WO2007074891A1

WO2007074891A1 - ロボットの外被

Info

Publication number: WO2007074891A1
Application number: PCT/JP2006/326160
Authority: WO
Inventors: Masato Hayakawa; Kazuyuki Takahashi
Original assignee: Honda Motor Co., Ltd.
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2007-07-05
Also published as: KR20080071183A; US20090158864A1; KR101010528B1; US8033189B2

Abstract

　ロボットの外被において、ベース（５０ａ）上に離散的に敷設された複数個の触覚センサ（５２）と、触覚センサの上方に配置されると共に、触覚センサに対向する面に、触覚センサのそれぞれに向けて断面視において縮径された突起（５０ｂ１）が触覚センサのそれぞれを押圧可能に連続的に形成された第１部材（５０ｂ）と、および第１部材の上方に配置されると共に、第１部材より剛性において低い素材からなる第２部材（５０ｃ）とを備えるように構成した。これにより、第２部材を柔らかい表皮として備えると共に、その表皮を介して印加される荷重の作用点あるいは荷重分布を確実に検出し、よって外界との接触点を確実に推定することができる。

Description

ロボットの外被

技術分野

[0001] この発明は、ロボットの外被に関する。

背景技術

[0002] 従来、下記の特許文献 1に示すように、ベース上に相互に間隔をおいて離散的に配置された触覚センサと、触覚センサの全体を覆うようにその上方に配置された高剛性の素材力なる内部皮膚 (第 1部材)と、内部皮膚を覆うようにその上方に配置された低剛性で高摩擦係数を有する素材からなる外部皮膚 (第 2部材)を備え、外界との接触によって生じる荷重を内部皮膚を介して触覚センサで検出するようにしたロボットの外被が提案されている。

[0003] また、下記の特許文献 2に示すように、外表面 (ベース）上に配置されたマトリクス状の触覚センサと、その上方に配置されたシリコーン製の疑似皮膚膜 (第 1部材)を備え、外界との接触によって生じる荷重を静電容量の変化力も検出するようにしたロボットの外被が提案されている。特許文献 2記載の技術においては、擬似皮膚膜の、触覚センサの櫛状電極が交差する検出点の上方に当たる部位に断面凸字状の貫通孔を穿設してそこに同形状の押圧ピンを収容すると共に、押圧ピンの先端を疑似皮膚膜の表面力突出させて外界に接触させることで、外界からの荷重を押圧ピンによつて検出点に作用させるように構成している。

特許文献 1：特公平 7— 8477号公報

特許文献 2：特開 2004— 230532号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] ロボット外被にあっては、外部皮膚あるいは疑似皮膚膜からなる表皮は柔らかいことが要求される一方、その表皮を介して印加される荷重を確実に検出できることが要求される。し力しながら、特許文献 1記載の従来技術にあっては、内部皮膚がベース上に離散的に配置された触覚センサの全体を覆うように配置されることから、外界との接触によって生じる荷重が分散され、荷重の作用点あるいは荷重分布を確実に検出できず、その結果、外界との接触点の推定精度も十分ではないという不都合があつた。また、特許文献 2記載の従来技術にあっても、検出点の間が不感帯となり、同様の不都合を免れな、ものであった。

[0005] 従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、柔らかい表皮を備えると共に、その表皮を介して印加される荷重の作用点あるいは荷重分布を確実に検出し、よつて外界との接触点を確実に推定できるようにしたロボットの外被を提供することにある課題を解決するための手段

[0006] この発明は、上記の目的を達成するために、後述する如ぐ請求の範囲 1項に係るロボットの外被にあっては、ベース上に離散的に敷設された複数個の触覚センサと、前記触覚センサの上方に配置されると共に、前記触覚センサに対向する面に、前記触覚センサのそれぞれに向けて断面視において縮径された突起が前記触覚センサのそれぞれを押圧可能に連続的に形成された第 1部材と、および前記第 1部材の上方に配置されると共に、前記第 1部材より剛性において低い素材力なる第 2部材とを備える如く構成した。

[0007] また、この発明は、後述する如ぐ請求の範囲 2項に係るロボットの外被にあっては、ベースに対して離散的に敷設された複数個の触覚センサと、前記触覚センサに対向する面に前記触覚センサのそれぞれに向けて断面視において縮径された突起が前記触覚センサのそれぞれを押圧可能に連続的に形成された第 1部材と、前記第 1 部材より剛性において低い素材力なると共に、前記第 1部材を包囲して支持する第 2部材と、前記第 2部材を前記ベースに固定する固定具とを備える如く構成した。

[0008] また、この発明は、後述する如ぐ請求の範囲 3項に係るロボットの外被にあっては、前記突起はそれぞれ、前記触覚センサのそれぞれの電極の面積以上の面積を有する押圧部位をその先端に備える如く構成した。

[0009] また、この発明は、後述する如ぐ請求の範囲 4項に係るロボットの外被にあっては、前記突起はそれぞれ、円錐体形状または半球形状である如く構成した。

[0010] また、この発明は、後述する如ぐ請求の範囲 5項に係るロボットの外被にあっては、前記第 1部材と前記触覚センサの間に、前記第 1部材より剛性において低い素材力もなる第 3部材を備える如く構成した。

[0011] また、この発明は、後述する如ぐ請求の範囲 6項に係るロボットの外被にあっては

、前記第 2部材の上面に、前記第 2部材と摩擦係数において異なるコーティング材が塗布される如く構成した。

[0012] また、この発明は、後述する如ぐ請求の範囲 7項に係るロボットの外被にあっては

、前記突起の押圧部位が、導電ゴム材カなる如く構成した。

発明の効果

[0013] 請求の範囲 1項に係るロボットの外被にあっては、ベース上に離散的に敷設された複数個の触覚センサと、触覚センサの上方に配置されると共に、触覚センサに対向する面に、触覚センサのそれぞれに向けて断面視において縮径された突起が前記触覚センサのそれぞれを押圧可能に連続的に形成された第 1部材と、および第 1部材の上方に配置されると共に、第 1部材より剛性において低い素材力もなる第 2部材とを備える如く構成したので、第 2部材を柔らかい表皮として備えると共に、その表皮を介して印加される荷重の作用点あるいは荷重分布を確実に検出し、よって外界との接触点を確実に推定することができる。

[0014] 即ち、第 2部材 (柔らか!/、表皮）に印加される荷重を確実に検出するためには、荷重を分散させることなぐ触覚センサの検出点 (電極）に作用させる必要があるが、請求の範囲 1項においては、触覚センサの上方に、触覚センサのそれぞれに向けて断面視において縮径された突起が形成された第 1部材を備えるように構成したので、第 1部材の上に配置された第 2部材に荷重が印加されるとき、よって生じる内部応力を触覚センサの検出点に集中させることができる。

[0015] また、現実には、触覚センサを無数に配置することはできず、有限個のセンサを離散的、即ち、相互にある程度の間隔をおいて配置せざるを得ないが、不感帯が生じると、検出精度が低下する。し力しながら、請求の範囲 1項においては縮径された突起が触覚センサのそれぞれを押圧可能に連続的に形成されるように構成したので、触覚センサと触覚センサの間に印加された荷重をそれらに分配することができると共に、分配の度合いに応じて両センサの間のどの辺に荷重が印加されたのかを検出することがでさる。

[0016] 以上から、請求の範囲 1項に係るロボット外被にあっては、第 2部材 (表皮）を介して印加される荷重の作用点あるいは荷重分布を確実に検出し、よって外界との接触点を確実に推定することができる。また、第 2部材 (表皮)を備える如く構成したので、外界との接触による衝撃を緩和すると共に、接触面積を拡大することができ、ロボット力 S 人の形状を模したヒューマノイド型のロボットであり、外被がそのハンドの外被であるときなど、ワーク (外界）の把持を容易にすることができる。

[0017] 請求の範囲 2項に係るロボットの外被にあっては、ベースに対して離散的に敷設された複数個の触覚センサと、触覚センサに対向する面に触覚センサのそれぞれに向けて断面視において縮径された突起が触覚センサのそれぞれを押圧可能に連続的に形成された第 1部材と、第 1部材より剛性において低い素材力なると共に、第 1部材を包囲して支持する第 2部材と、第 2部材をベースに固定する固定具とを備える如く構成したので、請求の範囲 1項と同様、第 2部材に荷重が印加されるとき、よって生じる内部応力を触覚センサのそれぞれに向けて断面視において縮径された突起が形成された第 1部材を介して触覚センサの検出点に集中させることができ、よって外界との接触点を確実に推定することができる。

[0018] また、第 1部材を包囲して支持する第 2部材と、第 2部材をベースに固定する固定具とを備える如く構成したので、第 2部材をベースに確実に固定できると共に、第 1部材にはベースに対してある程度の自由度を与えることができる。

[0019] さらに、請求の範囲 1項と同様、第 2部材を備える如く構成したので、外界との接触による衝撃を緩和すると共に、接触面積を拡大することができ、ロボットが人の形状を模したヒューマノイド型のロボットであり、外被がそのハンドの外被であるときなど、ヮーク（外界）の把持を容易にすることができる。より具体的には、ワークが大きい場合はその面にならうように、小さ!/、場合はそれを包みこむことでワークを確実に把持することができる。さらに、第 2部材は第 1部材より剛性において低い素材力なる如く構成したので、接触面積を増加させて一層確実に把持することができる。

[0020] 請求の範囲 3項に係るロボットの外被にあっては、突起はそれぞれ触覚センサのそれぞれの電極の面積以上の面積を有する押圧部位をその先端に備える如く構成したので、上記した効果にカ卩え、位置ずれが多少生じたとしても、触覚センサの電極の全体を押圧することができ、荷重を一層確実に検出することができる。

[0021] 請求の範囲 4項に係るロボットの外被にあっては、突起はそれぞれ円錐体形状または半球形状である如く構成したので、上記した効果に加え、第 1部材の上に配置された第 2部材に荷重が印加されるとき、応力が部分的に集中するような稜線が存在しないことから、よって生じる内部応力を触覚センサに一層確実に集中させることができる

[0022] 請求の範囲 5項に係るロボットの外被にあっては、第 1部材と触覚センサの間に、第 1部材より剛性において低い素材力なる第 3部材を備える如く構成したので、突起を介しての応力 (荷重)集中を一層確実にすることができる。尚、第 2部材を第 3部材として機能させても良い。

[0023] 請求の範囲 6項に係るロボットの外被にあっては、第 2部材の上面に第 2部材と摩擦係数にお、て異なるコーティング材が塗布される如く構成したので、上記した効果に加え、外被の外表面の摩擦係数を簡易に変更することも可能となる。

[0024] 請求の範囲 7項に係るロボットの外被にあっては、突起の押圧部位が導電ゴム材からなる如く構成したしたので、上記した効果に加え、外被の高さを低くすることができ、その分だけ外被の構造をコンパクトにすることができる。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]この発明の第 1実施例に係るロボットの外被が適用可能なロボットの正面図である。

[図 2]図 1に示すロボットの右側面図である。

[図 3]図 1に示すノ、ンドを手の平側力も見た平面図である。

圆 4]図 3に示す第 2の指部の拡大分解斜視図である。

[図 5]図 3などに示す外被の構造を模式的に示す断面図および平面図である。

[図 6]図 4に示す指部の指先部付近における外被の外観を示す斜視図である。

[図 7]図 5に示す触覚センサの電極の構造を模式的に示す説明図である。

[図 8]図 7に示す電極を用いた触覚センサの検出回路の回路図である。

[図 9]図 5に示す外被の突起の構成を模式的に示す説明図である。 [図 10]同様に、図 5に示す外被の突起などの構成を模式的に示す説明図である。

[図 11]図 5などに示す外被にローラで一定の荷重を印加しながら、ローラを移動させた状態を示す説明図である。

[図 12]図 11に示す状態でのセンサの出力電圧とそれから推定される接触点の推定を示す表である。

[図 13]図 12に示す値をプロットしたグラフである。

[図 14]この発明の第 2実施例に係るロボットの外被を示す、図 5と同様な外被の模式的な断面図である。

[図 15]この発明の第 3実施例に係るロボットの外被を示す、図 5と同様な外被の模式的な断面図である。

[図 16]この発明の第 4実施例に係るロボットの外被の模式的な斜視図である。

[図 17]図 16に示す第 4実施例に係るロボットの外被の断面図である。

[図 18]図 17と同様のロボットの外被の断面図である。

[図 19]図 16に示す触覚センサに印加された外力から実際の加圧点 (接触点）の推定を説明するための説明図である。

[図 20]この発明の第 5実施例に係るロボットの外被の模式的な斜視図である。

[図 21]第 4、第 5実施例における触覚センサの相互の距離と第 1部材などの硬度の関係を示すグラフ図などである。

[図 22]図 6と同様な外被の斜視図で、その変形例を示す説明図である。

[図 23]図 22と同様な外被の変形例を示す説明図である。

[図 24]図 22と同様な外被の変形例を示す説明図である。

発明を実施するための最良の形態

[0026] 以下、添付図面に即してこの発明に係るロボットの外被を実施するための最良の形態について説明する。

実施例 1

[0027] 図 1は、この発明の第 1実施例に係るロボットの外被が適用可能なロボットの正面図であり、図 2はその右側面図である。

[0028] 図 1に示すように、ロボット 10は、 2本の脚部 12を備えると共に、その上方には基体 (上体） 14が連結される。基体 14のさらに上方には頭部 16が連結されると共に、上体 14の両側には 2本の腕部 18が連結される。左右の腕部 18の先端にはハンド 20が連結される。また、図 2に示すように、基体 14の背部には格納部 22が設けられ、その内部には ECU (Electronic Control Unit。電子制御ユニット） 24およびバッテリ 26などが収容される。

[0029] 尚、ロボット 10は、左右の脚部 12のそれぞれについて 6つの自由度を与えられ、これら 6 X 2 = 12個の関節を駆動する電動モータを ECU24で算出された制御値に基づいて動作させることにより、足全体に所望の動きを与えることができ、ロボット 10を任意に 3次元空間を移動させることができる。また、左右の腕部 18のそれぞれについても 5つの自由度を与えられ、これら 5 X 2= 10個の関節を駆動する電動モータを E CU24で算出された制御値に基づ、て動作させることにより、腕部 18に所望の動きを与えることができる。

[0030] さらに、左右のハンド 20のそれぞれについても、後述の如く 14つの自由度を与えられ、これら 14 X 2 = 28個の関節を駆動する電動モータを ECU24で算出された制御値に基づいて動作させることにより、ハンド 20にワーク (外界）の把持などの所望の動きを与えることができる。このように、ロボット 10は、人の形状を模した自律歩行が可能なヒューマノイド型ロボットとして構成される。

[0031] 図 3は、ハンド 20を手の平側から見た平面図である。

[0032] 図 3に示す如ぐハンド 20は、手掌部 30と、手掌部 30に接続された第 1から第 5の指部 32から 40と、手の平側の面を構成する手の平形成部 42と、手の甲側を形成する手の甲形成部 44とから構成される。ハンド 20の基端部は、前記した腕部 18に接続される。第 1から第 5の指部 32〜40は、それぞれ人の手の親指、人差し指、中指、薬指および小指に相当する。手掌部 30は、手の平側の面を形成する手の平形成部材 42と、手の甲側の面を形成する手の甲形成部 44とからなる。

[0033] 第 1から第 5の指部 32から 40は、複数個の指リンクと、それらを連接する指関節とからなる。具体的には、第 1の指部 32 (親指）は、末節リンク 32aと、基節リンク 32bと、それらを接続する第 1関節 32Aと、基節リンク 32bを手掌部 30に固定された中手リンク 32cに接続する第 2関節 32Bとからなる。また、第 2の指部 34 (人差し指）は、末節リンク 34aと、中節リンク 34bと、基節リンク 34cと、末節リンク 34aと中節リンク 34bを接続する第 1関節 34Aと、中節リンク 34bと基節リンク 34cを接続する第 2関節 34Bと、基節リンク 34cを手掌部 30に固定された中手リンク 34dに接続する第 3関節 34Cとからなる。第 3の指部 36、第 4の指部 38および第 5の指部 40も、第 2の指部 34と同様に構成される。

[0034] 図 4は、第 2の指部 34の拡大分解斜視図である。

[0035] 図 4に示す如ぐ中手リンク 34dには、第 1の電動モータ 34dlと、その出力を減速する遊星歯車減速機など力もなる第 1の減速機構 34d2と、第 3関節 34Cの回転角度 (関節角度）を検出する第 1のエンコーダ 34d3とが配置される。第 1の電動モータ 34 dlの出力軸と、第 1の減速機構 34d2の入力軸と、第 1のエンコーダ 34d3の回転軸とは、第 1のベルト 34d4を介して接続される。

[0036] 第 1の減速機構 34d2の回転出力部 34d5には、結合部 34d6が設けられ、図示しないボルトによって基節リンク 34cに固定される。このように、中手リンク 34dと基節リンク 34cは、第 3関節 34Cの関節軸 34CSを介して相対角度変化自在に連結される。

[0037] また、基節リンク 34cには、第 2の電動モータ 34clと、その出力を減速する遊星歯車減速機など力もなる第 2の減速機構 34c2と、第 2関節 34Bの回転角度（関節角度 )を検出する第 2のエンコーダ 34c3とが配置される。第 2の電動モータ 34clの出力軸と、第 2の減速機構 34c2の入力軸と、第 2のエンコーダ 34c3の回転軸とは、第 2 のベルト 34c4を介して接続される。

[0038] 第 2の減速機構 34c2の回転出力部 34c5には、結合部 34c6が設けられ、図示しないボルトによって中節リンク 34bに固定される。このように、基節リンク 34cと中節リンク 34bは、第 2関節 34Bの関節軸 34BSを介して相対角度変化自在に連結される。

[0039] 中節リンク 34bには、第 3の電動モータ 34blと、その出力を減速する遊星歯車減速機などからなる第 3の減速機構 34b2と、第 1関節 34Aの回転角度 (関節角度)を検出する第 3のエンコーダ 34b3とが配置される。第 3の電動モータ 34blの出力軸と、第 3の減速機構 34b2の入力軸と、第 3のエンコーダ 34b3の回転軸とは、第 3のベルト 34b4を介して接続される。

[0040] 第 3の減速機構 34b2の回転出力部 34b5には、ピン孔 34b6が穿設される。末節リンク 34aにはピン孔 34b6に対応するピン孔 34alが穿設され、それらに図示しないピンを揷通することにより、中節リンク 34bと末節リンク 34aが連結される。

[0041] 中節リンク 34bと末節リンク 34aは、アーム 34a2を介して接続される。アーム 34a2 は、その一端が末節リンク 34aの適宜位置に回転自在に取り付けられる一方、他端が中節リンク 34bの適宜位置に回転自在に取り付けられ、第 2の指部 34の長手方向に対して傾斜した姿勢で配置される。中節リンク 34bと末節リンク 34aは、第 1関節 34 Aを構成する二つの関節軸 34AS 1と 34AS2を介して相対角度変化自在に接続される。

[0042] 尚、末節リンク 34aの先端には、指先部 34a3が取り付けられる。指先部 34a3自体は各種の榭脂系材料あるいはアルミニウムなどの金属材料力製作される。指先部 3 4a3の表皮は、ウレタンあるいはシリコンゴムなど力製作される。

[0043] 第 1の電動モータ 34dlの回転出力は第 1のベルト 34d4を介して第 1の減速装置 3 4d2に伝達され、第 3関節 34Cをその関節軸 34CS回りに回転させて基節リンク 34c と中手リンク 34dの相対角度を変化させる。第 2の電動モータ 34clの回転出力は第 2のベルト 34c4を介して第 2の減速装置 34c2に伝達され、第 2関節 34Bをその関節軸 34BS回りに回転させて中節リンク 34bと基節リンク 34cの相対角度を変化させる。第 3の電動モータ 34blの回転出力は第 3のベルト 34b4を介して第 3の減速装置 34 b 2に伝達され、第 1関節 34Aを一方の関節軸 34 AS 1回りに回転させて末節リンク 3 4aと中節リンク 34bの相対角度を変化させる。

[0044] 第 3の指部 36、第 4の指部 38および第 5の指部 40も第 2の指部 34と同様に構成され、それぞれの指部に 3個ずつ配置された電動モータ（図示せず)を駆動することにより、第 1から第 3関節をそれらの関節軸回りに回転させて各リンクの相対角度を変化させる。第 1の指部 32は、第 3関節と中節リンクを備えないことを除いて第 2の指部 34 と同様に構成され、中手リンク 32aと基節リンク 32bに配置された 2個の電動モータ（図示せず)を駆動することにより、第 1および第 2関節を回転させて各リンクの相対角度を変化させる。以上のように、ハンド 20にあっては、各指部に 3個あるいは 2個ずつ配置された電動モータを駆動することにより、各指部を屈曲'伸展させ、ワークなど（外界）の把持動作などを行うことができる。 [0045] ここで、この実施例に係る外被について説明すると、図 3に示す如ぐハンド 20の手の平形成部 42と第 1から第 5の指部 32〜40の手の平形成面側は、外被 50で全面にわたって被覆される。

[0046] 図 5 (a)は、外被 50の構造を模式的に示す断面図である。

[0047] 図示の如ぐ外被 50は、ベース 50aの上に敷設された複数個（一群の）、図示例でいえば 8個の触覚センサ 52と、触覚センサ 52の上方に配置される第 1部材 50bと、第 1部材 50bの上方に配置される第 2部材 50cと、第 1部材 50bと触覚センサ 52の間に配置される第 3部材 50dを備える。

[0048] ベース 50aは、図 3に示す例でいえば、指先部、指部の中節リンクもしくは基節リンクなどの手の平 (指腹)側、あるいは手の平面（手の平形成部 42)などに相当する。第 2部材 50cの上面にはコーティング材 50eが塗布される。触覚センサ 52は、導電性ゴム 52aと電極部 52b力もなる。

[0049] 図 5 (a)に示す構造を上方側から層ごとに説明すると、外被 50は、第 1層（コーティング材 50e)、第 2層（第 2部材 50c)、第 3層（第 1部材 50b)、第 4層（第 3部材 50d)、第 5層（触覚センサ 52の導電性ゴム 52a)、および第 6層（触覚センサ 52の電極部 52 b)からなる。人体に即していえば、第 1層が角質層、第 2層が表皮、第 4層が真皮、第 5層と第 6層が受容器に相当する。

[0050] このように、この実施例に係るロボット 10の外被 50は、人の皮膚組織や受容器を模した構造を備える。図示の如ぐ第 2層は 2mm、第 3層（と第 4層)も 2mm、第 5層は 0 . 5mm、第 6層は約 0. 1mm程度の厚みを備え、外被 50全体で 4. 6mm程度の厚みを備える。

[0051] 第 6層（触覚センサ 52の電極部 52b)は、具体的には Flexible Printed Circuitで製作された櫛型電極と配線カゝらなる。図 5 (b)は、その平面図である。同図で、符号 52b 1は電極、 52b2は電極 52blが露出されたエリア、換言すれば絶縁層がないエリアを示す。

[0052] 以下個別に説明すると、第 3層を形成する第 1部材 50bは、触覚センサ 52に対向する面、即ち、ベース 50aに近い面に、触覚センサ 52のそれぞれに向けて断面視において縮径された、より具体的には徐々に縮径された一群の突起 50b 1が形成されてなる。

[0053] 突起 50blは触覚センサ 52の個数と同数個の 8個力もなり、触覚センサ 52のそれぞれに向けて断面視において縮径された形状を備えると共に、触覚センサ 52のそれぞれを押圧可能に連続的に形成される。具体的には、突起 50b 1はそれぞれ錐体形状 (より具体的には円錐体形状)を呈すると共に、図 5 (a) (b)に示す如ぐ触覚センサ 52の電極部 52bの電極 52blの面積以上の面積 Sを有する押圧部位 50bl lをその先端に備える。

[0054] 次いで、素材あるいは材質を説明すると、コーティング材 50e (第 1層）には例えば、「人肌のゲル用表面コート剤」（商品名）を使用する。第 2部材 50c (第 2層）には例えばポリウレタン、より具体的には「人肌のゲル硬度 0」（商品名）からなるウレタン原液で ShoreAOの硬度を有する榭脂 (超軟質ウレタン榭脂）を使用する。コーティング材 5 Oeの摩擦係数は、第 2部材 50cを形成する素材のそれと異なる。

[0055] 図 6は、指部 34の指先部 34a付近における外被 50の外観を示す斜視図である。図示の如ぐ外被 50の表面は滑らかな外観を呈する。尚、図示は省略するが、手掌部 30の手の平形成部 42などの外被 50も同様に滑らかな表面を備える。

[0056] 第 1部材 50b (第 3層）には例えばポリウレタン、より具体的には「ノヽィキャスト 3400」

(商品名）で、例えば ShoreA90の硬度を有する榭脂で、低粘度であると共に、硬化性に優れた榭脂を使用する。

[0057] 第 3部材 50d (第 4層）には例えばポリウレタン、より具体的には第 2部材 50c (第 2層 )と同様、 ShoreAOの硬度を有する榭脂を使用する。換言すれば、第 1部材 50b (第 3 層）と触覚センサ 52 (第 5, 6層）の間に配置される第 3部材 50d (第 4層）は、第 1部材 50b (第 3層）を形成する榭脂（素材)よりも剛性にぉ、て低、榭脂（素材)からなる。

[0058] 第 5層、即ち、触覚センサ 52の導電性ゴム 52aの素材としては、絶縁性ゴムの中に炭素粉末などの導電粉末を混入してなる素材を使用する。導電性ゴム材は、荷重に応じて圧縮されると、内部の導電粉末の密度が変化して抵抗値が低下する。

[0059] 尚、外被 50として、図 5に示す如ぐ触覚センサ 52を横方向に一列だけ並列させたものを開示したが、それに止まらないことはいうまでもない。即ち、図 5に示す構成を縦方向に連続させ、触覚センサ 52が図 5において左右および上下にマトリクス状に連続するように構成しても良、。それにつ、ては後述する。

[0060] 次いで、触覚センサ 52の検出動作について説明する。

[0061] 図 7は、触覚センサ 52の電極 52blの構造を模式的に示す説明断面図である。図 7 に示す如ぐ電極 52b 1は、微小距離をおいて配置された 2本の電線 52bl l, 52b 1 2からなる。電線 52bl lは接地されると共に、電線 52b 12は電源 Veに抵抗 Rを介して接続される。

[0062] 図 8は、図 7の電極を用いた、触覚センサ 52の検出回路の回路図である。

[0063] 図示の検出回路にあっては、印加された荷重に応じ、突起 50b 1の押圧部位 50b 1 1によって導電性ゴム 52aが押圧されてその抵抗値が低下するにつれ、 2本の電線 5 2bl l, 52bl2の間を流れる電流値が変化し、その両端電圧が変化する。従って、それを出力電圧として取り出すことで、ワークなどの外界との接触によって生じる荷重あるいは荷重分布を確実に検出でき、よって外界との接触点を確実に推定することができる。出力電圧 Vは、以下の式に従って算出される。

V=Ve X {RxZ (R+Rx) } [V]

[0064] 上記において分圧抵抗 Rが大きいほど検出感度が向上する。この実施例にあっては、 1 [N]程度の荷重まで検出可能とすると共に、耐ノイズ性を考慮して第 1部材 50 bの素材を上記のように選択し、その抵抗値を例えば 33 とした。また、検出感度は、第 1部材 50b (第 3層）の他、第 2部材 50c (第 2層）あるいは第 3部材 50d (第 4 層）の硬度によっても相違することから、それらの素材にっ、ても検出感度を考慮して上記のように選択した。

[0065] 次いで、この実施例に係る触覚センサ 52の検出精度について説明する。

[0066] 先に述べた如ぐ柔らかい第 2部材 50c (第 2層）に印加される荷重を確実に検出するためには、荷重を分散させることなぐ触覚センサ 52に作用させる必要がある力この実施例においては、触覚センサ 52の上方に（断面視において縮径された）円錐体力もなる突起 50blが形成された第 1部材 50b (第 3層）を備えるように構成したので、荷重が印加されるとき、よって生じる内部応力を触覚センサ 52に集中させることができる。

[0067] それについて説明すると、図 9において、円錐体の上面の面積を A,下面の面積を a,荷重を Fとすると、面積 Aが受ける面圧 Pは、 P = FZAとなり、面積 aが受ける面圧 pは、 p=FZaとなる。例えば A=5 X aとすると、 p=F/ (A/5) = (5'F) ZAとなる。即ち、 aでは Aの 5倍の面圧となり、荷重 Fによって生じる内部応力を触覚センサ 52 の電極 52blに確実に集中させることができる。

[0068] また、現実には、触覚センサ 52を無数に配置することはできず、有限個のセンサを離散的、即ち、相互にある程度の間隔をおいて配置せざるを得ないが、不感帯が生じると、検出精度が低下する。しかしながら、この実施例においては、縮径された突起 50blが触覚センサ 52のそれぞれを押圧可能に連続的に形成されるように構成したので、図 10に示す如ぐ触覚センサ 52と触覚センサ 52の間に印加された荷重 Fをそれらに荷重 fl, f2として分配することができる。例えば、荷重 Fを 100%とすると、 fl, f2を 50%ずつなどと分配することができる。

[0069] また、分配の度合いに応じて両センサの間のどの辺に荷重が印加されたのかを検出することができる。特に、均一の荷重 (圧力）が印加されるときは、触覚センサ 52の出力電圧力も接触点を確実にあるいは精度良く推定することができる。

[0070] それについて説明すると、図 11に示す如ぐ外被 50に径 16mmのローラ 60で一定の荷重 2 [N]を印加しながら、ローラ 60を紙面において左力も右に移動させた場合を想定する。図 12はその出力電圧とそれから推定される接触点の推定を示す表である

[0071] 図 11にお、てローラ 60が左から 7個目の触覚センサ 52-7から 8個目の触覚センサ 52-8に移動する状況を考える。触覚センサ 52-7の出力電圧を V7,触覚センサ 52- 8のそれを V8とすると、触覚センサ 52の移動方向の幅は 4mmであるから、ローラ 60 の位置 X [mm]は、図 12の下部に示す式力も算出することができる。

[0072] 従って、算出値力もローラ 60が触覚センサ 52-7の上にある力、触覚センサ 52-8の上にある力、あるいはそれらの中点（中間）にあるかを推定することができる。また、それら以外の接触点は、補間で算出することができる。図 13は図 12に示す値をプロットしたグラフである。

[0073] この実施例に係るロボット 10の外被 50は上記の如ぐベース 50a上に離散的に敷設された複数個の触覚センサ 52と、前記触覚センサの上方に配置されると共に、前記触覚センサに対向する面に、前記触覚センサのそれぞれに向けて断面視において縮径された突起 50blが前記触覚センサのそれぞれを押圧可能に連続的に形成された第 1部材 50bと、および前記第 1部材の上方に配置されると共に、前記第 1部材より剛性において低い素材力もなる第 2部材 50cとを備える如く構成したので、第 2 部材 50cを柔らカ、表皮として備えると共に、その表皮を介して印加される荷重の作用点あるいは荷重分布を確実に検出し、よって外界との接触点を確実に推定することがでさる。

[0074] また、第 2部材 (表皮） 50cを備える如く構成したので、外界との接触による衝撃を緩和すると共に、接触面積を拡大することができ、ハンド 20の外被であるときなどはヮーク（外界）の把持を容易にすることができる。

[0075] また、前記突起 50b 1はそれぞれ、前記触覚センサ 52のそれぞれの電極 52blの面積以上の面積 Sを有する押圧部位 50bl lをその先端に備える如く構成したので、上記した効果にカ卩え、位置ずれが多少生じたとしても、触覚センサ 52の電極 52blの全体を押圧することができ、荷重を一層確実に検出することができる。

[0076] また、前記突起 50b 1はそれぞれ、断面視において円錐体形状である如く構成したので、上記した効果に加え、第 1部材 50bの上に配置された第 2部材 50cに荷重が印加されるとき、応力が部分的に集中するような稜線が存在しないことから、よって生じる内部応力を触覚センサ 52に一層確実に集中させることができる。

[0077] また、前記第 1部材 50bと前記触覚センサ 52の間に、前記第 1部材より剛性において低、素材力もなる第 3部材 50dを備える如く構成したので、上記した効果に加え、突起のそれぞれの対応する触覚センサへの押圧を妨げな、ことで、突起を介しての応力 (荷重)集中を一層確実にすることができる。

[0078] また、前記第 2部材 50cの上面に、前記第 2部材と摩擦係数において異なるコーテイング材 50eが塗布される如く構成したので、上記した効果にカ卩え、外被 50の外表面の摩擦係数を簡易に変更することも可能となる。

実施例 2

[0079] 図 14は、この発明の第 2実施例に係るロボットの外被を示す、図 5と同様な外被の模式的な断面図である。 [0080] 第 1実施例においては第 1部材 50bの突起 50blの形状を錐体形状、より具体的には円錐体形状にしたが、第 2実施例においては、それに代え、半球形状とした。これにより、第 1部材 50bの上に配置された第 2部材 50cに荷重が印加されるとき、応力が部分的に集中するような稜線が存在しないことから、よって生じる内部応力を触覚センサ 52に一層確実に集中させることができる。

[0081] 残余の構成および効果は、第 1実施例と異ならない。尚、突起 50blの形状はそれに止まるものではなぐ要は断面視において稜線を持たずに縮径される形状であれば、どのような形状でも良い。残余の構成および効果は、第 1実施例と異ならない。実施例 3

[0082] 図 15は、この発明の第 3実施例に係るロボットの外被を拡大して示す、図 5と同様な外被の模式的な断面図である。

[0083] 従前の実施例と相違する点に焦点をお、て説明すると、第 4実施例に係るロボットの外被 50にあっては、第 1部材 50bの突起 50blの押圧部位 50bl l、より正確には押圧部位 50bl 1を含む部位が導電ゴム材 (導電性ゴム 52)力もなる如く構成した。尚、その他の構成は従前の実施例と異ならない。

[0084] 第 3実施例に係る外被 50は、これにより、従前の実施例で述べた効果に加え、外被 50の高さを低くすることができ、その分だけ外被 50の構造をコンパクトにすることができる。尚、押圧部位 50b 11を含む部位のみを導電性ゴム 52から構成した力突起 50blの全体を導電性ゴム 52から構成しても良ぐあるいは第 1部材 50bの全体を導電性ゴム 52から構成しても良い。

実施例 4

[0085] 図 16はこの発明の第 4実施例に係るロボットの外被の模式的な斜視図、図 17はその断面図である。

[0086] 外被 50は、平坦な箇所に限られず、曲面あるいは湾曲している箇所にも配置可能である。前記したように、指先部、指部の中節リンク、即ち、指腹部などに外被 50を配置するとき、湾曲する指腹部の形状に沿い、触覚センサ 52が縦横にマトリクス状に連続した外被 50を配置することになる。

[0087] 第 4実施例はそのような外被に関するもので、具体的には図 4に示す第 2の指部 34 の中節リンク 34bなどに配置するようにした。尚、図 16と図 17において、表皮の方向は図 5とは逆に下方に示す。

[0088] 図示の如ぐ外被 50は、第 1実施例と同様、ベース 50aに対して離散的に敷設された複数個の触覚センサ 52と、触覚センサ 52に対向する面に触覚センサ 52のそれぞれに向けて断面視において縮径された突起 50blが触覚センサ 52のそれぞれを押圧可能に連続的に形成された第 1部材 50b (第 3層）と、第 1部材より剛性において低い素材からなると共に、第 1部材を包囲して支持する第 2部材 50c (第 2層）と、第 2部材 50cをベース 50aに固定する固定具 64とを備える如く構成した。第 1部材 50bの上方には導電性ゴム 52aと電極部 52bが配置される。尚、図 16などでコーティング材（第 1層）の図示は省略した。

[0089] 第 4実施例に係る外被 50にあっては、外被 50とベース 50aは側面視において曲面であり、従って第 1部材 50bなども側面視においても曲面を呈する。また、第 1部材 50 bに形成される、押圧部位 50b 11を備えた突起 50b 1、即ち、触覚センサ 52は、相互に所定の間隔をおいて離散的に形成される。

[0090] さらに、第 2部材 50cは、第 1部材 50bを包囲して支持、より具体的には突起 50bl の押圧部位 50bl lを除く部位を包囲して支持すると共に、第 2部材 50cは固定具 64 を介してベース 50aに固定される。即ち、固定具 64はリブ 64aと孔 64bを備え、その、 J ブ 64aが第 2部材 50cに埋設されると共に、孔 64bを介して固定具 64をベース 50aにネジ止めすることで、ベース 50aに固定される。

[0091] 第 1部材 50b、第 2部材 50cの素材は、第 1実施例の第 1部材 50bと第 2部材 50cのそれと異ならない。固定具 64は、例えば、ポリカーボネイドから製作される。尚、第 4 実施例においても、図 18に示す如ぐ第 1部材 50bの突起 50bl側を第 1実施例と同様に第 3部材 50dとしても良い。

[0092] 図 19に示す如ぐ触覚センサ 52は縦横にマトリクス状に連続して配置される。それらの触覚センサ 52に印加された外力から実際の加圧点 (接触点)を推定する場合を説明する。

[0093] 触覚センサ 52のそれぞれの位置を座標 (Pi, Pj)で示すと共に、その出力を Fijとすると、実際の加圧点 (Xp, Yp)は、周知の如ぐ図 19の下部に示す式に従って算出することができる。即ち、位置 Pと力 Fの積を力 Fで除算して得た商力実際の圧力が作用する点 (位置)を算出することができる。

[0094] 第 4実施例に係る外被 50は上記の如ぐベース 50aに対して離散的に敷設された複数個の触覚センサ 52と、触覚センサ 52に対向する面に触覚センサ 52のそれぞれに向けて断面視にお、て縮径された突起 50b 1が触覚センサ 52のそれぞれを押圧可能に連続的に形成された第 1部材 50bと、第 1部材 50bより剛性において低い素材カもなると共に、第 1部材 50bを包囲して支持する第 2部材 50cと、第 2部材 50cをベースに固定する固定具 64とを備える如く構成したので、第 1実施例と同様、第 2部材 50cに荷重が印加されるとき、よって生じる内部応力を触覚センサ 52のそれぞれに向けて断面視において縮径された突起が形成された第 1部材 50bを介して触覚センサ 52の検出点に集中させることができ、外界との接触点を確実に推定することができる。

[0095] また、第 1部材 50bを包囲して支持する第 2部材 50cと、第 2部材 50cをベース 50a に固定する固定具 64とを備える如く構成したので、第 2部材 50cをベース 50aに確実に固定できると共に、第 1部材 50bにはベース 50aに対してある程度の自由度を与えることがでさる。

[0096] さらに、第 1実施例と同様、第 2部材 50bを備える如く構成したので、外界との接触による衝撃を緩和すると共に、接触面積を拡大することができ、ロボット 10が人の形状を模したヒューマノイド型のロボットであり、外被がそのハンド 20の外被であるときなど、ワーク (外界）の把持を容易にすることができる。より具体的には、ワークが大きい場合はその面にならうように、小さヽ場合はそれを包みこむことでワークを確実に把持することができる。さらに、第 2部材 50cは第 1部材 50bより剛性において低い素材力もなる如く構成したので、接触面積を増カロさせて一層確実に把持することができる実施例 5

[0097] 図 20はこの発明の第 5実施例に係るロボットの外被の模式的な斜視図である。

[0098] 第 5実施例は第 1実施例と同様、平坦な外被 50に関し、図示の如ぐ外被 50は、第 4実施例と同様、ベース（図示せず）に対して離散的に敷設された複数個の触覚センサ 52と、触覚センサ 52に対向する面に触覚センサ 52のそれぞれに向けて断面視において縮径された突起 50blが触覚センサ 52のそれぞれを押圧可能に連続的に形成された第 1部材 50b (第 3層）と、第 1部材より剛性において低い素材力もなると共に、第 1部材を包囲して支持する第 2部材 50c (第 2層）と、第 2部材 50cをベース 50aに固定する固定具 64とを備える如く構成した。第 1部材 50bの上方には導電性ゴム 52 aと電極部 52bが配置される。

[0099] 第 5実施例は、第 1部材 50bなどが平板である点を除くと第 4実施例と構成が同様であり、効果も第 4実施例と同様である。

[0100] 尚、第 4、第 5実施例において触覚センサ 52を相互に所定の間隔をおいて離散的に配置した力それと触覚センサ 52の形状について敷衍する。

[0101] 図 21 (a)は、触覚センサ 52の相互の間隔 (離間距離）に対する第 1部材 50bなどの硬度の関係を示すグラフであり、第 4、第 5実施例にあっては、図示の如ぐ触覚センサ 52の相互の間隔が増加するにつれ、第 1部材 50bの強度を上げるため、硬度を増カロさせるのが望ましい。第 2部材 50cの硬度を増加することでも同様の目的を達成することができるが、第 1部材 50bの硬度を増カロさせることで、第 2部材 50cは所期の硬度に止めることができる。

[0102] 尚、同図（b)に示す如ぐ硬度に代え、触覚センサ 52の相互の間隔が増加するにつれ、第 1部材 50bの突起 50blを接続する部位の厚み dを増加させても良い。

[0103] さらに、第 1から第 5実施例において、外被 50の表面を平坦にした力図 22に示す如ぐ凹凸（ディンプル）が形成されるようにしても良い。即ち、第 2部材 50cの表面（上面）を凹凸形状とし、その上にコーティング材 50eを塗布することで、外被 50の外観として凹凸形状を呈するようにしても良い。これにより、摩擦係数が高められてヮークなどの把持が一層容易となる。

[0104] さらには、凹凸（ディンプル）に代え、図 23に示すように直線の溝部を等間隔に多数形成して縞形状としても良ぐあるいは図 24に示すように曲線の溝部を多数形成して人の指紋形状としても良い。さらには、外被 50の表面は、ナール状など他の凹凸形状としても良い。

[0105] また、上記において、外被 50の素材および硬度について具体的に説明した力それらは例示であり、他の素材や硬度を使用することも可能である。

[0106] また、上記において、ロボット 10の例として 2足歩行の脚式移動ロボットを例にとつた力ロボットはそれに限られるものではない。

産業上の利用可能性

[0107] この発明によれば、ロボットの外被において、ベース上に離散的に敷設された複数個の触覚センサと、触覚センサの上方に配置されると共に、触覚センサに対向する面に、触覚センサのそれぞれに向けて断面視において縮径された突起が前記触覚センサのそれぞれを押圧可能に連続的に形成された第 1部材と、および第 1部材の上方に配置されると共に、第 1部材より剛性において低い素材力なる第 2部材とを備える如く構成したので、第 2部材を柔らかい表皮として備えると共に、その表皮を介して印加される荷重の作用点あるいは荷重分布を確実に検出し、よって外界との接触点を確実に推定することができる。また、第 2部材 (表皮）を備える如く構成したので、外界との接触による衝撃を緩和すると共に、接触面積を拡大することができ、ロボットが人の形状を摸したヒューマノイド型のロボットであり、外被がそのハンドの外被であるときなど、ワーク (外界）の把持を容易にすることができる。

Claims

請求の範囲

[1] ベース上に離散的に敷設された複数個の触覚センサと、前記触覚センサの上方に配置されると共に、前記触覚センサに対向する面に、前記触覚センサのそれぞれに向けて断面視において縮径された突起が前記触覚センサのそれぞれを押圧可能に連続的に形成された第 1部材と、および前記第 1部材の上方に配置されると共に、前記第 1部材より剛性において低い素材力なる第 2部材とを備えることを特徴とする口ボットの外被。

[2] ベースに対して離散的に敷設された複数個の触覚センサと、前記触覚センサに対向する面に前記触覚センサのそれぞれに向けて断面視において縮径された突起が前記触覚センサのそれぞれを押圧可能に連続的に形成された第 1部材と、前記第 1 部材より剛性において低い素材力なると共に、前記第 1部材を包囲して支持する第 2部材と、前記第 2部材を前記ベースに固定する固定具とを備えることを特徴とする口ボットの外被。

[3] 前記突起はそれぞれ、前記触覚センサのそれぞれの電極の面積以上の面積を有する押圧部位をその先端に備えることを特徴とする請求の範囲 1項または 2項記載のロボットの外被。

[4] 前記突起はそれぞれ、円錐体形状または半球形状であることを特徴とする請求の範囲 1項から 3項のいずれかに記載のロボットの外被。

[5] 前記第 1部材と前記触覚センサの間に、前記第 1部材より剛性において低い素材力なる第 3部材を備えることを特徴とする請求の範囲 1項力 4項のいずれかに記載のロボットの外被。

[6] 前記第 2部材の上面に、前記第 2部材と摩擦係数において異なるコーティング材が塗布されることを特徴とする請求の範囲 1項から 5項のいずれかに記載のロボットの外被。

[7] 前記突起の押圧部位が、導電ゴム材力なることを特徴とする請求の範囲 1項から 6項の!/、ずれかに記載のロボットの外被。