-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen komplexen Sensor, der mit einer Mehrzahl von Sensoren versehen ist, die einen Berührungssensor beinhalten, und befasst sich im Spezielleren mit einem komplexen Sensor, der für die Anbringung an einer Fingerspitzenfläche einer Roboterhand geeignet ist, um Objektgreifvorgänge und dergleichen auszuführen. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine mit dem komplexen Sensor versehene Roboterhand.
-
Stand der Technik
-
Sichtfunktionen zum Ermitteln der Position eines zu greifenden Objekts sowie Berührungsfunktionen für die Feststellung, dass das zu greifende Objekt gegriffen worden ist, sind bei einer Roboterhand zum Greifen von Objekten notwendig. Der Sehsinn und der Tastsinn sind komplementäre Sinne. Der Sehsinn schätzt die globale Situation, und der Tastsinn stellt die lokale Situation fest. Komplexe Sensoren, die dazu dienen, einer Roboterhand Sicht- und Berührungsfunktionen zu verleihen, sind in den im Folgenden genannten Patentdokumenten offenbart.
-
In dem Patentdokument 1 (
JP-A 60-62496 ) ist ein Berührungssensor offenbart, bei dem die Erfassung von Berührung, Druck und Nähe kombiniert ist. Der dort offenbarte Berührungssensor besitzt ein optisch transparentes, flexibles, plattenförmiges Teil; ein lichtempfangendes Teil, das nur für Licht von einer vorderen Oberfläche empfindlich ist, das an einer Oberfläche des flexiblen plattenförmigen Teils bereitgestellt wird; sowie ein lichtemittierendes Teil zum Bestrahlen des flexiblen plattenförmigen Teils von einer hinteren Fläche des lichtempfangenden Teils, wobei reflektiertes Licht, das von dem lichtemittierenden Teil emittiert wird und von einem Messobjekt reflektiert wird, von dem lichtempfangenden Teil empfangen wird; und wobei die Annäherung des Messobjekts zu dem plattenförmigen Teil, der Kontakt des Messobjekts mit dem plattenförmigen Teil sowie der Druck zum Zeitpunkt der Berührung anhand der Stärke des von dem lichtempfangenden Teil empfangenen Lichts detektiert werden können.
-
In dem Patentdokument 2 (
JP-A 63-238502 ) ist ein Näherungs- und Berührungssensor offenbart, der an einer Fläche einer Handhabe eines Roboters angebracht ist, wobei die Annäherung der Handhabe auf eine Distanz von innerhalb z. B. 20 cm eines Hindernisses oder eines anderen Objekts sowie der Kontakt der Handhabe mit dem Objekt detektiert werden können. Bei dem dort offenbarten Näherungs- und Berührungssensor sind Elektroden an beiden Oberflächen eines druckempfindlichen leitfähigen Gummimaterials in Flächenkörperform angebracht; die Kapazität des druckempfindlichen leitfähigen Gummimaterials gegenüber Masse wird gemessen, so dass die Annäherung des Objekts detektiert wird; und es wird der elektrische Widerstand des druckempfindlichen leitfähigen Gummimaterials gemessen, wodurch der Kontakt mit dem Objekt detektiert wird.
-
Andererseits sind von einem der Erfinder der vorliegenden Anmeldung Berührungssensoren vorgeschlagen worden, die in der Lage sind, die Größe einer auf eine Detektionsfläche wirkenden Last sowie die zentrale Position (Position des Schwerpunkts) der auf die Detektionsfläche wirkenden Last zu detektieren. Im Spezielleren wird in dem Patentdokument 3 (
JP-B 60-35602 ) ein Verfahren zum Detektieren von Flächendruckdaten vorgeschlagen, um die Größe einer auf eine Detektionsfläche wirkenden Last sowie die zweidimensionale Position des Schwerpunkts der Last zu detektieren. In dem Patentdokument 4 (
JP-B 06-58239 ) wird ein Verschiebungssensor vorgeschlagen, der in der Lage ist, einen flächenkörperförmigen Berührungssensor zum Detektieren einer Verschiebung zu nutzen. In dem Patentdokument 5 (
WO 2007/069412 ) ist ein Sensor zum Detektieren der zentralen Position einer zweidimensional verteilten Last vorgeschlagen, wobei der Sensor aus einem flexiblen Flächenkörper gebildet ist.
[Patentdokument 1]
JP-A 60-62496 [Patentdokument 2]
JP-A 63-238502 [Patentdokument 3] JP-B 60-35602
[Patentdokument 4] JP-B 06-58239
[Patentdokument 5] WO 2007/069412
-
Offenbarung der Erfindung
-
Von der Erfindung zu lösende Probleme
-
Bei der Wirkung als komplexe Sensoren zum Bereitstellen von Sicht- und Berührungsfunktionen für eine Roboterhand oder dergleichen muss bei Verwendung des in dem Patentdokument 1 offenbarten Sensors ein optisch transparentes flexibles Element verwendet werden, und bei Verwendung des in dem Patentdokument 2 offenbarten Sensors muss die Kapazität eines druckempfindlichen leitfähigen Gummimaterials gemessen werden.
-
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen komplexen Sensor vorzuschlagen, der die Nähe und die Berührung eines Objekts unter Verwendung einer Konfiguration detektieren kann, die einfacher ist als bei herkömmlichen komplexen Sensoren.
-
Ferner besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung auch darin, einen komplexen Sensor vorzuschlagen, der Eigenschaften eines Objekts und den Kontakt mit dem Objekt unter Verwendung einer Konfiguration detektieren kann, die einfacher ist als bei herkömmlichen komplexen Sensoren.
-
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen komplexen Sensor vorzuschlagen, der die Nähe und die Berührungsposition eines Objekts mit einer einfachen Konstruktion unter Verwendung des flächenkörperförmigen Berührungssensors zu detektieren, der von einem der Erfinder der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen worden ist, und der ferner die Größe einer auf eine Detektionsfläche wirkenden Last sowie die Position des Schwerpunkts der auf die Detektionsfläche wirkenden Last detektieren kann.
-
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine mit einem neuartigen komplexen Sensor versehene Roboterhand vorzuschlagen.
-
Mittel zum Lösen der vorstehend geschilderten Probleme
-
Zum Lösen der vorstehen genannten Probleme besitzt ein komplexer Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung eine Sensorbefestigungskomponente, die mit einer Detektionsfläche versehen ist; einen Berührungssensor, der an der Sensorbefestigungskomponente angebracht ist und mit einem druckempfindlichen Flächenkörper versehen ist, um einen Kontakt eines Objekts mit der Detektionsfläche der Sensorbefestigungskomponente zu detektieren; sowie einen Hilfssensor, der an der Sensorbefestigungskomponente angebracht ist, wobei der komplexe Sensor dadurch gekennzeichnet ist, dass die Detektionsfläche durch eine Fläche des druckempfindlichen Flächenkörpers des Berührungssensors, ein Flächenkörper-Aussparungsteil, das durch Aussparen eines Teils des druckempfindlichen Flächenkörpers in einer Dickenrichtung gebildet ist, sowie eine Abtastfläche des Hilfssensors abgegrenzt ist, wobei die Abtastfläche über das Flächenkörper-Aussparungsteil freiliegt.
-
Bei dem komplexen Sensor der vorliegenden Erfindung ist die Detektionsfläche durch eine Fläche des druckempfindlichen Flächenkörpers des Berührungssensors und eine Abtastfläche des Hilfssensors begrenzt, wobei die Abtastfläche über das in dem druckempfindlichen Flächenkörper ausgebildete Flächenkörper-Aussparungsteil freiliegt. Der Hilfssensor kann dafür verwendet werden, z. B. die Annäherung eines Objekts an die Detektionsfläche oder Eigenschaften des sich nähernden Objekts zu detektieren. Der Berührungssensor kann zum Detektieren einer Berührung des Objekts mit der Detektionsfläche verwendet werden.
-
Der bei dem komplexen Sensor der vorliegenden Erfindung verwendete druckempfindliche Flächenkörper besitzt eine an der vorderen Oberfläche befindliche Schicht, die ein flexibles, elektrisch leitfähiges Material aufweist; eine an der hinteren Oberfläche befindliche Schicht, die ein flexibles, elektrisch leitfähiges Material aufweist; eine zwischengeordnete Schicht, die zwischen der an der vorderen Oberfläche befindlichen Schicht und der an der hinteren Oberfläche befindlichen Schicht in einem elektrisch leitfähigen Zustand sandwichartig angeordnet ist und ein flexibles, druckempfindliches, elektrisch leitendes Material aufweist, dessen Leitungskenngrößen sich in Abhängigkeit von der Größe einer in der Dickenrichtung aufgebrachten Last ändern; einen ersten Elektrodenanschluss und einen zweiten Elektrodenanschluss, die in Richtung der Ebene an zwei Enden der an der vorderen Oberfläche befindlichen Schicht gebildet sind; sowie einen dritten Elektrodenanschluss und einen vierten Elektrodenanschluss, die in Richtung der Ebene an zwei Enden der an der hinteren Oberfläche vorhandenen Schicht gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der auf die Detektionsfläche aufgebrachten Last und/oder eine Position eines Schwerpunkts der Last auf der Basis einer Anschlussspannung detektiert werden können, die man von den vier Elektrodenanschlüssen in einem Zustand erhält, in dem eine vorbestimmte Differenz im elektrischen Potential zwischen der an der vorderen Oberfläche befindlichen Schicht und der an der hinteren Oberfläche befindlichen Schicht beibehalten wird, die die zwischengeordnete Schicht sandwichartig einschließen.
-
Es hat sich bestätigt, dass die Verminderung bei der Detektionsgenauigkeit des Berührungssensors auf Grund des in dem druckempfindlichen Flächenkörper ausgebildeten Flächenkörper-Aussparungsteils nur geringfügig ist. Eine einfache Konstruktion, bei der eine Durchgangsöffnung oder ein anderes Flächenkörper-Aussparungsteil in dem druckempfindlichen Flächenkörper gebildet ist, kann somit verwendet werden, so dass ein komplexer Sensor hergestellt werden kann und die Größe sowie der Schwerpunkt der auf die Detektionsfläche wirkenden Last eines Objekts unter Verwendung des Berührungssensors exakt detektiert werden können.
-
Bei dem komplexen Sensor der vorliegenden Erfindung ist der Hilfssensor dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei diesem um einen Näherungssensor zum Detektieren der Nähe des Objekts zu der Detektionsfläche der Sensorbefestigungskomponente handelt. Bei dem verwendeten Näherungssensor kann es sich um einen optischen Sensor, einen Ultraschallsensor oder dergleichen handeln.
-
Bei dem Hilfssensor kann es sich stattdessen auch um einen Sensor zum Detektieren von optischen Eigenschaften, Temperatureigenschaften oder anderen physikalischen Eigenschaften eines Objekts in der Nähe zu der Detektionsfläche oder eines Objekts in Berührung mit der Detektionsfläche handeln. Auch ein Berührungssensor kann als Hilfssensor verwendet werden.
-
Bei dem komplexen Sensor der vorliegenden Erfindung kann es sich bei dem Flächenkörper-Aussparungsteil um eine in dem druckempfindlichen Flächenkörper gebildete Durchgangsöffnung handeln. Die Formgebung der Durchgangsöffnung ist im Allgemeinen kreisförmig, kann jedoch auch dreieckig oder quadratisch sein oder eine andere polygonale Formgebung oder andere gewünschte Formgebung aufweisen.
-
Ein zweites Flächenkörper-Aussparungsteil kann an einer von dem genannten Flächenkörper-Aussparungsteil verschiedenen Stelle in dem druckempfindlichen Flächenkörper gebildet sein, dadurch gekennzeichnet, dass eine andere Region als die Abtastfläche des Hilfssensors über das zweite Flächenkörper-Aussparungsteil freiliegt. Beispielsweise kann ein Flächenbereich der von dem druckempfindlichen Flächenkörper bedeckten Sensorbefestigungskomponente freiliegen, und eine Schraube oder eine andere Befestigungskomponente kann an dem Flächenbereich angebracht sein. Auf diese Weise sind z. B. ein Zugang und eine Befestigung sowie ein Entfernen oder dergleichen der Befestigungskomponente möglich, ohne dass der druckempfindliche Flächenkörper entfernt wird.
-
Bei dem komplexen Sensor der vorliegenden Erfindung ist auch eine weitere Konfiguration möglich, die eine Mehrzahl von Hilfssensoren des gleichen Typs oder unterschiedlichen Typs aufweist, wobei die Mehrzahl der Hilfssensoren als der Hilfssensor wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenkörper-Aussparungsteil an mehreren Stellen in dem druckempfindlichen Flächenkörper gebildet ist und die Flächenkörper-Aussparungsteile jeweils die Abtastfläche von einem oder einer Mehrzahl der Hilfssensoren freilegen.
-
Wenn z. B. die jeweiligen Abtastflächen von als Hilfssensor wirkenden optischen Näherungssensoren derart angeordnet sind, dass sie über die Flächenkörper-Aussparungsteile freiliegen, kann die Nähe bzw. Annäherung des Objekts in verschiedenen Regionen auf der Detektionsfläche detektiert werden. Die Annäherung des Objekts und z. B. die Temperatur des sich nähernden Objekts können detektiert werden, wenn die Abtastfläche des optischen Näherungssensors über einen Teil des Flächenkörper-Aussparungsteils freiliegt und die Abtastfläche eines Temperatursensors über den restlichen Teil des Flächenkörper-Aussparungsteils freiliegt.
-
Die vorliegende Erfindung beinhaltet ferner eine Roboterhand, aufweisend einen Fingermechanismus, der mit einer Objektgreiffläche versehen ist; und den komplexen Sensor mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Objektgreiffläche durch die Detektionsfläche des komplexen Sensors abgegrenzt ist.
-
Bei der Roboterhand der vorliegenden Erfindung wird die Detektionsfläche der Objektgreiffläche zum Detektieren des Ausmaßes der Annäherung eines zu greifenden Objekts sowie zum Detektieren der Berührung mit dem Objekt verwendet. Das zu greifende Objekt kann somit ohne begleitenden Aufprall bzw. Stoß gegriffen werden, und eine Roboterhand kann derart implementiert werden, dass sie zum Greifen von nachgiebigen Objekten sowie Eiern oder anderen leicht zu beschädigenden Objekten in der Lage ist, ohne dass es zu einer Verformung oder Beschädigung kommt.
-
In Fällen, in denen der Fingermechanismus dieser Roboterhand ein Fingerbasisteil und ein Fingerspitzenteil aufweist, wobei das Fingerspitzenteil über ein Gelenkteil mit einem distalen Ende des Fingerbasisteils verbunden ist, handelt es sich bei einem Fingerspitzen-Flächenbereich des Fingerspitzenteils zumindest um die Objektgreiffläche; und der Fingerspitzen-Flächenbereich bildet die Detektionsfläche des vorstehend beschriebenen komplexen Sensors.
-
Weiterhin beinhaltet die vorliegende Erfindung auch einen Roboter, aufweisend einen Arm, der mit einer Objektdetektionsfläche versehen ist; sowie den komplexen Sensor gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Objektdetektionsfläche des Arms durch die Detektionsfläche des komplexen Sensors abgegrenzt ist.
-
Bei dem Roboter der vorliegenden Erfindung werden die Nähe und die Berührung eines Objekts in Relation zu dem Arm unter Verwendung der Detektionsfläche der Objektdetektionsfläche detektiert. Der Arm des Roboters kann somit z. B. Vorgänge zum Bewegen eines in der Nähe angeordneten Objekts ausführen, ohne dass es zu einem Anstoßen an dem Objekt kommt.
-
Wirkungsweise der Erfindung
-
Der komplexe Sensor der vorliegenden Erfindung verwendet eine Konfiguration, bei der eine Durchgangsöffnung oder ein anderes Flächenkörper-Aussparungsteil in einem Teil der Abtastfläche eines Berührungssensors gebildet ist, wobei die Abtastfläche eines Näherungssensors oder eines anderes Hilfssensors über das Flächenkörper-Aussparungsteil freiliegt. Auf diese Weise kann eine einfache Konfiguration zum Implementieren eines komplexen Sensors verwendet werden, der in der Lage ist, die Nähe eines Objekts, Attribute des Objekts sowie eine Berührung mit dem Objekt zu detektieren.
-
Im Spezielleren können die Nähe des Objekts sowie Attribute des sich nähernden Objekts detektiert werden, und die Berührungsposition des Objekts kann exakt festgestellt werden, wenn es sich bei dem verwendeten Berührungssensor um einen Berührungssensor in Flächenkörperform handelt, wie er von einem der Erfinder der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen wird, wobei dieser Berührungssensor die Größe und den Schwerpunkt einer Last detektieren kann. Die vorliegende Erfindung ist somit für Anwendungen geeignet, bei denen einer Roboterhand Sicht- und Berührungsfunktionen vermittelt werden, um Objektgreifvorgänge auszuführen.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine schematische Konfigurationsdarstellung eines Roboterhandsystems, bei dem die vorliegende Erfindung Anwendung findet;
-
2 eine Perspektivansicht unter Darstellung eines komplexen Sensors, der an einem Fingerspitzenbereich der Roboterhand der 1 angebracht ist;
-
3 eine auseinandergezogene Perspektivansicht des komplexen Sensors der 2;
-
4 eine schematische Konfigurationsdarstellung eines Näherungssensors;
-
5 eine Perspektivansicht unter Darstellung eines komplexen Sensors, der an einem Armteil angebracht werden kann;
-
6 eine auseinandergezogene Perspektivansicht des komplexen Sensors der 5; und
-
7 eine graphische Darstellung von Messresultaten, die die Auswirkungen auf die Detektionsgenauigkeit aufgrund der Durchgangsöffnung in dem Berührungssensor veranschaulichen.
-
Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
-
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden im Folgenden Ausführungsbeispiele einer Roboterhand beschrieben, die mit einem komplexen Sensor versehen ist, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird.
-
(Ausführungsbeispiel 1)
-
1 zeigt eine schematische Konfigurationsdarstellung eines Roboterhandsystems gemäß Ausführungsbeispiel 1. Ein Roboterhandsystem 1 beinhaltet eine Roboterhand 2, einen Treiber 3 zum Antreiben der Roboterhand 2 und eine Steuervorrichtung 4 zum Steuern des Antriebs der Roboterhand 2 über den Treiber 3. Die Roboterhand 2 ist mit einem Armteil 5, einem Dreiachsen-Armgelenkteil 6, das an dem distalen Endteil des Armteils 5 angebracht ist, sowie mit einem Handteil 7 versehen, das an dem distalen Ende des Armgelenkteils 6 angebracht ist. Das Handteil 7 ist mit drei Fingermechanismen 8(1), 8(2), 8(3) versehen, die identisch ausgebildet sind. Die Fingermechanismen 8(1) bis 8(3) besitzen zwei Gelenke und sind mit einem Fingerbasisteil 8a, einem mittleren Fingerteil 8b und einem Fingerspitzenteil 8c ausgestattet.
-
Das Dreiachsen-Armgelenkteil 6 ist mit einem Z-Achsen-Aktuator 11 zum Veranlassen einer Rotationsbewegung des Handteils 7 um die Z-Achse, einem X-Achsen-Aktuator 12 zum Veranlassen des Handteils 7 zum Ausführen einer Rotationsbewegung um die X-Achse sowie mit einem Y-Achsen-Aktuator 13 zum Veranlassen des Handteils 7 zum Ausführen einer Rotationsbewegung um die Y-Achse versehen. Die Fingermechanismen 8 besitzen einen Aktuator 14 zum Veranlassen des mittleren Fingerteils 8b zum Ausführen einer Rotationsbewegung in einer Richtung zum Greifen und Loslassen eines Objekts sowie einen Aktuator 15 zum Veranlassen des Fingerspitzenteils 8c zum Ausführen einer Rotationsbewegung in der Richtung zum Greifen und Loslassen eines Objekts.
-
Ein komplexer Sensor 20 ist an jedem der Fingerspitzenteile 8c (Sensorbefestigungskomponenten) der drei Fingermechanismen 8 angebracht. Der komplexe Sensor 20 umfasst einen Berührungssensor 21 und einen Näherungssensor 22, der aus einem reflektierenden Fotosensor gebildet ist. Die Detektionssignale des Berührungssensors 21 und des Näherungssensors 22 werden der Steuervorrichtung 4 über eine Analogschaltung 23 und einen A/D-Wandleranschluss (nicht gezeigt) der Steuervorrichtung 4 zugeführt. Die Steuervorrichtung 4 ist durch einen Computer 25 als Hauptteil gebildet. Eine Tastatur 26 oder eine andere Eingabevorrichtung und eine Anzeige 27 oder eine andere Ausgabevorrichtung sind an den Computer 25 angeschlossen. Ein Programm zum Steuern des Antriebs der Roboterhand ist in dem Computer 25 installiert und wird ausgeführt, so dass das Antreiben der Roboterhand 2 gesteuert wird und Vorgänge zum Greifen von Objekten ausgeführt werden können. Die Nähe des Objekts sowie die Position und der Berührungsdruck des Objekts werden während des Obejektgreifvorgangs auf der Basis der Detektionssignale des komplexen Sensors 20 erfasst. Die Fingermechanismen 8 werden auf der Basis dieser Information mit einer angemessenen Greifgeschwindigkeit angetrieben.
-
2 zeigt eine partielle Perspektivansicht unter Darstellung des Detektionsbereichs des komplexen Sensors 20, der an dem Fingerspitzenteil 8c der Fingermechanismen 8(1) bis 8(3) der Roboterhand 2 angebracht ist. 3 zeigt eine auseinandergezogene Perspektivansicht des Detektionsbereichs des komplexen Sensors 20 des Fingerspitzenteils 8c. Das Fingerspitzenteil 8c entspricht der Fingerspitze einer menschlichen Hand und bildet den Bereich, der als erster mit einem Objekt in Berührung tritt, wenn die Roboterhand 2 das Objekt greift.
-
Die Fläche auf der Seite des Fingerspitzenteils 8c, die mit dem zu greifenden Objekt in Berührung tritt, ist eine Objektgreiffläche zum in Berührung Treten mit dem Objekt (nicht gezeigt) und bildet eine Detektionsfläche 24. Bei dem vorliegenden Beispiel ist diese Fläche konvex, besitzt eine konstante Breite und ist in einem Winkel von 90° mit einer gebogenen Formgebung in Richtung auf die distale Seite gekrümmt. Die Detektionsfläche 24 ist durch die Oberfläche eines flexiblen druckempfindlichen Flächenkörpers 31 des Berührungssensors 21 gebildet. Der druckempfindliche Flächenkörper 31 weist eine rechteckige Formgebung auf und ist an dem Fingerspitzenteil 8c derart befestigt, dass er zu einer konvexen Fläche entlang der Formgebung der Oberfläche des Fingerspitzenteils 8c gekrümmt ist. Eine kreisförmige Durchgangsöffnung (Flächenkörper-Aussparungsteil) 32 ist in dem druckempfindlichen Flächenkörper 31 derart ausgebildet, dass sie in Dickenrichtung durch einen Teil des druckempfindlichen Flächenkörpers hindurchgeht. Eine Abtastfläche 22a des Näherungssensors 22, der aus einem an dem Fingerspitzenteil 8c angebrachten reflektierenden Fotosensor gebildet ist, liegt durch die Durchgangsöffnung 32 frei.
-
Der Berührungssensor 21 detektiert die zentrale Position einer zweidimensionalen Lastverteilung. Wie in 3 gezeigt ist, besitzt der druckempfindliche Flächenkörper 31 des Berührungssensors eine an der vorderen Oberfläche befindliche Schicht 33, die aus einem flexiblen, elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, eine an der hinteren Oberfläche befindliche Schicht 34, die aus einem flexiblen elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, sowie eine zwischengeordnete Schicht 35, die in einem elektrisch leitenden Zustand zwischen der Schicht 33 an der vorderen Oberfläche und der Schicht 34 an der hinteren Oberfläche sandwichartig angeordnet ist und aus einem flexiblen, druckempfindlichen, leitfähigen Gummimaterial gebildet ist, bei dem sich die Leitungskenngrößen in Abhängigkeit von der Größe der in der Dickenrichtung wirkenden Last verändern. Die an der vorderen Oberfläche befindliche Schicht 33, die an der hinteren Oberfläche befindliche Schicht 34 und die zwischengeordnete Schicht 35 besitzen eine rechteckige Formgebung und weisen im Wesentlichen die gleiche Größe auf. Durchgangsöffnungen 33a bis 35a, die zusammen die Durchgangsöffnung 32 bilden, sind an identischen Stellen in diesen Schichten 33 bis 35 ausgebildet. Ein erster Elektrodenanschluss 36 und ein zweiter Elektrodenanschluss 37, die ein Paar bilden, sind an dem oberen und dem unteren kurzen Seitenbereich der an der vorderen Oberfläche befindlichen Schicht 33 ausgebildet. Ein dritter Elektrodenanschluss 38 und ein vierter Elektrodenanschluss 39, die ein Paar bilden, sind an dem linken und dem rechten langen Seitenbereich der an der hinteren Oberfläche befindlichen Schicht 34 ausgebildet.
-
Wenn eine vorbestimmte Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Elektrodenanschluss 36, 37 sowie zwischen dem dritten und dem vierten Elektrodenanschluss 38, 39 des Berührungssensors 21 anliegt, fließt ein Strom durch die zwischengeordnete Schicht 35 in Abhängigkeit von dem Widerstandswert von diesen. Wenn eine Last auf den druckempfindlichen Flächenkörper 31 wirkt, wird die aus dem druckempfindlichen leitfähigen Gummimaterial gebildete zwischengeordnete Schicht 35 in dem Bereich, in dem die Last aufgebracht wird, in der Dickenrichtung elastisch verformt, und der Widerstandswert ändert sich in Abhängigkeit von der Größe der Last. Somit fließt zwischen dem ersten und dem zweiten Elektrodenanschluss 36, 37 und zwischen dem dritten und dem vierten Elektrodenanschluss 38, 39 ein Strom, der der auf den druckempfindlichen Flächenkörper 31 aufgebrachten Last entspricht.
-
Die Analogschaltung 23 legt die vorbestimmte Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Elektrodenanschluss 36, 37 und dem dritten und dem vierten Elektrodenanschluss 38, 39 an, behält eine vorbestimmte Potentialdifferenz zwischen der Schicht 33 an der vorderen Oberfläche und der Schicht 34 an der hinteren Oberfläche bei, die die zwischengeordnete Schicht 35 einschließen, und extrahiert die Spannung zwischen den beiden Enden in der Ebenenrichtung der Schicht 33 an der vorderen Oberfläche sowie die Spannung zwischen den beiden Enden in der Ebenenrichtung der Schicht 34 an der hinteren Oberfläche, die aus Änderungen in den Leitungskenngrößen der zwischengeordneten Schicht 35 resultieren. Der Gesamtbetrag der Last, die auf die Detektionsfläche 24 und die zentrale Position (Position des Schwerpunkts) der Last wirken, wird in der Steuervorrichtung 4 auf der Basis der Anschlussspannungen der vier Elektrodenanschlüsse 36 bis 39 berechnet. Die zentrale Position wird als gewichtetes Mittel ausgedrückt, das man durch Wichten der jeweiligen Positionen, an denen mehrere Lasten auf die Oberfläche des druckempfindlichen Flächenkörpers 31 des Berührungssensors 21 aufgebracht werden, anhand ihrer Lasten erhält.
-
Die Steuervorrichtung
4 detektiert auch eine Verschiebe- bzw. Gleitbewegung eines Objekts, das mit der Detektionsfläche
24 (der Oberfläche des druckempfindlichen Flächenkörpers
31) in Berührung steht, auf der Basis von Veränderungen bei der zentralen Position der Last. Die Konfiguration des Berührungssensors
21, der auf diese Weise zum Detektieren der zentralen Position einer zweidimensionalen Lastverteilung formatiert ist, sowie das Verfahren zum Berechnen der Gesamtlast, der zentralen Position und der Verschiebung sind allgemein bekannt und sind z. B. in
JP-A 56-147003 ,
JP-B 60-35602 ,
JP-B 6-5162 ,
JP-B 6-58239 und
WO 2007/069412 offenbart. Die in diesen Dokumenten offenbarten Berührungssensoren zum Detektieren der zentralen Position einer zweidimensionalen Lastverteilung weisen vier Drähte auf. Es ist eine minimale Verdrahtung realisiert, und Ausgangsberechnungen werden ebenfalls unter Verwendung einer einfachen Analogschaltung durchgeführt, so dass ein hohes Ansprechvermögen innerhalb von 1 ms realisiert werden kann.
-
4 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Näherungssensors 22. Der Näherungssensor 22, der aus einem reflektierenden Fotosensor gebildet ist, ist mit einer lichtemittierenden Diode 51 und einer Fotodiode 52 versehen. Die lichtemittierende Diode 51 emittiert eine vorbestimmte Menge Detektionslicht 53 auf der Basis eines von der Analogschaltung 23 zugeführten Ansteuersignals. Wenn ein Objekt 54 in der Nähe des Näherungssensors 22 positioniert ist, wird das Detektionslicht 53 von dem Objekt 54 reflektiert. Das von dem Objekt 54 reflektierte Licht 55 wird von der Fotodiode 52 detektiert. Die Fotodiode 52 erzeugt einen Detektionsstrom, der der Menge des empfangenen Lichts (der Intensität des reflektierten Lichts) entspricht. Die Intensität des reflektierten Lichts 55 nimmt mit geringer werdender Distanz zwischen dem Objekt 54 und der Fotodiode 52 zu, und auf diese Weise lässt sich ein Detektionssignal erzielen, das die Distanz zu dem Objekt 54 zum Ausdruck bringt.
-
Die Analogschaltung 23 führt Steuervorgänge aus, so dass die Detektionslichtmenge der lichtemittierenden Diode 51 konstant ist, generiert ein Detektionssignal, das dem von der Fotodiode 52 erhaltenen Detektionsstrom entspricht, und führt dieses Signal der Steuervorrichtung 4 zu. Die Steuervorrichtung 4 kann die Distanz zu dem Objekt 54 auf der Basis des empfangenen Detektionssignals berechnen.
-
(Ausführungsbeispiel 2)
-
5 zeigt eine Perspektivansicht zur Veranschaulichung eines komplexen Sensors gemäß Ausführungsbeispiel 2. 6 zeigt eine auseinandergezogene Perspektivansicht von diesem.
-
Ein komplexer Sensor 60 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 2 kann an dem Armteil 5 der Roboterhand 2 des Ausführungsbeispiels 1 angebracht werden. Der Armteil 5 der Roboterhand 2 entspricht dem Arm eines Menschens und bildet einen Bereich, der nicht mit einem Objekt in Berührung tritt, wenn die Roboterhand 2 das Objekt greift. Der komplexe Sensor 60 ist an einem kreisförmigen. Außenumfangsbereich des zylindrischen Armteils 5 angebracht.
-
Wie der vorstehend beschriebene komplexe Sensor 20 besitzt auch der komplexe Sensor 60 einen Berührungssensor 64, der die zentrale Position einer zweidimensionalen Lastverteilung detektiert, sowie Näherungssensoren 65 in Gitterform, die aus reflektierenden Fotosensoren gebildet sind. Der Berührungssensor 64 ist mit einem druckempfindlichen Flächenkörper 70 ausgestattet. Eine Fläche des Armteils 5, die von dem druckempfindlichen Flächenkörper 70 bedeckt ist, wirkt als Detektionsfläche. Eine Mehrzahl von kreisförmigen Durchgangsöffnungen 66 ist in Form einer Matrix in dem druckempfindlichen Flächenkörper 70 gebildet. Die in Gitterform vorliegenden Näherungssensoren 65 sind in Form einer Matrix an Stellen angeordnet, die den Durchgangsöffnungen 66 an dem Außenumfangsbereich des zylindrischen Bereichs entsprechen, der an dem Armteil 5 von dem druckempfindlichen Flächenkörper 70 bedeckt ist. Die Abtastflächen der Näherungssensoren 65 in Gitterform liegen durch die Durchgangsöffnungen 66 zur Außenseite hin frei.
-
Der druckempfindliche Flächenkörper 70 des Berührungssensors 64 ist so ausgebildet wie bei dem Berührungssensor 21. Im Spezielleren ist der druckempfindliche Flächenkörper aus einer leitfähigen Schicht 67 (Schicht an der vorderen Oberfläche), einer leitfähigen Schicht 68 (Schicht an der hinteren Oberfläche) sowie einem druckempfindlichen leitfähigen Gummimaterial 69 (zwischengeordnete Schicht) gebildet, wie dies in 6 gezeigt ist. Die leitfähige Schicht 67 ist rechteckig und aus einem flexiblen leitfähigen Material gebildet. Die leitfähige Schicht 68 ist aus dem gleichen Material wie die leitfähige Schicht 67 gebildet und besitzt im Wesentlichen die gleiche Formgebung wie die leitfähige Schicht 67. Das druckempfindliche leitfähige Gummimaterial 69 ist aus einem elastischen Material mit einer vorbestimmten elektrischen Leitfähigkeit gebildet und besitzt im Wesentlichen die gleiche rechteckige Form wie die leitfähige Schicht 67.
-
Das druckempfindliche leitfähige Gummimaterial 69 ist zwischen die leitfähige Schicht 67 und die leitfähige Schicht 68 geschichtet, so dass die entsprechenden Ränder ihrer rechteckigen Formgebung übereinander liegen. Ferner ist das druckempfindliche leitfähige Gummimaterial 69 auch elektrisch mit der leitfähigen Schicht 67 und der leitfähigen Schicht 68 verbunden. Wenn eine Last auf den Berührungssensor 64 aufgebracht wird, verformt sich das druckempfindliche leitfähige Gummimaterial 69 an demjenigen Bereich, auf den die Last wirkt, elastisch in der Dickenrichtung. Bei der elastischen Verformung des druckempfindlichen leitfähigen Gummimaterials 69 ändert sich der Widerstand zwischen der leitfähigen Schicht 67 und der leitfähigen Schicht 68. Durchgangsöffnungen 67a, 68a, 69a, die zusammen jeweils die Durchgangsöffnungen 66 bilden, sind in entsprechenden Bereichen in den Schichten 67, 68 bzw. dem Gummimaterial 69 gebildet.
-
An dem druckempfindlichen Flächenkörper 70 des Berührungssensors 64 sind vier Elektrodenanschlüsse 71 bis 74 vorgesehen. Der erste Elektrodenanschluss 71 ist an einem Randbereich entlang der einen langen Seite des Rechtecks der leitfähigen Schicht 67 gebildet und über eine elektrische Verdrahtung (nicht gezeigt) mit der in 1 gezeigten Analogschaltung 23 elektrisch verbunden. Der zweite Elektrodenanschluss 22 ist an einem Randbereich entlang der anderen langen Seite des Rechtecks der leitfähigen Schicht 67 gebildet und ebenfalls über eine elektrische Verdrahtung mit der Analogschaltung 23 elektrisch verbunden. Der dritte Elektrodenanschluss 73 ist an einem Randbereich entlang von einer der kurzen Seiten des Rechtecks der leitfähigen Schicht 68 gebildet und über eine elektrische Verdrahtung mit der Analogschaltung 23 elektrisch verbunden. Der vierte Elektrodenanschluss 74 ist an einem Randbereich entlang der anderen kurzen Seite des Rechtecks der leitfähigen Schicht 68 gebildet und über eine elektrische Verdrahtung mit der Analogschaltung 23 elektrisch verbunden.
-
Wenn eine vorbestimmte Spannung zwischen der ersten und der zweiten Anschlusselektrode 71, 72 und der dritten und der vierten Anschlusselektrode 73, 74 bei dem Berührungssensor 64 mit dieser Konfiguration anliegt, fließt ein elektrischer Strom, der der auf den druckempfindlichen Flächenkörper 70 des Berührungssensors 64 wirkenden Last entspricht, zu der ersten und der zweiten Anschlusselektrode 71, 72 sowie der dritten und der vierten Anschlusselektrode 73, 74.
-
In der Analogschaltung 23 wird eine vorbestimmte Spannung an die erste und die zweite Anschlusselektrode 71, 72 sowie die dritte und die vierte Anschlusselektrode 73, 74 angelegt. Der elektrische Strom, der zu den vier Elektrodenanschlüssen 71 bis 74 fließt, wird gemessen, und die Messresultate werden an die Steuervorrichtung 4 abgegeben. Die Steuervorrichtung 4 berechnet den Gesamtbetrag der an den Berührungssensor 64 angelegten Last sowie die zentrale Position dieser Last auf der Basis des elektrischen Stroms. Die zentrale Position stellt ein gewichtetes Mittel dar, das man unter Verwendung der Mehrzahl von Positionen, an denen mehrere Lasten auf den Berührungssensor 64 aufgebracht werden, gedichtet nach den Lasten erhält. Die Steuervorrichtung 4 detektiert auch eine Verschiebung des mit dem Berührungssensor 64 in Berührung tretenden Objekts 54 auf der Basis von Änderungen in der zentralen Position der Lasten.
-
Die in Gitterform ausgebildeten Näherungssensoren 65 weisen eine Mehrzahl von Näherungssensoren auf, die aus reflektierenden Fotosensoren gebildet sind. Die Abtastflächen der in Gitterform vorliegenden Näherungssensoren 65 liegen zur Außenseite durch die Mehrzahl der Durchgangsöffnungen 66 frei, die in einer Matrixform in dem druckempfindlichen Flächenkörper 70 ausgebildet sind. Die in Gitterform vorgesehenen Näherungssensoren 65 sind jeweils entsprechend dem Näherungssensor 22 konfiguriert.
-
(Arbeitsweisen der Roboterhand)
-
Die Arbeitsweisen des Roboterhandsystems 1 mit dieser Konfiguration beinhalten einen Vorgang zum Einnehmen einer Greifposition, um das Objekt 54 zu greifen, einen Vorgang zum Verbringen der Fingerspitzenteile 8c in angemessene Nähe zu dem zu greifenden Objekt 54 sowie einen Vorgang zum Greifen des zu greifenden Objekts 54.
-
Bei dem Vorgang zum Einnehmen einer Greifposition verwendet die Steuervorrichtung 4 zuerst die Näherungssensoren 22, 65 zum Messen der Distanz zwischen dem greifbaren Objekt und der Roboterhand 2. Die Steuervorrichtung 4 steuert den Antriebsvorgang der Aktuatoren 11 bis 15 der Roboterhand 2 auf der Basis der gemessenen Distanz, so dass sich die Fingerspitzenteile 8c bis auf eine Distanz innerhalb von einigen Zentimetern an das greifbare Objekt 54 annähern.
-
Bei dem Vorgang zum Bringen der Fingerspitzenteile 8c in angemessene Nähe zu dem zu greifenden Objekt 54 verwendet die Steuervorrichtung 4 die Näherungssensoren 22 zum Messen der Distanz zwischen dem zu greifenden Objekt 54 und den Fingerspitzenteilen 8c der Roboterhand 2. Die Steuervorrichtung 4 steuert den Antriebsvorgang der Aktuatoren 11 bis 15 der Roboterhand 2 auf der Basis der gemessenen Distanz derart, dass die Fingerspitzenteile 8c mit dem zu greifenden Objekt 54 in Berührung treten. Zu diesem Zeitpunkt steuert die Steuervorrichtung 4 den Antriebsvorgang der Aktuatoren 11 bis 15 der Roboterhand 2 derart, dass die relativen Geschwindigkeiten des zu greifenden Objekts 54 und der Fingerspitzenteile 8c in dem Moment des Kontakts zwischen dem zu greifenden Objekt 54 und den Fingerspitzenteilen 8c bei Null konvergieren.
-
Bei dem Vorgang zum Greifen des Objekts 54 verwendet die Steuervorrichtung 4 die Berührungssensoren 21 zum Detektieren des Gesamtbetrags der Last und der zentralen Positionen der Lasten, die von dem zu greifenden Objekt 54 auf die Detektionsflächen 24 der Fingerspitzenteile 8c aufgebracht werden. Die Steuervorrichtung 4 steuert den Antriebsvorgang der Aktuatoren 11 bis 15 der Roboterhand 2 derart, dass angemessene Lasten auf die Fingerspitzenteile 8c aufgebracht werden.
-
Sobald die Roboterhand 2 das zu greifende Objekt 54 gegriffen hat, steuert die Steuervorrichtung 4 den Antriebsvorgang der Aktuatoren 11 bis 15 der Roboterhand 2 derart, dass sich das zu greifende Objekt 54 in die Zielposition bewegt. Die Steuervorrichtung 4 verwendet hierbei die Berührungssensoren 21 zum Detektieren einer Verschiebung zwischen dem zu greifenden Objekt 54 und den Fingerspitzenteilen 8c. Auf der Basis dieser Verschiebung wird eine angemessenere Last berechnet. Der Antriebsvorgang der Aktuatoren 11 bis 15 der Roboterhand 2 wird derart gesteuert, dass die berechnete, angemessene Last auf die Fingerspitzenteile 8c aufgebracht wird.
-
(Betriebsmäßige Wirkungen der Ausführungsbeispiele)
-
Das Roboterhandsystem 1 ist mit den komplexen Sensoren 20, 60 ausgestattet, die aus einer Anordnung der Berührungssensoren 21, 64 und der Näherungssensoren 22, 65 gebildet sind, wie dies vorstehend beschrieben worden ist, und somit kann für das zu greifende Objekt 54 sowohl Näherungsinformation als auch Berührungsinformation ermittelt werden. Die Vorgänge von der Annäherung an das Objekt 54 bis zum Greifen des Objekts 54 können somit nahtlos und gleichmäßig implementiert werden.
-
Ferner kann das Roboterhandsystem 1 das zu greifende Objekt 54 in angemessenerer Weise greifen. Im Spezielleren veranlasst das Roboterhandsystem 1, dass die relativen Geschwindigkeiten des zu greifenden Objekts 54 und der Fingerspitzenteile 8c in dem Moment des Kontakts zwischen dem zu greifenden Objekt 54 und den Fingerspitzenteilen 8c bei Null konvergieren, so dass die auf das zu greifende Objekt 54 aufgebrachte Auftreffkraft vermindert werden kann und das zu greifende Objekt 54 ohne Verschiebung, Verformung oder Beschädigung sanft gegriffen werden kann. Das Roboterhandsystem 1 kann z. B. einen aufrecht stehenden Stift greifen, ohne den Stift umzuwerfen, und kann einen Menschen stützen, ohne ihm Schmerzen zu bereiten. Das Roboterhandsystem 1 steuert den Antriebsvorgang der Aktuatoren 11 bis 15 der Roboterhand 2 derart, dass die Berührungskraft beim Abstützen bzw. Aufnehmen eines greifbaren Objekts, das umfallen kann, weggenommen wird.
-
Das Roboterhandsystem 1 greift das zu greifende Objekt 54 unter Verwendung einer Last, die auf der Basis einer Verschiebung berechnet wird, so dass das zu greifende Objekt 54 stets unter Verwendung der minimalen Greifkraft gegriffen werden kann, bei der keine Verschiebung bzw. kein Schlupf auftritt.
-
Wenn das Roboterhandsystem 1 das zu greifende Objekt 54 bewegt, wird eine Trägheitskraft auf das zu greifende Objekt 54 aufgrund der die Bewegung begleitenden Beschleunigung, Vibration oder dergleichen aufgebracht, und es kommt zu Schlupf, wobei das Roboterhandsystem beispielsweise die Greifkraft erhöhen kann und die minimale Greifkraft steuern kann, bei der in dynamischen Umgebungen kein Schlupf auftritt.
-
Die für derartige Vorgänge verwendeten Sensoren unterscheiden sich von Sensoren, die bei verschiedenen anderen Arbeitsweisen verwendet werden. Das Roboterhandsystem 1 gestattet somit das Einschalten von Sensoren, die bei verschiedenen anderen Arbeitsvorgängen verwendet werden. Die Informationsmenge, die von der Steuervorrichtung 4 zu handhaben ist, kann somit vermindert werden, und auch die Verarbeitungszeit kann verkürzt werden.
-
Die Verfahren, bei denen visuelle Sensoren in der eingangs beschriebenen Weise verwendet werden, werden im Allgemeinen zum Erzielen von Information vor einem Kontakt genutzt. Hinsichtlich der Sicht bestehen Probleme einer Verdeckung (Verdeckung aufgrund des Objekts) und blinder bzw. uneinsehbarer Stellen, und die Platzierung eines visuellen Sensors zum Abdecken aller Bereiche ist schwierig. Bildliche Darstellungen werden unter Verwendung einer Videokamera abgebildet, doch die Ansprechrate beträgt typischerweise ca. 30 Einzelbilder pro Sekunde. Das Roboterhandsystem 1 kann die positionsmäßige Beziehung zwischen der Roboterhand 2 und dem zu greifenden Objekt in unmittelbarerer Weise als diese visuellen Sensoren messen, und somit kann das zu greifende Objekt rascher und in sanfter, jedoch bestimmter Weise ohne Aufprall gegriffen werden. Mit anderen Worten ist der Berührungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung für die Verwendung bei einem Hautempfinden eines Roboters geeignet.
-
Der Berührungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch bei Armrobotern zum Aufschaufeln von Gegenständen verwendet werden. Der Armroboter kann in solchen Fällen in gleichmäßiger Weise Vorgänge ausführen, die zu einem Kontakt mit dem Objekt führen, wie auch im Fall der Fingerspitze. Ein solcher Armroboter kann in sanfter und sicherer Weise Vorgänge ausführen, für die in exemplarischer Weise das Tragen oder Abstützen eines Objekts genannt werden können, und kann ferner die für Serviceroboter erforderlichen Interaktionen mit Menschen implementieren.
-
Das Roboterhandsystem 1 kann ferner auch mit einem Sichtsensor zum Aufnehmen von Bildern des zu greifenden Objekts ausgestattet sein. Das Roboterhandsystem 1 verwendet in solchen Fällen die Bilder zum Überprüfen des zu greifenden Objekts, wobei bis zum Ausführen einer globalen Vorgehensweise Näherungs- und Berührungssensoren für die lokale Vorgehensweise sowie für das Aufnehmen und Greifen verwendet werden, so dass Bildverarbeitungs- sowie weitere Software-Belastungen verringert werden können.
-
(Wirkung der Durchgangsöffnungen auf die Messgenauigkeit des Berührungssensors)
-
7 veranschaulicht ein Beispiel von Messresultaten hinsichtlich der zentralen Position einer Last an dem Berührungssensor 21. Die Messungen wurden von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung ausgeführt. Die Messresultate zeigen, dass trotz der Ausbildung von Durchgangsöffnungen der Messfehler immer noch gering genug ist und der Berührungssensor 21 die Genauigkeit besitzt, die für die Roboterhand 2 zum Greifen eines greifbaren Objekts erforderlich ist. Die Messresultate veranschaulichen auch, dass der Fehler zwischen der Position des durch die Last geschaffenen Druckpunkts und der Position des gemessenen Druckpunkts zunimmt, wenn sich der Druckpunkt näher bei den Durchgangsöffnungen befindet, und abnimmt, wenn der Druckpunkt weiter von den Durchgangsöffnungen entfernt ist.
-
Gemäß den Messungen der vorliegenden Erfinder hat es sich bestätigt, dass der Berührungssensor 21 den Gesamtbetrag der Last sowie die zentrale Position einer zweidimensional verteilten Last selbst dann mit einer vorbestimmten Genauigkeit detektieren kann, wenn die Durchgangsöffnungen ausgebildet sind.
-
Gemäß weiterer Messungen hat es sich gezeigt, dass der maximale Fehlerwert mit abnehmender Größe der Durchgangsöffnungen geringer wird. Gemäß zusätzlicher weiterer Messungen hat es sich gezeigt dass der maximale Wert des Messfehlers in dem Ausmaß abnimmt, in dem die Mehrzahl der Durchgangsöffnungen gleichmäßig verteilt ist. Eine angemessene Ausbildung der Abmessungen und der Positionen der Durchgangsöffnungen erlaubt somit den Berührungssensoren 21, 64 die Aufrechterhaltung einer gewünschten Detektionsgenauigkeit.
-
Die Formgebung der Durchgangsöffnungen kann kreisförmig, dreieckig oder quadratisch sein oder eine andere polygonale Form aufweisen. Weitere gewünschte Formgebungen sind ebenfalls möglich.
-
(Weitere Ausführungsbeispiele)
-
Es können auch andere Detektionsformat-Näherungssensoren zum Detektieren der Nähe eines Objekts anstelle der Näherungssensoren 22, 65 verwendet werden; zum Beispiel kann ein Ultraschallsensor als Näherungssensor eingesetzt werden.
-
Es können auch andere Sensoren als die Näherungssensoren 22, 65 platziert werden; beispielsweise können Sensoren zum Detektieren von anderen physikalischen Größen als der Nähe eines Objekts angeordnet werden. Beispiele für solche Sensoren sind wärmedetektierende Sensoren und Farbdetektionssensoren.
-
Die Mehrzahl der in Gitterform vorgesehenen Näherungssensoren 65 kann auch durch eine Mehrzahl von Sensoren zum Messen von mehreren Arten von physikalischen Größen ersetzt werden. Für solche Sensoren verwendbare Berührungssensoren können diese physikalischen Größen ebenso wie die Last detektieren.
-
Die Durchgangsöffnungen 32, 66 können auch zum Freilegen von anderen Bereichen als den Sensoren verwendet werden; zum Beispiel können Schrauben, Verbinder, Vorsprünge und dergleichen freigelegt werden. Im Fall von Schraubenöffnungen zum Freilegen von Schrauben werden die Öffnungen zum Aufnehmen von Schrauben verwendet, um von den Berührungssensoren 21, 64 überdeckte Komponenten an dem Fingerspitzenteil 8c oder dem Armteil 5 zu verankern. Im Fall von Verbindern werden die Öffnungen zum Übertragen von Information oder Energie zwischen einer externen Vorrichtung und dem von den Berührungssensoren 21, 64 überdeckten Fingerspitzenteil 8c oder Armteil 5 verwendet. Im Fall von Vorsprüngen werden Öffnungen ausgebildet, um das Design der von den Berührungssensoren 21, 64 bedeckten Vorrichtung zu verbessern. Vorsprünge bzw. Erhebungen von den Durchgangsöffnungen der Berührungssensoren 21, 64 sind bis zur Außenseite geführt, so dass ein Wegragen des druckempfindlichen Flächenkörpers von der Oberfläche verhindert werden kann, Bruch verhindert werden kann und weitere Effekte erzielt werden können.
-
Die vorstehend beschriebenen Beispiele beinhalten das Anbringen des komplexen Sensors der vorliegenden Erfindung an einer Objektgreiffläche einer Roboterhand oder an einem Arm, jedoch kann der komplexe Sensor der vorliegenden Erfindung auch bei anderen Regionen als Roboterhänden und Armen verwendet werden. Der komplexe Sensor der vorliegenden Erfindung kann auch bei Werktischen oder anderen Mechanismen für die Handhabung von verschiedenen Objekten verwendet werden.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Ein komplexer Sensor (20) umfasst einen Berührungssensor (21) und einen Näherungssensor (22). Der Berührungssensor (21) weist einen flexiblen druckempfindlichen Flächenkörper (31) auf, der einen Fingerspitzenbereich (8c) bedeckt. Der druckempfindliche Flächenkörper (31) besitzt eine an der vorderen Oberfläche befindliche Schicht (33) und eine an der hinteren Oberfläche befindliche Schicht (34), die aus einem flexiblen leitfähigen Material gebildet sind, eine zwischengeordnete Schicht (35), die sandwichartig zwischen den Schichten in einem Zustand angeordnet ist, in dem die zwischengeordnete Schicht mit diesen elektrisch verbunden ist, wobei die zwischengeordnete Schicht aus einem druckempfindlichen leitfähigen Gummimaterial gebildet ist, sowie einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Elektrodenanschluss (36 bis 39), die an der an der vorderen Oberfläche befindlichen Schicht und an der an der hinteren Oberfläche befindlichen Schicht gebildet sind. Die Größe einer auf den druckempfindlichen Flächenkörper (31) wirkenden Last und die zentrale Position der Last können auf der Basis der Anschlussspannung detektiert werden. Eine Durchgangsöffnung (32) ist in dem druckempfindlichen Flächenkörper (31) derart gebildet, dass die Abtastfläche des Näherungssensors (22) freiliegt, so dass die Annäherung eines zu haltenden Objekts (54) detektiert werden kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 60-62496 A [0003, 0005]
- JP 63-238502 A [0004, 0005]
- JP 60-35602 B [0005, 0045]
- JP 06-58239 B [0005]
- WO 2007/069412 [0005, 0045]
- JP 56-147003 A [0045]
- JP 6-5162 B [0045]
- JP 6-58239 B [0045]