触覚センサ、把持装置、及びアクチュエータシステム
【課題】構造が簡素な触覚センサ等を提供する。
【解決手段】触覚センサ７０は、第１電極７３ａと第３電極７３ｃとの間の第１静電容量と、第２電極７３ｂと第３電極７３ｃとの間の第２静電容量と、に基づいて、受圧部７２に加わった押付力（Ｘ軸方向の力）又は押付力によって生じる把持力（Ｙ軸方向の力）を検出する。これにより、３つの電極のみで、押付力、把持力等の力を検出することが可能になる。そのため、構造が簡素な触覚センサ７０、この触覚センサ７０を備えた把持装置及びアクチュエータシステムを提供することができる。
【解決手段】触覚センサ７０は、第１電極７３ａと第３電極７３ｃとの間の第１静電容量と、第２電極７３ｂと第３電極７３ｃとの間の第２静電容量と、に基づいて、受圧部７２に加わった押付力（Ｘ軸方向の力）又は押付力によって生じる把持力（Ｙ軸方向の力）を検出する。これにより、３つの電極のみで、押付力、把持力等の力を検出することが可能になる。そのため、構造が簡素な触覚センサ７０、この触覚センサ７０を備えた把持装置及びアクチュエータシステムを提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚センサ、把持装置、及びアクチュエータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や電子部品を生産する工場では、生産の効率化の観点から、産業用ロボットが使用されている。このような産業用ロボットのアームの先端部等には、ワークを把持するために、グリッパ（把持装置）が取り付けられる。このグリッパは、一対の把持部を押し付けることによりワークを把持し、これらの把持部とワークとの摩擦により、ワークを持ち上げる。そのため、この押付力が大きすぎる場合には、ワークの表面に傷がついたり、ワークが変形したりするので、ワークを適切な押付力で押し付けることが望まれる。しかしながら、ワークの材質、形状、表面性状、及び作業環境等によっても、適切な押付力は変化するため、作業前に適切な押付力を設定するのは困難である。
【０００３】
これに対し、下記特許文献には、グリッパの把持部に触覚センサを取り付け、この触覚センサの検出結果である把持力（摩擦力）に基づいて、適切な押付力でワークを押し付けるグリッパが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−６０６２９号公報
【特許文献２】特開平８−５４５２号公報
【特許文献３】特開２００４−２６４１７２号公報
【特許文献４】特開２００９−２９４１４０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、２に記載の触覚センサは比較的大きなものである。このため、例えば、小型のグリッパには、これらの触覚センサを取り付けることは困難である。
【０００６】
上記特許文献３、４には、メムス（MEMS 、Micro Electro Mechanical Systems）を適用することにより、小型の触覚センサとしたものが開示されている。しかしながら、メムスを適用することによって、触覚センサの構造が複雑になり、製造コストが高くなるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上述の事情の下になされたもので、構造が簡素な触覚センサ、把持装置、及びアクチュエータシステム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】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明の第１の観点の触覚センサは、
第１部材と、
前記第１部材に対して所定のギャップを隔てて設けられ、力が加わることによって、前記第１部材に対して、前記第１部材に接近する第１軸方向及び前記第１軸方向と直交する第２軸方向のうちの少なくとも一方の方向へ相対移動する第２部材と、
前記第１部材の前記第２部材に対向する面に、前記第２軸方向に隣接して配置される第１電極及び第２電極と、前記第２部材の前記第１部材に対向する面に配置される第３電極と、を有する電極ユニットと、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
前記触覚センサは、
前記第１電極と前記第３電極との間の第１静電容量と、前記第２電極と前記第３電極との間の第２静電容量と、に基づいて、前記受圧部に加えられた前記第１軸方向の力、及び前記第１軸方向の力によって生じる前記第２軸方向の力のうちの少なくとも一つの力に応じた信号を出力する回路ユニットを備えていてもよい。
【００１０】
前記第３電極は、前記第１電極及び前記第２電極と対向してもよい。
【００１１】
前記第１部材と前記第２部材との間には、複数の前記電極ユニットが配置され、
前記回路ユニットは、前記電極ユニットそれぞれの第１静電容量の平均値及び第２静電容量の平均値に基づいて、前記第１軸方向の力及び前記第２軸方向の力のうちの少なくとも一つの力に応じた信号を出力してもよい。
【００１２】
前記回路ユニットは、前記第２静電容量から前記第１静電容量を減じた第１の値を算出するとともに、
前記第２静電容量に前記第１静電容量を加えた第２の値を算出し、
前記第１の値を前記第２の値で除した第３の値に基づいて、前記第２軸方向の力に応じた信号を出力してもよい。
【００１３】
前記第１部材と前記第２部材との間には、弾性部材が配置されていてもよい。
【００１４】
前記弾性部材は、板状に形成されていてもよい。
【００１５】
前記第２部材の前記第１部材に対向する面には、凹部が形成され、
前記第１部材の前記第２部材に対向する面には、前記弾性部材を介して、前記凹部に嵌め込まれる凸部が形成されており、
前記弾性部材は、前記凸部の前記第２軸方向の両側の面それぞれと、前記凸部の第１軸方向側の面と、に配置されていてもよい。
【００１６】
前記弾性部材は、円柱形状に形成されていてもよい。
【００１７】
前記第１部材の前記第２部材に対向する面と、前記第２部材の前記第１部材に対向する面とには、溝が形成されており、
前記溝には、前記弾性部材が配置されていてもよい。
【００１８】
前記第２部材の前記第１部材に対向する面には、凹部が形成され、
前記第１部材の前記第２部材に対向する面には、前記弾性部材を介して、前記凹部に嵌め込まれる凸部が形成されており、
前記溝は、前記凸部の前記第２軸方向の両側の面それぞれと、前記凸部の第１軸方向側の面と、に形成されていてもよい。
【００１９】
前記溝は、Ｖ形に形成されていてもよい。
【００２０】
本発明の第２の観点の把持装置は、
ワークを把持する把持装置であって、
モータユニットと、
前記モータユニットによって移動し、前記ワークを把持する一対の把持部と、
前記把持部に配置された本発明の第１の観点の触覚センサと、
を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第３の観点のアクチュエータシステムは、
本発明の第２の観点の把持装置と、
前記触覚センサの検出結果に基づいて、前記モータユニットを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２２】
前記制御手段は、
前記触覚センサの検出結果の微分値がマイナス又はプラスの場合は、前記把持部と前記把持部との間が狭くなる方向に、前記把持部を移動させ、
前記微分値が、±０の場合は、前記把持部と前記把持部との間の幅を維持させてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の触覚センサは、第１電極及び第２電極と、これらの電極に対して相対移動する第３電極の少なくとも３つの電極から構成することができる。したがって、装置の構造を簡素化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る把持装置を示す斜視図である。
【図２】把持装置を示すＸＹ断面図である。
【図３】（Ａ）は、触覚センサを示すＹＺ断面図である。（Ｂ）は、触覚センサを示すＸＹ断面図である。
【図４】電極ユニットを示すＸＹ断面図である。
【図５】触覚センサのブロック図である。
【図６】（Ａ）は、触覚センサを示すＸＹ断面図である。（Ｂ）は、触覚センサを示すＹＺ断面図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、触覚センサの動作を説明するためのＸＹ断面図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、電極ユニットの動作を説明するためのＸＹ断面図である。
【図９】把持装置及びコントローラのブロック図である。
【図１０】把持装置の使用例を示すＸＹ断面図である。
【図１１】把持装置等の使用例を示す斜視図（その１）である。
【図１２】（Ａ）は、把持装置等の動作を示す断面図（その１）である。（Ｂ）は、把持装置等の動作を示す断面図（その２）である。
【図１３】把持装置の動作を示す斜視図である。
【図１４】（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る触覚センサを示すＹＺ断面図であり、（Ｂ）は、触覚センサを示すＸＹ断面図である。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る触覚センサを示すＸＹ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
《第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態に係る把持装置１０について、図１〜１３を参照しながら説明する。なお、理解を容易にするため、Ｘ軸を把持装置１０の側面方向、Ｙ軸を鉛直方向、Ｚ軸を把持装置１０の正面方向とするＸＹＺ座標を設定し、適宜参照する。
【００２６】
把持装置１０は、例えば、産業用ロボットのアームの先端部等に取付けられ、ワークを把持するために用いられる。把持装置１０は、図１に示すように、把持装置本体２０と、把持装置本体２０の下方に突出する一対の把持部４４，５４を備えたモータユニット３０と、それぞれの把持部４４，５４の先端にアタッチメント６１，６２を介して取り付けられた触覚センサ７０，８０と、を有している。
【００２７】
把持装置本体２０は、略円筒状の形状に形成されている。また、図２に示すように、把持装置本体２０の＋Ｘ側の開口２０ａ及び−Ｘ側の開口２０ｂには、蓋部２１、２２が取り付けられている。把持装置本体２０には、モータユニット３０が収納されている。
【００２８】
モータユニット３０は、リニアモータとして構成されている。このモータユニット３０は、固定部３１（磁石ユニット）と、固定部３１の外周に配置された可動部４０，５０と、可動部４０，５０を動作させるためのドライバと、を有する。また、モータユニット３０は、把持装置１０やリニアアクチュエータ等を制御するコントローラに接続される。このコントローラには、触覚センサ７０，８０も、同様に接続される。
【００２９】
固定部３１は、例えば、非磁性体から構成される円筒体と、この円筒体の中に配置された複数のマグネットと、から構成される。円筒体の外周面は、平滑な面に形成されている。マグネットは、円柱状に形成されており、Ｘ軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されるように、円筒体に挿入されている。Ｎ極とＳ極とが交互に配置されることにより、マグネットの同極が相互に接している。また、固定部３１の＋Ｘ側及び−Ｘ側の端部は、蓋部２１，２２に形成された凹部２１ａ，２２ａに嵌め込まれている。この固定部３１の端部が凹部２１ａ，２２ａに嵌め込まれることにより、固定部３１は把持装置本体２０内で固定される。
【００３０】
可動部４０は、円筒形状の可動部本体４１と、可動部本体４１に固定されたコイル４２と、可動部本体４１の内周面に形成された滑りガイド４３と、を有している。
【００３１】
可動部本体４１は、略円筒状の部材であり、−Ｘ側の端部から径方向に張り出したフランジ部４１ａを備えている。このフランジ部４１ａには、−Ｙ方向に突出した把持部４４が形成されている。把持部４４は、把持装置本体２０に形成された開口２０ｃを通って、把持装置本体２０の外部に突出している。
【００３２】
コイル４２は、例えば、絶縁材料で形成されたボビンと、ボビンに巻かれた銅線とから構成される。
【００３３】
滑りガイド４３は、円筒形状に形成され、可動部本体４１内に圧入されている。この滑りガイド４３の内周面は平滑な面に形成されている。そして、滑りガイド４３は、外周面が平滑な面に形成されている固定部３１に対して摺動する。
【００３４】
可動部５０は、可動部４０と同等の構造を有し、固定部３１に対してＸ軸方向に移動可能に取り付けられている。この可動部５０は、可動部４０と同様に、フランジ部５１ａ及び把持部５４を備えた可動部本体５１と、可動部本体５１の＋Ｘ側の端部に固定されたコイル５２と、可動部本体５１の内周面に形成された滑りガイド５３と、を有している。また、可動部５０は、可動部４０に対向して、固定部３１に嵌め込まれている。
【００３５】
把持部４４，５４には、アタッチメント６１，６２がボルト及びナットによって固定されている。アタッチメント６１，６２は、Ｙ軸方向を長手方向とする直方体板状の部材であり、把持部４４，５４を−Ｙ方向に実質的に延長するために用いられる。このアタッチメント６１，６２の形状は任意である。把持するワークの形状、大きさ、材質等によって、別の適切な形状のアタッチメントに付け替えることも可能である。また、アタッチメント６１，６２の対向する面には、触覚センサ７０，８０が取り付けられている。
【００３６】
触覚センサ７０は、把持装置１０がワークを把持したときの把持力Ｆを検出する。この把持力Ｆとは、ワークと触覚センサ７０との間に生じる摩擦力（Ｙ軸方向の力）であって、ワークを把持するために有効な摩擦力のことを言う。図３（Ａ）は、触覚センサ７０を示すＹＺ断面図であり、図３（Ｂ）は、ＸＹ断面図である。さらに詳しくは、図３（Ａ）は、この図３（Ｂ）のＡ−Ａ線におけるＹＺ断面図である。触覚センサ７０は、図３に示すように、基部７１と、ワークを把持したときのワークからの押付力Ｎを受ける受圧部７２と、基部７１と受圧部７２の間に配置された電極ユニット７３及び弾性部材７４と、を有している。
【００３７】
基部７１は、アタッチメント６１の−Ｘ側の面に固定されている。また、基部７１の−Ｘ側の面には、凹部７１ａがＺ軸方向に沿って形成されている。
【００３８】
受圧部７２は、基部７１の−Ｘ側の面に配置されている。また、受圧部７２の＋Ｘ側の面には、凸部７２ａがＺ軸方向に沿って形成されている。この凸部７２ａは、複数の弾性部材７４を介して、凹部７１ａに嵌め込まれる。
【００３９】
電極ユニット７３は、Ｙ軸方向に沿って、等間隔に３つ配置されている。この電極ユニット７３は、図４に示すように、第１電極７３ａと、第２電極７３ｂと、第３電極７３ｃと、を有している。第１電極７３ａ、第２電極７３ｂ、及び第３電極７３ｃは、Ｚ軸方向を長手方向とする金属板から構成されている。また、第１電極７３ａ及び第２電極７３ｂは、凹部７１ａの底面に配置されており、第３電極７３ｃは、凸部７２ａの＋Ｘ側の面に配置されている。
【００４０】
弾性部材７４は、図３に示すように、ゴムから構成され、基部７１と受圧部７２との間を所定のクリアランスで保持しつつ、受圧部７２を固定する。詳しくは、弾性部材７４は、シート状に形成されており、受圧部７２の凸部７２ａの＋Ｙ側の面と−Ｙ側の面とに１つずつ、＋Ｘ側の面に２つ配置されている。そして、弾性部材７４は、基部７１と受圧部７２とに接着されている。この４つの弾性部材７４によって、受圧部７２は、基部７１に対して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に相対移動可能に配置されるとともに、第１電極７３ａ及び第３電極７３ｃ、第２電極７３ｂ及び第３電極７３ｃは、所定範囲内のクリアランスに保持される。
【００４１】
触覚センサ７０は、図５に示すように、基部７１内に配置された回路ユニット７５をさらに有している。
【００４２】
回路ユニット７５は、第１電極７３ａと第３電極７３ｃとの間の静電容量Ｃ１、及び第２電極７３ｂと第３電極７３ｃとの間の静電容量Ｃ２に基づいて、所定の演算を行い、その演算の結果をコントローラに通知する。なお、電極ユニット７３は３つ配置されているため、回路ユニット７５は、それぞれの静電容量を平均し、この平均した静電容量に基づいて、所定の演算を行う。回路ユニット７５は、静電容量電圧変換部７６ａ、７６ｂと、演算器７７ａ、７７ｂ、７８、７９と、を有している。
【００４３】
静電容量電圧変換部７６ａは、静電容量Ｃ１を、電圧に変換し、電圧として出力する。同様に、静電容量電圧変換部７６ｂは、静電容量Ｃ２を、電圧に変換し、電圧として出力する。
【００４４】
演算器７７ａは、静電容量Ｃ２から静電容量Ｃ１を減算する。そして、この減算して得られた値（Ｃ２−Ｃ１）を出力する。
【００４５】
演算器７７ｂは、静電容量Ｃ２に静電容量Ｃ１を加算する。そして、この加算して得られた値（Ｃ２＋Ｃ１）を出力する。
【００４６】
演算器７８は、演算器７７ａから出力された値（Ｃ２−Ｃ１）を、演算器７７ｂから出力された値（Ｃ２＋Ｃ１）で除算する。そして、この除算して得られた値｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝を出力する。
【００４７】
演算器７９は、演算器７８から出力された値｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝を微分する。そして、この微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔを出力する。
【００４８】
図６（Ａ）は、触覚センサ８０を示すＸＹ断面図であり、図６（Ｂ）は、ＹＺ断面図である。なお、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＢ−Ｂ線におけるＹＺ断面図である。触覚センサ８０は、触覚センサ７０と同様に、図６に示すように、基部８１と、ワークを把持したときのワークからの押付力Ｎを受ける受圧部８２と、基部８１と受圧部８２の間に配置された電極ユニット８３及び弾性部材８４と、を有している。また、触覚センサ８０は、基部８１内に配置された回路ユニットをさらに有している。そして、触覚センサ７０と同様に、値｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝を微分して、この微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔを、コントローラに出力する。
【００４９】
次に、上述した回路ユニット７５が行う演算の内容について、図７及び図８を参照して説明する。
【００５０】
把持装置１０がワーク３００を把持すると、図７（Ａ）に示すように、触覚センサ７０の受圧部７２にワークからの押付力Ｎが＋Ｘ方向に作用する。同様に、触覚センサ８０の受圧部８２にもワークからの押付力Ｎが−Ｘ方向に作用する。この押付力Ｎが作用しているときに、後述するリニアアクチュエータ等によって、ワーク３００を把持する。把持装置１０を＋Ｙ方向に移動させると、図７（Ｂ）に示すようにワーク３００と触覚センサ７０，８０との間に摩擦力Ｆｆが生じる。ここで、ワーク３００と触覚センサ７０，８０との間の摩擦係数をμとすると、摩擦力Ｆｆは、次の式（１）で表される。
Ｗ／２＝Ｆｆ≦μ×Ｎ …（１）
したがって、式（１）は、次の式（１）’のようにも表される。
Ｗ／（２×μ）≦Ｎ …（１）’
【００５１】
ワーク３００が、把持装置１０からすべり落ちずに、把持装置１０に把持されている場合、ワーク３００の重さＷは、次の式（２）で表されるように、ワーク３００の＋Ｘ側及び−Ｘ側に作用している押付力Ｎを合算し、摩擦係数μを乗じた値以下となる。
Ｗ≦２×μ×Ｎ …（２）
【００５２】
したがって、重さＷが、２×μ×Ｎよりも大きければ、把持装置１０はワーク３００を把持しきれずに、ワーク３００は、把持部４４と把持部５４との間からすべり落ちてしまう。また、押付力Ｎが大きすぎる場合には、ワーク３００の表面に傷がついたり、ワーク３００が変形したりするおそれがある。そのため、次の式（３）で表されるように、２×μ×Ｎが、重さＷとほぼ同等であれば、把持装置１０は、もっとも小さな押付力Ｎでワーク３００を押し付けることができる。
Ｗ＝２×μ×Ｎ …（３）
また、ワーク３００を把持するために有効な摩擦力Ｆｆを把持力Ｆとした場合、把持力Ｆを用いて表すと、式（３）は、次の式（３）’になる。
Ｗ＝２×Ｆ …（３）’
【００５３】
また、静電容量Ｃは、以下の式（４）のように定義される。
Ｃ＝ε×（Ｓ／ｄ） …（４）
式（４）におけるεは電極間の誘電体の誘電率であり、また、図８（Ａ）〜（Ｃ）を参照するとわかるように、Ｓは電極の有効面積、ｄは電極７３ａ，７３ｂと電極７３ｃとの間のＸ軸方向の距離である。
【００５４】
静電容量Ｃは、受圧部７２にワーク３００からの押付力Ｎが作用すると、凸部７２ａの＋Ｘ側の面に配置された弾性部材７４が圧縮されて、図８（Ｂ）に示すように、受圧部７２が＋Ｘ方向に移動する。このため、距離ｄが小さくなる。この場合の静電容量Ｃは、次の式（５）で表される。
Ｃ＝Ｃ０×ｄ０／ｄ …（５）
ただし、ｄ０は、受圧部７２が＋Ｘ方向に移動する前のＸ軸方向の距離であり、Ｃ０は、受圧部７２が＋Ｘ方向に移動する前の静電容量である。
【００５５】
また、静電容量Ｃは、受圧部７２にワーク３００の重さＷが作用すると、凸部７２ａの−Ｙ側の面に配置された弾性部材７４が圧縮されて、図８（Ｃ）に示すように、受圧部７２が−Ｙ方向に移動する。このため、電極の有効面積Ｓが変化する。この場合の静電容量Ｃは、次の式（６）で表される。
Ｃ＝Ｃ０×Ｓ／Ｓ０ …（６）
ただし、Ｓ０は、受圧部７２が−Ｙ方向に移動する前の電極の有効面積である。
【００５６】
以上の式（５）、（６）から、押付力Ｎと重さＷとが同時に受圧部７２に作用した場合の静電容量Ｃは、次の式（７）で表される。
Ｃ＝Ｃ０×（ｄ０・Ｓ）／（ｄ・Ｓ０） …（７）
【００５７】
本実施形態においては、電極ユニット７３の第１電極７３ａ及び第２電極７３ｂは、基部７１の−Ｘ側の面に配置されており、電極ユニット７３の第３電極７３ｃは、受圧部７２の＋Ｘ側の面に配置されている。そのため、受圧部７２が−Ｙ方向に移動した場合の、第１電極７３ａと第３電極７３ｃとの有効面積の変化量Δと、第２電極７３ｂと第３電極７３ｃとの有効面積の変化量Δとは同一である。したがって、静電容量Ｃ１、Ｃ２は、次の式（８）、（９）で表される。
Ｃ１＝Ｃ０×｛ｄ０・（Ｓ０−Δ）｝／（ｄ・Ｓ０） …（８）
Ｃ２＝Ｃ０×｛ｄ０・（Ｓ０＋Δ）｝／（ｄ・Ｓ０） …（９）
【００５８】
静電容量Ｃ２に静電容量Ｃ１を加算して得られた値（Ｃ２＋Ｃ１）は、次の式（１０）で表される。したがって、値（Ｃ２＋Ｃ１）は、有効面積Ｓの変化量Δに関わらず、第１電極７３ａ及び第２電極７３ｂと第３電極との間の距離ｄによって定まる。
Ｃ２＋Ｃ１＝２Ｃ０×（ｄ０／ｄ） …（１０）
【００５９】
静電容量Ｃ２から静電容量Ｃ１を減算して得られた値（Ｃ２−Ｃ１）は、次の式（１１）で表される。また、この値（Ｃ２−Ｃ１）を値（Ｃ２＋Ｃ１）で除して得られた値｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝は、以下の式（１２）で表される。
Ｃ２−Ｃ１＝２Δ×Ｃ０／Ｓ０×（ｄ０／ｄ） …（１１）
（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）＝Δ／Ｓ０ …（１２）
【００６０】
式（１２）からわかるように、値｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝は、第１電極７３ａ及び第２電極７３ｂと第３電極との間の距離ｄの変化量に関わらず、有効面積Ｓの変化量Δによって定まる。このため、この値｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝に、弾性部材７４の弾性係数に比例する定数であるＫを乗じることによって、把持力Ｆが、次の式（１３）のように定まる。
Ｆ＝Ｋ×｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝ …（１３）
【００６１】
以上、説明したように、回路ユニット７５は、静電容量Ｃ１、Ｃ２に基づいて、値｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝を演算する。これにより、把持力Ｆを求めることができる。
【００６２】
上述した把持装置１０には、図９に示すように、コントローラ１５０が接続される。コントローラ１５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、主記憶部、補助記憶部、表示部、入力部、及びインターフェイス部等を含んで構成されている。このコントローラ１５０は、触覚センサ７０，８０から通知された演算結果に基づいて、把持装置１０の可動部４０，５０のコイル４２，５２に流す電流Ｉを調整する。また、コントローラ１５０は、把持装置１０のモータユニット３０や、把持装置１０が取り付けられたリニアアクチュエータ等を制御する。
【００６３】
取り付け部１１は、図１０に示すように、把持装置本体２０の上方に、ボルト１２ａ、１２ｂによって固定されている。また、取り付け部１１には、リニアアクチュエータ等の産業用ロボットに固定するための、取り付け孔１３ａ，１３ｂが形成されている。この取り付け孔１３ａ，１３ｂにボルト２０１ａ，２０１ｂで締結することによって、把持装置１０は、図１１に示すように、リニアアクチュエータ２００のスライダ２００Ａに取り付けられる。このスライダ２００Ａは、図１１に示すように、Ｙ軸方向に移動可能に配置されている。また、リニアアクチュエータ２００は、リニアアクチュエータ２１０のスライダ２１０Ａに取り付けられる。スライダ２１０は、Ｘ軸方向に移動可能に、リニアアクチュエータ２００に配置されている。
【００６４】
把持装置１０、リニアアクチュエータ２００，２１０は、コントローラ１５０によって制御される。動作の内容は、コントローラ１５０に接続されたティーチングペンダント等によって設定される。
【００６５】
上述のように構成された把持装置１０の動作について、図１１乃至１３を用いて説明する。
【００６６】
コントローラ１５０は、先ず、図１１に示すように、リニアアクチュエータ２００，２１０によって、把持装置１０を、ベルトコンベア３１０上のワーク３００近傍の所定位置まで移動させる。そして、把持装置１０を、ワーク３００近傍の所定位置まで移動させると、把持装置１０の可動部４０，５０のコイル４２，５２に所定の電流Ｉｉを流す。コイル４２に電流Ｉｉを流すと、コイル４２に電流を流れることで発生する磁束によって、可動部４０は、図１２（Ａ）に示すように、−Ｘ方向に移動する。同様に、コイル５２に電流Ｉｉを流すと、コイル５２に電流を流れることで発生する磁束によって、可動部５０は図１２（Ａ）に示すように、＋Ｘ方向に移動する。
【００６７】
可動部４０が−Ｘ方向に移動するとともに、可動部５０が＋Ｘ方向に移動すると、把持部４４と把持部５４との間の距離が小さくなり、ワーク３００の＋Ｘ側の面及び−Ｘ側の面に、触覚センサ７０，８０が接触する。これにより、把持装置１０は、電流Ｉｉに対応した押付力Ｎｉで、ワーク３００を把持する。
【００６８】
把持装置１０がワーク３００を把持すると、コントローラ１５０は、リニアアクチュエータ２００によって、把持装置１０を＋Ｙ方向に移動させる。把持装置１０を＋Ｙ方向に移動させると、図１２（Ｂ）に示すように、ワーク３００と触覚センサ７０，８０との間に、押付力Ｎｉに対応した把持力Ｆｉが発生する。
【００６９】
このとき、ワーク３００の両側の把持力の合計（２×Ｆｉ）が、ワーク３００の重さＷに対して小さい場合には、ワーク３００は、触覚センサ７０と触覚センサ８０との間から−Ｙ方向にすべる。この場合、コントローラ１５０は、コイル４２，５２に流す電流Ｉを大きくする。
【００７０】
コイル４２，５２に流れる電流Ｉを大きくすると、把持部４４，５４がワーク３００を押し付ける押付力Ｎも大きくなっていき、これに伴い、把持力Ｆも大きくなる。把持力Ｆが大きくなると、触覚センサ７０，８０から出力される微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔは、プラスになるが、コントローラ１５０は、この微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔがプラスから±０になるまで、コイル４２，５２に流す電流Ｉを大きくする。そして、微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔが、プラスから±０に変わったら、コントローラ１５０は、コイル４２，５２に流す電流Ｉを、プラスから±０に変わった時に流している電流ＩＡに保持する。
【００７１】
コイル４２，５２に電流ＩＡが流れているときの、ワーク３００の両側の把持力Ｆの合計（２×Ｆ）は、ワーク３００の重さＷとほぼ同等であるため、ワーク３００は、過剰な押付力Ｎを排除した適切な把持力Ｆで把持される。
【００７２】
一方、コイル４２，５２に所定の電流Ｉｉを流したときのワーク３００の両側の把持力の合計（２×Ｆｉ）が、ワーク３００の重さＷに対して大きい場合には、ワーク３００は、触覚センサ７０と触覚センサ８０との間から−Ｙ方向にすべらない。この場合、コントローラ１５０は、コイル４２，５２に流す電流Ｉを小さくする。
【００７３】
コイル４２，５２に流れる電流Ｉを小さくすると、把持部４４，５４がワーク３００を押し付ける押付力Ｎも小さくなる。そして、触覚センサ７０、８０から出力される微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔが、±０からマイナスに変わるまで、コントローラ１５０は、コイル４２，５２に流す電流Ｉを小さくする。そして、微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔが、±０からマイナスに変わったら、コントローラ１５０は、コイル４２，５２に流す電流Ｉを少し大きくし、プラスから±０に変わった時の電流ＩＡに保持する。そして、微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔが±０に維持されるように、微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔがマイナス又はプラスになった時は、電流Ｉを大きくして±０に変わるよう制御する。
【００７４】
コイル４２，５２に一定の電流ＩＡが流れているときの、ワーク３００の両側の把持力の合計（２×Ｆ）は、ワーク３００の重さＷとほぼ同等であるため、ワーク３００は、過剰な押付力Ｎを排除した適切な把持力Ｆで把持される。
【００７５】
把持装置１０によって、適切な把持力Ｆで把持されたワーク３００は、図１３に示すように、リニアアクチュエータ２００，２１０によって、ベルトコンベア３１０上から、別の所定の位置まで移動される。
【００７６】
以上、説明したように、本第１実施形態に係る触覚センサ７０の電極ユニット７３は、３つの電極（第１電極７３ａ、第２電極７３ｂ、第３電極７３ｃ）を有し、これらの静電容量Ｃ１及び静電容量Ｃ２に基づいて、触覚センサ７０は把持力Ｆを検出している。これによれば、３つの電極のみで、把持力Ｆを検出することが可能になる。したがって、製品の大型化を抑制しつつ、構造が簡素な触覚センサ７０，８０、把持装置１０、及びアクチュエータシステムを提供することができる。
【００７７】
また、触覚センサ７０，８０の３つの電極ユニット７３，８３は、Ｙ軸方向に等間隔に配置され、触覚センサ７０，８０は、それぞれの電極ユニット７３，８３の静電容量Ｃ１及び静電容量Ｃ２を平均化してから、把持力Ｆを検出している。これにより、適切な把持力Ｆを正確に検出することができる。
【００７８】
《第２実施形態》
次に、本発明の第２実施形態に係る触覚センサ７０Ａについて、図１４を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成については、同一の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略化する。また、図１〜１３と同様に、理解を容易にするため、Ｘ軸を触覚センサ７０Ａの側面方向、Ｙ軸を触覚センサ７０Ａの鉛直方向、Ｚ軸を触覚センサ７０Ａの正面方向とするＸＹＺ座標を設定し、適宜参照する。
【００７９】
図１４（Ａ）は、触覚センサ７０Ａを示すＹＺ断面図であり、図１４（Ｂ）は、ＸＹ断面図である。なお、図１４（Ａ）は、図１４（Ｂ）のＡ−Ａ線におけるＹＺ断面図である。触覚センサ７０Ａは、第１実施形態に係る触覚センサ７０と同様に、図１４に示すように、基部７１と、ワークを把持したときのワークからの押付力を受ける受圧部７２と、基部７１と受圧部７２の間に配置された電極ユニット７３及び弾性部材９０と、を有している。この弾性部材９０は、第１実施形態の弾性部材７４とは異なり、円柱形状に形成されている。
【００８０】
基部７１の凹部７１ａの＋Ｙ側の面には、Ｖ字状の溝９１がＺ軸方向に沿って形成されている。また、受圧部７２の凸部７２ａの＋Ｙ側の面には、Ｖ字状の溝９２がＺ軸方向に沿って形成されている。この溝９１及び溝９２には、弾性部材９０が配置されている。この弾性部材９０を介して、受圧部７２は、基部７１に係合されている。
【００８１】
同様に、基部７１の凹部７１ａの−Ｙ側の面には、Ｖ字状の溝９３がＺ軸方向に沿って形成されている。また、受圧部７２の凸部７２ａの−Ｙ側の面には、Ｖ字状の溝９４がＺ軸方向に沿って形成されている。この溝９３と溝９４には、弾性部材９０が配置されている。この弾性部材９０を介して、受圧部７２は、基部７１に係合されている。
【００８２】
弾性部材９０によって、受圧部７２は、基部７１に対して、Ｙ軸方向及びＸ軸方向に相対移動可能に配置されるとともに、第１電極７３ａ及び第３電極７３ｃ、第２電極７３ｂ及び第３電極７３ｃは、所定範囲内のクリアランスで保持される。
【００８３】
以上、説明したように、本第２実施形態に係る触覚センサ７０Ａの受圧部７２は、２つの弾性部材９０によって、基部７１に配置されている。これにより、第１実施形態に係る触覚センサ７０と比べて、弾性部材の数を減らすことができ、コストを低減させることができる。
【００８４】
《第３実施形態》
次に、本発明の第３実施形態に係る触覚センサ７０Ｂについて、図１５を参照しながら説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同一又は同等の構成については、同一の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略化する。また、図１〜１４と同様に、理解を容易にするため、Ｘ軸を触覚センサ７０Ｂの側面方向、Ｙ軸を触覚センサ７０Ｂの鉛直方向、Ｚ軸を触覚センサ７０Ｂの正面方向とするＸＹＺ座標を設定し、適宜参照する。
【００８５】
触覚センサ７０Ｂは、触覚センサ７０，７０Ａと同様に、基部１０１と、ワークを把持したときのワークからの押付力を受ける受圧部１０２と、基部１０１と受圧部１０２の間に配置された電極ユニット７３及び弾性部材９０と、を有している。この弾性部材９０は、円柱形状に形成されている。
【００８６】
基部１０１は、直方体状に形成されている。また、基部１０１の−Ｘ側の面には、第１実施形態に係る基部７１と異なり、凹部が形成されておらず、Ｖ字状の溝１０３がＺ軸方向に沿って形成されている。
【００８７】
受圧部１０２は、直方体状に形成されている。また、受圧部１０２の＋Ｘ側の面には、第１実施形態に係る受圧部７２と異なり、凸部が形成されておらず、Ｖ字状の溝１０４がＺ軸方向に沿って形成されている。
【００８８】
弾性部材９０は、それぞれの溝１０３と溝１０４との間に挟み込まれるように配置されている。この弾性部材９０を介して、受圧部１０２は、基部１０１に係合されている。
【００８９】
この２つの弾性部材９０によって、受圧部１０２は、基部１０１に対して、Ｙ軸方向及びＸ軸方向に相対移動可能に配置されるとともに、第１電極７３ａ及び第３電極７３ｃ、第２電極７３ｂ及び第３電極７３ｃは、所定範囲内のクリアランスで保持される。
【００９０】
以上、説明したように、本第３実施形態に係る触覚センサ７０Ｂの受圧部１０２は、２つの弾性部材９０によって、基部１０１に配置されている。これにより、第１実施形態に係る触覚センサ７０と比べて、弾性部材の数を減らすことができ、コストを低減させることができる。
【００９１】
また、基部１０１、受圧部１０２は、第１実施形態及び第２実施形態の基部７１、受圧部７２のように、凸部や凹部などが形成されていない。これにより、第１実施形態の触覚センサ７０や第２実施形態の触覚センサ７０Ａとは異なり、弾性部材９０を均等に加圧させることができる。具体的には、例えば、第２実施形態の触覚センサ７０Ａは、凸部７１ａが凹部７２ａに嵌め込まれているため、受圧部７２の自重により、−Ｙ側の弾性部材７４Ａが圧縮してしまう。しかしながら、本第３実施形態の触覚センサ７０Ｂにおいては、基部１０１には凸部が形成されていないため、受圧部７２Ｂの自重により、−Ｙ側の弾性部材９０が圧縮してしまうことはない。
【００９２】
また、基部１０１、受圧部１０２には、凸部や凹部などが形成されていないため、触覚センサ７０ＢのＸ軸方向の厚みを薄くすることができ、触覚センサ７０Ｂの小型化に寄与することができる。
【００９３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態等によって限定されるものではない。
【００９４】
上記各実施形態においては、触覚センサ７０，７０Ａ，７０Ｂ，８０は、上述の式（１３）に基づいて、把持力Ｆを検出しているが、これに限らず、上述の式（１）及び式（１３）に基づいて、特に式（１０）に基づいて、押付力Ｎを検出してもよい。
【００９５】
上記各実施形態においては、電極ユニット７３は、３つの電極（第１電極７３ａ、第２電極７３ｂ、第３電極７３ｃ）を有しているが、これに限らず、４つ以上の電極を有していてもよい。
【００９６】
上記各実施形態に係る把持力センサ７０は、３つの電極ユニット７３を有しているが、これに限らず、１つ又は２つの電極ユニットを有していてもよいし、４つ以上の電極ユニットを有していてもよい。
【００９７】
上記各実施形態においては、第１電極７３ａ及び第２電極７３ｂは、基部７１，１０１に配置されており、第３電極７３ｃは、受圧部７２、１０２に配置されている。しかしながら、これに限らず、第１電極７３ａ及び第２電極７３ｂは、受圧部７２、１０２に配置され、第３電極７３ｃは、基部７１，１０１に配置されていてもよい。
【００９８】
上記各実施形態においては、回路ユニット７５は、基部７１内に配置されているが、これに限らず、把持装置本体２０内に配置されていてもよい。
【００９９】
上記各実施形態においては、触覚センサ７０，８０は、把持装置１０の把持部４４，５４に、アタッチメント６１，６２を介して取り付けられているが、これに限らず、把持装置１０の把持部４４，５４に直接取り付けてもよい。
【０１００】
上記第１実施形態及び第２実施形態においては、基部７１には凹部７１ａが形成され、受圧部７２には凸部７２ａが形成されている。しかしながら、これに限らず、基部７１に凸部が形成され、受圧部７２に凹部が形成されていてもよい。
【０１０１】
上記第２実施形態及び第３実施形態においては、溝９１，９２，９３，９４，１０３，１０４は、Ｖ字状に形成されているが、これに限らず、凹状に形成されていてもよい。
【０１０２】
上記各実施形態においては、触覚センサ７０，７０Ａ，７０Ｂ，８０は、略矩形状であるが、これに限らず、円柱形状や円錐台形状でもよい。
【０１０３】
上記各実施形態においては、弾性部材７４，９０は、ゴムから構成されるが、これに限らず、樹脂から構成されてもよい。また、スプリング等から構成されてもよい。
【０１０４】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ 把持装置
１１ 取り付け部
１２ａ、１２ｂ ボルト
１３ａ、１３ｂ 取り付け孔
２０ 把持装置本体
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 開口
２１、２２ 蓋部
２１ａ、２２ａ 凹部
３０ モータユニット
３１ 固定部
４０、５０ 可動部
４１、５１ 可動部本体
４１ａ、５１ａ フランジ部
４２、５２ コイル
４３、５３ 滑りガイド
４４、５４ 把持部
６１、６２ アタッチメント
７０、７０Ａ、７０Ｂ 触覚センサ
７１、１０１ 基部（第１部材、第２部材）
７２、１０２ 受圧部（第１部材、第２部材）
７３ 電極ユニット
７３ａ 第１電極
７３ｂ 第２電極
７３ｃ 第３電極
７４、９０ 弾性部材
７５ 回路ユニット
７６ａ、７６ｂ 静電容量電圧変換部
７７ａ、７７ｂ、７８、７９ 演算器
８０ 触覚センサ
８１ 基部
８２ 受圧部
８３ 電極ユニット
８４ 弾性部材
８５ 電極ユニット
９１、９２、９３、９４、１０３、１０４ 溝
１５０ コントローラ
１５１ ケーブル
２００、２１０ リニアアクチュエータ
２００Ａ、２１０Ａ スライダ
２０１ａ、２０１ｂ ボルト
３００ ワーク
３１０ ベルトコンベア
Ｃ１ 第１静電容量
Ｃ２ 第２静電容量
Ｎ、Ｎｉ 押付力（第１軸方向の力）
Ｆｆ 摩擦力（第２軸方向の力）
Ｆ、Ｆｉ 把持力（第２軸方向の力）
Ｗ 重さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚センサ、把持装置、及びアクチュエータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や電子部品を生産する工場では、生産の効率化の観点から、産業用ロボットが使用されている。このような産業用ロボットのアームの先端部等には、ワークを把持するために、グリッパ（把持装置）が取り付けられる。このグリッパは、一対の把持部を押し付けることによりワークを把持し、これらの把持部とワークとの摩擦により、ワークを持ち上げる。そのため、この押付力が大きすぎる場合には、ワークの表面に傷がついたり、ワークが変形したりするので、ワークを適切な押付力で押し付けることが望まれる。しかしながら、ワークの材質、形状、表面性状、及び作業環境等によっても、適切な押付力は変化するため、作業前に適切な押付力を設定するのは困難である。
【０００３】
これに対し、下記特許文献には、グリッパの把持部に触覚センサを取り付け、この触覚センサの検出結果である把持力（摩擦力）に基づいて、適切な押付力でワークを押し付けるグリッパが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−６０６２９号公報
【特許文献２】特開平８−５４５２号公報
【特許文献３】特開２００４−２６４１７２号公報
【特許文献４】特開２００９−２９４１４０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、２に記載の触覚センサは比較的大きなものである。このため、例えば、小型のグリッパには、これらの触覚センサを取り付けることは困難である。
【０００６】
上記特許文献３、４には、メムス（MEMS 、Micro Electro Mechanical Systems）を適用することにより、小型の触覚センサとしたものが開示されている。しかしながら、メムスを適用することによって、触覚センサの構造が複雑になり、製造コストが高くなるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上述の事情の下になされたもので、構造が簡素な触覚センサ、把持装置、及びアクチュエータシステム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】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明の第１の観点の触覚センサは、
第１部材と、
前記第１部材に対して所定のギャップを隔てて設けられ、力が加わることによって、前記第１部材に対して、前記第１部材に接近する第１軸方向及び前記第１軸方向と直交する第２軸方向のうちの少なくとも一方の方向へ相対移動する第２部材と、
前記第１部材の前記第２部材に対向する面に、前記第２軸方向に隣接して配置される第１電極及び第２電極と、前記第２部材の前記第１部材に対向する面に配置される第３電極と、を有する電極ユニットと、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
前記触覚センサは、
前記第１電極と前記第３電極との間の第１静電容量と、前記第２電極と前記第３電極との間の第２静電容量と、に基づいて、前記受圧部に加えられた前記第１軸方向の力、及び前記第１軸方向の力によって生じる前記第２軸方向の力のうちの少なくとも一つの力に応じた信号を出力する回路ユニットを備えていてもよい。
【００１０】
前記第３電極は、前記第１電極及び前記第２電極と対向してもよい。
【００１１】
前記第１部材と前記第２部材との間には、複数の前記電極ユニットが配置され、
前記回路ユニットは、前記電極ユニットそれぞれの第１静電容量の平均値及び第２静電容量の平均値に基づいて、前記第１軸方向の力及び前記第２軸方向の力のうちの少なくとも一つの力に応じた信号を出力してもよい。
【００１２】
前記回路ユニットは、前記第２静電容量から前記第１静電容量を減じた第１の値を算出するとともに、
前記第２静電容量に前記第１静電容量を加えた第２の値を算出し、
前記第１の値を前記第２の値で除した第３の値に基づいて、前記第２軸方向の力に応じた信号を出力してもよい。
【００１３】
前記第１部材と前記第２部材との間には、弾性部材が配置されていてもよい。
【００１４】
前記弾性部材は、板状に形成されていてもよい。
【００１５】
前記第２部材の前記第１部材に対向する面には、凹部が形成され、
前記第１部材の前記第２部材に対向する面には、前記弾性部材を介して、前記凹部に嵌め込まれる凸部が形成されており、
前記弾性部材は、前記凸部の前記第２軸方向の両側の面それぞれと、前記凸部の第１軸方向側の面と、に配置されていてもよい。
【００１６】
前記弾性部材は、円柱形状に形成されていてもよい。
【００１７】
前記第１部材の前記第２部材に対向する面と、前記第２部材の前記第１部材に対向する面とには、溝が形成されており、
前記溝には、前記弾性部材が配置されていてもよい。
【００１８】
前記第２部材の前記第１部材に対向する面には、凹部が形成され、
前記第１部材の前記第２部材に対向する面には、前記弾性部材を介して、前記凹部に嵌め込まれる凸部が形成されており、
前記溝は、前記凸部の前記第２軸方向の両側の面それぞれと、前記凸部の第１軸方向側の面と、に形成されていてもよい。
【００１９】
前記溝は、Ｖ形に形成されていてもよい。
【００２０】
本発明の第２の観点の把持装置は、
ワークを把持する把持装置であって、
モータユニットと、
前記モータユニットによって移動し、前記ワークを把持する一対の把持部と、
前記把持部に配置された本発明の第１の観点の触覚センサと、
を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第３の観点のアクチュエータシステムは、
本発明の第２の観点の把持装置と、
前記触覚センサの検出結果に基づいて、前記モータユニットを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２２】
前記制御手段は、
前記触覚センサの検出結果の微分値がマイナス又はプラスの場合は、前記把持部と前記把持部との間が狭くなる方向に、前記把持部を移動させ、
前記微分値が、±０の場合は、前記把持部と前記把持部との間の幅を維持させてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の触覚センサは、第１電極及び第２電極と、これらの電極に対して相対移動する第３電極の少なくとも３つの電極から構成することができる。したがって、装置の構造を簡素化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る把持装置を示す斜視図である。
【図２】把持装置を示すＸＹ断面図である。
【図３】（Ａ）は、触覚センサを示すＹＺ断面図である。（Ｂ）は、触覚センサを示すＸＹ断面図である。
【図４】電極ユニットを示すＸＹ断面図である。
【図５】触覚センサのブロック図である。
【図６】（Ａ）は、触覚センサを示すＸＹ断面図である。（Ｂ）は、触覚センサを示すＹＺ断面図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、触覚センサの動作を説明するためのＸＹ断面図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、電極ユニットの動作を説明するためのＸＹ断面図である。
【図９】把持装置及びコントローラのブロック図である。
【図１０】把持装置の使用例を示すＸＹ断面図である。
【図１１】把持装置等の使用例を示す斜視図（その１）である。
【図１２】（Ａ）は、把持装置等の動作を示す断面図（その１）である。（Ｂ）は、把持装置等の動作を示す断面図（その２）である。
【図１３】把持装置の動作を示す斜視図である。
【図１４】（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る触覚センサを示すＹＺ断面図であり、（Ｂ）は、触覚センサを示すＸＹ断面図である。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る触覚センサを示すＸＹ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
《第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態に係る把持装置１０について、図１〜１３を参照しながら説明する。なお、理解を容易にするため、Ｘ軸を把持装置１０の側面方向、Ｙ軸を鉛直方向、Ｚ軸を把持装置１０の正面方向とするＸＹＺ座標を設定し、適宜参照する。
【００２６】
把持装置１０は、例えば、産業用ロボットのアームの先端部等に取付けられ、ワークを把持するために用いられる。把持装置１０は、図１に示すように、把持装置本体２０と、把持装置本体２０の下方に突出する一対の把持部４４，５４を備えたモータユニット３０と、それぞれの把持部４４，５４の先端にアタッチメント６１，６２を介して取り付けられた触覚センサ７０，８０と、を有している。
【００２７】
把持装置本体２０は、略円筒状の形状に形成されている。また、図２に示すように、把持装置本体２０の＋Ｘ側の開口２０ａ及び−Ｘ側の開口２０ｂには、蓋部２１、２２が取り付けられている。把持装置本体２０には、モータユニット３０が収納されている。
【００２８】
モータユニット３０は、リニアモータとして構成されている。このモータユニット３０は、固定部３１（磁石ユニット）と、固定部３１の外周に配置された可動部４０，５０と、可動部４０，５０を動作させるためのドライバと、を有する。また、モータユニット３０は、把持装置１０やリニアアクチュエータ等を制御するコントローラに接続される。このコントローラには、触覚センサ７０，８０も、同様に接続される。
【００２９】
固定部３１は、例えば、非磁性体から構成される円筒体と、この円筒体の中に配置された複数のマグネットと、から構成される。円筒体の外周面は、平滑な面に形成されている。マグネットは、円柱状に形成されており、Ｘ軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されるように、円筒体に挿入されている。Ｎ極とＳ極とが交互に配置されることにより、マグネットの同極が相互に接している。また、固定部３１の＋Ｘ側及び−Ｘ側の端部は、蓋部２１，２２に形成された凹部２１ａ，２２ａに嵌め込まれている。この固定部３１の端部が凹部２１ａ，２２ａに嵌め込まれることにより、固定部３１は把持装置本体２０内で固定される。
【００３０】
可動部４０は、円筒形状の可動部本体４１と、可動部本体４１に固定されたコイル４２と、可動部本体４１の内周面に形成された滑りガイド４３と、を有している。
【００３１】
可動部本体４１は、略円筒状の部材であり、−Ｘ側の端部から径方向に張り出したフランジ部４１ａを備えている。このフランジ部４１ａには、−Ｙ方向に突出した把持部４４が形成されている。把持部４４は、把持装置本体２０に形成された開口２０ｃを通って、把持装置本体２０の外部に突出している。
【００３２】
コイル４２は、例えば、絶縁材料で形成されたボビンと、ボビンに巻かれた銅線とから構成される。
【００３３】
滑りガイド４３は、円筒形状に形成され、可動部本体４１内に圧入されている。この滑りガイド４３の内周面は平滑な面に形成されている。そして、滑りガイド４３は、外周面が平滑な面に形成されている固定部３１に対して摺動する。
【００３４】
可動部５０は、可動部４０と同等の構造を有し、固定部３１に対してＸ軸方向に移動可能に取り付けられている。この可動部５０は、可動部４０と同様に、フランジ部５１ａ及び把持部５４を備えた可動部本体５１と、可動部本体５１の＋Ｘ側の端部に固定されたコイル５２と、可動部本体５１の内周面に形成された滑りガイド５３と、を有している。また、可動部５０は、可動部４０に対向して、固定部３１に嵌め込まれている。
【００３５】
把持部４４，５４には、アタッチメント６１，６２がボルト及びナットによって固定されている。アタッチメント６１，６２は、Ｙ軸方向を長手方向とする直方体板状の部材であり、把持部４４，５４を−Ｙ方向に実質的に延長するために用いられる。このアタッチメント６１，６２の形状は任意である。把持するワークの形状、大きさ、材質等によって、別の適切な形状のアタッチメントに付け替えることも可能である。また、アタッチメント６１，６２の対向する面には、触覚センサ７０，８０が取り付けられている。
【００３６】
触覚センサ７０は、把持装置１０がワークを把持したときの把持力Ｆを検出する。この把持力Ｆとは、ワークと触覚センサ７０との間に生じる摩擦力（Ｙ軸方向の力）であって、ワークを把持するために有効な摩擦力のことを言う。図３（Ａ）は、触覚センサ７０を示すＹＺ断面図であり、図３（Ｂ）は、ＸＹ断面図である。さらに詳しくは、図３（Ａ）は、この図３（Ｂ）のＡ−Ａ線におけるＹＺ断面図である。触覚センサ７０は、図３に示すように、基部７１と、ワークを把持したときのワークからの押付力Ｎを受ける受圧部７２と、基部７１と受圧部７２の間に配置された電極ユニット７３及び弾性部材７４と、を有している。
【００３７】
基部７１は、アタッチメント６１の−Ｘ側の面に固定されている。また、基部７１の−Ｘ側の面には、凹部７１ａがＺ軸方向に沿って形成されている。
【００３８】
受圧部７２は、基部７１の−Ｘ側の面に配置されている。また、受圧部７２の＋Ｘ側の面には、凸部７２ａがＺ軸方向に沿って形成されている。この凸部７２ａは、複数の弾性部材７４を介して、凹部７１ａに嵌め込まれる。
【００３９】
電極ユニット７３は、Ｙ軸方向に沿って、等間隔に３つ配置されている。この電極ユニット７３は、図４に示すように、第１電極７３ａと、第２電極７３ｂと、第３電極７３ｃと、を有している。第１電極７３ａ、第２電極７３ｂ、及び第３電極７３ｃは、Ｚ軸方向を長手方向とする金属板から構成されている。また、第１電極７３ａ及び第２電極７３ｂは、凹部７１ａの底面に配置されており、第３電極７３ｃは、凸部７２ａの＋Ｘ側の面に配置されている。
【００４０】
弾性部材７４は、図３に示すように、ゴムから構成され、基部７１と受圧部７２との間を所定のクリアランスで保持しつつ、受圧部７２を固定する。詳しくは、弾性部材７４は、シート状に形成されており、受圧部７２の凸部７２ａの＋Ｙ側の面と−Ｙ側の面とに１つずつ、＋Ｘ側の面に２つ配置されている。そして、弾性部材７４は、基部７１と受圧部７２とに接着されている。この４つの弾性部材７４によって、受圧部７２は、基部７１に対して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に相対移動可能に配置されるとともに、第１電極７３ａ及び第３電極７３ｃ、第２電極７３ｂ及び第３電極７３ｃは、所定範囲内のクリアランスに保持される。
【００４１】
触覚センサ７０は、図５に示すように、基部７１内に配置された回路ユニット７５をさらに有している。
【００４２】
回路ユニット７５は、第１電極７３ａと第３電極７３ｃとの間の静電容量Ｃ１、及び第２電極７３ｂと第３電極７３ｃとの間の静電容量Ｃ２に基づいて、所定の演算を行い、その演算の結果をコントローラに通知する。なお、電極ユニット７３は３つ配置されているため、回路ユニット７５は、それぞれの静電容量を平均し、この平均した静電容量に基づいて、所定の演算を行う。回路ユニット７５は、静電容量電圧変換部７６ａ、７６ｂと、演算器７７ａ、７７ｂ、７８、７９と、を有している。
【００４３】
静電容量電圧変換部７６ａは、静電容量Ｃ１を、電圧に変換し、電圧として出力する。同様に、静電容量電圧変換部７６ｂは、静電容量Ｃ２を、電圧に変換し、電圧として出力する。
【００４４】
演算器７７ａは、静電容量Ｃ２から静電容量Ｃ１を減算する。そして、この減算して得られた値（Ｃ２−Ｃ１）を出力する。
【００４５】
演算器７７ｂは、静電容量Ｃ２に静電容量Ｃ１を加算する。そして、この加算して得られた値（Ｃ２＋Ｃ１）を出力する。
【００４６】
演算器７８は、演算器７７ａから出力された値（Ｃ２−Ｃ１）を、演算器７７ｂから出力された値（Ｃ２＋Ｃ１）で除算する。そして、この除算して得られた値｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝を出力する。
【００４７】
演算器７９は、演算器７８から出力された値｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝を微分する。そして、この微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔを出力する。
【００４８】
図６（Ａ）は、触覚センサ８０を示すＸＹ断面図であり、図６（Ｂ）は、ＹＺ断面図である。なお、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＢ−Ｂ線におけるＹＺ断面図である。触覚センサ８０は、触覚センサ７０と同様に、図６に示すように、基部８１と、ワークを把持したときのワークからの押付力Ｎを受ける受圧部８２と、基部８１と受圧部８２の間に配置された電極ユニット８３及び弾性部材８４と、を有している。また、触覚センサ８０は、基部８１内に配置された回路ユニットをさらに有している。そして、触覚センサ７０と同様に、値｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝を微分して、この微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔを、コントローラに出力する。
【００４９】
次に、上述した回路ユニット７５が行う演算の内容について、図７及び図８を参照して説明する。
【００５０】
把持装置１０がワーク３００を把持すると、図７（Ａ）に示すように、触覚センサ７０の受圧部７２にワークからの押付力Ｎが＋Ｘ方向に作用する。同様に、触覚センサ８０の受圧部８２にもワークからの押付力Ｎが−Ｘ方向に作用する。この押付力Ｎが作用しているときに、後述するリニアアクチュエータ等によって、ワーク３００を把持する。把持装置１０を＋Ｙ方向に移動させると、図７（Ｂ）に示すようにワーク３００と触覚センサ７０，８０との間に摩擦力Ｆｆが生じる。ここで、ワーク３００と触覚センサ７０，８０との間の摩擦係数をμとすると、摩擦力Ｆｆは、次の式（１）で表される。
Ｗ／２＝Ｆｆ≦μ×Ｎ …（１）
したがって、式（１）は、次の式（１）’のようにも表される。
Ｗ／（２×μ）≦Ｎ …（１）’
【００５１】
ワーク３００が、把持装置１０からすべり落ちずに、把持装置１０に把持されている場合、ワーク３００の重さＷは、次の式（２）で表されるように、ワーク３００の＋Ｘ側及び−Ｘ側に作用している押付力Ｎを合算し、摩擦係数μを乗じた値以下となる。
Ｗ≦２×μ×Ｎ …（２）
【００５２】
したがって、重さＷが、２×μ×Ｎよりも大きければ、把持装置１０はワーク３００を把持しきれずに、ワーク３００は、把持部４４と把持部５４との間からすべり落ちてしまう。また、押付力Ｎが大きすぎる場合には、ワーク３００の表面に傷がついたり、ワーク３００が変形したりするおそれがある。そのため、次の式（３）で表されるように、２×μ×Ｎが、重さＷとほぼ同等であれば、把持装置１０は、もっとも小さな押付力Ｎでワーク３００を押し付けることができる。
Ｗ＝２×μ×Ｎ …（３）
また、ワーク３００を把持するために有効な摩擦力Ｆｆを把持力Ｆとした場合、把持力Ｆを用いて表すと、式（３）は、次の式（３）’になる。
Ｗ＝２×Ｆ …（３）’
【００５３】
また、静電容量Ｃは、以下の式（４）のように定義される。
Ｃ＝ε×（Ｓ／ｄ） …（４）
式（４）におけるεは電極間の誘電体の誘電率であり、また、図８（Ａ）〜（Ｃ）を参照するとわかるように、Ｓは電極の有効面積、ｄは電極７３ａ，７３ｂと電極７３ｃとの間のＸ軸方向の距離である。
【００５４】
静電容量Ｃは、受圧部７２にワーク３００からの押付力Ｎが作用すると、凸部７２ａの＋Ｘ側の面に配置された弾性部材７４が圧縮されて、図８（Ｂ）に示すように、受圧部７２が＋Ｘ方向に移動する。このため、距離ｄが小さくなる。この場合の静電容量Ｃは、次の式（５）で表される。
Ｃ＝Ｃ０×ｄ０／ｄ …（５）
ただし、ｄ０は、受圧部７２が＋Ｘ方向に移動する前のＸ軸方向の距離であり、Ｃ０は、受圧部７２が＋Ｘ方向に移動する前の静電容量である。
【００５５】
また、静電容量Ｃは、受圧部７２にワーク３００の重さＷが作用すると、凸部７２ａの−Ｙ側の面に配置された弾性部材７４が圧縮されて、図８（Ｃ）に示すように、受圧部７２が−Ｙ方向に移動する。このため、電極の有効面積Ｓが変化する。この場合の静電容量Ｃは、次の式（６）で表される。
Ｃ＝Ｃ０×Ｓ／Ｓ０ …（６）
ただし、Ｓ０は、受圧部７２が−Ｙ方向に移動する前の電極の有効面積である。
【００５６】
以上の式（５）、（６）から、押付力Ｎと重さＷとが同時に受圧部７２に作用した場合の静電容量Ｃは、次の式（７）で表される。
Ｃ＝Ｃ０×（ｄ０・Ｓ）／（ｄ・Ｓ０） …（７）
【００５７】
本実施形態においては、電極ユニット７３の第１電極７３ａ及び第２電極７３ｂは、基部７１の−Ｘ側の面に配置されており、電極ユニット７３の第３電極７３ｃは、受圧部７２の＋Ｘ側の面に配置されている。そのため、受圧部７２が−Ｙ方向に移動した場合の、第１電極７３ａと第３電極７３ｃとの有効面積の変化量Δと、第２電極７３ｂと第３電極７３ｃとの有効面積の変化量Δとは同一である。したがって、静電容量Ｃ１、Ｃ２は、次の式（８）、（９）で表される。
Ｃ１＝Ｃ０×｛ｄ０・（Ｓ０−Δ）｝／（ｄ・Ｓ０） …（８）
Ｃ２＝Ｃ０×｛ｄ０・（Ｓ０＋Δ）｝／（ｄ・Ｓ０） …（９）
【００５８】
静電容量Ｃ２に静電容量Ｃ１を加算して得られた値（Ｃ２＋Ｃ１）は、次の式（１０）で表される。したがって、値（Ｃ２＋Ｃ１）は、有効面積Ｓの変化量Δに関わらず、第１電極７３ａ及び第２電極７３ｂと第３電極との間の距離ｄによって定まる。
Ｃ２＋Ｃ１＝２Ｃ０×（ｄ０／ｄ） …（１０）
【００５９】
静電容量Ｃ２から静電容量Ｃ１を減算して得られた値（Ｃ２−Ｃ１）は、次の式（１１）で表される。また、この値（Ｃ２−Ｃ１）を値（Ｃ２＋Ｃ１）で除して得られた値｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝は、以下の式（１２）で表される。
Ｃ２−Ｃ１＝２Δ×Ｃ０／Ｓ０×（ｄ０／ｄ） …（１１）
（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）＝Δ／Ｓ０ …（１２）
【００６０】
式（１２）からわかるように、値｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝は、第１電極７３ａ及び第２電極７３ｂと第３電極との間の距離ｄの変化量に関わらず、有効面積Ｓの変化量Δによって定まる。このため、この値｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝に、弾性部材７４の弾性係数に比例する定数であるＫを乗じることによって、把持力Ｆが、次の式（１３）のように定まる。
Ｆ＝Ｋ×｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝ …（１３）
【００６１】
以上、説明したように、回路ユニット７５は、静電容量Ｃ１、Ｃ２に基づいて、値｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝を演算する。これにより、把持力Ｆを求めることができる。
【００６２】
上述した把持装置１０には、図９に示すように、コントローラ１５０が接続される。コントローラ１５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、主記憶部、補助記憶部、表示部、入力部、及びインターフェイス部等を含んで構成されている。このコントローラ１５０は、触覚センサ７０，８０から通知された演算結果に基づいて、把持装置１０の可動部４０，５０のコイル４２，５２に流す電流Ｉを調整する。また、コントローラ１５０は、把持装置１０のモータユニット３０や、把持装置１０が取り付けられたリニアアクチュエータ等を制御する。
【００６３】
取り付け部１１は、図１０に示すように、把持装置本体２０の上方に、ボルト１２ａ、１２ｂによって固定されている。また、取り付け部１１には、リニアアクチュエータ等の産業用ロボットに固定するための、取り付け孔１３ａ，１３ｂが形成されている。この取り付け孔１３ａ，１３ｂにボルト２０１ａ，２０１ｂで締結することによって、把持装置１０は、図１１に示すように、リニアアクチュエータ２００のスライダ２００Ａに取り付けられる。このスライダ２００Ａは、図１１に示すように、Ｙ軸方向に移動可能に配置されている。また、リニアアクチュエータ２００は、リニアアクチュエータ２１０のスライダ２１０Ａに取り付けられる。スライダ２１０は、Ｘ軸方向に移動可能に、リニアアクチュエータ２００に配置されている。
【００６４】
把持装置１０、リニアアクチュエータ２００，２１０は、コントローラ１５０によって制御される。動作の内容は、コントローラ１５０に接続されたティーチングペンダント等によって設定される。
【００６５】
上述のように構成された把持装置１０の動作について、図１１乃至１３を用いて説明する。
【００６６】
コントローラ１５０は、先ず、図１１に示すように、リニアアクチュエータ２００，２１０によって、把持装置１０を、ベルトコンベア３１０上のワーク３００近傍の所定位置まで移動させる。そして、把持装置１０を、ワーク３００近傍の所定位置まで移動させると、把持装置１０の可動部４０，５０のコイル４２，５２に所定の電流Ｉｉを流す。コイル４２に電流Ｉｉを流すと、コイル４２に電流を流れることで発生する磁束によって、可動部４０は、図１２（Ａ）に示すように、−Ｘ方向に移動する。同様に、コイル５２に電流Ｉｉを流すと、コイル５２に電流を流れることで発生する磁束によって、可動部５０は図１２（Ａ）に示すように、＋Ｘ方向に移動する。
【００６７】
可動部４０が−Ｘ方向に移動するとともに、可動部５０が＋Ｘ方向に移動すると、把持部４４と把持部５４との間の距離が小さくなり、ワーク３００の＋Ｘ側の面及び−Ｘ側の面に、触覚センサ７０，８０が接触する。これにより、把持装置１０は、電流Ｉｉに対応した押付力Ｎｉで、ワーク３００を把持する。
【００６８】
把持装置１０がワーク３００を把持すると、コントローラ１５０は、リニアアクチュエータ２００によって、把持装置１０を＋Ｙ方向に移動させる。把持装置１０を＋Ｙ方向に移動させると、図１２（Ｂ）に示すように、ワーク３００と触覚センサ７０，８０との間に、押付力Ｎｉに対応した把持力Ｆｉが発生する。
【００６９】
このとき、ワーク３００の両側の把持力の合計（２×Ｆｉ）が、ワーク３００の重さＷに対して小さい場合には、ワーク３００は、触覚センサ７０と触覚センサ８０との間から−Ｙ方向にすべる。この場合、コントローラ１５０は、コイル４２，５２に流す電流Ｉを大きくする。
【００７０】
コイル４２，５２に流れる電流Ｉを大きくすると、把持部４４，５４がワーク３００を押し付ける押付力Ｎも大きくなっていき、これに伴い、把持力Ｆも大きくなる。把持力Ｆが大きくなると、触覚センサ７０，８０から出力される微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔは、プラスになるが、コントローラ１５０は、この微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔがプラスから±０になるまで、コイル４２，５２に流す電流Ｉを大きくする。そして、微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔが、プラスから±０に変わったら、コントローラ１５０は、コイル４２，５２に流す電流Ｉを、プラスから±０に変わった時に流している電流ＩＡに保持する。
【００７１】
コイル４２，５２に電流ＩＡが流れているときの、ワーク３００の両側の把持力Ｆの合計（２×Ｆ）は、ワーク３００の重さＷとほぼ同等であるため、ワーク３００は、過剰な押付力Ｎを排除した適切な把持力Ｆで把持される。
【００７２】
一方、コイル４２，５２に所定の電流Ｉｉを流したときのワーク３００の両側の把持力の合計（２×Ｆｉ）が、ワーク３００の重さＷに対して大きい場合には、ワーク３００は、触覚センサ７０と触覚センサ８０との間から−Ｙ方向にすべらない。この場合、コントローラ１５０は、コイル４２，５２に流す電流Ｉを小さくする。
【００７３】
コイル４２，５２に流れる電流Ｉを小さくすると、把持部４４，５４がワーク３００を押し付ける押付力Ｎも小さくなる。そして、触覚センサ７０、８０から出力される微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔが、±０からマイナスに変わるまで、コントローラ１５０は、コイル４２，５２に流す電流Ｉを小さくする。そして、微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔが、±０からマイナスに変わったら、コントローラ１５０は、コイル４２，５２に流す電流Ｉを少し大きくし、プラスから±０に変わった時の電流ＩＡに保持する。そして、微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔが±０に維持されるように、微分値ｄ｛（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１）｝／ｄｔがマイナス又はプラスになった時は、電流Ｉを大きくして±０に変わるよう制御する。
【００７４】
コイル４２，５２に一定の電流ＩＡが流れているときの、ワーク３００の両側の把持力の合計（２×Ｆ）は、ワーク３００の重さＷとほぼ同等であるため、ワーク３００は、過剰な押付力Ｎを排除した適切な把持力Ｆで把持される。
【００７５】
把持装置１０によって、適切な把持力Ｆで把持されたワーク３００は、図１３に示すように、リニアアクチュエータ２００，２１０によって、ベルトコンベア３１０上から、別の所定の位置まで移動される。
【００７６】
以上、説明したように、本第１実施形態に係る触覚センサ７０の電極ユニット７３は、３つの電極（第１電極７３ａ、第２電極７３ｂ、第３電極７３ｃ）を有し、これらの静電容量Ｃ１及び静電容量Ｃ２に基づいて、触覚センサ７０は把持力Ｆを検出している。これによれば、３つの電極のみで、把持力Ｆを検出することが可能になる。したがって、製品の大型化を抑制しつつ、構造が簡素な触覚センサ７０，８０、把持装置１０、及びアクチュエータシステムを提供することができる。
【００７７】
また、触覚センサ７０，８０の３つの電極ユニット７３，８３は、Ｙ軸方向に等間隔に配置され、触覚センサ７０，８０は、それぞれの電極ユニット７３，８３の静電容量Ｃ１及び静電容量Ｃ２を平均化してから、把持力Ｆを検出している。これにより、適切な把持力Ｆを正確に検出することができる。
【００７８】
《第２実施形態》
次に、本発明の第２実施形態に係る触覚センサ７０Ａについて、図１４を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成については、同一の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略化する。また、図１〜１３と同様に、理解を容易にするため、Ｘ軸を触覚センサ７０Ａの側面方向、Ｙ軸を触覚センサ７０Ａの鉛直方向、Ｚ軸を触覚センサ７０Ａの正面方向とするＸＹＺ座標を設定し、適宜参照する。
【００７９】
図１４（Ａ）は、触覚センサ７０Ａを示すＹＺ断面図であり、図１４（Ｂ）は、ＸＹ断面図である。なお、図１４（Ａ）は、図１４（Ｂ）のＡ−Ａ線におけるＹＺ断面図である。触覚センサ７０Ａは、第１実施形態に係る触覚センサ７０と同様に、図１４に示すように、基部７１と、ワークを把持したときのワークからの押付力を受ける受圧部７２と、基部７１と受圧部７２の間に配置された電極ユニット７３及び弾性部材９０と、を有している。この弾性部材９０は、第１実施形態の弾性部材７４とは異なり、円柱形状に形成されている。
【００８０】
基部７１の凹部７１ａの＋Ｙ側の面には、Ｖ字状の溝９１がＺ軸方向に沿って形成されている。また、受圧部７２の凸部７２ａの＋Ｙ側の面には、Ｖ字状の溝９２がＺ軸方向に沿って形成されている。この溝９１及び溝９２には、弾性部材９０が配置されている。この弾性部材９０を介して、受圧部７２は、基部７１に係合されている。
【００８１】
同様に、基部７１の凹部７１ａの−Ｙ側の面には、Ｖ字状の溝９３がＺ軸方向に沿って形成されている。また、受圧部７２の凸部７２ａの−Ｙ側の面には、Ｖ字状の溝９４がＺ軸方向に沿って形成されている。この溝９３と溝９４には、弾性部材９０が配置されている。この弾性部材９０を介して、受圧部７２は、基部７１に係合されている。
【００８２】
弾性部材９０によって、受圧部７２は、基部７１に対して、Ｙ軸方向及びＸ軸方向に相対移動可能に配置されるとともに、第１電極７３ａ及び第３電極７３ｃ、第２電極７３ｂ及び第３電極７３ｃは、所定範囲内のクリアランスで保持される。
【００８３】
以上、説明したように、本第２実施形態に係る触覚センサ７０Ａの受圧部７２は、２つの弾性部材９０によって、基部７１に配置されている。これにより、第１実施形態に係る触覚センサ７０と比べて、弾性部材の数を減らすことができ、コストを低減させることができる。
【００８４】
《第３実施形態》
次に、本発明の第３実施形態に係る触覚センサ７０Ｂについて、図１５を参照しながら説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同一又は同等の構成については、同一の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略化する。また、図１〜１４と同様に、理解を容易にするため、Ｘ軸を触覚センサ７０Ｂの側面方向、Ｙ軸を触覚センサ７０Ｂの鉛直方向、Ｚ軸を触覚センサ７０Ｂの正面方向とするＸＹＺ座標を設定し、適宜参照する。
【００８５】
触覚センサ７０Ｂは、触覚センサ７０，７０Ａと同様に、基部１０１と、ワークを把持したときのワークからの押付力を受ける受圧部１０２と、基部１０１と受圧部１０２の間に配置された電極ユニット７３及び弾性部材９０と、を有している。この弾性部材９０は、円柱形状に形成されている。
【００８６】
基部１０１は、直方体状に形成されている。また、基部１０１の−Ｘ側の面には、第１実施形態に係る基部７１と異なり、凹部が形成されておらず、Ｖ字状の溝１０３がＺ軸方向に沿って形成されている。
【００８７】
受圧部１０２は、直方体状に形成されている。また、受圧部１０２の＋Ｘ側の面には、第１実施形態に係る受圧部７２と異なり、凸部が形成されておらず、Ｖ字状の溝１０４がＺ軸方向に沿って形成されている。
【００８８】
弾性部材９０は、それぞれの溝１０３と溝１０４との間に挟み込まれるように配置されている。この弾性部材９０を介して、受圧部１０２は、基部１０１に係合されている。
【００８９】
この２つの弾性部材９０によって、受圧部１０２は、基部１０１に対して、Ｙ軸方向及びＸ軸方向に相対移動可能に配置されるとともに、第１電極７３ａ及び第３電極７３ｃ、第２電極７３ｂ及び第３電極７３ｃは、所定範囲内のクリアランスで保持される。
【００９０】
以上、説明したように、本第３実施形態に係る触覚センサ７０Ｂの受圧部１０２は、２つの弾性部材９０によって、基部１０１に配置されている。これにより、第１実施形態に係る触覚センサ７０と比べて、弾性部材の数を減らすことができ、コストを低減させることができる。
【００９１】
また、基部１０１、受圧部１０２は、第１実施形態及び第２実施形態の基部７１、受圧部７２のように、凸部や凹部などが形成されていない。これにより、第１実施形態の触覚センサ７０や第２実施形態の触覚センサ７０Ａとは異なり、弾性部材９０を均等に加圧させることができる。具体的には、例えば、第２実施形態の触覚センサ７０Ａは、凸部７１ａが凹部７２ａに嵌め込まれているため、受圧部７２の自重により、−Ｙ側の弾性部材７４Ａが圧縮してしまう。しかしながら、本第３実施形態の触覚センサ７０Ｂにおいては、基部１０１には凸部が形成されていないため、受圧部７２Ｂの自重により、−Ｙ側の弾性部材９０が圧縮してしまうことはない。
【００９２】
また、基部１０１、受圧部１０２には、凸部や凹部などが形成されていないため、触覚センサ７０ＢのＸ軸方向の厚みを薄くすることができ、触覚センサ７０Ｂの小型化に寄与することができる。
【００９３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態等によって限定されるものではない。
【００９４】
上記各実施形態においては、触覚センサ７０，７０Ａ，７０Ｂ，８０は、上述の式（１３）に基づいて、把持力Ｆを検出しているが、これに限らず、上述の式（１）及び式（１３）に基づいて、特に式（１０）に基づいて、押付力Ｎを検出してもよい。
【００９５】
上記各実施形態においては、電極ユニット７３は、３つの電極（第１電極７３ａ、第２電極７３ｂ、第３電極７３ｃ）を有しているが、これに限らず、４つ以上の電極を有していてもよい。
【００９６】
上記各実施形態に係る把持力センサ７０は、３つの電極ユニット７３を有しているが、これに限らず、１つ又は２つの電極ユニットを有していてもよいし、４つ以上の電極ユニットを有していてもよい。
【００９７】
上記各実施形態においては、第１電極７３ａ及び第２電極７３ｂは、基部７１，１０１に配置されており、第３電極７３ｃは、受圧部７２、１０２に配置されている。しかしながら、これに限らず、第１電極７３ａ及び第２電極７３ｂは、受圧部７２、１０２に配置され、第３電極７３ｃは、基部７１，１０１に配置されていてもよい。
【００９８】
上記各実施形態においては、回路ユニット７５は、基部７１内に配置されているが、これに限らず、把持装置本体２０内に配置されていてもよい。
【００９９】
上記各実施形態においては、触覚センサ７０，８０は、把持装置１０の把持部４４，５４に、アタッチメント６１，６２を介して取り付けられているが、これに限らず、把持装置１０の把持部４４，５４に直接取り付けてもよい。
【０１００】
上記第１実施形態及び第２実施形態においては、基部７１には凹部７１ａが形成され、受圧部７２には凸部７２ａが形成されている。しかしながら、これに限らず、基部７１に凸部が形成され、受圧部７２に凹部が形成されていてもよい。
【０１０１】
上記第２実施形態及び第３実施形態においては、溝９１，９２，９３，９４，１０３，１０４は、Ｖ字状に形成されているが、これに限らず、凹状に形成されていてもよい。
【０１０２】
上記各実施形態においては、触覚センサ７０，７０Ａ，７０Ｂ，８０は、略矩形状であるが、これに限らず、円柱形状や円錐台形状でもよい。
【０１０３】
上記各実施形態においては、弾性部材７４，９０は、ゴムから構成されるが、これに限らず、樹脂から構成されてもよい。また、スプリング等から構成されてもよい。
【０１０４】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ 把持装置
１１ 取り付け部
１２ａ、１２ｂ ボルト
１３ａ、１３ｂ 取り付け孔
２０ 把持装置本体
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 開口
２１、２２ 蓋部
２１ａ、２２ａ 凹部
３０ モータユニット
３１ 固定部
４０、５０ 可動部
４１、５１ 可動部本体
４１ａ、５１ａ フランジ部
４２、５２ コイル
４３、５３ 滑りガイド
４４、５４ 把持部
６１、６２ アタッチメント
７０、７０Ａ、７０Ｂ 触覚センサ
７１、１０１ 基部（第１部材、第２部材）
７２、１０２ 受圧部（第１部材、第２部材）
７３ 電極ユニット
７３ａ 第１電極
７３ｂ 第２電極
７３ｃ 第３電極
７４、９０ 弾性部材
７５ 回路ユニット
７６ａ、７６ｂ 静電容量電圧変換部
７７ａ、７７ｂ、７８、７９ 演算器
８０ 触覚センサ
８１ 基部
８２ 受圧部
８３ 電極ユニット
８４ 弾性部材
８５ 電極ユニット
９１、９２、９３、９４、１０３、１０４ 溝
１５０ コントローラ
１５１ ケーブル
２００、２１０ リニアアクチュエータ
２００Ａ、２１０Ａ スライダ
２０１ａ、２０１ｂ ボルト
３００ ワーク
３１０ ベルトコンベア
Ｃ１ 第１静電容量
Ｃ２ 第２静電容量
Ｎ、Ｎｉ 押付力（第１軸方向の力）
Ｆｆ 摩擦力（第２軸方向の力）
Ｆ、Ｆｉ 把持力（第２軸方向の力）
Ｗ 重さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、
前記第１部材に対して所定のギャップを隔てて設けられ、力が加わることによって、前記第１部材に対して、前記第１部材に接近する第１軸方向及び前記第１軸方向と直交する第２軸方向のうちの少なくとも一方の方向へ相対移動する第２部材と、
前記第１部材の前記第２部材に対向する面に、前記第２軸方向に隣接して配置される第１電極及び第２電極と、前記第２部材の前記第１部材に対向する面に配置される第３電極と、を有する電極ユニットと、
を備えることを特徴とする触覚センサ。
【請求項２】
前記第１電極と前記第３電極との間の第１静電容量と、前記第２電極と前記第３電極との間の第２静電容量と、に基づいて、前記受圧部に加えられた前記第１軸方向の力、及び前記第１軸方向の力によって生じる前記第２軸方向の力のうちの少なくとも一つの力に応じた信号を出力する回路ユニットを備えることを特徴とする請求項１に記載の触覚センサ。
【請求項３】
前記第３電極は、前記第１電極及び前記第２電極と対向していることを特徴とする請求項１又は２に記載の触覚センサ。
【請求項４】
前記第１部材と前記第２部材との間には、複数の前記電極ユニットが配置され、
前記回路ユニットは、前記電極ユニットそれぞれの第１静電容量の平均値及び第２静電容量の平均値に基づいて、前記第１軸方向の力及び前記第２軸方向の力のうちの少なくとも一つの力に応じた信号を出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の触覚センサ。
【請求項５】
前記回路ユニットは、前記第２静電容量から前記第１静電容量を減じた第１の値を算出するとともに、
前記第２静電容量に前記第１静電容量を加えた第２の値を算出し、
前記第１の値を前記第２の値で除した第３の値に基づいて、前記第２軸方向の力に応じた信号を出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の触覚センサ。
【請求項６】
前記第１部材と前記第２部材との間には、弾性部材が配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の触覚センサ。
【請求項７】
前記弾性部材は、板状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の触覚センサ。
【請求項８】
前記第２部材の前記第１部材に対向する面には、凹部が形成され、
前記第１部材の前記第２部材に対向する面には、前記弾性部材を介して、前記凹部に嵌め込まれる凸部が形成されており、
前記弾性部材は、前記凸部の前記第２軸方向の両側の面それぞれと、前記凸部の第１軸方向側の面と、に配置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の触覚センサ。
【請求項９】
前記弾性部材は、円柱形状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の触覚センサ。
【請求項１０】
前記第１部材の前記第２部材に対向する面と、前記第２部材の前記第１部材に対向する面とには、溝が形成されており、
前記溝には、前記弾性部材が配置されることを特徴とする請求項９に記載の触覚センサ。
【請求項１１】
前記第２部材の前記第１部材に対向する面には、凹部が形成され、
前記第１部材の前記第２部材に対向する面には、前記弾性部材を介して、前記凹部に嵌め込まれる凸部が形成されており、
前記溝は、前記凸部の前記第２軸方向の両側の面それぞれと、前記凸部の第１軸方向側の面と、に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の触覚センサ。
【請求項１２】
前記溝は、Ｖ形に形成されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の触覚センサ。
【請求項１３】
ワークを把持する把持装置であって、
モータユニットと、
前記モータユニットによって移動し、前記ワークを把持する一対の把持部と、
前記把持部に配置された請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の触覚センサと、
を備えることを特徴とする把持装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の把持装置と、
前記触覚センサの検出結果に基づいて、前記モータユニットを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするアクチュエータシステム。
【請求項１５】
前記制御手段は、
前記触覚センサの検出結果の微分値がマイナス又はプラスの場合は、前記把持部と前記把持部との間が狭くなる方向に、前記把持部を移動させ、
前記微分値が、±０の場合は、前記把持部と前記把持部との間の幅を維持させることを特徴とする請求項１４に記載のアクチュエータシステム。
【請求項１】
第１部材と、
前記第１部材に対して所定のギャップを隔てて設けられ、力が加わることによって、前記第１部材に対して、前記第１部材に接近する第１軸方向及び前記第１軸方向と直交する第２軸方向のうちの少なくとも一方の方向へ相対移動する第２部材と、
前記第１部材の前記第２部材に対向する面に、前記第２軸方向に隣接して配置される第１電極及び第２電極と、前記第２部材の前記第１部材に対向する面に配置される第３電極と、を有する電極ユニットと、
を備えることを特徴とする触覚センサ。
【請求項２】
前記第１電極と前記第３電極との間の第１静電容量と、前記第２電極と前記第３電極との間の第２静電容量と、に基づいて、前記受圧部に加えられた前記第１軸方向の力、及び前記第１軸方向の力によって生じる前記第２軸方向の力のうちの少なくとも一つの力に応じた信号を出力する回路ユニットを備えることを特徴とする請求項１に記載の触覚センサ。
【請求項３】
前記第３電極は、前記第１電極及び前記第２電極と対向していることを特徴とする請求項１又は２に記載の触覚センサ。
【請求項４】
前記第１部材と前記第２部材との間には、複数の前記電極ユニットが配置され、
前記回路ユニットは、前記電極ユニットそれぞれの第１静電容量の平均値及び第２静電容量の平均値に基づいて、前記第１軸方向の力及び前記第２軸方向の力のうちの少なくとも一つの力に応じた信号を出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の触覚センサ。
【請求項５】
前記回路ユニットは、前記第２静電容量から前記第１静電容量を減じた第１の値を算出するとともに、
前記第２静電容量に前記第１静電容量を加えた第２の値を算出し、
前記第１の値を前記第２の値で除した第３の値に基づいて、前記第２軸方向の力に応じた信号を出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の触覚センサ。
【請求項６】
前記第１部材と前記第２部材との間には、弾性部材が配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の触覚センサ。
【請求項７】
前記弾性部材は、板状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の触覚センサ。
【請求項８】
前記第２部材の前記第１部材に対向する面には、凹部が形成され、
前記第１部材の前記第２部材に対向する面には、前記弾性部材を介して、前記凹部に嵌め込まれる凸部が形成されており、
前記弾性部材は、前記凸部の前記第２軸方向の両側の面それぞれと、前記凸部の第１軸方向側の面と、に配置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の触覚センサ。
【請求項９】
前記弾性部材は、円柱形状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の触覚センサ。
【請求項１０】
前記第１部材の前記第２部材に対向する面と、前記第２部材の前記第１部材に対向する面とには、溝が形成されており、
前記溝には、前記弾性部材が配置されることを特徴とする請求項９に記載の触覚センサ。
【請求項１１】
前記第２部材の前記第１部材に対向する面には、凹部が形成され、
前記第１部材の前記第２部材に対向する面には、前記弾性部材を介して、前記凹部に嵌め込まれる凸部が形成されており、
前記溝は、前記凸部の前記第２軸方向の両側の面それぞれと、前記凸部の第１軸方向側の面と、に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の触覚センサ。
【請求項１２】
前記溝は、Ｖ形に形成されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の触覚センサ。
【請求項１３】
ワークを把持する把持装置であって、
モータユニットと、
前記モータユニットによって移動し、前記ワークを把持する一対の把持部と、
前記把持部に配置された請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の触覚センサと、
を備えることを特徴とする把持装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の把持装置と、
前記触覚センサの検出結果に基づいて、前記モータユニットを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするアクチュエータシステム。
【請求項１５】
前記制御手段は、
前記触覚センサの検出結果の微分値がマイナス又はプラスの場合は、前記把持部と前記把持部との間が狭くなる方向に、前記把持部を移動させ、
前記微分値が、±０の場合は、前記把持部と前記把持部との間の幅を維持させることを特徴とする請求項１４に記載のアクチュエータシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１２７７６４（Ｐ２０１２−１２７７６４Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７８６５０（Ｐ２０１０−２７８６５０）
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（３９１００８５１５）株式会社アイエイアイ (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（３９１００８５１５）株式会社アイエイアイ (107)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]