JPH04354690A - ロボット・ハンド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボット・ハンド、特
に簡単な構成で把持、押圧及び回転の各作用力を検出出
来るロボット・ハンドに関する。

【０００２】

【従来技術】図７の（ａ）は、把持力検出機能を有する
２指型ロボット・ハンドの一例を示す図である。フィン
ガ１及び２の略中央付近にストレーン・ゲージの如き歪
感応型抵抗素子３及び４が貼付されている。このような
ロボット・ハンドでワークを把持すると、把持力に比例
して素子３及び４が変形し、その変形量に応じてこれら
歪感応抵抗素子の抵抗値も変化する。これら歪感応抵抗
素子３及び４と既知の抵抗器５及び６を用いて図７の（
ｂ）に示すようにブリッジ回路を構成すれば、ロボット
・ハンドの把持力に応じて素子３及び４の抵抗値が変化
するので、このブリッジ回路の２点ａ及びｂ間の電位差
の変化を検出することにより、把持力を検出することが
可能である。

【０００３】また、別の歪感応素子をフィンガの先端部
に貼付してフィンガによる押圧力を検出したり、更に他
の歪感応素子をロボット・ハンドの適当な位置に貼付す
ることにより回転力（トルク力）を検出するように構成
し得る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、１つの
ロボット・ハンドで把持力、押圧力及び回転力等の種々
の作用力を検出しようとすると、各々の作用力を検出す
る為の回路を別々に設ける必要があり、回路構成が複雑
になる上、各検出回路毎に検出電圧が得られるので、こ
れら検出電圧に応じてロボット・ハンドの種々の動作を
夫々制御するマイクロプロセッサのソフトウェアも全面
的に書換える必要が生じる。また、各作用力の検出用歪
感応抵抗素子間に相互作用が働くと、例えば把持動作に
伴って押圧力又は回転力の検出用抵抗素子に歪が生じて
各作用力を正確に測定することが困難になる。

【０００５】従って、本発明の目的は、簡単な構成で把
持力、押圧力及び回転力等の種々の作用力を検出し得る
ロボット・ハンドを提供することである。

【０００６】本発明の他の目的は、把持力及び押圧力等
の特定の作用力のみを独立して正確に検出出来るロボッ
ト・ハンドを提供することである。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明のロボット・ハンド
は、ワークに対して把持、押圧及び回転等の動作が可能
な従来のロボット・ハンドにおいて、簡単な構成を付加
するのみで把持力、押圧力及び回転力等の作用力を効果
的に検出する機能を付加したものである。即ち、本発明
の構成は、ロボット・ハンドに貼付され、把持力、押圧
力及び回転力を夫々検出する把持力、押圧力及び回転力
の検出用歪感応抵抗素子と、これら把持力、押圧力及び
回転力の検出用歪感応抵抗素子を含む複合ブリッジ回路
と、この複合ブリッジ回路の出力電圧を検出する電圧検
出手段とを具え、把持、押圧及び回転の各動作時に上記
電圧検出手段の出力電圧の変化量から把持力、押圧力及
び回転力を夫々検出するようにしたロボット・ハンドで
ある。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明の好適実施例のブロック図で
ある。複合ブリッジ回路１０は、２指型ロボット・ハン
ドに貼付された歪感応抵抗素子で構成されている。これ
ら歪感応抵抗素子は、把持力検出用のＧ１及びＧ２、押
圧力検出用のＰ１及びＰ２、並びに回転力（トルク力）
検出用のＴ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４である。このように
把持力及び押圧力の検出用に２つずつ、回転力検出用に
４つの歪感応抵抗素子を用いているが、本発明はこの実
施例に限定されるものではないことは明白であり、最小
構成では各作用力毎に１つの歪感応抵抗素子を用いれば
良い。複合ブリッジ回路１０の１対の出力電圧は、差動
増幅器１２の差動入力端に夫々供給され、この差動増幅
器１２の出力電圧がアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ
）１４により対応するデジタル・データに変換される。 このデジタル・データがマイクロプロセッサを含む制御
装置１６に供給され、このデータに基づいて制御装置１
６は、ロボット・ハンドの駆動装置１８を制御する。

【０００９】この複合ブリッジ回路１０における各歪感
応抵抗素子の配置は、ロボット・ハンドにどのように貼
付したかによって決定すべきである。例えば、回転力検
出用のＴ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４のみで構成されたブリ
ッジ回路について考えてみると、Ｔ１は、Ｔ４に対して
対向関係に配置され、Ｔ２及びＴ３に対して隣接関係に
配置されている。この場合、回転力をハンドに加えたと
き、対向位置にあるＴ１及びＴ４の抵抗値は同一方向に
変化し、隣接位置にあるＴ１及びＴ２、又はＴ１及びＴ
３の抵抗値は互いに逆方向に変化するようにハンドに貼
付するべきである。このように歪感応抵抗素子を配置す
れば、ブリッジ回路の出力電圧（Ｖ１−Ｖ２）は、回転
力の変化に比例して最も敏感に変化し、測定精度を向上
することが出来る。これと同様に、把持力検出用のＧ１
及びＧ２並びに押圧力検出用のＰ１及びＰ２が互いに対
向位置に配置されているのは、これらＧ１及びＧ２並び
にＰ１及びＰ２の抵抗値が把持力及び押圧力の変化に応
じて夫々同一方向に変化するように貼付されているから
である。また、図１のブリッジ回路１０ではＰ１及びＴ
１、Ｐ２及びＴ４、Ｇ１及びＴ２、並びにＧ２及びＴ３
が夫々互いに並列接続されているが、これらの素子を互
いに直列接続して複合ブリッジ回路を構成しても各作用
力を検出することが可能であることに留意されたい。

【００１０】図２は、図１の制御装置１６内のマイクロ
プロセッサがロボット・ハンドの把持、押圧及び回転の
各動作に応じて各作用力を検出及び制御する為の手順の
一実施例を示す流れ図である。先ず、ステップ２０にお
いて制御装置１６はロボット・ハンドの動作を制御プロ
グラムに基づいて制御する。次のステップ２２でＡＤＣ
１４からの作用力のデータを測定し、次の判断ステップ
２４において把持動作を実行中か否かを判断する。把持
動作の実行中ならば、ステップ２６にて把持力を所望の
値に調整するように増減制御する。ステップ２２で把持
動作中でないと判断されると、ステップ２８で押圧動作
中か否かが判断され、イエスならステップ３０で押圧力
が調整され、ノーならばステップ３２で回転動作中か否
かが判断される。ステップ３２でイエスならばステップ
３４で回転力が適宜制御される。ステップ２６、３０及
び３４の各制御の実行後、ステップ２０に戻って再度ロ
ボット・ハンドの動作を制御する。ステップ３２でノー
ならば、ステップ３６でロボット・ハンドの所定の動作
が終了したか否かが判断され、イエスと判断されるまで
上述の動作を繰り返す。

【００１１】図３は、本発明に係る把持力検出機能付き
の２指型ロボット・ハンドの構成を示す図である。２本
のフィンガ（指）４０及び４０′は、回動軸４１及び４
１′によりハンド本体４２に回動自在に接続されている
。これら２本のフィンガの終端部には、プーリー４４及
び４４′が夫々設けられ、これら２つのプーリーは、駆
動装置により往復駆動される駆動棒４６の先端のテーパ
ー面４７に適当な圧力で当接するようにバネ４８がフィ
ンガ間に係合されている。駆動棒４６が往復運動するこ
とにより、プーリー４４及び４４′がテーパー面４７上
を回動してフィンガ４０及び４０′の把持動作が制御さ
れる。フィンガ４０及び４０′には、更に略中央部に夫
々肉薄部５０及び５０′が形成されている。これら肉薄
部の内側面５１及び５１′に略平行に離間するように可
撓性の薄板５２及び５２′の両端がフィンガ４０及び４
０′に夫々固定されている。これら薄板５２及び５２′
上には歪感応抵抗素子５４及び５４′が貼付されている
。フィンガ４０及び４０′の先端部でワーク５５を把持
した場合、その把持力に比例してフィンガの肉薄部５０
及び５０′が弾性変形し、その際特に肉薄部において内
側表面５１及び５１′が最も変形する主歪面となる。こ
れら主歪面５１及び５１′と略平行に離間した薄板５２
及び５２′はより大きく変形するので薄板上に貼付され
た歪感応抵抗体５４及び５４′は把持力に比例して変形
し、これら歪感応抵抗体で構成したブリッジ回路の出力
電圧は、把持力に比例して極めて敏感に変化する。これ
ら歪感応抵抗素子５４及び５４′は、図１のブリッジ回
路１０におけるＧ１及びＧ２に対応し、把持力に比例し
て抵抗値が同方向に変化するのでブリッジ回路１０の対
向位置に配置すべきである。また、フィンガ４０及び４
０′の先端部でワークを押圧した場合に肉薄部が変形し
ないように、フィンガ４０及び４０′の中心軸と肉薄部
５０及び５０′の中心軸とは一致させておくことが望ま
しい。以上の構成により図３のロボット・ハンドは把持
力のみを敏感に検出することが出来る。

【００１２】図３のロボット・ハンドのフィンガ部分を
改良すれば、容易に押圧力を検出し得るロボット・ハン
ドを実現出来る。図４は、押圧力を効果的に検出するの
に好適なフィンガの構造の一実施例を示している。図４
の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、１本のフィンガの側面
図、平面図及び底面図を夫々示している。フィンガ先端
部６０とフィンガ本体部６２との間は、３本のシャフト
６３、６４及び６５で接続されている。中央のシャフト
６３は、フィンガ先端部６０に一端部が固着され、他端
側がフィンガ本体部６２とスライド自在に形成され、フ
ィンガ本体部の中央に形成された中空部６６の内部に突
き出た他端部にストッパー６８が設けられ、フィンガ先
端部６０が抜け落ちることがない。シャフト６４及び６
５は、一端部がフィンガ本体部６２に固着され、他端側
がフィンガ先端部６０とスライド自在に夫々形成されて
いる。更に、可撓性薄板７０の一端部がフィンガ本体部
６２の底面部に固定され、他端部がフィンガ先端部６０
の端面に当接している。この可撓性薄板７０上に押圧力
検出用の歪感応抵抗素子７２が貼付されている。図４の
フィンガはフィンガ先端部６０でワークを押圧して少々
先端部がフィンガ本体側に後退した状態を示している。 この押圧力に比例して可撓性薄板７０が弾性変形し、そ
の変形量に応じて歪感応抵抗素子７２により押圧力を検
出出来る。フィンガの押圧動作が終了すると、可撓性薄
板７０の弾性復原力によりフィンガ先端部６０は、スト
ッパー６８で停止する位置までスライド移動する。この
ようなフィンガを２本用いてロボット・ハンドを構成し
た場合、２つの歪感応抵抗素子は押圧力に応じて同方向
に変形するので、ブリッジ回路１０のＰ１及びＰ２のよ
うにブリッジ回路の対向位置に配置することにより敏感
に押圧力を検出出来る。また、この構造では、把持力又
は回転力による影響は殆ど無く、押圧力のみを正確に検
出可能である。

【００１３】図５は、押圧力検出機能付きフィンガ部分
の他の実施例の側面図である。図５の（ａ）のフィンガ
は、フィンガ本体部に空隙部８２が形成され、この空隙
部８２の内部をシャフト８４が貫通し、このシャフト８
４の先端部は、フィンガ先端部とスライド自在に形成さ
れている。可撓性薄板８７の一端部がフィンガ先端部８
６の底面部に固着され、薄板８７の他端部は、空隙部の
中のシャフト８４とスライド自在に形成されている。更
に、空隙部８２内のシャフト８４の周囲にはバネ８８が
圧縮された状態で設けられ、このバネ８８の一端と空隙
部８２の内壁面との間で可撓性薄板８７の他端部が挟持
されている。また、薄板８７上に押圧力検出用の歪感応
抵抗素子８９が貼付されている。このフィンガの先端部
８６でワークを押圧すると、可撓性薄板８７の他端部が
空隙部の内壁面とバネ８８の間でで挟持されているので
、押圧力Ｆｐがバネ８８から薄板８７が受ける力Ｆｓに
達するまでは、薄板８７が押圧力に比例して弾性変形し
、歪感応抵抗素子８９により押圧力を検出出来る。フィ
ンガの押圧力ＦｐがＦｓを超えると、可撓性薄板８７だ
けでなくバネ８８も縮むので、フィンガ先端部８６は押
圧力Ｆｐに応じて後退し、押圧動作に対するコンプライ
アンス機能付きの押圧力検出フィンガとなる。

【００１４】図５の（ｂ）は、（ａ）の実施例と類似し
ているが、空隙部８２′は、フィンガ先端部８６′に形
成され、シャフト８４′の周囲に設けられたバネ８８′
と空隙部８２′の内壁面との間で可撓性薄板８７′の一
端部が挟持され、薄板８７′の他端部はフィンガ本体部
８０′の底面部に固定されている。シャフト８４′は一
端側がフィンガ先端部の空隙部８２′を貫通してフィン
ガ先端部８６′に固定され、シャフトの他端部がフィン
ガ本体部８０′とスライド自在に形成されている。この
（ｂ）のフィンガの動作は、（ａ）のフィンガの動作と
全く同様である。上述の図５（ａ）及び（ｂ）の実施例
では、可撓性薄板８７及び８７′の一部分が空隙部の内
壁面とバネとの間で挟持されており、フィンガ先端部が
抜け落ちる心配がないのでストッパーは必要ない。

【００１５】図６は、回転力（トルク力）検出機能付き
のロボット・ハンドの一実施例を示しており、（ａ）が
側面図、（ｂ）が線分Ｘ−Ｙに沿って切断した際の断面
図である。ハンド部９０と駆動部９２との間は、４本の
円柱状支持シャフト９３で結合されている上に、更に可
撓性薄板９４及び９５の両端部が夫々固定されている。 これら可撓性薄板９４上には歪感応抵抗素子９６及び９
７が文字Ｘ状に交差貼付されている。同様に、可撓性薄
板９５上にも歪感応抵抗素子９８及び９９が交差貼付さ
れている。これら歪感応抵抗素子９６、９７、９８及び
９９は、図１のブリッジ回路１０のＴ１、Ｔ２、Ｔ３及
びＴ４に夫々対応し、回転力が駆動部９２からハンド部
９０に伝達されたとき、例えばＴ１及びＴ４が伸びると
Ｔ２及びＴ３が縮むように貼付されている。これによっ
て回転力に対して極めて敏感な測定機能を有するロボッ
ト・ハンドが容易に実現出来る。また、把持力及び押圧
力に対しては図６の検出機構は殆ど反応せず、回転力の
みを正確に検出出来る。

【００１６】以上の図３〜図６までの実施例を組み合わ
せることにより、把持力、押圧力及び回転力を夫々検出
する機能を有するロボット・ハンドを容易に実現出来る
。そして、各作用力を検出する歪感応抵抗素子を図１の
複合ブリッジ回路１０のように構成し、図２で示した流
れ図の手順で制御することにより単一の電圧検出回路に
より容易且つ正確に各作用力を検出することが可能にな
る。

【００１７】

【発明の効果】本発明のロボット・ハンドは、把持力、
押圧力及び回転力の各作用力を検出するための歪感応抵
抗素子で複合ブリッジ回路を構成し、単一の電圧検出回
路で各作用動作に対応して各作用力を検出出来るので、
構成が簡単になる。また、上述の把持力、押圧力及び回
転力を検出する為の機構は、各々が対応する作用力のみ
を正確に検出することが出来ると共に、容易に１つのハ
ンドに組み合わせて利用出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１の制御装置の動作の一例を示す流れ図であ
る。

【図３】把持力検出機能付きのロボット・ハンドの一実
施例を表す図である。

【図４】押圧力検出に好適なロボット・ハンド用フィン
ガの一実施例の図である。

【図５】押圧力検出に好適なロボット・ハンド用フィン
ガの他の実施例の図である。

【図６】回転力検出に好適なロボット・ハンドの一実施
例の構成を表す図である。

【図７】従来の把持力検出機能付きロボット・ハンドの
例を示す図である。

【符号の説明】

１０　　複合ブリッジ回路 １２　　差動増幅器 １４　　アナログ・デジタル変換器 １６　　制御装置 １８　　ロボット・ハンド駆動装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ワークに対して把持、押圧及び回転等
   の動作が可能なロボット・ハンドにおいて、該ロボット
   ・ハンドに貼付され、把持力、押圧力及び回転力を夫々
   検出する把持力、押圧力及び回転力の検出用歪感応抵抗
   素子と、該把持力、押圧力及び回転力の検出用歪感応抵
   抗素子を夫々含む複合ブリッジ回路と、該複合ブリッジ
   回路の出力電圧を検出する電圧検出手段とを具え、把持
   、押圧及び回転の各動作時に上記電圧検出手段の出力電
   圧の変化量から把持力、押圧力及び回転力を各々検出す
   ることを特徴とするロボット・ハンド。
2. 【請求項２】　　ワークを把持するフィンガの一部分に
   形成され、該フィンガと中心軸が略共通の肉薄部と、把
   持動作における該肉薄部の主歪面に略平行に隔離され、
   両端が上記フィンガに固着された可撓性薄板体と、該薄
   板体上に貼付された歪感応抵抗素子とを具えることを特
   徴とする把持力感応型ロボット・ハンド。
3. 【請求項３】　　ワークを押圧するフィンガ先端部及び
   駆動機構に機械的に接続されたフィンガ本体部の何れか
   一方に固定され、他方とスライド自在に形成されたシャ
   フトと、上記フィンガ先端部及び本体部の一方及び他方
   に夫々固定及び当接された可撓性薄板体と、該薄板体上
   に貼付された歪感応抵抗素子とを具えることを特徴とす
   る押圧力感応型ロボット・ハンド。
4. 【請求項４】　　ワークを押圧するフィンガ先端部及び
   駆動機構に機械的に接続されたフィンガ本体部の何れか
   一方に固定され、他方とスライド自在に形成されたシャ
   フトと、　　該シャフトが固定された上記フィンガ先端
   部及び本体部の一方に空隙部が形成され、該空隙部の上
   記フィンガの軸に直交する１対の対向内壁面に所定の力
   を印加する弾性手段と、上記空隙部の１対の内壁面の中
   の上記フィンガ先端部及び本体部の他方に近い内壁面と
   上記弾性手段との間に一端部が挟持され、他端部が上記
   フィンガ先端部及び本体部の他方に固定された可撓性薄
   板体と、該薄板体上に貼付された歪感応抵抗素子とを具
   えることを特徴とする押圧力感応型ロボット・ハンド。
5. 【請求項５】　　ワークを把持可能なハンド部と、該ハ
   ンド部により把持された上記ワークを上記ハンド部の中
   心軸の回りに回動させる回転力を伝達する駆動機構部を
   具えるロボット・ハンドであって、上記ハンド部と上記
   駆動機構部の間に接続された支持手段と、上記ハンド部
   と上記駆動機構部の間に接続された可撓性薄板体と、該
   薄板体状に貼付された歪感応抵抗素子とを具えることを
   特徴とする回転力感応型ロボット・ハンド。