CN112074384A - 传感器模块以及机器人*** - Google Patents

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野口英之
川田尚宏
伊藤健一
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Abstract

本发明的传感器模块包括柔性的主体部和固定于主体部的外侧表面的传感器。主体部能够安装于具有多个手指的机械手,并且能够从该机械手拆卸。传感器是接近传感器或触觉传感器。固定有传感器的主体部上的位置是在传感器模块安装于机械手的状态下与机械手的手指的指尖对应的位置。主体部具有手套形状或指套形状或者片状。

Description

传感器模块以及机器人***
技术领域
本发明涉及能够安装于具有多个手指的机械手的传感器模块、以及具有安装有该传感器模块的机械手的机器人***。
背景技术
具有多个手指的机械手通过进行手指的弯曲和伸展的关节机构,能够进行与人手的动作相似的动作,也能够进行用指尖抓住物体的动作。
图1示出专利文献1中记载的机械手。作为机械手的骨架的骨架部(未图示)被罩11覆盖。罩11包括指罩部12和基体罩部13。指罩部12覆盖骨架部中的手指,基体罩部13覆盖骨架部中的基体部件。
图2(a)是表示机械手的指尖的截面结构的示意图。压力传感器14在骨架部的手指15的动作过程中检测对象物(未图示)作用于手指15的指尖部16的压力。压力传感器14设置于指尖部16的腹部16a侧的表面。
图2(b)示出在手指15动作时罩11与对象物接触而变形且罩11的内表面与压力传感器14接触的状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2016-203264号公报
发明内容
发明要解决的课题
通过在机械手的指尖设置触觉传感器(例如压力传感器),从而能够检测把持或操作的对象物的接触,并且,能够以适当的把持力把持对象物。
在以往的机械手中,触觉传感器作为机械手的结构部件而装配于机械手。因此,例如在进行触觉传感器的更换或修理的情况下,需要机械手的分解作业。换言之,不论是将触觉传感器安装于机械手还是将触觉传感器从机械手拆卸,都不容易。
本发明的目的在于提供一种能够容易地将传感器安装于机械手也容易从机械手拆卸传感器的传感器模块、以及具备该传感器模块的机器人***。
用于解决课题的方案
本发明的传感器模块包括柔性的主体部和固定于主体部的外侧表面的传感器。主体部能够安装于具有多个手指的机械手,并且能够从该机械手拆卸。传感器是接近传感器或触觉传感器。固定有传感器的主体部上的位置是在传感器模块安装于机械手的状态下与机械手的手指的指尖对应的位置。
发明效果
根据本发明,传感器固定于容易安装于机械手也容易从机械手拆卸的柔性的主体部。因此,不论是将传感器安装于机械手还是将传感器从机械手拆卸,都比较容易。
附图说明
图1是机械手的现有例的立体图。
图2是机械手的指尖的剖视图,(a)是图1所示的机械手的指尖的剖视图,(b)是罩变形的状态下的机械手的指尖的剖视图。
图3是表示机械手的一例的图。
图4是表示实施方式1的传感器模块的图。
图5是表示实施方式2的传感器模块的图。
图6是表示实施方式3的传感器模块的图。
图7是表示实施方式4的传感器模块的图。
图8是表示实施方式5的传感器模块的图,(a)是俯视图,(b)是剖视图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行说明。
<实施方式1>
图3示出安装本发明的实施方式的传感器模块的机械手的一例。机械手20具有五根手指,具有极其接近人手的形态。
图4示出能够安装于机械手20的传感器模块30的结构。传感器模块30包括:具有五根手指的手套形状的柔性的主体部31、五个传感器32、以及传感器配线33。传感器32和传感器配线33固定于主体部31的外侧表面。
主体部31的材质是与机械手20紧贴的材质,例如是有机硅橡胶(siliconerubber)。主体部31简单而言是手套,因此,能够容易地将传感器模块30安装于机械手20,另外,能够容易地将传感器模块30从机械手20拆卸。
主体部31的各手指在其指尖具备一个传感器32。即,固定有传感器32的主体部31上的位置是在传感器模块30安装于机械手20的状态下与机械手20的手指的指尖对应的位置。
传感器32例如是接近传感器(proximity sensor)。在本说明书中,“接近感觉”被定义为“是人类所没有的感觉,可以感觉到触觉扩大至人的皮肤的数cm上方为止的感觉”。接近传感器是检测机械手向对象物从几mm至十几cm接近的状态下的、间隔距离、相对角度、物体的表面特性等的传感器。该例的接近传感器是包括红外线发光二极管和光电晶体管、并根据来自对象物的反射光量来测定间隔距离的光反射式接近传感器。
传感器配线33包括从五个传感器32延伸至主体部31的手腕部分的五个导电线组33b。一个导电线组33b与一个传感器32连接。一个导电线组33b包括:用于发光二极管的电源的导电线、用于光电晶体管的检测信号的导电线、以及用于发光二极管和光电晶体管的GND的导电线。各导电线在其手腕侧的端部具备一个端子33a。
传感器配线33通过在平坦的主体部31进行印刷(例如丝网印刷)而形成。通过利用印刷来形成传感器配线33,从而可以降低传感器配线33的制造成本。
传感器32通过以软钎焊方式焊接于在导电线的指尖侧的端部形成的焊盘(在图4中隐藏而看不到)而固定在主体部31上。
在具有上述结构的传感器模块30安装于机械手20的状态下,对机械手20的驱动进行控制的控制装置的配线(未图示)与传感器模块30的传感器配线33的端子33a连接。由此,机械手20基于传感器32的检测信号而被控制。
在该例子中,传感器32是对到对象物为止的距离进行检测的接近传感器,因此能够可靠地检测对象物的接近,所以,可以避免与对象物的碰撞,还可以实现柔软的接触。关于这一点,在与对象物接触后,无法使用接近传感器的检测信号进行例如把持对象物的力的控制。但是,在对象物为已知的物体的情况下,通过在机械手的控制装置中预先设定规定的把持力,即便在接触后,也能够以规定的把持力把持对象物。
上述传感器模块30是安装有把持或操作对象物的机械手20的控制所需的传感器32的手套式装置。因此,仅通过将传感器模块30安装于机械手20,就能够容易地将传感器32安装于机械手20。另外,仅通过从机械手20拆卸传感器模块30,就能够容易地从机械手20拆卸传感器32。在进行传感器32的更换或修理的情况下,仅通过从机械手20拆卸传感器模块30,就能够从机械手20拆卸传感器32,因此,不需要机械手20自身的分解作业等。此外,传感器32的种类的变更可以通过传感器模块30的更换这样的简单作业来实现。
对在医疗领域、处理食品的领域中使用的机器人(或机器人***)而言,机械手20的卫生管理很重要。关于这一点,由于传感器模块30具有覆盖于机械手20的手套状的结构,因此,通过将传感器模块30作为一次性产品使用,从而可以简单地进行机械手20的卫生管理。
在实施方式1中,也可以按每个导电线组33b,在从传感器32到三个端子33a的中途设置具有A/D转换功能的MCU(micro-controller unit:微型控制器单元)34。优选为,MCU34位于尽可能接近传感器32的位置。通过将传感器32的检测信号数字化,从而能够提高检测信号的信号品质(耐噪声性)。
以下,对实施方式2~5进行说明,但通过对与实施方式1对应的结构要素标注相同的附图标记,从而省略其详细说明。
<实施方式2>
图5示出实施方式2的传感器模块40的结构。传感器模块40具有在实施方式1的传感器模块30中的主体部31的手掌部的外侧表面追加了一个接近传感器35的结构。固定有接近传感器35的主体部31上的位置是在传感器模块40安装于机械手20的状态下与机械手20的手掌部对应的位置。
在该例子中,接近传感器35是光反射式的接近传感器。在将接近传感器35固定于与机械手20的手掌部对应的传感器模块40上的位置的情况下,可以通过接近传感器35的检测信号来控制机械手20整体相对于对象物的运动。
<实施方式3>
图6示出实施方式3的传感器模块50的结构。在传感器模块50中,在主体部31的手腕部分的外侧表面固定有无线通信装置36。传感器配线33与无线通信装置36连接。
控制机械手的控制装置在实施方式1、2中与传感器模块30、40有线连接,但也可以如实施方式3那样经由无线通信装置36与传感器模块50无线连接。
<实施方式4>
图7示出实施方式4的传感器模块60的结构。传感器模块60的主体部31a具有指套形状。
传感器模块60根据机械手20的手指的根数以及手指的形状而准备。传感器模块60覆盖于机械手20的各手指。当然,容易将传感器模块60从机械手20的手指上拆卸。固定有传感器32的主体部31a上的位置是在传感器模块60安装于机械手20的手指的状态下与机械手20的手指的指尖对应的位置。
这样,也可以根据机械手20的形态、功能,使用具有指套形状的传感器模块60。
<实施方式5>
图8示出实施方式5的传感器模块70的结构。传感器模块70包括片状的主体部31b。主体部31b具有与机械手20的一根手指对应的细长的矩形形状。在与固定有传感器32的外侧表面相反的一侧的主体部31b的面上涂敷有粘合材料37。
传感器模块70通过粘合材料37粘贴于机械手20的各手指。当然,容易将传感器模块70从机械手20的手指上拆卸。固定有传感器32的主体部31b上的位置是在传感器模块70粘贴于机械手20的手指的状态下与机械手20的手指的指尖对应的位置。这样,也可以根据机械手20的形态、功能,使用片状的传感器模块70。
作为传感器模块70的变形例,可以采用片状主体部31b具有手形状的形状的结构。并且,在该变形例中,也可以在与机械手20的手掌部对应的传感器模块70上的位置与实施例2同样地固定接近传感器35。
根据实施方式可知,通过在传感器模块中在与机械手的手指的指尖对应的位置配置接近传感器,从而,可以准确且简单地掌握对象物的位置。通过使用接近传感器,与例如使用对象物的识别需要图像处理的视觉传感器的情况相比,可以大幅降低信号处理的负荷。
在传感器模块中,也可以在一根手指上固定多个接近传感器。通过在一根手指上固定多个接近传感器,从而能够检测对象物相对于手指的相对运动。
不限于光反射式接近传感器,也可以使用超声波式接近传感器。也可以根据对象物的材质使用磁式接近传感器。
传感器32不限于接近传感器,也可以是触觉传感器。触觉传感器是检测通过与对象物的接触而作用于指尖的压力的压力传感器等。也可以对应于机械手的功能,使用压力传感器作为传感器32。也可以将由接近传感器和压力传感器构成的单元用作传感器32。已知有能够通过印刷而形成的压力传感器,这样的压力传感器适用于本发明的传感器模块。
主体部31、31a、31b的材质不限于有机硅橡胶,例如也可以是聚氨酯橡胶、布。
根据需要,也可以使用绝缘性材料来覆盖传感器配线33。
在实施方式2~5的各传感器模块中,也可以与实施方式1同样地固定将传感器的检测信号数字化的MCU34。在MCU34具有无线通信功能并且将MCU34设置在尽可能靠近传感器32的位置的情况下,不需要传感器配线33。

Claims (10)

1.一种传感器模块,其中,
所述传感器模块包括:柔性的主体部和固定于所述主体部的外侧表面的传感器,
所述主体部能够安装于具有多个手指的机械手,并且能够从该机械手拆卸,
所述传感器是接近传感器或触觉传感器,
固定有所述传感器的所述主体部上的位置是在所述传感器模块安装于所述机械手的状态下与所述机械手的手指的指尖对应的位置。
2.如权利要求1所述的传感器模块,其中,
所述主体部具有手套形状。
3.如权利要求1所述的传感器模块,其中,
所述主体部具有指套形状。
4.如权利要求1所述的传感器模块,其中,
所述主体部具有片状。
5.如权利要求2或4所述的传感器模块,其中,
在所述传感器模块安装于所述机械手的状态下,在与所述机械手的手掌对应的所述外侧表面上的位置固定有接近传感器。
6.如权利要求1~5中任一项所述的传感器模块,其中,
在所述传感器是所述接近传感器的情况下,所述传感器为光反射式接近传感器。
7.如权利要求1~6中任一项所述的传感器模块,其中,
在所述外侧表面形成有传感器配线。
8.如权利要求1~6中任一项所述的传感器模块,其中,
在所述外侧表面设置有无线通信装置。
9.一种机器人***,其中,
所述机器人***包括:机械手和权利要求7所述的传感器模块,
所述传感器模块安装于所述机械手,
所述机械手的控制装置通过配线与所述传感器配线连接。
10.一种机器人***,其中,
所述机器人***包括:机械手和权利要求8所述的传感器模块,
所述传感器模块安装于所述机械手,
所述机械手的控制装置以无线方式与所述无线通信装置连接。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20201211

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