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JP2015034733A - Robot hand - Google Patents

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JP2015034733A
JP2015034733A JP2013165134A JP2013165134A JP2015034733A JP 2015034733 A JP2015034733 A JP 2015034733A JP 2013165134 A JP2013165134 A JP 2013165134A JP 2013165134 A JP2013165134 A JP 2013165134A JP 2015034733 A JP2015034733 A JP 2015034733A
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JP
Japan
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finger
unit
force
robot hand
central portion
Prior art date
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Pending
Application number
JP2013165134A
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Japanese (ja)
Inventor
高三 正己
Masaki Takasan
正己 高三
真也 浅井
Shinya Asai
真也 浅井
亮介 小関
Ryosuke Koseki
亮介 小関
康寿 松浦
Yasuhisa Matsuura
康寿 松浦
昭宏 鈴木
Akihiro Suzuki
昭宏 鈴木
合田 泰之
Yasuyuki Aida
泰之 合田
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Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect forces applied to a finger of a robot hand in plural directions while avoiding size increase of the robot hand.SOLUTION: A robot hand comprises: a finger part; an optical sensor attached to the finger part; and a control unit (ECU) connected to the optical sensor. The optical sensor is configured to detect a distance between paired light transmission/reception part and reflection part attached to the finger part in a state that they are juxtaposed in a movable direction α of the finger part. The reflection part has: a center part facing a light source of the light transmission/reception part; and an annular recess formed on an outer side of the center part. The ECU detects a force in the movable direction α applied to the finger part according to a detection value of a distance between the light transmission/reception part and the reflection part, and in addition, detects a force in a finger axis direction β applied to the finger part based on whether a detection value of a distance is changed discontinuously or not (a reflection position of a detection light on a reflection surface is changed from the center part toward the recess or not).

Description

本発明は、ロボットハンドの指にかかる外力を検出する技術に関する。   The present invention relates to a technique for detecting an external force applied to a finger of a robot hand.

アームを備えるロボットにおいて、アームのたわみ(歪み)を光センサを用いて検出する技術が、たとえば特開平5−302817号公報(特許文献1)に開示されている。   In a robot having an arm, a technique for detecting the deflection (distortion) of the arm using an optical sensor is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-302817 (Patent Document 1).

特開平5−302817号公報JP-A-5-302817

ところで、複数の指を備えるロボットハンドで物体を把持する場合には、各指には様々な方向からの外力がかかるため、それら外力を適切に検出してロボットハンドの動作を制御する必要がある。しかしながら、複数方向の外力を特許文献1に開示された光センサにより検出しようとすると、同様の光センサを複数備える必要があり、ロボットハンドの指が大型化してしまうという問題があった。   By the way, when an object is gripped by a robot hand having a plurality of fingers, external forces from various directions are applied to each finger, so it is necessary to appropriately detect these external forces to control the operation of the robot hand. . However, when an external force in a plurality of directions is detected by the optical sensor disclosed in Patent Document 1, it is necessary to provide a plurality of similar optical sensors, and there is a problem that the finger of the robot hand becomes large.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ロボットハンドの大型化を回避しつつ、ロボットハンドの指にかかる複数の方向の力を検出することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to detect forces in a plurality of directions applied to the fingers of the robot hand while avoiding an increase in the size of the robot hand. .

この発明に係るロボットハンドは、指部を備える。このロボットハンドは、第1方向に並べて指部に取り付けられた一対の送受光部および反射部を含んで構成され、送受光部と反射部との距離を検出可能な光センサ部と、光センサ部の送受光部と反射部との検出距離に基づいて指部にかかる第1方向の力を検出する検出部とを備える。反射部は、送受光部の光源と対向する中心部分と、中心部分の外側に環状に形成された環状部分とを有する。検出部は、指部にかかる第1方向の力を検出することに加えて、環状部分での反射を検出したか否かに基づいて指部にかかる第1方向とは異なる第2方向の力を検出する。   The robot hand according to the present invention includes a finger portion. The robot hand includes a pair of a light transmitting / receiving unit and a reflecting unit that are arranged in the first direction and attached to the finger unit, and is capable of detecting a distance between the light transmitting / receiving unit and the reflecting unit, and an optical sensor A detecting unit that detects a force in the first direction applied to the finger unit based on a detection distance between the light transmitting / receiving unit and the reflecting unit. The reflection part has a central part facing the light source of the light transmitting / receiving part, and an annular part formed in an annular shape outside the central part. In addition to detecting the force in the first direction applied to the finger portion, the detection unit detects a force in the second direction different from the first direction applied to the finger portion based on whether or not reflection at the annular portion is detected. Is detected.

好ましくは、環状部分は、中心部分に対して段差を有する段差部を含む。検出部は、段差部での反射によって検出距離が離散的に変化した場合に、第2方向の力が所定値を超えたと判定する。   Preferably, the annular portion includes a step portion having a step with respect to the center portion. The detection unit determines that the force in the second direction has exceeded a predetermined value when the detection distance changes discretely due to reflection at the stepped portion.

好ましくは、環状部分は、中心部分に対して異なる色を有する変色部を含む。検出部は、変色部での反射によって送受光部が受ける光の強度または波長が離散的に変化した場合に、第2方向の力が所定値を超えたと判定する。   Preferably, the annular portion includes a color changing portion having a different color with respect to the central portion. The detection unit determines that the force in the second direction has exceeded a predetermined value when the intensity or wavelength of light received by the light transmitting / receiving unit is discretely changed due to reflection at the color changing unit.

好ましくは、環状部分は、中心部分に対して段差もしくは異なる色を有する第1領域と、中心部分および第1領域に対して段差もしくは異なる色を有する第2領域とを含む。検出部は、送受光部の受光状態が中心部分に対応する状態から第1領域に対応する状態に変化した場合に中心部分と第1領域とを結ぶ方向の力が生じたと判定し、送受光部の受光状態が中心部分に対応する状態から第2領域に対応する状態に変化した場合に中心部分と第2領域とを結ぶ方向の力が生じたと判定する。   Preferably, the annular portion includes a first region having a step or a different color with respect to the central portion, and a second region having a step or a different color with respect to the central portion and the first region. The detection unit determines that a force in the direction connecting the central portion and the first region has occurred when the light receiving state of the light transmitting / receiving unit changes from a state corresponding to the central portion to a state corresponding to the first region. When the light receiving state of the portion changes from the state corresponding to the central portion to the state corresponding to the second region, it is determined that a force in the direction connecting the central portion and the second region has occurred.

好ましくは、環状部分は、同心円状に所定間隔を隔てて複数設けられる。
好ましくは、第1方向は、指部の回動方向に沿う方向である。第2方向は、指部の長手方向の軸心に沿う方向である。
Preferably, a plurality of annular portions are provided concentrically at predetermined intervals.
Preferably, the first direction is a direction along the rotation direction of the finger portion. The second direction is a direction along the longitudinal axis of the finger portion.

本発明によれば、指部に1つの光センサ部を取り付けることによって指部にかかる第1方向の力と第2方向の力とを検出することができる。そのため、ロボットハンドの大型化を回避しつつ、ロボットハンドの指にかかる複数の方向の力を検出することができる。
ができる。
According to the present invention, it is possible to detect the force in the first direction and the force in the second direction applied to the finger portion by attaching one optical sensor portion to the finger portion. Therefore, it is possible to detect forces in a plurality of directions applied to the fingers of the robot hand while avoiding an increase in the size of the robot hand.
Can do.

ロボットハンドの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows the structure of a robot hand typically. 光センサの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows the structure of an optical sensor typically. 反射部の反射面を送受光部側から見た図である。It is the figure which looked at the reflective surface of the reflection part from the light transmission / reception part side. 指部の可動方向αの力を検出する手法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to detect the force of the movable direction (alpha) of a finger part. 指部の突き指方向βの力を検出する手法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of detecting the force of the finger | toe finger direction (beta). 反射部の反射面の変形例を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows the modification of the reflective surface of a reflection part. 反射部の反射面の変形例を示す図(その2)である。It is FIG. (2) which shows the modification of the reflective surface of a reflection part. 光センサの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of an optical sensor.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.

図1は、本実施の形態によるロボットハンド1の構成を模式的に示す図である。なお、図1に示すロボットハンド1の構成は、あくまで例示であってこれに限定されるものではない。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a robot hand 1 according to the present embodiment. Note that the configuration of the robot hand 1 shown in FIG. 1 is merely an example, and the present invention is not limited to this.

ロボットハンド1は、対象物2を把持するためのハンド部10と、ハンド部10が対象物2を把持可能な位置にハンド部10を移動させて支持するためのアーム部40とを含む。   The robot hand 1 includes a hand unit 10 for gripping the object 2 and an arm unit 40 for moving and supporting the hand unit 10 to a position where the hand unit 10 can grip the object 2.

ハンド部10は、2本の指部20と、2本の指部20が所定距離を隔てて固定されるベース部30とを含む。ベース部30は、アーム部40に支持される。   The hand part 10 includes two finger parts 20 and a base part 30 to which the two finger parts 20 are fixed at a predetermined distance. The base part 30 is supported by the arm part 40.

各指部20は、指先部21と、関節部22と、指元部23とを含む。指元部23の一端はベース部30に接続され、指元部23の他端は関節部22を介して指先部21に接続される。   Each finger portion 20 includes a fingertip portion 21, a joint portion 22, and a finger base portion 23. One end of the finger base part 23 is connected to the base part 30, and the other end of the finger base part 23 is connected to the fingertip part 21 via the joint part 22.

関節部22は、指先部21と指元部23との間に設けられ、指先部21を指元部23に対して可動方向α(指元部23の長手方向の軸心に略直交する方向)に回動可能に支持する。関節部22は、指先部21を可動方向αに回動させるためのアクチュエータ(たとえば超音波モータ)を備えて構成される。なお、指元部23がベース部30に対して回動可能となるように、指元部23とベース部30との間にも関節部22と同様の関節部を設けるようにしてもよい。   The joint portion 22 is provided between the fingertip portion 21 and the fingertip portion 23, and the fingertip portion 21 is movable with respect to the fingertip portion 23 in a movable direction α (a direction substantially orthogonal to the longitudinal axis of the fingertip portion 23. ) Is supported to be rotatable. The joint portion 22 includes an actuator (for example, an ultrasonic motor) for rotating the fingertip portion 21 in the movable direction α. A joint part similar to the joint part 22 may be provided between the finger base part 23 and the base part 30 so that the finger base part 23 can be rotated with respect to the base part 30.

ロボットハンド1を用いて対象物2を把持しようとする場合、まず、ハンド部10を対象物2を把持可能な位置に移動させ、その後、対象物2に向けてハンド部10を降下させるようにアーム部40が駆動される。その後、指先部21を可動方向αに回動させて対象物2を把持するように各指部20の関節部22のアクチュエータが駆動される。   When attempting to grip the object 2 using the robot hand 1, first, the hand unit 10 is moved to a position where the object 2 can be gripped, and then the hand unit 10 is lowered toward the object 2. The arm part 40 is driven. Thereafter, the actuator of the joint portion 22 of each finger portion 20 is driven so as to grip the object 2 by rotating the fingertip portion 21 in the movable direction α.

この際、対象物2を落下させたり破損させたりすることを防止するためには、指先部21が可動方向αに対象物2を把持する力(以下、単に「可動方向αの力」ともいう)を検出することが望ましい。   At this time, in order to prevent the object 2 from being dropped or damaged, the force with which the fingertip portion 21 grips the object 2 in the movable direction α (hereinafter also simply referred to as “force in the movable direction α”). ) Is desirable.

また、対象物2に向けてハンド部10を移動させているときに、指先部21が障害物に衝突すると、指部20には、たとえば突き指方向β(指元部23の長手方向の軸心に沿う方向)に大きな力がかかる。このように突き指方向βに大きな力がかかることによって指部20が破損するおそれがある。そのため、可動方向αの力(対象物2の把持力)に加えて、突き指方向βの力も検出することが望ましい。   Further, when the hand part 10 is moved toward the object 2 and the fingertip part 21 collides with an obstacle, the finger part 20 has, for example, a fingering direction β (the axial center of the finger base part 23 in the longitudinal direction). (Direction along). Thus, there is a possibility that the finger part 20 may be damaged by applying a large force in the finger direction β. Therefore, it is desirable to detect the force in the fingering direction β in addition to the force in the movable direction α (the gripping force of the object 2).

ところが、仮に可動方向αの力を検出するセンサと突き指方向βの力を検出するセンサとをそれぞれ別々に指部20に設けると、指部20が大型化してしまう。すなわち、指部20の全長が長くなったり指部20の幅が太くなったりしてしまい、小さい対象物2を把持できなくなることが懸念される。また、可動部付近に多数の配線が設けられることとなり、指部20の円滑な動作に支障をきたすおそれがある。   However, if the sensor for detecting the force in the movable direction α and the sensor for detecting the force in the fingering direction β are provided separately on the finger part 20, the finger part 20 becomes large. That is, there is a concern that the entire length of the finger part 20 becomes long or the width of the finger part 20 becomes thick, and the small object 2 cannot be gripped. In addition, a large number of wires are provided in the vicinity of the movable part, which may hinder the smooth operation of the finger part 20.

そこで、本実施の形態においては、1つの指部20に1つの光センサ60を取り付け、この1つの光センサ60の出力に基づいて可動方向αの力と突き指方向βの力とを別々に検出する。   Therefore, in the present embodiment, one optical sensor 60 is attached to one finger 20, and the force in the movable direction α and the force in the finger direction β are separately detected based on the output of the one optical sensor 60. To do.

各指部20には、それぞれ1つの光センサ60が取り付けられる。本実施の形態においては、光センサ60は、指元部23の根元部分(ベース部30との接続箇所に近い部分)に取り付けられる。これにより、対象物2に近い指先部21周辺に光センサ60や配線を配置する必要がなくなるため、対象物2との干渉による故障や断線が回避される。なお、光センサ60の構成については後述する。   One optical sensor 60 is attached to each finger 20. In the present embodiment, the optical sensor 60 is attached to the base portion of the finger portion 23 (portion close to the connection portion with the base portion 30). This eliminates the need to arrange the optical sensor 60 and wiring around the fingertip portion 21 close to the object 2, thereby avoiding failure and disconnection due to interference with the object 2. The configuration of the optical sensor 60 will be described later.

光センサ60には、電子制御装置(Electronic Control Unit、以下「ECU」という)100が電気的に接続されている。ECU100は、必ずしもハンド部10に取り付ける必要がないため、本実施の形態においてはハンド部10から離れた位置に配置されている。   An electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 100 is electrically connected to the optical sensor 60. Since ECU 100 does not necessarily have to be attached to hand unit 10, ECU 100 is arranged at a position away from hand unit 10 in the present embodiment.

ECU100は、光センサ60の出力に基づいて、指元部23にかかる可動方向αの力と突き指方向βの力とを別々に検出する。   The ECU 100 detects separately the force in the movable direction α and the force in the finger direction β applied to the finger base 23 based on the output of the optical sensor 60.

図2は、光センサ60の構成を模式的に示す図である。光センサ60は、指元部23の根元部分の表面(内周面あるいは外周面)に、貼り付けシート62によって貼り付けられる。   FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the configuration of the optical sensor 60. The optical sensor 60 is affixed to the surface (inner peripheral surface or outer peripheral surface) of the base portion of the finger portion 23 by an adhesive sheet 62.

光センサ60は、可動方向αに並べて対向するように配置された一対の送受光部70および反射部80と、送受光部70および反射部80を収容する筐体61とで構成される。   The optical sensor 60 includes a pair of light transmitting / receiving unit 70 and reflecting unit 80 arranged so as to face each other in the movable direction α, and a casing 61 that houses the light transmitting / receiving unit 70 and the reflecting unit 80.

送受光部70は、反射部80に向けて検出光(たとえば赤外光)を照射する光源を含む送光部と、送光部の側方に隣接して設けられ反射部80で反射された検出光を受けるPSD(Position Sensitive Detector)を含む受光部とを備える。   The light transmission / reception unit 70 is provided adjacent to the side of the light transmission unit including a light source that emits detection light (for example, infrared light) toward the reflection unit 80, and is reflected by the reflection unit 80. A light receiving unit including a PSD (Position Sensitive Detector) that receives detection light.

反射部80は、可動方向αと直交する平面状の反射面を有する。送受光部70の光源から照射された検出光は反射部80の反射面で反射される。反射部80の反射面で反射された検出光は、送受光部70のPSDに受光される。   The reflection unit 80 has a planar reflection surface orthogonal to the movable direction α. Detection light emitted from the light source of the light transmitting / receiving unit 70 is reflected by the reflecting surface of the reflecting unit 80. The detection light reflected by the reflecting surface of the reflecting unit 80 is received by the PSD of the light transmitting / receiving unit 70.

この光センサ60は、送受光部70の光源と反射部80との距離の変化に応じて送受光部70のPSD上の受光位置が変化すること(三角測量法)を利用して、送受光部70のPSD上の受光位置から送受光部70と反射部80との距離dを検出可能に構成される。なお、三角測量法による距離の検出原理については周知であるため、ここでの詳細な説明は繰り返さない。   This optical sensor 60 transmits and receives light by utilizing the fact that the light receiving position on the PSD of the light transmitting / receiving unit 70 changes according to the change in the distance between the light source of the light transmitting / receiving unit 70 and the reflecting unit 80 (triangulation method). The distance d between the light transmitting / receiving unit 70 and the reflecting unit 80 can be detected from the light receiving position on the PSD of the unit 70. Since the principle of distance detection by triangulation is well known, detailed description thereof will not be repeated here.

図3は、反射部80の反射面を送受光部70側から見た図である。指元部23に歪みが生じていない状態では、送受光部70からの検出光が反射面の中心点81に照射されるように、送受光部70と反射部80との位置関係が調整されている。   FIG. 3 is a view of the reflecting surface of the reflecting unit 80 as viewed from the light transmitting / receiving unit 70 side. In a state where the finger portion 23 is not distorted, the positional relationship between the light transmitting / receiving unit 70 and the reflecting unit 80 is adjusted so that the detection light from the light transmitting / receiving unit 70 is applied to the center point 81 of the reflecting surface. ing.

反射面は、送受光部70の光源と対向する中心点81を含む平面状の中心部分と、中心部分の外側に設けられた環状の凹部82とを有する。この凹部82は、中心部分の平面に対して所定距離だけ窪んでいる。このような凹部82による段差を中心部分の外側に設けることにより、検出光の反射位置が中心部分から凹部82に変化したときに距離dの検出値を離散的に(不連続的に)変化させることができる。   The reflecting surface has a planar center portion including a center point 81 facing the light source of the light transmitting / receiving unit 70, and an annular recess 82 provided outside the center portion. The recess 82 is recessed by a predetermined distance with respect to the plane of the central portion. By providing such a step due to the concave portion 82 outside the central portion, the detection value of the distance d is changed discretely (discontinuously) when the reflection position of the detection light changes from the central portion to the concave portion 82. be able to.

図4は、光センサ60の出力を用いてECU100が可動方向αの力を検出する手法を説明するための図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining a method in which the ECU 100 detects the force in the movable direction α using the output of the optical sensor 60.

たとえば、指先部21を回動させて対象物2を把持する場合を想定する。この場合、対象物2に接触した指先部21が対象物2から受ける反力によって指元部23には可動方向αの歪みが生じる。この歪みによって光センサ60の筐体61も可動方向αに歪む(図4では圧縮されている場合を例示している)ため、送受光部70と反射部80との距離dが変化する。   For example, it is assumed that the object 2 is gripped by rotating the fingertip portion 21. In this case, the fingertip portion 23 is distorted in the movable direction α due to the reaction force received from the subject 2 by the fingertip portion 21 that is in contact with the subject 2. Due to this distortion, the casing 61 of the optical sensor 60 is also distorted in the movable direction α (the case where compression is illustrated in FIG. 4), and the distance d between the light transmitting / receiving unit 70 and the reflecting unit 80 changes.

この点を利用し、ECU100は、距離dの検出値に応じて可動方向αの力を検出する。なお、この歪みは対象物2に把持力を与える時間の経過に応じて連続的に変化するため、図4に示すように、距離dも時間の経過に応じて連続的に変化する。また、指先部21で対象物2を把持している状態では、突き指方向βの力はほとんど作用しないため、突き指方向βの歪みもほとんど生じない。   Using this point, the ECU 100 detects the force in the movable direction α according to the detected value of the distance d. Since this distortion changes continuously with the passage of time to apply the gripping force to the object 2, the distance d also changes continuously with the passage of time as shown in FIG. Further, in the state where the object 2 is gripped by the fingertip portion 21, the force in the fingering direction β hardly acts, so that the distortion in the fingering direction β hardly occurs.

図5は、光センサ60の出力を用いてECU100が突き指方向βの力を検出する手法を説明するための図である。   FIG. 5 is a diagram for describing a method in which the ECU 100 detects the force in the finger direction β using the output of the optical sensor 60.

たとえば、指先部21が障害物3に当接している状態でアーム部40がハンド部10を突き指方向βに押している場合を想定する。この場合、障害物3から受ける反力によって指元部23には突き指方向βの歪みが生じる。この歪みによって光センサ60の筐体61も突き指方向βに歪むため、反射部80の反射面における検出光の反射位置が中心点81から突き指方向βにずれる。そして、突き指方向βの歪みが大きく反射位置が反射面の中心部分から凹部82にまで変化すると、図5に示すように、凹部82の段差(窪み)によって距離dの検出値が不連続的に変化(増加)することになる。   For example, it is assumed that the arm part 40 pushes the hand part 10 in the finger direction β while the fingertip part 21 is in contact with the obstacle 3. In this case, the finger portion 23 is distorted in the finger direction β due to the reaction force received from the obstacle 3. Due to this distortion, the housing 61 of the optical sensor 60 is also distorted in the fingering direction β, so that the reflection position of the detection light on the reflecting surface of the reflecting portion 80 is shifted from the center point 81 in the fingering direction β. Then, when the distortion in the finger direction β is large and the reflection position changes from the central portion of the reflection surface to the recess 82, the detected value of the distance d is discontinuously due to the step (dent) of the recess 82, as shown in FIG. Will change (increase).

この点を利用し、ECU100は、距離dの検出値が不連続的に変化した(単位時間あたりの変化量がしきい値を超えた)か否かに基づいて突き指方向βの力を検出する。具体的には、ECU100は、凹部82での反射を距離dの検出値が不連続的に変化したか否かで判別し、距離dの検出値が不連続的に変化した場合、突き指方向βの力が許容値(指部20が破損しない範囲の力)を超えたことを検出する。ECU100は、距離dの検出値が連続的に変化している場合(単位時間あたりの変化量がしきい値未満である場合)、突き指方向βの力が許容値未満であると検出する。   Using this point, the ECU 100 detects the force in the finger direction β based on whether or not the detected value of the distance d has changed discontinuously (the amount of change per unit time has exceeded a threshold value). . Specifically, the ECU 100 determines the reflection at the concave portion 82 based on whether or not the detected value of the distance d has changed discontinuously, and when the detected value of the distance d has changed discontinuously, the finger direction β Is detected to have exceeded an allowable value (a force within a range where the finger portion 20 is not damaged). When the detected value of distance d is continuously changing (when the amount of change per unit time is less than the threshold value), ECU 100 detects that the force in fingertip direction β is less than the allowable value.

なお、実際には、可動方向αの歪みと突き指方向βの歪みとが複合的に生じる。ECU100は、距離dの検出値が連続的に変化している場合には、突き指方向βの力が許容値未満であると判定するとともに、距離dの検出値に応じて可動方向αの力を検出する。一方、距離dの検出値が不連続的に変化した場合には、ECU100は、突き指方向βの力が許容値を超えていると判定し、指部20の動作を停止するもしくは突き指方向βの力が許容値未満となるように関節部22あるいはアーム部40を駆動する。   Actually, the distortion in the movable direction α and the distortion in the finger direction β are combined. The ECU 100 determines that the force in the fingering direction β is less than the allowable value when the detected value of the distance d continuously changes, and applies the force in the movable direction α according to the detected value of the distance d. To detect. On the other hand, when the detected value of the distance d changes discontinuously, the ECU 100 determines that the force in the fingering direction β exceeds the allowable value and stops the operation of the finger unit 20 or in the fingering direction β. The joint portion 22 or the arm portion 40 is driven so that the force is less than the allowable value.

以上のように、本実施の形態によるロボットハンド1は、可動方向αに並べて指部20に取り付けられた一対の送受光部70と反射部80との距離dを検出可能な光センサ60と、光センサ60に電気的に接続されたECU100とを備える。反射部80は、送受光部70の光源と対向する中心部分と、中心部分の外側に形成された環状の凹部82とを有する。ECU100は、送受光部70と反射部80との距離dの検出値に応じて可動方向αの力を検出することに加えて、距離dの検出値が離散的に変化したか否か(反射面における検出光の反射位置が中心部分から凹部82に変化したか否か)に基づいて突き指方向βの力が許容値を超えたか否かを検出する。これにより、指部20に取り付ける光センサが1つであっても、指部20にかかる複数方向の力(可動方向αの力および突き指方向βの力)を別々に検出することができる。そのため、ロボットハンド1の大型化を回避しつつ(指部20周辺の省スペース化を実現しつつ)、指部20にかかる複数方向の力を検出することができる。   As described above, the robot hand 1 according to the present embodiment includes the optical sensor 60 that can detect the distance d between the pair of light transmitting / receiving units 70 and the reflecting unit 80 that are arranged in the movable direction α and attached to the finger unit 20. ECU 100 electrically connected to optical sensor 60. The reflection unit 80 has a central portion facing the light source of the light transmitting / receiving unit 70 and an annular recess 82 formed outside the central portion. In addition to detecting the force in the movable direction α in accordance with the detected value of the distance d between the light transmitting / receiving unit 70 and the reflecting unit 80, the ECU 100 determines whether or not the detected value of the distance d has changed discretely (reflection). Based on whether or not the reflection position of the detection light on the surface has changed from the central portion to the recess 82), it is detected whether or not the force in the finger direction β has exceeded an allowable value. Thereby, even if there is one optical sensor attached to the finger part 20, forces in a plurality of directions (force in the movable direction α and force in the fingering direction β) applied to the finger part 20 can be detected separately. Therefore, it is possible to detect forces in a plurality of directions applied to the finger unit 20 while avoiding an increase in the size of the robot hand 1 (while realizing space saving around the finger unit 20).

<反射部80の反射面の変形例>
本実施の形態では、反射部80の反射面の中心部分の外側に、中心部分よりも窪んだ凹部82を設けた。しかしながら、中心部分の外側に設けられる構成は、反射面における反射位置が中心部分から中心部分の外側に変化したときに送受光部70による受光状態が離散的に変化する構成であればよく、必ずしも凹部82に限定されるものではない。
<Modification of Reflective Surface of Reflector 80>
In the present embodiment, the concave portion 82 that is recessed from the center portion is provided outside the center portion of the reflecting surface of the reflecting portion 80. However, the configuration provided outside the center portion may be a configuration in which the light receiving state by the light transmitting / receiving unit 70 changes discretely when the reflection position on the reflection surface changes from the center portion to the outside of the center portion. It is not limited to the recess 82.

たとえば、中心部分の外側の環状部分に、凹部82に代えて、中心部分よりも所定距離だけ突き出た凸部を設けるようにしてもよい。このようにしても、反射位置が中心部分から中心部分の外側に変化したときに凸部の段差(突き出し)によって距離dの検出値を離散的に変化させることができる。   For example, instead of the concave portion 82, a convex portion protruding a predetermined distance from the central portion may be provided in the annular portion outside the central portion. Even in this case, when the reflection position changes from the central portion to the outside of the central portion, the detection value of the distance d can be discretely changed by the step (protrusion) of the convex portion.

また、中心部分の外側の環状部分に、凹部82に代えて、中心部分とは異なる色を有する変色部を設けるようにしてもよい。このようにすると、反射位置が中心部分から中心部分の外側に変化したときに、送受光部70が受ける検出光の強度または波長を離散的に変化させることができる。したがって、ECU100は、送受光部70が受ける検出光の強度または波長が離散的に変化したことを検出することによって、突き指方向βの力が許容値を超えたと検出することができる。   Further, a discoloration portion having a color different from that of the central portion may be provided in the annular portion outside the central portion, instead of the concave portion 82. In this way, it is possible to discretely change the intensity or wavelength of the detection light received by the light transmitting / receiving unit 70 when the reflection position changes from the central portion to the outside of the central portion. Therefore, the ECU 100 can detect that the force in the finger direction β exceeds the allowable value by detecting that the intensity or wavelength of the detection light received by the light transmitting / receiving unit 70 has changed discretely.

また、中心部分の外側の環状部分を複数の領域に分け、各領域で段差、色、段差および色の組合せの少なくともいずれかをそれぞれ異ならせるようにしてもよい。たとえば、図6に示すように、中心部分の外側の環状部分に、中心部分に対して色は同じであるが段差を有する凹部82が形成される第1領域と、中心部分に対して段差は有しないが色が異なる変色部83が形成される第2領域とが設けられる反射部80Aを採用してもよい。このようにすると、力の作用方向をより正確に検出することができる。すなわち、ECU100は、距離dの検出値が離散的に変化した場合には中心部分と第1領域とを結ぶ方向の力が生じたと検出し、検出光の強度または波長が離散的に変化した場合には中心部分と第2領域とを結ぶ方向の力が生じたと検出することができる。   Further, the annular portion outside the central portion may be divided into a plurality of regions, and at least one of a step, a color, a step, and a combination of colors may be made different in each region. For example, as shown in FIG. 6, a first region where a concave portion 82 having a step which is the same color as the central portion but has a step is formed in the annular portion outside the central portion, and the step is different from the central portion. A reflecting portion 80A provided with a second region that is not provided but is formed with a color changing portion 83 having a different color may be employed. If it does in this way, the direction of action of force can be detected more correctly. That is, when the detected value of the distance d changes discretely, the ECU 100 detects that a force in the direction connecting the central portion and the first region has occurred, and the intensity or wavelength of the detection light changes discretely It can be detected that a force in the direction connecting the central portion and the second region has occurred.

また、中心部分の外側に、同心円状に所定間隔を隔てて、中心部分に対して段差あるいは異なる色を有する複数の環状部分を設けるようにしてもよい。たとえば、図7に示すように、凹部82に内側に、同心円状に所定間隔を隔てて凹部84がさらに設けられる反射部80Bを採用してもよい。このようにすると、距離dの検出値を離散的に変化した回数に応じて突き指方向βの力の大きさを検出することが可能となる。なお、各環状部分で、段差、色、段差および色の組合せの少なくともいずれかをそれぞれ異ならせるようにすると、突き指方向βの力の大きさをより正確に検出することができる。   Moreover, you may make it provide the several annular part which has a level | step difference or a different color with respect to a center part on the outer side of a center part at predetermined intervals concentrically. For example, as shown in FIG. 7, a reflective portion 80 </ b> B in which a concave portion 84 is further provided inside the concave portion 82 at a predetermined interval concentrically may be adopted. In this way, it is possible to detect the magnitude of the force in the fingering direction β according to the number of times the detection value of the distance d is discretely changed. If at least one of the level difference, the color, the level difference, and the combination of colors is made different in each annular portion, the magnitude of the force in the fingering direction β can be detected more accurately.

<光センサ60の変形例>
本実施の形態による光センサ60に代えて、図8に示す光センサ60Aを採用してもよい。
<Modified Example of Optical Sensor 60>
Instead of the optical sensor 60 according to the present embodiment, an optical sensor 60A shown in FIG. 8 may be adopted.

図8に示す光センサ60Aは、光センサ60に対して、反射部80の背面に検出光を受光する受光部90を追加したものである。このように、送受光部70の内部だけでなく、反射部80の背面にも受光部90を設けることで、反射部80を通過した光の受光位置あるいは受光量に基づいて突き指方向βの力を検出することができる。   An optical sensor 60 </ b> A illustrated in FIG. 8 is obtained by adding a light receiving unit 90 that receives detection light to the back surface of the reflecting unit 80 with respect to the optical sensor 60. In this way, by providing the light receiving unit 90 not only inside the light transmitting / receiving unit 70 but also on the back surface of the reflecting unit 80, the force in the finger direction β is based on the light receiving position or the amount of light received through the reflecting unit 80. Can be detected.

<その他の変形例>
本実施の形態では、指部20の本数を2本としたが、指部の本数はこれに限定されない。すなわち、指部の本数は3本以上であってもよいし1本であってもよい。また、図1に例示したロボットハンド1では、指部20の関節部22の数(指部20の自由度の数)を1つとしているが、指部の関節部の数はこれに限定されない。すなわち、指部の関節部の数を2つ以上としてもよい。
<Other variations>
In the present embodiment, the number of finger portions 20 is two, but the number of finger portions is not limited to this. That is, the number of finger portions may be three or more, or may be one. Further, in the robot hand 1 illustrated in FIG. 1, the number of joint portions 22 of the finger portion 20 (the number of degrees of freedom of the finger portion 20) is one, but the number of joint portions of the finger portion is not limited to this. . That is, the number of joint portions of the finger portion may be two or more.

また、本実施の形態では、光センサ60を貼り付けシート62によって指元部23に貼り付けたが、光センサ60を指元部23に取り付ける手法はこれに限定されない。たとえば、ボルト等で指元部23に固定するようにしてもよい。   Moreover, in this Embodiment, although the optical sensor 60 was affixed on the fingertip part 23 with the sticking sheet 62, the method of attaching the optical sensor 60 to the fingertip part 23 is not limited to this. For example, you may make it fix to the fingertip part 23 with a volt | bolt etc.

また、本実施の形態では、光センサ60が筐体61で覆われていたが、筐体61を省いて送受光部70および反射部80を指元部23に直接取り付けるようにしてもよい。   In the present embodiment, the optical sensor 60 is covered with the housing 61, but the housing 61 may be omitted and the light transmitting / receiving unit 70 and the reflecting unit 80 may be directly attached to the fingertip unit 23.

また、本実施の形態では、光センサ60を指元部23に取り付けたが、光センサ60の取り付け位置は指元部23に限定されない。たとえば、光センサ60を指先部21に取り付けるようにしてもよい。   In the present embodiment, the optical sensor 60 is attached to the fingertip portion 23, but the attachment position of the optical sensor 60 is not limited to the fingertip portion 23. For example, the optical sensor 60 may be attached to the fingertip portion 21.

また、本実施の形態では、ECU100をハンド部10から離れた位置に配置しているが、ECU100をハンド部10のいずれかの箇所に取り付けるようにしてもよい。   Further, in the present embodiment, ECU 100 is arranged at a position away from hand unit 10, but ECU 100 may be attached to any part of hand unit 10.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 ロボットハンド、2 対象物、3 障害物、10 ハンド部、20 指部、21 指先部、22 関節部、23 指元部、30 ベース部、40 アーム部、60 光センサ、61 筐体、62 貼り付けシート、70 送受光部、80,80A,80B 反射部、81 中心点、82,84 凹部、83 変色部、90 受光部、100 ECU。   1 robot hand, 2 object, 3 obstacle, 10 hand part, 20 finger part, 21 fingertip part, 22 joint part, 23 finger base part, 30 base part, 40 arm part, 60 optical sensor, 61 housing, 62 Pasting sheet, 70 Transmitting / receiving unit, 80, 80A, 80B Reflecting unit, 81 Center point, 82, 84 Concavity, 83 Discoloring unit, 90 Light receiving unit, 100 ECU.

Claims (6)

指部を備えるロボットハンドであって、
第1方向に並べて前記指部に取り付けられた一対の送受光部および反射部を含んで構成され、前記送受光部と前記反射部との距離を検出可能な光センサ部と、
前記光センサ部の前記送受光部と前記反射部との検出距離に基づいて前記指部にかかる前記第1方向の力を検出する検出部とを備え、
前記反射部は、前記送受光部の光源と対向する中心部分と、前記中心部分の外側に環状に形成された環状部分とを有し、
前記検出部は、前記指部にかかる前記第1方向の力を検出することに加えて、前記環状部分での反射を検出したか否かに基づいて前記指部にかかる前記第1方向とは異なる第2方向の力を検出する、ロボットハンド。
A robot hand with fingers,
An optical sensor unit configured to include a pair of light transmitting / receiving units and a reflecting unit attached to the finger unit in a first direction, and capable of detecting a distance between the light transmitting / receiving unit and the reflecting unit;
A detection unit that detects a force in the first direction applied to the finger unit based on a detection distance between the light transmission / reception unit and the reflection unit of the optical sensor unit;
The reflecting portion has a central portion facing the light source of the light transmitting / receiving portion, and an annular portion formed in an annular shape outside the central portion,
In addition to detecting the force in the first direction applied to the finger unit, the detection unit is configured to determine the first direction applied to the finger unit based on whether or not reflection at the annular portion is detected. A robot hand that detects forces in different second directions.
前記環状部分は、前記中心部分に対して段差を有する段差部を含み、
前記検出部は、前記段差部での反射によって前記検出距離が離散的に変化した場合に、前記第2方向の力が所定値を超えたと判定する、請求項1に記載のロボットハンド。
The annular portion includes a step portion having a step with respect to the central portion,
The robot hand according to claim 1, wherein the detection unit determines that the force in the second direction has exceeded a predetermined value when the detection distance changes discretely due to reflection at the stepped portion.
前記環状部分は、前記中心部分に対して異なる色を有する変色部を含み、
前記検出部は、前記変色部での反射によって前記送受光部が受ける光の強度または波長が離散的に変化した場合に、前記第2方向の力が所定値を超えたと判定する、請求項1に記載のロボットハンド。
The annular portion includes a color changing portion having a different color with respect to the central portion,
The detection unit determines that the force in the second direction has exceeded a predetermined value when the intensity or wavelength of light received by the light transmitting / receiving unit is discretely changed by reflection at the color changing unit. The robot hand described in 1.
前記環状部分は、前記中心部分に対して段差もしくは異なる色を有する第1領域と、前記中心部分および前記第1領域に対して段差もしくは異なる色を有する第2領域とを含み、
前記検出部は、前記送受光部の受光状態が前記中心部分に対応する状態から前記第1領域に対応する状態に変化した場合に前記中心部分と前記第1領域とを結ぶ方向の力が生じたと判定し、前記送受光部の受光状態が前記中心部分に対応する状態から前記第2領域に対応する状態に変化した場合に前記中心部分と前記第2領域とを結ぶ方向の力が生じたと判定する、請求項1に記載のロボットハンド。
The annular portion includes a first region having a step or a different color with respect to the central portion, and a second region having a step or a different color with respect to the central portion and the first region,
The detection unit generates a force in a direction connecting the central portion and the first region when the light receiving state of the light transmitting / receiving unit changes from a state corresponding to the central portion to a state corresponding to the first region. And when a light receiving state of the light transmitting / receiving unit is changed from a state corresponding to the central portion to a state corresponding to the second region, a force in a direction connecting the central portion and the second region is generated. The robot hand according to claim 1, wherein the determination is made.
前記環状部分は、同心円状に所定間隔を隔てて複数設けられる、請求項1〜4のいずれかに記載のロボットハンド。   The robot hand according to claim 1, wherein a plurality of the annular portions are provided concentrically at predetermined intervals. 前記第1方向は、前記指部の回動方向に沿う方向であり、
前記第2方向は、前記指部の長手方向の軸心に沿う方向である、請求項1〜5のいずれかに記載のロボットハンド。
The first direction is a direction along the rotation direction of the finger part,
The robot hand according to any one of claims 1 to 5, wherein the second direction is a direction along a longitudinal axis of the finger portion.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024048174A1 (en) * 2022-08-31 2024-03-07 国立大学法人大阪大学 End effector, end effector control device, and method for controlling gripper

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