WO2023171126A1 - ロボット装置およびセンサ装置 - Google Patents

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WO2023171126A1
WO2023171126A1 PCT/JP2023/000953 JP2023000953W WO2023171126A1 WO 2023171126 A1 WO2023171126 A1 WO 2023171126A1 JP 2023000953 W JP2023000953 W JP 2023000953W WO 2023171126 A1 WO2023171126 A1 WO 2023171126A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
robot device
pressure sensor
gripping
workpiece
sensor
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/000953
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健 小林
明 蛭子井
はやと 長谷川
義晃 坂倉
哲郎 後藤
圭 塚本
徹平 豊泉
Original Assignee
ソニーグループ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ソニーグループ株式会社 filed Critical ソニーグループ株式会社
Publication of WO2023171126A1 publication Critical patent/WO2023171126A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members

Definitions

  • the present technology relates to a robot device and a sensor device equipped with a hand section.
  • Patent Document 1 discloses a robot hand having a gripping surface on which a pressure sensor is installed.
  • the force acting on the fingertips of the robot hand cannot be detected. Therefore, there is a problem in that it is difficult to grip a relatively thin thin work such as a coin or a card. Furthermore, since contact between the fingertip and the workbench or workpiece cannot be detected, the robot hand may be damaged by excessive stress applied to the fingertip.
  • an object of the present technology is to provide a robot device and a sensor device that can detect stress applied to a fingertip.
  • a robot device includes a hand section, a sensor section, and a gripping member.
  • the hand section has a plurality of finger sections arranged opposite to each other in the first axial direction.
  • the sensor section includes a first pressure sensor and a deformable layer.
  • the first pressure sensor is disposed on at least one of the plurality of finger parts and is configured to be able to detect pressure distribution.
  • the deformable layer is placed over the first pressure sensor and is made of a viscoelastic material.
  • the gripping member is supported by the deformable layer, has a claw portion that protrudes from the tip of the at least one finger portion in a second axis direction intersecting the first axis, and is capable of gripping the workpiece.
  • the robot device includes a gripping member having a claw protruding from the tip of the finger, and a first pressure sensor detects the pressure acting on the claw via the deformable layer. Thereby, the stress applied to the tip of the finger can be detected without arranging a sensor at the tip of the hand.
  • the first pressure sensor may be configured to detect pressure distribution in a plane perpendicular to the first axial direction.
  • the gripping member may further include a base portion disposed to face the first pressure sensor in the first axial direction with the deformable layer in between. Thereby, the rigidity of the claw portion can be ensured, and the detection range of the first pressure sensor can be widened.
  • the plurality of sensor units may further include a second pressure sensor that is disposed on the gripping member and is capable of detecting pressure distribution in a plane perpendicular to the first axial direction. This makes it possible to detect not only the pressure distribution but also the shear stress applied to the deformed layer.
  • the claw portion may be a plate member having a gripping surface perpendicular to the first axial direction.
  • the claw portion may be one or more columnar bodies extending perpendicularly to the first axial direction.
  • the finger portion has a first main surface and a second main surface that are perpendicular to the first axial direction, and the first main surface is an inner surface on the side that grips the workpiece, and The second main surface may be an outer surface opposite to the first main surface.
  • the first pressure sensor may be arranged on the first main surface.
  • the first pressure sensor may be arranged on the second main surface.
  • the gripping member includes a connecting portion that connects the claw portion and the base portion, and a third axis that is supported by the hand portion and that connects the connecting portion to the first axis and the second axis. It may also include a shaft portion around which the connecting portion is rotatably supported.
  • the claw portion may have a groove extending along the third axial direction and capable of accommodating the workpiece. Thereby, a linear or rod-shaped workpiece can be stably gripped.
  • the robot device may further include a control unit that generates a control command for controlling the hand section based on the output of the sensor section.
  • a sensor device includes a pressure sensor, a deformable layer, and a gripping member.
  • the pressure sensor is disposed on at least one of the plurality of fingers that can grip the work in the first axial direction, and is configured to be able to detect pressure distribution in a plane perpendicular to the first axial direction.
  • the deformable layer is placed over the pressure sensor and is made of a viscoelastic material.
  • the gripping member is supported by the deformable layer, has a claw portion that protrudes from a tip of the at least one finger portion in a second axis direction perpendicular to the first axis, and grips the workpiece.
  • FIG. 1 is a perspective view of main parts of a robot device according to a first embodiment of the present technology. It is a front view of the hand part which shows the structure of the sensor device in the said robot apparatus.
  • FIG. 3 is an enlarged view showing details of the sensor device.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a sensor electrode layer in the sensor device.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the main part in FIG. 4.
  • FIG. 3 is a front view illustrating an operation of the robot device.
  • FIG. 7 is a front view illustrating an operation of a robot device according to a comparative example. It is a block diagram showing the composition of the control unit in the above-mentioned robot device.
  • FIG. 7 is a front view of main parts showing the configuration of a hand section according to a second embodiment of the present technology.
  • FIG. 7 is a front view of main parts showing the configuration of a hand section according to a third embodiment of the present technology.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a claw portion in the hand portion. It is a side view of the said claw part.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a temporal change in gripping force detected by a pressure sensor in the robot device. It is a schematic diagram which shows an example of the time change of the tensile force of the workpiece
  • FIG. 1 is a perspective view of essential parts of a robot device 10 according to a first embodiment of the present technology.
  • the robot device 10 constitutes a robot hand.
  • the configuration of the robot device 10 will be schematically explained below.
  • the robot device 10 has an arm section 1, a wrist section 2, and a hand section 3.
  • the arm portion 1 has a plurality of joints 1a, and the hand portion 3 can be moved to any position by driving the joints 1a.
  • the wrist part 2 is rotatably connected to the arm part 1, and the hand part 3 can be rotated by the rotation of the wrist part 2.
  • the hand section 3 has a plurality of fingers capable of grasping an object to be grasped (workpiece).
  • the hand portion 3 has two finger portions 3a, 3b facing each other, and a workpiece is placed between the two finger portions 3a, 3b by driving the two finger portions 3a, 3b. It is possible to grasp it.
  • the number of fingers can be changed as appropriate, such as three or four or more.
  • Sensor devices 20a and 20b are provided on mutually opposing surfaces of the two finger parts 3a and 3b, respectively.
  • the sensor devices 20a and 20b have a pressure detection surface and are configured to be able to detect a pressure component applied in a direction perpendicular to the pressure detection surface and its in-plane distribution.
  • the sensor devices 20a and 20b may be triaxial sensors capable of detecting not only pressure distribution but also shear force parallel to the pressure detection surface and its in-plane distribution. Note that the configuration of the sensor devices 20a and 20b will be described later with reference to FIG. 2 and the like.
  • the robot device 10 is driven under the control of a controller 11.
  • the controller 11 includes a control section, a storage section, and the like.
  • the control unit is, for example, a CPU (Central Processing Unit), and controls the driving of each unit in the robot device 10 based on a program stored in a storage unit.
  • the controller 11 may be a dedicated device in the robot device 10, or may be a general-purpose device.
  • the controller 11 may be, for example, a PC (Personal Computer) connected to the robot device 10 by wire or wirelessly, a server device on a network, or the like.
  • the controller 11 may be configured as part of the robot device 10.
  • the sensor devices 20a and 20b have the same configuration.
  • the sensor devices 20a and 20b are configured with sensor sheets capable of detecting pressure distribution on the pressure detection surface as described above.
  • FIG. 2 is a front view of the hand section 3 showing the configuration of the sensor devices 20a and 20ab.
  • FIG. 3 is an enlarged view showing details of one sensor device 20a.
  • the X-axis, Y-axis, and Z-axis are three axes that are orthogonal to each other, and the X-axis and Y-axis indicate the horizontal direction, and the Z-axis indicates the vertical direction, respectively.
  • the sensor devices 20a and 20b are arranged on one side of the finger parts 3a and 3b, respectively.
  • a pair of finger parts 3a and 3b facing each other in the Y-axis (first axis) direction have a first main surface 31 and a second main surface 32 that are perpendicular to the Y-axis direction.
  • the first main surface 31 is the inner surface of the finger parts 3a, 3b that directly faces each other (on the side that grips the workpiece)
  • the second main surface 32 is the inner surface of the finger parts 3a, 3b where the sensor devices 20a, 20b are located.
  • This is the outer surface of the finger portions 3a, 3b on the opposite side from the main surface of the finger portions 3a, 3b.
  • the sensor devices 20a, 20b are arranged on the first main surface 31 of the finger parts 3a, 3b. Note that, as described later, the sensor devices 20a and 20b may be arranged on the second main surface 32.
  • the sensor devices 20a and 20b include a pressure sensor 21 (first pressure sensor), a deformable layer 22, and a gripping member 40.
  • the pressure sensor 21 and the deformable layer 22 correspond to the sensor section 25 (see FIG. 3) of the robot device 10.
  • the pressure sensor 21 is a pressure distribution sensor that can detect pressure distribution in a plane (XZ plane) perpendicular to the Y-axis direction.
  • the pressure sensor 21 is a sensor sheet parallel to the XZ plane.
  • the pressure sensor 21 has a rectangular flat plate shape as a whole when viewed from above.
  • the shape of the pressure sensor 20 in plan view is not particularly limited, and may be appropriately set according to the shape of the location where the sensor devices 20a, 20b are arranged.
  • the shape of the pressure sensor 21 in plan view may be a polygon other than a quadrangle, a circle, an ellipse, or the like.
  • the pressure sensor 21 includes a sensor electrode layer 211, a reference electrode layer 212, and an elastic layer 213. Each of these layers is bonded via an adhesive layer (not shown).
  • the sensor electrode layer 211 is made of a flexible printed circuit board or the like. As shown in FIG. 4, the sensor electrode layer 211 includes a main body 51 that is rectangular in plan view, and a lead-out portion 52 that extends outward from the main body 51.
  • the main body 51 of the sensor electrode layer 211 includes a flexible base material 511 and a plurality of sensing parts 21s provided on the surface of the base material 511 or inside the base material 511.
  • a material of the base material 511 for example, a polymer resin such as polyethylene terephthalate, polyimide, polycarbonate, or acrylic resin is used.
  • the sensing units 21s are regularly arranged in a matrix at predetermined intervals in the vertical and horizontal directions (vertical: y-axis direction, horizontal: x-axis direction). In the example shown in FIG. 4, the number of sensing sections 21s is 9 ⁇ 9 (vertical ⁇ horizontal), which is 81 in total. Note that the number of sensing units 21s can be changed as appropriate.
  • the sensing section 21s is composed of a capacitive element (detection element) that can detect a change in distance from the reference electrode layer 212 as a change in capacitance.
  • the sensing section 21s includes, for example, as shown in FIG. 5, a comb-shaped pulse electrode 512 and a comb-shaped sense electrode 513.
  • the comb-shaped pulse electrode 512 and the comb-shaped sense electrode 513 are arranged so that the comb teeth face each other, and each sensing portion 21s is arranged such that the comb teeth of one are inserted between the teeth of the other. It consists of areas (node areas) located in the area.
  • Each pulse electrode 512 is connected to a wiring section 512a extending in the Z-axis direction
  • each sense electrode 513 is connected to a wiring section 513a extending in the X-axis direction.
  • the wiring parts 512a are arranged on the front surface of the base material 511 in the X-axis direction
  • the wiring parts 513a are arranged on the back surface of the base material 511 in the Z-axis direction.
  • Each sense electrode 513 is electrically connected to the wiring portion 513a via a through hole 514 provided in the base material 511.
  • the sensor electrode layer 211 may have a ground line.
  • the ground line is provided, for example, at the outer periphery of the sensor electrode layer 211 or at a portion where the wiring portions 512a and 513a run in parallel.
  • the structure of the sensing section 21s is not limited to the above example, and any structure may be used.
  • a laminate of a first electrode sheet having a lattice-shaped first electrode pattern extending in the X-axis direction and a second electrode sheet having a lattice-shaped second electrode pattern extending in the Z-axis direction A sensor electrode layer 211 may also be configured.
  • the sensing portion 21s is formed at the intersection of the first electrode pattern and the second electrode pattern.
  • a control unit 70 that calculates the force in the in-plane direction based on pressure information detected by the pressure sensor 21 is mounted on the extension part 52 of the sensor electrode layer 211.
  • the control unit 70 is typically a computer including a CPU (Central Processing Unit), and is configured with an integrated circuit such as an IC chip.
  • the control unit 70 is mounted on the sensor electrode layer 211 (drawer section 52), and is configured to drive the pressure sensor 21 and to receive an output signal from the pressure sensor 21. Note that the control unit 70 is not limited to being mounted on the sensor electrode layer 211.
  • the reference electrode layer 212 is connected to a reference potential.
  • the reference electrode layer 212 is a so-called ground electrode and is connected to a ground potential.
  • the reference electrode layer 212 has flexibility and has a thickness of, for example, about 0.05 ⁇ m to 0.5 ⁇ m.
  • an inorganic conductive material, an organic conductive material, a conductive material containing both an inorganic conductive material and an organic conductive material, or the like is used as the material for the reference electrode layer 212.
  • inorganic conductive materials include metals such as aluminum, copper, and silver, alloys such as stainless steel, and metal oxides such as zinc oxide and indium oxide.
  • organic conductive material include carbon materials such as carbon black and carbon fiber, and conductive polymers such as substituted or unsubstituted polyaniline and polypyrrole.
  • the reference electrode layer 212 may be made of a thin metal plate such as stainless steel or aluminum, conductive fiber, conductive nonwoven fabric, or the like.
  • the reference electrode layer 212 may be formed on the plastic film by, for example, vapor deposition, sputtering, adhesion, coating, or the like.
  • the elastic layer 213 is arranged between the sensor electrode layer 211 and the reference electrode layer 212.
  • the elastic layer 213 has a thickness of, for example, about 100 ⁇ m to 1000 ⁇ m.
  • the elastic layer 213 is made of an elastic material that can be elastically deformed in response to external force.
  • the reference electrode layer 212 approaches the sensor electrode layer 211 while the elastic layer 213 is elastically deformed in response to the external force.
  • the capacitance between the pulse electrode 512 and the sense electrode 513 changes, so the sensing section 21s can detect this change in capacitance as a pressure value.
  • the thickness of the elastic layer 213 is, for example, greater than 100 ⁇ m and less than 1000 ⁇ m, and the basis weight of the elastic layer 213 is, for example, less than 50 mg/cm 2 .
  • the detection sensitivity of the pressure sensor 21 in the vertical direction can be improved.
  • the lower limit of the thickness of the elastic layer 213 is not particularly limited as long as it is greater than 100 ⁇ m, but this lower limit may be, for example, 150 ⁇ m or more, 200 ⁇ m or more, 250 ⁇ m or more, 300 ⁇ m or more, etc.
  • the upper limit of the thickness of the elastic layer 213 is not particularly limited as long as it is 1000 ⁇ m or less, but the upper limit may be, for example, 950 ⁇ m or more, 900 ⁇ m or less, 850 ⁇ m or less, 800 ⁇ m or less, etc.
  • the elastic material constituting the elastic layer 213 examples include urethane foam.
  • rubber materials such as acrylic and silicone, and viscoelastic materials such as adhesives can be used.
  • the elastic layer 213 is not limited to a film structure, but may have a patterned structure in a predetermined shape.
  • the elastic layer 213 may be configured with a patterned structure including, for example, a columnar structure in order to facilitate deformation in the Y-axis direction. This patterning structure can adopt various structures such as matrix, stripe, mesh, radial, geometric, spiral, etc.
  • the deformable layer 22 is arranged between the pressure sensor 21 and the gripping member 40 via an adhesive layer (not shown).
  • the deformable layer 22 is made of a viscoelastic material that deforms due to the load applied to the pressure sensor 21 via the gripping member 40 .
  • Examples of the viscoelastic material constituting the deformable layer 22 include silicone gel, urethane gel, synthetic rubber, and foam.
  • the deformable layer 22 is preferably made of a harder material than the elastic layer 213 of the pressure sensor 21. Thereby, the gripping force applied to the gripping member 40 can be appropriately input to the pressure sensor 21.
  • the thickness of the deformable layer 22 is not particularly limited, and is, for example, 200 ⁇ m or more and 5000 ⁇ m or less.
  • the planar shape of the deformable layer 22 is not particularly limited, and is typically rectangular or circular.
  • the gripping member 40 is supported by the deformable layer 22, and has claw portions 41 that protrude in the Z-axis (second axis) direction from the tips 3a1, 3b1 of the finger portions 3a, 3b.
  • the surfaces of the claws 41 of each gripping member 40 that face each other form a gripping surface 42 that grips a workpiece.
  • the gripping member 40 is made of a material having higher rigidity than the deformable layer 22, such as a plastic material, a ceramic material, a glass material such as reinforced glass, a rubber material having a relatively high hardness, or a metal material.
  • the gripping member 40 is, for example, a plate member that is rectangular in plan view and has the same width as the base portion 43 (see FIG. 16(A)), but is not limited to this, and may be formed in various shapes as described later. .
  • the gripping member 40 is attached to the deformable layer 22 so that the claw portion 41 thereof protrudes further in the Z-axis direction (downward in FIG. 2) than the tips 3a1, 3b1 of the finger portions 3a, 3b.
  • the gripping member 40 functions as a toe that grips the workpiece W as shown in FIG.
  • the gripping member 40 has a base portion 43 that is arranged to face the pressure sensor 21 in the Y-axis direction with the deformable layer 22 in between.
  • the base portion 43 is formed in a size that covers the entire surface of the pressure sensor 21. This allows the base portion 42 to function as a protective layer that protects the pressure sensor 21 and the deformable layer 22, thereby increasing the durability of the pressure sensor 21 and the deformable layer 22. Note that a protective layer that protects the peripheral surfaces of the pressure sensor 21 and the deformable layer 22 may be separately provided as necessary.
  • the claw portion 41 of the gripping member 40 is a region extending in the Z-axis direction from the base portion 41.
  • the gripping portion is a region protruding from the tips 3a1, 3b1 of the finger portions 3a, 3b when viewed from the Y-axis direction.
  • the claw portion 41 of the member 40 is formed.
  • the length of the claw portion 41 of the gripping member 40 (that is, the amount of protrusion from the tips 3a1, 3b1 of the finger portions 3a, 3b) is not particularly limited.
  • the longer the length of the claw portion 41 the greater the reaction force (moment) applied from the gripping member 40 to the pressure sensor 21 when gripping the workpiece W, so it is possible to increase the detection sensitivity of the gripping force P1 by the pressure sensor 21. can.
  • the amount of protrusion of the claw portion 41 is adjusted depending on the rigidity such as the hardness of the gripping member 40 and the deformable layer 21, the size, shape, weight, etc. of the workpiece W.
  • the robot device 10 of this embodiment includes the gripping member 40 protruding from the tips 3a1 and 3b1 of the finger parts 3a and 3b, and applies pressure acting on the claws 41 of the gripping member 40 through the deformation layer 22.
  • the pressure sensor 21 is configured to detect the pressure. Thereby, the gripping force on the workpiece W can be detected without disposing a sensor on the gripping surface 42 at the tip of the hand.
  • the gripping member 40 when the gripping member 40 does not have the above-described claw portion 41 like the hand portion 4 shown in FIG. 7, when a thin workpiece W is gripped, the gripping force acts on the tip side of the pressure sensor 21.
  • the tip region of the pressure sensor 21 since there are no or few nodes in the tip region of the pressure sensor 21, if the workpiece W is thin like a card or a coin, there is a problem that the gripping force cannot be detected or the detection accuracy is significantly reduced.
  • the hand section 4 shown in FIG. 7 cannot detect contact between the tips 3a1 and 3b1 of the finger sections 3a and 3b and the workbench or workpiece W, the robot hand may be damaged by excessive stress applied to the tips 3a1 and 3b1. There is a risk.
  • the hand portion 3 of the present embodiment has claw portions 41 that protrude downward from the tips 3a1, 3b1 of the finger portions 3a, 3b of the gripping member 40, so that the gripping surfaces of these claw portions 41
  • the gripping force P1 applied to the pressure sensor 21 acts not only on the tip region of the pressure sensor 21 but also on the region adjacent thereto.
  • the reaction force applied to the claw portion 41 causes the claw portion 41 to tilt around the X-axis in FIG. 6, so that the compressive force applied to the deformable layer 22 acts over a wider range than in the case where the claw portion 41 is not provided.
  • the gripping force P1 acts not only on the tip region of the pressure sensor 21 but also on the region in its vicinity, so that the pressure sensor 21 can detect the gripping force P1 based on the pressure value and pressure distribution in the vicinity of the tip region. I can do it. Therefore, even if the workpiece W is thin like a card or a coin, the gripping force can be detected with high accuracy.
  • stress acting on the claw portion 41 in the Z-axis direction can also be detected.
  • the pressure sensor 21 can detect the movement of the claw portion 41 in the Z-axis direction or the inclination around the X-axis. I can do it.
  • the gripping position (height) of the finger portions 3a, 3b with respect to the workpiece W can be appropriately controlled.
  • stress applied to the fingertip can be detected without disposing a sensor on the fingertip.
  • the control unit 70 includes a control section, a storage section, and the like.
  • the control section is, for example, a CPU (Central Processing Unit), and controls the driving of each section in the hand section 3 by executing a program stored in the storage section based on control commands from the controller 11.
  • the control unit 70 acquires information on the pressure detected by the sensor devices 20a and 20b, and controls the drive of the hand section 3 so as to stably grip the object with an appropriate gripping force.
  • the storage unit includes a nonvolatile memory in which various programs and data necessary for processing by the control unit are stored, and a volatile memory used as a work area for the control unit.
  • Various programs may be read from a portable recording medium such as a semiconductor memory, or may be downloaded from a server device on a network.
  • FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the control unit 70.
  • the control unit 70 is electrically connected to the sensor devices 20a, 20b, and is configured to calculate the pressure acting on each finger portion 3a, 3b based on the output of the sensor devices 20a, 20b.
  • the control unit 70 is further electrically connected to the controller 11, and outputs a grip command to the drive unit 12a that drives the finger parts 3a, 3b of the hand part 3 based on the control command from the controller 11.
  • the controller 11 and the control unit 70 are configured as a control device that controls the operation of the hand section 3.
  • the gripping command supplied to the drive unit 12a that drives the finger parts 3a and 3b is generated by the control unit 70, but instead of this, a controller that controls the overall operation of the robot device 10 is used. 11 may generate a grip command.
  • the controller 11 is configured as the above control device.
  • control unit 70 includes an acquisition section 71, a calculation section 72, a signal generation section 73, and a storage section 74.
  • the acquisition unit 71 receives the pressure detection position and its pressure value output from each sensor device unit 20a, 20b, and the control command output from the controller 11.
  • Pressure information including the pressure detection position and its pressure value output from each sensor device 20a, 20b is detected when the hand portion 3 (finger portions 3a, 3b) contacts the workpiece or the mounting surface on which the workpiece is placed. This is information regarding the stress applied to the sensor devices 20a, 20b when the hand portion 3 (finger portions 3a, 3b) is gripping the workpiece.
  • the calculation unit 72 calculates pressure detection positions in the in-plane direction by the sensor devices 20a and 20b and their pressure values.
  • the load perpendicular to the pressure detection surface is calculated, for example, by the sum of the vertical loads acquired in each sensing section 28 of the sensor devices 20a and 20b.
  • the signal generation unit 73 generates a gripping command for causing the hand unit 3 to grip the workpiece based on the control command from the controller 11.
  • This gripping command includes information regarding the gripping force of the hand section 3 on the workpiece.
  • the signal generation section 73 outputs the generated grasping command to the drive unit 12a of the hand section 3.
  • the drive unit 12a is an actuator that moves the finger parts 3a and 3b between the gripping position and the non-gripping position, and in this embodiment, it is composed of a pulse motor or the like that can perform fine feed control.
  • the storage unit 74 is typically composed of a semiconductor memory.
  • the storage unit 74 stores programs and various parameters for executing a processing procedure for calculating pressure and its in-plane distribution based on the pressure detection position in the in-plane direction by the pressure sensor 21.
  • FIG. 9 is a block diagram showing an example of a control system of the robot device 10.
  • the robot device 10 includes a controller 11 and a drive section 12 that drives the arm section 1, hand section 3, and the like.
  • the drive section 12 includes a drive unit 12a that drives the finger sections 3a and 3b.
  • the controller 11 is configured to be able to execute a control program for operating the robot device 10 based on input signals from various sensors.
  • the sensor devices 20a and 20b constitute one of the various sensors described above. Based on the control command from the controller 11, the control unit 70 outputs a gripping command for causing the drive unit 12a, which drives the finger parts 3a and 3b of the hand part 3, to grip the workpiece.
  • the sensor devices 20a and 20b detect the pressure acting on the claw portion 41, and the control unit 70 calculates the value of the pressure and inputs it to the controller 11.
  • the controller 11 generates drive signals for controlling the positions and postures of the arm section 1 and the hand section 3 (finger sections 3a, 3b), and outputs them to the drive section 12.
  • the drive section 12 is typically an actuator such as an electric motor or a fluid pressure cylinder, and drives the arm section 1, the hand section 3, etc. based on a drive signal from the controller 11.
  • control unit 70 is configured to perform gripping control of the hand section 3.
  • the present invention is not limited to this, and the controller 11 may directly output a gripping command to the drive unit 12a to control the gripping of the hand section 3.
  • the control unit 70 only performs the function of calculating the pressure acting on the sensor devices 20a, 20b and outputting it to the controller 11.
  • FIG. 10 is a front view of main parts showing the configuration of the hand section 103 according to the second embodiment of the present technology.
  • configurations that are different from those in the first embodiment will be mainly described, and configurations similar to those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
  • the hand portion 103 of this embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the gripping member 140. That is, in this embodiment, the gripping member 140 is disposed on the end surface of the deformable layer 22 as a claw portion that protrudes in the Z-axis direction (downward in FIG. 10) from the tips 3a1, 3b1 of the finger portions 3a, 3b.
  • the gripping member 140 is made of a plastic material, a ceramic material, or a metal material that is more rigid than the deformable layer 22, as in the first embodiment.
  • the shape of the gripping member 140 is not particularly limited; typically, the gripping member 140 has a rectangular parallelepiped shape that covers the end surface of the deformable layer 22, and has a gripping surface 142 for gripping the workpiece W on one side thereof.
  • the gripping force P1 of the workpiece W acting on the gripping surface 142 of the gripping member 140 is detected as a change in the pressure distribution applied to the pressure sensor 21. Furthermore, even when an upward load acts on the gripping member 140 in FIG. 10, the load can be detected by the change in pressure distribution accompanying the compressive deformation of the deformable layer 22 in the vertical direction. That is, the same effects as in the above-described first embodiment can be obtained in this embodiment as well.
  • FIG. 11 is a front view of main parts showing the configuration of the hand section 203 according to the third embodiment of the present technology.
  • FIG. 12 is an enlarged view of the claw portion 241 in the hand portion 203
  • FIG. 13 is a side view of the claw portion 241.
  • configurations that are different from those in the first embodiment will be mainly described, and configurations similar to those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
  • the hand section 203 of this embodiment includes a pressure sensor 21, a deformable layer 22, and a gripping member 240, as in the first embodiment.
  • This embodiment differs from the above-described first embodiment in that the pressure sensor 21 is arranged on the second main surface 32, which is the outer surface of the finger parts 3a, 3b.
  • a deformable layer 22 and a gripping member 240 are arranged on the pressure sensor 21 in that order.
  • the finger parts 3a and 3b are movable in the direction toward each other and the direction away from each other (arrow A1) in synchronization with the base part 30 of the hand part 203 in the Y-axis direction. That is, the fingers 3a and 3b move toward each other when gripping a workpiece, and move away from each other when releasing a workpiece.
  • the present invention is not limited to this, and only one of the finger portions 3a and 3b may be configured to be movable in the Y-axis direction.
  • the gripping member 40 includes a claw portion 241 having a gripping surface 242 for gripping a workpiece, a base portion 243 supported by the deformable layer 22, a connecting portion 244 connecting the claw portion 241 and the base portion 243, and a connecting portion 244 that connects the claw portion 241 and the base portion 243. It has a shaft portion 245 that rotatably supports the portion 244 around the X axis.
  • the claw portion 241 extends along the Z-axis direction so as to protrude below the tips 3a1 and 3b1 of the finger portions 3a and 3b.
  • the linear workpiece W1 is the object to be gripped. Therefore, the claw portion 241 on the finger portion 3a side and the claw portion 241 on the finger portion 3b side are arranged offset from each other in the X-axis direction, and a portion of both is They are configured to overlap in the axial direction (see FIG. 13).
  • the workpiece W1 may be, for example, a wiring, a wire, a pin, etc., and it does not matter whether or not it is flexible.
  • a groove portion 242a capable of accommodating the workpiece W1 is formed in the gripping surface 242 of the claw portion 241 so as to extend along the X-axis direction.
  • the workpiece W1 is held by being held between the bottoms of the grooves 242a of both claws 241.
  • the cross-sectional shape of the groove portion 242a is approximately triangular, it is not limited to this, and may be any shape that can stably grip the workpiece W1, such as an arcuate shape.
  • the base portion 243 is arranged to face the pressure sensor 21 in the Y-axis direction with the deformable layer 22 in between.
  • the base portion 243 is formed in a shape or size so as to cover almost the entire area of the pressure sensor 21.
  • the connecting portion 244 is formed into a substantially L-shape, and includes a first arm V1 extending in the vertical direction (Z-axis direction) from the base portion 243, and a first arm V1 extending in the horizontal direction (Y-axis direction) from the tip of the first arm V1 toward the claw portion 241. direction). Since each claw portion 241 is located directly below the tips 3a1 and 3b1 of the finger portions 3a and 3b, the second arm V2 extends from the tip of the first arm V1 toward the inside (towards the center of the hand portion 203). .
  • the shaft portion 245 is supported by the finger portions 3a and 3b and passes through the connecting portion 244 in the X-axis direction.
  • the shaft portion 245 is supported by the support portions 33 provided on the finger portions 3a and 3b.
  • the finger shaft section 245 extends in the Y-axis direction from near the tips 3a1, 3b1 of the finger sections 3a, 4b toward the first arm V1 of the connecting section 244, and is a shaft that pivotally supports the first arm V1. 245 is supported.
  • the shaft portion 245 may be configured as a separate component from the gripping member 240, or may be configured as a part of the gripping member 240 (connection portion 244).
  • the hand unit 203 in the robot device of this embodiment is used, for example, in a process of grasping a predetermined position of a workpiece W1 held in a predetermined attitude (for example, horizontal attitude) in space and transporting the workpiece W1 to a predetermined position.
  • a predetermined attitude for example, horizontal attitude
  • the fingers 3a and 3b are moved to the open position to form a predetermined gap between the claws 241 of the fingers 3a and 3b.
  • the finger sections 3a and 3b are moved to the gripping position, and the workpiece W1 is held between the two claws 241 (Fig. 12 , 13).
  • the movement control of the hand unit 203 may be movement control using a camera (not shown) or may be movement control to preset spatial coordinates.
  • the gripping force on the workpiece W1 is converted into a rotational force of the gripping member 240 around the shaft portion 245, as shown by arrow A2 in FIG.
  • the rotational force of the gripping member 240 is transmitted to the pressure sensor 21 via the deformable layer 22, and the amount of deformation of the deformable layer 22, the pressure value corresponding to the deformed position, and the in-plane distribution are detected.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing an example of a temporal change in the gripping force detected by the pressure sensor 21.
  • the pressure sensor 21 gradually moves the fingers 3a and 3b in a direction in which they approach each other (grasping direction) from when the claw portion 241 starts gripping the workpiece W1 until a target gripping force is reached. Thereby, the pressure detection value of the pressure sensor 21 gradually increases, and it is possible to monitor whether the gripping force has reached the target value.
  • the gripping force can be calculated by the sum of pressure sensitivities (the sum of capacitance changes in each sensing section 21s).
  • a certain tension can be applied to the workpiece W1 by moving the hand section 203 in a predetermined direction. For example, when the hand section 203 is moved in a direction that pulls the workpiece W1 in its extending direction while gripping the workpiece W1 with one end fixed at a target gripping force, the pressure distribution changes in accordance with the pulling force.
  • the tensile force can be detected by the pressure sensor 21.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing an example thereof. As shown in FIG. 15, the pressure value detected by the pressure sensor 21 changes linearly from the start of pulling the workpiece W1 until it reaches the target value. Note that the tensile force can be calculated from the amount of movement of the center of gravity position of the pressure distribution.
  • the claw portion 241 and the base portion 243 are connected via the connecting portion 244, so by adjusting the shape of the connecting portion 244, the base portion 243
  • the spacing between the claw portions 241 can be arbitrarily set to be different from the spacing between the claw portions 241. Thereby, the gripping operation of the workpiece W1 having a width or diameter smaller than the interval between the base parts 243 can be easily performed.
  • the gripping member 240 is configured to be rotatable around the shaft portion 245, the gripping force for the workpiece W1 is applied to the outer surface (second main surface 32) of the finger portions 3a, 3b. It can be detected by Thereby, the pressure sensor 21 and the deformable layer 22 can be arranged on the outer surfaces of the finger parts 3a, 3b, which have a relatively high degree of freedom in installation, so that the degree of freedom in designing the hand part 203 can be increased.
  • the gripping member 240 is configured to be rotatable around the shaft portion 245, the distance between the base portion 243 and the shaft portion 245 and the distance between the shaft portion 245 and the claw portion 241 (grip surface 242), the gripping force applied to the pressure sensor 21 can be amplified by an amplification factor according to the ratio of the distance between the pressure sensor 21 and the pressure sensor 21.
  • the vertical distance L1 between the shaft portion 245 and the gripping surface 242 is set to be larger than the vertical distance L2 between the center of the base portion 243 and the shaft portion 245. This makes it possible to detect fine gripping forces with higher precision, and to realize stable gripping operations for fine or lightweight workpieces.
  • each claw portion 241 grips the workpiece W1 in a positional relationship such that a shearing force is applied to the workpiece W1 in the gripping direction (Y-axis direction).
  • Such a configuration is particularly effective when gripping a workpiece W1 having a relatively small (extremely thin) wire diameter as in this embodiment, as well as when gripping a card-shaped workpiece in its thickness direction. .
  • the robot apparatus is described using as an example the robot apparatus in which the finger parts 3a and 3b are provided with sensor devices 20a and 20b, respectively, but the invention is not limited to this, and at least one finger part is provided with a sensor device. It would be fine if it was.
  • the claw portion 41 of the gripping member 40 is plate-shaped.
  • the present invention is not limited to this.
  • the claw portion 41 may be a single columnar body such as a columnar shape or a prismatic shape.
  • the claw portions 41 may be a plurality of (two in the illustrated example) columnar bodies. In this way, the claw portion 41 can be set to any shape depending on the form of the workpiece.
  • the base portion 43 of the gripping member 40 is formed to a size that can cover the entire surface of the deformable layer 22, but the size is not limited to this.
  • the base portion 43 may be formed in a size that covers only a part of the deformable layer 22.
  • the above-mentioned partial area can be adjusted, for example, according to the pressure detection area on the pressure sensor 21 when gripping with the target gripping force.
  • a pressure sensor 23 as a second pressure sensor may be further disposed on the base portion 43 of the gripping member 40.
  • the pressure sensor 23 is arranged on the gripping member 40 and, like the pressure sensor 21, is configured with a pressure distribution sensor that detects pressure distribution in a plane perpendicular to the gripping direction (Y-axis direction).
  • the pressure sensor 23 may be disposed facing the pressure sensor 21 via the deformable layer 22 and the base portion 43 of the gripping member 40, or may be disposed on the claw portion 41 of the gripping member 40.
  • the shear stress acting on the deformable layer 22 can be detected by detecting changes in the pressure detection axes (center of gravity position of pressure distribution) of both pressure sensors 21 and 23 when the workpiece is gripped.
  • the deformable layer 22 does not need to be formed over the entire upper surface of the pressure sensor 21, and may be dispersed and arranged in an island shape on the pressure sensor 21.
  • the elastic force of the deformable layer 22 can be arbitrarily adjusted for each region, the detection sensitivity of the tip region on the fingertip side of the pressure sensor 21 can be made higher than other regions, for example.
  • the pressure sensor 21 was configured to be able to detect the pressure distribution in a plane perpendicular to the gripping direction, but instead of this, for example, as shown in FIG.
  • the sensor may be configured to be able to detect pressure distribution within a plane.
  • the finger portion 3a (3b) is provided with a pedestal portion 34 that supports the first pressure sensor 21 in parallel to the XY plane.
  • the gripping member 140 the configuration described in the second embodiment above can be adopted. With such a configuration as well, the multiaxial stress acting on the tip of the hand portion can be detected with high precision.
  • the direction in which the claws protrude is not limited to this, for example, in the front direction (in FIG. (X-axis direction).
  • a robot hand can be configured that can grip a workpiece placed on a workbench at any height position.
  • the present technology can also have the following configuration.
  • a hand portion having a plurality of finger portions arranged opposite to each other in a first axial direction;
  • a sensor section comprising: a first pressure sensor disposed on at least one of the plurality of finger sections and capable of detecting pressure distribution; and a deformable layer disposed on the first pressure sensor and made of a viscoelastic material. and, a gripping member supported by the deformable layer, protruding from the tip of the at least one finger in a second axis direction intersecting the first axis and capable of gripping a workpiece.
  • the first pressure sensor detects pressure distribution in a plane perpendicular to the first axial direction.
  • the gripping member further includes a base portion disposed to face the first pressure sensor in the first axial direction with the deformable layer in between.
  • the sensor section further includes a second pressure sensor that is disposed on the gripping member and is capable of detecting pressure distribution in a plane perpendicular to the first axial direction.
  • the claw portion is a plate member having a gripping surface perpendicular to the first axial direction.
  • the robot device (6)
  • the robot device according to any one of (1) to (4) above, The claw portion is one or more columnar bodies extending perpendicularly to the first axis direction. The robot device.
  • the finger portion has a first main surface and a second main surface each perpendicular to the first axial direction, The first main surface is an inner surface on the side that grips the workpiece, and the second main surface is an outer surface opposite to the first main surface.
  • the first pressure sensor is arranged on the first main surface.
  • Robot device (9) The robot device according to (7) above, The first pressure sensor is arranged on the second main surface. Robot device.
  • the gripping member includes a connecting portion that connects the claw portion and the base portion, and a third axis that is supported by the hand portion and that connects the connecting portion to the first axis and the second axis.
  • a robot device comprising: a shaft portion around which the connecting portion is rotatably supported.
  • the claw portion has a groove extending along the third axial direction and capable of accommodating the workpiece.
  • the robot apparatus further includes a control unit that generates a control command for controlling the hand section based on the output of the sensor section.
  • a pressure sensor that is disposed on at least one of the plurality of fingers that can grip the workpiece in the first axis direction and that can detect pressure distribution; a deformable layer disposed on the pressure sensor and made of a viscoelastic material; a gripping member supported by the deformable layer and having a claw portion protruding from a tip of the at least one finger portion in a second axis direction perpendicular to the first axis and gripping the workpiece.

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Abstract

本技術の一形態に係るロボット装置は、ハンド部と、センサ部と、把持部材とを具備する。前記ハンド部は、第１の軸方向に対向して配置された複数の指部を有する。前記センサ部は、第１の圧力センサと、変形層とを有する。前記第１の圧力センサは、前記複数の指部の少なくとも一方に配置され、圧力分布を検出可能に構成される。前記変形層は、前記第１の圧力センサの上に配置され、粘弾性材料で構成される。前記把持部材は、前記変形層にそれぞれ支持され、前記少なくとも一方の指部の先端から前記第１の軸と交差する第２の軸方向へ突出し、ワークを把持可能な爪部を有する。

Description

ロボット装置およびセンサ装置
　本技術は、ハンド部を備えたロボット装置およびセンサ装置に関する。
　近年、労働人口の減少を受けてロボットによる作業の自動化が様々な場面において検討されている。例えば工場・店舗等において、作業台に載置された把持対象物（以下、ワークともいう）をロボットハンドでピックアップする際、ワークとの接触領域に働く力を高精度に検出する必要がある。例えば特許文献１には、感圧センサが設置された把持面を有するロボットハンドが開示されている。
特開２０１３－１２３７７３号公報
　ロボットの行動制御を高度に行うためには、多軸力が把持面のどの方向に働いているかを検出できることが望ましい。しかし、単一の検出軸をもつ素子を複数組み合わせて多軸力を検出しようとすると、構造として大きくなってしまう。また、面分布での検出を行うために素子を配列しようとすると、大きな空間を占有することになってしまう。
　また、センサ端面にノードがないため、ロボットハンドの指先に作用する力を検出できない。したがって、コインやカードのような厚みの比較的小さい薄手のワークに対する把持動作が困難であるという問題がある。さらに、指先と作業台又はワークとの接触を検出できないため、指先に加わる過大な応力でロボットハンドが損傷するおそれがある。
　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、指先に加わる応力を検出できるロボット装置およびセンサ装置を提供することにある。
　本技術の一形態に係るロボット装置は、ハンド部と、センサ部と、把持部材とを具備する。
　前記ハンド部は、第１の軸方向に対向して配置された複数の指部を有する。
　前記センサ部は、第１の圧力センサと、変形層とを有する。前記第１の圧力センサは、前記複数の指部の少なくとも一方に配置され、圧力分布を検出可能に構成される。前記変形層は、前記第１の圧力センサの上に配置され、粘弾性材料で構成される。
　前記把持部材は、前記変形層に支持され、前記少なくとも一方の指部の先端から前記第１の軸と交差する第２の軸方向へ突出し、ワークを把持可能な爪部を有する。
　上記ロボット装置は、指部の先端から突出する爪部を有する把持部材を備え、爪部に作用する圧力を、変形層を介して第１の圧力センサで検出する。これにより、ハンド先端にセンサを配置することなく指部の先端に加わる応力を検出することができる。
　前記第１の圧力センサは、前記第１の軸方向に垂直な面内の圧力分布を検出するように構成されてもよい。
　前記把持部材は、前記変形層を挟んで前記第１の圧力センサと前記第１の軸方向に対向して配置されるベース部をさらに有してもよい。
　これにより、爪部の剛性を確保できるとともに、第１の圧力センサの検出範囲を広くとることができる。
　前記複数のセンサ部は、前記把持部材の上に配置され前記第１の軸方向に垂直な面内の圧力分布を検出可能な第２の圧力センサをさらに有してもよい。
　これにより、圧力分布だけでなく、変形層に加わる剪断応力をも検出することが可能となる。
　前記爪部は、前記第１の軸方向に垂直な把持面を有する板部材であってもよい。
　あるいは、前記爪部は、前記第１の軸方向に垂直に延びる単数又は複数の柱状体であってもよい。
　前記指部は、前記第１の軸方向にそれぞれ垂直な第１の主面および第２の主面を有し、前記第１の主面は前記ワークを把持する側の内側面であり、前記第２の主面は前記第１の主面とは反対の外側面であってもよい。
　前記第１の圧力センサは、前記第１の主面に配置されてもよい。
　あるいは、前記第１の圧力センサは、前記第２の主面に配置されてもよい。
　前記把持部材は、前記爪部と前記ベース部との間を連結する連結部と、前記ハンド部に支持され前記連結部を前記第１の軸および前記第２の軸に直交する第３の軸まわりに前記連結部を回動可能に支持する軸部と、を有してもよい。
　前記爪部は、前記第３の軸方向に沿って延び前記ワークを収容可能な溝部を有してもよい。
　これにより、線状あるいは棒状のワークを安定に把持することができる。
　前記ロボット装置は、前記センサ部の出力に基づいて、前記ハンド部を制御する制御指令を生成する制御ユニットをさらに具備してもよい。
　本技術の一形態に係るセンサ装置は、圧力センサと、変形層と、把持部材とを具備する。
　前記圧力センサは、第１の軸方向にワークを把持可能な複数の指部の少なくとも一方に配置され、前記第１の軸方向に垂直な面内の圧力分布を検出可能に構成される。
　前記変形層は、前記圧力センサの上に配置され、粘弾性材料で構成される。
　前記把持部材は、前記変形層に支持され、前記少なくとも一方の指部の先端から前記第１の軸に直交する第２の軸方向へ突出し、前記ワークを把持する爪部を有する。
本技術の第１の実施形態に係るロボット装置を示す要部の斜視図である。 上記ロボット装置におけるセンサ装置の構成を示すハンド部の正面図である。 上記センサ装置の詳細を示す拡大図である。 上記センサ装置におけるセンサ電極層の概略平面図である。 図４における要部の拡大図である。 上記ロボット装置の一作用を説明する正面図である。 比較例に係るロボット装置の一作用を説明する正面図である。 上記ロボット装置における制御ユニットの構成を示すブロック図である。 上記ロボット装置の制御系統の一例を示すブロック図である。 本技術の第２の実施形態に係るハンド部の構成を示す要部の正面図である。 本技術の第３の実施形態に係るハンド部の構成を示す要部の正面図である。 上記ハンド部における爪部の拡大図である。 上記爪部の側面図である。 上記ロボット装置における圧力センサで検出される把持力の時間変化の一例を示す模式図である。 上記ロボット装置における圧力センサで検出されるワークの引張力の時間変化の一例を示す模式図である。 上記ハンド部の他の構成例を示す図である。 上記ハンド部の他の構成例を示す図である。
　以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
　図１は、本技術の第１の実施形態に係るロボット装置１０を示す要部の斜視図である。本実施形態においてロボット装置１０は、ロボットハンドを構成する。以下、ロボット装置１０の構成について概略的に説明する。
［ロボット装置］
　図１に示すように、ロボット装置１０は、アーム部１、リスト部２及びハンド部３を有している。
アーム部１は、複数の関節部１ａを有しており、関節部１ａの駆動により、ハンド部３を任意の位置に移動可能とされる。リスト部２は、アーム部１に対して回転可能に接続されており、その回転よりハンド部３を回転させることが可能とされている。
　ハンド部３は、把持対象物（ワーク）を把持可能な複数本の指部を有する。本実施形態においてハンド部３は、互いに対向する２本の指部３ａ，３ｂを有しており、２本の指部３ａ，３ｂの駆動により２本の指部３ａ，３ｂの間にワークを把持することが可能とされている。なお、指部の数については３本あるいは４本以上等、適宜変更可能である。
　２本の指部３ａ，３ｂにおいて互いに対向する面には、それぞれ、センサ装置２０ａ，２０ｂが設けられている。センサ装置２０ａ，２０ｂは、圧力検出面を有し、圧力検出面に対して垂直方向に加えられた圧力成分およびその面内分布を検出可能に構成される。また、センサ装置２０ａ，２０ｂは、圧力分布だけでなく、圧力検出面に平行なせん断力およびその面内分布を検出可能な３軸センサとされてもよい。なお、センサ装置２０ａ，２０ｂの構成については、図２などを参照して後述する。
　ロボット装置１０は、コントローラ１１の制御により駆動される。コントローラ１１は、制御部、記憶部等を含む。制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、記憶部に記憶されたプログラムに基づき、ロボット装置１０における各部の駆動を制御する。コントローラ１１は、ロボット装置１０において専用の機器であってもよいし、汎用の装置であってもよい。コントローラ１１は、例えば、ロボット装置１０と有線または無線で接続されたＰＣ（Personal Computer）、ネットワーク上のサーバ装置等であってもよい。コントローラ１１は、ロボット装置１０の一部として構成されてもよい。
［センサ装置］
　続いて、センサ装置２０ａ，２０ｂの詳細について説明する。センサ装置２０ａ，２０ｂは互いに同一の構成を有する。センサ装置２０ａ，２０ｂは、上述のように圧力検出面における圧力分布を検出することが可能なセンサシートで構成される。
　図２は、センサ装置２０ａ，２０ａｂの構成を示すハンド部３の正面図である。図３は、一方のセンサ装置２０ａの詳細を示す拡大図である。各図において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は相互に直交する３軸であり、Ｘ軸およびＹ軸は水平方向、Ｚ軸は鉛直方向をそれぞれ示している。
　センサ装置２０ａ，２０ｂは、指部３ａ，３ｂの一側面部にそれぞれ配置される。図２に示すように、Ｙ軸（第１の軸）方向に対向する一対の指部３ａ，３ｂは、Ｙ軸方向に垂直な第１の主面３１および第２の主面３２を有する。このうち、第１の主面３１は、センサ装置２０ａ，２０ｂは指部３ａ，３ｂの相互に正対する（ワークを把持する側の）内側面であり、第２の主面３２は、第１の主面とは反対側の指部３ａ，３ｂの外側面である。本実施形態においてセンサ装置２０ａ，２０ｂは、指部３ａ，３ｂの第１の主面３１に配置される。なお後述するように、センサ装置２０ａ，２０ｂは、第２の主面３２に配置されてもよい。
　センサ装置２０ａ，２０ｂは、圧力センサ２１（第１の圧力センサ）と、変形層２２と、把持部材４０とを有する。圧力センサ２１および変形層２２は、ロボット装置１０のセンサ部２５（図３参照）に相当する。
（圧力センサ）
　圧力センサ２１は、Ｙ軸方向に垂直な面内（ＸＺ平面）の圧力分布を検出可能な圧力分布センサである。圧力センサ２１は、ＸＺ平面に平行なセンサシートである。圧力センサ２１は、全体として平面視で矩形の平板形状を有している。なお、圧力センサ２０の平面視での形状については特に限定されず、センサ装置２０ａ，２０ｂが配置される箇所の形状に応じて適宜設定されればよい。例えば、圧力センサ２１における平面視での形状は、四角形以外の多角形や、円形、楕円形などであってもよい。
　図３に示すように、圧力センサ２１は、センサ電極層２１１と、リファレンス電極層２１２と、弾性層２１３とを有する。これらの各層は図示しない接着層を介して接合される。
　センサ電極層２１１は、フレキシブルプリント基板等により構成されている。センサ電極層２１１は、図４に示すように、平面視で矩形の本体５１と、本体５１から外方に向けて延設された引き出し部５２とを有する。
　センサ電極層２１１の本体５１は、可撓性を有する基材５１１と、基材５１１の表面またはその内部に設けられた複数のセンシング部２１ｓとを有している。基材５１１の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリイミド、ポリカーボネード、アクリル樹脂等の高分子樹脂が用いられる。センシング部２１ｓは、縦横（縦：ｙ軸方向、横：ｘ軸方向）に所定の間隔でマトリクス状に規則的に配列されている。図４に示す例では、センシング部２１ｓの数は、９×９（縦×横）で合計８１個とされている。なお、センシング部２１ｓの数については、適宜変更可能である。
　センシング部２１ｓは、リファレンス電極層２１２との間の距離の変化を静電容量の変化として検出することが可能な容量素子（検出素子）で構成されている。センシング部２１ｓは、例えば図５に示すように、櫛歯状のパルス電極５１２と、櫛歯状のセンス電極５１３とを含む。櫛歯状のパルス電極５１２と櫛歯状のセンス電極５１３とは、櫛歯が互いに向かいように配置されており、各センシング部２１ｓは、一方の櫛歯の間に他方の櫛歯が入り込むように配置された領域（ノードエリア）で構成される。各パルス電極５１２は、Ｚ軸方向に延在する配線部５１２ａに接続され、各センス電極５１３は、Ｘ軸方向に延在する配線部５１３ａに接続される。配線部５１２ａは、基材５１１の表面にＸ軸方向に配列され、配線部５１３ａは、基材５１１の裏面にＺ軸方向に配列される。各センス電極５１３は、基材５１１に設けられたスルーホール５１４を介して配線部５１３ａに電気的に接続される。センサ電極層２１１は、グランド線を有してもよい。グランド線は、例えば、センサ電極層２１１の外周部、あるいは、配線部５１２ａ，５１３ａが並走する部分に設けられる。
　なお、センシング部２１ｓの構造については上記の例に限定されず、どのような構造が用いられてもよい。例えば、Ｘ軸方向に延在する格子状の第１電極パターンを有する第１電極シートと、Ｚ軸方向に延在する格子状の第２電極パターンを有する第２電極シートとの積層体で、センサ電極層２１１が構成されてもよい。この場合、第１電極パターンと第２電極パターンとの交差部にセンシング部２１ｓが形成される。
　センサ電極層２１１の引き出し部５２には、圧力センサ２１によって検出された圧力の情報に基づいて面内方向の力を算出する制御ユニット７０が搭載されている。制御ユニット７０は、典型的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むコンピュータであり、ＩＣチップ等の集積回路で構成される。制御ユニット７０は、センサ電極層２１１（引き出し部５２）に搭載され、圧力センサ２１を駆動するとともに、圧力センサ２１からの出力信号が入力されるように構成される。なお、制御ユニット７０は、センサ電極層２１１に搭載される例に限られない。
　リファレンス電極層２１２は、基準電位に接続される。本実施形態においてリファレンス電極層２１２は、いわゆる接地電極であり、グランド電位に接続される。リファレンス電極層２１２は可撓性を有し、その厚みは、例えば、０．０５μｍ～０．５μｍ程度とされる。リファレンス電極層２１２の材料としては、例えば、無機系導電材料や、有機系導電材料、無機系導電材量及び有機系導電材料の両方を含む導電材料等が用いられる。
　無機系導電材料としては、例えば、アルミニウム、銅、銀などの金属や、ステンレス鋼などの合金、酸化亜鉛、酸化インジウムなどの金属酸化物などが挙げられる。また、有機系導電材料としては、カーボンブラック、炭素繊維などの炭素材料や、置換又は無置換のポリアニリン、ポリピロール等の導電性ポリマーなどが挙げられる。リファレンス電極層２１２は、ステンレス鋼、アルミニウムなどの金属薄板や、導電繊維、導電不織布などにより構成されてもよい。リファレンス電極層２１２は、プラスチックフィルム上に、例えば、蒸着や、スパッタリング、接着、塗布等の方法によって形成されてもよい。
　弾性層２１３は、センサ電極層２１１とリファレンス電極層２１２との間に配置されている。弾性層２１３は、厚さが、例えば、１００μｍ～１０００μｍ程度とされる。弾性層２１３は、外力に応じて弾性変形可能な弾性材料で構成されている。圧力センサ２１に対して垂直方向（Ｙ軸方向）に外力が加えられたとき、外力に応じて、弾性層２１３が弾性変形しつつ、リファレンス電極層２１２がセンサ電極層２１１に近づく。このとき、センシング部２１ｓにおいて、パルス電極５１２とセンス電極５１３間の静電容量が変化するので、センシング部２１ｓは、この静電容量の変化を圧力値として検出することができる。
　弾性層２１３の厚さは、例えば、１００μｍよりも大きく、かつ、１０００μｍ以下とされており、弾性層２１３における目付量は、例えば、５０ｍｇ／ｃｍ２以下とされている。弾性層２１３の厚さ及び目付量がこの範囲内に設定されることで、垂直方向における圧力センサ２１の検出感度を向上させることがきる。
　弾性層２１３の厚さの下限値は、１００μｍよりも大きければ特に限定されないが、この下限値は、例えば、１５０μｍ以上、２００μｍ以上、２５０μｍ以上、３００μｍ以上等とされてもよい。また、弾性層２１３の厚さの上限値は、１０００μｍ以下であれば特に限定されないが、この上限値は、例えば、９５０μｍ以上、９００μｍ以下、８５０μｍ以下、８００以下等とされてもよい。
　弾性層２１３を構成する弾性材料としては、例えば、ウレタンの発泡体が挙げられる。これ以外にも、例えば、アクリルやシリコンなどのゴム材料、接着剤などの粘弾性材料が適用可能である。弾性層２１３は膜構造に限られず、所定形状のパターニング構造であってもよい。例えば、弾性層２１３は、Ｙ軸方向の変形を容易にするため、例えば、柱構造を含むパターニング構造により構成されていてもよい。このパターニング構造は、行列状、ストライプ状、メッシュ状、放射状、幾何学様状、螺旋状など、様々な構造を採用することができる。
（変形層）
　変形層２２は、接着層（不図示）を介して、圧力センサ２１および把持部材４０の間に配置される。変形層２２は、把持部材４０を介して圧力センサ２１に加わる荷重により変形する粘弾性材料で構成される。
　変形層２２を構成する粘弾性材料としては、例えば、シリコンゲル、ウレタンゲル、合成ゴム、発泡体などが挙げられる。変形層２２は、好ましくは、圧力センサ２１の弾性層２１３よりも硬質の材料で構成される。これにより、把持部材４０に加わる把持力を適正に圧力センサ２１へ入力することができる。変形層２２の厚みは特に限定されず、例えば、２００μｍ以上５０００μｍ以下とされる。変形層２２の平面形状は特に限定されず、典型的には矩形あるいは円形である。
（把持部材）
　把持部材４０は、変形層２２に支持され、指部３ａ，３ｂの先端３ａ１，３ｂ１からＺ軸（第２の軸）方向へ突出する爪部４１を有する。各把持部材４０の爪部４１どうしが正対する面は、ワークを把持する把持面４２を形成する。把持部材４０は、変形層２２よりも剛性が高い、例えばプラスチック材料、セラミックス材料、強化ガラスなどのガラス材料、比較的硬度が高いゴム材料、あるいは金属材料で構成される。把持部材４０は、例えば平面視が矩形でベース部４３と同幅の板部材であるが（図１６（Ａ）参照）、これに限られず、後述するように種々の形状に形成されてもよい。
　把持部材４０は、その爪部４１が指部３ａ，３ｂの先端３ａ１，３ｂ１よりもＺ軸方向（図２において下方）に突出するように変形層２２に取り付けられる。つまり、把持部材４０は、図６に示すようにワークＷを把持する爪先として機能する。
　把持部材４０は、変形層２２を挟んで圧力センサ２１とＹ軸方向に対向して配置されるベース部４３を有する。ベース部４３は、圧力センサ２１の全面を被覆する大きさに形成される。これにより、ベース部４２を圧力センサ２１および変形層２２を保護する保護層として機能させることで、圧力センサ２１および変形層２２の耐久性を高めることができる。なお必要に応じて、圧力センサ２１および変形層２２の周面を保護する保護層が別途設けられてもよい。
　把持部材４０の爪部４１は、ベース部４１からＺ軸方向に延出する領域であり、換言すると、Ｙ軸方向から見て、指部３ａ，３ｂの先端３ａ１，３ｂ１から突出する領域が把持部材４０の爪部４１を形成する。
　把持部材４０の爪部４１の長さ（つまり、指部３ａ，３ｂの先端３ａ１，３ｂ１からの突出量）は特に限定されない。例えば、爪部４１の長さが大きいほど、ワークＷの把持時に把持部材４０から圧力センサ２１へ加わる反力（モーメント）が大きくなるため、圧力センサ２１による把持力Ｐ１の検出感度を高めることができる。その一方で、爪部４１の変形量あるいは変形層２１の圧縮変形量の増加によりワークＷに対する安定した把持動作が損なわれるおそれがある。したがって、把持部材４０や変形層２１の硬度等の剛性、ワークＷの大きさや形状、重量等に応じて、爪部４１の突出量が調整される。
［ロボット装置の作用］
　以上のように本実施形態のロボット装置１０は、指部３ａ，３ｂの先端３ａ１，３ｂ１から突出する把持部材４０を備え、把持部材４０の爪部４１に作用する圧力を、変形層２２を介して圧力センサ２１で検出するように構成される。これにより、ハンド先端の把持面４２にセンサを配置することなく、ワークＷに対する把持力を検出することができる。
　例えば図７に示すハンド部４のように、把持部材４０に上述した爪部４１を有しない場合、薄物のワークＷを把持すると、その把持力は圧力センサ２１の先端側に作用する。しかし、圧力センサ２１の先端領域はノードが無いか少ないため、ワークＷがカード状あるいはコイン状のような薄手のものである場合、把持力を検出できないか検出精度が著しく低下するという問題がある。
　また、図７に示すハンド部４は、指部３ａ，３ｂの先端３ａ１，３ｂ１と作業台又はワークＷとの接触を検出できないため、先端３ａ１，３ｂ１に加わる過大な応力でロボットハンドが損傷するおそれがある。
　これに対して本実施形態のハンド部３においては、把持部材４０の指部３ａ，３ｂの先端３ａ１，３ｂ１から下方へ突出する爪部４１を有しているため、これら爪部４１の把持面４２に加わる把持力Ｐ１が圧力センサ２１の先端領域だけでなく、それに隣接する領域にわたって作用する。つまり、爪部４１に加わる反力で爪部４１が図６においてＸ軸まわりに傾くことで変形層２２に加わる圧縮力が、爪部４１が無い場合と比較して広範囲に作用する。これにより、圧力センサ２１の先端領域だけでなくその近傍の領域にまで把持力Ｐ１が作用することで、圧力センサ２１は先端領域近傍の圧力値およびその圧力分布に基づき把持力Ｐ１を検出することができる。このため、ワークＷがカード状あるいはコイン状のような薄手のものであっても、高精度に把持力を検出することが可能となる。
　さらに、本実施形態によれば、爪部４１に対してＺ軸方向に作用する応力も検出できる。例えば、ワークＷあるいはワークＷが載置される作業台の上に爪部４１が当接した場合でも、爪部４１のＺ軸方向の移動あるいはＸ軸まわりの傾きを圧力センサ２１で検出することができる。これにより、例えば爪部４１に作用する応力を監視しながら、ワークＷに対する指部３ａ，３ｂの把持位置（高さ）を適切に制御することができる。このように本実施形態のロボット装置１０によれば、指先にセンサを配置することなく、指先に加わる応力を検出することができる。
［制御ユニット］
　制御ユニット７０は、制御部、記憶部等を含む。制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、コントローラ１１からの制御指令に基づき、記憶部に記憶されたプログラムを実行することで、ハンド部３における各部の駆動を制御する。典型的には、制御ユニット７０は、センサ装置２０ａ，２０ｂにおいて検出された圧力の情報を取得し、適切な把持力で安定して対象物を把持するようにハンド部３の駆動を制御する。
　記憶部は、制御部の処理に必要な各種のプログラムやデータが記憶される不揮発性のメモリと、制御部の作業領域として用いられる揮発性のメモリとを含む。各種プログラムは、半導体メモリ等の可搬性の記録媒体から読み取られてもよいし、ネットワーク上のサーバ装置からダウンロードされてもよい。
　図８は、制御ユニット７０の構成を示すブロック図である。
　制御ユニット７０は、センサ装置２０ａ，２０ｂと電気的に接続されており、センサ装置２０ａ，２０ｂの出力に基づいて、各指部３ａ，３ｂに作用する圧力を算出するように構成される。制御ユニット７０はさらに、コントローラ１１と電気的に接続されており、コントローラ１１からの制御指令に基づき、ハンド部３の指部３ａ，３ｂを駆動する駆動ユニット１２ａへ把持指令を出力する。
　コントローラ１１および制御ユニット７０は、ハンド部３の動作を制御する制御装置として構成される。本実施形態では、指部３ａ，３ｂを駆動する駆動ユニット１２ａに対して供給される把持指令が制御ユニット７０で生成されるが、これに代えて、ロボット装置１０の全体の動作を制御するコントローラ１１が把持指令を生成するようにしてもよい。この場合、コントローラ１１が上記制御装置として構成される。
　図８に示すように、制御ユニット７０は、取得部７１と、演算部７２と、信号生成部７３と、記憶部７４とを有する。
　取得部７１は、各センサ装置部２０ａ，２０ｂから出力される圧力検出位置およびその圧力値、並びにコントローラ１１から出力される制御指令を受信する。各センサ装置２０ａ，２０ｂから出力される圧力検出位置およびその圧力値を含む圧力情報は、ハンド部３（指部３ａ，３ｂ）とワークまたはワークが載置される載置面との接触時に検出される応力、さらには、ハンド部３（指部３ａ，３ｂ）がワークを把持しているときにセンサ装置２０ａ，２０ｂに作用する応力に関する情報である。
　演算部７２は、センサ装置２０ａ，２０ｂによる面内方向での圧力検出位置及びそれらの圧力値を算出する。圧力検出面に垂直な荷重は、例えば、センサ装置２０ａ，２０ｂの各センシング部２８において取得される垂直荷重の総和により算出される。
　信号生成部７３は、コントローラ１１からの制御指令に基づいてハンド部３へワークを把持させるための把持指令を生成する。この把持指令には、ワークに対するハンド部３の把持力に関する情報を含む。信号生成部７３は、生成した把持指令を、ハンド部３の駆動ユニット１２ａへ出力する。
　駆動ユニット１２ａは、指部３ａ，３ｂを把持位置から非把持位置との間で移動させるアクチュエータであり、本実施形態では、微細送り制御が可能なパルスモータなどで構成される。
　記憶部７４は、典型的には、半導体メモリで構成される。記憶部７４は、圧力センサ２１による面内方向での圧力検出位置に基づいて、圧力やその面内分布を算出する処理手順を実行するためのプログラムや各種パラメータを記憶する。
［ロボット装置の制御］
　図９は、ロボット装置１０の制御系統の一例を示すブロック図である。ロボット装置１０は、コントローラ１１と、アーム部１、ハンド部３等を駆動する駆動部１２とを有する。駆動部１２は、指部３ａ，３ｂを駆動する駆動ユニット１２ａを含む。コントローラ１１は、各種センサからの入力信号に基づき、ロボット装置１０を動作させるための制御プログラムを実行することが可能に構成される。
　センサ装置２０ａ，２０ｂは、上記各種センサの１つを構成する。制御ユニット７０は、コントローラ１１からの制御指令に基づき、ハンド部３の指部３ａ，３ｂを駆動する駆動ユニット１２ａへワークを把持させるための把持指令を出力する。センサ装置２０ａ，２０ｂは、爪部４１に作用する圧力を検出し、制御ユニット７０において上記圧力の値を算出し、コントローラ１１へ入力する。コントローラ１１は、アーム部１およびハンド部３（指部３ａ，３ｂ）の位置や姿勢を制御するための駆動信号を生成し、駆動部１２へ出力する。駆動部１２は、典型的には、電動モータや流体圧シリンダなどのアクチュエータであり、コントローラ１１からの駆動信号に基づき、アーム部１やハンド部３等を駆動する。
　上述のように本実施形態では、ハンド部３の把持制御を、制御ユニット７０において実行するように構成される。これに限られず、コントローラ１１が直接、駆動ユニット１２ａへ把持指令を出力してハンド部３の把持制御を実行するようにしてもよい。この場合、制御ユニット７０は、センサ装置２０ａ，２０ｂに作用する圧力を演算し、コントローラ１１へ出力する機能のみを実行する。
＜第２の実施形態＞
　図１０は、本技術の第２の実施形態に係るハンド部１０３の構成を示す要部の正面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
　本実施形態のハンド部１０３は、把持部材１４０の構成が第１の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態において、把持部材１４０は、指部３ａ，３ｂの先端３ａ１，３ｂ１からＺ軸方向（図１０において下方）へ突出する爪部として変形層２２の端面に配置される。把持部材１４０は、第１の実施形態と同様に変形層２２よりも剛性の高いプラスチック材料、セラミックス材料あるいは金属材料で構成される。把持部材１４０の形状は特に限定されず、典型的には、変形層２２の端面を被覆するは直方体形状であり、ワークＷを把持する把持面１４２をその一側面部に有する。
　以上のように構成される本実施形態のハンド部１０３においては、把持部材１４０の把持面１４２に作用するワークＷの把持力Ｐ１が圧力センサ２１に加わる圧力分布の変化として検出される。さらに、図１０において上向きの荷重が把持部材１４０に作用したときも、変形層２２の上下方向への圧縮変形に伴う圧力分布の変化により、当該荷重を検出することができる。すなわち、本実施形態においても上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
＜第３の実施形態＞
　図１１は、本技術の第３の実施形態に係るハンド部２０３の構成を示す要部の正面図である。図１２は、ハンド部２０３における爪部２４１の拡大図、図１３は、爪部２４１の側面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
　本実施形態のハンド部２０３は、第１の実施形態と同様に、圧力センサ２１と、変形層２２と、把持部材２４０とを備える。本実施形態では、圧力センサ２１が、指部３ａ，３ｂの外側面である第２の主面３２に配置されている点で、上述の第１の実施形態と異なる。圧力センサ２１の上には変形層２２および把持部材２４０がその順で配置されている。
　ここで、指部３ａ，３ｂは、ハンド部２０３のベース部３０にそれぞれＹ軸方向に同期して互いに接近する方向と離間する方向（矢印Ａ１）に移動可能である。すなわち、指部３ａ，３ｂは、ワークを把持するときは互いに接近する方向に移動し、ワークを解放するときは互いに離間する方向に移動する。なおこれに限られず、指部３ａ，３ｂのうち、いずれか一方のみがＹ軸方向に移動可能に構成されてもよい。
　把持部材４０は、ワークを把持する把持面２４２を有する爪部２４１と、変形層２２に支持されるベース部２４３と、爪部２４１とベース部２４３との間を連結する連結部２４４と、連結部２４４をＸ軸まわりに回動可能に支持する軸部２４５とを有する。
　爪部２４１は、指部３ａ，３ｂの先端３ａ１，３ｂ１よりも下方に突出するようにＺ軸方向に沿って延びる。本実施形態は、線状のワークＷ１が把持対象である。このため、指部３ａ側の爪部２４１と指部３ｂ側の爪部２４１は互いにＸ軸方向にオフセットして配置され、図示する閉止時（ワークＷ１の把持時）において双方の一部がＸ軸方向にオーバーラップするように構成される（図１３参照）。ワークＷ１としては、例えば、配線、ワイヤー、ピン等が該当し、フレキシブル性の有無は問われない。
　爪部２４１の把持面２４２には、ワークＷ１を収容可能な溝部２４２ａがＸ軸方向に沿って延びるように形成されている。ワークＷ１は、両爪部２４１の溝部２４２ａの底部間に挟持されることで把持される。溝部２４２ａの断面形状は略三角形状であるが、これに限られず、円弧状などワークＷ１を安定に把持できる形状であればよい。
　ベース部２４３は、第１の実施形態と同様に、変形層２２を挟んで圧力センサ２１とＹ軸方向に対向するように配置される。ベース部２４３は、圧力センサ２１のほぼ全領域を被覆するような形状あるいは大きさに形成される。
　連結部２４４は、略Ｌ字形状に形成され、ベース部２４３から縦方向（Ｚ軸方向）に延びる第１アームＶ１と、第１アームＶ１の先端から爪部２４１に向かって横方向（Ｙ軸方向）に延びる第２アームＶ２とを有する。各爪部２４１が指部３ａ，３ｂの先端３ａ１，３ｂ１の直下に位置するため、第２アームＶ２は、第１アームＶ１の先端から内側（ハンド部２０３の中心側）に向かって延びている。
　軸部２４５は、指部３ａ，３ｂに支持され、連結部２４４をＸ軸方向に貫通する。軸部２４５は、指部３ａ，３ｂに設けられた支持部３３に支持される。支持部３３は、指部軸部２４５は、指部３ａ，４ｂの先端３ａ１，３ｂ１近傍から連結部２４４の第１アームＶ１に向かってＹ軸方向に延び、第１アームＶ１を軸支する軸部２４５を支持する。なお、軸部２４５は、把持部材２４０とは別部品として構成されてもよいし、把持部材２４０（連結部２４４）の一部として構成されてもよい。
　本実施形態のロボット装置におけるハンド部２０３は、例えば、空間内に所定の姿勢（例えば水平姿勢）に保持されたワークＷ１の所定位置を把持し、所定位置へ搬送するプロセスに用いられる。ワークＷ１を把持するに際しては、指部３ａ，３ｂを開放位置へ移動させ、各指部３ａ，３ｂの爪部２４１の間に所定の間隙を形成する。両爪部２４１の間にワークＷ１が位置する位置へハンド部２０３を移動させた後、指部３ａ，３ｂを把持位置へ移動させて、ワークＷ１を２つの爪部２４１で挟持する（図１２，１３参照）。なお、ハンド部２０３の移動制御は、図示しないカメラを用いた移動制御であってもよいし、あらかじめ設定された空間座標への移動制御であってもよい。
　ワークＷ１に対する把持力は、図１１において矢印Ａ２に示すように軸部２４５を中心とする把持部材２４０の回転力に変換される。この把持部材２４０の回転力は変形層２２を介して圧力センサ２１に伝達され、変形層２２の変形量、変形位置に対応する圧力値および面内分布が検出される。
　図１４は、圧力センサ２１で検出される把持力の時間変化の一例を示す模式図である。圧力センサ２１は、爪部２４１によるワークＷ１の把持開始から目標の把持力に達するまで指部３ａ，３ｂを互いに接近する方向（把持方向）へ徐々に移動させる。これにより、圧力センサ２１の圧力検出値が徐々に増加し、把持力が目標値に達したかどうかを監視することができる。なお把持力は、圧力感度の総和（各センシング部２１ｓにおける容量変化の総和）により算出可能である。
　ワークＷ１が可撓性を有する場合、ハンド部２０３の所定方向のへの移動によりワークＷ１に一定の張力を付与することができる。例えば、一端が固定されたワークＷ１を目標把持力で把持した状態で、ワークＷ１をその延在方向へ引っ張る方向へハンド部２０３を移動させると、その引張力に応じた圧力分布の変化として、当該引張力を圧力センサ２１で検出することができる。図１５は、その一例を示す模式図である。図１５に示すように、ワークＷ１の引張開始から目標値に達するまで圧力センサ２１での圧力検出値が直線的に変化する。なお引張力は、圧力分布の重心位置の移動量より算出可能である。
　以上のように本実施形態の把持部材２４０は、爪部２４１とベース部２４３との間が連結部２４４を介して連結されているため、連結部２４４の形状を調整することで、ベース部２４３間の間隔とは異なる間隔で爪部２４１間の間隔を任意に設定することができる。これにより、ベース部２４３間の間隔よりも小さい幅あるいは直径のワークＷ１の把持動作を容易に行うことができる。
　また本実施形態によれば、把持部材２４０が軸部２４５のまわりに回動可能に構成されているため、ワークＷ１に対する把持力を指部３ａ，３ｂの外側面（第２の主面３２）で検出することができる。これにより、圧力センサ２１および変形層２２を設置自由度が比較的高い指部３ａ，３ｂの外側面に配置できるため、ハンド部２０３の設計自由度を高めることができる。
　さらに本実施形態によれば、把持部材２４０が軸部２４５のまわりに回動可能に構成されているため、ベース部２４３と軸部２４５の間の距離と軸部２４５と爪部２４１（把持面２４２）との間の距離の比に応じた増幅率で圧力センサ２１に加わる把持力を増幅することができる。本実施形態では図１１に示すように、軸部２４５と把持面２４２との間の鉛直距離Ｌ１が、ベース部２４３の中心と軸部２４５との間の鉛直距離Ｌ２よりも大きく設定される。これにより、微細な把持力をより高精度に検出することが可能となり、微小あるいは軽量のワークに対する安定した把持動作を実現することができる。
　さらに本実施形態によれば、２つの爪部２４１がＸ軸方向にオフセットした位置に配置されているため、ワークＷ１の把持動作時における爪部２４１どうしの接触を回避でき、これにより把持力のみを安定に検出することができる。また、各爪部２４１が、ワークＷ１に対して把持方向（Ｙ軸方向）にせん断力が加わるような位置関係でワークＷ１を把持することも可能である。このような構成は、本実施形態のように線径が比較的小さい（極細の）ワークＷ１を把持する場合のほか、カード状のワークをその厚み方向に把持する場合などに特に効果的である。
＜変形例＞
　例えば以上の各実施形態では、指部３ａ，３ｂにそれぞれセンサ装置２０ａ，２０ｂが設けられたロボット装置を例に挙げて説明したが、これに限られず、少なくとも一方の指部にセンサ装置が設けられていればよい。
　また以上の第１の実施形態では、図１６（Ａ）に示すように、把持部材４０の爪部４１が板形状である場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば図１６（Ｂ）に示すように、爪部４１は、円柱状、角柱状などの単数の柱状体であってもよい。また、図１６（Ｃ）に示すように、爪部４１は、複数（図示の例では２本）の柱状体であってもよい。このように、爪部４１は、ワークの形態に応じて任意の形状に設定できる。
　また、以上の各実施形態では、把持部材４０のベース部４３が変形層２２の表面全域を被覆できる大きさに形成されたが、これに限られない。例えば図１７（Ａ）に示すように、ベース部４３が変形層２２の一部の領域のみを覆う大きさに形成されてもよい。上記一部の領域としては、例えば、目標把持力で把持したときの圧力センサ２１上の圧力検出領域などに応じて調整することができる。
　また、図１７（Ｂ）に示すように、把持部材４０のベース部４３の上に第２の圧力センサとしての圧力センサ２３がさらに配置されてもよい。圧力センサ２３は、把持部材４０の上に配置され、圧力センサ２１と同様に、把持方向（Ｙ軸方向）に垂直な面内の圧力分布を検出する圧力分布センサで構成される。圧力センサ２３は、変形層２２および把持部材４０のベース部４３を介して圧力センサ２１上へ対向して配置されてもよいし、把持部材４０の爪部４１の上に配置されてもよい。ワーク把持時において両圧力センサ２１，２３の圧力検出軸（圧力分布の重心位置）の変化を検出することで、変形層２２に作用する剪断応力を検出することができる。
　また、図１７（Ｃ）に示すように、変形層２２は圧力センサ２１の上面全域に形成される必要はなく、圧力センサ２１の上に島状に分散して配置されてもよい。この場合、変形層２２の弾性力を領域ごとに任意に調整することができるので、例えば、圧力センサ２１の指先側の先端領域の検出感度を他の領域よりも高めることができる。
　さらに以上の実施形態では、圧力センサ２１が把持方向に垂直な面内の圧力分布を検出可能に構成されたが、これに代えて、例えば図１７（Ｄ）に示すように、把持方向に平行な面内の圧力分布を検出可能に構成されてもよい。この場合、指部３ａ（３ｂ）には、第１の圧力センサ２１をＸＹ平面に平行に支持する台座部３４が設けられる。把持部材１４０としては、上述の第２の実施形態で説明した構成が採用可能である。このような構成によっても、ハンド部の先端に作用する多軸応力を高精度に検出することができる。
　さらに以上の実施形態では、把持部材の爪部が指部の先端より下方へ突出する場合を例に挙げて説明したが、爪部の突出方向はこれに限られず、例えば正面方向（図１においてＸ軸方向）であってもよい。この場合、例えば、作業台上に載置されたワークの任意の高さ位置で把持することが可能なロボットハンドを構成することができる。
　なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）　第１の軸方向に対向して配置された複数の指部を有するハンド部と、
　前記複数の指部の少なくとも一方に配置され圧力分布を検出可能な第１の圧力センサと、前記第１の圧力センサの上に配置され粘弾性材料で構成された変形層と、を有するセンサ部と、
　前記変形層に支持され、前記少なくとも一方の指部の先端から前記第１の軸と交差する第２の軸方向へ突出しワークを把持可能な爪部を有する把持部材と
　を具備するロボット装置。
（２）上記（１）に記載のロボット装置であって、
　前記第１の圧力センサは、前記第１の軸方向に垂直な面内の圧力分布を検出する
　ロボット装置。
（３）上記（２）に記載のロボット装置であって、
　前記把持部材は、前記変形層を挟んで前記第１の圧力センサと前記第１の軸方向に対向して配置されるベース部をさらに有する
　ロボット装置。
（４）上記（３）に記載のロボット装置であって、
　前記センサ部は、前記把持部材の上に配置され前記第１の軸方向に垂直な面内の圧力分布を検出可能な第２の圧力センサをさらに有する
　ロボット装置。
（５）上記（１）～（４）のいずれか１つに記載のロボット装置であって、
　前記爪部は、前記第１の軸方向に垂直な把持面を有する板部材である
　ロボット装置。
（６）上記（１）～（４）のいずれか１つに記載のロボット装置であって、
　前記爪部は、前記第１の軸方向に垂直に延びる単数又は複数の柱状体である
　ロボット装置。
（７）上記（２）～（４）のいずれか１つに記載のロボット装置であって、
　前記指部は、前記第１の軸方向にそれぞれ垂直な第１の主面および第２の主面を有し、
　前記第１の主面は前記ワークを把持する側の内側面であり、前記第２の主面は前記第１の主面とは反対の外側面である
　ロボット装置。
（８）上記（７）に記載のロボット装置であって、
　前記第１の圧力センサは、前記第１の主面に配置される
　ロボット装置。
（９）上記（７）に記載のロボット装置であって、
　前記第１の圧力センサは、前記第２の主面に配置される
　ロボット装置。
（１０）上記（９）に記載のロボット装置であって、
　前記把持部材は、前記爪部と前記ベース部との間を連結する連結部と、前記ハンド部に支持され前記連結部を前記第１の軸および前記第２の軸に直交する第３の軸まわりに前記連結部を回動可能に支持する軸部と、を有する
　ロボット装置。
（１１）上記（１０）に記載のロボット装置であって、
　前記爪部は、前記第３の軸方向に沿って延び前記ワークを収容可能な溝部を有する
　ロボット装置。
（１２）上記（１）～（１１）のいずれか１つに記載のロボット装置であって、
　前記センサ部の出力に基づいて、前記ハンド部を制御する制御指令を生成する制御ユニットをさらに具備する
　ロボット装置。
（１３）　第１の軸方向にワークを把持可能な複数の指部の少なくとも一方に配置され、圧力分布を検出可能な圧力センサと、
　前記圧力センサの上に配置され、粘弾性材料で構成された変形層と、
　前記変形層に支持され、前記少なくとも一方の指部の先端から前記第１の軸に直交する第２の軸方向へ突出し前記ワークを把持する爪部を有する把持部材と
　を具備するセンサ装置。
　３ａ，３ｂ…指部
　１０…ロボット装置
　１１…コントローラ
　１２…駆動部
　１２ａ…駆動ユニット
　２０ａ，２０ｂ…センサ装置
　２１…圧力センサ（第１の圧力センサ）
　２１ｓ…センシング部
　２２…変形層
　２３…圧力センサ（第２の圧力センサ）
　４０，１４０，２４０…把持部材
　４１，２４１…爪部
　４２，１４２，２４２…把持面
　４３，２４３…ベース部
　７０…制御ユニット
　２１１…センサ電極層
　２１２…リファレンス電極層
　２１３…弾性層
　２４４…連結部
　２４５…軸部
　Ｗ，Ｗ１…ワーク

Claims (13)

  1. 　第１の軸方向に対向して配置された複数の指部を有するハンド部と、
    　前記複数の指部の少なくとも一方に配置され圧力分布を検出可能な第１の圧力センサと、前記第１の圧力センサの上に配置され粘弾性材料で構成された変形層と、を有するセンサ部と、
    　前記変形層に支持され、前記少なくとも一方の指部の先端から前記第１の軸と交差する第２の軸方向へ突出しワークを把持可能な爪部を有する把持部材と
    　を具備するロボット装置。
  2. 　請求項１に記載のロボット装置であって、
    　前記第１の圧力センサは、前記第１の軸方向に垂直な面内の圧力分布を検出する
    　ロボット装置。
  3. 　請求項２に記載のロボット装置であって、
    　前記把持部材は、前記変形層を挟んで前記第１の圧力センサと前記第１の軸方向に対向して配置されるベース部をさらに有する
    　ロボット装置。
  4. 　請求項３に記載のロボット装置であって、
    　前記センサ部は、前記把持部材の上に配置され前記第１の軸方向に垂直な面内の圧力分布を検出可能な第２の圧力センサをさらに有する
    　ロボット装置。
  5. 　請求項１に記載のロボット装置であって、
    　前記爪部は、前記第１の軸方向に垂直な把持面を有する板部材である
    　ロボット装置。
  6. 　請求項１に記載のロボット装置であって、
    　前記爪部は、前記第１の軸方向に垂直に延びる単数又は複数の柱状体である
    　ロボット装置。
  7. 　請求項２に記載のロボット装置であって、
    　前記指部は、前記第１の軸方向にそれぞれ垂直な第１の主面および第２の主面を有し、
    　前記第１の主面は前記ワークを把持する側の内側面であり、前記第２の主面は前記第１の主面とは反対の外側面である
    　ロボット装置。
  8. 　請求項７に記載のロボット装置であって、
    　前記第１の圧力センサは、前記第１の主面に配置される
    　ロボット装置。
  9. 　請求項７に記載のロボット装置であって、
    　前記第１の圧力センサは、前記第２の主面に配置される
    　ロボット装置。
  10. 　請求項９に記載のロボット装置であって、
    　前記把持部材は、前記爪部と前記ベース部との間を連結する連結部と、前記ハンド部に支持され前記連結部を前記第１の軸および前記第２の軸に直交する第３の軸まわりに前記連結部を回動可能に支持する軸部と、を有する
    　ロボット装置。
  11. 　請求項１０に記載のロボット装置であって、
    　前記爪部は、前記第３の軸方向に沿って延び前記ワークを収容可能な溝部を有する
    　ロボット装置。
  12. 　請求項１に記載のロボット装置であって、
    　前記センサ部の出力に基づいて、前記ハンド部を制御する制御指令を生成する制御ユニットをさらに具備する
    　ロボット装置。
  13. 　第１の軸方向にワークを把持可能な複数の指部の少なくとも一方に配置され、圧力分布を検出可能な圧力センサと、
    　前記圧力センサの上に配置され、粘弾性材料で構成された変形層と、
    　前記変形層に支持され、前記少なくとも一方の指部の先端から前記第１の軸に直交する第２の軸方向へ突出し前記ワークを把持する爪部を有する把持部材と
    　を具備するセンサ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58160089A (ja) * 1982-03-12 1983-09-22 日産自動車株式会社 メカニカルハンドの把持力制御装置
JP2003053690A (ja) * 2001-08-13 2003-02-26 Ricoh Co Ltd ハンドフィンガー
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