JP2020131378A - Hand and robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハンドおよびロボットに関するものである。 The present invention relates to hands and robots.
ロボットアームを備えるロボットでは、ロボットアームの先端に例えばハンドのようなエンドエフェクターが装着される。ハンドは、ワークを把持する把持部を備え、ワークを搬送するといった様々な作業を行うことができる。 In a robot equipped with a robot arm, an end effector such as a hand is attached to the tip of the robot arm. The hand is provided with a grip portion for gripping the work, and can perform various operations such as transporting the work.
特許文献1には、指本体と、指本体の基端側から先端側にわたって設けられ、先端側に配置され荷重を受ける受圧部および基端側に配置され荷重を伝達する伝達部を有する第1の揺動部材と、伝達部に対向する対向部と、伝達部と対向部との間に配置される感圧センサーと、を備えるロボット指ユニットが開示されている。また、特許文献1には、このようなロボット指ユニットを2本備えたハンドが開示されている。このハンドでは、ロボット指ユニットの間隔を開閉することにより、ワークを把持することができるようになっている。 Patent Document 1 includes a finger body, a pressure receiving portion provided on the tip side from the base end side to the tip end side, and a pressure receiving portion arranged on the tip end side to receive a load, and a transmission portion arranged on the base end side to transmit a load. A robot finger unit including the swinging member of the above, an opposing portion facing the transmission portion, and a pressure-sensitive sensor arranged between the transmitting portion and the facing portion is disclosed. Further, Patent Document 1 discloses a hand provided with two such robot finger units. In this hand, the work can be gripped by opening and closing the interval between the robot finger units.
ロボット指ユニットの間隔を狭めてワークを把持すると、受圧部にワークからの荷重が作用し、それに伴って第1の揺動部材が揺動する。そして、第1の揺動部材の揺動とともに、伝達部に設けられた押圧部が感圧センサーを押圧する。その結果、感圧センサーの抵抗値が小さくなるため、その抵抗値の計測結果から把持力を演算することができる。このようにして、ハンドにおけるワークの把持状態を検出することができる。 When the work is gripped by narrowing the distance between the robot finger units, a load from the work acts on the pressure receiving portion, and the first swing member swings accordingly. Then, along with the swing of the first swing member, the pressing portion provided in the transmission portion presses the pressure sensor. As a result, the resistance value of the pressure-sensitive sensor becomes small, so that the gripping force can be calculated from the measurement result of the resistance value. In this way, the gripping state of the work in the hand can be detected.
しかしながら、特許文献1に記載のハンドでは、ロボット指ユニットの開閉方向と感圧センサーの検出軸とが平行になっている。つまり、特許文献1に記載のハンドでは、ロボット指ユニットの間隔を開閉することによってワークを把持し、そのときロボット指ユニットに作用した荷重を、ロボット指ユニットの開閉方向と平行な方向に検出軸を持つ感圧センサーで計測する。このため、開閉方向の成分の力を検出することはできるものの、開閉方向とは異なる方向の成分の力を検出することができない。したがって、ロボット指ユニットに作用する荷重を高精度に検出することができないという課題がある。 However, in the hand described in Patent Document 1, the opening / closing direction of the robot finger unit and the detection axis of the pressure sensor are parallel to each other. That is, in the hand described in Patent Document 1, the work is gripped by opening and closing the interval between the robot finger units, and the load applied to the robot finger unit at that time is detected in a direction parallel to the opening and closing direction of the robot finger unit. Measure with a pressure sensor that has. Therefore, although the force of the component in the opening / closing direction can be detected, the force of the component in the direction different from the opening / closing direction cannot be detected. Therefore, there is a problem that the load acting on the robot finger unit cannot be detected with high accuracy.
本発明の適用例に係るハンドは、基体と、
第1方向に開閉する把持部と、
前記基体と前記把持部との間に設けられ、前記第1方向に交差する第2方向に検出軸を有し、前記検出軸に直交する面内において外圧の分布を検出する第1感圧センサーと、
を有することを特徴とする。
The hand according to the application example of the present invention includes a substrate and
A grip that opens and closes in the first direction,
A first pressure-sensitive sensor provided between the substrate and the grip portion, having a detection axis in a second direction intersecting the first direction, and detecting the distribution of external pressure in a plane orthogonal to the detection axis. When,
It is characterized by having.
以下、本発明のハンドおよびロボットの好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the hand and robot of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<第1実施形態>
まず、第1実施形態に係るロボットについて説明する。
<First Embodiment>
First, the robot according to the first embodiment will be described.
図1は、第1実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図2は、図1に示すロボットのブロック図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a robot according to the first embodiment. FIG. 2 is a block diagram of the robot shown in FIG.
図1に示すロボット1は、ハンド17が装着されたロボットアーム10を用いて、例えば、精密機器やこれを構成する部品等の対象物の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うシステムである。このロボット1は、複数のアーム11〜16を有するロボットアーム10と、ロボットアーム10の先端側に取り付けられたハンド17と、これらの動作を制御する制御装置50と、を備える。以下、まず、ロボット1の概略を説明する。
The robot 1 shown in FIG. 1 uses a
ロボット1は、いわゆる6軸の垂直多関節ロボットである。図1に示すように、ロボット1は、基台110と、基台110に回動可能に連結されているロボットアーム10と、を備える。
基台110は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上等の被設置部に固定される。
The robot 1 is a so-called 6-axis vertical articulated robot. As shown in FIG. 1, the robot 1 includes a
The
ロボットアーム10は、基台110に対して回動可能に連結されているアーム11(第1アーム)と、アーム11に対して回動可能に連結されているアーム12(第2アーム)と、アーム12に対して回動可能に連結されているアーム13(第3アーム)と、アーム13に対して回動可能に連結されているアーム14(第4アーム)と、アーム14に対して回動可能に連結されているアーム15(第5アーム)と、アーム15に対して回動可能に連結されているアーム16(第6アーム)と、を有する。なお、基台110およびアーム11〜16のうちの互いに連結された2つの部材同士を屈曲または回動させる部分が「関節部」を構成している。
The
また、図2に示すように、ロボット1は、ロボットアーム10の各関節部を駆動する駆動部130と、ロボットアーム10の各関節部の駆動状態として例えば回転角度を検出する角度センサー131と、を有する。駆動部130は、例えば、モーターおよび減速機を含んで構成されている。角度センサー131は、例えば、磁気式または光学式のロータリーエンコーダーを含んで構成されている。
このようなロボット1のアーム16の先端面には、ハンド17が装着されている。
Further, as shown in FIG. 2, the robot 1 includes a
A
図1に示すハンド17は、対象物を把持する把持ハンドである。このハンド17は、図1に示すように、本体171と、本体171に設置されている駆動部170と、駆動部170からの駆動力により開閉する一対の指部94、95を備える把持部172と、把持部172に設けられている第1感圧センサー81と、を有する。
The
ここで、駆動部170は、例えば、図示しないモーターと、モーターからの駆動力を把持部172に伝達する歯車等の伝達機構と、を含んで構成されている。そして、1対の指部94、95は、駆動部170からの駆動力により開閉する。これにより、1対の指部94、95間で対象物を掴んで保持したり、1対の指部94、95間で保持した対象物を離脱させたりすることができる。第1感圧センサー81は、印加される外圧を検出するセンサーである。このような第1感圧センサー81が、把持部172と駆動部170との間に配置され、一対の指部94、95に加わる力を検出する。なお、ハンド17の指部94、95の数は、2本に限定されず、3本以上であってもよい。
Here, the
図1および図2に示す制御装置50は、角度センサー131の検出結果に基づいて、ロボットアーム10の駆動を制御する機能を有する。また、制御装置50は、第1感圧センサー81の検出結果およびロボット1の動作条件に基づいて、ハンド17の把持力を決定したりロボット1の動作条件を変更したりする機能を有する。
The
この制御装置50は、CPU(Central Processing Unit)等の制御部51と、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等の記憶部52と、インターフェース部であるI/F53と、を有する。そして、制御装置50では、記憶部52に記憶されているプログラムを制御部51が適宜読み込んで実行することで、ロボットアーム10およびハンド17の動作の制御、異常の発報等の処理を実現する。また、I/F53は、ロボットアーム10およびハンド17と通信可能に構成されている。
The
なお、制御装置50は、図示では、ロボット1の基台110内に配置されているが、これに限定されず、例えば、基台110の外部やロボットアーム10内に配置されていてもよい。また、制御装置50には、ディスプレイ等のモニターを備える表示装置、例えばマウスやキーボード等を備える入力装置等が接続されていてもよい。
Although the
<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係るハンドについて説明する。
<Second Embodiment>
Next, the hand according to the second embodiment will be described.
図3は、第2実施形態に係るハンドを示す部分断面図である。図4は、図3に示すハンドを図3とは異なる面について示す断面図である。図5は、図3および図4のハンドの一部の構成を示す斜視図である。図6は、図3に示すハンドが備える第1感圧センサーの断面図である。なお、図4では、図3に示す構成の一部の図示を省略している。また、図3ないし図5では、前述した一対の指部94、95の開閉方向D1をX軸方向とし、第1感圧センサー81の検出軸A1の延在方向をZ軸方向とし、X軸方向およびZ軸方向の双方に直交する方向をY軸方向とする。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the hand according to the second embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the hand shown in FIG. 3 on a surface different from that of FIG. FIG. 5 is a perspective view showing a partial configuration of the hands of FIGS. 3 and 4. FIG. 6 is a cross-sectional view of the first pressure sensitive sensor included in the hand shown in FIG. Note that in FIG. 4, a part of the configuration shown in FIG. 3 is not shown. Further, in FIGS. 3 to 5, the opening / closing direction D1 of the pair of
図3に示すハンド17は、前述したように1対の指部94、95を備えており、この指部94、95によって対象物Wを両側から挟み込んで把持することのできるハンドである。ハンド17は、ベース90と、ベース90に対してスライド可能に支持された一対のスライダー91、92と、スライダー91、92に固定された指部94、95と、スライダー91、92をスライドさせるモーター96、97と、を有する駆動部170を備えている。
As described above, the
スライダー91、92は、それぞれ、スライドガイドSGを介してベース90に支持され、ベース90に対してX軸方向にスライド可能となっている。また、スライダー91にはモーター96が接続されており、モーター96の駆動によってスライダー91がスライドする。同様に、スライダー92にはモーター97が接続されており、モーター97の駆動によってスライダー92がスライドする。モーター96、97としては、特に限定されず、例えば、圧電モーターを用いることができる。このように、モーター96、97によってスライダー91、92を互いに逆方向に移動させることにより、指部94、95同士を接近させたり、離間させたりすることができ、指部94、95で対象物Wを把持したり、把持した対象物Wをリリースしたりすることができる。なお、指部94、95のうちのいずれか一方を移動させ、他方を固定した構成であってもよい。
The
以下、指部94、95について説明するが、指部94、95は、互いに同様の構成であるため、以下では、指部94について代表して説明し、指部95については、その説明を省略する。
Hereinafter, the
図3ないし図6に示すように、指部94は、スライダー91上に配置されたセンサーベース982と、センサーベース982に接続されたセンサー蓋984と、を介してスライダー91に固定されている。スライダー91に対するセンサーベース982の固定方法は、特に限定されず、例えば、ねじ止め、接着剤による接着等が挙げられる。一方、センサーベース982とセンサー蓋984との間は、図5に示すように、センサー蓋984側から挿通されるねじ985を介して接続されている。
As shown in FIGS. 3 to 6, the
また、センサー蓋984を貫通するように予圧ねじ986が設けられている。そして、予圧ねじ986とセンサーベース982との間に第1感圧センサー81が介挿されている。第1感圧センサー81は、印加される外圧を検出するセンサーであり、把持部172と駆動部170とを結ぶ方向、すなわち、Z軸方向に検出軸A1を有している。
Further, a
ここで、センサーベース982は、図4および図5に示すように、スライダー91側に設けられたベース基部9822と、ベース基部9822から+Z側に突出しているベース突出部9824と、を備えている。また、センサー蓋984は、指部94側に設けられた蓋基部9842と、蓋基部9842から−Z側に突出している蓋突出部9844と、を備えている。そして、図4に示すように、ベース突出部9824と蓋突出部9844とが接している一方、ベース基部9822と蓋基部9842とが互いに離間し、隙間が形成されている。前述した第1感圧センサー81は、ベース基部9822と蓋基部9842との間に形成されたこの隙間に設けられている。
Here, as shown in FIGS. 4 and 5, the
また、本実施形態に係るハンド17では、図4に示すように、ベース突出部9824のY軸方向における両側にそれぞれベース基部9822が設けられている。同様に、蓋突出部9844のY軸方向(第4方向)における両側、すなわち+Y側と−Y側にそれぞれ蓋基部9842が設けられている。そして、ベース突出部9824のY軸方向における両側にそれぞれ第1感圧センサー81が並んで設けられ、各第1感圧センサー81に対応して予圧ねじ986が設けられている。各予圧ねじ986は、図6に示すように、蓋基部9842に形成された雌ねじに螺合することにより、第1感圧センサー81をベース基部9822側に押圧するようにして予圧することができる。
Further, in the
以上のように、本実施形態に係る指部94には、それに対応して2つの第1感圧センサー81が設けられている。したがって、指部94、95を有するハンド17全体では、4つの第1感圧センサー81が設けられている。
As described above, the
指部94は、例えば図5に示すねじ985により、センサー蓋984に固定されている。そして、指部94は、Z軸方向に延在するように構成されている。そして、指部94のうち、−Z側に位置する基端部942がセンサー蓋984に固定され、+Z側に位置する先端部944に向かうにつれてX軸方向の幅がおよびY軸方向の幅がそれぞれ細くなるように構成されている。
The
図7は、図5に示す第1感圧センサー81を示す斜視図である。図8は、図7に示す第1感圧センサー81の断面図である。図9は、図8に示す第1感圧センサー81を示す部分拡大斜視図である。図10は、図9に示す第1感圧センサー81のA−A’線断面図である。
FIG. 7 is a perspective view showing the first pressure
図7ないし図10に示す第1感圧センサー81の方式は、第1感圧センサー81に付与される外圧の位置と大きさを測定可能な方式であれば、特に限定されないが、例えば静電容量方式、電気抵抗方式等が挙げられる。以下の説明では、代表として電気抵抗方式のセンサーについて説明する。
The method of the
図7および図8に示す第1感圧センサー81は、機能部86と、機能部86を挟むように設けられた保護フィルム87と、を備えている。
The first pressure-
このうち、機能部86は、図9ないし図10に示すように、センサー基板80と、センサー基板80の上面80aにマトリックス状に配列している複数の個別電極83と、感圧層84と、共通電極85と、がこの順で積層されてなる積層体を備えている。なお、図8および図9では、個別電極83の図示を省略している。
Of these, as shown in FIGS. 9 to 10, the
センサー基板80の上面80aは、図9に示すように、X軸方向およびY軸方向の双方に延在する波型形状をなしており、その上面80aに重なるように設けられた感圧層84および共通電極85も、図10に示すように、上面80aの形状にならった波型形状をなしている。
As shown in FIG. 9, the
センサー基板80の構成材料としては、例えばプラスチック、ガラス、石英等の絶縁性材料が挙げられる。
Examples of the constituent material of the
感圧層84は、外圧が印加された場合に形状変化に伴って電気抵抗が低下し、それに基づいて外圧を検出可能な層である。また、感圧層84は、弾性を有しており、外圧を受けて変形するとともに、外圧が除かれた場合には元の状態に戻る特性を有している。さらに、感圧層84は、個別電極83や共通電極85よりも低いものの、導電性を有している。これにより、感圧層84に外圧が印加されたとき、その部分に位置する個別電極83と共通電極85との間で電流が流れる。したがって、第1感圧センサー81に接続した制御部51においてその電流を検出することにより、外圧の印加を検出することができる。
The pressure-
感圧層84の構成材料としては、例えばゴム、エラストマー、樹脂等の弾性材料に、グラファイト、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブのような導電性物質を分散させてなる複合材料が挙げられる。このような複合材料では、外圧が印加された場合に、その部分において導電性物質同士が電気的につながり、電流を流すことができる。
Examples of the constituent material of the pressure
共通電極85は、個別電極83とともに感圧層84を挟むように設けられている。共通電極85には、例えば接地電位が与えられている。
The
また、第1感圧センサー81は、前述したように複数の個別電極83を備えている。そして、1つの個別電極83、感圧層84および共通電極85により、1つのセンサー単位800が構成される。したがって、第1感圧センサー81には、マトリックス状に配列した複数のセンサー単位800が含まれている。各センサー単位800では、外圧によって感圧層84が弾性変形することを利用して、外圧を電気抵抗の変化として検出する。そして、電気抵抗の変化を検出したセンサー単位800の位置に基づき、外圧が印加された位置および大きさを検出することができる。また、センサー単位800同士の間で、測定された電気抵抗の変化の差分を求め、各種演算に供することにより、外圧が印加された方向を算出することができる。この算出は、第1感圧センサー81に接続された制御部51により行うことができる。なお、第1感圧センサー81のその他の構成および演算方法については、特開2012−108021号公報に記載された構成および演算方法を用いることができる。
Further, the
なお、マトリックス状とは、例えばX軸方向およびY軸方向の双方において、個別電極83が等間隔に並んでいる状態を指している。一例として、X軸方向において等間隔に並ぶ直線を引くととともに、Y軸方向において等間隔に並ぶ直線を引き、直線同士の交差点に個別電極83を配置したとき、その個別電極83の配列をマトリックス状という。ただし、個別電極83同士の間隔は、全て同一である必要はなく、部分的に異なっていてもよい。
The matrix shape refers to a state in which the
以上のような機能部86が一対の保護フィルム87で挟まれている。これにより、機能部86を保護し、第1感圧センサー81の耐久性を高めることができる。
The
保護フィルム87としては、例えば、ポリイミドフィルムのような樹脂フィルムが挙げられる。
Examples of the
なお、前述したような第1感圧センサー81は、従来の力覚センサー等に比べて、厚さを薄くすることが可能である。第1感圧センサー81の厚さは、特に限定されないが、好ましくは1.0mm以下とされ、より好ましくは0.5mm以下とされ、さらに好ましくは0.3mm以下とされる。このような薄い第1感圧センサー81を用いることにより、ハンド17の小型化を容易に図ることができる。
The thickness of the
以上のように、本実施形態に係るハンド17は、基体であるベース90と、X軸方向(第1方向)を開閉方向D1とする把持部172と、ベース90と把持部172との間に設けられ、X軸方向に交差するY軸方向(第2方向)に検出軸A1を有し、検出軸A1に直交する面内、すなわちXY面内において外圧の分布を検出する第1感圧センサー81と、有している。
As described above, the
換言すれば、第1感圧センサー81は、Z軸方向に延在する検出軸A1を有しており、その検出軸A1に直交する面内、すなわち感圧層84の層内において外圧の分布、つまり、外圧が印加されている位置と大きさとを検出することが可能なセンサーである。このような第1感圧センサー81を有するハンド17では、把持部172に作用する荷重を高精度に検出することができる。具体的には、後述するように、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向という異なる方向に作用する荷重を、第1感圧センサー81において検出することができる。しかも、この第1感圧センサー81は、指部94とベース90との間に介挿可能であって、省スペース化が可能なセンサーである。このため、ハンド17の小型化を図ることができる。
In other words, the first pressure-
また、第1感圧センサー81は、指部94とベース90の間に介挿され、指部94とともに開閉する。このため、把持部172の作動の状況によらず、把持部172に作用する荷重を検出することが可能である。
Further, the
なお、本実施形態に係る第1感圧センサー81の検出軸A1の延在方向はZ軸方向であるが、これに限定されない。つまり、把持部172の開閉方向D1と第1感圧センサー81の検出軸A1とは、互いに交差していればよく、その交差角度は特に限定されないが、本実施形態では直交している。そして、第1感圧センサー81は、検出軸A1に直交する面内において外圧の分布を検出可能なセンサーであれば、その構成は限定されない。
The extending direction of the detection axis A1 of the
また、前述したロボット1は、このような第1感圧センサー81を有するハンド17を備えている。このようなロボット1では、把持部172に作用する荷重を高精度に検出することができ、かつ、ハンド17の小型化が図られる。このため、小型でかつ作業効率に優れたロボット1を実現することができる。
Further, the robot 1 described above includes a
本実施形態に係る第1感圧センサー81は、前述したように、マトリックス状に配列されている個別電極83を備えるセンサーである。このような第1感圧センサー81によれば、個別電極83が配置されている上面80aの面内、すなわち検出軸A1に直交する面内において外圧が印加されている位置および大きさを求めることが可能になる。
As described above, the first pressure-
また、第1感圧センサー81の検出方式によっては、個別電極83の配列パターンは、マトリックス状以外のパターン、例えば格子状のパターンであってもよい。
Further, depending on the detection method of the first pressure
さらに、センサー基板80の上面80aおよび感圧層84に設けられている波型形状は、好ましくは周期性を有している。この周期は、例えば前述した予圧ねじ986の下面、すなわち予圧ねじ986の第1感圧センサー81に当接する面の大きさの2倍未満に設定されるのが好ましい。これにより、予圧ねじ986を介して第1感圧センサー81に印加される外圧の位置と大きさを検出することが可能になる。また、より好ましくは、前述した波型形状の周期は、より好ましくは1倍未満に設定される。これにより、より高い精度で外圧を検出することができる。
Further, the corrugated shape provided on the
以上のような第1感圧センサー81では、予圧ねじ986により、あらかじめ所定の圧力を付与しておく。これにより、第1感圧センサー81を検出軸A1に沿って圧縮する方向、すなわち−Z方向に外圧が印加された場合だけでなく、それとは反対の方向、すなわち+Z方向に外圧が印加された場合にも、外圧の変化を検出することができる。そして、第1感圧センサー81を検出軸A1に沿って引っ張る方向に荷重が印加された場合には、予圧ねじ986による予圧が解放されるため、それに基づいてその方向における外圧の変化も検出することができる。
In the
換言すれば、本実施形態に係る第1感圧センサー81は、個別電極83と感圧層84とを備え、感圧層84は、予圧が与えられた状態にあり、印加される外圧の増減を検出するセンサーであってもよい。このような第1感圧センサー81を用いることにより、感圧層84を検出軸A1に沿って圧縮する方向に印加される外圧であっても、その反対に検出軸A1に沿って引っ張る方向に印加される外圧であっても、双方を検出可能な第1感圧センサー81を実現することができる。その結果、第1感圧センサー81において検出可能な外圧の方向が増えることになり、より高精度な外圧の検出が可能になる。
In other words, the
図11ないし図14は、それぞれ図9および図10に示す第1感圧センサーが外圧を検出する原理を説明するための断面図である。 11 to 14 are cross-sectional views for explaining the principle that the first pressure-sensitive sensor shown in FIGS. 9 and 10, respectively, detects the external pressure.
図11に示すように、指部94に対して例えば+X側に押す荷重、すなわち図11に矢印X1で示す荷重を付与した場合、第1感圧センサー81には、指部94の角部941を支点として矢印M1で示すような回転力に基づいた外圧が印加される。この場合、第1感圧センサー81では、予圧ねじ986で予圧されている部分の近傍でX軸方向に並ぶ少なくとも2つのセンサー単位800において、−X側に位置するセンサー単位800と、+X側に位置するセンサー単位800との間で、検出される外圧の大きさに差が生じる。具体的には、−X側に位置するセンサー単位800で検出される外圧よりも、+X側に位置するセンサー単位800で検出される外圧の方が大きい領域が存在する。したがって、そのように外圧の大きさの差が生じている方向に基づいて、矢印X1で示す荷重の向きを検出することができる。また、検出される外圧の大きさに基づいて、矢印X1の荷重の大きさを検出することができる。
As shown in FIG. 11, when a load pushing the
なお、矢印X1で示すような荷重としては、例えばハンド17において対象物を把持した際に指部94が受ける反力等が挙げられる。したがって、かかる反力を検出することができれば、対象物の把持の有無、対象物の材質、ハンド17で把持されている対象物に付与された張力(テンション)等を検出することができる。
Examples of the load indicated by the arrow X1 include a reaction force received by the
図12に示すように、指部94に対して例えば−X側に引っ張る荷重、すなわち図12に矢印X2で示す荷重を付与した場合、第1感圧センサー81には、指部94の角部943を支点として矢印M2で示すような回転力に基づいた外圧が印加される。この場合、第1感圧センサー81では、予圧ねじ986で予圧されている部分の近傍でX軸方向に並ぶ少なくとも2つのセンサー単位800において、+X側に位置するセンサー単位800と、−X側に位置するセンサー単位800との間で、検出される外圧の大きさに差が生じる。具体的には、第1感圧センサー81では、+X側に位置するセンサー単位800で検出される外圧よりも、−X側に位置するセンサー単位800で検出される外圧の方が大きい領域が存在する。したがって、そのように外圧の大きさの差が生じている方向に基づいて、矢印X2で示す荷重の向きを検出することができる。また、検出される外圧の大きさに基づいて、矢印X2の荷重の大きさを検出することができる。
As shown in FIG. 12, when a load for pulling the
なお、矢印X2で示すような荷重としては、例えばハンド17の指部94により対象物を+X側に押す際に指部94が受ける反力等が挙げられる。
Examples of the load indicated by the arrow X2 include a reaction force received by the
図13に示すように、指部94に対して例えば−Z側に押す荷重、すなわち、図13に矢印Z1で示す荷重を付与した場合、第1感圧センサー81には、指部94には矢印T1で示すような並進力に基づいた外圧が印加される。この場合、第1感圧センサー81では、予圧ねじ986で予圧されている部分の近傍でX軸方向に並ぶ少なくとも2つのセンサー単位800において、−X側に位置するセンサー単位800と、+X側に位置するセンサー単位800との間で、検出される外圧の大きさにほとんど差が生じない。具体的には、−X側に位置するセンサー単位800で検出される外圧と、+X側に位置するセンサー単位800で検出される外圧とが、ほぼ等しい領域が存在する。したがって、そのように外圧の大きさの差がほとんどない場合には、Z軸方向の荷重を受けたことを検出することができる。そして、検出された外圧の大きさと、予圧ねじ986による予圧の大きさと、に基づいて、荷重の向きが+Z方向と−Z方向のいずれであるかを検出するとともに、荷重の大きさを検出することができる。
As shown in FIG. 13, when a load pushing the
なお、矢印Z1で示すような荷重としては、例えばハンド17を対象物に接触させるように作動させる際に指部94が対象物から受ける反力等が挙げられる。特にロボット1では、指部94を対象物等に直接接触させることにより、ロボット1が有する空間座標系のリセット、すなわちゼロ点補正を行うことがある。このような場合に、指部94を対象物等に直接接触させることができ、かつ、わずかな接触を行い得るようにハンド17を駆動させることができれば、ゼロ点補正の精度を高め、空間座標系の精度を高めることができる。本実施形態によれば、第1感圧センサー81の検出精度が高いことから、指部94が対象物等にわずかに触れたことを検出することができる。その結果、空間座標系の信頼性を高め、ロボット1の作業効率、作業精度の向上を図ることができる。
Examples of the load indicated by the arrow Z1 include a reaction force received by the
一方、矢印Z1で示す荷重とは反対向きの荷重の例としては、ハンド17で対象物を把持したとき、その対象物の重力が挙げられる。この場合、検出された重力から、対象物の重量を算出することが可能である。
On the other hand, as an example of the load in the direction opposite to the load indicated by the arrow Z1, when the object is gripped by the
図14に示すように、指部94には、それに対応して2つの第1感圧センサー81が設けられている。これら2つの第1感圧センサー81は、図14に示すように、Y軸方向に並んでいる。指部94に対して例えば+Y側に押す荷重、すなわち、図14に矢印Y1で示す荷重を付与した場合、2つの第1感圧センサー81には、それぞれ、矢印M3で示すような回転力に基づいた外圧が印加される。この場合、2つの第1感圧センサー81では、+Y側に位置する第1感圧センサー81と、−Y側に位置する第1感圧センサー81との間で、検出される外圧の大きさに差が生じる。具体的には、−Y側に位置する第1感圧センサー81で検出される外圧よりも、+Y側に位置する第1感圧センサー81で検出される外圧の方が大きくなる。したがって、そのように外圧の大きさの差が生じている方向に基づいて、矢印Y1で示す荷重の向きを検出することができる。また、検出される外圧の最大値またはその他の値に基づいて、矢印Y1の荷重の大きさを検出することができる。
As shown in FIG. 14, the
なお、矢印M3で示すような荷重としては、例えばハンド17で把持されている対象物に付与された張力等が挙げられる。
Examples of the load indicated by the arrow M3 include tension applied to the object held by the
また、本実施形態では、指部94に対応して2つの第1感圧センサー81を設けているが、この第1感圧センサー81は1つであってもよい。つまり、指部94、95に対応して1つずつの第1感圧センサー81を設けるようにしてもよい。この場合でも、Y軸方向における荷重の向きと大きさを検出することができる。
Further, in the present embodiment, two first pressure-
なお、本実施形態に係る把持部172は、前述したように、X軸方向(第1方向)およびZ軸方向(第2方向)の双方と異なるY軸方向(第4方向)に並ぶ複数の第1感圧センサー81を有している。Y軸方向に並ぶ第1感圧センサー81の数は、特に限定されないが、本実施形態では2つである。このように2つの第1感圧センサー81を設けることにより、各第1感圧センサー81において検出した荷重の位置および大きさの検出精度をより高めることができる。
As described above, the
具体的には、Y軸方向に2つの第1感圧センサー81を並べて設けることにより、複数の第1感圧センサー81で構成されたセンサー群を、1つのセンサーとしてみなすことが可能になる。そうすると、複数の第1感圧センサー81では、全体として、微小な荷重であっても、より大きな電流として検出することが可能になる。換言すれば、1つの第1感圧センサー81の面積を拡大したのと同じ効果が得られる。このため、1つの第1感圧センサー81のみで検出する場合に比べて、検出結果のS/N比を向上させることができ、より検出精度の高いハンド17を実現することができる。
Specifically, by arranging the two first pressure-
なお、Y軸方向に並ぶ第1感圧センサー81の数は、特に限定されず、3つ以上であってもよい。
The number of the first pressure-
また、複数の第1感圧センサー81が並ぶ方向、すなわち第4方向は、X軸方向およびZ軸方向の双方とは異なる方向であれば、本実施形態のY軸方向に限定されず、それ以外の方向であってもよい。
Further, the direction in which the plurality of first pressure-
さらに、ハンド17が有する把持部172の構成は、前述したような指部94と指部95とが互いに接近、離間する構成に限定されず、例えば関節を持つ指部同士が、関節での回転によって互いに接近、離間する構成であってもよい。この場合、指部の先端は、関節を中心とする円弧を描くことになる。したがって、この場合、把持部の開閉方向は、一方の指部の先端が描く円弧および他方の指部の先端が描く円弧の双方に共通して接する接線が延在する方向となる。よって、このような把持部を備えたハンドにおいては、この接線の延在方向(第1方向)に交差する第2方向に検出軸A1を有するように、第1感圧センサー81を配置すればよい。
Further, the configuration of the
<第3実施形態>
次に、第3実施形態に係るハンドについて説明する。
<Third Embodiment>
Next, the hand according to the third embodiment will be described.
図15は、第3実施形態に係るハンドを示す断面図である。以下、第3実施形態について説明するが、以下の説明では、前記実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。 FIG. 15 is a cross-sectional view showing a hand according to the third embodiment. Hereinafter, the third embodiment will be described, but in the following description, the differences from the above-described embodiment will be mainly described, and the description of the same matters will be omitted.
本実施形態は、ハンド17が第2感圧センサー82を有している以外、第2実施形態と同様である。
This embodiment is the same as that of the second embodiment except that the
すなわち、図15に示すハンド17は、前述したように、X軸方向(第1方向)とは異なるZ軸方向(第3方向)に延在する指部94、95を備えている。そして、指部94の先端部944および指部95の先端部954にそれぞれ設けられた第2感圧センサー82をさらに有している。具体的には、指部94の先端部944は、Z軸方向に延在している。また、先端部944は、X軸方向にほぼ直交する先端面944aを有している。この先端面944aに第2感圧センサー82が配置されている。同様に、先端部954も、Z軸方向に延在している。そして、先端部954も、X軸方向にほぼ直交する先端面954aを有している。この先端面954aにも第2感圧センサー82が配置されている。
That is, as described above, the
このような本実施形態によれば、第2感圧センサー82を対象物Wに対して直接接触させることができる。そして、第1感圧センサー81による検出結果のみならず、第2感圧センサー82による検出結果も併せて、指部94に作用する荷重に基づく外圧を検出することができる。これにより、例えば第2感圧センサー82の検出結果を利用して、第1感圧センサー81の検出結果を補正したり、第1感圧センサー81および第2感圧センサー82の双方の健全性を互いに評価したりすることができる。すなわち、第1感圧センサー81の検出結果が意図しない結果であった場合、それが真の値であるとみなすことができるのか、または、何らかの原因で真の値から外れているのかを、例えばハンド17が備える図示しない演算装置において評価することができる。その結果、真の値であるとみなせる場合には、第1感圧センサー81の検出結果または第2感圧センサー82の検出結果を採用して別の作業を行うようにすればよい。また、真の値であるとみなせない場合には、エラーまたは注意を報知することにより、修理等の作業を迅速に開始することができる。
According to this embodiment, the
第2感圧センサー82の検出方式としては、例えば静電容量方式、電気抵抗方式等が挙げられる。
Examples of the detection method of the second pressure-
また、第1感圧センサー81は、検出軸A1に直交する面内において外圧の分布を検出することができるが、第2感圧センサー82も、この外圧の分布を検出することができるものが好ましい。これにより、第2感圧センサー82においても、印加されている外圧の位置と大きさを検出することができるので、第1感圧センサー81の検出結果も併せて考慮することにより、ハンド17に作用する荷重の検出をさらに高精度に行うことができる。
以上のような第3実施形態においても、第2実施形態と同様の効果が得られる。
Further, the
In the third embodiment as described above, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.
以上、本発明のハンドおよびロボットを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、前記実施形態には、他の任意の構成物が付加されていてもよい。さらに、2つの前記実施形態を組み合わせるようにしてもよい。 Although the hand and the robot of the present invention have been described above based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is replaced with an arbitrary configuration having the same function. can do. In addition, any other constituent may be added to the embodiment. Further, the two embodiments may be combined.
1…ロボット、10…ロボットアーム、11…アーム、12…アーム、13…アーム、14…アーム、15…アーム、16…アーム、17…ハンド、50…制御装置、51…制御部、52…記憶部、53…I/F、80…センサー基板、80a…上面、81…第1感圧センサー、82…第2感圧センサー、83…個別電極、84…感圧層、85…共通電極、86…機能部、87…保護フィルム、90…ベース、91…スライダー、92…スライダー、94…指部、95…指部、96…モーター、97…モーター、110…基台、130…駆動部、131…角度センサー、170…駆動部、171…本体、172…把持部、800…センサー単位、941…角部、942…基端部、943…角部、944…先端部、944a…先端面、954…先端部、954a…先端面、982…センサーベース、984…センサー蓋、985…ねじ、986…予圧ねじ、9822…ベース基部、9824…ベース突出部、9842…蓋基部、9844…蓋突出部、A1…検出軸、D1…開閉方向、M1…矢印、M2…矢印、M3…矢印、SG…スライドガイド、T1…矢印、W…対象物、X1…矢印、X2…矢印、Y1…矢印、Z1…矢印 1 ... Robot, 10 ... Robot arm, 11 ... Arm, 12 ... Arm, 13 ... Arm, 14 ... Arm, 15 ... Arm, 16 ... Arm, 17 ... Hand, 50 ... Control device, 51 ... Control unit, 52 ... Memory Part, 53 ... I / F, 80 ... Sensor substrate, 80a ... Top surface, 81 ... First pressure sensor, 82 ... Second pressure sensor, 83 ... Individual electrode, 84 ... Pressure sensitive layer, 85 ... Common electrode, 86 ... Functional unit, 87 ... Protective film, 90 ... Base, 91 ... Slider, 92 ... Slider, 94 ... Finger part, 95 ... Finger part, 96 ... Motor, 97 ... Motor, 110 ... Base, 130 ... Drive unit, 131 ... Angle sensor, 170 ... Drive unit, 171 ... Main body, 172 ... Grip part, 800 ... Sensor unit, 941 ... Corner part, 942 ... Base end part, 943 ... Corner part, 944 ... Tip part, 944a ... Tip surface, 954 ... tip, 954a ... tip surface, 982 ... sensor base, 984 ... sensor lid, 985 ... screw, 986 ... preload screw, 9822 ... base base, 9824 ... base protrusion, 9842 ... lid base, 9844 ... lid protrusion, A1 ... detection axis, D1 ... opening / closing direction, M1 ... arrow, M2 ... arrow, M3 ... arrow, SG ... slide guide, T1 ... arrow, W ... object, X1 ... arrow, X2 ... arrow, Y1 ... arrow, Z1 ... Arrow
Claims (6)
第1方向に開閉する把持部と、
前記基体と前記把持部との間に設けられ、前記第1方向に交差する第2方向に検出軸を有し、前記検出軸に直交する面内において外圧の分布を検出する第1感圧センサーと、
を有することを特徴とするハンド。 With the substrate
A grip that opens and closes in the first direction,
A first pressure-sensitive sensor provided between the substrate and the grip portion, having a detection axis in a second direction intersecting the first direction, and detecting the distribution of external pressure in a plane orthogonal to the detection axis. When,
A hand characterized by having.
電極と感圧層とを備え、
前記感圧層は、予圧が与えられた状態にあり、
印加される外圧の増減を検出するセンサーである請求項1に記載のハンド。 The first pressure sensor is
Equipped with electrodes and pressure sensitive layer,
The pressure sensitive layer is in a preloaded state and is in a state of being preloaded.
The hand according to claim 1, which is a sensor that detects an increase or decrease in the applied external pressure.
前記指部の先端部に設けられている第2感圧センサーをさらに有する請求項1ないし3のいずれか1項に記載のハンド。 The grip portion includes a finger portion extending in a third direction different from the first direction.
The hand according to any one of claims 1 to 3, further comprising a second pressure sensor provided at the tip of the finger.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019029494A JP2020131378A (en) | 2019-02-21 | 2019-02-21 | Hand and robot |
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ID=72277308
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Country | Link |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023171126A1 (en) * | 2022-03-07 | 2023-09-14 | ソニーグループ株式会社 | Robot device and sensor device |
WO2023200011A1 (en) * | 2022-04-15 | 2023-10-19 | 川崎重工業株式会社 | Remote control system, robot remote control method, and remote control program |
-
2019
- 2019-02-21 JP JP2019029494A patent/JP2020131378A/en active Pending
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WO2023200011A1 (en) * | 2022-04-15 | 2023-10-19 | 川崎重工業株式会社 | Remote control system, robot remote control method, and remote control program |
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