特開 2024-92933 カバーおよびロボットハンド

(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】P2024092933

(43)【公開日】2024-07-08

(54)【発明の名称】カバーおよびロボットハンド

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20240701BHJP

【ＦＩ】

B25J19/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023125747

(22)【出願日】2023-08-01

(31)【優先権主張番号】P 2022208870

(32)【優先日】2022-12-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707ES03

3C707ES10

3C707ET08

3C707KV04

3C707KW01

3C707KX08

(57)【要約】

【課題】ロボットハンドの把持部で利用されるセンサのノイズによる精度の低下を抑制する技術を実現する。
【解決手段】カバー（２０）は、ロボットハンド（１２）の把持部（１３）を覆う絶縁体製の被覆部（２１）と、その内部に設けられた導体製の遮蔽層（２２）とを備える。把持部（１３）に備えられたセンサ（３０）、あるいは被覆部（２１）に設けられたセンサ（３０）を遮蔽層（２２）が覆っている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットハンドの把持部に装着されるカバーであって、
絶縁体により構成され、ロボットハンドの把持部を覆う被覆部と、
導体により構成され、前記被覆部の内部または表面に設けられた遮蔽層と、を備え、
（１）前記把持部にセンサが設けられており、前記遮蔽層が当該センサを覆うように設けられている、または、（２）前記被覆部にセンサが設けられており、当該センサが前記遮蔽層に覆われている、カバー。

【請求項2】

前記被覆部は、前記把持部および前記センサの外形に対応する形状の空洞を有する樹脂成形物である、請求項１に記載のカバー。

【請求項3】

前記遮蔽層は、導体のワイヤがメッシュ状に配置されてなる、請求項１に記載のカバー。

【請求項4】

前記遮蔽層に接続され、グランドに接続される接地用導線を有する、請求項１に記載のカバー。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか一項に記載のカバーを備えるロボットハンド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、カバーおよびロボットハンドに関する。

【背景技術】

【0002】

ロボットハンドは、物品の製造および搬送などの様々な分野で利用されている。このような分野では、ロボットハンドの把持部（例えば、爪部）に、例えば静電容量式あるいは感圧式の接触センサを取り付け、物品（「把持物」とも言う）から把持部に作用する力、すなわち、把持部から物品に作用する力をセンサで検出することが行われている。センサによる検出値は、例えば、把持力をフィードバック制御するために参照される。そのため、脆弱な把持物を把持部により把持する場合、当該センサの精度が十分に高いことが求められる。ロボットハンドに取り付けられたセンサの精度を高める技術には、センサからの配線または回路を変更することによって当該センサの精度を高める技術が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１６７７４７号公報

【特許文献2】特開２０２１－１６６１４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、静電容量式あるいは感圧式のセンサは、一般にノイズの影響を受けやすい。そのため、上述のような従来技術では、センサの配線または回路で吸収しきれないノイズがセンサの検出値に影響を及ぼすことがある。また、ロボットハンドが把持する把持物が帯電しやすい場合には、ロボットハンドの把持部に設けられたセンサは、帯電した把持物の電界によるノイズの影響を受けることがある。また、ロボットが配置される自動化された生産現場では様々なノイズが発生する。そのため、ロボットハンドの把持部に設けられたセンサは、生産現場で種々のノイズの影響を受ける。

【0005】

その結果、把持部から把持物に作用する力を正確に検出することができず、ロボットハンドが把持物を傷つけてしまうことがある。特に、把持部に加えられた荷重を検出する感圧式センサは、薄型であり、かつ、仕組みが簡単であるといった利点がある一方で、ノイズを感知しやすく、これまでロボットハンドに搭載することができなかった。

【0006】

本発明の一態様は、ロボットハンドの把持部で利用されるセンサのノイズによる精度の低下を抑制する技術を実現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カバーは、ロボットハンドの把持部に装着されるカバーであって、絶縁体により構成され、ロボットハンドの把持部を覆う被覆部と、導体により構成され、前記被覆部の内部または表面に設けられた遮蔽層と、を備え、（１）前記把持部にセンサが設けられており、前記遮蔽層が当該センサを覆うように設けられている、または、（２）前記被覆部にセンサが設けられており、当該センサが前記遮蔽層に覆われている。

【0008】

また、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、上記のカバーを備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、ロボットハンドの把持部で利用されるセンサのノイズによる精度の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係るロボットハンドの構成を模式的に示す図である。

【図2】図１のＡ部における把持部およびカバーをＹＺ平面で切断した断面を模式的に示す図である。

【図3】図１のＡ部におけるカバーを模式的に示す図である。

【図4】図１のＡ部における把持部およびカバーをＸＺ平面で切断した断面を模式的に示す図である。

【図5】本発明の実施形態に係るカバーの一例を模式的に示す断面図である。

【図6】本発明の実施形態に係るカバーの他の例を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るロボットハンドの構成を模式的に示す図である。

【0012】

図１に示されるように、ロボット１０は、ロボットアーム１１と、その先端側に接続されているロボットハンド１２と、その先端側に接続されている把持部１３とを有する。ロボットハンド１２は、一対（二体）の把持部１３を有している。把持部１３は、把持すべき物品（把持物）を把持するための部分であり、ロボットハンドにおいて通常、爪あるいは指とも言われる。ロボットハンド１２は、一対（二体）の把持部１３を有しており、それぞれの把持部１３には、カバー２０が装着されている。把持部１３は、その先端部が互いに接近するように移動または屈曲して、把持物を把持するように構成されている。

【0013】

なお、本実施形態において、把持部１３が延在する方向をＺ方向、Ｚ方向に直交し、一対の把持部１３が互いに接近する方向をＹ方向、Ｚ方向およびＹ方向に直交し、把持部１３の幅方向をＸ方向、とする。

【0014】

次いで、カバー２０を説明する。図２は、図１のＡ部における把持部１３およびカバー２０をＹＺ平面で切断した断面を模式的に示す図である。図３は、図１のＡ部におけるカバー２０を模式的に示す図である。図３は、カバー２０をＸ方向に沿って見た正面図である。図４は、図１のＡ部における把持部およびカバーをＸＺ平面で切断した断面を模式的に示す図である。カバー２０は、被覆部２１、遮蔽層２２および接地用導線２３を有している。把持部１３の先端部と被覆部２１との間には、センサ３０が配置されている。

【0015】

被覆部２１は、把持部１３の先端部の全体、すなわち把持部１３の先端面と先端部の側面とを覆っている。このように、被覆部２１は、把持部１３を覆っている。また、被覆部２１の内表面は、把持部１３およびセンサ３０の外表面に接する形状に形成されている。このように、被覆部２１は、把持部１３およびセンサ３０の外形に対応する形状の空洞を有している。このようにして、被覆部２１は、把持部１３を覆うことでセンサ３０を実質的に押圧することがないように構成されている。

【0016】

被覆部２１は、絶縁体により構成されている。成形性などの観点から、例えば被覆部２１は、樹脂成形物である。被覆部２１が樹脂成形物であることは、前述の外接する形状を容易かつ正確に形成する観点から好ましい。被覆部２１の材料の樹脂は、把持部１３が把持したときの把持物への外力を適度に吸収する観点から弾性を有することが好ましく、このような樹脂の例には、フッ素ゴムなどのゴムが含まれる。

【0017】

遮蔽層２２は、被覆部２１の内部に設けられている。ここで被覆部２１の内部とは、被覆部２１が形成する形状の内部（後述の空洞）ではなく、被覆部２１そのものの内部、すなわち被覆部２１の内表面および外表面との間の部分、である。

【0018】

また、遮蔽層２２は、導体により構成されている。導体は、例えばアルミニウム、銅、またはそれの合金などの金属である。たとえば遮蔽層２２は、図３に示されるように、導体のワイヤの網であり、このように導体がメッシュ状に配置されて構成されている。

【0019】

遮蔽層２２となる網の寸法は、センサ３０による検知とセンサ３０へのノイズの除去とが両立する範囲において適宜に決めることができる。たとえば、当該網のワイヤ径は大きすぎると遮蔽層２２の剛性が高くなり、センサ３０の感度に影響を及ぼすことがある。また、網の目が粗すぎるとセンサ３０がノイズの影響を受け、ノイズの除去が不十分となることがある。このように、遮蔽層２２の構造は、遮蔽層２２の剛性と十分な静電遮蔽効果との観点から適宜に決めることが可能である。

【0020】

遮蔽層２２は、被覆部２１の全体にわたって被覆部２１の内部に広がっている。たとえば、遮蔽層２２は、図２および図４に示されるように、ＹＺ平面およびそれに直交するＺＸ平面のそれぞれにおいて、把持部１３の先端部の略全体を覆っている。このように、遮蔽層２２は、センサ３０を覆っている。

【0021】

接地用導線２３は、一端で遮蔽層２２に接続されており、他端でグランドに接続されている。当該グランドは、センサ３０のグランドとは異なるグランドであり、例えばロボット１０のロボットハンド１２、ロボットアーム１１またはロボットのボディである。このように、カバー２０は、遮蔽層２２に接続され、またグランドに接続される接地用導線２３をさらに有している。

【0022】

センサ３０は、接触式のセンサである。センサ３０の例には、静電容量式センサ、圧電式センサ、抵抗膜式（巻線抵抗体）センサおよび感圧式センサ（フィルム積層タイプの感圧センサ）、が含まれる。センサ３０は、例えば圧力センサーシートのような触覚センサであり、センサ３０の表面に対して垂直方向の力の分布を検知可能なセンサである。センサ３０は、例えばフィルム状の基材と、その表面に規則的に配置された検知点と、によって構成され得る。

【0023】

図５は、本発明の実施形態に係るカバー２０の一例を模式的に示す断面図であり、図６は、本発明の実施形態に係るカバー２０の他の例を模式的に示す断面図である。カバー２０は、例えば図５に示されるように、センサ３０が取り付けられている把持部１３に装着されるカバー２０Ａである。図５に示されるカバー２０Ａは、把持部１３の先端部およびそこに配置されているセンサ３０に被せられるキャップ状に形成されており、把持部１３およびセンサ３０の外形と同じ形状の空洞２４を有している。そして、空洞２４におけるセンサ３０に対応する形状の部分を含め、空洞２４の全体を囲むように遮蔽層２２が被覆部２１の内部に配置されている。このように、図５のカバー２０Ａでは、把持部１３にセンサ３０が設けられており、遮蔽層２２がセンサ３０を覆うように設けられている。

【0024】

あるいは、カバー２０は、図６に示されるように、把持部１３の先端部の位置に配置されるようにセンサ３０を有するカバー２０Ｂであってもよい。図６に示されるカバー２０Ｂは、把持部１３の先端部に被せられるキャップ状に形成されており、被覆部２１は、カバー２０Ａの空洞２４と同じ形状の空洞を有している。カバー２０Ｂでは、当該空洞における把持部１３の先端部に対向する位置にセンサ３０が設置されている。その結果、カバー２０Ｂには、被覆部２１の内周面およびセンサ３０の被覆部２１から露出している表面で形成される空洞２５が形成され、空洞２５に把持部１３の先端部を挿入することによって、カバー２０Ｂが把持部１３の先端部に被せられる。被覆部２１におけるセンサ３０が設置されている部分を含め、空洞２５の全体を囲むように遮蔽層２２が被覆部２１の内部に配置されている。このように、図６のカバー２０Ｂでは、被覆部２１にセンサ３０が設けられており、センサ３０が遮蔽層２２に覆われている。

【0025】

図５のカバー２０Ａまたは図６のカバー２０Ｂは、被覆部２１の材料の樹脂を成形材料とし、遮蔽層２２となる導体製の網および必要に応じてセンサ３０などをインサート部品とするインサート成形によって製造され得る。

【0026】

〔主な作用効果〕
ロボット１０は、生産工程の自動化に欠かせない要素の一つであるが、このような自動化された生産現場では様々なノイズが発生する傾向にある。よって、このような自動化された生産ラインでは、ロボットハンド１２の把持部１３のセンサ３０は、種々のノイズの影響を受けることがある。また、ロボットハンド１２におけるセンサ３０を備える把持部１３で把持物を把持する際に把持物が帯電している場合では、把持物の帯電が静電誘導によってセンサ３０に伝わり、ノイズとなる。

【0027】

このような様々なノイズがセンサ３０の検出に悪影響を及ぼし、そのために前述したように把持物が傷つけられてしまうことがある。特に、把持部１３に加えられた荷重を検出する感圧式センサは、薄型であり、かつ、仕組みが簡単であるといった利点がある一方で、ノイズを感知しやすく、これまで搭載することができなかった。

【0028】

本実施形態におけるロボット１０は、カバー２０を備えるロボットハンド１２を備えている。そして、カバー２０は、絶縁体により構成され、ロボットハンド１２の把持部１３を覆う被覆部２１と、導体により構成され、被覆部２１の内部に設けられた遮蔽層２２とを備えており、把持部１３に備えられるセンサ３０を遮蔽層２２が覆っている。遮蔽層２２は等電位となり、またグランドに接続されている。そのため、帯電している把持物をセンサ３０付きの把持部１３で把持しても、把持物による電界は、遮蔽層２２で遮蔽され、センサ３０に及ばない。

【0029】

したがって、センサ３０は、把持部１３で把持物を把持したときに、把持物のノイズの影響を受けず、所望の性能を発現する。よって、センサ３０のノイズによる精度の低下が抑制される。これにより、ロボットハンド１２の把持部１３にカバー２０を設けた場合、センサ３０へのノイズを排除できるので、誤動作を起こすことなく把持力を正確に制御することができる。

【0030】

また、被覆部２１は、把持部１３およびセンサ３０の外形に対応する形状の空洞を有する樹脂成形物である。よって、把持部１３へのカバー２０の設置によって被覆部２１がセンサ３０を押圧しないため、カバー２０の設置によってセンサ３０の検出に与えられる影響が実質的に生じない。また、樹脂成形物であることから、形状の複雑さに関わらず成形によって正確な形状の空洞を有するカバー２０を容易に製造することが可能である。

【0031】

また、遮蔽層２２は、導体のワイヤがメッシュ状に配置されてなる。よって、センサ３０を適度にかつ容易に導体で囲むことが可能である。また、メッシュ状であることから変形性が高く、遮蔽層２２が存在することによるセンサ３０の検出能力への影響がより抑制される。

【0032】

また、カバー２０は、遮蔽層２２に接続され、またグランドに接続される接地用導線２３をさらに有する。このため、遮蔽層２２の電位が等電位となることから、センサ３０に対するノイズが大きい場合でも、センサ３０のノイズによる精度の低下を抑制することが可能である。

【0033】

このように、本実施形態のカバー２０は、ノイズによるセンサ３０への影響を抑制することが可能である。よって、比較的強いノイズを発生し得る把持物、例えば半導体製品、の取り扱いにおいても、センサ３０の精度の低下が抑制され得る。また、把持物のノイズは、環境によっても変化する。このようにノイズが変動しやすい把持物、例えば帯電しやすいプラスチック製品、の取り扱いにおいても、センサ３０の精度の低下が抑制され得る。

【0034】

本実施形態によれば、ロボットハンド１２のセンサ３０付きの把持部１３、またはセンサ３０を有さない把持部１３、のいずれに対しても、センサ３０によって把持物を検知することができ、かつセンサ３０の検知に対する把持物のノイズの影響を実質的に無効にすることができる。したがって、本実施形態によれば、接触式のセンサ３０を伴うロボットハンド１２に、ノイズに強い環境を簡易にもたらすことができる。

【0035】

また、把持部１３に設けるセンサ３０は、静電容量式、感圧式などがあり、いずれのセンサに対してもノイズによる精度の低下を抑制することができ、本発明は有効である。したがって、本発明により、感圧式センサをロボットハンド１２の把持部１３に搭載することができるようになった。これにより、ロボットハンド１２は、把持物を精度良く把持することができ、かつ、高い応答性を実現でき、ロボットハンド１２の性能が向上した。

【0036】

〔変形例〕
ロボットハンド１２の把持部１３は、二体以上、例えば三体、あってもよい。複数の把持部１３のうちの全てにセンサ３０が取り付けられてもよいが、一部の把持部１３にのみセンサ３０が取り付けられてもよい。センサ３０が取り付けられる把持部１３にカバー２０が装着される。

【0037】

被覆部２１の材料は、絶縁性を有する範囲において他の材料であってよい。また、被覆部２１が樹脂組成物である場合、当該樹脂組成物は弾性を有していなくてもよく、硬質の樹脂組成物であってもよい。

【0038】

被覆部２１には、把持部１３に取り付けるための構成がさらに含まれてもよい。たとえば、被覆部２１をＺ方向に沿って適宜に分割し、被覆部２１における分割した部分を開閉可能に支持するヒンジ構造を被覆部２１にさらに含めてもよい。このような構成は、把持部１３およびセンサ３０の外形が複雑な場合であっても、当該外形に沿う被覆部２１を把持部１３に容易かつ正確に取り付ける観点から好適である。

【0039】

被覆部２１は、センサ３０から十分離れた部分において、把持部１３に向けて収縮する部分を有していてもよい。たとえば、被覆部２１は、弾性を有するとともに被覆部２１の開口部のみがやや狭く形成されてよく、カバー２０は、把持部１３に装着したときに把持部１３を押圧し密着することで把持部１３に装着されてもよい。この構成は、把持部１３に対してカバー２０の装着を容易にする観点から好適である。

【0040】

あるいは被覆部２１は、接着剤によって把持部１３に接着されていてもよい。また、カバー２０は、被覆部２１を把持部１３に締め付けるゴムバンドまたはベルトなどの締着部材によって把持部１３に取り付けられてもよい。

【0041】

被覆部２１を内側構造と外側構造との二重構造とし、内側構造と外側構造との間に遮蔽層２２を配置してもよい。このような構成では、遮蔽層２２の広がりを調整することが可能であることから、遮蔽層２２がセンサ３０を覆う範囲を適宜に調整する観点から好適である。

【0042】

遮蔽層２２は、センサ３０の表面が十分な絶縁性を有する場合（例えば、絶縁性の塗膜が形成されている場合など）では、被覆部２１の内表面上に露出していてもよい。

【0043】

遮蔽層２２は、センサ３０を十分に静電遮蔽し得る範囲において、材料および形態を適宜に設定し得る。たとえば、遮蔽層２２は、Ｙ方向に沿って見たときにセンサ３０に重なる部分のみに設けられていてもよい。

【0044】

遮蔽層２２は、本実施形態の効果が得られる範囲において導体製の網以外の形態であってよく、例えば、導体の箔であってもよいし、導体のコイルであってもよいし、あるいは銀ナノ粒子のインクなどの導体粒子の塗料によって印刷された配線であってもよい。

【0045】

図６に示されるカバー２０Ｂでは、センサ３０のための配線が、遮蔽層２２とは独立した配線として被覆部２１にさらに配置されていてよい。このようなカバー２０Ｂは、前述したインサート成形においてセンサ３０のための配線をインサート部品にさらに含めることによって製造することが可能である。

【0046】

〔まとめ〕
以上の説明から明らかなように、本発明の第一の態様のカバー（２０）は、ロボットハンド（１２）の把持部（１３）に装着されるカバーであって、絶縁体により構成され、ロボットハンドの把持部を覆う被覆部（２１）と、導体により構成され、被覆部の内部または表面に設けられた遮蔽層（２２）と、を備え、（１）把持部にセンサ（３０）が設けられており、遮蔽層がセンサを覆うように設けられている、または、（２）被覆部にセンサが設けられており、センサが遮蔽層に覆われている。第一の態様は、ロボットハンドの把持部で利用されるセンサのノイズによる精度の低下を抑制することができる。

【0047】

本発明の第二の態様のカバーは、第一の態様において、被覆部が把持部およびセンサの外形に対応する形状の空洞を有する樹脂成形物である。第二の態様は、カバーの装着によるセンサの検出機能への影響を抑制する観点、および、カバーを正確かつ容易に製造する観点からより一層効果的である。

【0048】

本発明の第三の態様のカバーは、第一の態様または第二の態様において、遮蔽層が、導体のワイヤがメッシュ状に配置されてなる。第三の態様は、把持物のノイズの影響を抑制し、かつセンサの検出能力への影響を抑制する観点からより一層効果的である。

【0049】

本発明の第四の態様のカバーは、第一の態様から第三の態様のいずれかにおいて、遮蔽層に接続され、またグランドに接続される接地用導線（２３）をさらに有する。第四の態様は、センサのノイズによる精度の低下を安定して抑制する観点からより一層効果的である。

【0050】

本発明の第五の態様のロボットハンドは、第一の態様から第三の態様のいずれかのカバーを備える。第五の態様は、第一の態様と同様に、ロボットハンドの把持部で利用されるセンサのノイズによる精度の低下を抑制することができる。

【0051】

前記構成によれば、ロボットハンドによる自動化技術においてノイズに影響されない接触センサの環境を簡易に構築することが可能である。よって、本発明は、例えば、国連が提唱する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の、産業と技術革新の基盤に関する目標９等の達成に貢献することが期待される。

【0052】

本発明は上述した各実施形態に限定されず、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。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も、本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0053】

１０：ロボット、１１：ロボットアーム、１２：ロボットハンド、１３：把持部、２０、２０Ａ、２０Ｂ：カバー、２１：被覆部、２２：遮蔽層、２３：接地用導線、２４、２５：空洞、３０：センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】