ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ
【課題】発光手段を用いなくとも対象物との接触部位を撮像することのできるロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガを提供することにより、コストの低減を図ることを課題とする。
【解決手段】対象物１０を把持することで変形する弾性外皮１２と、弾性外皮１２を支持するフィンガ本体１１と、フィンガ本体１１の内部に設けられて弾性外皮１２の変形状態を撮像する撮像装置１３とを有する。さらに、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１において、フィンガ本体１１は、外部から撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１に光を導入する光透過部１１及び１２を備える。
【解決手段】対象物１０を把持することで変形する弾性外皮１２と、弾性外皮１２を支持するフィンガ本体１１と、フィンガ本体１１の内部に設けられて弾性外皮１２の変形状態を撮像する撮像装置１３とを有する。さらに、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１において、フィンガ本体１１は、外部から撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１に光を導入する光透過部１１及び１２を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はロボットハンド用フィンガに関し、特に撮像装置を内蔵するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットハンドにより対象物を把持する際、ロボットハンドによる適切な把持を行うためには、ロボットハンドの指部であるフィンガと対象物との接触の有無の検出、及びフィンガにおける接触位置の検出等のフィンガと対象物との接触状態を検出することが必要である。そして、従来から、対象物との接触状態を検出するための検出装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、検出装置として触覚センサが記載されている。この触覚センサは、対象物との接触部位に弾性体を有し、さらに、触覚センサの内部に、対象物と弾性体との接触面の状態を画像情報として取得するＣＣＤカメラ等の画像取得部と、接触面を照明するためのＬＥＤ等の発光手段とを有している。そして、この触覚センサは、対象物との接触時における接触面の形状を解析して、対象物と接触面との間における接触状態（摩擦力）を算出している。
また、特許文献２には、検出装置として光学式触覚センサが記載されている。この光学式触覚センサは、そのケーシングの先端に光透過性をもつ弾性体からなる半球状をなすタッチパッドを有している。なお、タッチパッドは、対象物と接触するようになっており、その表面にグリッドパターンが設けられている。さらに、ケーシングの内部には、タッチパッドの背面からグリッドパターンを撮像するＣＣＤカメラ及びグリッドパターンを照らすリング状の照明が設けられている。そして、この光学式触覚センサは、ＣＣＤカメラが撮像するグリッドパターンの挙動から、対象物とタッチパッドとの間における接触状態（摩擦力）を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００６／０３０５７０号公報
【特許文献２】特開２００５−２５７３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された触覚センサ及び特許文献２に記載された光学式触覚センサでは、いずれも、触覚センサの内部に発光手段が設けられている。そして、弾性体及びタッチパッドにおける対象物との接触部位の鮮明な画像を撮像するために、発光手段により接触部位を照明するようになっている。このため、これらの触覚センサをロボットハンドのフィンガに用いる場合、その内部に発光手段を設けることによるコストの上昇が発生するという問題がある。
【０００６】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、発光手段を用いなくとも対象物との接触部位を撮像することのできるロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガを提供することにより、コストの低減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガは、対象物を把持することで変形する弾性体と、弾性体を支持する支持部材と、支持部材の内部に設けられて弾性体の変形状態を撮像する撮像装置とを有するロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガにおいて、支持部材は、外部から撮像装置の撮像範囲に光を導入する光透過部を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
これにより、支持部材における光透過部を介して支持部材の外部から内部に採光した光を、支持部材における撮像装置の撮像範囲に相当する部位に照射することによって、支持部材さらには弾性体における撮像装置の撮像範囲に相当する部位の鮮明な画像が撮像装置により撮像される。よって、対象物を把持する際にフィンガが対象物に接触して弾性体が変形すると、この弾性体の変形は、発光手段を使用することなく撮像装置により撮像された画像からでも認識されることができる。すなわち、発光手段を設けることなく、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの対象物への接触状況を認識することが可能になる。
【０００９】
弾性体における、少なくとも撮像装置の撮像範囲に相当する部位が、光透過性を有してもよい。これにより、弾性体が変形すると、変形部位はその他の部位との光の屈折率が異なる。このため、撮像装置の画像において、弾性体の変形が輝度の差異によって認識することができる。
支持部材及び弾性体が、透明な部材からなってもよい。これにより、外部の光は周囲の構造物等に反射する光も含むため多方向から支持部材を照射するが、支持部材が透明であるため、支持部材は多方向から入射する光をその内部から弾性体における撮像装置の撮像範囲に相当する部位に照射することができる。また、弾性体が透明であることによって、外部から弾性体を透過する光によっても弾性体における撮像装置の撮像範囲に相当する部位が照射され、撮像装置により鮮明な画像を撮像することができる。
【００１０】
弾性体における撮像装置の撮像範囲に相当する部位が、格子状の模様を有してもよい。これにより、撮像装置により撮像される弾性体の格子状のパターンの変形を認識することによって、弾性体の変形を認識でき、さらに、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの対象物への接触状況を認識することが可能になる。
支持部材は、中実な構造を有してもよい。これにより、支持部材は、中実な構造を有するため剛性を確保することが容易である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガは、発光手段を用いなくとも対象物との接触部位を撮像することができることにより、コストの低減を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１及び５に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガを備えるロボットハンドの全体図である。
【図２】図１の実施の形態１に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの構成を示す断面側面図である。
【図３】図２のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの対象物との接触面の状態を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの構成を示す断面側面図である。
【図５】図４のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの対象物との接触面の状態を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの構成を示す断面側面図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの構成を示す断面側面図である。
【図８】図１の実施の形態５に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの構成を示す断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１及び２を用いて、この発明の実施の形態１に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１の構成を示す。
【００１４】
まず、図１を参照すると、ロボットハンド１は、ハンド本体２に複数の指部３が設けられている。各指部３は、その先端側から第一指節３ａ及び第二指節３ｂによって構成されている。さらに、第一指節３ａ及び第二指節３ｂ間、並びに、第二指節３ｂ及びハンド本体２間はそれぞれ、超音波アクチュエータ４ａ及び４ｂを介して連結されている。また、超音波アクチュエータ４ａ及び４ｂはそれぞれ、制御部２０に電気的に接続されており、制御部２０の制御により駆動する。
そして、制御部２０の制御による超音波アクチュエータ４ａ及び４ｂの駆動によって、第二指節３ｂに対して第一指節３ａ、及び、ハンド本体２に対して第二指節３ｂがそれぞれ多自由度に屈折することができる。これにより、ロボットハンド１は、図示しない対象物を把持する。
また、各第一指節３ａには、図示しない撮像装置が内蔵されており、第一指節３ａは、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ（以下、「フィンガ」と称す）１０１を構成している。
【００１５】
次に、図２を参照すると、フィンガ１０１は、支持部材であるフィンガ本体１１を有している。フィンガ本体１１は、円筒状をした筒部１１ｂと筒部１１ｂの一方の端部に形成された半球面状をした先端部１１ａとを有し、その内部は中空になっている。そして、先端部１１ａ及び筒部１１ｂはいずれも、その全体が、透明な樹脂などによる、高い光透過性及び剛性を有する材料により形成されている。
また、ロボットハンド１（図１参照）は、対象物１０を把持する際に、第一指節３ａ（図１参照）すなわちフィンガ１０１を対象物１０に接触させるが、このとき、フィンガ１０１が対象物１０に接触し得る領域は、把持部Ａ１で示される。そして、フィンガ本体１１の外表面１１ｄにおいて、把持部Ａ１を少なくとも覆うようにして、シート状の弾性外皮１２が設けられている。弾性外皮１２は、弾性体を構成し、透明なシリコンゴムなどによる、高い光透過性を有し且つ弾性を有する材料により形成されている。なお、把持部Ａ１における弾性外皮１２は、厚さｔ１で形成されている。
【００１６】
また、フィンガ本体１１の筒部１１ｂの内部には、撮像装置１３が設けられており、撮像装置１３は、筒部１１ｂと同一の材料によって筒部１１ｂの内表面に一体に形成されたブラケット１１ｃに取付・支持されている。さらに、撮像装置１３は、二次元ＣＣＤイメージセンサ１３ａ、及び二次元ＣＣＤイメージセンサ１３ａに視野角を広げた像を提供するための広角レンズユニット１３ｂを有している。二次元ＣＣＤイメージセンサ１３ａは、フィンガ本体１１の把持部Ａ１に向けて取り付けられており、広角レンズユニット１３ｂを介して、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２の把持部Ａ１の二次元画像をフィンガ本体１１の内側より取得する。そして、広角レンズユニット１３ｂを介して弾性外皮１２の把持部Ａ１全体の画像を取得できるように、二次元ＣＣＤイメージセンサ１３ａ及び広角レンズユニット１３ｂは配置されている。また、二次元ＣＣＤイメージセンサ１３ａは、制御部２０に電気的に接続されており、制御部２０に取得した二次元画像を送る。
また、本実施の形態１では、弾性外皮１２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１に相当する部位が、弾性外皮１２の把持部Ａ１と同一になっている。なお、弾性外皮１２に対する撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１は、少なくとも弾性外皮１２の把持部Ａ１を含んでおればよく、把持部Ａ１より広くなっていてもよい。
【００１７】
次に、図１〜３を用いて、この発明の実施の形態１に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１の動作を示す。
図１を参照すると、ロボットハンド１が対象物１０（図２参照）を把持する際、制御部２０は、各指部３の超音波アクチュエータ４ａ及び４ｂを作動させ、各指部３の第一指節３ａ及び第二指節３ｂを動作させる。また、同時に、制御部２０は、第一指節３ａすなわちフィンガ１０１内の撮像装置１３（図２参照）を作動させる。そして、図２に示すように、把持するためにフィンガ１０１が対象物１０に接触すると、フィンガ１０１の弾性外皮１２が、対象物１０に対して接触部Ｂ１において接触し、フィンガ本体１１によって対象物１０に押しつけられて圧縮される。このため、弾性外皮１２は、対象物１０との接触部Ｂ１においてその厚さが厚さｔ１から厚さｔ２に減少する。
【００１８】
また、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２は光透過性を有するため、フィンガ１０１の外部となる方向Ｐからフィンガ１０１に照射される外部の光の一部は、フィンガ本体１１の上部側を透過して、フィンガ本体１１の内側を通過し、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１を照射する。さらに、この光は、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２を透過し、対象物１０において反射して弾性外皮１２の把持部Ａ１を照射し、さらに、弾性外皮１２を透過して、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２における撮像範囲Ｆ１を照射する。また、方向Ｐからフィンガ１０１に照射される外部の光の他の一部は、フィンガ本体１１の先端部１１ａにおける弾性外皮１２及びフィンガ本体１１を透過し、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２における撮像範囲Ｆ１を照射する。よって、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２における撮像範囲Ｆ１全体に相当する部位は、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２を透過した透過光及び対象物１０において反射した反射光により、照射される。
ここで、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２は、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１にフィンガ１０１の外部からの光を導入する光透過部を構成している。
なお、本実施形態において、説明を容易にするため、外部からの光の入射方向を一方向としているが、実際は、周囲の構造物における反射光が存在するため、フィンガ１０１への入射光は多方向となる。
【００１９】
このとき、撮像装置１３は、透過光及び反射光により照射されて鮮明になったフィンガ本体１１及び弾性外皮１２の撮像範囲Ｆ１すなわち把持部Ａ１の画像を取得する。また、弾性外皮１２は、この把持部Ａ１の接触部Ｂ１における厚さｔ２が、対象物１０と接触していないその他の領域の厚さｔ１より薄くなっているため、光の屈折率が接触部Ｂ１とその他の領域との間で異なる。このため、撮像装置１３によって取得される画像は、接触部Ｂ１と接触部Ｂ１以外の領域との間に明暗（濃淡）を有しており、例えば、図３に示すようになる。すなわち、図３の把持部Ａ１の画像において、その輝度は、接触部Ｂ１において他の領域より大きくなっている。そして、輝度は、特に接触部Ｂ１の中心である重心において最大であり、この重心から接触部Ｂ１の周縁に向かってわずかに減衰しており、さらに、接触部Ｂ１の周辺部Ｃ１において急激に減衰して対象物１０（図２参照）と接触していない領域Ｄ１の輝度に収束している。なお、接触部Ｂ１は、対象物１０と固着する領域を示し、周辺部Ｃ１は、接触部Ｂ１の周囲に位置すると共に接触により弾性外皮１２に変形が生じる領域を示し、領域Ｄ１は、接触により弾性外皮１２に影響の生じない領域を示す。また、フィンガ１０１が対象物１０（図２参照）に接触していない場合、把持部Ａ１の画像は、局所的な明暗（濃淡）を有さず一様な明暗（濃淡）を有している。
【００２０】
さらに、図２に戻り、撮像装置１３は、取得した把持部Ａ１の画像情報を制御部２０に送る。
制御部２０は、送られた把持部Ａ１の画像情報を解析し、フィンガ１０１の対象物１０への接触の有無の検出、接触位置の算出等を行う。また、制御部２０は、算出した接触位置と接触部Ｂ１の大きさ等から、フィンガ１０１の対象物１０への押圧力、すなわちフィンガ１０１の対象物１０に対する把持力を算出する。そして、制御部２０は、算出された把持力に基づき、超音波アクチュエータ４ａ及び４ｂ（図１参照）の動作を制御し、対象物１０を潰さないように把持力を調整する。
よって、ロボットハンド１は、撮像装置１３によって取得された画像情報に基づく制御部２０の制御によって把持力が調整されつつ、対象物１０の把持を行う。
【００２１】
このように、実施の形態１に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１は、対象物１０を把持することで変形する弾性外皮１２と、弾性外皮１２を支持するフィンガ本体１１と、フィンガ本体１１の内部に設けられて弾性外皮１２の変形状態を撮像する撮像装置１３とを有する。さらに、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１において、フィンガ本体１１は、外部から撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１に光を導入する光透過部１１及び１２を備える。
これによって、フィンガ本体１１における光透過部であるフィンガ本体１１及び弾性外皮１２を介してフィンガ本体１１の外部から内部に採光した光を、フィンガ本体１１における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１に相当する部位に照射することによって、フィンガ本体１１さらには弾性外皮１２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１に相当する部位の鮮明な画像が撮像装置１３により撮像される。従って、対象物１０を把持する際にフィンガ１０１が対象物１０に接触して弾性外皮１２が変形すると、この弾性外皮１２の変形は、発光手段を使用することなく撮像装置１３により撮像された画像からでも認識されることができる。すなわち、発光手段を設けることなく、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１の対象物１０への接触状況を認識することが可能になる。
【００２２】
また、弾性外皮１２における、少なくとも撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１に相当する部位が、光透過性を有することによって、弾性外皮１２が変形すると、変形部位はその他の部位との光の屈折率が異なる。このため、撮像装置１３の画像において、弾性外皮１２の変形が輝度の差異によって認識することができる。
フィンガ本体１１の全てが透明部材であり、弾性外皮１２の全てが透明部材であることによって、外部の光は周囲の構造物等に反射する光も含むため多方向からフィンガ本体１１を照射するが、フィンガ本体１１は多方向から入射する光をその内部から弾性外皮１２における撮像範囲Ｆ１に相当する部位に照射することができる。また、弾性外皮１２が透明であることによって、外部から弾性外皮１２を透過する光によっても弾性外皮１２における撮像範囲Ｆ１に相当する部位が照射され、撮像装置１３により鮮明な画像を撮像することができる。
【００２３】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０２の構成は、実施の形態１におけるロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１の弾性外皮１２に、その表面に沿った格子状のパターン（模様）を設けたものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
図４を参照すると、フィンガ１０２は、実施の形態１のフィンガ１０１と同様にして、フィンガ本体１１及び撮像装置１３を有する。さらに、フィンガ本体１１の外表面１１ｄにおいて、その把持部Ａ２を少なくとも覆うようにして、透明な弾性外皮２２が設けられている。また、弾性外皮２２の外表面２２ａには、少なくとも把持部Ａ２全体にわたって格子状のパターン（模様）２２ｂが印刷されている。なお、パターン２２ｂは、弾性外皮２２の外表面２２ａに格子状の溝を形成したものであってもよく、また、弾性外皮２２の内部、或いは内表面に形成されてもよい。
また、フィンガ１０２においても、弾性外皮２２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ２に相当する部位は、弾性外皮２２における把持部Ａ２と同一になっている。このため、撮像装置１３は、弾性外皮２２の格子状のパターン２２ｂを撮像することができる。
また、この発明の実施の形態２に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０２のその他の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００２５】
次に、この発明の実施の形態２に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０２は、実施の形態１のフィンガ１０１と同様に動作するが、ロボットハンド１が対象物１０を把持した際、撮像装置１３が取得する把持部Ａ２の画像が異なっており、図５のように示される。
そこで、図５の状態（ａ）は、ロボットハンド１が対象物１０を把持していない状態を示し、状態（ｂ）は、ロボットハンド１が対象物１０を把持している状態を示す。
【００２６】
状態（ｂ）において、把持部Ａ２の画像における輝度の分布は、実施の形態１のフィンガ１０１における輝度の分布と同様に表示される。また、把持部Ａ２の画像には、格子状の模様が表示されるが、フィンガ１０１が対象物１０に接触すると弾性外皮２２及び格子状のパターン２２ｂが変形するため、格子状の模様の変形によっても、弾性外皮２２と対象物１０との接触状態が確認できる。さらに、把持部Ａ２の画像では、格子状の模様の濃淡によってその輝度の強弱がより明確に描写される。このため、把持部Ａ２の画像は、輝度の分布形状及び格子状の模様の状態の双方により、弾性外皮２２と対象物１０との接触に関する情報をより鮮明に示すことができる。（図４参照）
【００２７】
なお、ロボットハンド１により対象物１０を把持する際、把持力が不足気味であると対象物１０がその自重により弾性外皮２２に対して方向Ｑへ滑りそうな状態になる場合がある。このとき、周辺部Ｃ２の格子状の模様には、接触部Ｂ２が方向Ｑに向かって引きつけられるような変形が発生する。そして、制御部２０は、周辺部Ｃ２の格子状の模様の形状から、対象物１０が方向Ｑへ滑りそうな状態であるかどうかを算出する。（図４参照）
よって、図４を参照すると、制御部２０は、撮像装置１３から送られた把持部Ａ２の画像情報から、実施の形態１と同様にして、フィンガ１０２の対象物１０に対する把持力を算出する。さらに、制御部２０は、弾性外皮２２すなわちフィンガ１０２に対して対象物１０が滑りそうになった状態であるかを周辺部Ｃ２（図５参照）の格子状の模様の画像情報から検出する。そして、制御部２０は、算出された情報に基づき、超音波アクチュエータ４ａ及び４ｂ（図１参照）の動作を制御し、対象物１０を滑らさないように、且つ潰さないように把持力を調整する。
また、この発明の実施の形態２に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０２のその他の動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００２８】
このように、実施の形態２におけるロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０２において、上記実施の形態１のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１と同様な効果が得られる。
また、弾性外皮２２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ２に相当する部位に、格子状のパターン２２ｂを設けることによって、撮像装置１３によって取得される画像では、対象物１０との接触による弾性外皮２２の変形状態が、輝度の強弱だけでなく、格子状のパターン２２ｂの濃淡及び変形によっても示される。このため、実施の形態１のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１に対して、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０２は、対象物１０と弾性外皮２２とのより詳細な接触状態を認識することができ、制御部２０によるフィンガ１０２のより緻密な制御が可能になる。
また、弾性外皮２２に設けられるパターンは、格子状のパターン２２ｂに限定されるものではなく、異なる形状の点を規則的に並べるようなものであってもよい。
【００２９】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０３の構成は、実施の形態１のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１において中空であったフィンガ本体１１を中実としたものである。
図６を参照すると、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０３のフィンガ本体３１は、円柱状をした柱部３１ｂと柱部３１ｂの一方の端部に形成された半球状をした先端部３１ａとを有し、先端部３１ａ及び柱部３１ｂの内部は中実になっている。なお、フィンガ本体３１の先端部３１ａ及び柱部３１ｂは、透明な樹脂などの、高い光透過性を有する材料により形成されている。さらに、柱部３１ｂの内部には撮像装置１３が柱部３１ｂの把持部Ａ３へ方向付けられて埋め込まれており、撮像装置１３は制御部２０と電気的に接続されている。
また、この発明の実施の形態３に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０３のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００３０】
このように、実施の形態３におけるロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０３において、上記実施の形態１のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１と同様な効果が得られる。
また、フィンガ１０３のフィンガ本体３１は、その内部が中実であるため剛性を確保することが容易である。よって、フィンガ本体３１は、実施の形態１におけるフィンガ本体１１より剛性の低い材料、可撓性を有する材料、又は弾性を有する材料により形成することができる。さらに、弾性を有する材料によってフィンガ本体３１を形成することにより、フィンガ本体３１が弾性外皮１２を兼ねてもよい。これにより、弾性外皮１２が不要となり、コストを低減することができる。
【００３１】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０４の構成は、実施の形態１のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１において、フィンガ本体１１の把持部Ａ１を覆うように設けられていた弾性外皮１２を、フィンガ本体１１全体を覆うように設けたものである。
図７を参照すると、フィンガ１０４は、実施の形態１のフィンガ１０１と同様にして、フィンガ本体１１及び撮像装置１３を有する。さらに、フィンガ本体１１の外表面１１ｄの全体を覆うようにして、シート状の弾性外皮４２が設けられている。弾性外皮４２は、透明なシリコンゴムなどによる、高い光透過性を有し且つ弾性を有する材料により形成されている。
ここで、フィンガ本体１１及び弾性外皮４２は、フィンガ本体１１及び弾性外皮４２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ４に相当する部位にフィンガ１０４の外部からの光を導入する光透過部を構成している。
また、この発明の実施の形態４に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０４のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００３２】
このように、実施の形態４におけるロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０４において、上記実施の形態１のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１と同様な効果が得られる。
また、フィンガ１０４のフィンガ本体１１全体を弾性材で覆ったため、フィンガ１０４が対象物１０或いは周囲の物体に接触した場合、これらに損傷を与えることを防止することができる。さらに、フィンガ１０４が人体と接触するような状況で使用される場合、人体との接触時に柔らかい感触を実現することができる。
【００３３】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０５の構成は、実施の形態１においてロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１をロボットハンド１の指部３の第一指節３ａに設けていたものを、第二指節３ｂに設けたものである。
まず、図１を参照すると、ロボットハンド１の各指部３の第二指節３ｂには、図示しない撮像装置が内蔵されており、第二指節３ｂは、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０５を構成している。
【００３４】
次に、図８を参照すると、フィンガ１０５は、円筒状をした中空のフィンガ本体５１を有している。フィンガ本体５１は、その全体が、透明な樹脂などによる、高い光透過性を有し且つ剛性を有する材料により形成されている。
また、フィンガ本体５１の外表面５１ｄの把持部Ａ５には、厚さｔ１で形成されたシート状の弾性外皮５２が設けられている。弾性外皮５２は、透明なシリコンゴムなどによる、高い光透過性を有し且つ弾性を有する材料により形成されている。
また、フィンガ本体５１の内部には、撮像装置１３が設けられており、撮像装置１３は、フィンガ本体５１と同一の材料によって一体に形成されたブラケット５１ｃに取付・支持されている。そして、撮像装置１３は、把持部Ａ５全体の画像を取得できるように取り付けられている。さらに、撮像装置１３は、制御部２０に電気的に接続されており、制御部２０に取得した二次元画像を送る。なお、フィンガ１０５においても、弾性外皮５２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ５に相当する部位は、弾性外皮５２における把持部Ａ５と同一になっている。
また、この発明の実施の形態５に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０５のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態５におけるロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０５において、上記実施の形態１のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１と同様な効果が得られる。
【００３５】
また、実施の形態１〜５において、フィンガ本体１１、３１及び５１、並びに弾性外皮１２、２２、４２及び５２は、高い光透過性を有する材料により形成されていたが、これに限定されるものではない。これらは、撮像装置１３により取得した画像が制御部２０により解析できる程度の光透過性を有していればよい。
また、実施の形態１〜５において、フィンガ本体１１、３１及び５１は、その全体が光透過性を有する材料により形成されていたが、これに限定されるものではない。フィンガ本体１１、３１及び５１は、把持部Ａ１〜Ａ５に対応する部分に加え一部分が光透過性を有する材料により形成され、その一部分から採光した光により内部から弾性外皮１２、２２、４２及び５２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１〜Ｆ５に相当する部位を照射する構成であってもよい。さらに、フィンガ本体１１、３１及び５１を光透過性を有していない材料から形成するとともに、把持部Ａ１〜Ａ５（接触部）に対応する部分とその部分にフィンガ本体１１、３１及び５１の外部から光を導入する部分（撮像装置の撮像範囲）のみに窓（開口）を形成して、撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１〜Ｆ５に光を導入する光透過部を構成してもよい。
【００３６】
また、実施の形態１〜３及び５において、弾性外皮１２、２２及び５２は、光透過性を有する材料により形成されていたが、これに限定されるものではない。弾性外皮１２、２２及び５２の内部に格子状のパターン２２ｂ等のマーキングを設け、対象物１０との接触時に、マーキングの変形形状から弾性外皮１２、２２及び５２と対象物１０との接触状態を認識するようにしてもよい。
また、実施の形態１〜５において、フィンガ本体１１、３１及び５１の外表面１１ｄ、３１ｄ及び５１ｄに弾性外皮１２、２２、４２及び５２が直接設けられていたが、これに限定されるものではない。フィンガ本体１１、３１及び５１と弾性外皮１２、２２、４２及び５２との間に空気層を有するように構成されていてもよい。これにより、対象物１０との接触時に弾性外皮１２、２２、４２及び５２がより変形しやすくなり、また変形量も増大するため、撮像装置１３によって取得される画像には、対象物１０との接触による弾性外皮１２、２２、４２及び５２の変形状態がより明確に示される。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 対象物、１１，３１，５１ フィンガ本体（支持部材、光透過部）、１２，２２，４２，５２ 弾性外皮（弾性体、光透過部）、１３ 撮像装置、２２ｂ 格子状のパターン（格子状の模様）、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５ ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５ 撮像範囲。
【技術分野】
【０００１】
この発明はロボットハンド用フィンガに関し、特に撮像装置を内蔵するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットハンドにより対象物を把持する際、ロボットハンドによる適切な把持を行うためには、ロボットハンドの指部であるフィンガと対象物との接触の有無の検出、及びフィンガにおける接触位置の検出等のフィンガと対象物との接触状態を検出することが必要である。そして、従来から、対象物との接触状態を検出するための検出装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、検出装置として触覚センサが記載されている。この触覚センサは、対象物との接触部位に弾性体を有し、さらに、触覚センサの内部に、対象物と弾性体との接触面の状態を画像情報として取得するＣＣＤカメラ等の画像取得部と、接触面を照明するためのＬＥＤ等の発光手段とを有している。そして、この触覚センサは、対象物との接触時における接触面の形状を解析して、対象物と接触面との間における接触状態（摩擦力）を算出している。
また、特許文献２には、検出装置として光学式触覚センサが記載されている。この光学式触覚センサは、そのケーシングの先端に光透過性をもつ弾性体からなる半球状をなすタッチパッドを有している。なお、タッチパッドは、対象物と接触するようになっており、その表面にグリッドパターンが設けられている。さらに、ケーシングの内部には、タッチパッドの背面からグリッドパターンを撮像するＣＣＤカメラ及びグリッドパターンを照らすリング状の照明が設けられている。そして、この光学式触覚センサは、ＣＣＤカメラが撮像するグリッドパターンの挙動から、対象物とタッチパッドとの間における接触状態（摩擦力）を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００６／０３０５７０号公報
【特許文献２】特開２００５−２５７３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された触覚センサ及び特許文献２に記載された光学式触覚センサでは、いずれも、触覚センサの内部に発光手段が設けられている。そして、弾性体及びタッチパッドにおける対象物との接触部位の鮮明な画像を撮像するために、発光手段により接触部位を照明するようになっている。このため、これらの触覚センサをロボットハンドのフィンガに用いる場合、その内部に発光手段を設けることによるコストの上昇が発生するという問題がある。
【０００６】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、発光手段を用いなくとも対象物との接触部位を撮像することのできるロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガを提供することにより、コストの低減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガは、対象物を把持することで変形する弾性体と、弾性体を支持する支持部材と、支持部材の内部に設けられて弾性体の変形状態を撮像する撮像装置とを有するロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガにおいて、支持部材は、外部から撮像装置の撮像範囲に光を導入する光透過部を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
これにより、支持部材における光透過部を介して支持部材の外部から内部に採光した光を、支持部材における撮像装置の撮像範囲に相当する部位に照射することによって、支持部材さらには弾性体における撮像装置の撮像範囲に相当する部位の鮮明な画像が撮像装置により撮像される。よって、対象物を把持する際にフィンガが対象物に接触して弾性体が変形すると、この弾性体の変形は、発光手段を使用することなく撮像装置により撮像された画像からでも認識されることができる。すなわち、発光手段を設けることなく、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの対象物への接触状況を認識することが可能になる。
【０００９】
弾性体における、少なくとも撮像装置の撮像範囲に相当する部位が、光透過性を有してもよい。これにより、弾性体が変形すると、変形部位はその他の部位との光の屈折率が異なる。このため、撮像装置の画像において、弾性体の変形が輝度の差異によって認識することができる。
支持部材及び弾性体が、透明な部材からなってもよい。これにより、外部の光は周囲の構造物等に反射する光も含むため多方向から支持部材を照射するが、支持部材が透明であるため、支持部材は多方向から入射する光をその内部から弾性体における撮像装置の撮像範囲に相当する部位に照射することができる。また、弾性体が透明であることによって、外部から弾性体を透過する光によっても弾性体における撮像装置の撮像範囲に相当する部位が照射され、撮像装置により鮮明な画像を撮像することができる。
【００１０】
弾性体における撮像装置の撮像範囲に相当する部位が、格子状の模様を有してもよい。これにより、撮像装置により撮像される弾性体の格子状のパターンの変形を認識することによって、弾性体の変形を認識でき、さらに、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの対象物への接触状況を認識することが可能になる。
支持部材は、中実な構造を有してもよい。これにより、支持部材は、中実な構造を有するため剛性を確保することが容易である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガは、発光手段を用いなくとも対象物との接触部位を撮像することができることにより、コストの低減を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１及び５に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガを備えるロボットハンドの全体図である。
【図２】図１の実施の形態１に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの構成を示す断面側面図である。
【図３】図２のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの対象物との接触面の状態を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの構成を示す断面側面図である。
【図５】図４のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの対象物との接触面の状態を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの構成を示す断面側面図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの構成を示す断面側面図である。
【図８】図１の実施の形態５に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガの構成を示す断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１及び２を用いて、この発明の実施の形態１に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１の構成を示す。
【００１４】
まず、図１を参照すると、ロボットハンド１は、ハンド本体２に複数の指部３が設けられている。各指部３は、その先端側から第一指節３ａ及び第二指節３ｂによって構成されている。さらに、第一指節３ａ及び第二指節３ｂ間、並びに、第二指節３ｂ及びハンド本体２間はそれぞれ、超音波アクチュエータ４ａ及び４ｂを介して連結されている。また、超音波アクチュエータ４ａ及び４ｂはそれぞれ、制御部２０に電気的に接続されており、制御部２０の制御により駆動する。
そして、制御部２０の制御による超音波アクチュエータ４ａ及び４ｂの駆動によって、第二指節３ｂに対して第一指節３ａ、及び、ハンド本体２に対して第二指節３ｂがそれぞれ多自由度に屈折することができる。これにより、ロボットハンド１は、図示しない対象物を把持する。
また、各第一指節３ａには、図示しない撮像装置が内蔵されており、第一指節３ａは、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ（以下、「フィンガ」と称す）１０１を構成している。
【００１５】
次に、図２を参照すると、フィンガ１０１は、支持部材であるフィンガ本体１１を有している。フィンガ本体１１は、円筒状をした筒部１１ｂと筒部１１ｂの一方の端部に形成された半球面状をした先端部１１ａとを有し、その内部は中空になっている。そして、先端部１１ａ及び筒部１１ｂはいずれも、その全体が、透明な樹脂などによる、高い光透過性及び剛性を有する材料により形成されている。
また、ロボットハンド１（図１参照）は、対象物１０を把持する際に、第一指節３ａ（図１参照）すなわちフィンガ１０１を対象物１０に接触させるが、このとき、フィンガ１０１が対象物１０に接触し得る領域は、把持部Ａ１で示される。そして、フィンガ本体１１の外表面１１ｄにおいて、把持部Ａ１を少なくとも覆うようにして、シート状の弾性外皮１２が設けられている。弾性外皮１２は、弾性体を構成し、透明なシリコンゴムなどによる、高い光透過性を有し且つ弾性を有する材料により形成されている。なお、把持部Ａ１における弾性外皮１２は、厚さｔ１で形成されている。
【００１６】
また、フィンガ本体１１の筒部１１ｂの内部には、撮像装置１３が設けられており、撮像装置１３は、筒部１１ｂと同一の材料によって筒部１１ｂの内表面に一体に形成されたブラケット１１ｃに取付・支持されている。さらに、撮像装置１３は、二次元ＣＣＤイメージセンサ１３ａ、及び二次元ＣＣＤイメージセンサ１３ａに視野角を広げた像を提供するための広角レンズユニット１３ｂを有している。二次元ＣＣＤイメージセンサ１３ａは、フィンガ本体１１の把持部Ａ１に向けて取り付けられており、広角レンズユニット１３ｂを介して、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２の把持部Ａ１の二次元画像をフィンガ本体１１の内側より取得する。そして、広角レンズユニット１３ｂを介して弾性外皮１２の把持部Ａ１全体の画像を取得できるように、二次元ＣＣＤイメージセンサ１３ａ及び広角レンズユニット１３ｂは配置されている。また、二次元ＣＣＤイメージセンサ１３ａは、制御部２０に電気的に接続されており、制御部２０に取得した二次元画像を送る。
また、本実施の形態１では、弾性外皮１２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１に相当する部位が、弾性外皮１２の把持部Ａ１と同一になっている。なお、弾性外皮１２に対する撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１は、少なくとも弾性外皮１２の把持部Ａ１を含んでおればよく、把持部Ａ１より広くなっていてもよい。
【００１７】
次に、図１〜３を用いて、この発明の実施の形態１に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１の動作を示す。
図１を参照すると、ロボットハンド１が対象物１０（図２参照）を把持する際、制御部２０は、各指部３の超音波アクチュエータ４ａ及び４ｂを作動させ、各指部３の第一指節３ａ及び第二指節３ｂを動作させる。また、同時に、制御部２０は、第一指節３ａすなわちフィンガ１０１内の撮像装置１３（図２参照）を作動させる。そして、図２に示すように、把持するためにフィンガ１０１が対象物１０に接触すると、フィンガ１０１の弾性外皮１２が、対象物１０に対して接触部Ｂ１において接触し、フィンガ本体１１によって対象物１０に押しつけられて圧縮される。このため、弾性外皮１２は、対象物１０との接触部Ｂ１においてその厚さが厚さｔ１から厚さｔ２に減少する。
【００１８】
また、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２は光透過性を有するため、フィンガ１０１の外部となる方向Ｐからフィンガ１０１に照射される外部の光の一部は、フィンガ本体１１の上部側を透過して、フィンガ本体１１の内側を通過し、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１を照射する。さらに、この光は、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２を透過し、対象物１０において反射して弾性外皮１２の把持部Ａ１を照射し、さらに、弾性外皮１２を透過して、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２における撮像範囲Ｆ１を照射する。また、方向Ｐからフィンガ１０１に照射される外部の光の他の一部は、フィンガ本体１１の先端部１１ａにおける弾性外皮１２及びフィンガ本体１１を透過し、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２における撮像範囲Ｆ１を照射する。よって、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２における撮像範囲Ｆ１全体に相当する部位は、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２を透過した透過光及び対象物１０において反射した反射光により、照射される。
ここで、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２は、フィンガ本体１１及び弾性外皮１２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１にフィンガ１０１の外部からの光を導入する光透過部を構成している。
なお、本実施形態において、説明を容易にするため、外部からの光の入射方向を一方向としているが、実際は、周囲の構造物における反射光が存在するため、フィンガ１０１への入射光は多方向となる。
【００１９】
このとき、撮像装置１３は、透過光及び反射光により照射されて鮮明になったフィンガ本体１１及び弾性外皮１２の撮像範囲Ｆ１すなわち把持部Ａ１の画像を取得する。また、弾性外皮１２は、この把持部Ａ１の接触部Ｂ１における厚さｔ２が、対象物１０と接触していないその他の領域の厚さｔ１より薄くなっているため、光の屈折率が接触部Ｂ１とその他の領域との間で異なる。このため、撮像装置１３によって取得される画像は、接触部Ｂ１と接触部Ｂ１以外の領域との間に明暗（濃淡）を有しており、例えば、図３に示すようになる。すなわち、図３の把持部Ａ１の画像において、その輝度は、接触部Ｂ１において他の領域より大きくなっている。そして、輝度は、特に接触部Ｂ１の中心である重心において最大であり、この重心から接触部Ｂ１の周縁に向かってわずかに減衰しており、さらに、接触部Ｂ１の周辺部Ｃ１において急激に減衰して対象物１０（図２参照）と接触していない領域Ｄ１の輝度に収束している。なお、接触部Ｂ１は、対象物１０と固着する領域を示し、周辺部Ｃ１は、接触部Ｂ１の周囲に位置すると共に接触により弾性外皮１２に変形が生じる領域を示し、領域Ｄ１は、接触により弾性外皮１２に影響の生じない領域を示す。また、フィンガ１０１が対象物１０（図２参照）に接触していない場合、把持部Ａ１の画像は、局所的な明暗（濃淡）を有さず一様な明暗（濃淡）を有している。
【００２０】
さらに、図２に戻り、撮像装置１３は、取得した把持部Ａ１の画像情報を制御部２０に送る。
制御部２０は、送られた把持部Ａ１の画像情報を解析し、フィンガ１０１の対象物１０への接触の有無の検出、接触位置の算出等を行う。また、制御部２０は、算出した接触位置と接触部Ｂ１の大きさ等から、フィンガ１０１の対象物１０への押圧力、すなわちフィンガ１０１の対象物１０に対する把持力を算出する。そして、制御部２０は、算出された把持力に基づき、超音波アクチュエータ４ａ及び４ｂ（図１参照）の動作を制御し、対象物１０を潰さないように把持力を調整する。
よって、ロボットハンド１は、撮像装置１３によって取得された画像情報に基づく制御部２０の制御によって把持力が調整されつつ、対象物１０の把持を行う。
【００２１】
このように、実施の形態１に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１は、対象物１０を把持することで変形する弾性外皮１２と、弾性外皮１２を支持するフィンガ本体１１と、フィンガ本体１１の内部に設けられて弾性外皮１２の変形状態を撮像する撮像装置１３とを有する。さらに、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１において、フィンガ本体１１は、外部から撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１に光を導入する光透過部１１及び１２を備える。
これによって、フィンガ本体１１における光透過部であるフィンガ本体１１及び弾性外皮１２を介してフィンガ本体１１の外部から内部に採光した光を、フィンガ本体１１における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１に相当する部位に照射することによって、フィンガ本体１１さらには弾性外皮１２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１に相当する部位の鮮明な画像が撮像装置１３により撮像される。従って、対象物１０を把持する際にフィンガ１０１が対象物１０に接触して弾性外皮１２が変形すると、この弾性外皮１２の変形は、発光手段を使用することなく撮像装置１３により撮像された画像からでも認識されることができる。すなわち、発光手段を設けることなく、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１の対象物１０への接触状況を認識することが可能になる。
【００２２】
また、弾性外皮１２における、少なくとも撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１に相当する部位が、光透過性を有することによって、弾性外皮１２が変形すると、変形部位はその他の部位との光の屈折率が異なる。このため、撮像装置１３の画像において、弾性外皮１２の変形が輝度の差異によって認識することができる。
フィンガ本体１１の全てが透明部材であり、弾性外皮１２の全てが透明部材であることによって、外部の光は周囲の構造物等に反射する光も含むため多方向からフィンガ本体１１を照射するが、フィンガ本体１１は多方向から入射する光をその内部から弾性外皮１２における撮像範囲Ｆ１に相当する部位に照射することができる。また、弾性外皮１２が透明であることによって、外部から弾性外皮１２を透過する光によっても弾性外皮１２における撮像範囲Ｆ１に相当する部位が照射され、撮像装置１３により鮮明な画像を撮像することができる。
【００２３】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０２の構成は、実施の形態１におけるロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１の弾性外皮１２に、その表面に沿った格子状のパターン（模様）を設けたものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
図４を参照すると、フィンガ１０２は、実施の形態１のフィンガ１０１と同様にして、フィンガ本体１１及び撮像装置１３を有する。さらに、フィンガ本体１１の外表面１１ｄにおいて、その把持部Ａ２を少なくとも覆うようにして、透明な弾性外皮２２が設けられている。また、弾性外皮２２の外表面２２ａには、少なくとも把持部Ａ２全体にわたって格子状のパターン（模様）２２ｂが印刷されている。なお、パターン２２ｂは、弾性外皮２２の外表面２２ａに格子状の溝を形成したものであってもよく、また、弾性外皮２２の内部、或いは内表面に形成されてもよい。
また、フィンガ１０２においても、弾性外皮２２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ２に相当する部位は、弾性外皮２２における把持部Ａ２と同一になっている。このため、撮像装置１３は、弾性外皮２２の格子状のパターン２２ｂを撮像することができる。
また、この発明の実施の形態２に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０２のその他の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００２５】
次に、この発明の実施の形態２に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０２は、実施の形態１のフィンガ１０１と同様に動作するが、ロボットハンド１が対象物１０を把持した際、撮像装置１３が取得する把持部Ａ２の画像が異なっており、図５のように示される。
そこで、図５の状態（ａ）は、ロボットハンド１が対象物１０を把持していない状態を示し、状態（ｂ）は、ロボットハンド１が対象物１０を把持している状態を示す。
【００２６】
状態（ｂ）において、把持部Ａ２の画像における輝度の分布は、実施の形態１のフィンガ１０１における輝度の分布と同様に表示される。また、把持部Ａ２の画像には、格子状の模様が表示されるが、フィンガ１０１が対象物１０に接触すると弾性外皮２２及び格子状のパターン２２ｂが変形するため、格子状の模様の変形によっても、弾性外皮２２と対象物１０との接触状態が確認できる。さらに、把持部Ａ２の画像では、格子状の模様の濃淡によってその輝度の強弱がより明確に描写される。このため、把持部Ａ２の画像は、輝度の分布形状及び格子状の模様の状態の双方により、弾性外皮２２と対象物１０との接触に関する情報をより鮮明に示すことができる。（図４参照）
【００２７】
なお、ロボットハンド１により対象物１０を把持する際、把持力が不足気味であると対象物１０がその自重により弾性外皮２２に対して方向Ｑへ滑りそうな状態になる場合がある。このとき、周辺部Ｃ２の格子状の模様には、接触部Ｂ２が方向Ｑに向かって引きつけられるような変形が発生する。そして、制御部２０は、周辺部Ｃ２の格子状の模様の形状から、対象物１０が方向Ｑへ滑りそうな状態であるかどうかを算出する。（図４参照）
よって、図４を参照すると、制御部２０は、撮像装置１３から送られた把持部Ａ２の画像情報から、実施の形態１と同様にして、フィンガ１０２の対象物１０に対する把持力を算出する。さらに、制御部２０は、弾性外皮２２すなわちフィンガ１０２に対して対象物１０が滑りそうになった状態であるかを周辺部Ｃ２（図５参照）の格子状の模様の画像情報から検出する。そして、制御部２０は、算出された情報に基づき、超音波アクチュエータ４ａ及び４ｂ（図１参照）の動作を制御し、対象物１０を滑らさないように、且つ潰さないように把持力を調整する。
また、この発明の実施の形態２に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０２のその他の動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００２８】
このように、実施の形態２におけるロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０２において、上記実施の形態１のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１と同様な効果が得られる。
また、弾性外皮２２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ２に相当する部位に、格子状のパターン２２ｂを設けることによって、撮像装置１３によって取得される画像では、対象物１０との接触による弾性外皮２２の変形状態が、輝度の強弱だけでなく、格子状のパターン２２ｂの濃淡及び変形によっても示される。このため、実施の形態１のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１に対して、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０２は、対象物１０と弾性外皮２２とのより詳細な接触状態を認識することができ、制御部２０によるフィンガ１０２のより緻密な制御が可能になる。
また、弾性外皮２２に設けられるパターンは、格子状のパターン２２ｂに限定されるものではなく、異なる形状の点を規則的に並べるようなものであってもよい。
【００２９】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０３の構成は、実施の形態１のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１において中空であったフィンガ本体１１を中実としたものである。
図６を参照すると、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０３のフィンガ本体３１は、円柱状をした柱部３１ｂと柱部３１ｂの一方の端部に形成された半球状をした先端部３１ａとを有し、先端部３１ａ及び柱部３１ｂの内部は中実になっている。なお、フィンガ本体３１の先端部３１ａ及び柱部３１ｂは、透明な樹脂などの、高い光透過性を有する材料により形成されている。さらに、柱部３１ｂの内部には撮像装置１３が柱部３１ｂの把持部Ａ３へ方向付けられて埋め込まれており、撮像装置１３は制御部２０と電気的に接続されている。
また、この発明の実施の形態３に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０３のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００３０】
このように、実施の形態３におけるロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０３において、上記実施の形態１のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１と同様な効果が得られる。
また、フィンガ１０３のフィンガ本体３１は、その内部が中実であるため剛性を確保することが容易である。よって、フィンガ本体３１は、実施の形態１におけるフィンガ本体１１より剛性の低い材料、可撓性を有する材料、又は弾性を有する材料により形成することができる。さらに、弾性を有する材料によってフィンガ本体３１を形成することにより、フィンガ本体３１が弾性外皮１２を兼ねてもよい。これにより、弾性外皮１２が不要となり、コストを低減することができる。
【００３１】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０４の構成は、実施の形態１のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１において、フィンガ本体１１の把持部Ａ１を覆うように設けられていた弾性外皮１２を、フィンガ本体１１全体を覆うように設けたものである。
図７を参照すると、フィンガ１０４は、実施の形態１のフィンガ１０１と同様にして、フィンガ本体１１及び撮像装置１３を有する。さらに、フィンガ本体１１の外表面１１ｄの全体を覆うようにして、シート状の弾性外皮４２が設けられている。弾性外皮４２は、透明なシリコンゴムなどによる、高い光透過性を有し且つ弾性を有する材料により形成されている。
ここで、フィンガ本体１１及び弾性外皮４２は、フィンガ本体１１及び弾性外皮４２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ４に相当する部位にフィンガ１０４の外部からの光を導入する光透過部を構成している。
また、この発明の実施の形態４に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０４のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００３２】
このように、実施の形態４におけるロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０４において、上記実施の形態１のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１と同様な効果が得られる。
また、フィンガ１０４のフィンガ本体１１全体を弾性材で覆ったため、フィンガ１０４が対象物１０或いは周囲の物体に接触した場合、これらに損傷を与えることを防止することができる。さらに、フィンガ１０４が人体と接触するような状況で使用される場合、人体との接触時に柔らかい感触を実現することができる。
【００３３】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０５の構成は、実施の形態１においてロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１をロボットハンド１の指部３の第一指節３ａに設けていたものを、第二指節３ｂに設けたものである。
まず、図１を参照すると、ロボットハンド１の各指部３の第二指節３ｂには、図示しない撮像装置が内蔵されており、第二指節３ｂは、ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０５を構成している。
【００３４】
次に、図８を参照すると、フィンガ１０５は、円筒状をした中空のフィンガ本体５１を有している。フィンガ本体５１は、その全体が、透明な樹脂などによる、高い光透過性を有し且つ剛性を有する材料により形成されている。
また、フィンガ本体５１の外表面５１ｄの把持部Ａ５には、厚さｔ１で形成されたシート状の弾性外皮５２が設けられている。弾性外皮５２は、透明なシリコンゴムなどによる、高い光透過性を有し且つ弾性を有する材料により形成されている。
また、フィンガ本体５１の内部には、撮像装置１３が設けられており、撮像装置１３は、フィンガ本体５１と同一の材料によって一体に形成されたブラケット５１ｃに取付・支持されている。そして、撮像装置１３は、把持部Ａ５全体の画像を取得できるように取り付けられている。さらに、撮像装置１３は、制御部２０に電気的に接続されており、制御部２０に取得した二次元画像を送る。なお、フィンガ１０５においても、弾性外皮５２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ５に相当する部位は、弾性外皮５２における把持部Ａ５と同一になっている。
また、この発明の実施の形態５に係るロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０５のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態５におけるロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０５において、上記実施の形態１のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ１０１と同様な効果が得られる。
【００３５】
また、実施の形態１〜５において、フィンガ本体１１、３１及び５１、並びに弾性外皮１２、２２、４２及び５２は、高い光透過性を有する材料により形成されていたが、これに限定されるものではない。これらは、撮像装置１３により取得した画像が制御部２０により解析できる程度の光透過性を有していればよい。
また、実施の形態１〜５において、フィンガ本体１１、３１及び５１は、その全体が光透過性を有する材料により形成されていたが、これに限定されるものではない。フィンガ本体１１、３１及び５１は、把持部Ａ１〜Ａ５に対応する部分に加え一部分が光透過性を有する材料により形成され、その一部分から採光した光により内部から弾性外皮１２、２２、４２及び５２における撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１〜Ｆ５に相当する部位を照射する構成であってもよい。さらに、フィンガ本体１１、３１及び５１を光透過性を有していない材料から形成するとともに、把持部Ａ１〜Ａ５（接触部）に対応する部分とその部分にフィンガ本体１１、３１及び５１の外部から光を導入する部分（撮像装置の撮像範囲）のみに窓（開口）を形成して、撮像装置１３の撮像範囲Ｆ１〜Ｆ５に光を導入する光透過部を構成してもよい。
【００３６】
また、実施の形態１〜３及び５において、弾性外皮１２、２２及び５２は、光透過性を有する材料により形成されていたが、これに限定されるものではない。弾性外皮１２、２２及び５２の内部に格子状のパターン２２ｂ等のマーキングを設け、対象物１０との接触時に、マーキングの変形形状から弾性外皮１２、２２及び５２と対象物１０との接触状態を認識するようにしてもよい。
また、実施の形態１〜５において、フィンガ本体１１、３１及び５１の外表面１１ｄ、３１ｄ及び５１ｄに弾性外皮１２、２２、４２及び５２が直接設けられていたが、これに限定されるものではない。フィンガ本体１１、３１及び５１と弾性外皮１２、２２、４２及び５２との間に空気層を有するように構成されていてもよい。これにより、対象物１０との接触時に弾性外皮１２、２２、４２及び５２がより変形しやすくなり、また変形量も増大するため、撮像装置１３によって取得される画像には、対象物１０との接触による弾性外皮１２、２２、４２及び５２の変形状態がより明確に示される。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 対象物、１１，３１，５１ フィンガ本体（支持部材、光透過部）、１２，２２，４２，５２ 弾性外皮（弾性体、光透過部）、１３ 撮像装置、２２ｂ 格子状のパターン（格子状の模様）、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５ ロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５ 撮像範囲。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を把持することで変形する弾性体と、前記弾性体を支持する支持部材と、前記支持部材の内部に設けられて前記弾性体の変形状態を撮像する撮像装置とを有するロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガにおいて、
前記支持部材は、外部から前記撮像装置の撮像範囲に光を導入する光透過部を備えるロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ。
【請求項２】
前記弾性体における、少なくとも前記撮像装置の撮像範囲に相当する部位が、光透過性を有する
請求項１に記載のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ。
【請求項３】
前記支持部材及び前記弾性体が、透明な部材からなる
請求項２に記載のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ。
【請求項４】
前記弾性体における前記撮像装置の撮像範囲に相当する部位が、格子状の模様を有する
請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ。
【請求項５】
前記支持部材は、中実な構造を有する
請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ。
【請求項１】
対象物を把持することで変形する弾性体と、前記弾性体を支持する支持部材と、前記支持部材の内部に設けられて前記弾性体の変形状態を撮像する撮像装置とを有するロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガにおいて、
前記支持部材は、外部から前記撮像装置の撮像範囲に光を導入する光透過部を備えるロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ。
【請求項２】
前記弾性体における、少なくとも前記撮像装置の撮像範囲に相当する部位が、光透過性を有する
請求項１に記載のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ。
【請求項３】
前記支持部材及び前記弾性体が、透明な部材からなる
請求項２に記載のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ。
【請求項４】
前記弾性体における前記撮像装置の撮像範囲に相当する部位が、格子状の模様を有する
請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ。
【請求項５】
前記支持部材は、中実な構造を有する
請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボットハンド用撮像装置内蔵フィンガ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２２１３５８（Ｐ２０１０−２２１３５８Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７２３１４（Ｐ２００９−７２３１４）
【出願日】平成２１年３月２４日（２００９．３．２４）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２４日（２００９．３．２４）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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