CN116113523A - 信息处理装置、信息处理方法和程序 - Google Patents
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Abstract
本技术涉及使得能够更平稳地放置被抓握对象的信息处理装置、信息处理方法和程序。根据本技术的一方面的信息处理装置检测在由构成抓握单元的手指部抓握的对象上产生的滑移，以及基于对象上产生的滑移来估计施加至对象的外力和外力矩。此外，信息处理装置基于所估计的外力和外力矩来控制手臂部的操作，并且调整手臂部所设置有的构成抓握单元的手指部的位置和姿势中的至少一者。本技术能够应用于机械手控制装置。
Description
技术领域
本技术特别涉及信息处理装置、信息处理方法和程序，利用该信息处理装置、信息处理方法和程序能够更平稳地放置被抓握的对象。
背景技术
已经提出了各种技术作为用于利用机械手来抓握对象并平稳地放置对象的技术。
例如，专利文献1公开了将工件转移到目标位置附近、然后通过减少手部的抓握力使工件掉落在平坦表面上并且将工件与该平坦表面对齐的技术。当工件掉落到平坦表面上时，使用滑移传感器来检测滑移并且调整抓握力，使得工件的滑移量等于或小于预设的阈值。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特许公开第2012-206206号。
专利文献2：日本专利申请特许公开第2009-255191号。
专利文献3：日本专利申请特许公开第2007-276112号。
发明内容
本发明要解决的问题
在专利文献1描述的技术中，需要针对每个对象预先设置滑移量的阈值，因此，难以将该技术应用于未知对象。此外，由于工件在重力作用下掉落，因此可能对工件施加过大冲击。
鉴于这样的情况而做出本技术，并且本技术的目的是更平稳地放置被抓握对象。
问题的解决方案
根据本技术的一方面的信息处理装置包括：滑移检测单元，其检测在由构成抓握部的手指部抓握的对象中产生的滑移；估计单元，其基于对象中产生的滑移来估计施加至对象的外力和外力矩；以及手臂控制单元，其基于所估计的外力和外力矩来控制手臂部的操作，以调整设置在手臂部中的构成抓握部的手指部的位置或者姿势中的至少一者。
在本技术的一方面中，检测在由构成抓握部的手指部抓握的对象中产生的滑移，并且基于对象中产生的滑移来估计施加至对象的外力和外力矩。此外，基于所估计的外力和外力矩来控制手臂部的操作，以调整设置在手臂部中的构成抓握部的手指部的位置或姿势中的至少一者。
附图说明
图1是示出根据本技术的实施方式的机械手的外观的图。
图2是示出指尖部的一部分的放大视图。
图3是示出用指尖部进行抓握的状态的图。
图4是示出附接有手部的机器人的外观的示例的图。
图5是示出放置被抓握对象的状态的图。
图6是示出作用于对象的力的图。
图7是示出用于描述赫兹(Hertz)接触理论的模型的图。
图8是示出外力作用于对象的情况的示例的图。
图9是示出信息处理装置的配置示例的框图。
图10是用于描述抓握力控制和手臂控制处理的流程图。
图11是示出在图10中的步骤S4中执行的抓握力控制处理的流程图。
图12是示出在图10中的步骤S5中执行的手臂控制处理的流程图。
图13是示出接触部的布置示例的图。
图14是示出接触部的状态变化的图。
图15是示出抓握姿势的变化的示例的图。
图16是示出抓握姿势的调整的示例的图。
图17是示出信息处理装置的另一配置示例的框图。
图18是示出尖端姿势转动轴计算单元的配置示例的框图。
图19是示出尖端姿势转动轴计算单元的另一配置示例的框图。
图20是示出控制系统的配置示例的框图。
图21是示出计算机的配置示例的框图。
具体实施方式
下文将描述用于执行本技术的实施方式。描述将按照以下顺序给出。
1.机械手的配置
2.未知对象的放置
3.利用滑移检测来估计外力和外力矩
4.信息处理装置的配置
5.信息处理装置的操作
6.指尖转动位移量Δutheta的计算
7.修改例
8.其他示例
<机械手的配置>
图1是示出根据本技术的实施方式的机械手的外观的图。
如图1所示，作为根据本技术的实施方式的机械手的手部1是具有两个手指的抓握器型抓握部。构成两个手指的手指部12A和手指部12B附接至基部11。基部11用作用于支承多个手指部12的支承件。
手指部12A是通过将构件21A和构件22A连接而获得的，构件21A和构件22A中的每一个都是具有预定厚度的板状构件。构件22A安装在与基部11附接的构件21A的尖端侧。基部11与构件21A之间的连接部以及构件21A与构件22A之间的连接部各自具有预定移动范围。充当与待抓握对象的接触部的接触部23A设置在构件22A内侧。构件22A和接触部23A构成指尖部31A。
手指部12B同样具有与手指部12A的配置类似的配置。构件22B安装在附接至基部11的构件21B的尖端侧。基部11与构件21B之间的连接部以及构件21B与构件22B之间的连接部各自具有预定移动范围。接触部23B设置在构件22B内侧。构件22B和接触部23B构成指尖部31B。
在下文中，在不必区分手指部12A和手指部12B的情况下，根据需要将它们统称为手指部12。也将根据需要共同地描述其他成对设置的配置。
图2是示出指尖部31的一部分的放大视图。图2的A示出了指尖部31的侧表面，并且图2的B示出了指尖部31的前表面(内表面)。
如用网纹所示出的，触觉传感器24设置在接触部23下方。例如，将能够检测接触部23的各位置处的压力的压力分布传感器用作触觉传感器24。
接触部23包括弹性材料例如橡胶，并且包括半球形柔软可变形层。
指尖部31A和指尖部31B具有平行链接机构。驱动指尖部31A和指尖部31B使得内表面保持平行。如图3所示，作为被抓握对象的对象O被抓握成处于指尖部31A侧的接触部23A与指尖部31B侧的接触部23B之间，指尖部31A和31B被布置成使得其内表面彼此平行。
接触部23包括弹性材料，使得与对象O接触的接触部23随着施加于对象O的重力等而变形，如稍后将详细描述的。
图4是示出附接有手部1的机器人的外观的示例的图。
如图4所示，附接有手部1的机器人41是具有人形上身和利用轮子的移动机构的机器人。具有扁平球形形状的头部52设置在身体51上。在头部52的前部设置有包括RGB摄像机等的视觉传感器52A。
作为具有多个自由度的操纵器的手臂部2L和2R附接至身体51的上端。作为末端执行器的手部1L和1R分别附接至手臂部2L和2R的远端。手部1L是充当机器人41的左手的手部1，并且手部1R是充当机器人的右手的手部1。
身体51的下端设置有托架形状的移动单元53。机器人41能够通过使设置在移动单元53左边和右边的轮子转动或改变轮子的方向来移动。
如上所述，机器人41能够执行各种任务，例如通过手部1来抓握对象以及抓握并运载对象。附接至可移动机器人41的手臂部2L和2R是所谓的移动操纵器。
<未知对象的放置>
为了利用机械手抓握未知对象并且平稳地放置未知对象，需要考虑以下视点来控制机械手。未知对象指示对象的特性例如质量、重心位置或者摩擦系数未知的对象。
·为了在不压坏对象或者不引起滑移的情况下放置对象，需要在考虑外力和外力矩的情况下以适当的抓握力放置对象。
·在由于因重心偏移引起的转动等而导致抓握状态改变的情况下，需要在调整对象的姿势之后放置对象。
图5是示出放置(放)被抓握对象的状态的图。
将描述这样的情况，其中，由保持在基部附近的指尖部31抓握的长方形平行六面体对象O如图5的上图所示从尖端的底表面与地板表面接触，并且如图5的下图所示被放置在地板表面上。地板表面充当放置表面。在放置对象O的操作期间移动手臂部2以平稳地放置对象O，由此如箭头#1所指示来控制包括指尖部31的手部1的位置和姿势。
图6是示出作用于对象的力的图。
重力mg如箭头#11所指示作用于对象O。此外，通过使对象O与地板表面接触，如箭头#12所指示，在对象O与地板表面之间的接触部处，外力N作为来自地板表面的法向力起作用。
在指尖部31中，剪切力FR如箭头#13所指示来起作用，并且力矩MR如箭头#14所指示来起作用。
由机器人41产生的力与作用于对象O的力之间的平衡由式(1)表示。
[式1]
FR＝mg-N…(1)
此外，由机器人41产生的力矩与作用于对象O的力矩之间的平衡由式(2)表示。
[式2]
MR＝mgll-Nl2…(2)
在式(2)中，I1是从抓握位置到对象O的重心的距离(穿过相应位置的垂直线之间的距离)。此外，I2是从抓握位置到法向力作用的位置的距离(穿过相应位置的垂直线之间的距离)。外力矩，即由来自地板表面的法向力产生的力矩，被表示为Nl2。
考虑到手部1中设置有多个手指部12，式(1)被表示为式(3)。此外，式(2)被表示为式(4)。在式(3)和式(4)中，下标i表示各手指。
[式3]
[式4]
在机器人41中，利用通过触觉传感器24实现的滑移感测来检测对象O中所产生的滑移，并且基于滑移的检测结果来估计外力N和外力矩Nl2。
<利用滑移检测来估计外力和外力矩>
图7是示出用于描述赫兹接触理论的模型的图。
在图7中，弹性球体111对应于手部1的接触部23，并且刚性平板110对应于对象O。
图7的左图示出了刚性平板110与弹性球体111在水平方向上接触的状态。另一方面，图7的右图示出了将法向力fn施加于刚性平板110并且沿水平方向施加剪切力ft的状态。
如图7的右图中所示，在施加剪切力ft的情况下，弹性球体111沿剪切力ft的方向发生变形。刚性平板110与弹性球体111之间的接触点的位置从施加剪切力ft之前的位置起移动位移量ur。
位移量ur指示在机器人41的手部1的指尖部31处产生的位移量。下文中，通过施加与剪切力ft对应的力而在指尖部31中产生的位置的位移量被称为指尖剪切位移量ur。此外，在指尖部31中产生的沿转动方向的位移量被称为指尖转动位移量utheta。当对应于剪切力ft的力施加至指尖部31时，还出现沿转动方向的位移。
根据赫兹接触理论，指尖剪切位移量ur由式(5)表示。
[式5]
在式(5)中，R为弹性球体111的曲率半径。G*是弹性球体111与刚性平板110的复合横向弹性模量，并且E*是弹性球体111与刚性平板110的复合纵向弹性模量。
此处，曲率半径R、复合横向弹性模量G*、复合纵向弹性模量E*是弹性球体111和刚性平板110的物理信息，并且为常数。指尖剪切位移量ur取决于法向力fn和剪切力ft。
同时，指尖转动位移量utheta由式(6)表示。
[式6]
指尖转动位移量utheta取决于法向力fn和力矩M。
接下来，将考虑在机器人41以抓握力fnR抓握对象O的同时外力N作用于对象O的情况。如参照图5和图6所描述的，当对象O被放置在地板表面上时，外力N作为法向力作用于对象O。
图8是示出外力N作用于对象O的情况下适用于参照图7所描述的模型的示例的图。
如图8所示，图7中的法向力fn对应于抓握力fnR。此外，图7中的剪切力ft对应于外力N。在图8的状态中，力矩M对应于外力矩N|2。
指尖剪切位移量Δur是外力N作用于对象O时的指尖剪切位移量，由通过对式(5)进行变换而得到的式(7)来表示。此外，指尖转动位移量Δutheta是外力N作用于对象O时的指尖转动位移量，由通过对式(6)进行变换而得到的式(8)来表示。
[式7]
[式8]
如式(7)中所表示的，指尖剪切位移量Δur取决于抓握力fnR和外力N，由于在控制手部1的抓握力的控制单元中抓握力fnR是已知的，因此能够通过观测指尖剪切位移量Δur来估计外力N。
如式(8)中所表示的，指尖转动位移量Δutheta取决于抓握力fnR和外力矩Nl2。由于抓握力fnR是已知的，因此能够通过观测指尖转动位移量Δutheta来估计外力矩Nl2。
如稍后将描述的，基于机器人41中的触觉传感器24的检测结果来观测指尖剪切位移量Δur和指尖转动位移量Δutheta。此外，基于指尖剪切位移量Δur的观测结果来估计外力N，并且基于指尖转动位移量Δutheta的观测结果来估计外力矩Nl2。
此处，指尖剪切位移量Δur和指尖转动位移量Δutheta各自对应于弹性球体111相对于刚性平板110的滑移幅度的变化(例如，每单位时间的变化)。换句话说，指尖剪切位移量Δur和指尖转动位移量Δutheta是指示弹性球体111相对于刚性平板110的滑移程度的值。
注意，在图7和图8示出的滑移中，绝对接触位置移动，同时保持弹性球体111与刚性平板110之间的接触位置的相对位置关系，并且因此，图7和图8中示出的滑移是所谓的初始滑移。
基于触觉传感器24的输出检测到的滑移是初始滑移，在初始滑移中，在指尖部31的接触部23与被抓握的对象之间的接触表面上混合有固着部分(发生静摩擦的部分)和发生滑移的部分(发生动摩擦的部分)。利用初始滑移来估计外力N和外力矩Nl2。
<信息处理装置的配置>
图9是示出信息处理装置201的配置示例的框图。
信息处理装置201包括计算机例如PC。例如，构成信息处理装置201的计算机容纳在身体51中。信息处理装置201的CPU执行预定程序以实现图9中示出的功能单元。
如图9所示，在信息处理装置201中实现了识别/计划单元211、算术单元212和控制单元213。
识别/计划单元211包括识别单元221、指令单元222、放置位置确定单元223和操作计划单元224。表示传感器单元202的检测结果的传感器数据被输入到识别单元221。传感器单元202包括在机器人41的相应部分中设置的传感器，包括视觉传感器52A。传感器单元202包括各种传感器，例如RGB摄像机、距离传感器、ToF传感器、温度传感器、陀螺仪传感器和加速度传感器。
识别单元221基于由传感器单元202提供的传感器数据来识别机器人41的状况和机器人41的周围环境。要通过识别单元221识别的环境包括被抓握对象的位置和姿势。识别单元221的识别结果被提供给放置位置确定单元223。
指令单元222确定要由机器人41执行的任务，并且将关于所确定的任务的信息输出至放置位置确定单元223。例如，确定放置被抓握对象的任务。
放置位置确定单元223基于识别单元221的识别结果以及通过指令单元222确定的任务来确定被抓握对象的放置位置。放置位置确定单元223将关于被抓握对象的放置位置的信息输出至操作计划单元224。
操作计划单元224根据由放置位置确定单元223确定的放置位置、手臂部2的当前位置等来计划手臂部2的操作。操作计划单元224将关于手臂部2的操作的信息输出至手臂控制单元241。
算术单元212包括初始滑移检测单元231、初始滑移方向计算单元232、初始滑移量计算单元233、尖端位置/姿势计算单元234和抓握力计算单元235。针对每个手指部12设置初始滑移检测单元231、初始滑移方向计算单元232和初始滑移量计算单元233以与每个手指部12对应。
初始滑移检测单元231基于用作滑移感测传感器的触觉传感器24对压力分布的检测结果来检测初始滑移。例如，初始滑移检测单元231将压力中心的移动检测为初始滑移。作为压力中心在X方向上的位置的压力中心Xcop由式(9)表示。
[式9]
在式(9)中，xi表示指尖部31在内表面上沿X方向的位置(X坐标)，并且p(xi)表示位置xi处的压力。N表示分布的数目。类似地，也可以相对于Y方向来表示压力中心。
以预定采样周期重复执行初始滑移检测单元231对初始滑移的检测。由初始滑移检测单元231检测的关于每个定时处的压力中心的信息被提供给初始滑移方向计算单元232和初始滑移量计算单元233。
初始滑移方向计算单元232基于初始滑移检测单元231的检测结果将压力中心的变化方向计算为初始滑移的方向。指示由初始滑移方向计算单元232计算的初始滑移的方向的信息被提供给尖端位置/姿势计算单元234。
初始滑移量计算单元233基于初始滑移检测单元231的检测结果来计算初始滑移量。例如，初始滑移量计算单元233将压力中心的变化量(差异)计算为指尖剪切位移量Δur，并且将压力中心沿转动方向(角度方向)的变化量计算为指尖转动位移量Δutheta。
指尖转动位移量Δutheta是例如基于利用多个接触部23检测的多个压力中心的相对变化量计算的。指尖转动位移量Δutheta的计算的细节将稍后描述。
指示由初始滑移量计算单元233计算的包括指尖剪切位移量Δur和指尖转动位移量Δutheta的初始滑移量的信息被提供给尖端位置/姿势计算单元234和抓握力计算单元235。
尖端位置/姿势计算单元234将由初始滑移量计算单元233计算的指尖剪切位移量Δur应用于式(7)，以计算(估计)外力N的大小。尖端位置/姿势计算单元234基于由初始滑移方向计算单元232计算的初始滑移方向来估计外力N的方向。
此外，尖端位置/姿势计算单元234将由初始滑移量计算单元233计算的指尖转动位移量Δutheta应用于式(8)，以计算外力矩Nl2的大小。尖端位置/姿势计算单元234基于由初始滑移方向计算单元232计算的初始滑移方向来估计外力矩Nl2的方向。
尖端位置/姿势计算单元234用作估计外力N的大小和方向以及外力矩Nl2的大小和方向的估计单元。
尖端位置/姿势计算单元234基于所估计的外力N和外力矩Nl2来计算指尖部31的位置和姿势。例如，尖端位置/姿势计算单元234计算指尖部31的位置和姿势，通过所述位置和姿势来保持外力N与由机器人41产生的力之间的平衡，并且保持外力矩Nl2与由机器人41产生的力矩之间的平衡。由尖端位置/姿势计算单元234计算的关于指尖部31的位置和姿势的信息被提供给手臂控制单元241。
此处，控制与机器人41的尖端对应的指尖部31的位置和姿势。然而，可以控制手指部12的位置和姿势或者手部1的位置和姿势来代替指尖部31的位置和姿势，或者可以将手指部12和手部1的位置和姿势连同指尖部31的位置和姿势一起控制。
与尖端位置/姿势计算单元234类似，抓握力计算单元235基于由初始滑移量计算单元233计算的指尖剪切位移量Δur和指尖转动位移量Δutheta来计算外力N的大小和外力矩Nl2的大小。
抓握力计算单元235基于所估计的外力N和外力矩Nl2来计算手部1的抓握力fnR。例如，抓握力计算单元235计算手部1的抓握力fnR，通过所述抓握力fnR来保持外力N与由机器人41产生的力之间的平衡，并且保持外力矩Nl2与由机器人41产生的力矩之间的平衡。
计算保持外力N与由机器人41产生的力之间的平衡的抓握力fnR，以例如抵消所估计的外力N，即，使观测到的指尖剪切位移量Δur为零。此外，计算保持外力矩Nl2与由机器人41产生的力之间的平衡的抓握力fnR，以例如抵消所估计的外力矩Nl2，即，使观测到的指尖转动位移量Δutheta为零。由抓握力计算单元235估计的关于抓握力fnR的信息被提供给手控制单元242。
控制单元213包括手臂控制单元241和手控制单元242。
手臂控制单元241根据由操作计划单元224创建的计划来控制手臂部2。在手臂控制单元241的控制下，手臂部2向被抓握对象的放置位置附近移动。此外，手臂控制单元241根据手臂控制算法来控制手臂部2。
例如，手臂控制单元241控制手臂部2，使得指尖部31具有由尖端位置/姿势计算单元234计算的位置和姿势。使用手臂控制算法来调整指尖部31的位置和姿势，以抵消由外力和外力矩产生的初始滑移，即，使得初始滑移量变为零。可以对位置或姿势中的至少一者进行调整。
手控制单元242根据抓握力控制算法来控制手部1的抓握力fnR。手控制单元242控制手部1以由抓握力计算单元235计算的抓握力fnR来抓握被抓握对象。
<信息处理装置的操作>
将参照图10的流程图描述抓握力控制和手臂控制处理。
在步骤S1中，初始滑移检测单元231基于触觉传感器24的输出将压力中心的移动检测为初始滑移。
在步骤S2中，初始滑移方向计算单元232基于压力中心的移动方向来计算初始滑移的方向。
在步骤S3中，初始滑移量计算单元233计算初始滑移量。例如，将压力中心的变化量计算为指尖剪切位移量Δur，并且将压力中心沿转动方向的变化量计算为指尖转动位移量Δutheta。
在步骤S4中，执行抓握力控制处理。通过抓握力控制处理，根据抓握力控制算法来控制手部1的抓握力fnR。稍后将参照图11的流程图详细描述抓握力控制处理。
在步骤S5中，执行手臂控制处理。由于手臂控制处理，根据手臂控制算法来控制手臂部2的操作，并且对指尖部31的位置和姿势进行调整。稍后将参照图12的流程图详细描述手臂控制处理。
接下来，将参照图11中的流程图来描述在图10的步骤S4中执行的抓握力控制处理。
在步骤S11中，抓握力计算单元235将由初始滑移量计算单元233计算的指尖剪切位移量Δur应用于式(7)以计算外力N的大小。
在步骤S12中，抓握力计算单元235将由初始滑移量计算单元233计算的指尖转动位移量Δutheta应用于式(8)以计算外力矩Nl2的大小。
在步骤S13中，抓握力计算单元235计算手部1的抓握力fnR，通过抓握力fnR保持外力N与由机器人41产生的力之间的平衡，并且保持外力矩Nl2与由机器人41产生的力矩之间的平衡。
在步骤S14中，手控制单元242控制手部1以由抓握力计算单元235计算的抓握力fnR来抓握被抓握对象。之后，处理返回至图10中的步骤S4并执行后续处理。
接下来，将参照图12中的流程图来描述在图10的步骤S5中执行的手臂控制处理。
在步骤S21中，尖端位置/姿势计算单元234将由初始滑移量计算单元233计算的指尖剪切位移量Δur应用于式(7)以计算外力N的大小。此外，尖端位置/姿势计算单元234基于由初始滑移方向计算单元232计算的初始滑移方向来估计外力N的方向。
在步骤S22中，尖端位置/姿势计算单元234将由初始滑移量计算单元233计算的指尖转动位移量Δutheta应用于式(8)以计算外力矩Nl2的大小。此外，尖端位置/姿势计算单元234基于由初始滑移方向计算单元232计算的初始滑移方向来计算外力矩Nl2的方向。
在步骤S23中，尖端位置/姿势计算单元234计算指尖部31的位置和姿势，通过所述位置和姿势来保持外力N与由机器人41产生的力之间的平衡，并且保持外力矩Nl2与由机器人41产生的力矩之间的平衡。
在步骤S24中，手臂控制单元241控制手臂部2，使得指尖部31具有由尖端位置/姿势计算单元234计算的位置和姿势。之后，处理返回至图10中的步骤S5并执行后续处理。
如上所述，机器人41能够通过使用设置在指尖部31上的触觉传感器24来检测外力的微小变化。此外，机器人41甚至能够在放置操作困难的情况下放置对象，例如在被抓握对象柔软的情况下或者在要放置被抓握对象的位置具有柔软环境的情况下放置对象。
机器人41能够通过下述方式来平稳地放置未知对象：同时执行抓握力控制和手臂控制，使得能够利用由触觉传感器24检测的关于滑移的信息来保持力之间的平衡以及力矩之间的平衡。
通过执行抓握力控制使得保持力之间的平衡以及力矩之间的平衡，可以防止机器人41在放置操作期间由于对被抓握对象施加过大的力而损坏对象或者由于施加过小的力而使对象掉落。
也就是说，机器人41能够更平稳地放置所抓握的对象。
<指尖转动位移量Δutheta的计算>
如上文所述，指尖转动位移量Δutheta通过压力中心沿转动方向的变化量来表示。例如，如下计算指尖转动位移量Δutheta。
图13是示出接触部23的布置示例的图。
如图13所示，在指尖部31的内表面上布置有多个接触部23，所述内表面是与被抓握对象的接触表面。在图13的示例中，布置有9个接触部23，即接触部23-1至23-9。触觉传感器24设置在接触部23-1至23-9的下方。触觉传感器24检测与接触部23-1至23-9中的每个接触部对应的位置处的压力分布。
由于如上所描述布置了多个接触部23，因此能够检测与接触部23的数目对应的多个压力中心。基于所述多个压力中心的相对移动量来计算指尖转动位移量Δutheta。
图14是示出接触部23的状态变化的图。
图14的左图示出了外力作用之前的接触部23的状态，并且图14的右图示出了外力作用在其上的接触部23的状态。图14示出了接触部23-1至23-3的状态。(xcopi,ycopi)表示转动之前接触部23-i(i＝1至9)的压力中心在X方向和Y方向上的位置。(x’copi,y’copi)表示转动之后接触部23-i的压力中心在X方向和Y方向上的位置。
转动之前的压力中心和转动之后的压力中心与指尖转动位移量Δutheta之间的关系由利用仿射变换的式(10)表示。指尖转动位移量Δutheta由式(10)左侧具有三行和三列的矩阵表示。
[式10]
例如，聚焦于每个接触部23，获得与接触部23的数量相同的数量的由式(10)表示的关系。通过利用最小二乘法等在聚焦于每个接触部23时对指尖转动位移量Δutheta进行近似来获得指尖转动位移量Δutheta。
注意，在式(10)中，Δux表示压力中心在X方向上的位置变化量。Δuy表示压力中心在Y方向上的位置变化量。
<修改例>
·在抓握姿势改变的情况下
图15是示出抓握姿势的变化的示例的图。
图15的A、B、C分别示出了抓握姿势在俯仰轴方向、翻滚轴方向和偏航轴方向上的变化。由于与地板表面接触，抓握姿势可以如图15所示那样改变。
机器人41基于设置在充当左手指的手指部12A和充当右手指的手指部12B的指尖部31处的触觉传感器24的检测结果，来计算初始滑移方向和总压力值。总压力值指示在触觉传感器24的每个位置处检测到的压力的总值。
此外，基于初始滑移方向与总压力值之间的关系，来计算被抓握对象相对于地板表面的倾斜转动轴(指尖部31的抓握姿势的倾斜转动轴)。
控制手臂部2以抵消被抓握对象相对于地板表面的倾斜，并且调整指尖部31的姿势，由此能够在对象O的姿势被调整的情况下放置对象O。
图16是示出抓握姿势的调整的示例的图。
在被抓握对象沿俯仰轴方向倾斜的情况下，通过如图16的A中所示调整指尖部31沿俯仰轴方向的姿势来调整对象O的姿势。类似地，在被抓握对象沿翻滚轴方向和偏航轴方向倾斜的情况下，通过如图16的B和C中所示调整指尖部31沿翻滚轴方向和偏航轴方向的姿势来调整对象O的姿势。
图17是示出信息处理装置201的另一配置示例的框图。
在图17中，用相同的附图标记表示与参照图9描述的部件相同的部件。将根据情况省略重复的描述。除了另外设置尖端姿势转动轴计算单元251之外，图17中示出的信息处理装置201的配置与参照图9描述的配置相同。
尖端姿势转动轴计算单元251计算指尖部31的姿势的倾斜转动轴，并且将指示倾斜转动轴的信息输出至尖端位置/姿势计算单元234。
尖端位置/姿势计算单元234在考虑由尖端姿势转动轴计算单元251计算的倾斜转动轴的情况下计算指尖部31的位置和姿势，以抵消由于初始滑移而引起的位置和姿势的改变。
手臂控制单元241控制手臂部2，使得指尖部31具有由尖端位置/姿势计算单元234计算的位置和姿势。控制手臂部2，使得指尖部31的位置和姿势在由尖端姿势转动轴计算单元251计算的转动轴的方向上被调整。
图18是示出尖端姿势转动轴计算单元251的配置示例的框图。
如图18所示，尖端姿势转动轴计算单元251包括左手指处理单元261A、右手指处理单元261B和计算单元262。
左手指处理单元261A包括初始滑移检测单元271A、初始滑移方向计算单元272A和总压力值计算单元273A。表示由设置在作为左手指的手指部12A中的触觉传感器24A检测的压力分布的传感器数据被提供给初始滑移检测单元271A和总压力值计算单元273A。
初始滑移检测单元271A基于触觉传感器24A对压力分布的检测结果，通过计算压力中心的移动量来检测初始滑移。初始滑移检测单元271A的检测结果被提供给初始滑移方向计算单元272A。
初始滑移方向计算单元272A基于初始滑移检测单元271A的检测结果将压力中心的变化方向计算为初始滑移的方向，并且将指示初始滑移的方向的信息输出至计算单元262。
总压力值计算单元273A基于触觉传感器24A对压力分布的检测结果，来计算触觉传感器24A在相应位置处检测的压力的总值，并将指示压力的总值的信息输出至计算单元262。
另一方面，右手指处理单元261B包括初始滑移检测单元271B、初始滑移方向计算单元272B和总压力值计算单元273B。右手指处理单元261B基于指示由设置在作为右手指的手指部12B中的触觉传感器24B检测的压力分布的传感器数据，来执行与左手指处理单元261A中执行的处理类似的处理。
即，初始滑移检测单元271B基于触觉传感器24B对压力分布的检测结果，通过计算压力中心的移动量来检测初始滑移。初始滑移检测单元271B的检测结果被提供给初始滑移方向计算单元272B。
初始滑移方向计算单元272B基于初始滑移检测单元271B的检测结果将压力中心的变化方向计算为初始滑移的方向，并且将指示初始滑移的方向的信息输出至计算单元262。
总压力值计算单元273B基于触觉传感器24B对压力分布的检测结果，来计算触觉传感器24B检测的各个位置处的压力的总和，并将指示这些压力的总值的信息输出至计算单元262。
初始滑移检测单元271A和初始滑移检测单元271B能够由图17中的初始滑移检测单元231实现。此外，初始滑移方向计算单元272A和初始滑移方向计算单元272B能够由图17中的初始滑移方向计算单元232实现。
计算单元262基于由总压力值计算单元273A计算的总压力值与由总压力值计算单元273B计算的总压力值之间的差值，来计算指尖部31的姿势的倾斜转动轴。
在计算转动轴时，还考虑由初始滑移方向计算单元272A和初始滑移方向计算单元272B计算的初始滑移方向。通过考虑初始滑移方向，来计算被抓握对象由于与地板表面接触而相对于指尖部31产生的转动力的方向，即转动轴。指示由计算单元262计算的指尖部31的姿势的倾斜转动轴的信息被输出至尖端位置/姿势计算单元234。
以这种方式，计算指尖部31的姿势的倾斜转动轴并且执行手臂控制，使得姿势的倾斜被抵消并且如上所述保持关于力的平衡以及关于力矩的平衡。即使在由于重心偏移等而引起的转动使抓握状态改变的情况下，机器人41也能够调整对象的姿势并放置对象。
注意，基于指尖部31的姿势的倾斜转动轴的手臂控制不仅能够应用于放置被抓握对象的任务，还能够应用于其他任务例如使用清洁器擦除写在白板上的字符的任务。
·多个手指的情况
在手部1具有多个手指部例如三个或更多个手指部的情况下，可以使用每个手指部的姿势信息来计算指尖部31的姿势的倾斜转动轴。
图19是示出尖端姿势转动轴计算单元251的另一配置示例的框图。
除了设置与手指部12的数量相同数量的手指处理单元261以及另外设置姿势信息获取单元281外，图19中示出的尖端姿势转动轴计算单元251的配置与参照图18描述的配置相同。
姿势信息获取单元281基于设置在作为每个手指的可移动部分的关节等处的编码器的输出来计算每个手指的姿势，并且将指示每个手指的姿势的信息输出至计算单元262。在每个手指的关节等处设置的编码器输出指示关节的移动量的信息。
计算单元262通过除了考虑初始滑移方向与基于每个手指的触觉传感器24的检测结果计算的总压力值之间的关系外，还考虑每个手指的姿势信息，来计算被抓握对象相对于地板表面的倾斜转动轴。指示由计算单元262计算的指尖部31的姿势的倾斜转动轴的信息被输出至尖端位置/姿势计算单元234。
相比于仅基于初始滑移方向与总压力值之间的关系来计算被抓握对象的倾斜转动轴的情况，通过在考虑每个手指的姿势信息的情况下计算被抓握对象的倾斜转动轴，可以提高转动轴的计算精度。
<其他示例>
·传感器的示例
尽管初始滑移是基于由压力分布传感器检测的压力分布来检测的，但是可以使用光学传感器例如RGB摄像机或ToF传感器与压力分布传感器一起来检测初始滑移。在一起使用光学传感器的情况下，通过例如光学传感器来测量作为弹性体的接触部23的每个位置的移位。
可以使用力传感器和压力分布传感器一起来检测初始滑移。在一起使用力传感器的情况下，例如，当施加于接触部23的力的大小达到被预先设置为初始滑移出现时的力的大小的大小时，检测到初始滑移已经发生。
当利用手臂控制算法控制手臂部2时，可以使用指示手臂部2的操作的操作计划信息。
·系统配置
图20是示出控制系统的配置示例的图。
图20中示出的控制系统是通过将信息处理装置201作为机器人41外部的装置提供来配置的。以这种方式，信息处理装置201可以设置在机器人41的壳体外部。
在图20中机器人41与信息处理装置201之间执行使用无线局域网进行的无线通信、使用移动通信系统进行的无线通信等。
各种类型的信息例如指示机器人41的状态的信息以及指示传感器的检测结果的信息从机器人41传送至信息处理装置201。用于控制机器人41的操作等的信息从信息处理装置201传送至机器人41。
机器人41与信息处理装置201可以如图20的A中所示直接连接，或者如图20的B中所示经由网络例如因特网连接。多个机器人41的操作可以由一个信息处理装置201控制。
·计算机
上述一系列处理能够通过硬件或软件来执行。在通过软件执行这一系列处理的情况下，构成软件的程序被从程序记录介质安装到并入专用硬件的计算机、通用个人计算机等。
图21是示出以编程方式执行上述一系列处理的计算机的硬件的配置示例的框图。
中央处理单元(CPU)1001、只读存储器(ROM)1002和随机存取存储器(RAM)1003通过总线1004彼此连接。
输入/输出接口1005也连接至总线1004。包括键盘、鼠标等的输入单元1006以及包括显示器、扬声器等的输出单元1007连接至输入/输出接口1005。此外，包括硬盘、非易失性存储器等的存储单元1008，包括网络接口等的通信单元1009，以及驱动可移除介质1011的驱动器1010连接至输入/输出接口1005。
在如上所描述地配置的计算机中，CPU 1001经由输入输出接口1005和总线1004将存储在例如存储单元1008中的程序加载到RAM 1003中，并且执行该程序，由此执行以上描述的一系列处理。
由CPU 1001执行的程序通过例如被记录在可移除介质1011中或者经由有线或无线传输介质例如局域网、因特网或数字广播来提供，并且被安装在存储单元1008中。
注意，由计算机执行的程序可以是以本说明书中描述的顺序按时间序列执行处理的程序，或者可以是并行地或者在必要定时处(例如在调用处理时)执行处理的程序。
在本说明书中，“系统”意指多个部件(装置、模块(零件)等)的集合，并且所有部件不一定都在同一壳体中。因此，容纳在单独的壳体中并经由网络连接的多个设备，以及将多个模块容纳在一个壳体中的单个装置均被视为系统。
应当注意，本说明书中描述的效果仅是说明性的而不是限制性的，并且可以具有附加效果。
应当注意，本技术的实施方式不限于上述实施方式，并且可以在不脱离本技术的主旨的情况下进行各种修改。
例如，本技术能够采用例如云计算的配置，在所述云计算的配置中，多个装置经由网络共享并且相互协作地处理一个功能。
此外，上述流程图中描述的步骤可以由单个装置执行或者由多个装置共享和执行。
此外，在一个步骤中包含多个处理的情况下，包含在一个步骤中的多个处理可以由单个装置执行或者可以由多个装置共享并执行。
·配置组合的示例
应当注意，本技术也可以具有以下配置。
(1)
一种信息处理装置，包括：
滑移检测单元，其检测在由构成抓握部的手指部抓握的对象中产生的滑移；
估计单元，其基于在对象中产生的滑移来估计施加至该对象的外力和外力矩；以及
手臂控制单元，其基于所估计的外力和外力矩来控制手臂部的操作，并且调整设置在手臂部中的构成抓握部的手指部的位置或者姿势中的至少一者。
(2)
根据(1)的信息处理装置，其中：
手臂控制单元控制手臂部，使得保持所估计的外力与通过手臂部的操作在对象中产生的力之间的平衡，并且保持所估计的外力矩与通过手臂部的操作在对象中产生的力矩之间的平衡。
(3)
根据(1)或(2)的信息处理装置，还包括：
抓握力控制单元，其基于所估计的外力和外力矩来控制抓握部的抓握力。
(4)
根据(3)的信息处理装置，其中：
抓握力控制单元控制抓握力，使得保持所估计的外力与通过抓握部的抓握在对象中产生的力之间的平衡，并且保持所估计的外力矩与通过抓握部的抓握在对象中产生的力矩之间的平衡。
(5)
根据(1)至(4)中任一项的信息处理装置，其中：
手指部包括：
弹性体，其在对象被抓握时与对象接触；以及
压力分布传感器，其检测施加至弹性体的压力的分布，并且
滑移检测单元基于压力分布传感器的检测结果来检测在对象与弹性体之间混合有固着部分和滑移部分的初始滑移。
(6)
根据(5)的信息处理装置，其中：
估计单元基于初始滑移的方向和量来估计施加至对象的外力和外力矩的各自的方向和量。
(7)
根据(6)的信息处理装置，其中：
滑移检测单元基于压力中心的移动来检测初始滑移。
(8)
根据(7)的信息处理装置，还包括：
初始滑移方向计算单元，其基于压力中心的移动方向来计算初始滑移的方向；以及
初始滑移量计算单元，其基于压力中心的移动量来计算初始滑移的量。
(9)
根据(1)至(8)中任一项的信息处理装置，其中：
滑移检测单元检测通过在放置对象时从放置表面受到的阻力而在对象中产生的滑移。
(10)
根据(5)至(9)中任一项的信息处理装置，其中：
滑移检测单元基于由光学系传感器检测到的弹性体的每个位置的偏移或者基于由力传感器检测到的施加至弹性体的力的大小来检测初始滑移。
(11)
根据(5)至(10)中任一项的信息处理装置，其中：
在抓握部设置有多个手指部，并且
滑移检测单元基于压力分布传感器的检测结果来检测手指部中的每个手指部处的初始滑移。
(12)
根据(11)的信息处理装置，还包括：
计算单元，其基于初始滑移的方向和手指部中的每个手指部的压力分布传感器检测到的力来计算抓握对象的手指部的倾斜，其中，
手臂控制单元基于所计算的倾斜来控制手臂部的操作。
(13)
根据(12)的信息处理装置，其中：
计算单元基于指示手指部中的每个手指部的可移动部分的移动量的姿势信息来计算手指部分的斜度。
(14)
一种由信息处理装置执行的信息处理方法，该方法包括：
检测在由构成抓握部的手指部抓握的对象中产生的滑移；
基于在对象中产生的滑移来估计施加至对象的外力和外力矩；以及
基于所估计的外力和外力矩来控制手臂部的操作，并且调整设置在手臂部中的构成抓握部的手指部的位置或者姿势中的至少一者。
(15)
一种程序，所述程序使计算机执行以下操作：
检测在由构成抓握部的手指部抓握的对象中产生的滑移；
基于在对象中产生的滑移来估计施加至对象的外力和外力矩；以及
基于所估计的外力和外力矩来控制手臂部的操作，并且调整设置在手臂部中的构成抓握部的手指部的位置或者姿势中的至少一者。
附图标记列表
1手部，2L、2R手臂部，11基部，12A、12B手指部，23A、23B接触部，24A、24B触觉传感器，31A、31B指尖部，41机器人，201信息处理装置，202传感器单元，211识别/计划单元，212算术单元，213控制单元，221识别单元，222指令单元，223放置位置确定单元，224操作计划单元，231初始滑移检测单元，232初始滑移方向计算单元，233初始滑移量计算单元，234尖端位置/姿势计算单元，235抓握力计算单元，241手臂控制单元，242手控制单元，251尖端姿势转动轴计算单元，261A左手指处理单元，261B右手指处理单元，262计算单元，271A、271B初始滑移检测单元，272A、272B初始滑移方向计算单元，273A、273B总压力值计算单元，281姿势信息获取单元。
Claims (15)
1.一种信息处理装置，包括：
滑移检测单元，其检测在由构成抓握部的手指部抓握的对象中产生的滑移；
估计单元，其基于在所述对象中产生的滑移来估计施加至所述对象的外力和外力矩；以及
手臂控制单元，其基于所估计的外力和外力矩来控制手臂部的操作，并且调整设置在所述手臂部中的构成所述抓握部的所述手指部的位置或者姿势中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的信息处理装置，其中：
所述手臂控制单元控制所述手臂部，使得保持所估计的外力与通过所述手臂部的操作在所述对象中产生的力之间的平衡，并且保持所估计的外力矩与通过所述手臂部的操作在所述对象中产生的力矩之间的平衡。
3.根据权利要求1所述的信息处理装置，还包括：
抓握力控制单元，其基于所估计的外力和外力矩来控制所述抓握部的抓握力。
4.根据权利要求3所述的信息处理装置，其中：
所述抓握力控制单元控制所述抓握力，使得保持所估计的外力与通过所述抓握部的抓握在所述对象中产生的力之间的平衡，并且保持所估计的外力矩与通过所述抓握部的抓握在所述对象中产生的力矩之间的平衡。
5.根据权利要求1所述的信息处理装置，其中：
所述手指部包括：
弹性体，其在所述对象被抓握时与所述对象接触；以及
压力分布传感器，其检测施加至所述弹性体的压力的分布，并且所述滑移检测单元基于所述压力分布传感器的检测结果来检测在所述对象与所述弹性体之间混合有固着部分和滑移部分的初始滑移。
6.根据权利要求5所述的信息处理装置，其中：
所述估计单元基于所述初始滑移的方向和量来估计施加至所述对象的外力和外力矩的各自的方向和量。
7.根据权利要求6所述的信息处理装置，其中：
所述滑移检测单元基于压力中心的移动来检测所述初始滑移。
8.根据权利要求7所述的信息处理装置，还包括：
初始滑移方向计算单元，其基于所述压力中心的移动方向来计算所述初始滑移的方向；以及
初始滑移量计算单元，其基于所述压力中心的移动量来计算所述初始滑移的量。
9.根据权利要求1所述的信息处理装置，其中：
所述滑移检测单元检测通过在放置所述对象时从放置表面受到的阻力而在所述对象中产生的滑移。
10.根据权利要求5所述的信息处理装置，其中：
所述滑移检测单元基于由光学系传感器检测到的所述弹性体的每个位置的偏移或者基于由力传感器检测到的施加至所述弹性体的力的大小来检测所述初始滑移。
11.根据权利要求5所述的信息处理装置，其中：
在所述抓握部设置有多个所述手指部，并且
所述滑移检测单元基于所述压力分布传感器的检测结果来检测所述手指部中的每个手指部处的所述初始滑移。
12.根据权利要求11所述的信息处理装置，还包括：
计算单元，其基于所述初始滑移的方向以及所述手指部中的每个手指部的所述压力分布传感器检测到的力来计算抓握所述对象的所述手指部的倾斜，其中，
所述手臂控制单元基于所计算的倾斜来控制所述手臂部的操作。
13.根据权利要求12所述的信息处理装置，其中：
所述计算单元基于指示所述手指部中的每个手指部的可移动部的移动量的姿势信息来计算所述手指部的倾斜。
14.一种由信息处理装置执行的信息处理方法，所述方法包括：
检测在由构成抓握部的手指部抓握的对象中产生的滑移；
基于在所述对象中产生的滑移来估计施加至所述对象的外力和外力矩；以及
基于所估计的外力和外力矩来控制手臂部的操作，并且调整设置在所述手臂部中的构成所述抓握部的所述手指部的位置或者姿势中的至少一者。
15.一种程序，所述程序使计算机执行以下操作：
检测在由构成抓握部的手指部抓握的对象中产生的滑移；
基于在所述对象中产生的滑移来估计施加至所述对象的外力和外力矩；以及
基于所估计的外力和外力矩来控制手臂部的操作，并且调整设置在所述手臂部中的构成所述抓握部的所述手指部的位置或者姿势中的至少一者。
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