CN112672861B - 机械手、机械手控制方法及程序 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够缓和把持物体(20)与组装目标物体(22)的冲击且能够高速进行组装作业的机械手、机械手控制方法以及程序。机械手(100)具备：手(12)，在与把持物体(20)的接触部分具有防偏移机构和通过外力在不同方向上以3自由度活动的机构；位移传感器(14)，检测在手(12)被施加外力时手(12)从被施加外力之前的力学平衡状态起的位移量；以及控制器(16)，包括推测部和控制部，该推测部根据位移传感器(14)检测出的位移量推测将把持物体(20)组装到组装目标物体(22)时的把持物体(20)的位置姿态位移量；该控制部根据推测部推测出的把持物体的位置姿态位移量控制手(12)，以将把持物体(20)组装到组装目标物体(22)。

Description

机械手、机械手控制方法及程序
技术领域
本发明涉及机械手、机械手控制方法以及机械手控制程序。
背景技术
目前提出了关于利用机械手把持工件等的把持物体并搬送把持物体、或者组装至组装目标物体时的机械手的控制的技术。
例如，提出了使用三个手指的多关节机构的机械手和相机来推测物体的位置、角度等的状态，并根据物体的状态控制机械手的技术(非专利文献1)。
另外，提出了一种把握型手，其具备：多个指机构，分别具有指关节、驱动指关节的致动器以及支撑在指关节上且在致动器的驱动力下进行动作的连杆；动作控制部，能够相互独立地控制多个指机构各自的致动器；位置检测部，检测多个指机构各自的指关节的动作位置；以及应变检测部，设置于多个指机构各个，检测因为施加于指机构上的力而在连杆中产生的应变。该把握型手的动作控制部根据位置检测部检测出的指关节的动作位置和应变检测部检测出的连杆的应变而协调控制多个指机构的致动器，从而调整多个指机构的把握力。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-102920号公报
非专利文献
非专利文献1：Yutaro Matsui,Yuji Yamakawa,and Masatoshi Ishikawa,“Cooperative Operation between a Human and a Robot based on Real-timeMeasurement of Location and Posture of Target Object by High-speed Vision”,2017IEEE Conference on Control Technology and Applications(CCTA),August 27-30,2017.
发明内容
发明所要解决的技术问题
在将利用机械手把持的把持物体组装至组装目标物体中的现有方法中，存在以下这样的问题。此外，在以下的图24至图27中，以将作为把持物体的环组装至作为组装目标物体的轴上的情况为例进行说明。
例如，如图24所示，在将两根手指的工业用抓爪与手腕力觉传感器组合的方式(以下称为“第一方式”)中，由于抓爪及机器人的硬度和重量直接传递给把持物体，因此，高速组装时的接触力变为冲击力，从而有可能导致把持物体损坏或损伤。因此，无法使组装作业高速化。
作为能够避免第一方式的抓爪及机器人的硬度的问题的方式，存在如图25所示将工业用抓爪与柔顺手腕组合的方式(以下称为“第二方式”)。根据第一方式，能够实现组装作业的高速化，但由于留有抓爪的重量的问题，因而有限。原本把持物体与组装目标物体的对位就依赖于把持物体从组装目标物体受到的接触力所引起的被动动作，因而可应对的物体受限。例如，在图25的例子中，基于把持物体从组装目标物体受到的接触力的被动动作(图25中的虚线箭头)相对于接触力的方向(图25中的实线箭头)的方向与对位动作的方向不对应。
作为能够避免第二方式的抓爪的重量残留问题以及物体受限的问题的方式，存在如图26所示将带柔顺元件的手与视觉传感器组合的方式(以下称为“第三方式”)。在图26的例子中，手的关节是柔顺元件。在第三方式中，由于是通过视觉传感器取得把持物体与组装目标物体的相对位置姿态关系，因此，因为遮挡的问题而使可组装条件受限。例如，如图26所示，在组装作业区域位于壳体内等情况下，有时从壳体外的视觉传感器看不到把持物体及组装目标物体。另外，利用组装作业区域上部的视觉传感器无法准确地获取把持物体或组装目标物体的角度，有时无法获得足以推测把持物体与组装目标物体的相对位置姿态关系的信息。
作为能够避免第三方式的遮挡问题的方式，存在将带柔顺元件的手和手指力觉传感器组合的方式(以下称为“第四方式”)。该方式如非专利文献1所记载的技术那样指尖大多为球形，如图27所示，会因为高速组装时的把持物体与组装目标物体的接触力而在把持物体与指尖之间产生滞后的滑动，即，即使接触力变为零滑动后的状态也不会复原，手不会复原到原来的把持姿态这样的滑动。该现象会使把持物体与组装目标物体的相对位置姿态的推测结果变差，因而组装本身变难。
本发明是鉴于上述方面而完成的，其目的在于，提供能够缓和把持物体与组装目标物体的冲击，而且能够高速地进行组装作业的机械手、机械手控制方法以及程序。
用于解决问题的技术方案
为了达成上述目的，本发明涉及的机械手构成为包括：手，在与把持物体的接触部分具有所述把持物体的防偏移机构和通过外力在不同方向上以3自由度活动的机构；传感器，检测在所述手被施加外力时所述手从被施加所述外力之前的力学平衡状态起的位移量；推测部，根据所述传感器检测出的位移量，推测将所述把持物体组装到组装目标物体时的所述把持物体的位置及姿态的位移量；以及控制部，根据所述推测部推测出的所述把持物体的位置及姿态的位移量控制所述手，以将所述把持物体组装到所述组装目标物体。
根据本发明涉及的机械手，当向在与把持物体的接触部分具有把持物体的防偏移机构和通过外力在不同方向上以3自由度活动的机构的手施加了外力时，由传感器检测手从施加外力之前的力学平衡状态起的位移量。然后，推测部根据传感器检测出的位移量推测将把持物体组装到组装目标物体时的把持物体的位置及姿态的位移量，控制部根据推测部推测出的把持物体的位置及姿态的位移量控制手，以将把持物体组装到组装目标物体。由此，能够缓和把持物体与组装目标物体的冲击，并且能够高速进行组装作业。
另外，所述推测部根据推测出的所述把持物体的位置及姿态的位移量，推测所述把持物体与所述组装目标物体的相对位置及姿态的误差；所述控制部根据所述推测部推测出的所述把持物体的位置及姿态的位移量、所述相对位置及姿态的误差、以及预先确定的动作计划控制所述手，以将所述把持物体组装到所述组装目标物体。由此，能够实现简单的控制，例如以使把持物体与组装目标物体的相对位置及姿态的误差为零的方式控制手，等等。
另外，在所述把持物体与所述组装目标物体处于通过补偿作为水平面的x-y平面上的位置误差而旋转误差也得到补偿的关系的情况下，所述推测部能够根据所述把持物体的姿态的位移量的x分量和y分量，推测x-y平面上的所述把持物体与所述组装目标物体的相对位置的误差。由此，能够实现简单的控制，例如以使x-y平面中的把持物体与组装目标物体的相对位置及姿态的误差为零的方式控制手，等等。
另外，所述控制部能够根据所述推测部推测出的所述把持物体的位置及姿态的位移量、以及预先确定的动作计划控制所述手，以将所述把持物体组装到所述组装目标物体。由此，能够实现简单的控制，例如以使把持物体的位置及姿态成为规定的状态的方式控制手，等等。
另外，可以将所述防偏移机构中与所述把持物体的接触部分形成为具有与所述把持物体的上部接触的面和与所述把持物体的侧面接触的面的切口形状。
另外，所述手也可以在与所述把持物体的接触部分具有吸盘。该情况下，也可以将吸盘本身用作所述防偏移机构。
另外，可以将所述手形成为具备具有用于使手指部整体旋转的旋转机构的多个手指部的夹持手、或者能够通过关节的旋转角度来控制指尖部分的位置及姿态的多个手指部。
另外，本发明涉及的机械手控制方法是在具备手、传感器、推测部以及控制部的机械手中，所述手在与把持物体的接触部分具有所述把持物体的防偏移机构和通过外力在不同方向上以3自由度活动的机构，所述传感器检测在所述手被施加外力时所述手从被施加所述外力之前的状态起的位移量，所述推测部根据所述传感器检测出的位移量，推测将所述把持物体组装到组装目标物体时的所述把持物体的位置及姿态的位移量；所述控制部根据所述推测部推测出的所述把持物体的位置及姿态的位移量控制所述手，以将所述把持物体组装到所述组装目标物体。
另外，本发明涉及的机械手控制程序用于使计算机作为构成上述机械手的推测部及控制部发挥功能。
(发明效果)
根据本发明涉及的机械手、方法以及程序，通过根据从向手施加了外力时的、从力学平衡状态起的位移量推测出的组装时的把持物体的位置及姿态的位移量来控制手，以将把持物体组装到组装目标物体上，从而能够缓和把持物体与组装目标物体的冲击，并且能够高速进行组装作业。
附图说明
图1是表示本实施方式涉及的机械手的构成的简图。
图2是用于说明组装作业的一例的图。
图3是表示手的防偏移机构的一例的图。
图4是表示手的防偏移机构的另一例的图。
图5是表示控制器的硬件构成的框图。
图6是表示控制器的功能构成的框图。
图7是用于说明推测部进行的推测的概要的图。
图8是第i个手指的机构图的一例。
图9是用于说明环的位置变化量的图。
图10是表示两点接触时的位置误差方向与环的姿态位移方向的矢量关系的图。
图11是用于说明相对位置姿态误差的图。
图12是用于说明相对位置姿态误差的图。
图13是表示e的推测值与真值的比较结果的图。
图14是表示机械手控制处理的流程的流程图。
图15是表示环插入动作计划的一例的顺序图。
图16是表示连接器插入的组装动作的图。
图17是表示连接器插入动作计划的一例的顺序图。
图18是用于说明连接器插入的组装动作的图。
图19是表示栓柱(peg)插入的组装动作的图。
图20是表示手的其他构成例的图。
图21是用于说明手的其他构成例的图。
图22是表示手的其他构成例的图。
图23是表示手的其他构成例的图。
图24是用于说明现有方式的问题点的图。
图25是用于说明现有方式的问题点的图。
图26是用于说明现有方式的问题点的图。
图27是用于说明现有方式的问题点的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的一例进行说明。此外，在各附图中，对于相同或等效的构成要素及部分赋予相同的参考符号。另外，为了便于说明，附图的尺寸和比率被放大，有时与实际的比率不同。
如图1所示，本实施方式涉及的机械手100的构成包括：臂10、安装在臂10的前端的手12、检测臂10及手12的关节的角度的位移传感器14、以及控制臂10及手12的动作的控制器16。机械手100执行将由手12把持的把持物体20组装至组装目标物体22上的动作。在本实施方式中，如图2所示，以将作为把持物体20的一例的环插到作为组装目标物体22的一例的轴上的情况为例进行说明。此外，机械手100是本发明的机械手的一例。
臂10例如是具备三维空间内的动作所需的六自由度构成的垂直多关节型的机构。此外，臂10的自由度也可以是六自由度加上冗余自由度的七自由度。臂10根据来自控制器16的指示控制手12的位置及姿态。
手12在与把持物体20的接触部分具有把持物体20的防偏移机构，并具有能够通过外力在不同方向上以三自由度活动的机构。在本实施方式中，手12是三个手指的多关节机构。手12具有通过关节连结的机构，通过控制关节的角度来把持物体。
关节具备电动马达等的关节驱动用致动器和微机等的关节驱动用致动器控制器。关节驱动用致动器控制器根据由后述位移传感器14检测出的值决定关节驱动用致动器的扭矩值，以便能够通过手12的指尖把持物体。关节驱动用致动器根据由关节驱动用致动器控制器决定的扭矩值对关节施加扭矩。
另外，关节具有能够通过组装时产生的外力反向驱动的高反向驱动性，能够通过关节驱动用致动器等创建力学平衡点。反向驱动性是指在致动器或动力传递机构中对其输出节施加外力时，其输出节在外力的作用下活动，高反驱动性能是指即便是更小的外力也会使输出节活动。另外，力学平衡点是在通过力使质点系的位移随着时间变化的力学系统中，在力固定的条件下不会随着时间变化而呈静止状态时的位移的值。
另外，手12的指尖是与把持物体20的接触部分，作为防偏移机构，如图3所示，具备具有与把持物体20的上部接触的面S1和与把持物体20的侧面接触的面S2的切口形状。由此，在对把持物体20施加朝上或横向的接触力时，把持物体20与指尖之间不会产生滞后性的滑动。由此，能够保证构成手12的手指关节从力学平衡点的位移是由把持物体20从外部(组装目标物体22)受到的接触力引起的。
此外，指尖的形状并不限定于如图3所示面S2为谷状的情况。例如，如图4所示，面S2也可以是碗状。只要考虑到把持物体20的形状，采用把持稳定性高的形状即可。
位移传感器14例如是编码器等能够检测关节的当前角度的传感器。在本实施方式中，位移传感器14将关节从力学平衡点起的位移量、即从对把持物体20施加了接触力时的角度减去未对把持物体20施加接触力时的角度后的值输出至控制器16。此外，在图1中，仅在一个位置处图示了位移传感器14，但位移传感器14设置于各关节。
控制器16通过计算机等的信息处理装置实现。图5中示出控制器16的硬件构成。如图5所示，控制器16具有CPU(Central Processing Unit：中央处理器)32、存储器34、存储装置36、输入装置38、输出装置40、光盘驱动装置42以及通信接口(I/F)44。各构成经由总线以能够相互通信的方式连接。
存储装置36中存储有用于执行机械手控制处理的机械手控制程序。CPU32是中央运算处理单元，执行各种程序、或者控制各构成。即，CPU32从存储装置36读出程序，并将存储器34作为工作区域执行程序。CPU32根据存储装置36中存储的程序进行上述各构成的控制和各种运算处理。
存储器34由RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)构成，作为工作区域临时存储程序和数据。存储装置36由ROM(Read Only Memory：只读存储器)及HDD(Hard DiskDrive：硬盘驱动器)或SSD(Solid State Drive：固态驱动器)构成，存储包括操作系统的各种程序和各种数据。
输入装置38例如是鼠标、键盘等用于进行各种输入的装置。输出装置40例如是显示器或打印机等用于输出各种信息的装置。作为输出装置40，也可以通过采用触摸面板显示器而作为输入装置38发挥功能。光盘驱动装置42进行各种记录介质(CD-ROM或者蓝光盘等)中存储的数据的读出、或者相对于记录介质的数据的写入等。
通信I/F 44是用于与其他设备进行通信的接口，例如使用以太网(注册商标)、FDDI、Wi-Fi(注册商标)等标准。
接着，对控制器16的功能构成进行说明。如图6所示，控制器16的功能构成包括准备部50、推测部52以及控制部54。各功能构成通过由CPU32读出存储装置36中存储的机械手控制程序并加载至存储器34中执行来实现。
准备部50进行组装动作前的准备。具体而言，准备部50进行组装动作所需的信息的获取、动作计划(详细后述)的接收、利用手12的把持物体20的把持、以及用于使手12移动至组装作业区域附近的控制等。
推测部52根据由位移传感器14检测出的位移量推测在将把持物体20组装至组装目标物体22时通过把持物体20从组装目标物体22受到的接触力而产生的把持物体20的位置及姿态的位移量(以下称为“位置姿态位移量”)。另外，推测部52根据推测出的把持物体20的位置姿态位移量，推测把持物体20与组装目标物体22的相对位置及姿态的误差(以下称为“相对位置姿态误差”)。
参照图7，对推测部52进行的推测的概要进行说明。
推测部52根据由位移传感器14检测出的、手12的关节从力学平衡点的位移量(Δq)，推测通过把持物体20从组装目标物体22受到的接触力产生的把持物体20的位置姿态位移量(Δp，Δθ)。推测部52根据推测出的把持物体20的位置姿态位移量(Δp，Δθ)，推测把持物体20与组装目标物体22的相对位置姿态误差(Δe)。Δe的定义根据把持物体20及组装目标物体22和用于将把持物体20组装至组装目标物体22的动作计划而不同。
动作计划是用于可靠(并且根据情况高速)地完成组装等作业的、使用了传感器值的状态转移。将各状态下执行的基于传感器值的状态的推测与基于推测结果的机器人的控制的组称为技能。即，动作计划表示仅进行动作生成的简单运动规划以外的达成技能的目标状态的过程。此外，动作计划也被称为动作战略。
以将作为把持物体20的环插入作为组装目标物体22的轴的情况为例，对推测部52进行的推测更为详细地进行说明。
根据手12的运动学，从各手指的关节角度qi算出各指尖的平移位置pi。图8是第i个手指的机构图的一例。指尖的平移位置pi在关节角qi＝[qiIP，qiMP，qiTM]T，关于手指的顺向运动学为FKfinger时，通过pi＝FKfinger(qi)进行计算。接着，将各指尖的无负荷时的平移位置设为初始值piO，通过Δpi＝piO-pi算出各指尖的平移位移Δpi。然后，如下述式(1)所示，通过对各指尖的pi进行平均，求出环从初始位置姿态起的位置位移量Δp。
【数式1】
如图9所示，环的位置位移量Δp为不存在来自轴的接触力时的环中心点(d1)的位置与存在来自轴的接触力时的环中心点(d2)的位置之差(ΔX，ΔY，ΔZ)。
接着，如下述式(2)所示，通过对各手指的位移的一次力矩pi×Δpi进行平均而求出环从初始位置姿态起的姿态位移量Δθ。
【数式2】
此外，为了得到相当于角度的量，需要除以半径，但在以控制基础进行与轴的相对位置误差补偿的情况下，如后所述不需要角度的绝对精度，因而此处省略。
如果在将环插在轴上时x-y平面上的位置误差被补偿，则旋转误差也会根据环与轴的几何学关系而被动地得到补偿。因此，只要能够推测环与轴的位置误差方向e便足够了。根据环与轴的两点接触下的几何学约束条件，从环的姿态位移量Δθ算出e。图10是表示两点接触时的位置误差方向的矢量与环的姿态位移方向的矢量的关系的图。在图10所示的Top View(x-y平面)中，两个矢量正交。利用该正交关系，通过下述式(3)从Δθ推测e。
【数式3】
e如图11所示是从轴的中心点(d3)向环中心点(d4)的矢量，如图12所示是x-y平面中的二维信息，因此，在式(3)中，为了使维度一致，设ez＝0。
图13表示推测部52对e的推测值与真值的比较结果。可以说是足以反馈到机器人动作进行组装作业的控制的推测精度。如上所述，通过在手12的指尖设置防偏移机构，从而在对把持物体20施加了向上或者横向的接触力时，把持物体20与指尖之间不会产生滞后性的滑动，从而保证了构成手12的手指的关节从力学平衡点的位移来自于把持物体20从组装目标物体22受到的接触力，因此，能够高精度地进行上述那样的推测。
控制部54根据由推测部52推测出的把持物体20的位置姿态位移量、把持物体20与组装目标物体22的相对位置姿态误差以及预先确定的动作计划控制臂10及手12，以将把持物体20组装至组装目标物体22上。具体而言，控制部54将位置姿态位移量(Δp，Δθ)用作制约条件控制手12，以使相对位置姿态误差(Δe)为零。
接着，对本实施方式涉及的机械手100的作用进行说明。
图14是表示由控制器16的CPU32执行的机械手控制处理的流程的流程图。通过由CPU32从存储装置36读出机械手控制程序，并加载至存储器34进行执行，从而CPU32作为控制器16的各功能构成发挥功能，执行图14所示的机械手控制处理。
首先，在步骤S12中，准备部50获取把持物体20及组装目标物体22的种类、尺寸参数、位置等的信息。该信息只要从预先输入的CAD数据获取、或者获取由用户输入的信息即可。
接着，在步骤S14中，准备部50从用户受理并决定把持物体20的把持姿态、以及用于将把持物体20组装至组装目标物体22的动作计划。
接着，在步骤S16中，准备部50使手12接近把持物体20，并利用手12以上述步骤S14中决定的把持姿态把持把持物体20。
接着，在步骤S18中，准备部50使把持物体20抬高至变为不与手12的指尖以外部位接触的状态的位置。即，创建力学平衡点。
接着，在步骤S20中，准备部50从各关节的位移传感器14获取各关节的角度qiO，并通过pi0＝FKfinger(qiO)算出表示力学平衡点的初始值pi0，并存储于规定的存储区域中。
接着，在步骤S22中，准备部50控制臂10及手12，根据上述步骤S12中获得的组装目标物体22的位置，使手12把持的把持物体20接近组装目标物体22。
接着，在步骤S30中，通过推测部52及控制部54执行上述步骤14中决定的动作计划。
参照图15，对将环插到轴上的环插入动作计划进行说明。当环插入动作计划(S30)开始时，通过状态判定监视环的Z位置是否变为阈值Th以下(S302)。阈值Th可以预先确定为环被插到轴上的状态的Z位置的值。另外，当环插入动作开始时，调出环轴对准技能(S304)。
在环轴对准技能中，通过推测部52进行推测和通过控制部54控制手12。具体而言，推测部52根据上述式(1)～式(3)，推测从轴中心观察的环中心的方向矢量(e)以及环在来自轴的接触力的作用下移动的位移的Z分量(ΔZ)。然后，控制部54向手12的各关节施加扭矩并控制手12的动作，以使把持物体20在X、Y、Z的各方向上以下述那样的速度移动。
Z方向速度：＝目标速度-Gz·ΔZ(Gz：恒定增益)
XY方向速度：＝Gxy·(-e)(Gxy：恒定增益)
当轴中心与环中心一致时，环被插到轴上，在状态判定中判定为Z≤Th，环轴对准技能结束，并且，环插入动作计划结束。
如以上所说明，根据本实施方式涉及的机械手，手在与把持物体的接触部分具有把持物体的防偏移机构和通过外力在不同方向上以3自由度活动的机构。另外，手在施加了外力时从施加外力之前的力学平衡状态位移。即，具有反向驱动性。然后，传感器检测其位移量，根据检测出的位移量推测把持物体的位置姿态位移量及把持物体与组装目标物体的相对位置姿态误差，根据推测出的信息控制手以将把持物体组装至组装目标物体。
这样，通过手的反向驱动性，能够缓和把持物体与组装目标物体接触时的冲击，并且能够在接触时使把持物体产生位移。另外，通过在指尖设置防偏移机构，能够防止接触时的滞后性的偏移，保证上述位移量是来自于把持物体从组装目标物体受到的接触力的位移量。由此，能够使用上述位移量高精度地控制组装作业，因此，能够缓和把持物体与组装目标物体的冲击，并且，即使是间隙小的物体彼此的组装也能够高速地进行组装作业。
另外，由于推测部的推测是以反馈至机器人动作为前提的，因此，只要具有图13所示那样的单调递增性即可。即，由于不需要推测的绝对精度，因而不需要设置昂贵的传感器。另外，由于不需要推测的绝对精度，因而能够高速地进行推测，能够通过例如速度比例控制这样的简单的反馈控制原则实现组装动作。因此，用于控制的调整参数减少，调整也变得简单。
此外，在上述实施方式中，对把持物体为环、组装目标物体为轴，且将环插到轴上的组装动作进行了说明，但本实施方式也能够应用于其他的组装动作。
例如，如图16所示，能够将本实施方式应用于将阳型连接器插入阴型连接器的组装动作。在利用三指手把持这样的长方体把持物体的情况下，如图16所示，若用一个手指把持长边部分，用剩余两个手指把持与该长边对置的角的话则稳定，并且能够实现后述的动作计划。
图17中示出该情况下的动作计划的一例。如图17所示，当连接器插入动作计划(S31)开始时，通过状态判定(S312)监视ΔZ是否变为阈值Thz以上，并且调出Z面对准技能(S314)。
在Z面对准技能中，推测部52根据上述式(1)推测把持物体20在来自外部的接触力的作用下移动的位移(ΔX，ΔY，ΔZ)。然后，控制部54向手12的各关节施加扭矩并控制手12的动作，以使把持物体20在X、Y、Z的各方向上以下述那样的速度移动。
X方向速度：＝-Gx·ΔX
Y方向速度：＝-Gy·ΔY
Z方向速度：＝目标速度-Gz·ΔZ(Gx、Gy、Gz：恒定增益)
如图18的上段所示，这是在使阳型连接器沿XY方向有意发生了偏移的位置处沿Z方向推动的动作。从手12的指尖施加于图18中的点A上的力为力矩，阳型连接器以线B为旋转轴且以进入到阴型连接器的内侧的形式微小地产生姿态位移。
当ΔZ≥阈值Thz时，状态判定(S312)完成，下一个状态判定(S316)开始，监视ΔX是否变为阈值Thx以上，并且调出X面对准技能(S318)。
在X面对准技能中，与Z面对准技能(S314)同样地由推测部52推测(ΔX，ΔY，ΔZ)。然后，控制部54如以下那样控制手12的动作。
X方向速度＝目标速度-Gx·ΔX
Y方向速度：＝-Gy·ΔY
Z方向速度：＝-Gz·ΔZ
如图18的中段所示，这是在继续沿Z方向按压的同时沿X方向偏移，当在X方向上检测到某种程度的接触力后停止的动作。在图18的例子中，线C的部分接触。
当ΔX≥阈值Thx时，状态判定(S316)完成，下一个状态判定(S320)开始，监视ΔY是否变为阈值Thy以上，并且调出Y面对准技能(S322)。
在Y面对准技能中，与Z面对准技能(S314)同样地由推测部52推测(ΔX，ΔY，ΔZ)。然后，控制部54如以下那样控制手12的动作。
X方向速度：＝-Gx·ΔX
Y方向速度：＝目标速度-Gy·ΔY
Z方向速度：＝-Gz·ΔZ
如图18的下段所示，这是在继续沿Z方向和X方向按压的同时沿Y方向偏移，当在Y方向上检测到某种程度的接触力后停止的动作。在图18的例子中，线D的部分接触。
当ΔY≥阈值Thy时，状态判定(S320)完成，下一个状态判定(S324)开始，监视ΔZ是否变为阈值Thz1以上且Z变为阈值Thz2以上，并且调出Z面对准技能(S326)。此外，在S324的状态判定中，也可以根据ΔZ的时序波形的特征来判定状态。Z面对准技能(S326)与Z面对准技能(S314)相同。这是以接触力成为微小状态的方式继续沿X方向和Y方向按压的同时沿Z方向按入，当沿Z方向某种程度按入后停止的动作。
另外，作为另一例，如图19所示，能够将本实施方式应用于将栓柱插入孔中的组装动作。在利用三指手把持这样的圆柱状的把持物体的情况下，如图19所示，当以沿圆周相隔120°配置手指的方式进行把持时稳定，并且能够实现后述的动作计划。
在该情况下的动作计划中，利用与上述连接器插入动作计划的Z面校准同样的技能在Z方向上按压栓柱。然后，在继续沿Z方向按压的同时在X方向和Y方向上产生简谐振动状的运动，采用推测出的栓柱的位置位移量的平均作为简谐振动状的运动的中心，以使栓柱与孔的轴一致。栓柱的位置位移量可以利用与环的Δp相同的方法进行推测。
此外，在连接器插入以及栓柱插入的例子中，由于不使用把持物体20与组装目标物体22的相对位置姿态误差，因此，推测部52仅推测把持物体20的位置位移量即可。
另外，在上述实施方式中，对于将手12设为多关节多指型的构成，作为把持物体20的防偏移机构而将与把持物体20的接触部分即手12的指尖的形状形成为如图3或图4所示那样的形状的情况进行了说明，但并不限定于此。
例如，如图20所示，也可以构成为作为在与把持物体的接触部分具有把持物体的防偏移机构和通过外力在不同方向上以3自由度活动的机构的手，而使用吸盘。该情况下，如图21所示，只要设置能够检测推入量和扭转量×2的3自由度份的位移量作为吸盘的位移量的位移传感器14即可。
另外，例如，如图22所示，也可以形成为指尖具备带位移传感器14的吸盘的夹持手。该情况下，优选构成夹持手的多个(在图22的例子中为两个)手指部分别具有用于使手指部整体旋转的旋转机构。另外，作为另一例，如图23所示，也可以在多关节多指型的手的指尖具备带位移传感器14的吸盘。
无论在哪种构成中，都能够使用由位移传感器14检测出的位移量，与上述实施方式同样地进行推测和控制。
另外，也可以由CPU以外的各种处理器执行上述实施方式中由CPU读入软件(程序)并执行的机械手控制处理。作为此时的处理器，可以例示出FPGA(Field-ProgrammableGate Array)等的制造后能够变更电路构成的PLD(Programmable Logic Device)、以及ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等具有为了执行特定处理而专用设计的电路构成的处理器即专用电路等。另外，既可以由这些各种处理器中的一个执行把持姿态评价处理，也可以由相同种类或不同种类的两个以上的处理器的组合(例如多个FPGA、以及CPU与FPGA的组合等)执行机械手控制处理。另外，更为具体而言，这些各种处理器的硬件结构是组合半导体元件等的电路元件而成的电路。
另外，在上述各实施方式中，对机械手控制程序预先存储(安装)在存储装置中的方式进行了说明，但并不限定于此。程序也可以记录在CD-ROM(Compact Disk Read OnlyMemory)、DVD-ROM(Digital Versatile Disk Read Only Memory)以及USB(UniversalSerial Bus)存储器等的记录介质中的方式提供。另外，程序也可以是经由网络从外部装置下载的方式。
附图标记说明
10：臂；12：手；14：位移传感器；16：控制器；20：把持物体；22：组装目标物体；32：CPU；34：存储器；36：存储装置；38：输入装置；40：输出装置；42：光盘驱动装置；44：通信I/F；50：准备部；52：推测部；54：控制部。

Claims (8)

1.一种机械手，包括：
手，在与把持物体的接触部分具有所述把持物体的防偏移机构和通过外力在不同方向上以3自由度活动的机构；
传感器，检测在所述手被施加外力时所述手从被施加所述外力之前的力学平衡状态起的位移量；
推测部，根据所述传感器检测出的位移量，推测将所述把持物体组装到组装目标物体时的所述把持物体的位置及姿态的位移量，根据推测出的所述把持物体的位置及姿态的位移量，推测所述把持物体与所述组装目标物体的相对位置及姿态的误差；以及
控制部，根据所述推测部推测出的所述把持物体的位置及姿态的位移量、所述相对位置及姿态的误差、以及预先确定的动作计划控制所述手，以将所述把持物体组装到所述组装目标物体。
2.根据权利要求1所述的机械手，其中，
在所述把持物体与所述组装目标物体处于通过补偿作为水平面的x-y平面上的位置误差而旋转误差也得到补偿的关系的情况下，所述推测部根据所述把持物体的姿态的位移量的x分量和y分量，推测x-y平面上的所述把持物体与所述组装目标物体的相对位置的误差。
3.根据权利要求1或2所述的机械手，其中，
所述防偏移机构中与所述把持物体的接触部分呈具有与所述把持物体的上部接触的面和与所述把持物体的侧面接触的面的切口形状。
4.根据权利要求1或2所述的机械手，其中，
所述手在与所述把持物体的接触部分具有吸盘。
5.根据权利要求1或2所述的机械手，其中，
所述手为具备多个手指部的夹持手，该多个手指部具有用于使手指部整体旋转的旋转机构。
6.根据权利要求1或2所述的机械手，其中，
所述手为能够利用关节的旋转角度来控制指尖部分的位置及姿态的多个手指部。
7.一种机械手控制方法，在具备手、传感器、推测部以及控制部的机械手中，所述手在与把持物体的接触部分具有所述把持物体的防偏移机构和通过外力在不同方向上以3自由度活动的机构，所述传感器检测在所述手被施加外力时所述手从被施加所述外力之前的状态起的位移量，
所述推测部根据所述传感器检测出的位移量，推测将所述把持物体组装到组装目标物体时的所述把持物体的位置及姿态的位移量，根据推测出的所述把持物体的位置及姿态的位移量，推测所述把持物体与所述组装目标物体的相对位置及姿态的误差，
所述控制部根据所述推测部推测出的所述把持物体的位置及姿态的位移量、所述相对位置及姿态的误差、以及预先确定的动作计划控制所述手，以将所述把持物体组装到所述组装目标物体。
8.一种存储介质，存储机械手控制程序，所述机械手控制程序用于使计算机作为构成权利要求1至6中任一项所述的机械手的推测部和控制部发挥功能。
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