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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023163990
(43)【公開日】2023-11-10
(54)【発明の名称】ロボットハンド
(51)【国際特許分類】
B25J 15/08 20060101AFI20231102BHJP
B25J 15/10 20060101ALI20231102BHJP
【ＦＩ】
B25J15/08 W
B25J15/10
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022075259
(22)【出願日】2022-04-28
(71)【出願人】
【識別番号】000191009
【氏名又は名称】新東工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】田名網 克周
(72)【発明者】
【氏名】林 美由希
(72)【発明者】
【氏名】小河路 隆裕
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707AS07
3C707DS01
3C707ES03
3C707ES04
3C707ET02
3C707EV02
3C707KS34
3C707KV06
3C707KW03
3C707KX08
3C707LV10
3C707LV17
3C707MS30
(57)【要約】
【課題】複数の爪部材による把持力を検出することができると共に、爪部材のサイズを変更する自由度を大きくすることができるロボットハンドを提供する。
【解決手段】被把持部材（２１）を把持する複数の爪部材（６Ａ～６Ｃ）と、複数の爪部材（６Ａ～６Ｃ）の一端部を揺動可能に保持する支持部材（５）と、複数の爪部材（６Ａ～６Ｃ）を駆動するアクチュエータ（３）と、複数の爪部材（６Ａ～６Ｃ）のそれぞれに設けられて、被把持部材（２１）を把持した際の爪部材（６Ａ～６Ｃ）の変形量を検出する複数のセンサと、を備えるように構成する。
【選択図】図１
【解決手段】被把持部材（２１）を把持する複数の爪部材（６Ａ～６Ｃ）と、複数の爪部材（６Ａ～６Ｃ）の一端部を揺動可能に保持する支持部材（５）と、複数の爪部材（６Ａ～６Ｃ）を駆動するアクチュエータ（３）と、複数の爪部材（６Ａ～６Ｃ）のそれぞれに設けられて、被把持部材（２１）を把持した際の爪部材（６Ａ～６Ｃ）の変形量を検出する複数のセンサと、を備えるように構成する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被把持部材を把持する複数の爪部材と、
複数の前記爪部材の一端部を揺動可能に保持する支持部材と、
複数の前記爪部材を駆動するアクチュエータと、
複数の前記爪部材のそれぞれに設けられて、前記被把持部材を把持した際の前記爪部材の変形量を検出する複数のセンサと、を備えた、
ことを特徴とするロボットハンド。
複数の前記爪部材の一端部を揺動可能に保持する支持部材と、
複数の前記爪部材を駆動するアクチュエータと、
複数の前記爪部材のそれぞれに設けられて、前記被把持部材を把持した際の前記爪部材の変形量を検出する複数のセンサと、を備えた、
ことを特徴とするロボットハンド。
【請求項2】
前記センサは、
前記爪部材の揺動方向における一方の面に配置されて、前記爪部材の長手方向の変形量を検出し、
前記爪部材は、
前記爪部材の揺動方向における他方の面に、前記爪部材の長手方向に対して直交する方向に沿って全幅に亘って形成された溝状の応力集中部を有し、
前記応力集中部は、前記センサに対向する位置に設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
前記爪部材の揺動方向における一方の面に配置されて、前記爪部材の長手方向の変形量を検出し、
前記爪部材は、
前記爪部材の揺動方向における他方の面に、前記爪部材の長手方向に対して直交する方向に沿って全幅に亘って形成された溝状の応力集中部を有し、
前記応力集中部は、前記センサに対向する位置に設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項3】
前記センサは、
前記爪部材の揺動方向外側の面に配置されている、
ことを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
前記爪部材の揺動方向外側の面に配置されている、
ことを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
【請求項4】
前記センサは、前記爪部材の長手方向に対して直交する方向の幅よりも狭い幅を有するピエゾ式センサを含むことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロボットハンドに関する。
【背景技術】
【0002】
下記特許文献１には、ハウジング内に収容されている直動アクチュエータにより、２本の爪の先端部を開閉動作させる構造のロボットハンドが記載されている。直動アクチュエータにより駆動される２本の直動軸は、ハウジングの側面に形成されている導出穴を介して外部に導出される。爪は、基部がハウジングの外部で直動軸に固定されており、ハウジングの導出穴と直動軸の間にはシール部材が介在している。
【0003】
そして、２本の直動軸にそれぞれの爪の基部が固定されている部位は、２本の爪の先端部を間に挟む位置にある。また、導出穴の少なくとも一方は、爪の先端部よりも下方に設けられている。従って、２本の直動軸にそれぞれの爪の基部が固定されている部位は、２本の爪の先端部を間に挟む位置にあるので、サイズがハウジングの側方寸法よりも小さいワークであっても、先端部によって容易に把持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－１７５５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
このようなロボットハンドでは、小さいワークであっても、２本の爪の先端部で把持できるが、ワークを把持する把持力を検出することができない。そのため、把持する力加減によっては、ワークを傷つけてしまう可能性がある。一方、２本の爪の先端に触覚センサを装着して把持力を検出することができるが、触覚センサのサイズに爪のサイズが依存してしまい、爪を細くするなど、爪のサイズを自由に変更することが難しくなる。
【0006】
本発明の一態様は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、複数の爪部材による把持力を検出することができると共に、爪部材のサイズを変更する自由度を大きくすることができるロボットハンドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るロボットハンドは、複数の爪部材と、支持部材と、アクチュエータと、複数のセンサと、を備えている。複数の爪部材は、被把持部材を把持する。支持部材は、複数の前記爪部材の一端部を揺動可能に保持する。アクチュエータは、複数の前記爪部材を駆動する。複数のセンサは、複数の前記爪部材のそれぞれに設けられて、前記被把持部材を把持した際の前記爪部材の変形量を検出する。
【発明の効果】
【0008】
本発明の一態様によれば、複数の爪部材による把持力を検出することができると共に、爪部材のサイズを変更する自由度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施形態１に係るロボットハンドの構成の一例を示す斜視図である。
【図6】本発明の実施形態２に係るロボットハンドの構成の一例を示す斜視図である。
【図7】本発明の実施形態３に係るロボットハンドの構成の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明を具体化した実施形態１乃至実施形態３について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。
【0011】
〔実施形態１〕
本発明の実施形態１に係るロボットハンド１について図１～図５を参照しつつ説明する。先ず、ロボットハンド１の概略構成について図１及び図２に基づいて説明する。図１は、実施形態１に係るロボットハンド１の構成の一例を示す斜視図である。図２は、爪部材６Ａの一例を示す側面図である。
本発明の実施形態１に係るロボットハンド１について図１～図５を参照しつつ説明する。先ず、ロボットハンド１の概略構成について図１及び図２に基づいて説明する。図１は、実施形態１に係るロボットハンド１の構成の一例を示す斜視図である。図２は、爪部材６Ａの一例を示す側面図である。
【0012】
［概略構成］
図１には、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向を示している。従って、Ｘ軸方向とＹ軸方向は、Ｚ軸方向を法線とする平面を構成する２つの直交する方向である。Ｚ軸方向はロボットハンド１の中心軸Ｐ１と平行な方向であって、ロボットハンド１の先端から基端部側への方向をＺ軸正方向とする。
図１には、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向を示している。従って、Ｘ軸方向とＹ軸方向は、Ｚ軸方向を法線とする平面を構成する２つの直交する方向である。Ｚ軸方向はロボットハンド１の中心軸Ｐ１と平行な方向であって、ロボットハンド１の先端から基端部側への方向をＺ軸正方向とする。
【0013】
図１に示すように、ロボットハンド１は、アクチュエータ３と、支持部材５と、爪部材６Ａ～６Ｃと、を含んでいる。アクチュエータ３は、爪部材６Ａ～６Ｃを開閉するための駆動源であり、例えば、ステッピングモータであるが、これに限定されない。例えば、アクチュエータ３は、サーボモータ、空圧式または油圧式のシリンダ等で構成されてもよい。図１では、アクチュエータ３の図示を簡略化している。
【0014】
支持部材５は、アクチュエータ３の先端部に取り付けられている。また、支持部材５の外周面の先端側には、断面矩形状の３つの溝部５Ａ、５Ｂ、５Ｃが、Ｚ軸方向に沿って形成されている。溝部５Ａ～５Ｃは、Ｚ軸に平行な中心軸Ｐ１を中心とした等角度間隔、すなわち、１２０度間隔で半径方向内側へ窪むように形成されている。溝部５Ａ～５Ｃは、支持部材５の外周面の先端からＺ軸方向の略中央部まで延びるように形成されている。
【0015】
溝部５Ａ～５Ｃの周方向の幅は、同一に形成されて、各爪部材６Ａ～６Ｃの幅よりも広くなるように形成されている。また、支持部材５の先端面の中央部には、中心軸Ｐ１が通過するように開口５Ｅが形成されている。開口５Ｅには、例えばカメラ等を実装することができる。
【0016】
各爪部材６Ａ～６Ｃの一端側（図１中、Ｚ軸正方向の先端部）は、支持部材５の各溝部５Ａ～５Ｃの奥側において揺動可能に支持されている。従って、爪部材６Ａ～６Ｃは、Ｚ軸に平行な中心軸Ｐ１を中心とした等角度間隔、すなわち、１２０度間隔で配置されている。各爪部材６Ａ～６Ｃは、同一の部材であるが、説明の便宜上異なる符号を付している。また、各爪部材６Ａ～６Ｃの材質は、アルミニウム、ステンレス等の金属や合成樹脂等、適宜選択される。
【0017】
図１及び図２に示すように、各爪部材６Ａ～６Ｃは、横断面が略矩形状で、側面形状が略弓形の細長形状に形成されている。各爪部材６Ａ～６Ｃは、揺動可能に支持される基部１１と、中間部１２と、先端部１３とからなる。基部１１には、不図示の支持軸が摺動不能に嵌合される貫通孔１１Ａが形成されている。従って、各爪部材６Ａ～６Ｃは、アクチュエータ３を介して、貫通孔１１Ａに嵌合された不図示の支持軸回りに揺動される。
【0018】
また、図２に示すように、中間部１２は、基部１１から爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の略中央部まで、略水平に延びている。続いて、中間部１２は、爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の略中央部から先端部まで、揺動方向（図２中、矢印８方向）の内側へ斜めに延びている。従って、中間部１２は、爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の略中央部で、揺動方向外側へ突出するように曲がっている。そして、先端部１３は、再度、中間部１２の先端から基部１１に対して略平行に延びている。
【0019】
また、中間部１２の揺動方向内側の面には、爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の略中央部において、断面略半円形の溝１５が、爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向に対して直交する方向に沿って全幅に亘って形成されている。溝１５の最大深さは、爪部材６Ａ～６Ｃの厚さの約半分に設定されていてもよい。溝１５の断面形状は、略半円形に限定されない。溝１５の断面形状は、例えば略円弧状、略矩形状等でもよい。溝１５は、溝状の応力集中部の一例として機能する。
【0020】
爪部材６Ａ～６Ｃには、爪部材６Ａ～６Ｃの変形量を検出するセンサが設けられている。本実施形態１では、図１及び図２に示すように、中間部１２の揺動方向外側の面には、爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の略中央部において、所定長さの公知のピエゾ式線状センサ１８（特開２０２１－１７００３２号公報参照）が、爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向に沿って接着等により固定されている。ピエゾ式線状センサ１８は、ピエゾ式センサの一例であり、線状であることは必須ではない。ピエゾ式線状センサ１８は、爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向に対して直交する方向において、爪部材６Ａ～６Ｃの幅よりも狭い幅を有する。
【0021】
ピエゾ式線状センサ１８は、爪部材６Ａ～６Ｃの幅方向の略中央部において、爪部材６Ａ～６Ｃの幅方向に対して直交するように固定されている。また、ピエゾ式線状センサ１８は、略中央部が溝１５の幅方向中央部、つまり、溝１５の底面部に対向するように固定されるのが好ましい。
【0022】
ピエゾ式線状センサ１８は、例えば、内部導体と外部導体との間にピエゾ材料が配置された線状センサである。そして、ピエゾ式線状センサ１８に外部から力が加わったときに、ピエゾ材料の変形に応じた内部導体と外部導体との間に電圧が誘起される。その結果、ピエゾ式線状センサ１８の内部導体と外部導体との間に誘起された電圧を計測することによって、爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の変形量を検出することができる。
【0023】
例えば、図３に示すように、ロボットハンド１により丸軸状の被把持部材２１を爪部材６Ａ～６Ｃによって把持する。この場合には、各爪部材６Ａ～６Ｃに取り付けられたピエゾ式線状センサ１８の内部導体と外部導体との間に誘起された電圧を計測することによって、各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の変形量を検出することができる。
【0024】
そして、各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の変形量から、各爪部材６Ａ～６Ｃの先端部が被把持部材２１を押さえる力を算出することによって、３つの爪部材６Ａ～６Ｃによる被把持部材２１の把持力（保持力）を検出することができる。その結果、ロボットハンド１の被把持部材２１を把持する把持力を調整して、被把持部材２１を傷つけることを防ぐことが可能となる。
【0025】
また、図３に示すように、爪部材６Ａ～６Ｃによって丸軸状の被把持部材２１を把持した状態で、ロボットハンド１をＺ軸負方向（図３中、下方向）に移動させる。そして、爪部材６Ａ～６Ｃによって把持された被把持部材２１が被取付部材２３に形成された貫通孔２５の周縁部に接触した場合には、ロボットハンド１は、被把持部材２１を介して外力Ｆ１を受ける。また、３つの爪部材６Ａ～６Ｃは、中心軸Ｐ１回りに１２０度間隔で配置されている。
【0026】
その結果、各爪部材６Ａ～６Ｃに取り付けられたピエゾ式線状センサ１８の内部導体と外部導体との間に誘起された電圧を計測することによって、外力Ｆ１によって発生した各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の変形量を検出することができる。そして、各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の変形量から、被把持部材２１を介してロボットハンド１に作用するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとを算出することができる。
【0027】
［嵌合作業］
次に、上記のように構成されたロボットハンド１及びロボットアームを制御する不図示のコントローラが実行する嵌合作業の一例について図３～図５に基づいて説明する。不図示のロボットアームは、垂直多関節型ロボットアームを用いる。ロボットハンド１は、ロボットアームの先端に取り付けられている。図３は、コントローラが実行する嵌合作業の第１工程を説明する図である。図４は、コントローラが実行する嵌合作業の第２工程を説明する図である。図５は、コントローラが実行する嵌合作業の第３工程を説明する図である。尚、図３～図５において、爪部材６Ａを図示していない。
次に、上記のように構成されたロボットハンド１及びロボットアームを制御する不図示のコントローラが実行する嵌合作業の一例について図３～図５に基づいて説明する。不図示のロボットアームは、垂直多関節型ロボットアームを用いる。ロボットハンド１は、ロボットアームの先端に取り付けられている。図３は、コントローラが実行する嵌合作業の第１工程を説明する図である。図４は、コントローラが実行する嵌合作業の第２工程を説明する図である。図５は、コントローラが実行する嵌合作業の第３工程を説明する図である。尚、図３～図５において、爪部材６Ａを図示していない。
【0028】
［第１工程］
図３に示すように、不図示のコントローラが実行する嵌合作業は、丸軸状の被把持部材２１を板状の被取付部材２３に形成された貫通孔２５に嵌め込む嵌合作業である。不図示のコントローラは、先ず、ロボットハンド１の爪部材６Ａ～６Ｃによって丸軸状の被把持部材２１の一端を把持する。そして、コントローラは、被把持部材２１を貫通孔２５のＺ軸正方向側（図３中、上側）へ移動させる。
図３に示すように、不図示のコントローラが実行する嵌合作業は、丸軸状の被把持部材２１を板状の被取付部材２３に形成された貫通孔２５に嵌め込む嵌合作業である。不図示のコントローラは、先ず、ロボットハンド１の爪部材６Ａ～６Ｃによって丸軸状の被把持部材２１の一端を把持する。そして、コントローラは、被把持部材２１を貫通孔２５のＺ軸正方向側（図３中、上側）へ移動させる。
【0029】
この際、被把持部材２１と貫通孔２５の位置合わせは、画像認識や事前の教示操作を利用することにより行う。被把持部材２１と貫通孔２５との間には、被把持部材２１の供給位置のばらつきや画像認識の誤差により、位置や姿勢のずれが生じていることがある。すなわち、被把持部材２１と貫通孔２５は、必ずしも互いに正対しているとは限らない。
【0030】
続いて、不図示のコントローラは、不図示のロボットアームを動かして、ロボットハンド１をＺ軸負方向（図３中、下方向）へ移動させて、被把持部材２１を貫通孔２５に向かって略一定の力で押し付ける。そして、被把持部材２１が貫通孔２５の端縁と接触することにより、被把持部材２１と被取付部材２３との間に力Ｆ１が発生して、被把持部材２１を介して各爪部材６Ａ～６Ｃが、外力Ｆ１を受ける。
【0031】
その結果、不図示のコントローラは、各爪部材６Ａ～６Ｃに取り付けられたピエゾ式線状センサ１８に誘起された電圧を計測することにより、外力Ｆ１によって発生した各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の変形量を検出する。そして、不図示のコントローラは、各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の変形量から、被把持部材２１を介してロボットハンド１に作用するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとを算出する。
【0032】
また、不図示のコントローラは、外力Ｆ１によって発生した各爪部材６Ａ～６Ｃのいずれかの長手方向の変形量を検出した場合、不図時のロボットアームの動作を停止させる。そして、不図示のコントローラは、不図示のロボットアームを動かして、ロボットハンド１をＺ軸正方向（図３中、上方向）へ所定距離、例えば、５ｍｍ程度移動させ、被把持部材２１と貫通孔２５とを離間させる。
【0033】
［第２工程］
次に、不図示のコントローラは、ロボットハンド１に作用するＸ軸とＹ軸の２軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹをそれぞれゼロに近づけるＸ軸方向とＹ軸方向へ所定距離Ｌ１（例えば、０．２ｍｍ）ずつロボットハンド１を移動させる。また、不図示のコントローラは、ロボットハンド１に作用するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺをそれぞれゼロに近づけるＸ軸回り方向とＹ軸回り方向とＺ軸回り方向へ所定角度θ１（例えば、０．３度）ずつロボットハンド１を回転させる。
次に、不図示のコントローラは、ロボットハンド１に作用するＸ軸とＹ軸の２軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹをそれぞれゼロに近づけるＸ軸方向とＹ軸方向へ所定距離Ｌ１（例えば、０．２ｍｍ）ずつロボットハンド１を移動させる。また、不図示のコントローラは、ロボットハンド１に作用するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺをそれぞれゼロに近づけるＸ軸回り方向とＹ軸回り方向とＺ軸回り方向へ所定角度θ１（例えば、０．３度）ずつロボットハンド１を回転させる。
【0034】
そして、図４に示すように、不図示のコントローラは、不図示のロボットアームを動かして、ロボットハンド１をＺ軸負方向（図４中、下方向）へ移動させて、被把持部材２１を貫通孔２５に向かって略一定の力で押し付ける。そして、被把持部材２１が貫通孔２５の端縁と接触することにより、被把持部材２１と被取付部材２３との間に力Ｆ２が発生して、被把持部材２１を介して各爪部材６Ａ～６Ｃが、外力Ｆ２を受ける。
【0035】
その結果、不図示のコントローラは、各爪部材６Ａ～６Ｃに取り付けられたピエゾ式線状センサ１８に誘起された電圧を計測することにより、外力Ｆ２によって発生した各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の変形量を検出する。そして、不図示のコントローラは、各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の変形量から、被把持部材２１を介してロボットハンド１に作用するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとを算出する。
【0036】
また、不図示のコントローラは、外力Ｆ２によって発生した各爪部材６Ａ～６Ｃのいずれかの長手方向の変形量を検出した場合、不図時のロボットアームの動作を停止させる。そして、不図示のコントローラは、不図示のロボットアームを動かして、ロボットハンド１をＺ軸正方向（図４中、上方向）へ所定距離、例えば、５ｍｍ程度移動させ、被把持部材２１と貫通孔２５とを離間させる。
【0037】
［第３工程］
次に、不図示のコントローラは、ロボットハンド１に作用するＸ軸とＹ軸の２軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹをそれぞれゼロに近づけるＸ軸方向とＹ軸方向へ所定距離Ｌ１の１／２の距離（例えば、０．１ｍｍ）ずつロボットハンド１を移動させる。また、不図示のコントローラは、ロボットハンド１に作用するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺをそれぞれゼロに近づけるＸ軸回り方向とＹ軸回り方向とＺ軸回り方向へ所定角度θ１の１／２の角度（例えば、０．１５度）ずつロボットハンド１を回転させる。
次に、不図示のコントローラは、ロボットハンド１に作用するＸ軸とＹ軸の２軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹをそれぞれゼロに近づけるＸ軸方向とＹ軸方向へ所定距離Ｌ１の１／２の距離（例えば、０．１ｍｍ）ずつロボットハンド１を移動させる。また、不図示のコントローラは、ロボットハンド１に作用するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺをそれぞれゼロに近づけるＸ軸回り方向とＹ軸回り方向とＺ軸回り方向へ所定角度θ１の１／２の角度（例えば、０．１５度）ずつロボットハンド１を回転させる。
【0038】
そして、図５に示すように、不図示のコントローラは、不図示のロボットアームを動かして、ロボットハンド１をＺ軸負方向（図５中、下方向）へ移動させて、被把持部材２１を貫通孔２５に向かって略一定の力で押し付ける。また、不図示のコントローラは、各爪部材６Ａ～６Ｃに取り付けられたピエゾ式線状センサ１８に誘起された電圧を計測する。
【0039】
そして、被把持部材２１が貫通孔２５の端縁と接触しないで進入した場合は、不図示のコントローラは、丸軸状の被把持部材２１を貫通孔２５に押し込む。つまり、各爪部材６Ａ～６Ｃに取り付けられたピエゾ式線状センサ１８に誘起された電圧が増加しない場合は、不図示のコントローラは、丸軸状の被把持部材２１を貫通孔２５に押し込み、嵌合作業を終了する。
【0040】
以上詳細に説明した通り、実施形態１に係るロボットハンド１では、各爪部材６Ａ～６Ｃの揺動方向外側の面にピエゾ式線状センサ１８を長手方向に沿って接着等によって固定する。これにより、各爪部材６Ａ～６Ｃに取り付けられたピエゾ式線状センサ１８に誘起された電圧を計測することによって、外力Ｆによって発生した各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の変形量を検出することができる。
【0041】
従って、各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の変形量から、各爪部材６Ａ～６Ｃの先端部が被把持部材２１を押さえる力を算出することによって、３つの爪部材６Ａ～６Ｃによる被把持部材２１の把持力（保持力）を検出することができる。その結果、ロボットハンド１の被把持部材２１を把持する把持力を調整して、被把持部材２１を傷つけることを防ぐことが可能となる。
【0042】
また、各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の変形量から、被把持部材２１を介してロボットハンド１に作用するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとを算出することができる。その結果、ロボットハンド１を用いて軸状の被把持部材２１を貫通孔２５に嵌め込む等の嵌合作業を行うことができる。
【0043】
また、各爪部材６Ａ～６Ｃの揺動方向内側の面において、ピエゾ式線状センサ１８の略中央部に対向する位置に、断面略半円形の溝１５が、爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向に対して直交する方向に沿って全幅に亘って形成されている。これにより、爪部材６Ａ～６Ｃによって被把持部材２１を把持した際に、爪部材６Ａ～６Ｃのピエゾ式線状センサ１８が配置された位置での長手方向における変形量を溝１５によって増大させることができる。その結果、ピエゾ式線状センサ１８のセンサ出力を大きくすることができ、爪部材６Ａ～６Ｃの変形量の検出精度を向上させることができる。
【0044】
また、ピエゾ式線状センサ１８は、各爪部材６Ａ～６Ｃの揺動方向外側の面に配置されている。これにより、ロボットハンド１を分解することなく、ピエゾ式線状センサ１８の取り換え作業等を迅速に行うことができる。尚、ピエゾ式線状センサ１８を各爪部材６Ａ～６Ｃの揺動方向内側の面に配置し、溝１５を各爪部材６Ａ～６Ｃの揺動方向外側の面に設けるようにしてもよい。
【0045】
また、ピエゾ式線状センサ１８は、細径化することが可能なため、爪部材６Ａ～６Ｃを細くする等、爪部材６Ａ～６Ｃのサイズを変更する自由度を大きくすることができる。その結果、爪部材６Ａ～６Ｃが細くても、ピエゾ式線状センサ１８によって、被把持部材２１を把持した際の各爪部材６Ａ～６Ｃの変形量を検出することができる。
【0046】
【0047】
図６に示すように、ロボットハンド３１は、実施形態１に係るロボットハンド１とほぼ同じ構成である。但し、支持部材５の外周面に溝部５Ｃが形成されていない。また、支持部材５の外周面の先端側には、断面矩形状の２つの溝部５Ａ、５Ｂが、Ｚ軸に平行な中心軸Ｐ１に対して対称な位置、すなわち、１８０度間隔で半径方向内側へ窪むように形成されている。また、支持部材５の先端面の中央部には、中心軸Ｐ１が通過するように開口５Ｅが形成されている。開口５Ｅには、例えばカメラ等を実装することができる。
【0048】
各爪部材６Ａ、６Ｂの一端側（図６中、Ｚ軸正方向の先端部）は、支持部材５の各溝部５Ａ、５Ｂの奥側において揺動可能に支持されている。つまり、爪部材６Ａ、６Ｂは、Ｚ軸に平行な中心軸Ｐ１に対して対称な位置、すなわち、１８０度間隔でＸ軸方向に相対向して配置されている。従って、２つの爪部材６Ａ、６Ｂは、アクチュエータ３を介して、Ｘ軸方向に揺動駆動されて開閉される。各爪部材６Ａ、６Ｂは、同一の部材である。また、各爪部材６Ａ、６Ｂの材質は、アルミニウム、ステンレス等の金属や合成樹脂等、適宜選択される。また、各爪部材６Ａ、６Ｂの長手方向の略中央部には、揺動方向外側の面にピエゾ式線状センサ１８が長手方向に沿って接着等により固定されている。
【0049】
上記のように構成されたロボットハンド３１では、アクチュエータ３を介して、丸軸状の被把持部材２１（図３参照）を２つの爪部材６Ａ、６Ｂによって把持する。この場合には、各爪部材６Ａ、６Ｂに取り付けられたピエゾ式線状センサ１８の内部導体と外部導体との間に誘起された電圧を計測することによって、各爪部材６Ａ、６Ｂの長手方向の変形量を検出することができる。
【0050】
そして、各爪部材６Ａ、６Ｂの長手方向の変形量から、各爪部材６Ａ、６Ｂの先端部が被把持部材２１を押さえる力を算出することによって、２つの爪部材６Ａ、６Ｂによる被把持部材２１の把持力（保持力）を検出することができる。その結果、ロボットハンド３１の被把持部材２１を把持する把持力を調整して、被把持部材２１を傷つけることを防ぐことが可能となる。
【0051】
また、図３に示す上記実施形態１に係るロボットハンド１と同様に、２つの爪部材６Ａ、６Ｂによって丸軸状の被把持部材２１を把持した状態で、ロボットハンド３１をＺ軸負方向（図３中、下方向）に移動させてもよい。そして、爪部材６Ａ、６Ｂによって把持された被把持部材２１が被取付部材２３に形成された貫通孔２５の周縁部に接触した場合には、ロボットハンド３１は、被把持部材２１を介して外力Ｆ１を受ける。また、２つの爪部材６Ａ、６Ｂは、中心軸Ｐ１回りに１８０度間隔で相対向して配置されている。
【0052】
その結果、各爪部材６Ａ、６Ｂに取り付けられたピエゾ式線状センサ１８の内部導体と外部導体との間に誘起された電圧を計測することによって、外力Ｆ１によって発生した各爪部材６Ａ、６Ｂの長手方向の変形量を検出することができる。そして、各爪部材６Ａ、６Ｂの長手方向の変形量から、被把持部材２１を介してロボットハンド３１に作用するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとを算出することができる。
【0053】
以上詳細に説明した通り、実施形態２に係るロボットハンド３１では、各爪部材６Ａ、６Ｂの揺動方向外側の面にピエゾ式線状センサ１８を長手方向に沿って接着等によって固定する。これにより、各爪部材６Ａ、６Ｂに取り付けられたピエゾ式線状センサ１８に誘起された電圧を計測することによって、外力Ｆによって発生した各爪部材６Ａ、６Ｂの長手方向の変形量を検出することができる。
【0054】
従って、各爪部材６Ａ、６Ｂの長手方向の変形量から、各爪部材６Ａ、６Ｂの先端部が被把持部材２１を押さえる力を算出することによって、２つの爪部材６Ａ、６Ｂによる被把持部材２１の把持力（保持力）を検出することができる。その結果、ロボットハンド３１の被把持部材２１を把持する把持力を調整して、被把持部材２１を傷つけることを防ぐことが可能となる。
【0055】
また、各爪部材６Ａ、６Ｂの長手方向の変形量から、被把持部材２１を介してロボットハンド３１に作用するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとを算出することができる。その結果、ロボットハンド３１を用いて軸状の被把持部材２１を貫通孔２５（図３参照）に嵌め込む等の嵌合作業時に、被把持部材２１と貫通孔２５の接触などを検出して嵌合作業を行うことが可能となる。
【0056】
【0057】
図７に示すように、ロボットハンド４１は、実施形態１に係るロボットハンド１とほぼ同じ構成である。但し、各爪部材６Ａ～６Ｃには、ピエゾ式線状センサ１８に替えて、公知の略細長四角形状の歪検出素子４３が接着などにより固定されている点で異なっている。歪検出素子４３は、例えば、金属薄膜歪ゲージおよび半導体歪ゲージなどの歪ゲージが含まれる。実施形態３では、歪検出素子４３は、例えば金属薄膜歪ゲージである。
【0058】
歪ゲージは、爪部材６Ａ～６Ｃが長手方向に変形したときに抵抗の変化を生じる素子である。歪ゲージには、公知のものを用いることができ、その例には、金属薄膜の配線パターンと、それを覆う可撓性を有する樹脂フィルムとを有する金属薄膜歪ゲージ、および、半導体薄膜で構成される半導体歪ゲージが含まれる。金属薄膜の金属の例には、Ｃｕ（銅）－Ｎｉ（ニッケル）系合金、および、Ｎｉ－Ｃｒ（クロム）系合金、が含まれる。樹脂の例には、ポリイミド及びエポキシ樹脂が含まれる。
【0059】
歪ゲージは、接着剤で各爪部材６Ａ～６Ｃの揺動方向外側の面に貼り付けられてもよい。あるいは、スパッタリング法または真空蒸着法によって金属薄膜または半導体薄膜の配線を各爪部材６Ａ～６Ｃの揺動方向外側の面に直接作製することによって、歪ゲージを配置してもよい。
【0060】
また、図７に示すように、略細長四角形状の歪検出素子４３は、爪部材６Ａ～６Ｃの幅方向の略中央部において、爪部材６Ａ～６Ｃの幅方向に対して直交するように接着等により固定されている。また、歪検出素子４３は、略中央部が溝１５の幅方向中央部、つまり、溝１５の底面部に対向するように固定されるのが好ましい。
【0061】
上記のように構成されたロボットハンド４１では、例えば、アクチュエータ３を介して、丸軸状の被把持部材２１（図３参照）を爪部材６Ａ～６Ｃによって把持する。この場合には、各爪部材６Ａ～６Ｃに取り付けられた歪検出素子４３の抵抗の変化を計測することによって、各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の変形量を検出することができる。
【0062】
そして、各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の変形量から、各爪部材６Ａ～６Ｃの先端部が被把持部材２１を押さえる力を算出することによって、３つの爪部材６Ａ～６Ｃによる被把持部材２１の把持力（保持力）を検出することができる。その結果、ロボットハンド４１の被把持部材２１を把持する把持力を調整して、被把持部材２１を傷つけることを防ぐことが可能となる。
【0063】
また、前記実施形態１に係るロボットハンド１と同様に、不図示のロボットアームの先端にロボットハンド４１を取り付ける。そして、上記図３に示すように、ロボットハンド４１の爪部材６Ａ～６Ｃによって丸軸状の被把持部材２１を把持した状態で、ロボットハンド４１をＺ軸負方向（図３中、下方向）に移動させてもよい。そして、爪部材６Ａ～６Ｃによって把持された被把持部材２１が被取付部材２３に形成された貫通孔２５の周縁部に接触した場合には、ロボットハンド４１は、被把持部材２１を介して外力Ｆ１を受ける。また、３つの爪部材６Ａ～６Ｃは、中心軸Ｐ１回りに１２０度間隔で配置されている。
【0064】
その結果、各爪部材６Ａ～６Ｃに取り付けられた各歪検出素子４３の抵抗値を計測することによって、外力Ｆ１によって発生した各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の変形量を検出することができる。そして、各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向の変形量から、被把持部材２１を介してロボットハンド４１に作用するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとを算出することができる。これにより、前記実施形態１に係るロボットハンド１と同様に、ロボットハンド４１を用いて丸軸状の被把持部材２１を貫通孔２５（図３参照）に嵌め込む等の嵌合作業を行うことができる。
【0065】
また、各爪部材６Ａ～６Ｃの揺動方向内側の面において、歪検出素子４３の略中央部に対向する位置に、断面略半円形の溝１５が、爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向に対して直交する方向に沿って全幅に亘って形成されている。これにより、爪部材６Ａ～６Ｃによって被把持部材２１を把持した際に、爪部材６Ａ～６Ｃの歪検出素子４３が配置された位置での長手方向における変形量を溝１５によって増大させることができる。その結果、歪検出素子４３のセンサ出力を大きくすることができ、爪部材６Ａ～６Ｃの変形量の検出精度を向上させることができる。
【0066】
また、歪検出素子４３は、各爪部材６Ａ～６Ｃの揺動方向外側の面に配置されている。これにより、ロボットハンド１を分解することなく、歪検出素子４３の取り換え作業等を迅速に行うことができる。尚、歪検出素子４３を各爪部材６Ａ～６Ｃの揺動方向内側の面に配置し、溝１５を各爪部材６Ａ～６Ｃの揺動方向外側の面に設けるようにしてもよい。
【0067】
［変形例１］
上記実施形態２に係るロボットハンド３１は、各爪部材６Ａ、６Ｂのピエゾ式線状センサ１８（図６参照）に替えて、歪検出素子４３（図７参照）が接着等により固定されるようにしてもよい。このように構成されたロボットハンド３１では、例えば、アクチュエータ３を介して、丸軸状の被把持部材２１（図３参照）を爪部材６Ａ、６Ｂによって把持する。この場合には、各爪部材６Ａ、６Ｂに取り付けられた歪検出素子４３の抵抗の変化を計測することによって、各爪部材６Ａ、６Ｂの長手方向の変形量を検出することができる。
上記実施形態２に係るロボットハンド３１は、各爪部材６Ａ、６Ｂのピエゾ式線状センサ１８（図６参照）に替えて、歪検出素子４３（図７参照）が接着等により固定されるようにしてもよい。このように構成されたロボットハンド３１では、例えば、アクチュエータ３を介して、丸軸状の被把持部材２１（図３参照）を爪部材６Ａ、６Ｂによって把持する。この場合には、各爪部材６Ａ、６Ｂに取り付けられた歪検出素子４３の抵抗の変化を計測することによって、各爪部材６Ａ、６Ｂの長手方向の変形量を検出することができる。
【0068】
そして、各爪部材６Ａ、６Ｂの長手方向の変形量から、各爪部材６Ａ、６Ｂの先端部が被把持部材２１を押さえる力を算出することによって、２つの爪部材６Ａ、６Ｂによる被把持部材２１の把持力（保持力）を検出することができる。その結果、ロボットハンド３１の被把持部材２１を把持する把持力を調整して、被把持部材２１を傷つけることを防ぐことが可能となる。
【0069】
また、図３に示す上記実施形態１に係るロボットハンド１と同様に、２つの爪部材６Ａ、６Ｂによって丸軸状の被把持部材２１を把持した状態で、ロボットハンド３１をＺ軸負方向（図３中、下方向）に移動させてもよい。そして、爪部材６Ａ、６Ｂによって把持された被把持部材２１が被取付部材２３に形成された貫通孔２５の周縁部に接触した場合には、ロボットハンド３１は、被把持部材２１を介して外力Ｆ１を受ける。また、２つの爪部材６Ａ、６Ｂは、中心軸Ｐ１回りに１８０度間隔で相対向して配置されている。
【0070】
その結果、各爪部材６Ａ、６Ｂに取り付けられた歪検出素子４３の抵抗値を計測することによって、外力Ｆ１によって発生した各爪部材６Ａ、６Ｂの長手方向の変形量を検出することができる。そして、各爪部材６Ａ、６Ｂの長手方向の変形量から、被把持部材２１を介してロボットハンド３１に作用するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の力成分ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を回転軸とするモーメント成分ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとを算出することができる。これにより、前記実施形態１に係るロボットハンド１と同様に、ロボットハンド４１を用いて丸軸状の被把持部材２１を貫通孔２５（図３参照）に嵌め込む等の嵌合作業を行うことができる。
【0071】
［変形例２］
上記実施形態１に係るロボットハンド１と実施形態２に係るロボットハンド３１は、各ピエゾ式線状センサ１８に替えて、各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向に対して直交する方向の幅よりも狭い幅を有するフィルム状のピエゾ式センサを用いてもよい。このフィルム状のピエゾ式センサは、爪部材６Ａ～６Ｃの幅方向の略中央部において、爪部材６Ａ～６Ｃの幅方向に対して直交するように爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向に沿って接着等により固定されている。また、フィルム状のピエゾ式センサは、略中央部が溝１５の幅方向中央部、つまり、溝１５の底面部に対向するように固定されるのが好ましい。これにより、上記実施形態１に係るロボットハンド１と実施形態２に係るロボットハンド３１と同様の効果を奏することができる。
上記実施形態１に係るロボットハンド１と実施形態２に係るロボットハンド３１は、各ピエゾ式線状センサ１８に替えて、各爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向に対して直交する方向の幅よりも狭い幅を有するフィルム状のピエゾ式センサを用いてもよい。このフィルム状のピエゾ式センサは、爪部材６Ａ～６Ｃの幅方向の略中央部において、爪部材６Ａ～６Ｃの幅方向に対して直交するように爪部材６Ａ～６Ｃの長手方向に沿って接着等により固定されている。また、フィルム状のピエゾ式センサは、略中央部が溝１５の幅方向中央部、つまり、溝１５の底面部に対向するように固定されるのが好ましい。これにより、上記実施形態１に係るロボットハンド１と実施形態２に係るロボットハンド３１と同様の効果を奏することができる。
【0072】
［変形例３］
上記実施形態１に係るロボットハンド１と実施形態２に係るロボットハンド３１は、各ピエゾ式線状センサ１８に替えて、ＭＥＭＳ技術で製作されたセンサを用いてもよい。これにより、小型のロボットハンドを製作することができる。
上記実施形態１に係るロボットハンド１と実施形態２に係るロボットハンド３１は、各ピエゾ式線状センサ１８に替えて、ＭＥＭＳ技術で製作されたセンサを用いてもよい。これにより、小型のロボットハンドを製作することができる。
【0073】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0074】
１、３１、４１ ロボットハンド、３ アクチュエータ、５ 支持部材、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ 爪部材、１５ 溝、１８ ピエゾ式線状センサ、４３ 歪検出素子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】