JP2018119823A - Hardness measurement device, system and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固さ計測装置、システム及び方法に関する。 The present invention relates to a hardness measurement apparatus, system, and method.
固さを電気的信号として検出するセンサとして、押しつけることでレオロジー的特性を有する物質の柔らかさを測定することができる柔らかさのセンサが開示されている(例えば、特許文献1参照)。このセンサは、両端が開口した箱体の一端に設けられ被測定体に圧接される1つの弾性膜と上記箱体の他端側に設けられ表面に歪みゲージが設けられた他の弾性膜を備え、上記箱体内には上記1つの弾性膜が被測定体より受けた圧力を上記他の弾性膜に伝えるように非圧縮性流体が封入され、上記歪みゲージは圧力測定装置を介して圧力の大きさとその時間的緩和割合もしくは緩和時間より被測定体の弾塑性的な柔らかさを推論する推論装置に電線により接続されたことを特徴とし、一つの弾性膜に被測定体が押し当てられると、非圧縮性流体を介してその圧力が歪みゲージによって検出され、検出した圧力信号から被測定体の柔らかさを測定する。 As a sensor for detecting hardness as an electrical signal, a softness sensor that can measure the softness of a substance having rheological properties by pressing is disclosed (for example, see Patent Document 1). This sensor has one elastic film provided at one end of a box that is open at both ends and pressed against the object to be measured, and another elastic film provided at the other end of the box and provided with a strain gauge on the surface. An incompressible fluid is sealed in the box so as to transmit the pressure received by the one elastic membrane from the object to be measured to the other elastic membrane, and the strain gauge is connected to the pressure gauge via the pressure measuring device. When connected to an inference device that infers the elasto-plastic softness of the object to be measured from the size and its time relaxation rate or relaxation time, the object to be measured is pressed against one elastic membrane. The pressure is detected by the strain gauge through the incompressible fluid, and the softness of the object to be measured is measured from the detected pressure signal.
また、測定対象物に静的に押し付けるだけで測定対象物の硬さを測定することができる生体硬さ計測装置が開示されている(例えば、特許文献2参照)。このセンサは、適当な硬さの非柔軟中空材料内に、それよりも柔らかい柔軟中実材料と薄肉板を挿入したセンサ先端部と、別の柔軟中実材料と薄肉板によって構成されるセンサ基部が、非柔軟中空材料によって固定された構造を有する硬さ計測センサであり、センサ先端部の非柔軟中空材料とセンサ基部にかかる力をそれぞれ測定し、それらの力の比を利用して、センサの特性曲線から測定対象物の硬さをヤング率によって定量的に推定する。 Moreover, a living body hardness measurement apparatus that can measure the hardness of a measurement object simply by statically pressing the measurement object is disclosed (for example, see Patent Document 2). This sensor has a sensor base composed of a soft solid material and a thin plate inserted in a non-flexible hollow material of appropriate hardness and a soft solid material and a thin plate. Is a hardness measurement sensor having a structure fixed by a non-flexible hollow material, and each of the forces applied to the non-flexible hollow material and the sensor base at the sensor tip is measured, and the ratio of these forces is used to measure the sensor. From the characteristic curve, the hardness of the measurement object is quantitatively estimated by Young's modulus.
製造現場での自動化が進んでいく中で、産業用ロボットハンドのニーズは今後ますます高まってくると考えられている。複数の部品を扱う製造現場では、部品の種類ごとに最適な力で掴むことができるロボットハンドが求められている。その理由は、掴む力が弱すぎる場合は対象とする部品を運ぶ際に落とす危険性があり、掴む力が強すぎる場合は対象とする部品を破壊する可能性がある。 With the progress of automation at the manufacturing site, the needs for industrial robot hands are expected to increase in the future. In a manufacturing site that handles a plurality of parts, there is a demand for a robot hand that can be gripped with an optimum force for each type of part. The reason is that if the gripping force is too weak, there is a risk of dropping when carrying the target component, and if the gripping force is too strong, the target component may be destroyed.
これらの危険性を排除する方法として、あらかじめ決められた工程に従い、ロボットハンドの掴む力を設定することがあげられる。この方法は、対象物の種類と運ぶ順番が決まっている場合は有効である。しかしながら、一日に大量の対象物を扱うことが想定される製造現場では、大小のトラブルの発生に従って工程の変更が必要になる可能性がある。そのため、この方法では工程の変更によってロボットハンドの掴む力を再設定する必要が生じ、結果として製造遅延が課題となりうる。 As a method for eliminating these dangers, a force for gripping the robot hand can be set according to a predetermined process. This method is effective when the type of the object and the order of carrying are determined. However, in a manufacturing site where a large amount of objects are supposed to be handled in one day, there is a possibility that process changes may be required according to the occurrence of large and small troubles. Therefore, in this method, it is necessary to reset the gripping force of the robot hand by changing the process, and as a result, manufacturing delay can be a problem.
そこで、前もって掴む力を設定するのではなく、掴んだ際に対象物の固さを測定し、掴む力を制御することができるロボットハンドが必要である。このロボットハンドを実現するには、ロボットハンドの指先に組み込むことが可能な、対象物の固さを測定するセンサが必要になる。 Therefore, there is a need for a robot hand that does not set the gripping force in advance but can measure the hardness of the object when it is gripped and control the gripping force. In order to realize this robot hand, a sensor for measuring the hardness of an object that can be incorporated into the fingertip of the robot hand is required.
対象物がゴムやプラスチックのとき、その固さを測定する器具としてはデュロメータが一般的である。デュロメータは、スプリングの力で押針を対象物に押し込んだときに、対象物の反発力とスプリングの力が平衡した際の押針の押し込み量を0〜100の固さとして表示する器具である。非常に簡便に対象物の固さを計測することができるが、ロボットハンドの指に組み込むことは構造的に難しい。 When the object is rubber or plastic, a durometer is generally used as an instrument for measuring its hardness. The durometer is an instrument that displays the pushing amount of the push needle when the push force is pushed into the object with the force of the spring and the repulsive force of the object and the force of the spring are balanced as a hardness of 0 to 100. . Although the hardness of the object can be measured very easily, it is structurally difficult to incorporate it into the finger of the robot hand.
一方、上記特許文献1に記載されている柔らかさのセンサは、センサを押しつけるだけで、対象物の固さに依存する形状の変形を電気的信号として測定することができるが、押しつける力を測定していないため、ロボットハンドのように押しつける力を調整する必要がある場合は、固さを正確に計測することができない。また、センサ内部に非圧縮性流体を弾性膜で閉じ込めた構造のため、非圧縮性流体の漏えいを防ぐように作製するには高度の技術を要し、さらには、使用時に弾性膜が対象物に接する構造のため、センサの耐久性に課題があると考える。
On the other hand, the softness sensor described in
さらに、上記特許文献2に記載されている生体硬さ計測装置は、装置を押しつけるだけで、対象物の固さに依存する形状の変形と押しつける力を計測することができるが、対象物よりも柔らかい柔軟中実材料が対象物に接する構造のため、センサの耐久性に課題があると考えられる。また、センサの押しつける力を柔らかい柔軟中実材料を介して計測しているため、柔軟中実材料の変形により押しつける力の伝達が不十分になり、押しつける力の計測が不正確になると考えられる。 Furthermore, the living body hardness measuring device described in Patent Document 2 can measure the deformation of the shape and the pressing force depending on the hardness of the object by simply pressing the device. It is considered that there is a problem in the durability of the sensor because of the structure in which the soft flexible solid material is in contact with the object. In addition, since the pressing force of the sensor is measured through a soft flexible solid material, transmission of the pressing force is insufficient due to deformation of the flexible solid material, and it is considered that the measurement of the pressing force is inaccurate.
本発明の目的は、対象物を挟む力が変動しても対象物の固さを正確に計測することができる固さ計測装置等を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a hardness measuring device or the like that can accurately measure the hardness of an object even if the force sandwiching the object fluctuates.
上記目的を達成するために、本発明は、穴が形成される第1面を有する第1部材と、前記穴から突出する突出部を有する第2部材と、前記第1面に対向する第2面を有する第3部材と、前記第1部材の第1ひずみを測定する第1センサと、前記第2部材の第2ひずみを測定する第2センサと、前記第1面及び前記第2面が対象物を第1の力で挟んでいる期間に測定される前記第1ひずみ及び前記第2ひずみに基づいて、前記対象物の固さを決定するプロセッサと、を備える。 In order to achieve the above object, the present invention provides a first member having a first surface in which a hole is formed, a second member having a protruding portion protruding from the hole, and a second member facing the first surface. A third member having a surface; a first sensor for measuring a first strain of the first member; a second sensor for measuring a second strain of the second member; and the first surface and the second surface. And a processor for determining the hardness of the object based on the first strain and the second strain measured during a period in which the object is sandwiched between the first forces.
本発明によれば、対象物を挟む力が変動しても対象物の固さを正確に計測することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to accurately measure the hardness of an object even if the force sandwiching the object fluctuates. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、図面を用いて、本発明の実施形態による固さ計測装置を含むシステムの構成及び動作について説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。本実施形態の目的は、前述した発明の目的に加え、例えば、作製容易で耐久性を向上することができる固さ計測装置等を提供することにある。 Hereinafter, the configuration and operation of a system including a hardness measurement device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same numerals indicate the same parts. In addition to the object of the present invention described above, an object of the present embodiment is to provide, for example, a hardness measuring device that can be easily manufactured and can improve durability.
始めに、図1を用い、本発明におけるロボットハンド1の基本構成について説明する。図1は対象物13を掴んでいるロボットハンド1の外観図である。ロボットハンド1は、センサ付指10、センサなし指11と腕12で構成されている。センサ付指10とセンサなし指11は矢印190の方向に動かすことにより、対象物13を掴むことができる。
First, the basic configuration of the
次に、図2を用い、センサ付指10が対象物13と接触する面の構造について説明する。図2は、対象物13を掴んでいない状態でのロボットハンド1の外観図である。センサ付指10とセンサなし指11は、円形の接触面105と接触面107で対象物13を挟む。図では接触面105と接触面107は円形であるが、多角形でも問題は無い。また、センサ付指10の接触面105は、その中心に穴106を備え、穴106から後述する弾性体102に接続する押針104の一部が飛び出す構造となっている。
Next, the structure of the surface on which the sensor-equipped
換言すれば、指状構造体100(第1部材)は、穴106が形成される接触面105(第1面)を有する。弾性体102(第2部材)は、穴106から突出する押針104(突出部)を有する。センサなし指11(第3部材)は、接触面105(第1面)に対向する接触面107(第2面)を有する。部品点数が少ないため、例えば、作製が容易となる。
In other words, the finger-like structure 100 (first member) has the contact surface 105 (first surface) on which the
次に、図3を用い、ロボットハンド1で対象物13を掴んだ際に、対象物13の固さを計測するしくみについて説明する。図3は、ロボットハンド1の断面図である。ロボットハンド1は、先述したようにセンサ付指10と、センサなし指11、腕12で構成され、矢印190の方向にセンサ付指10とセンサなし指11を動かすことで対象物13を挟む。センサ付指10は、指状構造体100と、指状構造体100の腕109に発生するひずみを計測するための指状構造体用ひずみセンサ101と、対象物13の固さを計測するための弾性体102と、弾性体102の腕110に発生するひずみを計測するための弾性体用ひずみセンサ103と、弾性体102の先端部分111に接続され対象物13を押し込むための押針104で構成される。
Next, a mechanism for measuring the hardness of the
換言すれば、指状構造体用ひずみセンサ101(第1センサ)は、指状構造体100(第1部材)のひずみεa(第1ひずみ)を測定する。弾性体用ひずみセンサ103(第2センサ)は、弾性体102(第2部材)のひずみεb(第2ひずみ)を測定する。 In other words, the finger-shaped structure strain sensor 101 (first sensor) measures the strain ε a (first strain) of the finger-shaped structure 100 (first member). The elastic body strain sensor 103 (second sensor) measures the strain ε b (second strain) of the elastic body 102 (second member).
指状構造体100は頭部分108と腕109からなり、頭部分108は接触面105から腕109方向に伸びた形状をしており、頭部分108の内部に弾性体102を収める構造をもつ。
The finger-
弾性体102は、押針104を備えた先端部分111と腕110からなる、腕110の末端112が指状構造体100の頭部分108の末端に固定された片持ち梁構造となる。
The
換言すれば、弾性体102(第2部材)は、片持ち梁構造である。片持ち梁構造により、方向Dir1の厚さ薄くすることができ、小型化することができる。指状構造体100(第1部材)は、弾性体102(第2部材)の根元を支持する頭部分108(支持部)を有する。なお、頭部分108は、図3の上方向(接触面107から接触面105へ向かう方向Dir1)に伸びる部分108aと、図3の左方向(センサ付指10の先端から根元に向かう方向Dir2)に伸びる部分108bを備える。頭部分108により、例えば、弾性体102による弾性力が指状構造体用ひずみセンサ101によって測定されるひずみεaに与える影響を少なくすることができる。
In other words, the elastic body 102 (second member) has a cantilever structure. By the cantilever structure, the thickness in the direction Dir1 can be reduced, and the size can be reduced. The finger-like structure 100 (first member) has a head portion 108 (support portion) that supports the base of the elastic body 102 (second member). The
対象物13をセンサ付指10とセンサなし指11で挟んだとき、指状構造体100の接触面105は挟んだ力と等しい垂直抗力を対象物13から受け、その力により指状構造体100の腕109にひずみεaが発生する。そのひずみεaは指状構造体100の腕109に貼りつけた指状構造体用ひずみセンサ101によって計測することができ、計測されたひずみ量は垂直抗力に比例するため、指状構造体用ひずみセンサ101の出力値によってセンサ付指10とセンサなし指11で対象物13を挟んだ力を計測することができる。
When the
さらにこのとき、弾性体102の押針104も対象物13を押し込む。押針104の押し込みにより対象物13は変形し、へこみ131を生じさせる。対象物13は元に戻ろうとする復元力を発生させ、押針104を押し返す。対象物13が柔らかいほど復元力は小さく、押針104は対象物13に深く押し込まれる。
At this time, the
結果として対象物13の復元力と押針104の押し込む力が釣り合った状態になったときの押針104の先端と接触面105の距離が対象物13の固さに依存する値となる。さらにこの値は弾性体102の腕110に発生するひずみεbと相関があるため、そのひずみεbを弾性体102の腕110に貼りつけた弾性体用ひずみセンサ103で計測し、その出力値から対象物13の固さを計測することができる。
As a result, the distance between the tip of the
センサ付指10とセンサなし指11で対象物13を挟む力の大きさによって、押針104が対象物13を押し込む力も変わり、弾性体102の腕110に発生するひずみεbも変わるが、本実施形態の構成では、指状構造体100の腕109のひずみεaからロボットハンド1が対象物13を挟む力を計測することができるため、挟む力に応じた弾性体102の腕110に発生するひずみεb関するデータベースを対象物毎に作成することで、挟む力が変わっても対象物13の固さを計測することが可能になる。また、対象物13が弾性体であれば、指状構造体100の腕109のひずみεaと弾性体102の腕110に発生するひずみεbの比εb /εaは対象物13の固さに依存する値となり、この値が大きいほど固い物質と判断することができる。
The force with which the
次に本実施形態における指状構造体100、弾性体102、押針104の材質選定のための条件を示す。指状構造体100よりも弾性体102はたわみやすいことが必要であるため、指状構造体100、弾性体102の材質選定の条件として、弾性体102のヤング率eeが指状構造体100のヤング率efよりも小さいことが好ましい。換言すれば、弾性体102(第2部材)は、指状構造体100(第1部材)よりもたわみやすい。これにより、接触面105及び接触面107が対象物13に接するときに、押針104及び弾性体102の先端部分111が方向Dir1へ押し込まれやすくなる。
Next, conditions for selecting materials for the finger-
また、使用時において、押針104は対象物13に直接押しつけられ、細い構造でもたわみにくく劣化しにくい性質であることが求められるため、剛性が高い材質を選定することが好ましい。その関係性を保った上で、鉄、ステンレス、アルミなどの金属類、ポリカーボネイト、ポリアミドなどのエンジニアリング・プラスチック、ポリプロピレン、アクリルなどのプラスチック、シリコーンゴムやクロロプレンゴムなどのゴム類から、ロボットハンド1の使用用途に応じて、指状構造体100、弾性体102や押針104の材質を選定する。これにより、耐久性を向上することができる。
In use, since the
図4は、押針104を使用しない一例である。本変形例では、指状構造体100と弾性体102のひずみを利用しているため、弾性体102の先端部分111の一部(突出部)が指状構造体100の接触面105内の穴106より出ていれば図3のように押針104を設ける必要はない。押針104を用いないことで先端部分111に耐久性に問題が生じる場合は、先端部分111のみ部分硬化させるなどの処理を施すことが好ましい。
FIG. 4 is an example in which the
(動作例1)
次に、図5を用いて、対象物13の固さに応じたロボットハンド1の制御方法について説明する。図5は、ロボットハンド1のシステム図である。ロボットハンド1は、対象物13の固さを計測するための固さ計測装置150とロボットハンド制御装置151と連結して使用する。固さ計測装置150及びロボットハンド制御装置151は、例えば、それぞれ、別個のマイコンなどから構成されるが、1つのマイコンで構成されていてもよい。なお、マイコンは、CPU(Central Processing Unit)、メモリ、入出力装置等から構成される。
(Operation example 1)
Next, a control method of the
始めにロボットハンド制御装置151からロボットハンド1に対象物13を一定の力F1で掴むよう指示を出す(矢印154)と、ロボットハンド1で対象物13を一定の力F1で掴んだとき、ロボットハンド1から固さ計測装置150には指状構造体100(図3)の腕109(図3)のひずみεaと弾性体102(図3)の腕110(図3)に発生するひずみεbの情報が伝達される(矢印152)。固さ計測装置150は、εaとεbから対象物13の固さを判断し、固さの情報をロボットハンド制御装置151に送る(矢印153)。ロボットハンド制御装置151は対象物13の固さに対する最適な力の大きさについてのデータベースを保持しており、データベースと照合することで対象物13の固さに応じて、掴む力を最適値に調整することができる(矢印154)。
First, when the robot
換言すれば、固さ計測装置150のCPU(プロセッサ)は、接触面105(第1面)及び接触面107(第2面)が対象物13を力F1(第1の力)で挟んでいる期間に測定されるひずみεa(第1ひずみ)及びひずみεb(第2ひずみ)に基づいて、対象物13の固さHを決定する。
In other words, in the CPU (processor) of the hardness measuring device 150, the contact surface 105 (first surface) and the contact surface 107 (second surface) sandwich the
詳細には、固さ計測装置150のメモリは、図6に示す(εa、εb)−Hデータベース201を備える。ここで、(εa、εb)−Hデータベース201(第1データベース)は、ひずみεa(第1ひずみ)とひずみεb(第2ひずみ)の組合せと、対象物13の固さHとを対応付けて記憶する。固さ計測装置150のCPU(プロセッサ)は、指状構造体用ひずみセンサ101(第1センサ)によって測定されたひずみεaと弾性体用ひずみセンサ103(第2センサ)によって測定されたひずみεbの組合せに対応する対象物13の固さHを(εa、εb)−Hデータベース201から読み出すことにより、対象物13の固さHを決定する。
Specifically, the memory of the hardness measuring device 150 includes the (ε a , ε b ) -
一方、図6に示す(εa、εb)−Hデータベース201に代えて、図7に示す(εa/εb)−Hデータベース202を用いてもよい。ここで、(εa/εb)−Hデータベース202(第2データベース)は、ひずみεa(第1ひずみ)とひずみεb(第2ひずみ)の比と、対象物13の固さHとを対応付けて記憶する。固さ計測装置150のCPU(プロセッサ)は、ひずみεaとひずみεbの比に基づいて、対象物13の固さHを決定する。ひずみεaとひずみεbの比を用いることにより、例えば、データベースのサイズが小さくなり、CPUの計算量も少なくなる。
On the other hand, instead of the (ε a , ε b ) -
詳細には、固さ計測装置150のCPU(プロセッサ)は、指状構造体用ひずみセンサ101によって測定されたひずみεaと弾性体用ひずみセンサ103によって測定されたひずみεbの比に対応する対象物13の固さHを(εa/εb)−Hデータベース202から読み出すことにより、対象物13の固さHを決定する。
Specifically, the CPU (processor) of the hardness measuring device 150 corresponds to the ratio of the strain ε a measured by the finger-shaped
以上説明したように、本実施形態によれば、対象物を挟む力が変動しても対象物の固さを正確に計測することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to accurately measure the hardness of an object even if the force sandwiching the object fluctuates.
(動作例2)
次に、図8を用いて、システムの別の動作例を説明する。図8に示すフローチャートは、対象物13が弾性体であると仮定した場合の動作を示す一例である。
(Operation example 2)
Next, another operation example of the system will be described with reference to FIG. The flowchart shown in FIG. 8 is an example showing an operation when it is assumed that the
ロボットハンド制御装置151は、センサ付指10及びセンサなし指11のうち少なくとも一方を駆動するアクチュエータ(不図示)に対象物13を力F1で挟ませるための指令F1*を送信する。アクチュエータは、指令F1*を受信すると、センサ付指10及びセンサなし指11のうち少なくとも一方を駆動する。これにより、センサ付指10及びセンサなし指11は、対象物13を力F1で挟む動作を開始する(S10)。
The robot
固さ計測装置150は、弾性体用ひずみセンサ103の出力値が示す弾性体102のひずみεbが0より大きいか否かを判定する(S15)。ひずみεbが0以下場合(S15:No)、固さ計測装置150は、S15の判定を繰り返す。一方、ひずみεbが0より大きい場合(S15:Yes)、固さ計測装置150は、S20へ処理を進める。
The hardness measuring device 150 determines whether or not the strain ε b of the
固さ計測装置150は、ひずみεbが0より大きいと判定したタイミングt1をメモリに記憶する。すなわち、固さ計測装置150は、突出部としての押針104又は弾性体102の先端部分111が対象物13に接触したタイミングt1を特定する(S20)。
Hardness measurement device 150 stores the timing t1 it is determined that the strain epsilon b is greater than 0 in the memory. That is, the hardness measuring device 150 identifies the timing t1 when the
固さ計測装置150は、指状構造体用ひずみセンサ101の出力値が示す指状構造体100のひずみεaが0より大きいか否かを判定する(S25)。ひずみεaが0以下場合(S25:No)、固さ計測装置150は、S25の判定を繰り返す。一方、ひずみεaが0より大きい場合(S25:Yes)、固さ計測装置150は、S30へ処理を進める。
The hardness measuring device 150 determines whether or not the strain ε a of the finger-
固さ計測装置150は、ひずみεaが0より大きいと判定したタイミングt2をメモリに記憶する。すなわち、固さ計測装置150は、接触面105、107が対象物13に接触したタイミングt2を特定する(S30)。 Hardness measurement device 150 stores the timing t2 where it is determined that the strain epsilon a is larger than 0 in the memory. That is, the hardness measuring device 150 specifies the timing t2 when the contact surfaces 105 and 107 contact the target 13 (S30).
固さ計測装置150は、ひずみεaが一定となっているか否かを判定する(S35)。ひずみεaが一定となっていない場合(S35:No)、固さ計測装置150は、S35の判定を繰り返す。一方、ひずみεaが一定となっている場合(S35:Yes)、固さ計測装置150は、S40へ処理を進める。 Hardness measuring device 150 determines whether the strain epsilon a is constant (S35). When the strain ε a is not constant (S35: No), the hardness measuring device 150 repeats the determination of S35. On the other hand, if the strain epsilon a is constant (S35: Yes), firmness measuring device 150 advances the processing to S40.
固さ計測装置150は、図9に示すεa−Fデータベース203から、S35で測定されたひずみεa(一定値)に対応する挟む力Fgを読み出す(S40)。ここで、εa−Fデータベース203は、ひずみεaと、対象物13を挟む力Fとを対応付けて記憶する。これにより、固さ計測装置150は、対象物13を挟む力Fgを測定する(S45)。
The hardness measuring device 150 reads the pinching force Fg corresponding to the strain ε a (constant value) measured in S35 from the ε a -
固さ計測装置150は、ひずみεbが一定となっているか否かを判定する(S50)。ひずみεbが一定となっていない場合(S50:No)、固さ計測装置150は、S50の判定を繰り返す。一方、ひずみεbが一定となっている場合(S50:Yes)、固さ計測装置150は、S55へ処理を進める。 The hardness measuring device 150 determines whether or not the strain ε b is constant (S50). When the strain ε b is not constant (S50: No), the hardness measuring device 150 repeats the determination of S50. On the other hand, when the strain ε b is constant (S50: Yes), the hardness measuring device 150 advances the process to S55.
固さ計測装置150は、図10に示す(F、εb)−Hデータベース204から、S45で測定された挟む力FgとS50で測定されたひずみεb(一定値)の組合せに対応する対象物の固さHを読み出す(S55)。ここで、(F、εb)−Hデータベース204は、挟む力Fとひずみεbの組合せと、対象物13の固さH(固さを示す指標)とを対応付けて記憶する。これにより、固さ計測装置150は、対象物13の固さHを決定(測定)する(S60)。固さ計測装置150は、対象物13の固さH(測定値)をロボットハンド制御装置151に送信する。
Hardness measuring device 150, shown in FIG. 10 (F, ε b) of -
ロボットハンド制御装置151は、固さ計測装置150から対象物13の固さHを受信すると、図11に示すH−Fデータベース205から、対象物13の固さHに対応する挟む力F2(最適な力を示す第2の力)を読み出す(S65)。ここで、H−Fデータベース205(第3データベース)は、対象物13の固さHと、対象物13の固さHに応じた最適な挟む力F(第2の力)を対応付けて記憶する。これにより、ロボットハンド制御装置151は、対象物13の固さHに応じた最適な挟む力F2を決定する。
When the robot
ロボットハンド制御装置151は、センサ付指10及びセンサなし指11のうち少なくとも一方を駆動するアクチュエータに対象物13を力F2で挟ませるための指令F2*を送信する。アクチュエータは、指令F2*を受信すると、センサ付指10及びセンサなし指11のうち少なくとも一方を駆動する。これにより、センサ付指10及びセンサなし指11は、対象物13を力F2で挟む(S70)。
The robot
換言すれば、ロボットハンド制御装置151のCPU(プロセッサ)は、固さ計測装置150のCPU(プロセッサ)によって決定された対象物13の固さHに対応する挟む力F2(第2の力)をH−Fデータベース205(第3データベース)から読み出し、接触面105(第1面)及び接触面107(第2面)による力F1(第1の力)を、力F2(第2の力)に切り替える制御を実行する力制御部として機能する。これにより、対象物13の固さに応じて掴む力を制御することができる。具体的には、例えば、対象物13を落としたり破壊したりすることを抑制することができる。なお、H−Fデータベース205の最適な挟む力Fは、例えば、実験、シミュレーション等の結果に基づいて設定することができる。
In other words, the CPU (processor) of the robot
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, Various modifications are included. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサ(マイコン)がそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。 Further, each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by a processor (microcomputer). Information such as programs, tables, and files for realizing each function can be stored in a recording device such as a memory, a hard disk, or an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。 In addition, the following aspects may be sufficient as embodiment of this invention.
(1)対象物との接触面にある枠から、一部が飛び出した針状部品を備える弾性体もしくは一部が飛び出した弾性体を内部に備えた指状の構造体で、前記弾性体及び前記指状構造体はそれぞれに発生するひずみを測定するためのセンサを備えていることを特徴し、前記対象物と前記枠が接触しているとき、前記弾性体と前記指状構造体に生じるひずみを計測することで前記対象物の固さを計測することができるセンサ。 (1) A finger-like structure having an elastic body provided with a needle-like part partially protruding from a frame on a contact surface with an object or an elastic body partially protruding, the elastic body and The finger-like structure includes a sensor for measuring strain generated in each of the finger-like structures, and is generated in the elastic body and the finger-like structure when the object and the frame are in contact with each other. A sensor capable of measuring the hardness of the object by measuring strain.
(2)(1)に記載のセンサにおいて、前記弾性体は前記指状構造体よりもたわみやすいことを特徴とする前記対象物の固さを計測することができるセンサ。 (2) The sensor according to (1), wherein the elastic body is more flexible than the finger-like structure, and can measure the hardness of the object.
(3)(2)に記載のセンサにおいて、前記弾性体はカンチレバー形状であることを特徴とする前記対象物の固さを計測することができるセンサ。 (3) The sensor according to (2), wherein the elastic body has a cantilever shape, and the hardness of the object can be measured.
(4)(3)に記載のセンサにおいて、前記指状構造体は先端に突起形状を備え、前記突起形状内に前記弾性体を備えることを特徴とする前記対象物の固さを計測することができるセンサ。 (4) In the sensor according to (3), the finger-like structure includes a protrusion shape at a tip, and the elastic body is included in the protrusion shape, and measures the hardness of the object. Sensor that can.
(5)(4)に記載のセンサを用い、前記指状構造体の接触面を前記対象物に押しつけた際に前記指状構造体に発生するひずみと前記弾性体に発生するひずみの比から、前記対象物の固さを導出する方法。 (5) From the ratio of the strain generated in the finger-like structure and the strain generated in the elastic body when the contact surface of the finger-like structure is pressed against the object using the sensor described in (4). Deriving the hardness of the object.
(6)(5)に記載の固さ計測方法において、前記指状構造体の接触面を前記対象物に押しつけた際に前記指状構造体に発生するひずみと前記弾性体に発生するひずみのデータを固さの異なる対象物毎に記録したデータベースから、前記対象物の固さを判定する方法。 (6) In the hardness measurement method according to (5), the strain generated in the finger-like structure and the strain generated in the elastic body when the contact surface of the finger-like structure is pressed against the object. A method for determining the hardness of an object from a database in which data is recorded for each object having a different hardness.
(7)(1)〜(4)に記載のいずれかのセンサを備えたロボットハンドと、(5)または(6)に記載の方法により前記対象物の固さを判定する判定システムと、ロボットハンドの動作を制御する制御システムからなるシステム。 (7) A robot hand including any one of the sensors according to (1) to (4), a determination system for determining the hardness of the object by the method according to (5) or (6), and a robot A system consisting of a control system that controls the movement of the hand.
(8)(7)に記載のシステムにおいて、対象物の固さに依存する掴む力の最適値データベースを備え、前記判定システムよって判定された対象物の固さに応じて、前記データベースからロボットハンドの掴む力を最適値に制御することができるシステム。 (8) In the system according to (7), an optimal value database of gripping force depending on the hardness of the object is provided, and the robot hand is extracted from the database according to the hardness of the object determined by the determination system. A system that can control the gripping force to the optimum value.
上記(1)〜(8)によれば、対象物の固さを測定することができるセンサ付の指を備えたロボットハンドを提供することで、掴む力が変動しても掴む対象物の固さ計測を実現することができるという極めて優れた効果を発揮する。 According to the above (1) to (8), by providing a robot hand provided with a sensor-equipped finger that can measure the hardness of an object, the object to be grasped can be fixed even if the grasping force varies. Demonstrate the extremely excellent effect that can be measured.
1:ロボットハンド
10:センサ付指
11:センサなし指
12:腕
13:対象物
100:指状構造体
101:指状構造体用ひずみセンサ
102:弾性体
103:弾性体用ひずみセンサ
104:押針
105:接触面
106:穴
107:接触面
108:頭部分
109:腕
110:腕
111:先端部分
112:末端
150:固さ計測装置
151:ロボットハンド制御装置
1: Robot hand 10: Sensored finger 11: Sensorless finger 12: Arm 13: Object 100: Finger-like structure 101:
Claims (9)
前記穴から突出する突出部を有する第2部材と、
前記第1面に対向する第2面を有する第3部材と、
前記第1部材の第1ひずみを測定する第1センサと、
前記第2部材の第2ひずみを測定する第2センサと、
前記第1面及び前記第2面が対象物を第1の力で挟んでいる期間に測定される前記第1ひずみ及び前記第2ひずみに基づいて、前記対象物の固さを決定するプロセッサと、
を備えることを特徴とする固さ計測装置。 A first member having a first surface in which a hole is formed;
A second member having a protrusion protruding from the hole;
A third member having a second surface facing the first surface;
A first sensor for measuring a first strain of the first member;
A second sensor for measuring a second strain of the second member;
A processor for determining the hardness of the object based on the first strain and the second strain measured during a period in which the first surface and the second surface sandwich the object with a first force; ,
A hardness measuring device comprising:
前記第2部材は、
前記第1部材よりもたわみやすい
ことを特徴とする固さ計測装置。 The hardness measuring device according to claim 1,
The second member is
The hardness measuring device is more flexible than the first member.
前記第2部材は、
片持ち梁構造である
ことを特徴とする固さ計測装置。 The hardness measuring device according to claim 2,
The second member is
Hardness measuring device characterized by a cantilever structure.
前記第1部材は、
前記第2部材の根元を支持する支持部を有する
ことを特徴とする固さ計測装置。 The hardness measuring device according to claim 3,
The first member is
It has a support part which supports the base of the 2nd member. A hardness measuring device characterized by things.
前記プロセッサは、
前記第1ひずみと前記第2ひずみの比に基づいて、前記対象物の固さを決定する
ことを特徴とする固さ計測装置。 The hardness measuring device according to claim 1,
The processor is
The hardness measuring device, wherein the hardness of the object is determined based on a ratio between the first strain and the second strain.
前記第1ひずみと第2ひずみの組合せと、前記対象物の固さとを対応付けて記憶する第1データベースを備え、
前記プロセッサは、
前記第1センサによって測定された前記第1ひずみと前記第2センサによって測定された前記第2ひずみの組合せに対応する前記対象物の固さを前記第1データベースから読み出すことにより、前記対象物の固さを決定する
ことを特徴とする固さ計測装置。 The hardness measuring device according to claim 1,
A first database for storing the combination of the first strain and the second strain and the hardness of the object in association with each other;
The processor is
By reading from the first database the hardness of the object corresponding to the combination of the first strain measured by the first sensor and the second strain measured by the second sensor, Hardness measuring device characterized by determining hardness.
前記第1ひずみと第2ひずみの比と、前記対象物の固さとを対応付けて記憶する第2データベースを備え、
前記プロセッサは、
前記第1センサによって測定された前記第1ひずみと前記第2センサによって測定された前記第2ひずみの比に対応する前記対象物の固さを前記第2データベースから読み出すことにより、前記対象物の固さを決定する
ことを特徴とする固さ計測装置。 The hardness measuring device according to claim 1,
A second database for storing the ratio of the first strain and the second strain and the hardness of the object in association with each other;
The processor is
By reading out the hardness of the object corresponding to the ratio of the first strain measured by the first sensor and the second strain measured by the second sensor from the second database, Hardness measuring device characterized by determining hardness.
前記対象物の固さと、前記対象物の固さに応じた最適な力を示す第2の力とを対応付けて記憶する第3データベースと、
前記プロセッサによって決定された前記対象物の固さに対応する前記第2の力を前記第3データベースから読み出し、前記第1面及び前記第2面による前記第1の力を、前記第2の力に切り替える制御を実行する力制御部と、
を備えることを特徴とするシステム。 A system including the hardness measuring device according to claim 1,
A third database for storing the hardness of the object in association with a second force indicating an optimum force according to the hardness of the object;
The second force corresponding to the stiffness of the object determined by the processor is read from the third database, and the first force by the first surface and the second surface is converted to the second force. A force control unit for executing control to switch to,
A system comprising:
前記第1部材の第1ひずみを測定する第2工程と、
前記第2部材の第2ひずみを測定する第3工程と、
前記第1面及び前記第2面が対象物を第1の力で挟んでいる期間に測定される前記第1ひずみ及び前記第2ひずみに基づいて、前記対象物の固さを決定する第4工程と、
を有する方法。 A first step of sandwiching an object between a first surface of a first member in which a hole from which a protruding portion of the second member protrudes and a second surface of a third member facing the first surface;
A second step of measuring a first strain of the first member;
A third step of measuring a second strain of the second member;
4th which determines the hardness of the said object based on the said 1st distortion | strain and the said 2nd distortion | strain measured in the period when the said 1st surface and the said 2nd surface pinch | interpose the target object with 1st force. Process,
Having a method.
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