ロボットハンド
【課題】簡単な構成でありながら物体の硬さを検知することができる小型のロボットハンドを提供する。
【解決手段】第１の指部Ｆ１と第２の指部Ｆ２で物体Ｓを挟んだ状態で、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３により超音波を発生し、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３から固定子５及び回転子６、第１の指部Ｆ１、物体Ｓ、第２の指部Ｆ２、第２の超音波アクチュエータＵ２の回転子６及び固定子５を介して振動体３へと超音波が至る所要時間を計測する。指部Ｆ１及びＦ２の位置から物体Ｓの厚さＤを算出して超音波の伝搬経路の長さを算出し、計測された所要時間と算出された超音波の伝搬経路の長さとに基づいて物体Ｓ中の超音波の伝搬速度を算出し、この伝搬速度Ｖ１に基づいて物体Ｓの硬さを検知する。
【解決手段】第１の指部Ｆ１と第２の指部Ｆ２で物体Ｓを挟んだ状態で、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３により超音波を発生し、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３から固定子５及び回転子６、第１の指部Ｆ１、物体Ｓ、第２の指部Ｆ２、第２の超音波アクチュエータＵ２の回転子６及び固定子５を介して振動体３へと超音波が至る所要時間を計測する。指部Ｆ１及びＦ２の位置から物体Ｓの厚さＤを算出して超音波の伝搬経路の長さを算出し、計測された所要時間と算出された超音波の伝搬経路の長さとに基づいて物体Ｓ中の超音波の伝搬速度を算出し、この伝搬速度Ｖ１に基づいて物体Ｓの硬さを検知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロボットハンドに係り、特に物体の硬さを検知する多指ハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットハンドにより物体を把持して持ち上げるためには、把持力が必要となるが、把持しようとする物体の硬さに対応した把持力が要求される。例えば、軟らかい物体を大きな把持力で把持した場合には、その物体を破壊したり変形するおそれを生じることとなる。そこで、物体を把持する前に、その物体に適した把持力を決定することが望まれる。
特許文献１には、物体を把持する一対の指のうち一方の指から超音波を発したときの反射超音波と透過超音波をそれぞれの指で受信することにより、物体の硬さや状態を検知して適正な把持力を決定するロボットが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２０５９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のロボットでは、指を動かすための駆動手段とは別に、超音波送信器や超音波受信器を指に設置しなければならず、これら超音波送信器及び超音波受信器の設置スペースが必要になるために指が大型化するおそれがあると共に構成が複雑になるという問題がある。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、簡単な構成でありながら物体の硬さを検知することができる小型の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】
【０００５】
この発明に係るロボットハンドは、少なくとも２つの指部と、各指部に対応して配置され且つそれぞれ圧電素子を振動体として用いて対応する指部を移動させる少なくとも２つの超音波アクチュエータと、各超音波アクチュエータを駆動させると共に、少なくとも２つの指部で物体を挟んだ状態でこれらの指部のうち１つの指部の超音波アクチュエータを駆動させることにより物体に超音波を与え、物体を挟んでいる少なくとも２つの指部のうちいずれかの指部の超音波アクチュエータにより物体を透過した超音波を検知して物体の硬さを検知する制御部とを備えたものである。
【０００６】
制御部は、各指部の位置から物体を挟んでいる少なくとも２つの指部の間隔を算出することで超音波の伝搬経路の長さの算出が可能となる。また、制御部は、物体に超音波を与えてから物体を透過した超音波を検知するまでの所要時間に基づいて物体中の超音波の伝搬速度を算出し、算出された伝搬速度に基づいて物体の硬さを検知することができる。
なお、物体に超音波を与えるための指部とは異なる指部によって、物体を透過した超音波を検知することができる。
あるいは、物体に超音波を与えるための指部と同一の指部によって、物体を透過した超音波を検知してもよい。この場合、物体を透過して指部と物体との接触面に対向する面で反射した後、再び物体を透過して戻ってきた超音波が検知される。
また、各指部と前記物体との接触位置を検出するセンサを備えてもよい。
好ましくは、制御部が、少なくとも２つの指部の指先で物体を挟んだ状態で物体の硬さを検知する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、指部を移動させる超音波アクチュエータを用いて、物体に超音波を与えると共に物体を透過した超音波を検知するので、簡単な構成で且つ小型のロボットハンドでありながら物体の硬さを検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係るロボットハンドを示す。共通の基部１に第１の超音波アクチュエータＵ１を介して第１の指部Ｆ１が連結されると共に第２の超音波アクチュエータＵ２を介して第２の指部Ｆ２が連結されている。第１の超音波アクチュエータＵ１は、基部１の上に配置された振動体３と、振動体３の上に配置され且つ振動体３に接する面とは反対側に凹部４が形成された固定子５と、固定子５の凹部４内にほぼ下半部が収容された略球体状の回転子６とを有している。そして、回転子６に、指部Ｆ１が固定されており、指部Ｆ１と固定子５とが可撓性の保持部材７で互いに移動自在に連結されている。第２の超音波アクチュエータＵ２は、第１の超音波アクチュエータＵ１と同一の構成を有している。なお、双方の超音波アクチュエータＵ１及びＵ２の振動体３がそれぞれ制御部８に電気的に接続されている。
【０００９】
図２に超音波アクチュエータＵ１及びＵ２の構造を示す。ここで、説明の便宜上、基部１から回転子６に向かってＺ軸が延び、Ｚ軸に対して垂直方向にＸ軸が、Ｚ軸及びＸ軸に対して垂直にＹ軸がそれぞれ延びているものとする。
基部１と固定子５とが振動体３内に通された連結ボルト９を介して互いに連結されている。固定子５の凹部４は、回転子６の直径より小さな内径を有する小径部１０と、回転子６の直径より大きな内径を有する大径部１１とからなり、これら小径部１０及び大径部１１との境界部にＸＹ平面上に位置する環状の段差１２が形成されている。回転子６はこの凹部４内の段差１２に当接した状態で回転可能に支持されている。また、指部Ｆ１及びＦ２と固定子５とを連結する保持部材７によって回転子６が固定子５の段差１２に対して加圧接触されている。
【００１０】
振動体３は、固定子５に超音波振動を発生させて回転子６をＸ、Ｙ、Ｚの３軸の回りにそれぞれ回転させるためのものであり、それぞれＸＹ平面上に位置し且つ互いに重ね合わされた平板状の第１〜第３の圧電素子部３１〜３３を有している。これら第１〜第３の圧電素子部３１〜３３がそれぞれ制御部８に電気的に接続されている。
【００１１】
具体的には、図３に示されるように、第１の圧電素子部３１は、それぞれ円板形状を有する電極板３１ａ、圧電素子板３１ｂ、電極板３１ｃ、圧電素子板３１ｄ及び電極板３１ｅが順次重ね合わされた構造を有している。同様に、第２の圧電素子部３２は、それぞれ円板形状を有する電極板３２ａ、圧電素子板３２ｂ、電極板３２ｃ、圧電素子板３２ｄ及び電極板３２ｅが順次重ね合わされた構造を有し、第３の圧電素子部３３は、それぞれ円板形状を有する電極板３３ａ、圧電素子板３３ｂ、電極板３３ｃ、圧電素子板３３ｄ及び電極板３３ｅが順次重ね合わされた構造を有している。これらの圧電素子部３１〜３３が絶縁シート３４〜３７を介して固定子５及び基部１から、また互いに絶縁された状態で配置されている。
【００１２】
図４に示されるように、第１の圧電素子部３１の一対の圧電素子板３１ｂ及び３１ｄは、Ｙ軸方向に２分割された部分が互いに逆極性を有してそれぞれＺ軸方向（厚み方向）に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板３１ｂと圧電素子板３１ｄは互いに裏返しに配置されている。
第２の圧電素子部３２の一対の圧電素子板３２ｂ及び３２ｄは、２分割されることなく全体がＺ軸方向（厚み方向）に膨張あるいは収縮の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板３２ｂと圧電素子板３２ｄは互いに裏返しに配置されている。
第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂ及び３３ｄは、Ｘ軸方向に２分割された部分が互いに逆極性を有してそれぞれＺ軸方向（厚み方向）に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板３３ｂと圧電素子板３３ｄは互いに裏返しに配置されている。
【００１３】
第１の圧電素子部３１の両面部分に配置されている電極板３１ａ及び電極板３１ｅと、第２の圧電素子部３２の両面部分に配置されている電極板３２ａ及び電極板３２ｅと、第３の圧電素子部３３の両面部分に配置されている電極板３３ａ及び電極板３３ｅがそれぞれ電気的に接地されている。また、第１の圧電素子部３１の一対の圧電素子板３１ｂ及び３１ｄの間に配置されている電極板３１ｃと、第２の圧電素子部３２の一対の圧電素子板３２ｂ及び３２ｄの間に配置されている電極板３２ｃと、第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂ及び３３ｄの間に配置されている電極板３３ｃがそれぞれ制御部８に電気的に接続されている。
【００１４】
次に、この実施の形態１に係るロボットハンドの動作について説明する。
第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３に対して、第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃに超音波アクチュエータＵ１の固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加すると、第１の圧電素子部３１の一対の圧電素子板３１ｂ及び３１ｄの２分割された部分がＺ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、固定子５にＹ軸方向のたわみ振動を発生する。同様に、第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃに交流電圧を印加すると、第２の圧電素子部３２の一対の圧電素子板３２ｂ及び３２ｄがＺ軸方向に膨張と収縮を繰り返し、固定子５にＺ軸方向の縦振動を発生する。さらに、第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃに交流電圧を印加すると、第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂ及び３３ｄの２分割された部分がＺ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、固定子５にＸ軸方向のたわみ振動を発生する。
【００１５】
そこで、例えば、制御部８から第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃと第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃとの双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｘ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動とが組み合わされて回転子６と接触する固定子５の段差１２にＸＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がＹ軸回りに回転する。
同様に、制御部８から第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃと第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃとの双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｙ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動とが組み合わされて回転子６と接触する固定子５の段差１２にＹＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がＸ軸回りに回転する。
さらに、制御部８から第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃと第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃとの双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｘ軸方向のたわみ振動とＹ軸方向のたわみ振動とが組み合わされて回転子６と接触する固定子５の段差１２にＸＹ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がＺ軸回りに回転する。
【００１６】
このようにして第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３を駆動することにより、回転子６がＸ、Ｙ、Ｚの３軸の回りにそれぞれ回転し、これに伴って第１の指部Ｆ１が移動する。
同様にして、第２の超音波アクチュエータＵ２の振動体３を駆動することにより、第２の指部Ｆ２の移動が行われる。
制御部８は、各超音波アクチュエータＵ１及びＵ２の振動体３に印加する駆動電圧に基づいて、各指部Ｆ１及びＦ２の位置をそれぞれ把握すると共に、各指部Ｆ１及びＦ２のサイズ並びに各超音波アクチュエータＵ１及びＵ２のサイズを予め記憶しているものとする。
【００１７】
ここで、把持対象となる物体Ｓの硬さを検知する方法について説明する。図５に示されるように、制御部８は、第１の指部Ｆ１と第２の指部Ｆ２を移動させて物体Ｓを挟み、このときの指部Ｆ１及びＦ２の位置と予め記憶している指部Ｆ１及びＦ２のサイズとから双方の指部Ｆ１及びＦ２の間隔すなわち物体Ｓの厚さＤを算出する。さらに、算出された物体Ｓの厚さＤ、指部Ｆ１及びＦ２のサイズ並びに各超音波アクチュエータＵ１及びＵ２のサイズに基づき、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３から第１の指部Ｆ１、物体Ｓ及び第２の指部Ｆ２を経て第２の超音波アクチュエータＵ２の振動体３に至る超音波の伝搬経路の長さＬ１を算出する。
【００１８】
次に、第１の指部Ｆ１と第２の指部Ｆ２で物体Ｓを挟んだままの状態で、制御部８は、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３に電圧を印加することにより、回転子６を回転させることなく超音波振動を発生させる。例えば、第１〜第３の圧電素子部３１〜３３のうちいずれか１つの圧電素子部にのみ交流電圧を印加する、あるいは、２つ以上の圧電素子部に同位相の交流電圧をそれぞれ印加する等により、回転子６を回転させずに超音波振動を発生させることができる。
第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３により発生した超音波は、図５に矢印で示すように、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３から固定子５及び回転子６を介して第１の指部Ｆ１に伝わり、第１の指部Ｆ１から物体Ｓに入り込み、物体Ｓを透過した後、第２の指部Ｆ２へと伝わり、さらに第２の指部Ｆ２から第２の超音波アクチュエータＵ２の回転子６及び固定子５を介して振動体３へ伝搬される。
【００１９】
このようにして超音波が第２の超音波アクチュエータＵ２の振動体３に到達すると、その超音波の振動モードに応じて、振動体３を構成する第１〜第３の圧電素子部３１〜３３のうち少なくとも１つの圧電素子部に電圧が発生する。そこで、制御部８は、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３に電圧を印加して超音波振動を発生させた時点から第２の超音波アクチュエータＵ２の振動体３に超音波が到達して電圧が発生するまでの所要時間Ｔ１を計測する。
さらに、制御部８は、算出された超音波の伝搬経路の長さＬ１と計測された所要時間Ｔ１とに基づいて物体Ｓ中の超音波の伝搬速度Ｖ１を算出する。
一般に、物質の硬さが硬くなるほど超音波の伝搬速度は速くなることが知られている。このため、制御部８は、算出された伝搬速度Ｖ１に基づいて物体Ｓの硬さを検知することができる。
【００２０】
このようにして物体Ｓの硬さを検知することにより、指部Ｆ１及びＦ２による把持力を物体Ｓの硬さに適した値に調整することができ、物体Ｓを破壊したり変形するおそれを生じることなく、確実に物体Ｓを把持することが可能となる。
指部Ｆ１及びＦ２を移動させる超音波アクチュエータＵ１及びＵ２を用いて、物体Ｓに超音波を与えると共に物体Ｓを透過した超音波を検知するので、専用のセンサを取り付けなくても物体Ｓの硬さを検知することができ、簡単な構成で且つ小型のロボットハンドが実現される。
【００２１】
実施の形態２
図６に、この発明の実施の形態２に係るロボットハンドを示す。この実施の形態２は、図１に示した実施の形態１のロボットハンドと同じ構成を有しているが、物体Ｓに超音波振動を与えた指部で、物体Ｓを透過した超音波の検知をも行うようにしたものである。
実施の形態２における物体Ｓの硬さの検知方法について説明する。第１の指部Ｆ１と第２の指部Ｆ２で物体Ｓを挟んだままの状態で、制御部８は、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３に電圧を印加することにより、回転子６を回転させることなく超音波振動を発生させる。超音波は、図６に実線矢印で示すように、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３から固定子５及び回転子６を介して第１の指部Ｆ１に伝わり、第１の指部Ｆ１と物体Ｓとの接触面Ｓ１を通って物体Ｓに入り込み、物体Ｓを透過する。そして、接触面Ｓ１に対向する面すなわち第２の指部Ｆ２と物体Ｓとの接触面Ｓ２で反射した超音波が、図６に破線矢印で示すように、再び物体Ｓを透過して第１の指部Ｆ１へと伝わり、さらに第１の指部Ｆ１から第１の超音波アクチュエータＵ１の回転子６及び固定子５を介して振動体３へ伝搬される。
なお、物体Ｓが有する複数の面のうち、第１の指部Ｆ１に接触する接触面Ｓ１と第２の指部Ｆ２に接触する接触面Ｓ２は互いに平行である。
ただし、物体Ｓ中における超音波の伝搬経路の長さを把握することができれば、接触面Ｓ１と接触面Ｓ２は互いに平行でなくてもよい。
【００２２】
このようにして戻ってきた超音波が第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３に到達すると、その超音波の振動モードに応じて、振動体３を構成する第１〜第３の圧電素子部３１〜３３のうち少なくとも１つの圧電素子部に電圧が発生する。そこで、制御部８は、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３に電圧を印加して超音波振動を発生させた時点から、戻ってきた超音波がこの第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３に到達して電圧が発生するまでの所要時間Ｔ２を計測する。
【００２３】
また、制御部８は、算出された物体Ｓの厚さＤ、第１の指部Ｆ１のサイズ並びに第１の超音波アクチュエータＵ１のサイズに基づき、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３から第１の指部Ｆ１を経て物体Ｓを往復し、再び第１の指部Ｆ１を経て第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３に至る超音波の伝搬経路の長さＬ２を算出する。
制御部８は、算出された超音波の伝搬経路の長さＬ２と計測された所要時間Ｔ２とに基づいて物体Ｓ中の超音波の伝搬速度Ｖ２を算出し、さらに、算出された伝搬速度Ｖ２に基づいて物体Ｓの硬さを検知する。
【００２４】
実施の形態３
図７に、この発明の実施の形態３に係るロボットハンドを示す。上記の実施の形態１及び２では、物体Ｓに対する指部Ｆ１及びＦ２の接触部の位置に応じて超音波の伝搬経路の長さＬ１及びＬ２が変化することとなる。そこで、この実施の形態３は、指先で物体Ｓに接触することにより、超音波の伝搬経路の長さを安定化しようとするものである。
【００２５】
第１の超音波アクチュエータＵ１の回転子６に第１節Ｆ１１を固定すると共に第１節Ｆ１１の先端に第２節Ｆ１２を連結し、これら第１節Ｆ１１及び第２節Ｆ１２により第１の指部Ｆ１を構成している。第１節Ｆ１１と第２節Ｆ１２は、図示しない連結機構を介して互いに連結され、回転子６の回転に応じてそれぞれ所定の動きをするように構成されている。同様に、第２の超音波アクチュエータＵ２の回転子６に第１節Ｆ２１を固定すると共に第１節Ｆ２１の先端に第２節Ｆ２２を連結し、これら第１節Ｆ２１及び第２節Ｆ２２により第２の指部Ｆ２を構成している。第１節Ｆ２１と第２節Ｆ２２は、図示しない連結機構を介して互いに連結され、回転子６の回転に応じてそれぞれ所定の動きをするように構成されている。
【００２６】
このように、各指部Ｆ１及びＦ２をそれぞれ第１節と第２節から形成したことにより、図７に示されるように、物体Ｓを双方の指部Ｆ１及びＦ２の第２節Ｆ１２及びＦ２２の指先で挟むことができる。このため、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３から物体Ｓを介して第２の超音波アクチュエータＵ２の振動体３へと至る超音波の伝搬経路の長さ、あるいは、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３から物体Ｓを往復して再び第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３へと戻る超音波の伝搬経路の長さが安定し、これにより、精度よく物体Ｓの硬さを検知することが可能となる。
【００２７】
実施の形態４
図８に、この発明の実施の形態４に係るロボットハンドを示す。この実施の形態４は、図１に示した実施の形態１のロボットハンドにおいて、双方の指部Ｆ１及びＦ２の表面にそれぞれマトリクスセンサＭ１及びＭ２を配設し、物体Ｓに対する指部Ｆ１及びＦ２の接触部の位置を検知するように構成したものである。
【００２８】
マトリクスセンサＭ１及びＭ２は、例えば、多数の微小圧電素子を配列したものから構成され、物体Ｓに接触した際に物体Ｓから受ける加圧力に起因して接触箇所の微小圧電素子から発生する電圧を検出することにより、物体Ｓに対する接触部の位置を検知することができる。あるいは、多数の微小光電センサを配列したマトリクスセンサを用いて、局部的な明るさの変化から接触部の位置を検知したり、多数の微小電極を配列したマトリクスセンサを用いて、局部的な静電容量の変化に基づいて接触部の位置を検知することもできる。
このようなマトリクスセンサＭ１及びＭ２により、物体Ｓに対する指部Ｆ１及びＦ２の接触部の位置を検知すれば、超音波の伝搬経路の長さを決定することができ、精度よく物体Ｓの硬さを検知することが可能となる。
【００２９】
その他の実施の形態
上記の実施の形態１〜４では、超音波の伝搬速度に基づいて物体Ｓの硬さを検知したが、伝搬速度以外にも、物体を透過した超音波の振幅の減衰度、位相のズレ量等を検出して物体Ｓの硬さを検知することもできる。
厚さＤが既知である物体Ｓに対しては、物体Ｓを挟んでいる指部の間隔の算出を省略してもよい。
物体Ｓを挟んでいる指部の間隔は、予め指部に取り付けられた距離センサによって検出することもできる。
上記の実施の形態１〜４では、２本の指部で物体Ｓを挟んだ状態で物体Ｓの硬さを検知したが、同様にして、３本以上の指部を有する多指ハンドを構成し、３本以上の指部を物体Ｓに接触させ、複数の異なる伝搬経路に基づいてそれぞれ物体Ｓの硬さを検知することもできる。このようにすれば、物体Ｓの内部が２種以上の異なる材質で構成されていること、物体Ｓの内部に内蔵物または中空部が存在すること等を検知することも可能となる。
上記の実施の形態１〜４では、制御部８が、各超音波アクチュエータＵ１及びＵ２の振動体３に印加する駆動電圧に基づいて、各指部Ｆ１及びＦ２の位置をそれぞれ把握したが、これに限るものではなく、専用の位置センサを用いて各指部Ｆ１及びＦ２の位置を検出することもできる。
上述した実施の形態１〜４のロボットハンドは、それぞれ自走式ロボットに搭載して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るロボットハンドを示す斜視図である。
【図２】実施の形態１で用いられた超音波アクチュエータの構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態１で用いられた振動体の構成を示す部分断面図である。
【図４】実施の形態１で用いられた振動体の３対の圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。
【図５】実施の形態１のロボットハンドにより物体の硬さを検知する際の超音波の伝搬経路を示す正面図である。
【図６】実施の形態２に係るロボットハンドを示す正面図である。
【図７】実施の形態３に係るロボットハンドを示す斜視図である。
【図８】実施の形態４に係るロボットハンドを示す正面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１ 基部、３ 振動体、４ 凹部、５ 固定子、６ 回転子、７ 保持部材、８ 制御部、９ 連結ボルト、１０ 小径部、１１ 大径部、１２ 段差、Ｕ１，Ｕ２ 超音波アクチュエータ、Ｓ 物体、Ｆ１，Ｆ２ 指部、Ｆ１１，Ｆ２１ 第１節、Ｆ１２，Ｆ２２ 第２節、Ｍ１，Ｍ２ マトリクスセンサ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロボットハンドに係り、特に物体の硬さを検知する多指ハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットハンドにより物体を把持して持ち上げるためには、把持力が必要となるが、把持しようとする物体の硬さに対応した把持力が要求される。例えば、軟らかい物体を大きな把持力で把持した場合には、その物体を破壊したり変形するおそれを生じることとなる。そこで、物体を把持する前に、その物体に適した把持力を決定することが望まれる。
特許文献１には、物体を把持する一対の指のうち一方の指から超音波を発したときの反射超音波と透過超音波をそれぞれの指で受信することにより、物体の硬さや状態を検知して適正な把持力を決定するロボットが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２０５９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のロボットでは、指を動かすための駆動手段とは別に、超音波送信器や超音波受信器を指に設置しなければならず、これら超音波送信器及び超音波受信器の設置スペースが必要になるために指が大型化するおそれがあると共に構成が複雑になるという問題がある。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、簡単な構成でありながら物体の硬さを検知することができる小型の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】
【０００５】
この発明に係るロボットハンドは、少なくとも２つの指部と、各指部に対応して配置され且つそれぞれ圧電素子を振動体として用いて対応する指部を移動させる少なくとも２つの超音波アクチュエータと、各超音波アクチュエータを駆動させると共に、少なくとも２つの指部で物体を挟んだ状態でこれらの指部のうち１つの指部の超音波アクチュエータを駆動させることにより物体に超音波を与え、物体を挟んでいる少なくとも２つの指部のうちいずれかの指部の超音波アクチュエータにより物体を透過した超音波を検知して物体の硬さを検知する制御部とを備えたものである。
【０００６】
制御部は、各指部の位置から物体を挟んでいる少なくとも２つの指部の間隔を算出することで超音波の伝搬経路の長さの算出が可能となる。また、制御部は、物体に超音波を与えてから物体を透過した超音波を検知するまでの所要時間に基づいて物体中の超音波の伝搬速度を算出し、算出された伝搬速度に基づいて物体の硬さを検知することができる。
なお、物体に超音波を与えるための指部とは異なる指部によって、物体を透過した超音波を検知することができる。
あるいは、物体に超音波を与えるための指部と同一の指部によって、物体を透過した超音波を検知してもよい。この場合、物体を透過して指部と物体との接触面に対向する面で反射した後、再び物体を透過して戻ってきた超音波が検知される。
また、各指部と前記物体との接触位置を検出するセンサを備えてもよい。
好ましくは、制御部が、少なくとも２つの指部の指先で物体を挟んだ状態で物体の硬さを検知する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、指部を移動させる超音波アクチュエータを用いて、物体に超音波を与えると共に物体を透過した超音波を検知するので、簡単な構成で且つ小型のロボットハンドでありながら物体の硬さを検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係るロボットハンドを示す。共通の基部１に第１の超音波アクチュエータＵ１を介して第１の指部Ｆ１が連結されると共に第２の超音波アクチュエータＵ２を介して第２の指部Ｆ２が連結されている。第１の超音波アクチュエータＵ１は、基部１の上に配置された振動体３と、振動体３の上に配置され且つ振動体３に接する面とは反対側に凹部４が形成された固定子５と、固定子５の凹部４内にほぼ下半部が収容された略球体状の回転子６とを有している。そして、回転子６に、指部Ｆ１が固定されており、指部Ｆ１と固定子５とが可撓性の保持部材７で互いに移動自在に連結されている。第２の超音波アクチュエータＵ２は、第１の超音波アクチュエータＵ１と同一の構成を有している。なお、双方の超音波アクチュエータＵ１及びＵ２の振動体３がそれぞれ制御部８に電気的に接続されている。
【０００９】
図２に超音波アクチュエータＵ１及びＵ２の構造を示す。ここで、説明の便宜上、基部１から回転子６に向かってＺ軸が延び、Ｚ軸に対して垂直方向にＸ軸が、Ｚ軸及びＸ軸に対して垂直にＹ軸がそれぞれ延びているものとする。
基部１と固定子５とが振動体３内に通された連結ボルト９を介して互いに連結されている。固定子５の凹部４は、回転子６の直径より小さな内径を有する小径部１０と、回転子６の直径より大きな内径を有する大径部１１とからなり、これら小径部１０及び大径部１１との境界部にＸＹ平面上に位置する環状の段差１２が形成されている。回転子６はこの凹部４内の段差１２に当接した状態で回転可能に支持されている。また、指部Ｆ１及びＦ２と固定子５とを連結する保持部材７によって回転子６が固定子５の段差１２に対して加圧接触されている。
【００１０】
振動体３は、固定子５に超音波振動を発生させて回転子６をＸ、Ｙ、Ｚの３軸の回りにそれぞれ回転させるためのものであり、それぞれＸＹ平面上に位置し且つ互いに重ね合わされた平板状の第１〜第３の圧電素子部３１〜３３を有している。これら第１〜第３の圧電素子部３１〜３３がそれぞれ制御部８に電気的に接続されている。
【００１１】
具体的には、図３に示されるように、第１の圧電素子部３１は、それぞれ円板形状を有する電極板３１ａ、圧電素子板３１ｂ、電極板３１ｃ、圧電素子板３１ｄ及び電極板３１ｅが順次重ね合わされた構造を有している。同様に、第２の圧電素子部３２は、それぞれ円板形状を有する電極板３２ａ、圧電素子板３２ｂ、電極板３２ｃ、圧電素子板３２ｄ及び電極板３２ｅが順次重ね合わされた構造を有し、第３の圧電素子部３３は、それぞれ円板形状を有する電極板３３ａ、圧電素子板３３ｂ、電極板３３ｃ、圧電素子板３３ｄ及び電極板３３ｅが順次重ね合わされた構造を有している。これらの圧電素子部３１〜３３が絶縁シート３４〜３７を介して固定子５及び基部１から、また互いに絶縁された状態で配置されている。
【００１２】
図４に示されるように、第１の圧電素子部３１の一対の圧電素子板３１ｂ及び３１ｄは、Ｙ軸方向に２分割された部分が互いに逆極性を有してそれぞれＺ軸方向（厚み方向）に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板３１ｂと圧電素子板３１ｄは互いに裏返しに配置されている。
第２の圧電素子部３２の一対の圧電素子板３２ｂ及び３２ｄは、２分割されることなく全体がＺ軸方向（厚み方向）に膨張あるいは収縮の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板３２ｂと圧電素子板３２ｄは互いに裏返しに配置されている。
第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂ及び３３ｄは、Ｘ軸方向に２分割された部分が互いに逆極性を有してそれぞれＺ軸方向（厚み方向）に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板３３ｂと圧電素子板３３ｄは互いに裏返しに配置されている。
【００１３】
第１の圧電素子部３１の両面部分に配置されている電極板３１ａ及び電極板３１ｅと、第２の圧電素子部３２の両面部分に配置されている電極板３２ａ及び電極板３２ｅと、第３の圧電素子部３３の両面部分に配置されている電極板３３ａ及び電極板３３ｅがそれぞれ電気的に接地されている。また、第１の圧電素子部３１の一対の圧電素子板３１ｂ及び３１ｄの間に配置されている電極板３１ｃと、第２の圧電素子部３２の一対の圧電素子板３２ｂ及び３２ｄの間に配置されている電極板３２ｃと、第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂ及び３３ｄの間に配置されている電極板３３ｃがそれぞれ制御部８に電気的に接続されている。
【００１４】
次に、この実施の形態１に係るロボットハンドの動作について説明する。
第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３に対して、第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃに超音波アクチュエータＵ１の固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加すると、第１の圧電素子部３１の一対の圧電素子板３１ｂ及び３１ｄの２分割された部分がＺ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、固定子５にＹ軸方向のたわみ振動を発生する。同様に、第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃに交流電圧を印加すると、第２の圧電素子部３２の一対の圧電素子板３２ｂ及び３２ｄがＺ軸方向に膨張と収縮を繰り返し、固定子５にＺ軸方向の縦振動を発生する。さらに、第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃに交流電圧を印加すると、第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂ及び３３ｄの２分割された部分がＺ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、固定子５にＸ軸方向のたわみ振動を発生する。
【００１５】
そこで、例えば、制御部８から第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃと第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃとの双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｘ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動とが組み合わされて回転子６と接触する固定子５の段差１２にＸＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がＹ軸回りに回転する。
同様に、制御部８から第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃと第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃとの双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｙ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動とが組み合わされて回転子６と接触する固定子５の段差１２にＹＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がＸ軸回りに回転する。
さらに、制御部８から第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃと第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃとの双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｘ軸方向のたわみ振動とＹ軸方向のたわみ振動とが組み合わされて回転子６と接触する固定子５の段差１２にＸＹ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がＺ軸回りに回転する。
【００１６】
このようにして第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３を駆動することにより、回転子６がＸ、Ｙ、Ｚの３軸の回りにそれぞれ回転し、これに伴って第１の指部Ｆ１が移動する。
同様にして、第２の超音波アクチュエータＵ２の振動体３を駆動することにより、第２の指部Ｆ２の移動が行われる。
制御部８は、各超音波アクチュエータＵ１及びＵ２の振動体３に印加する駆動電圧に基づいて、各指部Ｆ１及びＦ２の位置をそれぞれ把握すると共に、各指部Ｆ１及びＦ２のサイズ並びに各超音波アクチュエータＵ１及びＵ２のサイズを予め記憶しているものとする。
【００１７】
ここで、把持対象となる物体Ｓの硬さを検知する方法について説明する。図５に示されるように、制御部８は、第１の指部Ｆ１と第２の指部Ｆ２を移動させて物体Ｓを挟み、このときの指部Ｆ１及びＦ２の位置と予め記憶している指部Ｆ１及びＦ２のサイズとから双方の指部Ｆ１及びＦ２の間隔すなわち物体Ｓの厚さＤを算出する。さらに、算出された物体Ｓの厚さＤ、指部Ｆ１及びＦ２のサイズ並びに各超音波アクチュエータＵ１及びＵ２のサイズに基づき、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３から第１の指部Ｆ１、物体Ｓ及び第２の指部Ｆ２を経て第２の超音波アクチュエータＵ２の振動体３に至る超音波の伝搬経路の長さＬ１を算出する。
【００１８】
次に、第１の指部Ｆ１と第２の指部Ｆ２で物体Ｓを挟んだままの状態で、制御部８は、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３に電圧を印加することにより、回転子６を回転させることなく超音波振動を発生させる。例えば、第１〜第３の圧電素子部３１〜３３のうちいずれか１つの圧電素子部にのみ交流電圧を印加する、あるいは、２つ以上の圧電素子部に同位相の交流電圧をそれぞれ印加する等により、回転子６を回転させずに超音波振動を発生させることができる。
第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３により発生した超音波は、図５に矢印で示すように、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３から固定子５及び回転子６を介して第１の指部Ｆ１に伝わり、第１の指部Ｆ１から物体Ｓに入り込み、物体Ｓを透過した後、第２の指部Ｆ２へと伝わり、さらに第２の指部Ｆ２から第２の超音波アクチュエータＵ２の回転子６及び固定子５を介して振動体３へ伝搬される。
【００１９】
このようにして超音波が第２の超音波アクチュエータＵ２の振動体３に到達すると、その超音波の振動モードに応じて、振動体３を構成する第１〜第３の圧電素子部３１〜３３のうち少なくとも１つの圧電素子部に電圧が発生する。そこで、制御部８は、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３に電圧を印加して超音波振動を発生させた時点から第２の超音波アクチュエータＵ２の振動体３に超音波が到達して電圧が発生するまでの所要時間Ｔ１を計測する。
さらに、制御部８は、算出された超音波の伝搬経路の長さＬ１と計測された所要時間Ｔ１とに基づいて物体Ｓ中の超音波の伝搬速度Ｖ１を算出する。
一般に、物質の硬さが硬くなるほど超音波の伝搬速度は速くなることが知られている。このため、制御部８は、算出された伝搬速度Ｖ１に基づいて物体Ｓの硬さを検知することができる。
【００２０】
このようにして物体Ｓの硬さを検知することにより、指部Ｆ１及びＦ２による把持力を物体Ｓの硬さに適した値に調整することができ、物体Ｓを破壊したり変形するおそれを生じることなく、確実に物体Ｓを把持することが可能となる。
指部Ｆ１及びＦ２を移動させる超音波アクチュエータＵ１及びＵ２を用いて、物体Ｓに超音波を与えると共に物体Ｓを透過した超音波を検知するので、専用のセンサを取り付けなくても物体Ｓの硬さを検知することができ、簡単な構成で且つ小型のロボットハンドが実現される。
【００２１】
実施の形態２
図６に、この発明の実施の形態２に係るロボットハンドを示す。この実施の形態２は、図１に示した実施の形態１のロボットハンドと同じ構成を有しているが、物体Ｓに超音波振動を与えた指部で、物体Ｓを透過した超音波の検知をも行うようにしたものである。
実施の形態２における物体Ｓの硬さの検知方法について説明する。第１の指部Ｆ１と第２の指部Ｆ２で物体Ｓを挟んだままの状態で、制御部８は、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３に電圧を印加することにより、回転子６を回転させることなく超音波振動を発生させる。超音波は、図６に実線矢印で示すように、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３から固定子５及び回転子６を介して第１の指部Ｆ１に伝わり、第１の指部Ｆ１と物体Ｓとの接触面Ｓ１を通って物体Ｓに入り込み、物体Ｓを透過する。そして、接触面Ｓ１に対向する面すなわち第２の指部Ｆ２と物体Ｓとの接触面Ｓ２で反射した超音波が、図６に破線矢印で示すように、再び物体Ｓを透過して第１の指部Ｆ１へと伝わり、さらに第１の指部Ｆ１から第１の超音波アクチュエータＵ１の回転子６及び固定子５を介して振動体３へ伝搬される。
なお、物体Ｓが有する複数の面のうち、第１の指部Ｆ１に接触する接触面Ｓ１と第２の指部Ｆ２に接触する接触面Ｓ２は互いに平行である。
ただし、物体Ｓ中における超音波の伝搬経路の長さを把握することができれば、接触面Ｓ１と接触面Ｓ２は互いに平行でなくてもよい。
【００２２】
このようにして戻ってきた超音波が第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３に到達すると、その超音波の振動モードに応じて、振動体３を構成する第１〜第３の圧電素子部３１〜３３のうち少なくとも１つの圧電素子部に電圧が発生する。そこで、制御部８は、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３に電圧を印加して超音波振動を発生させた時点から、戻ってきた超音波がこの第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３に到達して電圧が発生するまでの所要時間Ｔ２を計測する。
【００２３】
また、制御部８は、算出された物体Ｓの厚さＤ、第１の指部Ｆ１のサイズ並びに第１の超音波アクチュエータＵ１のサイズに基づき、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３から第１の指部Ｆ１を経て物体Ｓを往復し、再び第１の指部Ｆ１を経て第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３に至る超音波の伝搬経路の長さＬ２を算出する。
制御部８は、算出された超音波の伝搬経路の長さＬ２と計測された所要時間Ｔ２とに基づいて物体Ｓ中の超音波の伝搬速度Ｖ２を算出し、さらに、算出された伝搬速度Ｖ２に基づいて物体Ｓの硬さを検知する。
【００２４】
実施の形態３
図７に、この発明の実施の形態３に係るロボットハンドを示す。上記の実施の形態１及び２では、物体Ｓに対する指部Ｆ１及びＦ２の接触部の位置に応じて超音波の伝搬経路の長さＬ１及びＬ２が変化することとなる。そこで、この実施の形態３は、指先で物体Ｓに接触することにより、超音波の伝搬経路の長さを安定化しようとするものである。
【００２５】
第１の超音波アクチュエータＵ１の回転子６に第１節Ｆ１１を固定すると共に第１節Ｆ１１の先端に第２節Ｆ１２を連結し、これら第１節Ｆ１１及び第２節Ｆ１２により第１の指部Ｆ１を構成している。第１節Ｆ１１と第２節Ｆ１２は、図示しない連結機構を介して互いに連結され、回転子６の回転に応じてそれぞれ所定の動きをするように構成されている。同様に、第２の超音波アクチュエータＵ２の回転子６に第１節Ｆ２１を固定すると共に第１節Ｆ２１の先端に第２節Ｆ２２を連結し、これら第１節Ｆ２１及び第２節Ｆ２２により第２の指部Ｆ２を構成している。第１節Ｆ２１と第２節Ｆ２２は、図示しない連結機構を介して互いに連結され、回転子６の回転に応じてそれぞれ所定の動きをするように構成されている。
【００２６】
このように、各指部Ｆ１及びＦ２をそれぞれ第１節と第２節から形成したことにより、図７に示されるように、物体Ｓを双方の指部Ｆ１及びＦ２の第２節Ｆ１２及びＦ２２の指先で挟むことができる。このため、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３から物体Ｓを介して第２の超音波アクチュエータＵ２の振動体３へと至る超音波の伝搬経路の長さ、あるいは、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３から物体Ｓを往復して再び第１の超音波アクチュエータＵ１の振動体３へと戻る超音波の伝搬経路の長さが安定し、これにより、精度よく物体Ｓの硬さを検知することが可能となる。
【００２７】
実施の形態４
図８に、この発明の実施の形態４に係るロボットハンドを示す。この実施の形態４は、図１に示した実施の形態１のロボットハンドにおいて、双方の指部Ｆ１及びＦ２の表面にそれぞれマトリクスセンサＭ１及びＭ２を配設し、物体Ｓに対する指部Ｆ１及びＦ２の接触部の位置を検知するように構成したものである。
【００２８】
マトリクスセンサＭ１及びＭ２は、例えば、多数の微小圧電素子を配列したものから構成され、物体Ｓに接触した際に物体Ｓから受ける加圧力に起因して接触箇所の微小圧電素子から発生する電圧を検出することにより、物体Ｓに対する接触部の位置を検知することができる。あるいは、多数の微小光電センサを配列したマトリクスセンサを用いて、局部的な明るさの変化から接触部の位置を検知したり、多数の微小電極を配列したマトリクスセンサを用いて、局部的な静電容量の変化に基づいて接触部の位置を検知することもできる。
このようなマトリクスセンサＭ１及びＭ２により、物体Ｓに対する指部Ｆ１及びＦ２の接触部の位置を検知すれば、超音波の伝搬経路の長さを決定することができ、精度よく物体Ｓの硬さを検知することが可能となる。
【００２９】
その他の実施の形態
上記の実施の形態１〜４では、超音波の伝搬速度に基づいて物体Ｓの硬さを検知したが、伝搬速度以外にも、物体を透過した超音波の振幅の減衰度、位相のズレ量等を検出して物体Ｓの硬さを検知することもできる。
厚さＤが既知である物体Ｓに対しては、物体Ｓを挟んでいる指部の間隔の算出を省略してもよい。
物体Ｓを挟んでいる指部の間隔は、予め指部に取り付けられた距離センサによって検出することもできる。
上記の実施の形態１〜４では、２本の指部で物体Ｓを挟んだ状態で物体Ｓの硬さを検知したが、同様にして、３本以上の指部を有する多指ハンドを構成し、３本以上の指部を物体Ｓに接触させ、複数の異なる伝搬経路に基づいてそれぞれ物体Ｓの硬さを検知することもできる。このようにすれば、物体Ｓの内部が２種以上の異なる材質で構成されていること、物体Ｓの内部に内蔵物または中空部が存在すること等を検知することも可能となる。
上記の実施の形態１〜４では、制御部８が、各超音波アクチュエータＵ１及びＵ２の振動体３に印加する駆動電圧に基づいて、各指部Ｆ１及びＦ２の位置をそれぞれ把握したが、これに限るものではなく、専用の位置センサを用いて各指部Ｆ１及びＦ２の位置を検出することもできる。
上述した実施の形態１〜４のロボットハンドは、それぞれ自走式ロボットに搭載して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るロボットハンドを示す斜視図である。
【図２】実施の形態１で用いられた超音波アクチュエータの構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態１で用いられた振動体の構成を示す部分断面図である。
【図４】実施の形態１で用いられた振動体の３対の圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。
【図５】実施の形態１のロボットハンドにより物体の硬さを検知する際の超音波の伝搬経路を示す正面図である。
【図６】実施の形態２に係るロボットハンドを示す正面図である。
【図７】実施の形態３に係るロボットハンドを示す斜視図である。
【図８】実施の形態４に係るロボットハンドを示す正面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１ 基部、３ 振動体、４ 凹部、５ 固定子、６ 回転子、７ 保持部材、８ 制御部、９ 連結ボルト、１０ 小径部、１１ 大径部、１２ 段差、Ｕ１，Ｕ２ 超音波アクチュエータ、Ｓ 物体、Ｆ１，Ｆ２ 指部、Ｆ１１，Ｆ２１ 第１節、Ｆ１２，Ｆ２２ 第２節、Ｍ１，Ｍ２ マトリクスセンサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの指部と、
各指部に対応して配置され且つそれぞれ圧電素子を振動体として用いて対応する指部を移動させる少なくとも２つの超音波アクチュエータと、
各超音波アクチュエータを駆動させると共に、少なくとも２つの指部で物体を挟んだ状態でこれらの指部のうち１つの指部の超音波アクチュエータを駆動させることにより前記物体に超音波を与え、前記物体を挟んでいる少なくとも２つの指部のうちいずれかの指部の超音波アクチュエータにより前記物体を透過した超音波を検知して前記物体の硬さを検知する制御部と
を備えたことを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記制御部は、各指部の位置から前記物体を挟んでいる少なくとも２つの指部の間隔を算出することで超音波の伝搬経路の長さを算出する請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記制御部は、前記物体に超音波を与えてから前記物体を透過した超音波を検知するまでの所要時間に基づいて前記物体中の超音波の伝搬速度を算出し、算出された伝搬速度に基づいて前記物体の硬さを検知する請求項１または２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記物体を透過した超音波を検知するための指部は、前記物体に超音波を与えるための指部とは異なるものである請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記物体を透過した超音波を検知するための指部は、前記物体に超音波を与えるための指部と同一のものであり、前記物体を透過して前記指部と前記物体との接触面に対向する面で反射した後、再び前記物体を透過して戻ってきた超音波を検知する請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項６】
各指部と前記物体との接触位置を検出するセンサを備えた請求項１〜５のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項７】
前記制御部は、少なくとも２つの指部の指先で物体を挟んだ状態で前記物体の硬さを検知する請求項１〜６のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項１】
少なくとも２つの指部と、
各指部に対応して配置され且つそれぞれ圧電素子を振動体として用いて対応する指部を移動させる少なくとも２つの超音波アクチュエータと、
各超音波アクチュエータを駆動させると共に、少なくとも２つの指部で物体を挟んだ状態でこれらの指部のうち１つの指部の超音波アクチュエータを駆動させることにより前記物体に超音波を与え、前記物体を挟んでいる少なくとも２つの指部のうちいずれかの指部の超音波アクチュエータにより前記物体を透過した超音波を検知して前記物体の硬さを検知する制御部と
を備えたことを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
前記制御部は、各指部の位置から前記物体を挟んでいる少なくとも２つの指部の間隔を算出することで超音波の伝搬経路の長さを算出する請求項１に記載のロボットハンド。
【請求項３】
前記制御部は、前記物体に超音波を与えてから前記物体を透過した超音波を検知するまでの所要時間に基づいて前記物体中の超音波の伝搬速度を算出し、算出された伝搬速度に基づいて前記物体の硬さを検知する請求項１または２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記物体を透過した超音波を検知するための指部は、前記物体に超音波を与えるための指部とは異なるものである請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記物体を透過した超音波を検知するための指部は、前記物体に超音波を与えるための指部と同一のものであり、前記物体を透過して前記指部と前記物体との接触面に対向する面で反射した後、再び前記物体を透過して戻ってきた超音波を検知する請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項６】
各指部と前記物体との接触位置を検出するセンサを備えた請求項１〜５のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【請求項７】
前記制御部は、少なくとも２つの指部の指先で物体を挟んだ状態で前記物体の硬さを検知する請求項１〜６のいずれか一項に記載のロボットハンド。
【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２００９−１３６９３９（Ｐ２００９−１３６９３９Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１３３３８（Ｐ２００７−３１３３３８）
【出願日】平成１９年１２月４日（２００７．１２．４）
【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２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月４日（２００７．１２．４）
【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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