JP2010207963A - ロボットハンドの被着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】介護ロボットなどが被介護者を介助する際に被介護者に安心感を与えうるロボットハンドの被着装置を提供すること。
【解決手段】関節機構によって指の曲げ伸ばしが可能なロボットハンドの骨格部に被着し、指または全体で物を把持するロボットハンドの被着装置１０において、ロボットハンドの骨格部に着脱可能な柔軟素材からなる被着部材と、被着部材に装着され、供給される電力により発熱して前記被着部材を加温するヒーター１２，１３と、ロボットハンドの起動開始または起動終了を検知する検知手段と、検知手段の検知出力に応じてヒーターをオンオフ制御する制御手段１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、関節機構によって指の曲げ伸ばしが可能なロボットハンドの骨格部に被着して用いるものであり、例えば介護ロボットが被介護者を介助する際に被介護者に安心感を与えるロボットハンドの被着装置に関する。

ロボットハンドは、腕や指の曲げ伸ばしを行う多関節機構により、人の腕や手に近い動作が可能になっている（特許文献１）。また、指先で物を掴む動作も可能になっており、指の動きや把持力の調整によって柔らかい物も掴むことができるようになってきた。

また、ロボット本体に柔軟素材でできた外皮を着脱自在に被着させ、人間に親近感を与えるとともに可動部に与える負荷を軽減する被着構造が提案されている（特許文献２）。ここで用いる柔軟素材としては、布生地、毛皮、スポンジ、エラストマー、合成ゴムなどが想定されている。

また、ロボット本体上に被せる柔軟素材で疑似的な皮膚を形成し、当該皮膚中に圧力センサシートを配置し、検知した圧力に反応して所定の動作をさせるロボットが提案されている（特許文献３）。なお、特許文献３では、柔軟素材として発砲ウレタンとシリコンゴムの積層構造が想定されている。

特許第３５１１０８８号公報 特許第３３５７９４８号公報 特許第３７０６１１３号公報

従来のロボットハンドは、ロボット本体に柔軟素材の外皮（皮膚）を被せるものであっても、その表面温度は周辺温度と同じであり人間の手のような温もり（体温）がないために、人からみるとまさに冷たいロボットであった。なお、ロボットハンドの駆動部からの発熱はあるものの、従来は冷却ファンか排気構造によって発熱部を冷却するのが一般的であり、手の温もりに利用するような発想はなかった。また、ロボットハンドの表面の匂いも素材そのものの無機質なものであった。

一方、例えば介護の現場で被介護者に接するロボットハンドとしては、ロボット特有の金属や機械を想起させないように温もりがある方がよい。また、ロボットハンドが被介護者に接するときに、被介護者の気持ちを和ませる香りや音を発し、安心かつリラックスさせるような工夫も望まれる。

本発明は、ロボットハンドに温もりをもたせ、ロボットハンドの動作時に香りや音声を発生させることができるロボットハンドの被着装置を提供することを目的とする。

本発明は、関節機構によって指の曲げ伸ばしが可能なロボットハンドの骨格部に被着し、指または全体で物を把持するロボットハンドの被着装置において、ロボットハンドの骨格部に着脱可能な柔軟素材からなる被着部材と、被着部材に装着され、供給される電力により発熱して前記被着部材を加温するヒーターと、ロボットハンドの起動開始または起動終了を検知する検知手段と、検知手段の検知出力に応じてヒーターをオンオフ制御する制御手段とを備える。

本発明のロボットハンドの被着装置における検知手段は、ロボット本体との通信機能を有する受信機であり、ロボット本体から所定の動作に対応して送信される所定の動作信号を受信したときに、ロボットハンドの起動開始または起動終了を制御手段に通知する構成である。

本発明のロボットハンドの被着装置における検知手段は、指の所定の関節部分に配置され、指の曲げ伸ばしを感知するセンサであり、指の曲げ伸ばしに対応してロボットハンドの起動開始または起動終了を制御手段に通知する構成である。

本発明のロボットハンドの被着装置における検知手段は、人体の接近を感知する接近センサであり、人体との距離に対応してロボットハンドの起動開始または起動終了を制御手段に通知する構成である。

本発明のロボットハンドの被着装置において、被着部材の所定の位置に、香料を保管し、ヒーターのオンによって所定温度以上になったときに香り成分が揮発して発散する香り保管袋を装着した構成である。

本発明のロボットハンドの被着装置において、被着部材の所定の位置にスピーカを配置し、制御手段は、検知手段の検出手段に応じてヒーターをオンオフ制御するタイミングで、所定の音声をスピーカから発生させる構成である。

本発明のロボットハンドの被着装置は、ロボットハンドの起動開始または起動終了に応じて、被着部材に装着されたヒーターをオンオフ制御する。そして、人体の接近などを検知し、ロボットハンドの起動開始に伴って、ロボットハンドに温もりを与え、さらに香りや音声を発することができる。これにより、人間に優しいロボットハンドを実現することができる。また、ロボットハンドの起動終了に伴ってヒーターをオフとすることにより、消費電力を抑えることができる。

本発明のロボットハンドの被着装置の実施例１の構成例を示す図である。 本発明のロボットハンドの被着装置の実施例２の構成例を示す図である。 本発明のロボットハンドの被着装置の実施例３の構成例を示す図である。 本発明のロボットハンドの被着装置の実施例４の構成例を示す図である。 本発明のロボットハンドの被着装置の実施例５の構成例を示す図である。

図１は、本発明のロボットハンドの被着装置の実施例１の構成例を示す。
ロボットハンドは、人の手の骨、関節、筋肉、腱に対応する関節機構を含む骨格部があり、関節機構の駆動により手首や指の曲げ伸ばしが可能になっている。図１では、ロボットハンドの関節機構を含む骨格部は省略し、この骨格部に被着させた状態の本発明のロボットハンドの被着装置１０の外観およびその内部の一部を示す。

本発明のロボットハンドの被着装置１０は、柔軟性のある高分子ポリマー（エラストマー）、シリコン、ウレタンなどの柔軟素材を用いた手袋状のものであり、骨格部に被着させたときに人の手の形状になり、かつ人の手に近い感触が得られ、また後述する各部材を埋設できる十分な厚さになるように金型成形される。ここでは、親指と人指し指の２本の指のみを示すが、３本以上の指が存在するロボットハンドに適用してもよい。

図１において、被着装置１０には、手の平から指先にかけて、制御部１１の制御により通電して発熱するヒーター（例えばシートヒーター）１２，１３が埋め込まれる。制御部１１は、図示しない電源（例えば専用の電池やロボット本体の電源）に接続され、ヒーター１２，１３と電源との接続をオンオフ制御するとともに、図示しない温度センサを用いてロボットハンド全体または手の平側を設定温度に制御する機能を備える。なお、設定温度は、例えば人間の標準体温の±２度程度とするが、夏季は標準体温より低めに設定するなど、季節に応じて変更してもよい。

被着装置１０は、ロボット本体との通信機能を有する受信機１４を備える。受信機１４は、ロボット本体から所定の動作に対応して送信される所定の動作信号を受信したときに制御部１１に通知する。制御部１１は、受信機１４から入力する所定の動作信号に応じてヒーター１２，１３をオンオフ制御する。すなわち、例えばロボットハンドが被介護者に対する動作をしようとするときにヒーター１２，１３をオンとし、ロボットハンドの被着装置１０を温めておくことにより、被介護者に不快な思いをさせないようにすることができる。また、ロボットハンドが被介護者に対する動作を終了した場合には、ただちにヒーター１２，１３をオフとすることにより、無駄に電力が消費されることを回避することができる。

図２は、本発明のロボットハンドの被着装置の実施例２の構成例を示す。ここでは、ロボットハンドの指先で物を掴む動作に連動してヒーター１２，１３をオンオフ制御する構成について説明する。

図２において、被着装置１０の指の内側の関節部に、指を動かす力や角度の変化を検出する角度センサ１５を配置する。角度センサ１５は、ロボットハンドの指先で物を掴もうとする際に指を曲げたときの関節部の角度情報を制御部１１に通知する。制御部１１は角度センサ１５から入力する角度情報に応じてヒーター１２，１３をオンオフ制御する。すなわち、制御部１１は、例えばロボットハンドが被介護者に対する動作を角度センサ１５の角度情報により判断するものであり、実施例１の受信機１４から入力する動作信号と同様に機能する。

また、図２では、人指し指の第２関節に角度センサ１５を配置する例を示したが、人指し指の各関節や複数の指の関節部にそれぞれ角度センサ１５を配置し、制御部１１がそれぞれの角度情報から５指の状態を総合的に判断し、ヒーター１２，１３をオンオフ制御するタイミングを調整してもよい。

また、角度センサ１５に代えて、指を曲げたときの圧力を指の動作として検出する圧力センサや、指を伸ばしたときと曲げたときの距離の違いを磁気で検出する磁気センサを用いてもよい。また、ロボットハンド自体が備えている内界センサを本発明の被着装置で利用するようにしてもよい。

図３は、本発明のロボットハンドの被着装置の実施例３の構成例を示す。ここでは、ロボットハンドと人体との距離を検知してヒーター１２，１３をオンオフ制御する構成について説明する。

図３において、被着装置１０の例えば手首部分に人体との距離を検知する接近センサ１６を配置する。接近センサ１６としては、例えば１方向以上に放出する赤外線の反射光から人体との距離を検知する赤外線センサなどが用いられる。接近センサ１６は、人体が接近したことを検出するとオン信号を制御部１１に出力し、制御部１１はオン信号によってヒーター１２，１３に通電して発熱させる。また、接近センサ１６は、人体が遠ざかったことを検出するとオフ信号を制御部１１に出力し、制御部１１はオフ信号によってヒーター１２，１３への通電を停止する。

以上実施例１〜３に示した受信機１４、角度センサ１５、接近センサ１６は、ロボットハンドの起動を検知する手段の例であり、それらを組み合わせてもよいし、上記の他のセンサ等を用いてもよい。本発明の特徴は、これらの検知手段と制御部１１を用い、ロボットハンドの動作に連動してヒーター１２，１３をオンオフ制御するところにある。

図４は、本発明のロボットハンドの被着装置の実施例４の構成例を示す。ここでは、実施例１の構成において、ヒーター１２，１３によるロボットハンドの温度上昇によって香りを発散する構成について説明する。なお、同様に実施例２または実施例３の構成にも適用することができる。

図４において、ロボットハンドの例えば指先の爪の位置や手の平の部分に香り保管袋２１を埋め込む。香り保管袋２１の外気に触れる表面の一部を多孔質クロス２２とし、香り保管袋２１に収納する香料は個体、液体、ゲル、ゾル、ジェル、またはグリス等とし、ある温度以上になると揮発（蒸散）して香りが発散する構成である。

実施例１〜３のいずれかの契機でヒーター１２，１３がオンになると、ロボットハンドの温度が上昇して香り保管袋２１から香りが発散する。これにより、例えば被介護者がロボットハンドに近づき、ロボットハンドが被介護者に対する動作をしようとするとき被着装置１０が温かくなるとともに、被着素材そのものの無機質な匂いでない香りが発生するので、被介護者は快適にロボットハンドによる介護を受けることができる。また、リラクゼーション効果のある香りを用いることにより、さらに快適効果を高めることができる。

また、香り保管袋２１に収納する香料として液体を用いる場合には、注射器等を用いて香料を補給することができる。ここで、香り保管袋２１の一部をエラストマーで形成し、このエラストマー部分に注射針を刺して補給する場合には、注射針を引き抜いても穴が閉じるため、香料が漏れ出ることはない。また、被着装置１０の表面から香り保管袋２１につながる香料の注入口を設けてもよい。

図５は、本発明のロボットハンドの被着装置の実施例５の構成例を示す。ここでは、実施例１の構成において、ヒーター１２，１３がオンになるタイミングで音声を発生する構成について説明する。なお、同様に実施例２または実施例３の構成にも適用することができる。

図５において、ロボットハンドの例えば手の平の部分に、制御部１１に接続されるスピーカ２３を配置する。制御部１１は、例えば被介護者がロボットハンドに近づき、ロボットハンドが被介護者に対する動作をしようとするときに、ヒーター１２，１３をオンにするとともに、音声発生機能によってスピーカ２３を駆動して所定の音声を発生させる。音声としては、被介護者に対するガイダンスやメッセージであったり、音楽などでもよい。これにより、被介護者はリラックスし、安心してロボットハンドによる介護を受けることができる。
なお、本実施例と、実施例４の香り発生機能とを組み合わせてもよい。

本発明のロボットハンドの被着装置は、ロボットハンドの骨格部に柔軟素材の外皮を被着させるとともに、人体の接近などに伴って温もりや香りや音声を発することにより、ロボットであることを意識させず、人間に安心感や安らぎを与えるロボットハンドを実現することができる。特に、介護の現場などで、介護に用いるロボットハンドとして有用である。

１０ 被着装置
１１ 制御部
１２，１３ ヒーター
１４ 受信機
１５ 角度センサ
１６ 接近センサ
２１ 香り保管袋
２２ 多孔質クロス
２３ スピーカ

Claims (6)

1. 関節機構によって指の曲げ伸ばしが可能なロボットハンドの骨格部に被着し、指または全体で物を把持するロボットハンドの被着装置において、
   前記ロボットハンドの骨格部に着脱可能な柔軟素材からなる被着部材と、
   前記被着部材に装着され、供給される電力により発熱して前記被着部材を加温するヒーターと、
   前記ロボットハンドの起動開始または起動終了を検知する検知手段と、
   前記検知手段の検知出力に応じて、前記ヒーターをオンオフ制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とするロボットハンドの被着装置。
2. 請求項１に記載のロボットハンドの被着装置において、
   前記検知手段は、ロボット本体との通信機能を有する受信機であり、ロボット本体から所定の動作に対応して送信される所定の動作信号を受信したときに、前記ロボットハンドの起動開始または起動終了を前記制御手段に通知する構成である
   ことを特徴とするロボットハンドの被着装置。
3. 請求項１に記載のロボットハンドの被着装置において、
   前記検知手段は、前記指の所定の関節部分に配置され、指の曲げ伸ばしを感知するセンサであり、指の曲げ伸ばしに対応して前記ロボットハンドの起動開始または起動終了を前記制御手段に通知する構成である
   ことを特徴とするロボットハンドの被着装置。
4. 請求項１に記載のロボットハンドの被着装置において、
   前記検知手段は、人体の接近を感知する接近センサであり、人体との距離に対応して前記ロボットハンドの起動開始または起動終了を前記制御手段に通知する構成である
   ことを特徴とするロボットハンドの被着装置。
5. 請求項１に記載のロボットハンドの被着装置において、
   前記被着部材の所定の位置に、香料を保管し、前記ヒーターのオンによって所定温度以上になったときに香り成分が揮発して発散する香り保管袋を装着した構成である
   ことを特徴とするロボットハンドの被着装置。
6. 請求項１に記載のロボットハンドの被着装置において、
   前記被着部材の所定の位置にスピーカを配置し、
   前記制御手段は、前記検知手段の検出手段に応じて前記ヒーターをオンオフ制御するタイミングで、所定の音声を前記スピーカから発生させる構成である
   ことを特徴とするロボットハンドの被着装置。

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