JPS60236022A - 触覚センサ - Google Patents

触覚センサ

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JPS60236022A
JPS60236022A JP9319384A JP9319384A JPS60236022A JP S60236022 A JPS60236022 A JP S60236022A JP 9319384 A JP9319384 A JP 9319384A JP 9319384 A JP9319384 A JP 9319384A JP S60236022 A JPS60236022 A JP S60236022A
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JP
Japan
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spring member
sensor
fixed base
tactile sensor
cantilever
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JP9319384A
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Inventor
Shigeo Hirose
茂男 広瀬
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00Controls for manipulators
    • B25J13/08Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/086Proximity sensors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/1085Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements positioning by means of shape-memory materials

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば産業用0 )l?ットヵrllJっ
て作業者に衝突したり、運搬用10+jζットが障古物
に衝突したりすることを回避する近接−ヒンジに好適な
触覚センサに関する。
〔従来の技術〕
産業用ロピットが肪って負柴渚に偵]突するのを回避し
たり、運搬用10がットが障害物に衝突するのを回避す
る近接センサとしてね、神々様様なタイプのものが考え
られている。
例えば、第2図に示すセン+1は、リミットスイッチ1
1のアクチュエータ(ワイヤ)1i−q長くシ、このア
クチュエータ12が障害物Vc接触してスイッチ1ノが
オンすることにより、口が、トが障害物に近接している
ことを検知するものである。
第3図に示すセンサれ1、超音カシセンサや九センサを
利用したものである。
しかしながら、第2図の構成の場合、アクザ纂エータ1
2に大きな力や大きな変形が加わると、アクチュエータ
12が塑性変形してしまい、繰り返えし使用が不可能に
かったり、検知能力が劣るように々る場合が多い。
また、第3図の構成は、送受部14から光あるいは超音
波を用力し、その反射光あるいは反射音を送受部14で
受けるものであるが、この場合、障害物の反射面13が
傾斜していると、反引光や反射音のエネルギーは著しく
減衰してし壕って正しく信号をとらえることができず、
制動作の発生する確率が高い。しかも、光センサの場合
、よごれに弱く、泥や塵の多い環境にあっては、はとん
ど使用することができない。
このように、従来の近接センサでは、誤動作が発生しや
すく、ロゼツトに近接センサ全取シ付けて安全対策を施
こそうとしても、十分な安全性を確保することができな
かった。オた、劣悪な作業環境においては、作業環境を
充分に整備しなければならず、作業能率の向上はあまシ
望めなかった。
特に、産業用ロゼツトの安全性は、現在大きな社会問題
となっている。昭和53年から昭和57年1での5年間
に産業用ロボットによって我国で発生した労働災舎の発
生件数V、を死亡2件を含め11件にのけっている。そ
こで、現在では、産業用ロボットにさく、囲いを設け1
11+作中その可動範囲内に作業者が立ち入らないこと
、また、ロボットへの教示時にはヘルメットを着用する
ことなどの規則が労働安全衛生法に規定されている。し
かしこのようが安全措置が産業用ロー?ットの作業性を
大きく阻害していることも事実でちる。
〔発明が解決しようとしている問題点〕この発明は上記
の事情に対処ずべくなされたもので、耐久性及び色軸+
!l、に優t’、口l(ットの近接センサとして好適で
あり、しかも栴造が単純で安価に製造することができる
ル11tセン1)全提供すること全目的とする。
〔問題点を解決するための手段、作用〕この発明は、超
弾性特性をもつ形状記憶合金にて形成されたばね部材を
片持支持にし、このばね部拐が対象物(作業員や障害物
など)に接触することによってこのばね部材に生じる変
形を、このばね部材の支点近傍の外周に配設された検出
部を有する変形状態検出手段によって検出するように構
成したものである。
〔実施例〕
以下、図面を参照してこの発明の実施例を詳細に説、明
する。
第1図はこの発明の第1の実施例の構成を示す側面図で
ある。
図において、21け例えば線状のばね部材で、一端部2
11が固定台22に例えば圧入固定されている。このば
ね部材21は超弾性特性をもつ形状記憶合金(以下、5
hape Memory A11ay *略してSMA
と記す)によって形成されている。
この場合、ばね部材21は直線状に形状記憶されている
固定台22において、ばね部材21の延在方向(図中右
方向)端部は四角形の筒状に形成さ5− れ、ばね部材2ノの支点近傍を保神する保静部221が
形成さねている。そして、V「ねfilXIJ21けこ
の保吟部22ノと#1ぼ同軸的に延在し、その他端部2
12が保護部221の開口部1aから外方に突出するよ
うになっている。
保護部22ノの図中上方の内壁2a及び下方の内壁3a
にはそれぞれ導電体から成るM1極23.24が取り付
けられている。これら電、極23.24はそれぞれ電流
積11器25.26を介して電源27の正側端子に接続
されている。
この電源27の負側端子はばね部拐21の一端部211
に接続されている。
上記構成において動作を説明する。
今、ばね部材2ノが対象物に接触し、図中、上方向の力
Fsk受けたとすると、ばね部材F1は図中上方に変形
し、電極23に接触する。
これにより、電流検出器25を含む信月経路が閉ループ
と1L電流検出器26にW流が流れ、ロゼツトが対象物
に近づいたことを検知することができる。
6一 また、ばね部材2ノが図示下方の力F、を受けた場合は
、ばね部材2ノは図中下方に変形し、w極Xaに接触す
る。これにより、電流検出器26f含む信号経路が閉ル
ープとがり、電流積1[1器26に電流が流れ、対象物
に近づいたことを検知することができる。
以上詳述したこの実施例によれば、次のような効果があ
る。
■ ばね部材2)を超弾性特性をもっSMAで形成した
ことにより、対象物の検知動作の信頼性、耐久性を大幅
に高めることができる。すなわち、ばね部材2ノを一般
の金栖で形成すると、第4図に特性面1i1Aで示すよ
うにひずみ量が大きくなると、ばね部材2ノは塑性変形
してしまう。これに対し、げね部材21を超弾性特性を
もつSMAで形成すると、第4図に特性曲線Bで示すよ
うに、一般の金越で形成した場合より、けるかに大きな
ひずみ量を与えても、塑性変形することV、lなく、除
荷するともとの形にもどる。
例えば、SMAとしてチタン−ニッケル系のSMAを用
いた場合、ピアノ線SWPが塑性変形するひずみ1の1
0倍以上のびずみmt与えて本完全な弾性特性を示す。
[7かも、この弾性/lt!r杓し1105 回以上の
繰り返し動作にも劣化せず、完全な弾性特性が保持され
ることが確められている。したがって、この実施例によ
れば、ばね部材2)に大きな力や腎形が加わるよう々作
業事項下にあっても、ばね部材2ノか塑Y1・変形して
繰シ返し使用が不可能になったり、検知能力が悪化する
ことがなく、産業用ロボットに741いても充分な安全
性を確保することができる。
■ 接触方式のセンサであるため、対象物がどのような
形状であっても、また、泥や塵が多い作業環境下洗あっ
ても、確実に対象物を検知することができる。
■ 電極23.24をそれぞれげね部イA21の支点近
傍の上下に配置し、省電、I、會23 、24に独立の
信号経路を形成したことにより、#rね部材21に働く
上方向の力1j”+ と下方向の力F1を識別すること
ができる。
■ 保胚部22ノがばね部材21に弾性域以上の大きな
変形が生じるのを防ぐとともにばね部gillの安産近
傍に大きな力が加わるのを阻」トするので、ばね部材2
ノが外力により固定台22上で極端に屈曲してし甘うこ
とを防ぎ、これを常に弾性域で使用できるとともに、固
定台22から取れてしまうことを防止することができる
■ 構造が簡単ガので安価に製造することができる。
第5図はこの発明の第2の実施例を示す側面図である。
先の冥施例では、ばね部*A2ノを可動接片として、電
極113.24を固定端子とするようなスイッチ機構を
栴成し、ばね部材21の変形状態をこのスイッチ機構の
オン、オフによるA?ルス信号として検11する場合を
説明した。これに対し、第5図に示す実施例は、ばね部
材21の支点近傍の上下にアナログ圧力検出器、例えば
歪ゲージ28,29を増り付け、この歪ゲージ9− 211.29の歪/′「に変換機能を利Y11シてばね
部材21の変形状態をアナログの市気(!!号と【7て
検出するように構成したものである。
このような構成においても先のν1施例と1川様の効果
を得ることができることi+勿論、φり9−ジ2B 、
29からはばね部材2)の変形−に応量に応じてロボッ
トの動作を細かく制御することができる。
なお、歪り9−ジ2B、291−3ばね部材21に近接
して保饅部211の上方の内壁2a及び下方の内壁3a
にをり付けるようにしてもよいことは勿論である。
第6図はこの発明の第3の実施例を示す斜祝図である。
先の2つの実施例では、ばね部材2ノの上下2方向の変
形を検知できるように構成した場合を説明したが、この
実施u1では、上下2方向だけでなく、ばね部材21の
左右2方向の変形も−1← 検出できるように構成したものである。
す力わち、保護部222を円筒形にし、その内周面に4
分割された電極30〜33を対称的に取り付けたもので
ある。
なお、4分割に限らず、分割数をさらに多くすれば、も
っと多くの方向の力を識別することができる0寸だ、こ
のような効果は第5図で説明したようなアナログ圧力検
出器を用いるものにおいても得ることができることは勿
論である。
なお、力の方向を特に識別する必要が々い場合は、例え
ば、第1図において、電極28゜24で1つの電流検出
器を兼用してもよいことは勿論である。また、力の方向
は識別する必要はないものの、すべての方向の力に対し
て感応させたい場合は、例えば、第6図において、保護
部222の内周面に全体的に電極を取り付ければよい。
第7図V、tこの発明の第4の実施例を示すものである
この実施例は固定台35の保護部351の開口部1aを
ゴム部旧36で被い、惺峰部351の内部を密閉するよ
うにしたものである。
このような構成においても、げね部′4AIIの外端に
Fの力が生じたときのゴムIll旧36に相す 当する部分で生ずるカー−Fと拡大されており、しかも
、ゴム部材36と【7て可撓性の大きなシリコンがムを
用いれL1′、ばね部拐2ノの変形動作には何の支障も
ない、そして、このような構成においては、泥や塵が電
極23.24やけね部材2ノの支点近傍に付着して電気
的々松触不良が起きることを防止することができる。
以上詩明したこの発明の触覚センサは第3図に示すよう
に運搬用口yl?ッ)37Kft’jり付ければ、これ
が障害物や通行人に衝突するの全確実に回避することが
できる。同様に、第9し1に示すように作業用ロキット
38の危険ガ部分にJ1νυ付ければ、作業員39の安
全を図ることができ、作業能率の向上を図ることができ
る。甘た、第10図に示すように歩行ロゲット40に取
り付ければ、運搬用ロデット37と同様に、障害物に対
する衝突を回避することができる。そして、この場合、
この発明のセンサは安価に製造できるので、これを多量
に使用することができ、安全ffl e大幅に向上させ
ることができる。々お、ばね部材の長さは接触信号を検
出後、ブレーキを作動させて完全停止するまでの距離に
基づいて定めわげよい。
ところで、この発明のセンサは耐久性に優れていること
は前述した通りであるが、この点を考慮すれば、先の第
10図に示す歩行口がット40の足先センサとして有効
である。すなわち、歩行口社!ット40においては、そ
の脚401を下降させていったとき、足402が地面に
接する^1]に足402が地面に近接したことを検知し
、脚401′!i−減速制御する必要がある。この場合
、足401は地面とラフな接触を伺回も繰り返えすもの
であるから、足先センサとしても衝突回避用のセンサ以
上に耐久性の優れたものか必要に々る。
第11図はこの発明の触覚センサによって足・13− 先センサを構成した場合の実施VAIを示すものである
第11図において、ばね部4141けほぼ円弾状に形状
記憶され、仙端部41ノが地面421111K向くよう
に固定台22にをり伺けられている。
保護部221の上方の内壁21に取り付けられる電極2
3け、第12図に示すように、足402の周辺に4分割
されて卿り付けらねている。また、ばね部材41として
は足392の周辺に8本設けられ、1つの電極23に2
本づつ割り当てられている。保護部22ノの下方の内壁
3aに取り付けられる電極24け図ボしないが、分割さ
れてなく、足402の周辺に全体的に形成されている。
上官i″構成においては、足402が着地する場合、ま
ず、足402の着地に先たって、第13図に示すように
ばね部拐4ノが地面42に接する。これにより、ばね部
材41が電極23に接し、脚40ノの減速機檜が働いて
足402け静かに着地し、第14図に示すような状釣と
ガる。
14− 一方、足402を上昇させて脚401を振る間、第15
図に示すように障害物43があると、ばね部材4ノが下
方に肇形し、電極24に接する。したがって、このとき
得られる信号によって足402が障害物43t/C衝突
するのを防ぐことができる。ばね部材4ノは足402よ
り先に地面42に接触するようにするために円弧状に形
成さねているものであるが、この円弧状の形状は、ばね
部材4ノが障害物43と接触する場合においても、その
接触を安定にし、ばね部材4ノを電極24に速かに接触
させる役目をもっている。
々お、1!1′極23を4分割しているのは、地面42
け必ずしも平担ではなく、凹凸面を有するので、この凹
凸面に対する足4θ2の着地状態を検出するためである
。一方、電極24を分割1−でいないのは、障害物43
との接触方向が脚401の撮り運動方向から容易に推定
できるからである。
〔発明の効果〕
このようにこの発明によれば、i1久性、信頼性に優れ
、口鱈?ットの近接センサや足先セン勺として好適であ
り、しかも構造が単純で安価に製造することができる触
覚センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1の実施例を示す側面図、第2図
は従来の近接センサの一例を示す側面図、第3図は同じ
く仙の例を示す(ti11面図、第4図は第1図に示す
センサの%徴を説明するための特性図、第5図はこの発
明の第2の実施例を示す側面図、第6図はこの発明の第
3の実施例を示す斜視図、第7回目この発明の第4の実
施例を示す1lII11i8図、第8図乃至第10図は
十)]ぞれこの発明のセンサが適用さtするロホ、トの
異ガる例を示す斜7M図、第11図はこの発明のセンサ
を歩行用ロケ、1・の足先センづとして使用する場合の
構成を示す4111面図、給12図は同じく平面図、第
13図乃至第15図はそれぞわ異なる動作を説明するた
めの側面図である。 2ノ・・・ばね部材、22・・・固定台、23,114
゜30〜33・・・電極、25.26・・・電流検出器
、27・・・電源、28.29・・・歪ゲージ、36・
・・ゴム部側、41・・・ばね部材。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦17− 第1図 第2図 1 第3図 第10図 第11図 41″ 第12図 41ヘニ覧l乙 /、7 42へ ・4ジ 第13図 42 第14図 第15図 21

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一端部が固定され、超弾性効果をもつ形状記憶合
    金によって形成されたばね部材と、このばね部材の変形
    状態を検出するために該ばね部材の支点近傍の外周囲釦
    配設される検出部を備えた変形状態検出手段と全具備し
    た触覚センサ。
  2. (2)前記検出部は前記ばね部材とスイッチ機IIを形
    成する電極であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の触覚センサ。
  3. (3) 前記検出部は前記ばね部材の変形状態に応じて
    連続的に変化する電気信号を出力するアナログ圧力検出
    器であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    触覚センサ。
  4. (4)前記ばね部材は所定の曲げ形状を有するように形
    状記憶されていること1−*徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の触覚センサ@
JP9319384A 1984-05-10 1984-05-10 触覚センサ Pending JPS60236022A (ja)

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