CN101738643A - 控制设备、控制方法和程序 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制设备、控制方法和程序。该控制设备包括力检测器和对象检测器，力检测器被配置为分别检测机械手设备的指尖在法向方向上的力和在切向方向上的力作为法向力和切向力，对象检测器被配置为利用经力检测器检测的法向力和切向力来计算摩擦系数，并且基于计算结果来检测薄膜对象是否被抓握在指尖之间，薄膜对象具有不同于指尖之间的最大静摩擦系数的最大摩擦系数。

Description

控制设备、控制方法和程序
技术领域
本发明涉及控制设备、控制方法和程序。具体而言，本发明涉及允许精确地检测薄膜对象是否在机械手设备中处于被抓握状态的控制设备、控制方法和程序。
背景技术
下面是用于检测纸张数目的技术的相关技术示例。第一技术在日本未实审专利申请公布No.57-52982中公开，其涉及以一定量的力在两个对象之间捏住纸，并且在平行于纸平面的方向上相对于彼此滑动两个对象。通过检测滑动力是否大于预定值，来确定是仅有一页纸张还是有多于两页纸张。
第二技术在日本未实审专利申请公布No.4-107795中公开，其涉及利用涂覆有可重新使用的低粘附粘胶的分离构件来利用压力捏住纸，释放压力，然后在平行于纸的接触平面的方向上滑动分离构件。通过检测滑动力是否大于预定值，来确定是仅有一页纸张还是有多于两页纸张。
作为用于在相关技术的机械手设备中检测对象是否被指尖抓握的技术(下文中称为“抓握检测技术”)的示例，存在一种采用视觉传感器来进行抓握检测的技术。另一个示例是一种利用诸如旋转编码器之类的位置传感器来检测指尖是否张开、利用例如触觉传感器(诸如接触传感器)或力传感器检测对象是否与指尖相接触、然后检测具有某一维度的对象是否被抓握的技术。
发明内容
然而，上述相关技术的用于确定纸张数目的第一和第二技术是基于至少一页纸张被抓握的前提的，并且因此难以检测纸张的未被抓握状态。
此外，对于相关技术的上述抓握检测技术，即使当薄膜状对象(下文中称为“薄膜对象”)处于被抓握状态时，薄膜对象的检测有时也是困难的。例如，这适用于当难以利用前述位置传感器检测指尖张开时。这也适用于当太暗而导致难以利用前述视觉传感器进行检测时。而且，这也适用于当薄膜对象太小而导致薄膜对象被指尖隐藏时。
相关技术的抓握检测技术的其他示例包括采用诸如接触开关和光断续器之类的设备的技术。相关技术的这些抓握检测技术是基于薄膜对象将穿过这些设备的设定位置的前提的。因此，相关技术的这些抓握检测技术并不适合于可以自由移动并旋转的机械手设备。
希望实现准确地检测薄膜对象在机械手设备中处于被抓握状态的能力。
根据本发明一个实施例的控制设备包括力检测装置和对象检测装置，力检测装置用于分别检测机械手设备的指尖在法向方向上的力和在切向方向上的力作为法向力和切向力，对象检测装置用于利用由力检测装置检测出的法向力和切向力来计算摩擦系数，并且基于计算结果来检测薄膜对象是否被抓握在指尖之间，该薄膜对象具有不同于指尖之间的最大静摩擦系数的最大摩擦系数。
控制设备还可包括用于检测指尖的位置的位置检测装置。对象检测装置还可基于位置检测装置的检测结果来检测比薄膜对象厚的非薄膜对象是否被抓握在指尖之间。如果检测结果表明非薄膜对象被抓握在指尖之间，则对象检测装置禁止对薄膜对象是否被抓握在指尖之间的检测。如果检测结果表明非薄膜对象未被抓握在指尖之间，则对象检测装置开始对薄膜对象是否被抓握在指尖之间的检测。
对象检测装置可以将根据指尖之间的最大静摩擦系数预先确定的阈值与摩擦系数相比较，并且基于比较结果来检测薄膜对象是否被抓握在指尖之间。
根据本发明一个实施例的控制方法包括以下步骤：使控制设备分别检测机械手设备的指尖在法向方向上的力和在切向方向上的力作为法向力和切向力；以及使控制设备利用所检测的法向力和所检测的切向力来计算摩擦系数，并且基于计算结果来检测薄膜对象是否被抓握在指尖之间，该薄膜对象具有不同于指尖之间的最大静摩擦系数的最大摩擦系数。
根据本发明一个实施例的程序执行控制处理，该控制处理包括以下步骤：使计算机分别检测机械手设备的指尖在法向方向上的力和在切向方向上的力作为法向力和切向力；以及使计算机利用所检测的法向力和所检测的切向力来计算摩擦系数，并且基于计算结果来检测薄膜对象是否被抓握在指尖之间，该薄膜对象具有不同于指尖之间的最大静摩擦系数的最大摩擦系数。
因此，本发明的上述实施例实现了精确地检测薄膜对象是否在机械手设备中处于被抓握状态的能力。
附图说明
图1图示了配备在根据本发明一个实施例的机械手设备中的指尖的示例；
图2是图示抓握薄膜对象的指尖的透视图；
图3是图示图2中所示的指尖对薄膜对象的抓握状态的侧视图；
图4图示了指尖相对于图3中的被抓握薄膜对象滑动的状态；
图5是在根据本发明一个实施例的机械手设备中包括的力控制系统的框图；
图6是图示对象抓握确定处理A的流程图；
图7是图示图6中所示的非薄膜对象抓握确定处理的流程图；
图8是图示对象抓握确定处理B的流程图；
图9是用于说明图8中所示的对象抓握确定处理B的示图；
图10是图示在根据本发明一个实施例的机械手设备中包括的位置控制系统的框图；
图11是图示对象抓握确定处理C的流程图；
图12是图示对象抓握确定处理a的流程图；
图13是图示对象抓握确定处理b的流程图；
图14是图示对象抓握确定处理c的流程图；
图15是用于说明多个对象抓握确定处理的组合的示图；以及
图16是图示在根据本发明一个实施例的机械手设备中包括的或者控制根据本发明一个实施例的机械手设备的驱动的计算机的配置示例的框图。
具体实施方式
首先，将参考图1至4描述根据本发明一个实施例的抓握检测技术。
图1至4图示了配备在机械手设备中的手指的外部配置的示例。
图1图示了两根手指的指尖彼此接触的状态。
根据该实施例的机械手设备中的手指包括指尖11和12。指尖11和12可以例如由硅橡胶构成。
在图1所示的状态中，指尖11和12在指尖11的接触点21和指尖12的接触点22处彼此接触。
在图1所示的状态中，机械手设备在指尖11的接触点21和指尖12的接触点22之间的接触的法向方向上施加力fN(下文中称为“法向力fN”)。而且，在该状态中，机械手设备还在与指尖11和12的接触的切向方向上施加力fT(下文中称为“切向力fT”)。机械手设备测量该状态下指尖11和12之间的位置关系以便确认指尖11和12是否已滑动。
指尖11或12相对于另一对象(在图1的示例中是另一指尖12或11)的摩擦系数μ可以由下式(1)确定：
μ＝fT/fN(1)
指尖11和12之间的最大静摩擦系数μT0是指尖11和12刚要开始滑动之前的摩擦系数μ。因而，机械手设备在施加足以使得指尖11和12滑动的切向力fT的同时测量摩擦系数μ，从而可以获取指尖11和12刚要开始滑动之前所获得的测量值作为最大静摩擦系数μT0。或者，机械手设备可以执行这样的测量一段时间，从而可以获取该时间段内的最大测量值作为最大静摩擦系数μT0。
以这种方式，可以确定指尖11和12之间的最大静摩擦系数μT0。
最大静摩擦系数是根据接触对象的材料而变化的值。例如，当通过指尖11和12抓握薄膜对象时，指尖11和12与薄膜对象之间的最大摩擦系数μS0(下文中简称为“薄膜对象的最大摩擦系数μS0”)应当与指尖11和12之间的最大静摩擦系数μT0不同。因此，利用指尖11和12之间的最大静摩擦系数μT0与薄膜对象的最大摩擦系数μS0之间的关系，可以高精度地检测对薄膜对象的抓握。下面将参考图2至4描述薄膜对象的最大摩擦系数μS0。
图2是图示抓握薄膜对象31的机械手设备的指尖11和指尖12的透视图。
图3是图示图2中的薄膜对象31的抓握状态的侧视图。在图3中，x轴方向指示指尖11和12的法向方向，y轴方向指示切向方向。在其他图中，x轴方向和y轴方向类似地指示它们相应的方向。
指尖11在接触点23处与薄膜对象31相接触。指尖12在接触点24处与薄膜对象31相接触。具体而言，图2和3图示了这样一种状态，其中指尖11和12正在向薄膜对象31施加接触点23和24之间的接触平面的法向力fN。
图4是图示在薄膜对象31被指尖11和指尖12抓握时、指尖12从图3中所示的状态滑动的状态。指尖11在接触点23处与薄膜对象31相接触。指尖12在接触点24处与薄膜对象31相接触。具体而言，图4中所示的状态使得：在薄膜对象31的接触平面相对于指尖11和12的接触点23和24的法向力fN得以维持的同时，由于向指尖12施加了接触平面的切向力fT，而导致指尖12滑动。
例如，假定指尖11和12由硅橡胶构成，而薄膜对象31是纸，则在这种情况下薄膜对象的最大静摩擦系数μS0与指尖11和12之间的最大静摩擦系数μT0具有由下式(2)表达的关系：
μS0＜μT0(2)
由于该原因，如果施加了大小仍没有导致指尖11和12彼此开始滑动的切向力fT，但指尖12有时会相对于薄膜对象31开始滑动。
因此，例如，机械手设备逐渐地增大切向力fT到仍不至于使得指尖11和12彼此开始滑动的大小并且在该时段期间继续根据式(1)测量摩擦系数μ，以便检测薄膜对象的最大静摩擦系数μS0。
这里，术语“检测”具有很宽的概念，它不仅包括获取薄膜对象的最大静摩擦系数μS0的值，还包括检测摩擦系数μ已经达到薄膜对象的最大静摩擦系数μS0。其原因在于，如下面将参考图6中所示的流程图描述的，可能没有必要获取薄膜对象的最大静摩擦系数μS0的实际值来检测薄膜对象。具体而言，只要可以检测到对最大摩擦系数μS0不同于指尖11和12之间的最大静摩擦系数μT0的薄膜对象的抓握就足够了，因此，可能没有必要确定薄膜对象的最大静摩擦系数μS0的实际值。
为了总结以上描述，根据本发明实施例的抓握检测技术涉及执行以下处理。具体而言，例如，机械手设备改变切向力fT并且根据式(1)测量该时段期间的摩擦系数μ。机械手设备基于该测量结果来检测对最大摩擦系数μS0不同于指尖11和12之间的最大静摩擦系数μT0的薄膜对象的抓握。否则，机械手设备基于该测量结果检测到薄膜对象未被指尖11和12抓握。
上面已参考图1至4简要描述了根据本发明实施例的抓握检测技术。下面将参考图5和后续的图描述应用了根据本发明实施例的抓握检测技术的控制设备，即，根据本发明实施例的控制设备。
图5是图示机械手设备的一部分的功能示例的功能框图，该部分用作根据本发明一个实施例的控制设备。具体而言，在机械手设备中，图5仅仅图示了等同于大脑的主控制单元41、仅控制指尖11的移动的指尖控制单元42-11、以及仅控制指尖12的移动的指尖控制单元42-12。基于通过电流反馈的扭矩控制的力控制系统被用作用于指尖控制单元42-11和42-12的控制系统。
为了简化描述，下面的描述将集中于用于指尖11的指尖控制单元42-11。然而，下面的描述可类似地应用于用于指尖12的指尖控制单元42-12。
主控制单元41包括指尖力命令部分51和薄膜对象检测部分59。
指尖控制单元42包括指尖力命令到关节扭矩命令转换部分52、差分放大器部分53、电流检测部分54、电机55、机械系统56、力检测部分57、以及位置/速度检测部分58。
指尖力命令部分51向指尖控制单元42-11和薄膜对象检测部分59输出用于指尖11的力命令(包括指尖11的法向力fN的命令值和切向力fT的命令值，下文中称为“指尖力命令”)。用于指尖12的指尖力命令被输出到指尖控制单元42-12，并且也被输出到薄膜对象检测部分59。
指尖力命令到关节扭矩命令转换部分52从指尖力命令部分51接收用于指尖11的指尖力命令。指尖力命令到关节扭矩命令转换部分52还从力检测部分57接收反馈值，即，经力检测部分57检测的力(指尖11的法向力fN切向力fT)。而且，指尖力命令到关节扭矩命令转换部分52从位置/速度检测部分58接收反馈值，即，电机55的位置(例如旋转角)和速度。基于这些反馈值，指尖力命令到关节扭矩命令转换部分52将指尖力命令转换为关节扭矩命令，并将关节扭矩命令输出到差分放大器部分53。
差分放大器部分53基于关节扭矩命令和来自电流检测部分54的电流反馈值来向电流检测部分54输出电流命令值。
电流检测部分54被配置为允许基于电流命令值的电流流经电机55以检测电流。关于电流的检测结果被输出到差分放大器部分53作为电流反馈值。
电机55响应于电流而旋转，并将基于其旋转的扭矩施加到机械系统56。
利用根据从电机55施加的扭矩的机械输出，机械系统56使得指尖11移动。机械系统56的操作在指尖11上生成了法向力fN和切向力fT。
力检测部分57检测指尖11的法向力fN和切向力fT，并将检测结果输出到薄膜对象检测部分59和指尖力命令到关节扭矩命令转换部分52。具体而言，这些检测结果被输出到指尖力命令到关节扭矩命令转换部分52，作为来自力检测部分57的反馈值。
位置/速度检测部分58检测电机55的位置(例如旋转角)和速度，并将检测结果作为反馈值输出到指尖力命令到关节扭矩命令转换部分52。
薄膜对象检测部分59基于来自指尖控制单元42-11和指尖控制单元42-12的关于力的检测结果中的至少一个和来自指尖力命令部分51的指尖力命令来检测薄膜对象是否被抓握。
作为要由具有图5中所示配置的机械手设备执行的处理之一，下面将描述确定对象是否被指尖11和12抓握的处理(下文中称为“对象抓握确定处理”)。
图6是图示对象抓握确定处理的示例的流程图。为了清楚地区分该对象抓握确定处理与后面将描述的对象抓握确定处理的其他示例，图6中所示示例的对象抓握确定处理将被具体称为“对象抓握确定处理A”。
图6中的对象抓握确定处理A是基于指尖的最大静摩擦系数μT0已经给定的前提的。指尖的最大静摩擦系数μT0可以利用参考图1所述的技术预先测量。基于指尖的最大静摩擦系数μT0，假定要在步骤S16中使用的阈值被预先设定。该阈值将在后面描述。
当没有必要区分指尖控制单元42-11和42-12时，将简单使用术语“指尖控制单元42”。
在步骤S11中，指尖控制单元42允许指尖11和12与对象形成接触以便使得它们抓握对象。具体而言，指尖力命令部分51向指尖控制单元42输出例如使得指尖11和12闭合的指尖力命令。因而，指尖控制单元42使得指尖11和12与对象形成接触。
例如，当图2中所示的薄膜对象31被用作对象时，作为步骤S11的结果，薄膜对象31被设定在图2中所示的位置。换句话说，薄膜对象31被赋予某一位置取向。然而，由于误差等，在步骤S11的阶段难以确认薄膜对象31是否实际被指尖11和12抓握。为此，执行步骤S12和后续的处理。
在步骤S12中，指尖控制单元42使得指尖11和12生成具有某一大小或更大的法向力fN。
在步骤S13中，薄膜对象检测部分59确定被抓握的对象是否是比薄膜对象更厚的对象(下文中称为“非薄膜对象”)。如果确定被抓握的对象是非薄膜对象，则对象抓握确定处理A结束(在后面将描述的图7的流程图中的步骤S33之后)。相反地，如果确定被抓握的对象不是非薄膜对象，处理进行到步骤S14。非薄膜对象抓握确定处理将在后面参考图7中的流程图详细描述。
在步骤S14中，指尖控制单元42使得指尖11和12在维持法向力fN的同时生成切向力fT。
这种情况下的切向力fT可以具有使得指尖11和12开始滑动(如果薄膜对象被抓握在指尖11和12之间)的大小，或者可以具有不使得指尖11和12开始滑动(如果指尖11和12彼此接触)的大小。
在步骤S14之后获得的结果，即法向力fN和切向力fT被力检测部分57检测，并被提供到薄膜对象检测部分59。处理随后进行到步骤S15。
在步骤S15中，薄膜对象检测部分59通过将切向力fT除以法向力fN来执行计算，从而获取摩擦系数μ。换句话说，在步骤S15中，利用上述式(1)来执行计算。
在步骤S16中，薄膜对象检测部分59确定fT/fN的计算值(摩擦系数μ)是否高于或等于阈值。
如上所述，阈值是基于指尖的最大静摩擦系数μT0确定的摩擦系数。
详细地说，考虑式(2)中的关系，例如，基于下式(3)的摩擦系数μTH可以用作阈值。
μS0＜μTH＜μT0(3)
如果fT/fN的值(摩擦系数μ)高于或等于阈值，则在步骤S16中确定为“是”，并且处理进行到步骤S17。
在步骤S17中，薄膜对象检测部分59输出指尖接触检测作为检测结果。
术语“指尖接触检测”意味着检测到图1中所示的状态，即，对象(薄膜对象或非薄膜对象)未被抓握在指尖11和12之间并且指尖11和12彼此接触的状态。
相反地，如果fT/fN的值(摩擦系数μ)低于阈值，则在步骤S16中确定为“否”，并且处理进行到步骤S18。
在步骤S18中，薄膜对象检测部分59确定是否已经过某一时间。
如果还未经过该时间，则在步骤S18中确定为“否”，并且处理返回到步骤S14并且重复其后的步骤。具体而言，在步骤S14和S15中重新测量摩擦系数μ，并且在步骤S16中重新比较重新测得的结果和阈值。以这种方式重新测量摩擦系数μ直到某一时间经过的原因在于，基于摩擦系数μ的单次测量结果难以检测最大摩擦系数。
如果所述某一时间经过，并且无论以这种方式如何重复测量摩擦系数μ，fT/fN的值(摩擦系数μ)都保持小于阈值，则在步骤S18中确定为“是”，并且处理进行到步骤S19。
在步骤S19中，薄膜对象检测部分59输出薄膜对象抓握检测作为检测结果。
术语“薄膜对象抓握检测”意味着检测到图2至4中所示的状态，即，诸如薄膜对象31之类的薄膜对象被抓握在指尖11和12之间并且指尖11和12相对于薄膜对象滑动的状态。换句话说，术语“薄膜对象抓握检测”意味着检测到薄膜对象的最大静摩擦系数μS0。
现在将参考图7描述步骤S13中的非薄膜对象抓握确定处理。
在步骤S31中，薄膜对象检测部分59检测两个指尖11和12的位置。例如，尽管在图5中未示出箭头，但是假定位置/速度检测部分58的检测结果被从用于指尖11的指尖控制单元42-11和用于指尖12的指尖控制单元42-12提供到薄膜对象检测部分59。基于这些检测结果，位置/速度检测部分58检测指尖11和12的位置。
在步骤S32中，薄膜对象检测部分59确定两个指尖11和12是否彼此远离。
如果两个指尖11和12并未彼此远离，则在步骤S32中确定为“否”。换句话说，确定非薄膜对象未被抓握在指尖11和12之间。因而，处理进行到图6中的步骤S14。
相反地，如果两个指尖11和12彼此远离，则在步骤S32中确定为“是”。换句话说，确定非薄膜对象被抓握在指尖11和12之间。因而，处理进行到步骤S33。
在步骤S33中，薄膜对象检测部分59输出非薄膜对象抓握检测作为检测结果。
术语“非薄膜对象抓握检测”意味着检测到非薄膜对象被抓握在指尖11和12之间的状态。
图8是图示与图6中所示示例不同的对象抓握确定处理的另一示例的流程图。为了清楚地区分该对象抓握确定处理与对象抓握确定处理的其他示例(例如图6中所示的对象抓握确定处理A)，图8中所示示例的对象抓握确定处理将被具体称为“对象抓握确定处理B”。
与图6中的对象抓握确定处理A类似，图8中的对象抓握确定处理B是基于指尖的最大静摩擦系数μT0已经给定的前提的。指尖的最大静摩擦系数μT0可以利用参考图1所述的技术预先测量。基于指尖的最大静摩擦系数μT0，假定要在步骤S56中使用的阈值被预先设定。
图8中的步骤S51至S55基本上与图6中的步骤S11至S15相同。因此，下面将描述步骤S56和后续的步骤。
在步骤S56中，薄膜对象检测部分59确定fT/fN的计算值(摩擦系数μ)是否高于或等于阈值。
如上所述，阈值是基于指尖的最大静摩擦系数μT0确定的摩擦系数。具体地说，例如，前述式(3)中的摩擦系数μTH可以用作阈值。
如果fT/fN的值(摩擦系数μ)高于或等于阈值，则在步骤S56中确定为“是”，并且处理进行到步骤S60。
在步骤S60中，薄膜对象检测部分59输出指尖接触检测作为检测结果。
相反地，如果fT/fN的值(摩擦系数μ)低于阈值，则在步骤S56中确定为“否”，并且处理进行到步骤S57。
在步骤S57中，薄膜对象检测部分59确定切向力fT的命令值是否高于或等于阈值。
这种情况下切向力fT的命令值在下文中将被称为“切向力命令值fTCMD”。
在步骤S57中使用的阈值将被称为“切向力阈值fTTH”。切向力阈值fTTH在下式(4)中设定。在式(4)中，fNCMD表示用于在步骤S52中生成法向力fN的命令值(下文中称为“法向力命令值fNCMD”)。
μTH×fNCMD＜fTTH＜μT0×fNCMD  (4)
如果切向力命令值fTCMD低于切向力阈值fTTH，则在步骤S57中确定为“否”，并且处理进行到步骤S58。在步骤S58中，指尖力命令部分51增大切向力命令值fTCMD。随后，处理返回到步骤S54并且重复其后的步骤。具体而言，每次在增大切向力命令值fTCMD时在步骤S54和S55中重新测量摩擦系数μ，并且在步骤S56中重新比较重新测得的结果和阈值。
换句话说，如图9的上半部分所示，切向力命令值fTCMD随着时间经过以斜坡形式增大。
具体而言，法向力fN维持其在步骤S52中产生的大小。因而，从式(1)清楚可见，在步骤S55中计算出的fT/fN(摩擦系数μ)的大小与切向力fT的大小成正比。图9的下半部分图示了在力检测部分57的检测值中切向力fT的检测值的时间转变，作为用于示出在步骤S55中计算出的fT/fN(摩擦系数μ)的值的时间转变的参数。
例如，假定指尖11和12处于图1中所示的状态，即，处于对象(薄膜对象或非薄膜对象)未被抓握并且指尖11和12彼此接触的状态。
在这种情况下，当重复从步骤S54到步骤S58的循环时，切向力命令值fTCMD随着时间以斜坡形式增大，如图9的上半部分所示。因此，切向力fT的检测值类似地沿曲线Lf增大，如图9的下半部分所示。
具体而言，直到时间tf为止，切向力fT的检测值并未超过μTH(阈值)×fNCMD(法向力命令值)的值。因而，在步骤S56中一直确定为“否”。此外，从图9的上半部分清楚可见，切向力命令值fTCMD一直低于阈值fTTH，因此在步骤S57中确定为“否”。因而，重复从步骤S54到步骤S58的循环。
在到达时间tf后，切向力fT的检测值变得等于μTH(阈值)×fNCMD(法向力命令值)的值。因此，随后在步骤S56中确定为“是”，并且在步骤S60中输出指尖接触检测。
相反地，假定指尖11和12处于图2和3中所示的状态，即，处于诸如薄膜对象31之类的薄膜对象被抓握在其间的状态。
在这种情况下，当重复从步骤S54到步骤S58的循环时，切向力命令值fTCMD随着时间经过以斜坡形式增大，如图9的上半部分所示。因此，切向力fT的检测值类似地沿曲线L0增大，如图9的下半部分所示。
然而，当到达时间t0时，指尖11和12处于图4中所示的状态，即，它们相对于薄膜对象滑动的状态。时间t0时的摩擦系数μ是薄膜对象的最大静摩擦系数μS0。换句话说，切向力fT的检测值在时间t0达到其最大值。随后，由于摩擦系数μ变为动摩擦系数(kinetic friction coefficient)，因此摩擦系数μ变得低于薄膜对象的最大静摩擦系数μS0。因此，如图9的下半部分中的曲线L0所示，切向力fT的检测值在时间t0达到其最大值，并且之后维持低于最大值的值。
因此，切向力fT的检测值并未超过μTH(阈值)×fNCMD(法向力命令值)的值。换句话说，在步骤S56中一直且连续地确定为“否”。具体而言，当重复从步骤S54到步骤S58的循环直到时间th为止时，切向力命令值fTCMD随着时间经过以斜坡形式增大，如图9的上半部分所示。
在到达时间th后，在步骤S57中确定为“是”，并且处理进行到图8中的步骤S59。在步骤S59中，薄膜对象检测部分59输出薄膜对象抓握检测作为检测结果。
图10是机械手设备的一部分(与图5中的不同)的功能示例的功能框图，该部分用作根据本发明另一实施例的控制设备。具体而言，在机械手设备中，图10仅仅图示了等同于大脑的主控制单元71、仅控制指尖11的移动的指尖控制单元72-11、以及仅控制指尖12的移动的指尖控制单元72-12。基于通过电流反馈的扭矩控制的位置控制系统被用作用于指尖控制单元72-11和72-12的控制系统。
具体而言，与用在图5的配置示例中的力控制系统不同，在图10的配置示例中使用了位置控制系统。因此，在图10的示例中，没有来自指尖控制单元72-11和力检测部分87的反馈。
此外，由于要由命令部分发送的命令与位置有关，因此与用在图5的示例中的指尖力命令部分51不同，在图10的示例中使用了指尖位置命令部分81。而且，与用在图5的示例中的指尖控制单元42-11和42-12的每一个中的指尖力命令到关节扭矩命令转换部分52不同，在图10的示例中的指尖控制单元72-11和72-12的每一个中使用了指尖位置命令到关节扭矩命令转换部分82。
图10的示例中的剩余配置基本上与图5的示例中相同。换句话说，差分放大器部分83到薄膜对象检测部分89基本上分别与差分放大器部分53到薄膜对象检测部分59相同。因此，将不重复对这些组件的描述。
图11是图示在具有图10所示的配置的机械手设备中执行的对象抓握确定处理的另一示例(与图8中所示的示例不同)的流程图。为了清楚地区分该对象抓握确定处理与对象抓握确定处理的其他示例(例如图8中所示的对象抓握确定处理B)，图11中所示示例的对象抓握确定处理将被具体地称为“对象抓握确定处理C”。
与图8中的对象抓握确定处理B类似，图11中的对象抓握确定处理C是基于指尖的最大静摩擦系数μT0已经给定的前提的。指尖的最大静摩擦系数μT0可以利用参考图1所述的技术预先测量。基于指尖的最大静摩擦系数μT0，假定要在步骤S76中使用的阈值被预先设定。
当没有必要区分指尖控制单元72-11和72-12时，将简单使用术语“指尖控制单元72”。
在步骤S71中，指尖控制单元72允许指尖11和12与对象形成接触以便使得它们抓握对象。具体而言，指尖位置命令部分81向指尖控制单元72输出例如使得指尖11和12闭合的指尖位置命令。因而，指尖控制单元72使得指尖11和12与对象形成接触。
在步骤S72中，指尖控制单元72使得指尖11和12生成具有某一大小或更大的法向力fN。
例如，指尖11和12由硅橡胶构成，并且法向方向上硅橡胶的弹簧常数由KN表示。图4中所示x轴方向(法向方向)上指尖11和12之间的距离由Δx(下文中简称为“x轴方向上指尖之间的距离Δx”)表示。在这种情况下，法向力fN和x轴方向上指尖之间的距离Δx具有由下式(5)和(6)表达的关系：
fN＝KN·Δx  (5)
Δx＝fN/KN(6)
假定指尖位置命令部分81向指尖控制单元72输出指尖位置命令，该指尖位置命令通过仅移动指尖12而不移动指尖11来使得指尖11和12彼此形成接触。如果x轴方向上指尖12的位置命令值由x12CMD(下文中简称为“法向位置命令值x12CMD”)表示并且在指尖11和12的接触位置处x轴方向上的位置命令值由x12CMDC表示，则满足由下式(7)表达的关系：
x12CMD＝x12CMDC+fN/KN(7)
在步骤S73中，薄膜对象检测部分89执行上面参考图7所述的非薄膜对象抓握确定处理。如果确定被抓握的对象是非薄膜对象，则对象抓握确定处理C结束(在上述图7所示的流程图中的步骤S33之后)。相反地，如果确定被抓握的对象不是非薄膜对象，则处理进行到步骤S74。
在步骤S74中，指尖控制单元72在维持法向力fN的同时，使得指尖11和12生成切向力fT。
例如，指尖11和12由硅橡胶构成，并且切向方向上硅橡胶的弹簧常数由KT表示。图4中所示y轴方向(切向方向)上指尖11和12之间的距离由Δy(下文中简称为“y轴方向上指尖之间的距离Δy”)。在这种情况下，切向力fT和y轴方向上指尖之间的距离Δy具有由下式(8)和(9)表达的关系：
fT＝KT·Δy  (8)
Δy＝fT/KT  (9)
假定指尖位置命令部分81向指尖控制单元72输出指尖位置命令，该指尖位置命令通过仅移动指尖12而不移动指尖11来使得指尖11和12彼此形成接触。如果y轴方向上指尖12的位置命令值由y12CMD(下文中简称为“切向位置命令值y12CMD”)表示并且在指尖11和12的接触位置处y轴方向上的位置命令值由y12CMDC表示，则满足由下式(10)表达的关系：
y12CMD＝y12CMDC+fT/KT  (10)
指尖位置命令部分81输出分别由式(7)和(10)表达的用于指尖12的法向位置命令值x12CMD和用于指尖12的切向位置命令值y12CMD，作为用于指尖12的位置命令值。
从步骤S74获得的结果，即，法向力fN和切向力fT，被力检测部分87检测，并被提供到薄膜对象检测部分89。处理随后进行到步骤S75。
在步骤S75中，薄膜对象检测部分89通过将切向力fT除以法向力fN来执行计算，从而获取摩擦系数μ。换句话说，在步骤S75中，利用上述式(1)来执行计算。
在步骤S76中，薄膜对象检测部分89确定fT/fN的计算值(摩擦系数μ)是否高于或等于阈值。
如上所述，阈值是基于指尖的最大静摩擦系数μT0确定的摩擦系数。具体而言，例如，前述式(3)中的阈值μTH可以用作阈值。
如果fT/fN的值(摩擦系数μ)高于或等于阈值，则在步骤S76中确定为“是”，并且处理进行到步骤S80，其中输出指尖接触检测作为检测结果。
相反地，如果fT/fN的值(摩擦系数μ)低于阈值，则在步骤S76中确定为“否”，并且处理进行到步骤S77。
在步骤S77中，薄膜对象检测部分89确定切向位置命令值y12CMD是否高于或等于阈值。
在步骤S77中使用的阈值将被称为“切向位置阈值y12TTH”。切向位置阈值y12TTH是根据下式(11)设定的：
y12CMDC+μTH×fN/KT＜y12TTH＜y12CMDC+μT0×fN/KT    (11)
如果切向位置命令值y12CMD低于切向位置阈值y12TTH，则在步骤S77中确定为“否”，并且处理进行到步骤S78。在步骤S78中，指尖位置命令部分81增大切向位置命令值y12CMD。随后，处理返回到步骤S74并且重复其后的步骤。具体而言，每次增大切向位置命令值y12CMD时在步骤S74和S75中重新测量摩擦系数μ，并且在步骤S76中重新比较重新测得的结果和阈值。
当在步骤S77中确定为“是”时，处理进行到步骤S79。在步骤S79中，薄膜对象检测部分89输出薄膜对象抓握检测作为检测结果。
具体而言，从图8和11中所示的流程图的比较清楚可见，与图8中的示例(其中要在步骤S57中与阈值相比较的目标是切向力命令值)不同，在图11的示例中，要在步骤S77中与阈值相比较的目标是切向位置命令值。而且，与图8的示例中在步骤S58中增大切向力命令值不同，在图11的示例中，在步骤S78中增大切向位置命令值。剩余的步骤在图8和11之间基本上相同。这意味着无论机械手设备是具有图5中所示的配置还是具有图10中所示的配置，都可以基本上以类似的方式执行对象抓握确定处理。
以上描述涉及这样一种情况，其中指尖11和12之间的摩擦系数大于薄膜对象31与指尖11和12之间的摩擦系数。然而，取决于诸如用于指尖11和12以及薄膜对象31的材料或表面粗糙度之类的状况，指尖11和12之间的摩擦系数有时可能小于薄膜对象31与指尖11和12之间的摩擦系数。
详细地说，例如，在图4中，假定指尖11和12由硅橡胶构成，并且薄膜对象31由天然橡胶膜构成，该天然橡胶膜例如具有大于硅橡胶的最大静摩擦系数。在这种情况下，薄膜对象的最大静摩擦系数μS0和指尖之间的最大静摩擦系数μT0具有由下式(12)表达的关系：
μS0＞μT0(12)
因此，当施加具有仍不至于使得指尖11和12相对于薄膜对象31开始滑动的大小的切向力fT时，指尖11和12有时会相对于彼此开始滑动。
在这种情况下，可以使用图12中所示的对象抓握确定处理a来代替图6中所示的对象抓握确定处理A，可以使用图13中所示的对象抓握确定处理b来代替图8中所示的对象抓握确定处理B，并且可以使用图14中所示的对象抓握确定处理c来代替图11中所示的对象抓握确定处理。
无论使用哪一种对象抓握确定处理，该处理都基本上相同，除了处理结束之前的最终结果(检测结果)被反转以外。
具体而言，图6中的步骤S11至步骤S16和S18基本上与图12中的步骤S91至步骤S96和S98相同。从图6中的步骤S17和步骤S19获得的检测结果与从图12中的步骤S97和步骤S99获得的检测结果相反。
图8中的步骤S51至步骤S58基本上与图13中的步骤S111至步骤S118相同。从图8中的步骤S60和步骤S59获得的检测结果与从图13中的步骤S120和步骤S119获得的检测结果相反。
图11中的步骤S71至步骤S78基本上与图14中的步骤S131至步骤S138相同。从图11中的步骤S80和步骤S79获得的检测结果与从图14中的步骤S140和步骤S139获得的检测结果相反。
为了总结以上描述，当薄膜对象的最大静摩擦系数μS0小于指尖之间的最大静摩擦系数μT0时，可以使用图6中所示的对象抓握确定处理A、图8中所示的对象抓握确定处理B或者图11中所示的对象抓握确定处理C。
相反地，当薄膜对象的最大静摩擦系数μS0大于指尖之间的最大静摩擦系数μT0时，可以使用图12中所示的对象抓握确定处理a、图13中所示的对象抓握确定处理b或者图14中所示的对象抓握确定处理c。
通过使用图6中所示的对象抓握确定处理A和图12中所示的对象抓握确定处理a的组合，图8中所示的对象抓握确定处理B和图13中所示的对象抓握确定处理b的组合，或者图11中所示的对象抓握确定处理C和图14中所示的对象抓握确定处理c的组合，无论薄膜对象的最大静摩擦系数μS0和指尖之间的最大静摩擦系数μT0之间的大小关系如何，都可以实现薄膜对象抓握检测和指尖接触检测。
图15图示了当使用对象抓握确定处理A和对象抓握确定处理a的组合时，用于确定薄膜对象抓握检测和指尖接触检测的算法(下文中称为“对象抓握确定技术”)。
在对象抓握确定处理A(μT0＞μS0)中，薄膜对象检测部分59在摩擦系数低于阈值μTH(A)的情况下检测到薄膜对象31被抓握，或者在摩擦系数高于或等于阈值μTH(A)的情况下检测到指尖11和12彼此接触，即对象未被抓握。
在对象抓握确定处理a(μT0＜μS0)中，薄膜对象检测部分59在摩擦系数低于阈值μTH(a)的情况下检测到指尖11和12彼此接触，或者在摩擦系数高于或等于阈值μTH(a)的情况下检测到薄膜对象31被抓握。
通过组合对象抓握确定处理A和对象抓握确定处理a，可以确定：当摩擦系数高于或等于阈值μTH(A)但是低于μTH(a)时，指尖11和12彼此接触，或者可以确定：当摩擦系数在以上范围外时，薄膜对象31被抓握。
通过组合图8中的对象抓握确定处理B和图13中的对象抓握确定处理b或者通过组合图11中的对象抓握确定处理C和图14中的对象抓握确定处理c，可以类似地使用图15中所示的对象抓握确定技术。
上述处理可以利用硬件或软件来执行。
如果上述处理要利用软件执行，则根据本发明实施例的控制设备可以被配置为例如包括图16中所示的计算机。或者，根据本发明实施例的机械手设备可以被图16中所示的计算机控制。
在图16中，中央处理单元(CPU)301根据存储在只读存储器(ROM)302中的程序或者从存储单元308加载到随机访问存储器(RAM)303中的程序来执行各种处理。RAM 303还适当地存储例如要由CPU 301在执行各种处理时使用的数据。
CPU 301、ROM 302和RAM 303经由总线304彼此连接。总线304还连接到输入/输出接口305。
输入/输出接口305连接到例如包括键盘和鼠标的输入单元306、例如包括显示器的输出单元307、例如包括硬盘的存储单元308、以及例如包括调制解调器和终端适配器的通信单元309。通信单元309控制经由包括因特网在内的网络与其他设备(未示出)执行的通信。
输入/输出接口305在必要时连接到驱动器310。例如由磁盘、光盘、磁光盘或半导体存储器限定的可移除介质311被装配在输入/输出接口305中。在必要时，从可移除介质311读出的计算机程序被安装在存储单元308中。
为了利用软件执行处理，软件中包括的程序经由网络或者从存储介质被安装到内建在指定硬件中的计算机中，或者安装到例如能够通过安装各种程序来执行各种功能的通用个人计算机中。
如图16所示，包含这种程序的存储介质可以分布为与设备主体相分离的组件以向用户提供程序，并且可以由可移除介质(封装介质)311限定，可移除介质311可包括磁盘(包括软盘)、光盘(包括致密盘只读存储器(CD-ROM)和数字多功能盘(DVD))、磁光盘(包括迷你盘(MD))、或者半导体盘。或者，存储介质可以以预先内建在设备主体中的状态提供给用户，并且可以由存储有程序的ROM 302或者由存储单元308中包括的硬盘限定。
在该说明书中，在存储介质中存储的程序中写入的步骤可以按写入的顺序以时序方式执行，但是并不一定以时序方式执行。或者，这些步骤可以以并行方式或独立方式执行。
在该说明书中，术语“系统”被用于指示由多个设备或处理单元构成的整个设备。
本申请包含与2008年11月19日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2008-295360有关的主题，该申请的全部内容通过引用结合于此。
本领域技术人员应当理解，取决于设计需求和其他因素可以进行各种修改、组合、子组合和变更，只要这些修改、组合、子组合和变更在权利要求或其等同物的范围内。

Claims (6)

1.一种控制设备，包括：
力检测装置，用于分别检测机械手设备的指尖在法向方向上的力和在切向方向上的力作为法向力和切向力；以及
对象检测装置，用于利用由所述力检测装置检测出的所述法向力和所述切向力来计算摩擦系数，并且基于计算结果来检测薄膜对象是否被抓握在所述指尖之间，所述薄膜对象具有不同于所述指尖之间的最大静摩擦系数的最大摩擦系数。
2.如权利要求1所述的控制设备，还包括用于检测所述指尖的位置的位置检测装置，
其中所述对象检测装置还基于所述位置检测装置的检测结果来检测比所述薄膜对象厚的非薄膜对象是否被抓握在所述指尖之间，
其中如果检测结果表明所述非薄膜对象被抓握在所述指尖之间，则所述对象检测装置禁止对所述薄膜对象是否被抓握在所述指尖之间的检测，并且
其中如果检测结果表明所述非薄膜对象未被抓握在所述指尖之间，则所述对象检测装置开始对所述薄膜对象是否被抓握在所述指尖之间的检测。
3.如权利要求1所述的控制设备，其中所述对象检测装置将根据所述指尖之间的最大静摩擦系数预先确定的阈值与所述摩擦系数相比较，并且基于比较结果来检测所述薄膜对象是否被抓握在所述指尖之间。
4.一种控制方法，包括以下步骤：
使控制设备分别检测机械手设备的指尖在法向方向上的力和在切向方向上的力作为法向力和切向力；以及
使所述控制设备利用所检测出的所述法向力和所检测出的所述切向力来计算摩擦系数，并且基于计算结果来检测薄膜对象是否被抓握在所述指尖之间，所述薄膜对象具有不同于所述指尖之间的最大静摩擦系数的最大摩擦系数。
5.一种执行控制处理的程序，所述控制处理包括以下步骤：
使计算机分别检测机械手设备的指尖在法向方向上的力和在切向方向上的力作为法向力和切向力；以及
使所述计算机利用所检测出的所述法向力和所检测出的所述切向力来计算摩擦系数，并且基于计算结果来检测薄膜对象是否被抓握在所述指尖之间，所述薄膜对象具有不同于所述指尖之间的最大静摩擦系数的最大摩擦系数。
6.一种控制设备，包括：
力检测器，被配置为分别检测机械手设备的指尖在法向方向上的力和在切向方向上的力作为法向力和切向力；以及
对象检测器，被配置为利用由所述力检测器检测出的所述法向力和所述切向力来计算摩擦系数，并且基于计算结果来检测薄膜对象是否被抓握在所述指尖之间，所述薄膜对象具有不同于所述指尖之间的最大静摩擦系数的最大摩擦系数。
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