20の先端に対象物Xが接触し、対象物Xにより袋体20の中央部の空洞の端部が塞がれている際に、真空吸引口11を介して袋体20の中央部の空洞を減圧できるように構成されている。袋体20の中央部の空洞が減圧されると、対象物Xの袋体20側と、袋体20の反対側との間に圧力差が生じ、対象物Xが袋体20に吸着される。
The above-mentioned suction device is configured to suck the bag through the
また、上記吸引装置は、袋体内部吸引口12を介して袋体20の内部を減圧できるように構成されている。袋体20の内部が減圧されると、ジャミング転位が生じ対象物Xを当該ロボットハンド1が握持することができる。
Further, the suction device is configured to be able to reduce the pressure inside the
<動作原理>
図2から図5を用いて、当該ロボットハンド1が対象物Xを持ち上げる動作と共に、粉体30の偏在を検出部40が捉えることができる原理を説明する。
<Operating principle>
The principle by which the detecting
当該ロボットハンド1は、図2に示すように、握持する対象物Xに上方から接するように制御される。このとき、袋体20はベース板10から垂下された状態となり、対象物Xに接するまでは、粉体30はおよそ均質に分配されるから、複数対の電極41間の抵抗値は、その位置によらず略一定となる。
As shown in FIG. 2, the
当該ロボットハンド1の袋体20の下面が、図3に示すように、対象物Xにより押し上げられる。袋体20は、変形自在であるので対象物Xの形状に倣うように変形し、対象物Xの外側を回り込むようにして、対象物Xを包み込む。このとき粉体30は袋体20の内部で上方に押し上げられ、かつ袋体20の変形により、袋体20内における対象物X上方の空間は狭くなるから、粉体30の嵩密度が上昇する。つまり、粉体30は対象物Xの上方に偏在することとなる。粉体30は導電性を有するため、嵩密度が上昇すると抵抗値が下がる。従って、この対象物Xの上方を電流径路に含む電極41間は、対象物Xにより袋体20が持ち上げられた平均高さに応じて抵抗値が下がることとなる。従って、複数対の電極41間の抵抗値の変化量から、その電極41間それぞれでの対象物Xにより袋体20が持ち上げられた平均高さが分かることになる。そして、複数対の電極41間での上記平均高さを合成することで、対象物Xの握持状態を把握することができる。
The lower surface of the
このように袋体20が対象物Xを包み込んだ状態で、吸引装置によって袋体20の内部を減圧する。そうすると、図4に示すように、粒子同士に押し付ける力が発生し、固形化(ジャミング転位)する。この状態においても、粉体30の偏在は維持されるから、複数対の電極41間の抵抗値の違いから、ジャミング転位前と同様に対象物Xの握持状態を把握することが可能である。なお、ジャミング転位後の方が粉体30の剛性が高まるため、接触検知までの応答時間が早まるとともに空間解像度が高められ、対象物Xの握持状態を把握し易い傾向となる。
With the
ジャミング転位が生じると、袋体20が対象物Xに吸着した状態となり、図5に示すように、対象物Xを持ち上げることができる。
When the jamming dislocation occurs, the
逆に、袋体20に吸着した対象物Xを離脱させる場合には、上述とは逆の手順をたどる。つまり、図5の状態を起点として、図4に示すように、吸着した対象物Xを載置場所に移動させ、吸引装置の吸引を解除することで、袋体20の内部を大気圧に戻す(図3)。そうすると、袋体20の吸着が解かれ、袋体20を上方に持ち上げても対象物Xはその場に留まる(図2)。
On the other hand, when the object X adsorbed to the
<利点>
当該ロボットハンド1は、変形自在な袋体20の内部に充填される粉体30のジャミング転位を用いて対象物Xを袋体20に吸着あるいは離脱させることができる。また、当該ロボットハンド1では、粉体30が導電性を有するので、対象物Xを握持した際に生じる粉体30の偏在により粉体30全体の電気的及び磁気的性質が変化する。当該ロボットハンド1では、検出部40でこの粉体30の偏在を電気的又は磁気的に検出することで、対象物Xの握持状態を容易に認識できる。
<Advantages>
The
より具体的には、当該ロボットハンド1では、対象物Xを握持することで、対象物Xに倣って袋体20の表面に凹みが生じる。この凹んだ部分の形状に応じて粉体30が偏在し、その嵩密度が変化する。その結果、複数対の電極41間の抵抗値に変化が生じる。従って、複数対の電極41間の抵抗値を用いることで、上記嵩密度の変化を捉え、粉体30の偏在を検出することができる。また、抵抗値は袋体20内に複数の電極41を挿入することで実現できるので、当該ロボットハンド1では、検出部40を容易に構成することができる。
More specifically, in the
〔第2実施形態〕
図6に示すロボットハンド2は、対象物を握持可能なロボットハンドである。当該ロボットハンド2は、ベース板10と、開口部がこのベース板10の一方の面に取り付けられた変形自在な袋体20と、導電性を有し、この袋体20の内部に充填される粉体30と、粉体30の偏在を電気的に検出することで、対象物の握持状態を把握する検出部50とを備える。また、当該ロボットハンド1は、袋体20の内部を減圧する吸引装置(不図示)を備える。
[Second embodiment]
The
当該ロボットハンド2は、例えば可動式のアームの先端に取り付けられ、対象物を握持して移動させることができる。当該ロボットハンド2は、検出部50以外の構成は、第1実施形態のロボットハンド1と同様に構成できる。このため、検出部50以外の構成は、同一符号を付して説明を省略する。
The
<検出部>
検出部50は、袋体20の内部に設けられる複数の袋状の誘電膜51と、複数の誘電膜51それぞれの内部に設けられる第1電極52と、第1電極52が設けられた誘電膜51の外部で、かつ袋体20の内部に設けられる第2電極53とを有する。当該ロボットハンド2では、粉体30の偏在の検出に、第1電極52と第2電極53との間の静電容量値を用いる。つまり、検出部50は、第1電極52と第2電極53との間の静電容量値を測定する測定器(不図示)を有する。
<Detection part>
The
誘電膜51は、第1電極52と第2電極53とが粉体30を介して短絡することを抑止する。誘電膜51としては、絶縁性を有する限り特に限定されないが、可撓性を有し袋体20と共に変形自在であることが好ましい。従って、誘電膜51は、袋体本体21と同じ材質とすることが好ましい。
The
袋状の誘電膜51の内部には、粉体30が充填されていることが好ましい。このように粉体30を充填することで、ベース板10が傾斜しても、粉体30の一部が誘電膜51の内部に留まる。従って、ベース板10が傾斜した状態であっても対象物を握持できるようになる。
The inside of the bag-shaped
誘電膜51の配設数は、第1電極52及び第2電極53の構成にもよるが、誘電膜51の配設数の下限としては、3個が好ましく、5個がより好ましい。一方、誘電膜51の配設数の上限としては、20個が好ましく、15個がより好ましい。誘電膜51の配設数が上記下限未満であると、静電容量値の測定点数が少なくなるため、粉体30の偏在を検出し難くなるおそれがある。逆に、誘電膜51の配設数が上記上限を超えると、袋体20の変形の阻害が顕著となるおそれがある。
Although the number of
第1電極52及び第2電極53は、第1実施形態の電極41と同様に構成することができる。
The
静電容量値の測定においては、第1電極52と第2電極53との間が、少なくとも1枚の誘電膜51で仕切られていればよい。従って、1つの袋状の誘電膜51の内部に複数の第1電極52が設けられてもよい。また、第1電極52が設けられた複数の誘電膜51に対して共通にその外部に1本の第2電極53が設けられてもよい。あるいは、第2電極53として、他の誘電膜51の内部に設けられている第1電極52を用いることもできる。
In measuring the capacitance value, it is sufficient that the
<動作原理>
当該ロボットハンド2が対象物を持ち上げる動作の原理は、第1実施形態のロボットハンド1と同様である。
<Operating principle>
The principle of operation of the
当該ロボットハンド2の検出部50では、第1電極52と第2電極53との間に誘電膜51が存在するため、第1電極52と第2電極53との間は電気的に絶縁している。この状態で、第1電極52と第2電極53との間に存在する導電性の粉体30の嵩密度が、粉体30の対象物の上方への偏在により変化すると、第1電極52と第2電極53との間の静電容量値が変化する。従って、当該ロボットハンド2では、第1電極52と第2電極53との間の静電容量値の変化量から、第1電極52と第2電極53との間それぞれでの対象物により袋体20が持ち上げられた平均高さが分かることになる。そして、各位置での上記平均高さを合成することで、対象物の握持状態を把握することができる。
In the
<利点>
当該ロボットハンド2では、粉体30が偏在したことによる嵩密度の変化は、静電容量値の変化として検出することができる。また、袋体20の内部が仕切られ小部屋に分けられ、粉体30が分配されているロボットハンドにあっては、その仕切りを誘電膜51として用い、各小部屋に電極を挿入することで実現できるので、検出部50を容易に構成することができる。
<Advantages>
In the
〔第3実施形態〕
図7に示すロボットハンド3は、対象物を握持可能なロボットハンドである。当該ロボットハンド3は、ベース板10と、開口部がこのベース板10の一方の面に取り付けられた変形自在な袋体20と、導電性を有し、この袋体20の内部に充填される粉体30と、粉体30の偏在を電気的に検出することで、対象物の握持状態を把握する検出部60とを備える。また、当該ロボットハンド3は、袋体20の内部を減圧する吸引装置(不図示)を備える。
[Third embodiment]
The
当該ロボットハンド3は、例えば可動式のアームの先端に取り付けられ、対象物を握持して移動させることができる。当該ロボットハンド3は、検出部60以外の構成は、第1実施形態のロボットハンド1と同様に構成できる。このため、検出部60以外の構成は、同一符号を付して説明を省略する。
The
<検出部>
検出部60は、ベース板10に離間して固定される複数の電磁誘導式近接センサ61を有する。当該ロボットハンド3では、粉体30の偏在の検出に、複数の電磁誘導式近接センサ61が有する検出コイルのインピーダンス変化を用いる。
<Detection part>
The
電磁誘導式近接センサ61は、導電性を有する粉体30の粒子個々の移動を捉えることができる。具体的には以下の原理で動作する。電磁誘導式近接センサ61では、検出コイル(一次コイル)より高周波磁界を発生させる。この磁界に導体が近づいた場合に生じる電磁誘導により、上記導体には誘導電流(渦電流)が発生する。この電流により電磁誘導式近接センサ61の検出コイル(二次コイル)のインピーダンスが変化する。このインピーダンス変化から、粉体30の粒子個々の移動が分かる。
The electromagnetic induction
電磁誘導式近接センサ61は、非接触で導体の移動を測定可能であるので、袋体20の外部から粉体30の移動を捉えることができる。このように袋体20の外部から測定することで検出部60が袋体20の変形を阻害することを、より確実に防止することができる。一方、測定対象である粉体30に近いほど精度よく測定可能となるので、電磁誘導式近接センサ61は、その先端(高周波磁界を発生する検出コイル側)がベース板10の内面と面一となるように配設することが好ましい。
Since the electromagnetic induction
電磁誘導式近接センサ61の配設本数の下限としては、3本が好ましく、5本がより好ましい。一方、電磁誘導式近接センサ61の配設本数の上限としては、20本が好ましく、15本がより好ましい。電磁誘導式近接センサ61の配設本数が上記下限未満であると、インピーダンス変化の測定点数が少なくなるため、粉体30の偏在を検出し難くなるおそれがある。逆に、電磁誘導式近接センサ61の配設本数が上記上限を超えると、当該ロボットハンド3の製造コストが高くなり過ぎるおそれがある。
The lower limit of the number of electromagnetic
<動作原理>
当該ロボットハンド3が対象物を持ち上げる動作の原理は、第1実施形態のロボットハンド1と同様である。
<Operating principle>
The principle of operation of the
当該ロボットハンド3では、粉体30の偏在は、当該ロボットハンド3の袋体20の下面が、対象物により押し上げられた際に生じる粉体30の移動を捉えることで検出する。つまり、粉体30が電磁誘導式近接センサ61に近接した部分には、対象物が存在しており、袋体20の下方から粉体30を押し上げたはずである。そして、この粉体30が移動した距離から袋体20と対象物とが当接している面の移動量が分かる。従って、上記当接面の形状を特定できるので、対象物の握持状態を把握することができる。
In the
<利点>
当該ロボットハンド3では、電磁誘導式近接センサ61が、導電性の粉体30の移動により生じる磁気的な変化を検出コイルのインピーダンス変化により捉えることができる。そして、検出部60は、粉体30の移動から粉体30の偏在を検出することができる。電磁誘導式近接センサ61は、袋体20の外から粉体30の移動を捉えることができるから、袋体20の内側に測定用の部材を挿入する必要がない。このため、検出部60が粉体30の移動に影響を及ぼし難く、対象物の握持力が低下し難い。
<Advantages>
In the
〔第4実施形態〕
図8及び図9に示すロボットハンド4は、対象物Yを握持可能なロボットハンドである。当該ロボットハンド4は、ベース板70と、開口部がこのベース板70の一方の面に取り付けられた変形自在な袋体80と、導電性を有し、この袋体80の内部に充填される粉体30と、粉体30の偏在を電気的に検出することで、対象物Yの握持状態を把握する検出部40と、ベース板70の他方の面を覆い、内部に粉体30を収納可能なチャンバ90とを備える。また、当該ロボットハンド4は、袋体80の内部を減圧する吸引装置(不図示)を備える。
[Fourth embodiment]
The
当該ロボットハンド4は、例えば可動式のアームの先端に取り付けられ、対象物Yを握持して移動させることができる。当該ロボットハンド4は、粉体30及び検出部40は、第1実施形態のロボットハンド1と同様に構成できるので、同一符号を付して説明を省略する。
The
<ベース板>
ベース板70は、袋体80を固定する固定部材である。ベース板70は、後述する袋体80の各小部屋とチャンバ90内部とを連通し、粉体30が通過可能な貫通孔71を有する。ベース板70は、貫通孔71を有する点以外は、第1実施形態のベース板10と同様に構成することができるので、詳細説明を省略する。
<Base plate>
The
<袋体>
袋体80は、図9に示すように、袋体本体81と、抑え板82と、隔壁83とを備える。このうち袋体本体81及び抑え板82は、第1実施形態の袋体20の袋体本体21及び抑え板22と同様に構成できるので、詳細説明を省略する。
<Bag body>
As shown in FIG. 9, the
隔壁83は、袋体本体81の内部を粉体30が移動不可能な複数の小部屋に分割する。上記小部屋は、ベース板70と接しており、粉体30が、チャンバ90を介して上記小部屋間を自由に行き来できる。また、上記小部屋は、それぞれに複数の電極41が配設されるように仕切られている。
The
<動作原理>
図9及び図10を用いて、当該ロボットハンド4が対象物Yを持ち上げる動作と共に、粉体30の偏在を検出部40が捉えることができる原理を説明する。
<Operating principle>
The principle by which the
当該ロボットハンド4は、第1実施形態のロボットハンド1と同様に、握持する対象物Yに上方から接するように制御される。これにより袋体80の下面が対象物Yに当接し、対象物Yにより押し上げられる。このとき押し上げられた小部屋に充填されている粉体30は、チャンバ90と貫通孔71を通じて連通しているので、チャンバ90側へ押し出される。また、粉体30の嵩密度が均一化されるように、粉体30は対象物Yにより押し上げられていない小部屋にチャンバ90から移動し、袋体80は、対象物Yを包み込むような形状に変形する。この状態で吸引装置によって袋体80の内部を減圧する。そうすると、粉体30は、ジャミング転位する。ジャミング転位が生じると、袋体80が対象物Yに吸着した状態となり、図10に示すように、対象物Yを持ち上げることができる。
Similar to the
この場合、袋体80の内部で粉体30の嵩密度が均一化されるので、対象物Yの上方での抵抗値が高くなり、対象物Yの周囲(対象物Yの上方ではない位置)では抵抗値が低くなるから、複数対の電極41間での抵抗値により、対象物Yの握持状態を把握することができる。なお、当該ロボットハンド4では、袋体80の内部が小部屋に分割されているため、電極41の対は同一の小部屋内で選択される。
In this case, since the bulk density of the
<利点>
当該ロボットハンド4では、このように袋体80を小部屋に分割することで、ベース板70が傾斜した際に粉体30がベース板70の低い側に偏ることを抑止することができる。また、粉体30がチャンバ90を介して上記小部屋間を自由に行き来できるので、対象物Yを握持することで袋体80が変形し、空間が狭くなった小部屋からはチャンバ90へ粉体30が移動し、逆に空間が広くなった小部屋が生じればチャンバ90からその小部屋へ粉体30が移動する。このように粉体30がチャンバ90を介して上記小部屋間を自由に行き来することで、粉体30の嵩密度を一定としつつ対象物Yを握持できるので、握持力を高められる。また、対象物Yを握持した部分では粉体30の量が少なくなるので、粉体30の偏在による電気的又は磁気的変化が大きくなり易く、より確実に粉体30の偏在を検出することができる。
<Advantages>
In the
〔第5実施形態〕
図11に示すロボットハンド5は、対象物を握持可能なロボットハンドである。当該ロボットハンド5は、ベース板10と、開口部がこのベース板10の一方の面に取り付けられた変形自在な袋体20と、導電性を有し、この袋体20の内部に充填される粉体30と、粉体30の偏在を電気的に検出することで、対象物の握持状態を把握する検出部40と、袋体20の内部に充填される絶縁性粉体31とを備える。また、当該ロボットハンド5は、袋体20の内部を減圧する吸引装置(不図示)を備える。なお、導電性を有する粉体30を絶縁性粉体31と区別するため、以下粉体30を「導電性粉体30」ともいう。
[Fifth embodiment]
The
当該ロボットハンド5は、例えば可動式のアームの先端に取り付けられ、対象物を握持して移動させることができる。当該ロボットハンド5は、絶縁性粉体31を備えること以外の構成は、第1実施形態のロボットハンド1と同様に構成できる。このため、絶縁性粉体31以外の構成は、同一符号を付して説明を省略する。
The
<絶縁性粉体>
絶縁性粉体31は、ジャミング転位が生じ対象物を当該ロボットハンド5が握持した際に、電極41間の導通を適度に阻害し、握持状態の違いにより電極41間の抵抗値を段階的に変化させる役割を果たす。このため、検出部40が、より精度良く導電性粉体30の偏在を捉えることができる。
<Insulating powder>
The insulating
絶縁性粉体31の材質としては、絶縁性を有し、袋体20の内部を減圧した際、粒子同士の接触により破損しない強度を有する限り、特に限定されないが、例えば樹脂を用いることができる。
The material of the insulating
絶縁性粉体31の平均粒子径は、導電性粉体30の平均粒子径と同程度であることが好ましく、具体的には、導電性粉体30の平均粒子径に対する絶縁性粉体31の平均粒子径の比の下限としては、0.8が好ましく、0.9がより好ましい。一方、上記平均粒子径の比の上限としては、1.2が好ましく、1.1がより好ましい。上記平均粒子径の比が上記下限未満であると、粒径が小さい絶縁性粉体31が下方に溜まり易くなる。逆に、上記平均粒子径の比が上記上限を超えると、粒径が小さい導電性粉体30が下方に溜まり易くなる。いずれの場合であっても、導電性粉体30と絶縁性粉体31とを混在させることが困難となるおそれがある。
The average particle diameter of the insulating
絶縁性粉体31を構成する粒子の質量は、導電性粉体30を構成する粒子の質量と同程度であることが好ましく、具体的には、導電性粉体30の粒子質量に対する絶縁性粉体31の粒子質量の比の下限としては、0.8が好ましく、0.9がより好ましい。一方、上記粒子質量の比の上限としては、1.2が好ましく、1.1がより好ましい。上記粒子質量の比が上記下限未満であると、重たい導電性粉体30が下方に溜まり易くなる。逆に、上記粒子質量の比が上記上限を超えると、重たい絶縁性粉体31が下方に溜まり易くなる。いずれの場合であっても、導電性粉体30と絶縁性粉体31とを混在させることが困難となるおそれがある。
The mass of the particles constituting the insulating
導電性粉体30と絶縁性粉体31との充填率の和(合計充填率)の下限としては、70体積%が好ましく、75体積%がより好ましい。一方、上記合計充填率の上限としては、85体積%が好ましく、80体積%がより好ましい。上記合計充填率が上記下限未満であると、空気量が多くなるため、減圧に時間を要し、当該ロボットハンド5の作業効率が低下するおそれがある。逆に、上記合計充填率が上記上限を超えると、導電性粉体30及び絶縁性粉体31を構成する粒子が移動できる空間が狭くなり過ぎ、袋体20が対象物の形状に追従して変化し難くなるおそれがある。
The lower limit of the sum of the filling rates of the
導電性粉体30と絶縁性粉体31との合計に対する導電性粉体30の含有量の下限としては、20質量%が好ましく、25質量%がより好ましい。一方、上記導電性粉体30の含有量の上限としては、45質量%が好ましく、40質量%がより好ましい。上記導電性粉体30の含有量が上記下限未満であると、ジャミング転位が生じた際にも電極41間が導通せず、導電性粉体30の偏在を検出できないおそれがある。逆に、上記導電性粉体30の含有量が上記上限を超えると、絶縁性粒子31による導電性粉体30の偏在を捉える効果が不十分となるおそれがある。
The lower limit of the content of the
<利点>
当該ロボットハンド5では、導電性粉体30の含有量が20質量%以上45質量%以下となるように導電性粉体30及び絶縁性粉体31を袋体内に混合することで、袋体20内の導電性粉体30の偏在を段階的に捉えることが容易となる。
<Advantages>
In the
〔第6実施形態〕
図12に示すロボットハンド6は、対象物を握持可能なロボットハンドである。当該ロボットハンド6は、ベース板10と、開口部がこのベース板10の一方の面に取り付けられた変形自在な袋体20と、導電性を有し、この袋体20の内部に充填される粉体30と、粉体30の偏在を電気的に検出することで、対象物の握持状態を把握する検出部40とを備える。また、当該ロボットハンド6は、袋体20の内部を減圧する吸引装置(不図示)を備える。当該ロボットハンド6では、袋体20が、その内部に複数の小袋体23を有し、それぞれの小袋体23の内部に粉体30が充填されている。
[Sixth embodiment]
The
当該ロボットハンド6は、例えば可動式のアームの先端に取り付けられ、対象物を握持して移動させることができる。当該ロボットハンド6は、袋体20が複数の小袋体23を有すること以外の構成は、第1実施形態のロボットハンド1と同様に構成できる。このため、小袋体23以外の構成は、同一符号を付して説明を省略する。
The
<小袋体>
小袋体23は、導電性又は絶縁性の膜で構成することができる。小袋体23を導電性の膜で構成する場合、検出部40を構成する複数の電極41は、第1実施形態のロボットハンド1と同様に任意の2点間の抵抗値を測定可能であり、検出部40の構成を簡単化できる。一方、小袋体23を絶縁性の膜で構成する場合、検出部40は同一の小袋体23内にある電極41間の抵抗値のみが測定可能である。逆に言うと、対象物の握持状態を把握し易いように小袋体23の大きさ、数、配置を決定する必要がある。しかし、この構成にあっては、小袋体23の膜の表面を伝わる導電パスが存在しないため、得られた抵抗値から対象物の握持状態を把握し易い。
<Sack body>
The
複数の小袋体23は、互いに密着し、かつ袋体20に接するように構成してもよいが、図12に示すように、複数の小袋体23及び袋体20が互いに離間するように構成されていてもよい。複数の小袋体23及び袋体20が互いに離間するように構成されている場合は、袋体20の内部で、複数の小袋体23の外側の領域にも粉体30が充填されていることが好ましい。
The plurality of
また、複数の小袋体23と、袋体20の内部で複数の小袋体23の外側の領域とは、上記吸引装置で吸引できるように構成されている。
Further, the plurality of
小袋体23への粉体30の充填率の下限としては、70体積%が好ましく、75体積%がより好ましい。一方、上記充填率の上限としては、85体積%が好ましく、80体積%がより好ましい。上記充填率が上記下限未満であると、空気量が多くなるため、減圧に時間を要し、当該ロボットハンド1の作業効率が低下するおそれがある。逆に、上記充填率が上記上限を超えると、粉体30を構成する粒子が移動できる空間が狭くなり過ぎ、小袋体23が対象物Xの形状に追従して変化し難くなるおそれがある。
The lower limit of the filling rate of the
<利点>
当該ロボットハンド6では、袋体20の内部を小袋体23に分けて、その内部に粉体30を充填する。粉体30が小袋体23を超えて移動することがないので、当該ロボットハンド6が傾いても、粉体30が袋体20の中で極端に偏在することを抑止できる。従って、当該ロボットハンド6は、対象物の握持状態をさらに容易に認識することができる。
<Advantages>
In the
[その他の実施形態]
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
[Other embodiments]
The above embodiments do not limit the configuration of the present invention. Therefore, in the above embodiment, it is possible to omit, replace, or add the constituent elements of each part of the above embodiment based on the description of this specification and common general technical knowledge, and all of these are interpreted as falling within the scope of the present invention. Should.
上記実施形態では、対象物の握持状態を電気的に検出する方法として、抵抗値を用いる場合と、静電容量値を用いる場合とを説明したが、電気的検出方法はこれに限定されるものではない。例えば粉体に圧電気材料を用い、圧力が加わった際の起電力の変化から対象物の握持状態を認識することもできる。あるいは、光電効果により起電力を有する導電性粒子を用いることもできる。このような導電性粒子を用いる場合、粉体の粗密による光の透過率の差を起電力に変換することで、対象物の握持状態を把握することが可能である。さらに、抵抗値の温度依存性を利用することも可能である。対象物を握持した際、その対象物と粉体との間には通常温度差があり、対象物との接触により粉体の温度が局所的に変化する。抵抗値の温度依存性により、この温度の局所的変化を捉えることで、対象物の握持状態を把握することが可能である。 In the above embodiment, as a method for electrically detecting the grip state of an object, a case where a resistance value is used and a case where a capacitance value is used are explained, but the electrical detection method is limited to these. It's not a thing. For example, it is also possible to use a piezoelectric material for the powder and recognize the grip state of an object from the change in electromotive force when pressure is applied. Alternatively, conductive particles having electromotive force due to the photoelectric effect can also be used. When using such conductive particles, it is possible to grasp the grip state of the object by converting the difference in light transmittance due to the density of the powder into an electromotive force. Furthermore, it is also possible to utilize the temperature dependence of the resistance value. When an object is gripped, there is usually a temperature difference between the object and the powder, and the temperature of the powder changes locally due to contact with the object. Due to the temperature dependence of the resistance value, it is possible to grasp the grip state of the object by capturing local changes in temperature.
また、上記実施形態では、対象物の握持状態を磁気的に検出する方法として、電磁誘導式近接センサを用いる場合を説明したが、磁気的検出方法はこれに限定されるものではない。例えば粉体に圧力が加わった際の磁気歪みをホール素子等で検出する方法を用いることもできる。 Further, in the above embodiment, a case has been described in which an electromagnetic induction type proximity sensor is used as a method of magnetically detecting the grip state of an object, but the magnetic detection method is not limited to this. For example, it is also possible to use a method of detecting magnetic distortion when pressure is applied to powder using a Hall element or the like.
上記第1実施形態では、電極の先端が袋体に接する構成を示しているが、図13に示すロボットハンド7のように、複数の電極42が、その先端がベース板10の表面又は表面から突出した位置にあり、袋体20に接していなくともよい。このような構成にあっては、図5に示すように、検出部40は、複数の電極42に加え、絶縁膜43を有する。絶縁膜43は、複数の電極42の一部がその外側、残りの電極42がその内側となるようにベース板10を仕切る。また、絶縁膜43は、その一部、例えば先端に貫通孔43aを有する。粉体30は、この貫通孔43aを通して絶縁膜43の内側及び外側の間を移動可能である。
In the first embodiment described above, the tip of the electrode is in contact with the bag body, but as in the
このロボットハンド7では、絶縁膜43で仕切られた一対の電極42間の抵抗値が測定される。上記一対の電極42間の電流径路は貫通孔43aを介することとなるため、一対の電極42の先端が袋体20に接するような位置になくとも、その抵抗値が袋体20の形状に応じて変化する。従って、当該ロボットハンド7は、対象物の握持状態を把握することができる。また、当該ロボットハンド7は、電極42の長さを長くとる必要がないため、袋体20が電極42により変形し難くなることを抑止できる。
In this
なお、図13では、検出部が1つの絶縁膜43を有する場合を示しているが、複数の絶縁膜43を設ける構成としてもよい。複数の電極42の仕切り方を工夫することで、例えば1の電極42から多地点の電極42に対して異なる電流径路で抵抗値を測定することができるようになる。つまり、この1の電極42を共有して、抵抗値の変化を検出できるので、電極42の数を減らすことができる。
Note that although FIG. 13 shows a case where the detection section has one insulating
上記第5実施形態及び第6実施形態では、検出部が複数の電極を有し、粉体の偏在の検出に電極間の抵抗値を用いる場合で説明したが、検出部はこの構成に限定されるものではない。例えば、検出部を、第2実施形態のような静電容量値を用いる構成や、第3実施形態のような電磁誘導式近接センサが有する検出コイルのインピーダンス変化を用いる構成等としても、それぞれ同様の効果を奏する。 In the fifth and sixth embodiments described above, the detection section has a plurality of electrodes and the resistance value between the electrodes is used to detect uneven distribution of powder, but the detection section is limited to this configuration. It's not something you can do. For example, the detection unit may be configured to use a capacitance value as in the second embodiment, or be configured to use impedance changes of a detection coil of an electromagnetic induction proximity sensor as in the third embodiment, etc., respectively. It has the effect of
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[抵抗値による握持状態の認識]
対象物の握持力の低下を抑止しつつ、抵抗値の変化により握持状態が認識できることを確認する実験を行った。
[Recognition of grip state based on resistance value]
We conducted an experiment to confirm that the state of grasping an object can be recognized based on changes in resistance while suppressing a decrease in grip strength.
<実施例1>
実施例1として、図1及び図2に示すロボットハンドを準備した。袋体本体にはシリコーン膜を用いた。粉体には、目開き710μmの篩にかけたアルミニウムの切子を用いた。また、電極として、6本のバネ状電極を設けた。
<Example 1>
As Example 1, a robot hand shown in FIGS. 1 and 2 was prepared. A silicone membrane was used for the bag body. For the powder, aluminum facets passed through a sieve with an opening of 710 μm were used. Additionally, six spring-like electrodes were provided as electrodes.
<比較例1>
比較例1として、電極を有さない点、及び粉体をコーヒー豆とした点以外は、上記実施例1と同様の構成としたロボットアームを準備した。
<Comparative example 1>
As Comparative Example 1, a robot arm having the same configuration as Example 1 was prepared, except that it did not have an electrode and used coffee beans as the powder.
<握時力評価>
実施例1及び比較例1の握時力を比較するため、以下の手順で実験を行った。
<Evaluation of grip strength>
In order to compare the gripping forces of Example 1 and Comparative Example 1, an experiment was conducted using the following procedure.
(試験片)
図14に示すように、試験片Zとして、ベース板Z1に、上面の両端が半径R(不図示)で面取りされた角柱Z2(幅W、高さH;図14参照)を付設したものを準備した。なお、角柱Z2としては、幅W、高さH及び半径Rがそれぞれ(W、H、R)=(0mm、0mm、0mm)、(30mm、1mm、0.1mm)、(40mm、2mm、0.5mm)及び(50mm、3mm、1mm)の4種類を準備した。なお、(W、H、R)=(0mm、0mm、0mm)は角柱Z2が存在しない、すなわちベース板Z1のみで構成されることを意味しており、この場合ロボットアームは、ベース板Z1のみを吸着により持ち上げることとなる。
(Test pieces)
As shown in FIG. 14, the test piece Z is a base plate Z1 with a rectangular column Z2 (width W, height H; see FIG. 14) whose top surface is chamfered at both ends with a radius R (not shown). Got ready. Note that the width W, height H, and radius R of the prism Z2 are (W, H, R) = (0 mm, 0 mm, 0 mm), (30 mm, 1 mm, 0.1 mm), (40 mm, 2 mm, 0 Four types were prepared: .5mm) and (50mm, 3mm, 1mm). Note that (W, H, R) = (0 mm, 0 mm, 0 mm) means that the prism Z2 does not exist, that is, it is composed only of the base plate Z1, and in this case, the robot arm is composed of only the base plate Z1. will be lifted by suction.
(測定)
上記各試験片に対して、低速シリンダ(KOGANEI社製の「PBDAS16X75-A」)を用いて、実施例1又は比較例1のロボットハンドを20Nの押付力で押し付けた。その後、袋体の内部を減圧することで吸着を開始し、上記試験片を持ち上げた。この持ち上げ時に発生する負圧(吸着力)を計測した。なお、測定は5回行い、その平均値を測定結果とした。結果を表1に示す。
(measurement)
The robot hand of Example 1 or Comparative Example 1 was pressed against each of the above test pieces using a low-speed cylinder ("PBDAS16X75-A" manufactured by KOGANEI) with a pressing force of 20N. Thereafter, adsorption was started by reducing the pressure inside the bag, and the test piece was lifted. The negative pressure (adsorption force) generated during this lifting was measured. Note that the measurement was performed five times, and the average value was taken as the measurement result. The results are shown in Table 1.
表1の結果から、実施例1と比較例1との吸着力は同等であることが分かる。つまり、抵抗値の変化により握持状態が認識できる機能を搭載しても、ジャミング転移を有効に用いることができると言える。 From the results in Table 1, it can be seen that the adsorption forces of Example 1 and Comparative Example 1 are equivalent. In other words, it can be said that the jamming transition can be effectively used even if the grip state is recognized by a change in resistance value.
<握持状態の認識>
次に、実施例1について、(W、H、R)=(50mm、3mm、1mm)の試験片Zを用いて、握持状態の認識力を調べた。具体的には、図14に示すように、試験片Zの段差に実施例1のロボットハンドを押し付け、その押し付け力と、3か所の電極でのセンサ値(抵抗が低いほど大きい数値を示す)との関係を調べた。結果を図15に示す。
<Recognition of grasping state>
Next, regarding Example 1, the recognition ability of the grip state was investigated using test pieces Z with (W, H, R) = (50 mm, 3 mm, 1 mm). Specifically, as shown in FIG. 14, the robot hand of Example 1 was pressed against the step of the test piece Z, and the pressing force and the sensor values at the three electrodes (the lower the resistance, the larger the value) ) was investigated. The results are shown in FIG.
図15で、センサ1及びセンサ3が試験片Zの凸部上に電極があり、センサ2が凸部から離れた位置に電極がある。図15のグラフから、センサ2に対してセンサ1及びセンサ3で押し付けとともに抵抗値が下がって(センサ値は上昇して)いる。このことから、センサ1及びセンサ3の電極位置に対象物が握持されていることが分かる。従って、実施例1のロボットハンドでは、対象物の握持状態が認識できると言える。
In FIG. 15,
[静電容量値による握持状態の認識]
静電容量値を用いても握持状態が認識できることを確認する実験を行った。
[Recognition of grip state based on capacitance value]
We conducted an experiment to confirm that the grip state can be recognized using capacitance values.
<実施例2>
実施例2として、図6に示すロボットハンドを準備した。袋体本体及び誘電膜にはシリコーン膜を用いた。粉体には、目開き710μmの篩にかけたアルミニウムの切子を用いた。また、第1電極及び第2電極として、6本のバネ状電極を設けた。なお、バネ状電極は1本ずつ誘電膜の内部に設けた。
<Example 2>
As Example 2, a robot hand shown in FIG. 6 was prepared. A silicone film was used for the bag body and dielectric film. For the powder, aluminum facets passed through a sieve with an opening of 710 μm were used. Further, six spring-like electrodes were provided as the first electrode and the second electrode. Note that each spring-like electrode was provided inside the dielectric film.
<握持状態の認識>
この実施例2について、(W、H、R)=(50mm、3mm、1mm)の試験片Zを用いて、握持状態の認識力を調べた。具体的には試験片Zの段差に実施例2のロボットハンドを押し付け、その押し付け力と、試験片Zの凸部上にある一対の電極を第1電極及び第2電極とした場合の静電容量との関係を求めた。
<Recognition of grasping state>
Regarding this Example 2, the recognition ability of the grasping state was investigated using a test piece Z with (W, H, R)=(50 mm, 3 mm, 1 mm). Specifically, the robot hand of Example 2 was pressed against the step of the test piece Z, and the pressing force and the electrostatic charge when the pair of electrodes on the convex part of the test piece Z were used as the first electrode and the second electrode. The relationship with capacity was determined.
静電容量の測定には、1MΩの抵抗素子と、第1電極及び第2電極間に構成される容量素子でRC回路を構成し、このRC回路にパルスを入力した際の時定数から静電容量の大小(センサ値)を評価した。結果を図16に示す。なお、センサ値が大きいほど静電容量は大きい。 To measure capacitance, an RC circuit is configured with a 1MΩ resistance element and a capacitance element between the first and second electrodes, and the electrostatic capacitance is calculated from the time constant when a pulse is input to this RC circuit. The size of the capacity (sensor value) was evaluated. The results are shown in FIG. Note that the larger the sensor value, the larger the capacitance.
図16のグラフから、押し付け力と静電容量との間には相関があることが分かる。このことから、静電容量値を用いても握持状態が認識できると言える。 From the graph of FIG. 16, it can be seen that there is a correlation between pressing force and capacitance. From this, it can be said that the grip state can be recognized even by using the capacitance value.
[絶縁性粉体の効果]
絶縁性粉体の効果を確認する実験を行った。
[Effect of insulating powder]
An experiment was conducted to confirm the effectiveness of insulating powder.
図11に示すロボットハンドを準備した。袋体本体にはシリコーン膜を用いた。粉体には、目開き710μmの篩にかけたアルミニウムの切子を用い、絶縁性粉体には、絶縁性を有する樹脂を用いた。また、電極として、6本のバネ状電極を設けた。 A robot hand shown in FIG. 11 was prepared. A silicone membrane was used for the bag body. For the powder, aluminum facets passed through a sieve with an opening of 710 μm were used, and for the insulating powder, an insulating resin was used. Additionally, six spring-like electrodes were provided as electrodes.
粉体及び絶縁性粉体の合計量を1gに固定し、粉体であるアルミニウムの占める割合を100質量%、83質量%、50質量%、35質量%及び16質量%として、押し付け力を0Paから0.15Paに変化させた場合の電極でのセンサ値を調べた。結果を図17に示す。 The total amount of powder and insulating powder is fixed at 1 g, the proportion of aluminum powder is 100% by mass, 83% by mass, 50% by mass, 35% by mass, and 16% by mass, and the pressing force is 0 Pa. The sensor value at the electrode was investigated when the pressure was changed from 0.15 Pa to 0.15 Pa. The results are shown in FIG.
図17の結果から、粉体の割合を35質量%とすると、押し付け力に応じたセンサ値が得られることが分かる。一方、粉体の割合が20質量%より小さい16質量%では、ジャミング転位が生じた際にも電極間が導通せず、粉体の偏在を検出できていない。逆に、粉体の割合が45質量%を超える場合は、押し付け力を加えると即座にセンサ値が0(低抵抗の導通状態)となり、粉体の偏在を段階的に捕えることができていない。 From the results in FIG. 17, it can be seen that when the proportion of powder is 35% by mass, a sensor value corresponding to the pressing force can be obtained. On the other hand, when the proportion of powder is 16% by mass, which is smaller than 20% by mass, there is no conduction between the electrodes even when jamming dislocation occurs, and uneven distribution of powder cannot be detected. On the other hand, if the proportion of powder exceeds 45% by mass, the sensor value immediately becomes 0 (low resistance conductive state) when pressing force is applied, making it impossible to detect uneven distribution of powder step by step. .
以上から、粉体の含有量が20質量%以上45質量%以下となるように粉体及び絶縁性粉体を袋体内に混合することで、袋体内の粉体の偏在を段階的に捉えることが容易となると言える。 From the above, by mixing powder and insulating powder in the bag so that the powder content is 20% by mass or more and 45% by mass or less, it is possible to gradually grasp the uneven distribution of powder in the bag. It can be said that it becomes easier.
[複数の小袋体の効果]
複数の小袋体の効果を確認する実験を行った。
[Effects of multiple pouch bodies]
An experiment was conducted to confirm the effects of multiple pouch bodies.
図12に示すロボットハンドを準備した。具体的は、上記ロボットハンドは、6つの小袋体を有し、その内部にそれぞれ一対の電極が離間して設けられている。各小袋体に内包される一対の電極は、上記ロボットハンドの平面視で図18に#1~#6で示す位置に配置されている。袋体本体及び小袋体にはシリコーン膜を用いた。また、粉体には、目開き710μmの篩にかけたアルミニウムの切子を用いた。
A robot hand shown in FIG. 12 was prepared. Specifically, the robot hand has six pouch bodies, each of which has a pair of electrodes spaced apart from each other. A pair of electrodes contained in each pouch body are arranged at
また、図12に示すロボットハンド(以下、「小袋体付ロボットハンド」ともいう)と同じ位置に電極を有し、小袋体を有さないロボットハンド(以下、「小袋体無ロボットハンド」ともいう)を準備した。 Furthermore, a robot hand that has an electrode at the same position as the robot hand shown in FIG. ) was prepared.
上記小袋体付ロボットハンド及び上記小袋体無ロボットハンドを用いて、ロボットハンドを15度傾けた状態、すなわち各ロボットハンドのベース板が水平面から15度傾いた状態で、試験片(平板)に、圧力20Nで押し付け、各電極で測定されるセンサ値を取得した。結果を図18に示す。 Using the robot hand with a pouch body and the robot hand without a pouch body, place the robot hand on a test piece (flat plate) with the robot hand tilted 15 degrees, that is, with the base plate of each robot hand tilted 15 degrees from the horizontal plane. It was pressed with a pressure of 20N, and the sensor values measured at each electrode were obtained. The results are shown in FIG.
図18の結果から、小袋体無ロボットハンドを用いた場合、ロボットハンドの傾きにより粉体の偏在を検出できないセンサが存在するのに対し、小袋体付ロボットハンドでは全てのセンサで粉体の偏在を検出できている。以上から、小袋体付ロボットハンドを用いることで、ロボットハンドの傾きにより粉体が極端に偏在することを抑止できることが分かる。 From the results shown in Figure 18, when a robot hand without a pouch body is used, there are sensors that cannot detect uneven distribution of powder due to the inclination of the robot hand, whereas with a robot hand with a pouch body, all sensors detect uneven distribution of powder. has been detected. From the above, it can be seen that by using the robot hand with a pouch body, it is possible to prevent the powder from being extremely unevenly distributed due to the inclination of the robot hand.
以上のように、本発明のロボットハンドは、ジャミング転位を用いつつ、対象物の握持状態を容易に認識できる。 As described above, the robot hand of the present invention can easily recognize the grasping state of an object while using jamming dislocation.
1、2、3、4、5、6、7 ロボットハンド
10 ベース板
11 真空吸引口
12 袋体内部吸引口
20 袋体
21 袋体本体
22 抑え板
23 小袋体
30 粉体
31 絶縁性粉体
40 検出部
41、42 電極
43 絶縁膜
43a 貫通孔
50 検出部
51 誘電膜
52 第1電極
53 第2電極
60 検出部
61 電磁誘導式近接センサ
70 ベース板
71 貫通孔
80 袋体
81 袋体本体
82 抑え板
83 隔壁
90 チャンバ
X、Y 対象物
Z 試験片
Z1 ベース板
Z2 角柱
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
Claims (7)
ベース板と、
開口部がこのベース板の一方の面に取り付けられた変形自在な袋体と、
導電性を有し、この袋体の内部に充填される粉体と、
上記粉体の偏在を電気的又は磁気的に検出することで、上記対象物の握持状態を把握する検出部と、
上記袋体の内部を減圧する吸引装置と
を備え、
上記袋体への上記粉体の充填率が70体積%以上85体積%未満であるロボットハンド。 A robot hand capable of gripping an object by adsorbing it to a bag body by jamming transfer ,
base plate and
a deformable bag body having an opening attached to one side of the base plate;
Powder that has conductivity and is filled inside the bag;
a detection unit that grasps the grasping state of the object by electrically or magnetically detecting the uneven distribution of the powder;
and a suction device that reduces the pressure inside the bag ,
A robot hand in which a filling rate of the powder into the bag is 70% by volume or more and less than 85% by volume .
上記袋体が、その内部を上記粉体が移動不可能な複数の小部屋に分割する隔壁を有し、
上記小部屋が、上記ベース板と接しており、
上記ベース板が、各小部屋と上記チャンバ内部とを連通し、上記粉体が通過可能な貫通孔を有し、
上記粉体が、上記チャンバを介して上記小部屋間を自由に行き来できる請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のロボットハンド。 A chamber covering the other side of the base plate and capable of storing the powder therein,
The bag has a partition wall that divides the inside of the bag into a plurality of small chambers into which the powder cannot move,
The above-mentioned small room is in contact with the above-mentioned base board,
The base plate communicates each small room with the inside of the chamber and has a through hole through which the powder can pass,
The robot hand according to any one of claims 1 to 4, wherein the powder can freely move between the small rooms via the chamber.
導電性を有する上記粉体と上記絶縁性粉体との合計に対する上記粉体の含有量が、20質量%以上45質量%以下である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のロボットハンド。 Further comprising insulating powder filled inside the bag,
The content of the powder based on the total of the conductive powder and the insulating powder is 20% by mass or more and 45% by mass or less, according to any one of claims 1 to 5. robot hand.
それぞれの小袋体の内部に上記粉体が充填されている請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のロボットハンド。
The bag body has a plurality of small bag bodies inside thereof,
The robot hand according to any one of claims 1 to 6, wherein the inside of each pouch body is filled with the powder.
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