CN114206557A - 控制装置、控制方法和控制程序 - Google Patents

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CN114206557A CN202080051472.3A CN202080051472A CN114206557A CN 114206557 A CN114206557 A CN 114206557A CN 202080051472 A CN202080051472 A CN 202080051472A CN 114206557 A CN114206557 A CN 114206557A
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永仮智子
成田哲也
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Abstract

提供了一种可以实现人与机器人之间像人之间一样的自然交互的控制装置、控制方法和控制程序。根据本公开的控制装置设置有滑移检测单元(15,104)和控制单元(10)。滑移检测单元检测由握持单元握持的对象的滑移。控制单元基于由滑移检测单元检测到的滑移来控制握持单元用来握持对象的握持力。控制单元基于由滑移检测单元检测到的滑移来估计施加到由握持单元握持的对象的外力，并且基于所估计的外力来控制握持力。

Description

控制装置、控制方法和控制程序
技术领域
本公开涉及控制装置、控制方法和控制程序。
背景技术
为了使机器人与人共存，实现与人的交互是必要的，并且出于此目的，除了可以由软件实现的功能(例如人识别和语音交互)之外，还需要可以以硬件实现的功能。作为硬件交互功能之一，存在与人交换握持的对象的功能。作为机器人控制技术，不仅必需为了从其他人接收对象而增加握持力，而且必需为了将握持的对象传递到另一个人而减小握持力。
引文列表
专利文献
专利文献1：JP 4683073 B2
专利文献2：JP 4600445 B2
发明内容
技术问题
然而，常规地，尽管已经研究了许多用于在转移对象时增加握持力的技术，但是还没有充分研究用于减小握持力的技术。因此，难以实现人与机器人之间像与人之间一样的自然交互。
本公开的目的是提供能够实现人与机器人之间像人之间一样的自然交互的控制装置、控制方法和控制程序。
问题的解决方案
为了解决上述问题，根据本公开的一个方面的控制装置具有：滑移检测单元，其检测由握持部握持的目标对象的滑移；以及控制单元，其基于由滑移检测单元检测到的滑移来控制握持部用来握持目标对象的握持力，其中，控制单元基于由滑移检测单元检测到的滑移来估计施加到由握持部握持的目标对象的外力，并且基于所估计的外力来控制握持力。
附图说明
图1是示意性地示出可应用于实施例的机械手的外观的透视图。
图2是示意性地示出当人的力作用在由机械手握持的对象上时在每个部分中产生的力的图。
图3是示出用于说明赫兹接触理论(Hertz contact theory)的模型的图。
图4是示出将外力Δft作用在对象上的情况应用于用于说明赫兹接触理论的模型的示例的图。
图5是示意性地示出可应用根据实施例的机械手的机器人装置的配置的框图。
图6是用于说明根据实施例的机械手的功能的示例的功能框图。
图7是示出根据实施例的机械手的硬件配置的示例的框图。
图8是示意性地示出根据实施例的转移操作的控制的示例的流程图。
图9是示出根据实施例的转移操作的触发检测操作的示例的流程图。
图10是示出根据实施例的控制转移握持力的操作的示例的流程图。
图11是示出根据实施例的转移操作的稳定性确认的操作的示例的流程图。
图12A是示意性地示出机械手的剪切力ft的方向与重力Mg的方向一致的情况的示例的图。
图12B是示意性地示出机械手的剪切力ft的方向与重力Mg的方向一致的情况的示例的图。
图13A是示意性地示出机械手的剪切力ft的方向与重力Mg的方向不一致的情况的示例的图。
图13B是示意性地示出机械手的剪切力ft的方向与重力Mg的方向不一致的情况的示例的图。
图14是用于说明偏离的图。
图15是示意性地示出根据实施例的第一修改的接收操作的控制的示例的流程图。
图16是示意性地示出应用了根据实施例的第二修改的机械手的机器人装置的配置的框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例。注意，在下面的实施例中，相同的部分由相同的附图标记表示，并且将省略冗余描述。
下文中，将按下面的顺序描述本公开的实施例。
1.实施例的概述
1-1.可应用于实施例的机械手的示例
1-2.现有技术
2.根据实施例的转移的更具体描述
2-1.每个部分的定义
2-2.使用滑移感测的外力估计方法
2-3.根据实施例的机械手的配置
2-4.根据实施例的转移操作的控制
2-5.根据实施例的在任意转移方向上的操作
2-6.根据实施例的控制的应用示例
3.实施例的第一修改
4.实施例的第二修改
5.实施例的第三修改
6.其他配置
1.实施例的概述
根据本公开的实施例涉及对能够握持对象的机械手的控制，并且更具体地涉及在人将对象传递至机械手的情况下以及在人从机械手接收对象的情况下适当地控制握持力的技术。
1-1.可应用于实施例的机械手的示例
图1是示意性地示出可应用于实施例的机械手的外观的透视图。在图1中，为了便于说明，机械手11包括手指部13a和13b两个手指，并且手指部13a和13b连接至腕部12并且被布置成彼此面对。也就是说，利用腕部12作为保持部而保持手指部13a和13b。另外，手指部13a和13b设置有平行连杆机构，并且被驱动以使得手指部13a和13b的远端侧(腕部12的相对侧)的连杆保持平行关系的方式张开和闭合。
在下文中，手指部13a和13b的远端侧的连杆分别被称为指尖部。此外，例如，根据从外部提供的控制信号，由致动器驱动手指部13a和13b以张开和闭合。
在图1中，在机械手11中，将触觉传感器15设置在手指部13a的指尖部处，并且还为触觉传感器15设置弹性体14。诸如橡胶的弹性树脂用于弹性体14，并且其根据施加到面对与触觉传感器15接触的表面的一侧的力而变形。在图1的示例中，弹性体14具有半球形形状，但其不限于该示例。例如，弹性体14可以具有板形，或者与由机械手11握持的对象接触的表面可以经受诸如不平整的处理。
触觉传感器15输出与所施加的压力对应的检测信号。在实施例中，将能够检测二维表面上的压力分布的压力分布传感器应用为触觉传感器15。触觉传感器15可以检测施加到弹性体14的力以及根据该力产生的变形的二维平面中的位移量和位移方向。
将弹性体14和触觉传感器15类似地设置在手指部13b的指尖部上。
机械手11可以利用手指部13a和13b各自的指尖部来夹住目标对象的对象，并且使用摩擦力来握持该对象。换言之，可以将包括弹性体14(和触觉传感器15)的指尖部称为是根据手指部13a和13b的移动来握持对象的握持部分。
此外，例如，将检测机械手11的加速度的加速度传感器(未示出)设置在腕部12上。例如，将能够检测三个轴的每个方向上的加速度的加速度传感器设置在腕部12上。可以基于加速度传感器的传感器输出来检测施加到机械手11的重力的大小和机械手11的姿态。此处，例如，当在机械手11中定义了方向与重力方向一致的轴时，姿态包括该轴相对于重力方向的倾斜以及在重力方向上关于该轴的旋转。
腕部12还设置有检测施加到整个机械手11的力的力传感器(未示出)。力传感器可以由例如加速度传感器构成。在实施例中，可以省略该力传感器。
1-2.现有技术
此处，将描述根据现有技术的在机械手与人之间的对象的转移。根据现有技术，提出了以下方法：在机械手中，使用设置在腕部处的力传感器，并且在力传感器检测到等于或大于预定阈值的变化量的时刻释放手指部(例如，专利文献1和专利文献2)。然而，为了通过该方法实现人与机械手之间的自然交互，认为存在三个主要问题。
第一个问题是由于使用设置在腕部中的力传感器，所以难以检测与指尖相关的外力的微小变化。也就是说，为了实现对象的自然转移，需要能够检测外力的微小变化。第二个问题是难以区分由力传感器检测到的力是与机械手相关的外力还是与由机械手握持的对象相关的外力。在设置在腕上的力传感器中，存在与机械手相关的外力被错误地检测为与对象相关的外力的可能性，并且难以实现对外力鲁棒的对象的转移。第三个问题是基于一定阈值的两态控制。在基于阈值的两态控制中，机械手保持握持对象同时维持恒定的握持力直到人施加一定大小的力为止，并且在作为边界的一定阈值的情况下机械手立即释放力。因此，预期人无法预测机械手的运动并且会失去他/她的平衡。
如上所述，在现有方法中，难以实现机械手与人之间的硬件交互功能。
在本公开中，当机械手的握持部握持对象时，检测到握持部相对于对象的滑移，并且根据检测到的滑移来控制握持部用来握持对象的握持力。如上所述，通过根据对象在握持部中的滑移来控制握持部转移对象时的握持力，可以执行人与机械手之间像他们是人一样的交互。
2.根据实施例的转移的更具体描述
2-1.每个部分的定义
接下来，将具体描述根据实施例的在机械手与人之间的对象的转移。图2是示意性地示出当人的力作用在由机械手11握持的对象300上时在每个部分中产生的力的图。在图2中，机械手11处于下述姿态：手指部13a和13b沿着对于重力Mg的方向水平的平面张开和闭合，并且作为握持目标对象的对象300被手指部13a和13b的每个指尖部握持。例如，人用手301在与重力Mg相反的方向上上拉对象300，以从机械手11接收对象。
此处，定义了由手指部13b的指尖部(弹性体14)作用在对象300上的每个力。通过用指尖部握持对象300，法向力fnRi、剪切力ftRi和力矩nRi中的每个力作用在对象300上。
法向力fnRi是在手指部13a和13b的每个指尖部夹住对象300的方向上作用在对象300上的力。可以将该法向力fnRi视为机械手11用来握持对象300的握持力。剪切力ftRi是作用在垂直于法向力fnRi的方向上的力。在图2的示例中，剪切力ftRi是在垂直方向(重力Mg的方向)上作用在对象300上的力。力矩nRi是在与法向力fnRi的方向垂直的平面上在旋转方向上作用的力。
注意，在法向力fnRi、剪切力ftRi和力矩nRi中，下标“i”指示每个手指。也就是说，在图2的示例中，法向力fnR1、剪切力ftR1和力矩nR1中的每个力通过手指部13b的指尖部作用在对象300上。此外，法向力fnR2、剪切力ftR2和力矩nR2中的每个力通过手指部13a的指尖部作用在对象300上。
此外，当手301握持对象300时，法向力fnHi、剪切力ftHi和力矩nHi中的每一个作用在对象300上。法向力fnHi是在手301的每个指尖(例如拇指和除拇指以外的每个手指)夹住对象300的方向上作用在对象300上的力。剪切力ftHi是在垂直于法向力fnHi的方向上作用在对象300上的力。在图2的示例中，剪切力ftHi是在垂直方向(重力Mg的方向)上作用在对象300上的力。力矩nHi是在与法向力fnHi垂直的平面上在旋转方向上作用在对象300上的力。
如上所述，下标“i”指示每个手指。也就是说，在图2的示例中，法向力(握持力)fnH1、剪切力ftH1和力矩nH1中的各个力通过手301的第一指尖(例如，拇指)作用在对象300上。此外，法向力fnH2、剪切力ftH2和力矩nH2中的各个力通过手301的第二指尖(例如，除拇指之外的每个手指)作用在对象300上。
此处，将机械手11(弹性体14)与对象300之间的摩擦系数定义为摩擦系数μR，以及将手301的手指与对象300之间的摩擦系数定义为摩擦系数μH。在这种情况下，为了用手301和机械手11无滑移地握持对象300，假定根据阿蒙顿-库仑摩擦定律满足下式(1)和(2)的关系。
μRfnRi≥ftRi …(1)
μHfnHi≥ftHi …(2)
在实施例中，在满足式(1)和(2)的状态下，使用由设置在手指部13a和13b中的每一个中的触觉传感器15检测到的初始滑移来估计施加到对象300的外力和外力矩(由外力产生的力矩)。然后，控制机械手11的握持力，使得始终维持所估计的外力与由机械手11产生的力(握持力)之间的平衡，以及所估计的外力矩与由机械手11产生的力矩之间的平衡。
式(3)表示所估计的外力与由机械手11产生的力之间的平衡。式(4)表示所估计的外力矩与由机械手11产生的力矩之间的平衡。也就是说，式(3)表示在位置方向上的平衡，并且式(4)表示在旋转方向上的平衡。在式(3)和式(4)中，值“i”如上所述指示每个手指。值“N”指示手指的数目。
Figure BDA0003471414170000071
Figure BDA0003471414170000072
2-2.使用滑移感测的外力估计方法
接下来，将描述根据实施例的使用滑移感测来估计外力的方法。图3是示出用于描述赫兹接触理论的模型的图。
在图3的图320和321中，图中的水平右方向是重力Mg的方向，弹性球体311与图1和图2中的弹性体14对应，并且刚性平板310与图2中的对象300对应。例如，弹性球体311是其中面对与图2中的对象300对应的刚性平板310的表面被接合至触觉传感器15的半球体。图3的图320示意性地示出了下述状态：刚性平板310以与重力Mg的方向平行的方向作为切线而与弹性球体311接触。
图3的图321示意性地示出了下述状态：法向力fn在垂直于切线的方向上施加到刚性平板310，并且剪切力ft在切线方向上施加。剪切力ft是通过将重力Mg和手301的剪切力ftH组合而获得的力，并且被表达为ft＝Mg+ftH。注意，在图321中，假设手301的剪切力ftH为0。
在图3的图321中，通过剪切力ft使弹性球体311根据剪切力ft的方向变形。因此，刚性平板310与弹性球体311接触的点的位置相对于图3的左图中的位置移动，并且在该点的位置处产生位移量ur。该位移量ur例如发生在机械手11的手指部13a和13b的指尖部，并且在下文中称为指尖剪切位移量ur。
尽管细节将稍后描述，但是在实施例中，基于触觉传感器15的检测输出来获得指尖剪切位移量ur。也就是说，将触觉传感器15用作检测(感测)由于剪切力ft引起的弹性球体311与刚性平板310之间的滑移的滑移感测传感器。
该指尖剪切位移量ur指示位置方向上的位移，并且根据赫兹接触理论由以下式(5)表达。在式(5)中，用R表示弹性球体311的曲率半径，用G*表示弹性球体311和刚性平板310的组合横向弹性系数，用E*表示弹性球体311和刚性平板310的组合纵向弹性系数(见图3的左图)。
Figure BDA0003471414170000081
此处，剪切力ft是未知的。此外，例如在控制机械手11的握持力(即，法向力fn)的控制单元中，法向力fn是已知的。另一方面，曲率半径R、组合横向弹性系数G*和组合纵向弹性系数E*是弹性球体311和刚性平板310的物理信息，并且是常数。因此，可以理解指尖剪切位移量ur依赖于法向力fn和剪切力ft。因此，可以通过观察指尖剪切位移量ur来估计剪切力ft。
基于与上述指尖剪切位移量ur相同的构思，指示在旋转方向上的位移的指尖旋转位移量utheta由下式(6)表达。同样在这种情况下，如上所述，可以通过观察指尖旋转位移量utheta来估计力矩n。类似于上述指尖剪切位移量ur，也可以基于作为滑移感测传感器的触觉传感器15的检测结果来获得指尖旋转位移量utheta。
Figure BDA0003471414170000091
接下来，参照图2，将考虑外力Δft作用在对象300上同时机械手11用法向力(握持力)fnR握持对象300的情况。该外力Δft是例如手301的剪切力ΔftH。
图4是示出将外力Δft作用在对象300上的情况应用于参照图3描述的模型的示例的图。图4的图322示意性地示出了外力Δft(即，剪切力ftH)从上述图3中的图321中所示的状态在与重力Mg相反的方向上作用在刚性平板310上的状态。在图2的示例中，图4的图322的状态与手301例如上拉由机械手11握持的对象300的状态对应。在这种情况下，剪切力ftH具有负值。
相对于图3中的图321所示的状态，弹性球体311处于变形根据剪切力ftH(<0)而恢复的状态。也就是说，图4的左图中的指尖剪切位移量ur是通过将具有负值的指尖剪切位移量Δur加到图3的图321中所示的状态下的指尖剪切位移量ur而获得的值。当剪切力ftH(<0)+Mg＝0时，弹性球体311处于图4的图322所示的状态，并且指尖剪切位移量ur＝0。
图4的图323示意性地示出了剪切力ftH从上述图3的图321中所示的状态在与重力Mg相同的方向上作用在刚性平板310上的状态。在图2的示例中，在图4的图323中所示的状态与例如手301下拉由机械手11握持的对象300的状态对应。在这种情况下，剪切力ftH具有正值。
相对于图3的图321中所示的状态，弹性球体311根据所加的剪切力ftH(>0)而进一步变形(参见图4的图323)。在这种情况下，通过将根据剪切力ftH的具有正值的指尖剪切位移量Δur加到图3的图321中所示的状态下的指尖剪切位移量ur来获得图4的右图中的指尖剪切位移量ur。
在实施例中，在图4的图322和图323中所示的情况下，观察指尖剪切位移量Δur和指尖旋转位移量Δutheta，并且使用上述式(5)和式(6)来估计施加到对象300的外力ΔftH和外力矩ΔnH。然后，基于所估计的外力ΔftH和外力矩ΔnH，控制机械手11的握持力，使得始终保持各个力与力矩之间的平衡。
此处，指尖剪切位移量Δur和指尖旋转位移量Δutheta中的每一个与弹性球体311相对于对象300的滑移的大小的变化(例如，每单位时间的变化)对应。换言之，指尖剪切位移量Δur和指尖旋转位移量Δutheta中的每一个都是指示弹性球体311相对于对象300的滑移程度的值。
在图3和图4所示的图321至图323中，绝对接触位置移动，同时维持弹性球体311与刚性平板310的接触位置之间的相对位置关系，其是所谓的初始滑移状态。本说明书中讨论的滑移是该初始滑移的状态。
2-3.根据实施例的机械手的配置
接下来，将更具体地描述根据实施例的机械手11的配置。图5是示意性地示出可以应用根据实施例的机械手11的机器人装置的配置的框图。在图5中，机器人装置1包括机械手11和总体控制单元20。
总体控制单元20包括例如中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、各种接口等，并且根据预先存储在ROM中的程序使用RAM作为工作存储器来控制机器人装置1的总体操作.。接口例如在总体控制单元20与机械手11之间发送和接收信号。
机械手11包括握持力控制单元10、设备30和各种传感器31。设备30包括例如用于机械手11的可移动部分的致动器以及用于驱动致动器的驱动电路，并且设备根据驱动控制信号执行手指部13a和13b的张开/闭合操作、握持操作等。
各种传感器31包括检测作用在设备30上的力的一个或更多个传感器。例如，各种传感器31包括上述触觉传感器15、检测机械手11的加速度的加速度传感器(稍后描述)等。
握持力控制单元10基于从总体控制单元20提供的控制信息以及从各种传感器31提供的传感器信息生成用于驱动设备30的驱动控制信号。
图6是用于说明根据实施例的机械手11的功能的示例的功能框图。在图6中，机械手11包括触觉传感器15、设备30、握持力生成单元100、参考力生成单元101、加法器-减法器102、驱动控制单元103、计算单元104、减法器105和加速度传感器110。
参照图5描述的握持力控制单元10包括例如握持力生成单元100、参考力生成单元101、加法器-减法器102、驱动控制单元103、计算单元104和减法器105。通过在握持力控制单元10中包括的CPU(稍后描述)上操作的程序来实现握持力生成单元100、参考力生成单元101、加法器-减法器102、驱动控制单元103、计算单元104和减法器105。不限于此，可以由彼此协作操作的硬件电路来配置以下中的部分或全部：握持力生成单元100、参考力生成单元101、加法器-减法器102、驱动控制单元103、计算单元104和减法器105。
此外，各种传感器31包括例如触觉传感器15和加速度传感器110。加速度传感器110例如是能够检测三个轴的每个方向上的加速度的传感器，并且可以检测机械手11的姿态和重力Mg。
计算单元104基于触觉传感器15的检测输出来计算指尖剪切位移量ur和指尖旋转位移量utheta。也就是说，计算单元104和触觉传感器15构成滑移检测单元，该滑移检测单元关于由机械手11握持的对象300检测滑移。
此处，作为触觉传感器15，例如，可以应用能够检测压力分布的压力分布传感器。例如，在触觉传感器15中，将各自检测压力的多个压力传感器布置成矩阵，并且可以与矩阵中的坐标信息相关联地输出指示由每个压力传感器检测到的压力的信息。
计算单元104基于从触觉传感器15提供的检测输出来计算压力的中心(CoP)的移动量。通常可以通过下式(7)计算压力的中心CoP。在式(7)中，变量xi表示压力传感器在X方向上的位置(x坐标)，变量p(xi)表示位置xi处的压力，以及变量N表示分布的数量。
Figure BDA0003471414170000111
计算单元104例如在预定采样时段获取触觉传感器15的检测输出，基于上述式(7)执行计算，并且获得所获取的压力的中心Xcop与在先前计算中获取的压力的中心Xcop之间的差。计算单元104输出该差作为指尖剪切位移量Δur。注意，可以基于压力的中心CoP的角度方向上的变化量来计算指尖旋转位移量Δutheta。
将从计算单元104输出的指尖剪切位移量Δur和指尖旋转位移量Δutheta分别输入至减法器105的一个输入端子。将指尖剪切位移量Δur和指尖旋转位移量Δutheta的目标值ur_ref和utheta_ref输入至减法器105的另一输入端子。此处，作为目标值ur_ref和utheta_ref，将值“0”输入至减法器105的另一输入端子。例如，这些目标值ur_ref和utheta_ref作为包括在来自总体控制单元20的控制信息中的信息而被提供。不限于此，可以将这些目标值ur_ref和utheta_ref预先存储在包括在握持力控制单元10中的存储器等中。
减法器105向握持力生成单元100提供通过将输入至一个输入端子的指尖剪切位移量Δur从输入至另一输入端子的目标值ur_ref中减去而获得的值。
握持力生成单元100生成用于供机械手11握持对象300的握持力。更具体地，握持力生成单元100通过将从减法器105提供的值应用于上述式(5)的指尖剪切位移量ur来计算剪切力ft。此外，握持力生成单元100基于从减法器105提供的值和剪切力ft，根据上述式(5)来计算法向力fn。另外，握持力生成单元100类似地使用式(6)关于指尖旋转位移量utheta计算力矩n。
此处计算的法向力fn与指尖剪切位移量Δur对应，并且在下文中称为法向力Δfn。类似地，此处计算的力矩n与指尖旋转位移量Δutheta对应，并且在下文中称为力矩Δn。例如，握持力生成单元100根据法向力Δfn和力矩Δn生成握持力。更具体地，作为握持力，握持力生成单元100计算指示用于驱动设备30中包括的致动器的扭矩的扭矩信息τ0，该扭矩例如对应于法向力Δfn和力矩Δn。将由握持力生成单元100生成的扭矩信息τ0输入至加法器-减法器102的一个输入端子。
参考力生成单元101生成法向力fn和力矩n的初始值作为参考力。法向力fn和力矩n的初始值例如是当机械手11首次握持作为当前处理目标的对象300时的法向力fn和力矩n。在这种情况下，初始值是在手301的剪切力ft未施加到由机械手11握持的对象300的状态下的法向力fn和力矩n。参考力生成单元101根据法向力fn和力矩n生成参考力。更具体地，参考力生成单元101生成扭矩信息τ1作为参考力。
作为示例，参考力生成单元101是存储器，并且将在该状态下由握持力生成单元100生成的握持力(在该示例中为扭矩信息τ0)存储为参考力(在该示例中为扭矩信息τ1)。不限于此，参考力生成单元101可以将扭矩信息τ存储为参考力，该扭矩信息τ是稍后描述的驱动控制单元103用来驱动设备30的实际扭矩。将由参考力生成单元101生成(读取)的参考力输入至加法器-减法器102的另一输入端子。
加法器-减法器102将从参考力生成单元101输入的参考力和从握持力生成单元100输入的握持力相减或相加。将由加法器-减法器102执行的基于参考力和握持力的相加或相减的结果输出作为指示用于实际驱动设备30的握持力的信息。
此处，在将由机械手11握持的对象300传递(转移)到手301的情况下，加法器-减法器102从参考力减去握持力。另一方面，在机械手11从手301接收对象300的情况下，加法器-减法器102将握持力加到参考力。
可以使用例如加速度传感器110的传感器输出来确定机械手11是转移还是接收对象300。作为示例，握持力生成单元100基于加速度传感器110的传感器输出来检测重力Mg的方向。另外，握持力生成单元100基于指尖剪切位移量Δur的正或负来关于对象300检测机械手11中发生的滑移的方向。作为示例，可以设想，握持力生成单元100在滑移方向与重力Mg的方向一致的情况下，确定其为接收，并且在滑移方向与重力Mg的方向不一致(相反方向)的情况下，确定其为转移。
不限于此，还可以根据来自总体控制单元20的指令来获取机械手11是转移还是接收对象300。
将从加法器-减法器102输出的指示握持力的信息提供给驱动控制单元103。驱动控制单元103基于所提供的指示握持力的信息来生成用于驱动设备30的驱动控制信号。例如，驱动控制单元103例如基于从加法器-减法器102提供的指示握持力的信息，生成用于指示在驱动包括在设备30中的致动器时的扭矩的扭矩信息τ。驱动控制单元103基于所生成的扭矩信息τ来驱动设备30。
图7是示出根据实施例的机械手11的硬件配置的示例的框图。注意，在图7中，从机械手11的硬件配置中提取了控制系统的配置。在图7中，机械手11包括CPU 1000、ROM 1001、RAM 1002、驱动接口(I/F)1010、传感器I/F 1011和通信I/F 1012。
CPU 1000通过根据ROM 1001中存储的程序使用RAM 1002作为工作存储器来控制机械手11的整个操作。
驱动I/F 1010是驱动单元(例如设备30中包括的各种致动器)与CPU 1000之间的接口。CPU 1000将根据程序生成的驱动控制信号经由驱动I/F 1010发送至设备30。另外，设备30向驱动I/F 1010发送关于设备30的操作和状态的每条信息(例如指示设备30自身状态的状态信息)。驱动I/F 1010接收从设备30发送的每条信息，并且将信息传递至CPU 1000。
传感器I/F 1011是各种传感器31与CPU 1000之间的接口。传感器I/F接收从各种传感器31输出的传感器输出，并且将接收到的传感器输出传递至CPU 1000。
通信I/F 1012控制总体控制单元20与机械手11之间的通信。例如，将从总体控制单元20输出的控制信息经由通信I/F 1012发送至机械手11。也可以将从机械手11输出的信息经由通信I/F 1012发送至总体控制单元20。此外，可以将用于操作CPU 1000的程序的数据经由通信I/F 1012从总体控制单元20发送至机械手11。在机械手11中，CPU 1000可以在ROM 1001中存储经由通信I/F 1012从总体控制单元20接收的程序数据。因此，可以更新存储在ROM 1001中的程序。
用于实现上述图6中示出的握持力生成单元100、参考力生成单元101、加法器-减法器102、驱动控制单元103、计算单元104和减法器105的程序通过被存储在连接至诸如因特网的网络的计算机上并且经由网络下载来提供。另外，程序可以经由诸如因特网的网络来提供或分发。此外，程序可以通过作为可安装格式或可执行格式的文件被记录在计算机可读记录介质(例如致密盘(CD)、软盘(FD)或数字通用盘(DVD))中而被提供。
用于实现握持力生成单元100、参考力生成单元101、加法器-减法器102、驱动控制单元103、计算单元104和减法器105的每个程序具有包括例如握持力生成单元100、参考力生成单元101、加法器-减法器102、驱动控制单元103、计算单元104和减法器105的模块配置。作为实际的硬件，当CPU 1000从诸如ROM 1001的存储介质中读取每个程序并且执行该程序时，将上述单元或部件中的每一个加载在诸如RAM 1002的主存储装置上，并且在主存储装置上生成这些单元或部件中的每一个。
2-4.根据实施例的转移操作的控制
接下来，将更具体地描述根据实施例的将对象300从机械手11传递至手301的转移操作的控制。图8是示意性地示出根据实施例的转移操作的控制的示例的流程图。
假定在根据图8的流程图的处理开始之前，机械手11垂直地(在平行于重力Mg的方向上)握持对象300。在这种状态下，将考虑下述情况：手301例如在与重力Mg的方向相反的方向上上拉对象300，并且从机械手11接收对象。
握持力控制单元10在各个指尖部处持续地观察手指部13a和13b的滑移(步骤S10)。更具体地，握持力控制单元10持续地观察作为指示滑移的信息的指尖剪切位移量Δur和指尖旋转位移量Δutheta与目标值ur_ref和utheta_ref之间的差，并且检测滑移。
在下文中，为了便于说明，除非另外指出，否则将指尖剪切位移量Δur与目标值ur_ref(＝0)之间的差设置为指尖剪切位移量Δur。类似地，除非另外指出，否则将指尖旋转位移量Δutheta与目标值utheta_ref(＝0)之间的差设置为指尖旋转位移量utheta。
握持力控制单元10基于滑移检测结果来检测转移操作的触发(步骤S11)。在下一步骤S12中，握持力控制单元10控制将对象300传递至手301的转移操作中的握持力。在下一步骤S13中，握持力控制单元10检查是否已经通过在步骤S12中握持力的控制使转移操作稳定。当确认转移操作的稳定性时，握持力控制单元10释放机械手11。因此，将由机械手11握持的对象300传递至手301，并且转移操作完成。
图9是示出根据实施例的转移操作的触发检测操作的示例的流程图。根据图9的流程图的处理对应于图8中的步骤S11的处理。
在图9中，在步骤S110中，握持力控制单元10确定检测到的滑移是否是由干扰产生的滑移。
作为示例，握持力控制单元10可以检测滑移速度并且基于滑移速度来确定滑移是否是由干扰产生的滑移。在该确定中，例如，在指尖剪切位移量Δur超过另一阈值的情况下，可以确定检测到的滑移是由于干扰引起的滑移，其中该另一阈值被设置为相对于在执行滑移检测的情况下的上述阈值作为绝对值更大的值。
作为另一示例，握持力控制单元10可以通过使用机器学习(例如长短期记忆(LSTM))来确定检测到的滑移是否是由于干扰引起的滑移。在这种情况下，可以设想经由使用学习数据来执行确定，该学习数据是通过下述方式获得的：输入基于触觉传感器15的输出而获取的位置信息的时序数据，并且学习是否存在干扰作为输出数据。
当握持力控制单元10确定检测到的滑移是由干扰产生的滑移时(步骤S110，“是”)，处理返回至步骤S110。另一方面，当握持力控制单元10确定检测到的滑移不是由干扰产生的滑移时(步骤S110，“否”)，处理进行到步骤S111。
在步骤S111中，握持力控制单元10检测重力Mg的方向。可以基于加速度传感器110的传感器输出来检测重力Mg的方向。不限于此，可以通过基于例如机械手11的移动和旋转的操作的历史预测机械手11的当前姿态来检测重力Mg的方向。
在下一步骤S112中，握持力控制单元10确定是否已经检测到在与步骤S111中检测到的重力Mg的方向不同的方向上的滑移。例如，在指尖剪切位移量Δur的绝对值超过阈值的情况下，握持力控制单元10确定已经检测到滑移。此外，在已经检测到滑移的情况下，握持力控制单元10基于指尖剪切位移量Δur的值的正或负来确定滑移的方向是否为与重力Mg的方向不同的方向。
当确定未检测到与重力Mg的方向不同的滑移时(步骤S112，“否”)，握持力控制单元10使处理返回至步骤S112。另一方面，当确定检测到在与重力Mg的方向不同的方向上的滑移时，握持力控制单元10确定检测到转移操作的触发，并且结束根据图9的流程图的一系列处理。然后，处理进行到图8中步骤S12的处理。
图10是示出根据实施例的控制转移握持力的操作的示例的流程图。根据图10的流程图的处理对应于图8中的步骤S12的处理。
在步骤S120中，握持力控制单元10基于滑移检测结果减小握持力。例如，当指尖剪切位移量Δur和指尖旋转位移量Δutheta(每个绝对值)中的至少一个具有绝对值超过0的值时，握持力控制单元10使机械手11的握持力(法向力fnR)减小预定量。
也就是说，在该示例中，手301在与重力Mg的方向相反的方向上上拉对象300，以从机械手11接收对象300。在这种情况下，认为机械手11与对象300之间产生的滑移指示例如下述状态：当手301试图上拉由机械手11握持的对象300时，手301感觉到对对象300的上拉的轻微阻力。
当在步骤S120中将握持力减小预定量时，握持力控制单元10结束根据图10中的流程图的一系列处理，并且将处理转移到图8中的步骤S13。
图11是示出根据实施例的转移操作的稳定性确认的操作的示例的流程图。根据图11的流程图的处理对应于图8中的步骤S13的处理。
在步骤S130中，握持力控制单元10将握持力(法向力fnR)减小预定量。例如，可以设想，此时握持力减小的程度小于上述图10中步骤S120中的减小的程度。在下一步骤S131中，握持力控制单元10以与上述图10中的步骤S120类似的方式确定是否已经发生滑移。
在步骤S131中，在上述图10的流程图中的步骤S120中减小握持力之后，在步骤S130中进一步减小握持力的状态下确定滑移。因此，由于机械手11的握持力不能抵抗通过将手301的剪切力ftH和作用在与剪切力ftH相反的方向上的重力Mg进行组合而获得的、重力Mg方向上的力，所以发生这种滑移。
当确定滑移已经发生时(步骤S131，“是”)，握持力控制单元10将处理转移到步骤S132，以使机械手11的握持力(法向力fnR)返回到原来的值。例如，握持力控制单元10使握持力返回到紧接在步骤S130之前的状态。当在步骤S132中恢复了握持力时，握持力控制单元10使处理返回至步骤S130。
另一方面，当在步骤S131中确定未发生滑移时(步骤S131，“否”)，握持力控制单元10结束根据图11的流程图的一系列处理。然后，握持力控制单元10将处理转移到图8的流程图中的步骤S14，以释放机械手11。
如上所述，在实施例中，机械手11检测握持对象300的指尖部处的滑移，并且基于检测到的滑移来控制用于握持对象300的握持力。此时，在实施例中，由于滑移是由设置在指尖部处的触觉传感器15检测到的，因此可以检测到外力的微小变化，并且可以实现对象300从机械手11到手301的更自然的转移。
此外，在实施例中，通过使用设置在机械手11的指尖部处的触觉传感器15，可以容易地区分检测到的外力是施加到机械手11的外力还是施加到由机械手11握持的对象300的外力。因此，可以实现对外力具有高鲁棒性的对象的转移。
此外，在实施例中，可以在根据由设置在机械手11的指尖部处的触觉传感器15检测到的滑移来反馈施加到对象300的外力的情况下，适当地减小握持力(释放力)。因此，可以避免以下情况：由于向待转移的对象300施加过度的力而损坏对象300、由于太小的力不能握持住对象300而使对象300掉落等。
2-5.根据实施例的在任意转移方向上的操作
在上面的描述中，已经描述了在机械手11的剪切力的方向与重力Mg的方向一致的情况下的转移控制。不限于此，根据实施例的转移控制在任意方向上建立。在下文中，将描述以下转移控制：(1)机械手11的剪切力ft的方向与重力Mg的方向一致的情况下的转移控制，以及(2)机械手11的剪切力ft的方向与重力Mg的方向不一致的情况下的转移控制。
注意，尽管细节将在稍后描述，但为了在任意握持姿态下建立法向力fn的方向上的力的平衡，除了上述握持力的控制之外，优选地施加位置限制。
首先，将描述(1)中的机械手11的剪切力ft的方向与重力Mg的方向一致的情况下的转移控制。图12A和图12B是示意性地示出机械手11的剪切力ft的方向与重力Mg的方向一致的情况的示例的图。换言之，在图12A和图12B中，机械手11的法向力fnR的方向和手301握持对象300时的法向力fnH垂直于重力Mg的方向。
在图12A的示例中，类似于上面的描述，类似于上面的描述，机械手11的手指部13a和13b在垂直方向上握持对象300。当手301在图中向上的方向上上拉对象300时，执行从机械手11到手301的对象300的转移。此外，在图12B的示例中，手301向图中右斜上方上拉对象300，使得机械手11从图中左斜上方握持对象300。当手301向图中右斜上方上拉对象300时，执行从机械手11到手301的对象300的转移。
观察在手301的剪切力ΔftH作为外力施加在对象300上的情况下的指尖剪切位移量Δur。然后，考虑防止产生指尖剪切位移量Δur所必需的机器人的机械手11的法向力ΔfnR减弱的情况。在这种情况下，机械手11的剪切力ftR由下式(8)表达。
Figure BDA0003471414170000191
此处，假定手301产生下述的握持力(法向力)ΔfnH，该握持力(法向力)ΔfnH仅产生施加到对象300的外力ΔftH并且满足下式(9)。在这种情况下，假定也可以在重力Mg的方向上产生满足下式(10)并且等于剪切力ΔftH的力ΔfgH。
μHΔfnH≥ΔftH …(9)
μHΔfnH≥ΔfgH …(10)
此时，由下式(11)表达手301的剪切力ftH。
Figure BDA0003471414170000192
将式(8)和式(11)代入上述式(3)并且考虑力平衡，确认如下式(12)所示，维持了剪切方向上的力平衡。
Figure BDA0003471414170000193
注意，法向力方向上的力的平衡被各个手指所施加的力抵消，并且此处将省略其描述。
接下来，将描述(2)中的机械手11的剪切力ft的方向与重力Mg的方向不一致的情况下的转移控制。图13A和图13B是示意性地示出机械手11的剪切力ft的方向与重力Mg的方向不一致的情况的示例的图。
在图13A中，机械手11的法向力fnR和手301握持对象300时的法向力fnH的方向与重力Mg的方向一致。当手301在图中水平方向上拉动对象300时，执行从机械手11到手301的对象300的转移。另一方面，在图13B中，法向力fnR和fnH的方向相对于重力Mg的方向具有角度(≠0°)。当手301向图中右斜上方拉动对象300时，执行从机械手11到手301的对象300的转移。
此处，为了说明，将描述图13A所示的状态作为示例。
观察在手301的剪切力ftH作为外力施加在对象300上的情况下的指尖剪切位移量Δur。然后，考虑防止产生指尖剪切位移量Δur所必需的机器人的机械手11的法向力ΔfnR减弱的情况。在这种情况下，机械手11的法向力fnR和剪切力ftR分别由下式(13)和式(14)表达。
Figure BDA0003471414170000201
Figure BDA0003471414170000202
此时，人的法向力fnH和剪切力ftH分别下式(15)和式(16)表达。
Figure BDA0003471414170000203
Figure BDA0003471414170000204
当将式(13)至式(16)代入上述式(3)并且考虑力平衡时，分别得到下式(17)和式(18)。注意，在式(17)末尾的“0(？)”指示不知道是否得到值“0”作为式(17)的结果。
Figure BDA0003471414170000211
Figure BDA0003471414170000212
在这种情况下，机械手11的法向力ΔfnR和手301的法向力ΔfnH分别产生满足下式(19)和式(20)的握持力。
μRΔfnR≥ftH …(19)
μH△fnH≥ftH …(20)
然而，不能保证机械手11的法向力ΔfnR等于手301的法向力ΔfnH(ΔfnR＝ΔfnH)。如果摩擦系数彼此一致(μR＝μH)，并且机械手11和手301可以紧在对象300滑出之前用力握持住对象300，则建立法向方向上的力的平衡。然而，可以理解，除非满足这些摩擦系数的一致性并且满足机械手11和手301紧在对象300滑出之前用力握持，否则式(17)的右侧＝0是不成立的。
注意，确认建立了剪切方向上的力的平衡，如上述式(18)所指示的那样。
如上所述，取决于机械手11的握持姿态，机械手11的剪切力ftR的方向可能与重力Mg的方向不一致。在这种情况下，可以看出建立剪切方向上的力平衡，但是不能保证建立法向方向上的力平衡。
未建立法向方向上的力的平衡的情况的示例包括机械手11与对象300之间的摩擦系数μR大于手301的手指与对象300之间的摩擦系数μH(μR>μH)的情况。在这种情况下，机械手11的握持力(法向力)ΔfnR变得小于手301的握持力ΔfnH(ΔfnR<ΔfnH)。在这种情况下，由机械手11和手301提供的力相对于对象300的重量增加，并且对象300在与重力Mg相反的方向上移动。这意味着机械手11的手指的位置之间的偏差δ增加，如下式(21)所示。如图14示意性地示出的那样，位置偏差δ与手指部13a和13b相对于对称中心C的张开的程度θa和θb之间的差对应。
Figure BDA0003471414170000221
因此，除了该算法的力控制之外，还应用位置控制，使得机械手11的手指部13a与手指部13b之间的位置偏差δ变为0。这使得可以实现剪切方向上的力的平衡以及法向方向上的力的平衡二者。
当机械手11将对象300转移至手301时，可以根据触觉传感器15获得的机械手11的握持位置在某种程度上估计手301从哪个方向接收对象300。然而，严格地说，直到手301开始接收操作，才知道手301从哪个方向接收。在根据实施例的转移控制中，如上所述，在任意方向上的转移操作是可能的，并且可以实现更灵活的转移操作。
2-6.根据实施例的控制的应用示例
注意，在以上描述中，根据实施例的控制已经被描述为应用于对象300的转移，但是其不限于该示例。作为根据实施例的控制的应用示例，还可以将控制应用于需要释放力的地板放置操作。
作为地板放置操作的控制方法，与转移操作不同，可以设想通过现有方法来应用简单的控制方法，在该现有方法中确定与对象300的重量等同的阈值并且减小握持力。然而，在现有方法的控制中，待握持的对象300被限制为刚性体。在待握持的对称对象300是通过施加过大的力而变形或损坏的柔性对象的情况下，可以通过根据实施例施加握持力的控制使得考虑到外力的大小而建立力的平衡和力矩的平衡，来避免对象本身在被放置在地板上时被损坏。
3.实施例的第一修改
接下来，将描述实施例的第一修改。在上述实施例中，将根据本公开的控制应用于将由机械手11握持的对象300传递至手301的转移操作。在实施例的第一修改中，将根据本公开的控制应用于机械手11从手301接收对象300的接收操作。
图15是示意性示出根据实施例的第一修改的接收操作的控制的示例的流程图。此处，为了说明，在机械手11中，预先控制手指部13a和13b的位置，使得待接收的对象300与设置在手指部13a和13b中的每一个的指尖部处的弹性体14接触。在这种状态下，将考虑下述情况：手301例如在手指部13a的指尖部与手指部13b的指尖部之间滑动对象300，以将对象300传递至机械手11。
握持力控制单元10持续地观察手指部13a和13b的各个指尖部处的滑移(步骤S20)。当基于滑移检测结果检测到转移操作的触发时(步骤S21)，握持力控制单元10将处理转移至下一步骤S22并且开始对象300的接收操作。
在步骤S21的处理中，例如，类似于参照图9的流程图描述的控制，握持力控制单元10使用滑移速度和机器学习来确定检测到的滑移是否是由干扰产生的滑移。在确定检测到的滑移不是由干扰产生的滑移的情况下，握持力控制单元10检测重力Mg的方向。然后，握持力控制单元10确定是否已经检测到在与检测到的重力Mg的方向相同的方向上的滑移。在确定已经检测到在与重力Mg的方向相同的方向上的滑移的情况下，握持力控制单元10确定已经检测到接收操作的触发，并且将处理转移到步骤S22。
在步骤S23中，握持力控制单元10略微减小握持力以产生滑移。在下一步骤S24中，握持力控制单元10确定是否已经检测到滑移。当握持力控制单元10确定已经检测到滑移时(步骤S24，“是”)，处理进行至步骤S25。
在步骤S25中，握持力控制单元10略微增加握持力。例如，握持力控制单元10将握持力增加比步骤S23中握持力减小的程度略微小的程度。当在步骤S25中增加了握持力时，握持力控制单元10使处理返回至步骤S23。
另一方面，当握持力控制单元10确定在步骤S24中未检测到滑移时(步骤S24，“否”)，处理进行至步骤S26，并且认为完成从手301接收对象300。
如上所述，在实施例的第一修改中，机械手11检测握持对象300的指尖部处的滑移，并且基于检测到的滑移来控制用于握持对象300的握持力。此时，在实施例中，由于滑移是由设置在指尖部处的触觉传感器15检测的，因此可以检测外力的微小变化，并且可以通过更自然的操作来实现机械手11从手301接收对象300的操作。
4.实施例的第二修改
接下来，将描述实施例的第二修改。在实施例的第二修改中，除了触觉传感器15之外，还使用检测视觉信息的图像传感器来控制转移操作。
图16是示意性地示出应用根据实施例的第二修改的机械手11’的机器人装置1的配置的框图。在图16中，通过将图像传感器32和图像处理单元33添加至根据参照图5描述的实施例的机械手11来获得机械手11’。
图像传感器32包括通用图像传感器(例如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器或电荷耦合器件(CCD)图像传感器)、以及驱动图像传感器的驱动电路。例如，图像传感器32被布置成使得至少机械手11的手指部13a和13b的指尖部被包括在成像范围中。从图像传感器32输出的捕获图像数据被提供给图像处理单元33。
图像处理单元33对从图像传感器32提供的捕获图像数据执行预定的图像处理。例如，图像处理单元33执行识别捕获图像数据中包括的预定对象的图像识别处理。图像处理单元33将对捕获图像数据执行图像处理的结果提供给例如握持力控制单元10。
作为示例，握持力控制单元10基于通过图像处理单元33的图像处理的由图像传感器32获取的视觉信息(在该示例中为捕获图像数据)来检测对象300的转移的状态以及关于转移对方的信息。握持力控制单元10将基于视觉信息检测到的信息进行组合，并且例如执行控制以将在转移操作中要减小的握持力乘以可变参数。例如，在小孩在不稳定的情况下接收对象300的情况下，可以通过应用用于使要减小的握持力减小的可变参数来提供用于力平衡和力矩平衡的余量。关于可变参数的设置，例如，可以设想以下方法：在图像处理单元33中，使用以视觉信息作为输入并且以转移的安全性作为输出的机器学习。
图像处理单元33将所设置的可变参数作为图像处理的结果提供给握持力控制单元10。可以基于图像处理单元33的输出来在握持力控制单元10中设置可变参数。
另外，通过根据由图像传感器32获取的视觉信息预先预测转移对方接收对象300的方向，并且将该方向与滑移方向匹配，可以通过进一步利用滑移方向来控制握持力。例如，在基于视觉信息已知手301通过转移接收对象300的方向是垂直向下方向的情况下，可以通过仅关于垂直向下方向上的滑移减小握持力来提高鲁棒性。
此外，将可以基于视觉信息获取的场景或用户信息与图8中的步骤S11中的转移操作触发检测处理相组合地使用，使得可以更鲁棒地检测转移操作触发。例如，可以基于视觉信息识别出手301正在接近机械手11，并且可以在手301正接近预定距离内的情况下确定检测到转移操作的触发。
不限于此，还可以除了视觉信息之外使用听觉信息来获取场景或用户信息，并且基于所获取的信息来检测转移操作的触发。例如，通过进一步将麦克风以及对从麦克风输出的语音信号执行语音处理的语音处理单元添加至图16的配置来获取听觉信息。将语音处理单元的输出提供给握持力控制单元10。语音处理单元基于由麦克风收集的声音来分析语音信号，获取例如话语的含义，并且可以确定话语的内容是否是请求将对象300从机械手11转移至手301的内容。
此外，可以根据视觉信息和听觉信息来预测手301接收对象300的方向。通过将所预测的接收方向与滑移方向匹配，可以更鲁棒地检测接收操作的触发。例如，在已知执行手301的接收的方向是垂直向下方向的情况下，甚至在检测到在与重力Mg的方向相同的方向上的滑移的情况下，也可以确定检测到接收操作触发。
如上所述，通过将触觉传感器15的检测结果与视觉信息或听觉信息进行组合来执行转移操作和接收操作的触发检测，可以实现具有更高鲁棒性的触发检测。
5.实施例的第三修改
接下来，将描述实施例的第三修改。实施例的第三修改是下述示例：作为图5中的各种传感器31，除了触觉传感器15之外，还将力传感器设置在例如机械手11的腕部12上，并且使用触觉传感器15和力传感器的传感器输出来控制转移操作。
握持力控制单元10使用设置在腕部12上的力传感器的传感器输出以及设置在手指部13a和13b中的每一个的指尖部上的每个触觉传感器15的传感器输出。这使得可以在施加到机械手11的外力和施加到由机械手11握持的对象300的外力之间进行区分。作为示例，可以设想对力传感器的传感器输出执行阈值确定，并且在力传感器中检测到超过阈值的力的情况下确定外力施加到机械手11本身。
因此，当施加拉动机械手11的外力时，可以执行不释放被握持的对象300的情况下在拉动方向上移动机械手11(或机器人装置1)的控制。此外，在对象300被拉动的情况下，可以将机械手11(或机器人装置1)控制为在不移动的情况下转移对象300。
注意，本说明书中描述的效果仅是示例而非限制的，并且可以提供其他效果。
6.其他配置
注意，本技术还可以具有以下配置。
(1)一种控制装置，包括：
滑移检测单元，其检测由握持部握持的目标对象的滑移；以及
控制单元，其基于由所述滑移检测单元检测到的滑移来控制所述握持部用来握持所述目标对象的握持力，
其中，所述控制单元基于由所述滑移检测单元检测到的滑移来估计施加到由所述握持部握持的所述目标对象的外力，并且基于所估计的外力来控制所述握持力。
(2)根据上述(1)所述的控制装置，其中
所述滑移检测单元检测相对于所述握持部产生的剪切位移量作为所述滑移，并且
所述控制单元基于所述剪切位移量来估计所述外力。
(3)根据上述(1)所述的控制装置，其中
所述控制单元还基于由所述滑移检测单元检测到的滑移来估计施加到由所述握持部握持的所述目标对象的力矩，并且还通过使用所估计的力矩来控制所述握持力。
(4)根据上述(3)所述的控制装置，其中
所述滑移检测单元检测相对于所述握持部产生的旋转位移量作为所述滑移，并且
所述控制单元基于所述旋转位移量来估计所述力矩。
(5)根据上述(1)至(4)中任一项所述的控制装置，其中，所述握持部包括：
弹性体，其与所述目标对象接触并且对所述目标对象产生摩擦力；以及
传感器，其根据所述摩擦力检测所述弹性体中产生的力，并且
所述滑移检测单元基于所述传感器的检测输出来检测所述滑移。
(6)根据上述(5)所述的控制装置，其中
所述传感器是检测二维表面上的压力分布的压力分布传感器，并且
所述滑移检测单元基于由所述压力分布传感器检测的压力分布的中心位置的移动来检测所述滑移。
(7)根据上述(1)至(6)中任一项所述的控制装置，其中
在由所述滑移检测单元检测到的滑移不是由干扰产生的滑移、并且是在与重力方向不同的方向上的滑移的情况下，所述控制单元控制用于转移由所述握持部握持的所述目标对象的握持力。
(8)根据上述(7)所述的控制装置，其中
所述控制单元根据由所述滑移检测单元检测到的滑移来执行减小用于握持所述目标对象的握持力的控制。
(9)根据上述(8)所述的控制装置，其中
所述控制单元还执行减小所述握持部用来握持所述目标对象的握持力的控制，并且在所述滑移检测单元检测到预定水平或预定水平以上的滑移时执行使所述握持力返回到紧接在该控制之前的握持力的控制。
(10)根据上述(1)至(9)中任一项所述的控制装置，其中
所述控制单元基于至少包括所述握持部的范围中的视觉信息以及由所述滑移检测单元检测到的滑移来执行对所述握持力的控制。
(11)根据上述(10)所述的控制装置，其中
所述控制单元基于所述视觉信息预测所述握持部转移所述目标对象的方向，并且根据所预测的方向执行对所述握持力的控制。
(12)根据上述(1)至(11)中任一项所述的控制装置，其中
所述控制单元还通过使用在保持所述握持部的保持部处检测到的力的检测结果来执行对所述握持力的控制。
(13)一种控制方法，包括：
滑移检测步骤，其通过滑移检测单元检测由握持部握持的目标对象的滑移；以及
控制步骤，其通过控制单元基于在所述滑移检测步骤中检测到的滑移，控制所述握持部用来握持所述目标对象的握持力，其中
所述控制步骤包括：基于在所述滑移检测步骤中检测到的滑移来估计施加到由所述握持部握持的所述目标对象的外力，以及基于所估计的外力来控制所述握持力。
(14)一种使处理器执行以下步骤的控制程序：
滑移检测步骤，其检测由握持部握持的目标对象的滑移；以及
控制步骤，其基于在所述滑移检测步骤中检测到的滑移来控制所述握持部用来握持所述目标对象的握持力，其中
所述控制步骤包括：基于在所述滑移检测步骤中检测到的滑移来估计施加到由所述握持部握持的所述目标对象的外力，以及基于所估计的外力来控制所述握持力。
附图标记列表
1机器人装置
10握持力控制单元
11机械手
12腕部
13a、13b手指部
14弹性体
15触觉传感器
20总体控制器
30设备
31各种传感器
32图像传感器
33图像处理单元
100握持力生成单元
101参考力生成单元
102加法器-减法器
103驱动控制单元
104计算单元
105减法器
110加速度传感器
300对象
301手
1000 CPU

Claims (14)

1.一种控制装置，包括：
滑移检测单元，其检测由握持部握持的目标对象的滑移；以及
控制单元，其基于由所述滑移检测单元检测到的滑移来控制所述握持部用来握持所述目标对象的握持力，
其中，所述控制单元基于由所述滑移检测单元检测到的滑移来估计施加到由所述握持部握持的所述目标对象的外力，并且基于所估计的外力来控制所述握持力。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中
所述滑移检测单元检测相对于所述握持部产生的剪切位移量作为所述滑移，并且
所述控制单元基于所述剪切位移量来估计所述外力。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其中
所述控制单元还基于由所述滑移检测单元检测到的滑移来估计施加到由所述握持部握持的所述目标对象的力矩，并且还通过使用所估计的力矩来控制所述握持力。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其中
所述滑移检测单元检测相对于所述握持部产生的旋转位移量作为所述滑移，并且
所述控制单元基于所述旋转位移量来估计所述力矩。
5.根据权利要求1所述的控制装置，其中，所述握持部包括：
弹性体，其与所述目标对象接触并且对所述目标对象产生摩擦力；以及
传感器，其根据所述摩擦力检测所述弹性体中产生的力，并且
所述滑移检测单元基于所述传感器的检测输出来检测所述滑移。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其中
所述传感器是检测二维表面上的压力分布的压力分布传感器，并且
所述滑移检测单元基于由所述压力分布传感器检测的压力分布的中心位置的移动来检测所述滑移。
7.根据权利要求1所述的控制装置，其中
在由所述滑移检测单元检测到的滑移不是由干扰产生的滑移、并且是在与重力方向不同的方向上的滑移的情况下，所述控制单元控制用于转移由所述握持部握持的所述目标对象的握持力。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其中
所述控制单元根据由所述滑移检测单元检测到的滑移来执行减小用于握持所述目标对象的握持力的控制。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其中
所述控制单元还执行减小所述握持部用来握持所述目标对象的握持力的控制，并且在所述滑移检测单元检测到预定水平或预定水平以上的滑移时执行使所述握持力返回到紧接在该控制之前的握持力的控制。
10.根据权利要求1所述的控制装置，其中
所述控制单元基于至少包括所述握持部的范围中的视觉信息以及由所述滑移检测单元检测到的滑移来执行对所述握持力的控制。
11.根据权利要求10所述的控制装置，其中
所述控制单元基于所述视觉信息预测所述握持部转移所述目标对象的方向，并且根据所预测的方向执行对所述握持力的控制。
12.根据权利要求1所述的控制装置，其中
所述控制单元还通过使用在保持所述握持部的保持部处检测到的力的检测结果来执行对所述握持力的控制。
13.一种控制方法，包括：
滑移检测步骤，其通过滑移检测单元检测由握持部握持的目标对象的滑移；以及
控制步骤，其通过控制单元基于在所述滑移检测步骤中检测到的滑移，控制所述握持部用来握持所述目标对象的握持力，其中
所述控制步骤包括：基于在所述滑移检测步骤中检测到的滑移来估计施加到由所述握持部握持的所述目标对象的外力，以及基于所估计的外力来控制所述握持力。
14.一种使处理器执行以下步骤的控制程序：
滑移检测步骤，其检测由握持部握持的目标对象的滑移；以及
控制步骤，其基于在所述滑移检测步骤中检测到的滑移来控制所述握持部用来握持所述目标对象的握持力，其中
所述控制步骤包括：基于在所述滑移检测步骤中检测到的滑移来估计施加到由所述握持部握持的所述目标对象的外力，以及基于所估计的外力来控制所述握持力。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7458818B2 (ja) * 2020-02-21 2024-04-01 キヤノン株式会社 ロボット装置、インタフェース装置、制御装置、エンドエフェクタ、制御方法、ロボット装置を用いた物品の製造方法、プログラム及び記録媒体
JP7415775B2 (ja) 2020-04-30 2024-01-17 トヨタ自動車株式会社 ロボット
IT202100008006A1 (it) * 2021-03-31 2022-10-01 Fondazione St Italiano Tecnologia Metodo di controllo di una pinza di presa

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004167674A (ja) * 2002-10-29 2004-06-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd ロボット把持制御装置及びロボット把持制御方法
JP2005219161A (ja) * 2004-02-05 2005-08-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd ロボット把持制御装置及びロボット把持制御システム
WO2006030570A1 (ja) * 2004-09-14 2006-03-23 National University Corporation Nara Institute Ofscience And Technology 接触センサ、把持装置及び滑り余裕計測方法
CN1757490A (zh) * 2004-10-08 2006-04-12 发那科株式会社 把持型机械手
US20090031825A1 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Takeo Kishida Detecting device
CN108942917A (zh) * 2017-05-18 2018-12-07 佳能株式会社 机器人手、机器人装置、机器人手的控制方法和存储介质

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5187552B2 (ja) * 2007-09-13 2013-04-24 ソニー株式会社 制御装置および方法、プログラム並びに記録媒体
JP6827381B2 (ja) * 2017-07-12 2021-02-10 株式会社日立製作所 滑り検出システム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004167674A (ja) * 2002-10-29 2004-06-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd ロボット把持制御装置及びロボット把持制御方法
JP2005219161A (ja) * 2004-02-05 2005-08-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd ロボット把持制御装置及びロボット把持制御システム
WO2006030570A1 (ja) * 2004-09-14 2006-03-23 National University Corporation Nara Institute Ofscience And Technology 接触センサ、把持装置及び滑り余裕計測方法
CN1757490A (zh) * 2004-10-08 2006-04-12 发那科株式会社 把持型机械手
US20090031825A1 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Takeo Kishida Detecting device
CN108942917A (zh) * 2017-05-18 2018-12-07 佳能株式会社 机器人手、机器人装置、机器人手的控制方法和存储介质

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