JP2004268160A

JP2004268160A - ロボットハンドおよびその制御方法

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Publication number: JP2004268160A
Application number: JP2003058705A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tadano; 宏之多田野; Hisahiro Tamura; ▲寿▼宏田村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】ロボットハンドによる把持物体の静止摩擦係数を正確に測定することができるロボットハンドおよびその制御方法を提供する。
【解決手段】把持物体Ｍを把持する２本の指部４１，４２を有し、この各指部の指体４１ａ，４２ａ，４２ｂの接触部４３に凹部４３ａを設け、この凹部内に、把持物体に作用する力を検出する力検出部５１を設ける。凹部内で相対的に位置変位可能な力検出部を接触部表面に対して略垂直方向及び略平行方向に静電力発生部の静電力により駆動させかつ凹部内での力検出部の相対的な位置変位情報を検出する力検出部コントローラ５２を設ける。この力検出部コントローラによる力検出部の略垂直方向及び略平行方向の駆動力情報並びに力検出部の位置変位情報に基づいて把持物体の静止摩擦係数を算出する摩擦係数算出部５５と、この摩擦係数算出部からの情報に基づいて把持物体に適した把持力を算出する把持力算出部５６とを有するメインコントローラ５を具備する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、把持物体を把持するロボットハンドおよびその制御方法に関し、詳しくは、ロボットハンドによる未知の把持物体の静止摩擦係数を正確に測定し得る対策に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ロボットハンドやマニピュレータにより、未知の把持物体を把持しつつ持ち上げて搬送等を行うには、この把持物体がロボットハンドなどの把持力でつぶされず、かつ把持物体が滑り落ちないような力で把持する必要がある。このため、ロボットハンドなどで把持しつつ持ち上げようとしたときの把持物体の滑り変位や滑り速度を検出し、この検出情報をフィードバックして把持力を制御する方法や、把持物体の静止摩擦係数を測定して把持力を決定する方法などが考えられる。
【０００３】
そして、従来、物体の静止摩擦係数を測定する方法としては、ロボットハンドに取り付けた物体と、測定対象となる物体との間での静止摩擦係数を測定することが行われている。このものでは、測定対象となる物体に対しロボットハンドに取り付けた物体をロボットハンドで押し付け、その押付力Ｎを物体（測定対象）に作用させた状態で、この押付力Ｎの作用方向とは異なる方向つまり物体（測定対象）に対しロボットハンドの物体がずれ動くような方向の力Ｆを、ロボットハンドによって物体同士の間に作用させる。そして、ロボットハンド（物体）が物体（測定対象）に対し力Ｆの方向に動いたか否かを、ロボットハンドに装着されている位置センサで検出し、ロボットハンドが動いた時の力Ｆと押付力Ｎに基づいて、物体同士の間の静止摩擦係数を算出する。
【０００４】
上記の方法は、任意の物体同士の静止摩擦係数を測定する方法である。そこで、ロボットハンドが把持物体を把持するときに、上記の方法のようにしてロボットハンドと把持物体との間の静止摩擦係数μを測定する場合について考える。
【０００５】
このとき、静止摩擦係数μは、物体の接触面に垂直に働く力をＮ、この力Ｎに対し垂直に作用して物体を滑らそうとする力をＦとすると、
Ｆ＝μ・Ｎ・・・（１）
の関係で表される。
つまり、静止摩擦係数μが大きいと、接触面に垂直に働く力Ｎが小さくても物体を滑らそうとする力Ｆは大きい値が必要となる。よって、静止摩擦係数μが大きければ大きいほど滑りにくくなる。
【０００６】
そこで、把持物体とロボットハンドとの間の静止摩擦係数μを測定するためには、図５の（ａ）に示すように、まず、ロボットハンドａの指部ｂを把持物体ｍに接触させる。なお、指部ｂが装着されている掌部やロボットハンドのアーム部は省略している。
【０００７】
それから、静止摩擦係数μを測定するために、指部ｂを把持物体ｍに対してｘ方向に力Ｎを加えた後、把持物体ｍに対して滑るように指部ｂにｙ方向の力Ｆを加える。そして、指部ｂがｙ方向に動いたときの、ｘ方向に押し付けている力Ｎと、ｙ方向に加えた力Ｆとから、上記式（１）を用いて静止摩擦係数μを求める必要がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平３−４９８８７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したような方法によりロボットハンドａの指部ｂによる把持物体ｍの静止摩擦係数μを測定する場合には、以下のような問題が生じる。
【００１０】
すなわち、把持物体ｍへの押付力Ｎであるが、これは主にロボットハンドａに複数ある関節部（図示せず）が回転することによって把持物体ｍへの押付力Ｎが発生する。しかし、押付力Ｎを発生させるために駆動する関節部は複数あるので、各関節の駆動量から把持物体ｍへの押付力Ｎを計算しなければならず、正確な押付力Ｎを求めることは非常に困難である。
【００１１】
そこで、ロボットハンドａの指部ｂによる把持物体ｍへの押付力Ｎを検出するために、図５の（ｂ）に示すように、指部ｂにセンサｃを装着して押付力Ｎを測定することが考えられる。このとき、指部ｂが把持物体ｍに接触していないときは、図５の（ｂ）に示すように、センサｃは指部ｂの表面から少し飛び出ている。この状態で、図５の（ｃ）に示すように、指部ｂが把持物体ｍに接触すると、センサｆにはｘ方向の力Ｎが作用するので、力Ｎは測定することができることになる。
【００１２】
そして、指部ｂが把持物体ｍに対して滑るようなｙ方向に力Ｆを加え、指部ｂが動いたとき、センサｃに対しｙ方向に作用している力Ｆから把持物体ｍとロボットハンドａとの間の静止摩擦係数μを求めることが行われる。
【００１３】
しかし、図５の（ｃ）にも示すように、センサｃにはｙ方向の力Ｆが直接的に作用していないので、いくら指部ｂにｙ方向の力を加えても、指部ｂが動き出すまでセンサｃが検出しているｙ方向の力の値は０である。そのため、ロボットハンドａの指部ｂがｙ方向に動き出す時の力Ｆも検出することができない。よって、ロボットハンドａの指部ｂを動かす方法では、正確な静止摩擦係数μを測定することができない。
【００１４】
しかも、把持物体ｍが小さいとき、静止摩擦係数μを求めようとしてロボットハンドａの指部ｂをｙ方向に動かすと、把持物体ｍもｙ方向に動いてしまい、うまく把持物体ｍにｙ方向の力Ｆを作用することができないので、把持物体ｍの静止摩擦係数μを測定できない。
【００１５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ロボットハンドによる把持物体の静止摩擦係数を正確に測定することができるロボットハンドおよびその制御方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、把持対象となる把持物体を把持する少なくとも２本の指部を有し、この各指部に、把持物体に作用する力を検出する力検出部と、その把持物体に接触する接触部とを備えたロボットハンドを前提とする。そして、上記力検出部を上記接触部に対して相対的に位置変位可能に設け、この力検出部を上記接触部表面に対して略垂直方向および略平行方向に駆動しかつ上記接触部に対する力検出部の相対的な位置変位情報を検出する力検出部駆動手段を設ける。更に、上記力検出部駆動手段による力検出部の略垂直方向および略平行方向の駆動力情報並びに力検出部の位置変位情報に基づいて上記把持物体の静止摩擦係数を算出する摩擦係数算出部と、この摩擦係数算出部からの情報に基づいて上記把持物体に適した把持力を算出する把持力算出部とを有する制御手段を具備している。
【００１７】
この特定事項により、接触部に対して相対的に位置変位可能な力検出部を接触部表面に対して略垂直方向および略平行方向に力検出部駆動手段により駆動させ、力検出部駆動手段による力検出部の略垂直方向および略平行方向の駆動力情報と力検出部の位置変位情報とに基づいて把持物体の静止摩擦係数を摩擦係数算出部により算出しているので、指部による押し付け方向のｘ方向（把持物体が押し付けられる方向）の力Ｎおよびｙ方向（把持物体がずれ動くような方向）の力Ｆが力検出部駆動手段によって的確に未知の把持物体（力検出部）に伝達される上、これらの力Ｎ，Ｆによって力検出部が動き出した際の位置変位情報が精度よく検出され、未知の把持物体の正確な静止摩擦係数μが測定されることになる。よって、摩擦係数算出部からの情報に基づいて未知の把持物体に適した把持力が算出され、未知の把持物体を確実に把持することが可能となる。
【００１８】
しかも、未知の把持物体が小さくても、ロボットハンドの指部をｙ方向に動かした際に該把持物体をｙ方向に動かしてしまうことがなく、未知の把持物体にｙ方向の力Ｆを円滑に作用させて、未知の小さな把持物体の静止摩擦係数μを正確に測定することも可能となる。
【００１９】
ここで、力検出部を指部の複数箇所に設けている場合には、ロボットハンドの指部による未知の把持物体の静止摩擦係数の分布状況を得ることが可能となる。
【００２０】
また、複数の力検出部を少なくとも１つの指部に設けている場合には、指部により把持される箇所での未知の把持物体の静止摩擦係数が得られ、未知の把持物体の滑りを回避することが可能となる。
【００２１】
そして、把持物体の形状を認識する形状認識手段を設けている場合には、形状認識手段により認識された未知の把持物体の形状と、未知の把持物体の静止摩擦係数とを組み合わせて、未知の把持物体の把持動作を決定することが可能となる。
【００２２】
また、把持物体の重量を認識する重量認識手段を設けている場合には、重量認識手段により認識された未知の把持物体の重量と、未知の把持物体の静止摩擦係数とを組み合わせて、未知の把持物体の把持動作を決定することが可能となる。
【００２３】
更に、力検出部駆動手段の静電力または磁力によって力検出部を駆動するようにしている場合には、力Ｎ，Ｆによって動き出す力検出部の位置変位情報がより精度よく検出され、未知の把持物体の正確な静止摩擦係数μをより正確に測定することが可能となる。
【００２４】
次に、ロボットハンドの制御方法として、以下の構成が掲げられる。
【００２５】
つまり、把持対象となる把持物体に作用する力を検出する力検出部とその把持物体に接触する接触部とを有してなる指部を少なくとも２本備えたロボットハンドの制御方法を前提とし、上記力検出部を上記接触部に対して相対的に位置変位可能にかつ上記接触部表面に対して略垂直方向および略平行方向に駆動させて、該力検出部の接触部に対する位置変位情報と力検出部の略垂直方向および略平行方向の駆動力情報を検出し、この検出された位置変位情報および駆動力情報に基づいて上記把持物体の静止摩擦係数を算出し、この算出された把持物体の静止摩擦係数に基づいて上記把持物体に適した把持力を決定し、この決定された把持力によってロボットハンドによる把持物体の把持を行うようにしている。
【００２６】
この特定事項により、力Ｎ，Ｆによって力検出部が動き出した際の位置変位情報および力検出部の略垂直方向および略平行方向の駆動力情報に基づく精度のよい未知の把持物体の正確な静止摩擦係数μを取り入れた最適な把持力でロボットハンドを制御することが可能となる。
【００２７】
ここで、ロボットハンドによる把持物体の把持が失敗したときに、把持力を所定量増加させて再度ロボットハンドによる把持物体の把持を行うようにしている場合には、未知の把持物体の把持に失敗しても、同じ失敗を繰り返すことなくその把持物体を確実に把持することが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１は、本発明に係わるロボットハンド全体の概略構成を示している。
【００３０】
この図１において、ロボットハンド１は、ベース部１１に基端が連結された第１アーム部２１と、この第１アーム部２１の先端に第１関節３１を介して基端が連結された第２アーム部２２と、この第２アーム部２２の先端に第２関節３２を介して基端が連結された第３アーム部２３と、この第３アーム部２３の先端に第３関節３３を介して基端が連結された掌部４と、この掌部４の先端にそれぞれ基端が連結された第１および第２指部４１，４２とを備えている。第１および第２指部４１，４２は、掌部４に対し関節（図示せず）を介して連結され、互いの角度が広挟となる方向に可動するように、把持対象となる把持物体Ｍを把持する方向で対峙している。また、第１指部４１は、中央付近に１つの関節（図示せず）を有して２つの指体４１ａ，４１ｂが連結され、この各指体４１ａ，４１ｂが折り曲げられるように構成されている。一方、第２指部４２は、２つの関節（図示せず）を有して３つの指体４２ａ〜４２ｃが連結され、この各指体４２ａ〜４２ｃが折り曲げられるように構成されている。更に、掌部４は、第３関節３３によって第３アーム部２３に対しＡ軸回りの回転が可能となるように構成されている。そして、第１指部４１の指体４１ａ，４１ｂおよび第２指部４２の指体４２ａ〜４２ｃの腹側には、把持物体Ｍを把持する際に接触する接触部４３，…が設けられている。また、第１指部４１の先端側の指体４１ａの接触部４３、並びに第２指部４２の先端側の指体４２ａおよび中央の指体４２ｂの接触部４３，４３の３箇所には、それぞれ把持物体Ｍに作用する力を検出する力検出部５１，…が設けられている。
【００３１】
また、上記ロボットハンド１は、上記各力検出部５１からの信号を処理したり力検出部５１を駆動させたりする力検出部駆動手段としての力検出部コントローラ５２と、ロボットハンド１の各関節３１〜３３や第１および第２指部４１，４２（指体４１ａ，４１ｂ，４２ａ〜４２ｃ）の動作を制御するロボットハンドコントローラ５３と、力検出部コントローラ５２およびロボットハンドコントローラ５３を制御する制御手段としてのメインコントローラ５とを備えている。
【００３２】
そして、図２に示すように、各力検出部５１は、接触部４３に対して相対的に位置変位可能、つまり接触部４３の表面に対して略垂直方向および略平行方向に位置変位可能に設けられている。この各力検出部５１は、図３に示すように、接触部４３の表面に略四角形状に凹設された凹部４３ａ内において接触部４３の表面に対する略垂直方向および略平行方向に駆動できるように十分な隙間を存して収容されている。そして、上記凹部４３ａの内壁には、力検出部５１を駆動する静電力発生部５４，…が設けられている。上記力検出部５１は、電極であり、各静電力発生部５４で発生した静電力によって凹部４３ａ内を接触部４３の表面に対する略垂直方向および略平行方向に自由に位置変位できるようになっている。また、各静電力発生部５４で発生する静電力は、力検出部コントローラ５２によって制御されている。この場合、力検出部５１は、凹部４３ａ内の所定の静電力発生部５４に対し梁（図示せず）などによって連結されている。
【００３３】
また、上記力検出部コントローラ５２は、接触部４３の凹部４３ａ内における力検出部５１の相対的な位置変位情報（接触部４３の表面に対する略垂直方向および略平行方向の位置変位情報）を検出する機能も備えている。この力検出部コントローラ５２では、力検出部５１が動きだすと力Ｆが一定値で安定するため、その直前に力Ｆの値が大きくなって急に一定値になるその変わり目のときを、力検出部５１が動いたときと判断している。この力検出部コントローラ５２により検出された力検出部５１の位置変位情報は、上記メインコントローラ５に出力される。
【００３４】
更に、上記メインコントローラ５は、上記力検出部コントローラ５２からの力検出部５１の位置変位情報と上記各静電力発生部５４による力検出部５１の接触部４３の表面に対する略垂直方向（把持物体Ｍに対し力検出部５１を押し付ける方向）および略平行方向（接触部４３の表面と略平行な方向）の駆動力情報とに基づいて把持物体Ｍの静止摩擦係数μを算出する摩擦係数算出部５５と、この摩擦係数算出部５５からの情報に基づいて把持物体Ｍに適した把持力を算出する把持力算出部５６とを備えている。
【００３５】
次に、ロボットハンド１の各指部４１，４２の力検出部５１，…を用いて、その各指部４１，４２による把持物体Ｍの静止摩擦係数μを測定し、ロボットハンド１により把持物体Ｍの把持を行う制御の手順を図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００３６】
まず、図４のフローチャートのステップＳ１において、各アーム部２１〜２３、掌部４および指部４１，４２をロボットハンドコントローラ５３により駆動させ、各指部４１，４２の指体４１ａ，４２ａ，４２ｂの接触部４３にある力検出部５１を把持物体Ｍにそれぞれ接触させる。それから、ステップＳ２で、力検出部コントローラ５２により把持物体２に力Ｎを作用させるように各指体４１ａ，４２ａ，４２ｂの接触部４３の凹部４３ａ内の静電力発生部５４に静電力を発生させてそれぞれの力検出部５１を把持物体Ｍに対し押し付ける方向に駆動する。
【００３７】
次いで、ステップＳ３において、把持物体Ｍに対し各力検出部５１を押し付ける方向の力Ｎを加えた状態のままで、力検出部コントローラ５２により把持物体２と接触する接触部４３の表面と略平行な方向の力Ｆを作用させるように接触部４３の凹部４３ａ内の静電力発生部５４に静電力を発生させて各力検出部５１を把持物体Ｍに対し滑らせるような方向に駆動させる。このとき、各力検出部５１に作用する力Ｆの方向は、把持物体Ｍに対して力検出部５１が滑るような方向であれば、図２に示す方向と逆でも良いし、図２の紙面と直交する方向であっても良い。この場合、力Ｆは力Ｎと垂直に交わる方向であれば、静止摩擦係数μを求めるときに計算が容易になる。
【００３８】
その後、ステップＳ４で、各力検出部５１が力Ｆの方向に動き出すまで力Ｆの大きさを徐々に大きくし、各力検出部５１が接触部４３の表面と略平行な方向に動いたか否かを力検出部コントローラ５２により個別に検出する。このとき、力検出部５１が接触部４３の表面と略平行な方向に動きだすと力Ｆは一定値で安定するが、その直前の力Ｆの値が大きくなって急に一定値になるその変わり目のときを、力検出部５１が動いたときと判断して力検出部５１が動いたか否かを検出するようにしており、そのときの力検出部５１の位置変位情報を、把持物体Ｍに対し力検出部５１を押し付ける方向の力Ｎ（駆動力情報）および力検出部５１が動いたときの接触部４３の表面と略平行な方向の力Ｆ（駆動力情報）と共に摩擦係数算出部５５に出力する。このとき、力Ｆを作用させて力検出部５１がすぐに動いてしまって該力検出部５１が動いたときの力Ｆを検出できなかったり、力Ｆを大きくしても力検出部５１がなかなか動きださなかったりした場合は、把持物体Ｍに作用する力Ｎを強めたり弱めたり調節して測定すれば良い。
【００３９】
そして、ステップＳ５において、把持物体Ｍに対し各力検出部５１を押し付ける方向の力Ｎ、力検出部５１が動いたときの接触部４３の表面と略平行な方向の力Ｆおよびそのときの力検出部５１の位置変位情報に基づき、上記式（１）を用いて各指体４１ａ，４２ａ，４２ｂの接触部４３での把持物体Ｍの静止摩擦係数μをそれぞれ算出する。この場合、各力検出部５１の把持物体Ｍへの接触面側は、ロボットハンド１の接触部４３の表面と同質にしておくと、上記方法で求めた静止摩擦係数μは、ロボットハンド１と把持物体Ｍとの間の静止摩擦係数μと特定することができる。
【００４０】
その後、ステップＳ６において、各力検出部５１ごとに算出した静止摩擦係数μから把持物体Ｍの静止摩擦係数μ分布を求める。それから、ステップＳ７で、各力検出部５１による把持物体Ｍの接触箇所の静止摩擦係数μを確認する。このとき、各力検出部５１による把持物体Ｍの接触箇所の静止摩擦係数μのうち、特に静止摩擦係数μが小さい値となった箇所については、その小さい値となった力検出部５１の指体を指部ごと動かして把持物体Ｍへの接触箇所を変更して、静止摩擦係数μがより大きなところで把持物体Ｍを把持することも可能である。
【００４１】
それから、ステップＳ８において、摩擦係数算出部５５からの情報（各力検出部５１による把持物体Ｍの接触箇所の静止摩擦係数μ）を把持力算出部５６に出力し、この把持力算出部５６により、摩擦係数算出部５５からの情報に基づいて把持物体Ｍに適した把持力を決定する。その後、ステップＳ９で、把持力算出部５６により決定した把持物体Ｍに適した把持力の情報をロボットハンドコントローラ５３に出力し、ロボットハンド１の各関節３１〜３３や第１および第２指部４１，４２（指体４１ａ，４１ｂ，４２ａ〜４２ｃ）の動作を制御して把持物体Ｍを把持する。そして、ステップＳ１０において、把持物体Ｍを落とすことなく把持できたか否かを判定し、把持物体Ｍを把持できなかったＮＯの場合には、ステップＳ１１で、把持物体Ｍに対する把持力を増加させた後、上記ステップＳ９に戻る。
【００４２】
したがって、上記実施形態では、接触部４３に対して相対的に位置変位可能な力検出部５１を接触部４３の凹部４３ａ内においてその表面に対し略垂直方向および略平行方向に力検出部コントローラ５２による静電力発生部５４での静電力の発生により駆動させ、力検出部コントローラ５２による各力検出部５１の略垂直方向および略平行方向の駆動力情報と力検出部５１の位置変位情報とに基づいて把持物体Ｍの静止摩擦係数μを摩擦係数算出部５５により算出しているので、指部４１，４２の指体４１ａ，４２ａ，４２ｂによる把持物体Ｍに押し付けられる方向の力Ｎおよび把持物体Ｍがずれ動くような方向の力Ｆが力検出部コントローラ５２によって的確に未知の把持物体Ｍ（各力検出部５１）に伝達される上、これらの力Ｎ，Ｆによって各力検出部５１が動き出した際の位置変位情報が精度よく検出され、未知の把持物体Ｍの正確な静止摩擦係数μを算出することができる。よって、摩擦係数算出部５５からの情報（各力検出部５１による把持物体Ｍの接触箇所の静止摩擦係数μ）に基づいて未知の把持物体Ｍに適した把持力を精度よく算出できる上、この把持物体Ｍの正確な静止摩擦係数μを取り入れた最適な把持力でロボットハンド１を制御することができる。
【００４３】
しかも、未知の把持物体Ｍが小さくても、ロボットハンド１の指部４１，４２を接触部４３の表面と平行な方向に動かした際に該把持物体Ｍを動かしてしまうことがなく、未知の把持物体Ｍにずれ動かす方向の力Ｆを円滑に作用させて、未知の小さな把持物体Ｍの静止摩擦係数μを正確に測定することもできる。
【００４４】
また、把持物体Ｍを落とさない程度の最小限度の把持力で把持しているので、把持物体Ｍを把持した際に傷を付けることがなく、把持物体Ｍへの負担を最小限度に押さえることができる。
【００４５】
そして、力検出部５１が指部４１，４２の指体４１ａ，４２ａ，４２ｂにそれぞれ設けられているので、ロボットハンド１の指部４１，４２による未知の把持物体Ｍの静止摩擦係数μの分布状況を得ることができ、把持物体Ｍを確実に把持する上で非常に有効なものとなる。
【００４６】
また、力検出部５１が第２指部４２の指体４２ａ、４２ｂにそれぞれ設けられているので、第２指部４２により把持される箇所での未知の把持物体Ｍの静止摩擦係数μが得られ、未知の把持物体Ｍの滑りを確実に回避することができる。
【００４７】
そして、接触部４３の凹部４３ａ内における各静電力発生部５４の静電力によって力検出部５１を駆動しているので、力Ｎ，Ｆによって動き出す力検出部５１の位置変位情報がより力検出部コントローラ５２により精度よく検出され、未知の把持物体Ｍの正確な静止摩擦係数μをより正確に測定することができる。
【００４８】
更に、把持物体Ｍを把持できなかったときに、把持物体Ｍに対する把持力を増加させて再度ロボットハンド１による把持物体Ｍの把持を行うようにしているので、未知の把持物体Ｍの把持に失敗しても、同じ失敗を繰り返すことなくその把持物体Ｍを確実に把持することができる。
【００４９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、把持物体Ｍの静止摩擦係数μに基づいてロボットハンド１による該把持物体Ｍの把持力を決定する手法を用いたが、把持物体の形状を認識する形状認識手段をロボットハンドに備えていてもよい。この場合には、形状認識手段により認識された未知の把持物体の形状と、上記手法による未知の把持物体の静止摩擦係数とを組み合わせて、未知の把持物体の把持動作を決定することができる。具体的には、把持物体の静止摩擦係数μが小さいと分かり、形状認識手段で形状も小さいと認識されれば、指部の先で摘んで把持すれば把持物体を滑り落とすことが予想されるので、掌部に置いて把持しようとか、形状と静止摩擦係数μを組み合わせる事によって把持動作の詳細な判断まで行うことが可能となる。
【００５０】
また、把持物体Ｍの静止摩擦係数μに基づいてロボットハンド１による該把持物体Ｍの把持力を決定する手法に加え、把持物体の重量を認識する重量認識手段をロボットハンドに備えていてもよい。この場合には、重量認識手段により認識された未知の把持物体の重量と、上記手法による未知の把持物体の静止摩擦係数とを組み合わせて、未知の把持物体の把持動作を決定することができる。具体的には、上記の手法で検出した静止摩擦係数μと把持物体の重量を組み合わせて、その情報に適した把持動作を決定、例えば同じ形状で同じ静止摩擦係数μでも重量が大きければ把持力を大きくするなどの判断材料を加味して把持動作を決定することができる。
【００５１】
そして、上記実施形態では、力検出部コントローラ５２による静電力発生部５４での静電力の発生により力検出部５１を駆動させるようにしたが、その他の駆動力によって力検出部を駆動させるようにしてもよく、例えば、力検出部コントローラによる磁力発生部での磁力の発生により力検出部を駆動させるようにしてもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、接触部４３の凹部４３ａ内における力検出部５１の相対的な位置変位情報を力検出部コントローラ５２によって検出するようにしたが、力検出部の相対的な位置変位情報（接触部の表面に対する略垂直方向および略平行方向の位置変位情報）を検出する位置変位情報検出手段が別途設けられていてもよい。
【００５３】
更に、上記実施形態では、力検出部５１を第１指部４１の指体４１ａおよび第２指部４２の指体４２ａ，４２ｂの接触部４３にそれぞれ設けたが、掌部、および他の指体の接触部にも設けられていてもよい。また、上記実施形態では、第１および第２指部４１，４２の２本のみを掌部４に設けたが、３本以上の指部が掌部に設けられていてもよいのはもちろんである。
【００５４】
【発明の効果】
以上、説明したように、接触部に対して相対的に位置変位可能な力検出部を接触部表面に対して略垂直方向および略平行方向に力検出部駆動手段により駆動させ、力検出部駆動手段による力検出部の略垂直方向および略平行方向の駆動力情報と力検出部の位置変位情報とに基づいて把持物体の静止摩擦係数を摩擦係数算出部により算出することで、指部による押し付け方向の力Ｎおよび把持物体がずれ動くような方向の力Ｆを力検出部駆動手段によって的確に未知の把持物体に伝達し、これらの力Ｎ，Ｆによって力検出部が動き出した際の位置変位情報を精度よく検出して、未知の把持物体の正確な静止摩擦係数μを算出することができる上、未知の把持物体を確実に把持することができる。しかも、未知の把持物体が小さくても、ロボットハンドの指部をｙ方向に動かした際に該把持物体をｙ方向に動かしてしまうことがなく、未知の把持物体にｙ方向の力Ｆを円滑に作用させて、未知の小さな把持物体の静止摩擦係数μを正確に測定することもできる。
【００５５】
そして、力検出部を指部の複数箇所に設けていることで、ロボットハンドの指部による未知の把持物体の静止摩擦係数の分布状況を得ることができる。
【００５６】
また、複数の力検出部を少なくとも１つの指部に設けることで、指部により把持する箇所での未知の把持物体の静止摩擦係数を得れ、未知の把持物体の滑りを効果的に回避することができる。
【００５７】
そして、把持物体の形状を認識する形状認識手段を設けることで、形状認識手段による未知の把持物体の形状と、未知の把持物体の静止摩擦係数とを組み合わせて、未知の把持物体の把持動作を決定することができる。
【００５８】
また、把持物体の重量を認識する重量認識手段を設けることで、重量認識手段による未知の把持物体の重量と、未知の把持物体の静止摩擦係数とを組み合わせて、未知の把持物体の把持動作を決定することができる。
【００５９】
更に、力検出部駆動手段の静電力または磁力によって力検出部を駆動させることで、力Ｎ，Ｆによって動き出す力検出部の位置変位情報をより精度よく検出し、未知の把持物体の正確な静止摩擦係数μをより正確に測定することができる。
【００６０】
そして、接触部に対して相対的に位置変位可能な力検出部を接触部表面に対して略垂直方向および略平行方向に駆動させた際の力検出部の略垂直方向および略平行方向の駆動力情報と力検出部の位置変位情報とに基づいて把持物体の静止摩擦係数を算出し、これに基づいて把持物体に適した把持力を決定してロボットハンドにより把持物体を把持する制御を行うことで、力Ｎ，Ｆによって力検出部が動き出した際の位置変位情報および力検出部の略垂直方向および略平行方向の駆動力情報に基づく精度のよい未知の把持物体の正確な静止摩擦係数μを取り入れた最適な把持力でロボットハンドを制御することができる。
【００６１】
また、ロボットハンドによる把持物体の把持が失敗したときに、把持力を所定量増加させて再度ロボットハンドによる把持物体の把持を行うことで、未知の把持物体の把持に失敗しても、同じ失敗を繰り返すことなくその把持物体を確実に把持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わるロボットハンドの概略構成図である。
【図２】力検出部により把持物体の静止摩擦係数を測定している状態を説明する第２指部の指体付近の説明図である。
【図３】指体の接触部の凹部の断面図である。
【図４】各指部による把持物体の静止摩擦係数より把持物体の把持力を決定する手順を示すフローチャート図である。
【図５】（ａ）は従来例に係わるロボットハンドによる把持物体の静止摩擦係数を測定する際にロボットハンドの指部を把持物体に接触させた状態を示す説明図である。（ｂ）はその他の従来例に係わる指部にセンサを設けたロボットハンドにより把持物体の押付力を検出する際の説明図である。（ｃ）は同じく指部を把持物体に接触させた状態でｙ方向の力Ｆを作用させた状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ロボットハンド
４１第１指部
４２第２指部
４３接触部
５メインコントローラ（制御手段）
５１力検出部
５２力検出部コントローラ（力検出部駆動手段）
５５摩擦係数算出部
５６把持力算出部
Ｍ把持物体

Claims

把持対象となる把持物体を把持する少なくとも２本の指部を有し、この各指部に、把持物体に作用する力を検出する力検出部と、その把持物体に接触する接触部とを備えたロボットハンドにおいて、
上記力検出部は、上記接触部に対して相対的に位置変位可能に設けられ、
この力検出部を上記接触部の表面に対して略垂直方向および略平行方向に駆動させ、かつ上記接触部に対する力検出部の相対的な位置変位情報を検出する力検出部駆動手段を備えており、
上記力検出部駆動手段による力検出部の略垂直方向および略平行方向の駆動力情報並びに力検出部の位置変位情報に基づいて上記把持物体の静止摩擦係数を算出する摩擦係数算出部と、この摩擦係数算出部からの情報に基づいて上記把持物体に適した把持力を算出する把持力算出部とを有する制御手段を具備していることを特徴とするロボットハンド。
上記請求項１に記載のロボットハンドにおいて、
力検出部は、指部の複数箇所に設けられていることを特徴とするロボットハンド。
上記請求項２に記載のロボットハンドにおいて、
複数の力検出部は、少なくとも１つの指部に設けられていることを特徴とするロボットハンド。
上記請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のロボットハンドにおいて、
把持物体の形状を認識する形状認識手段を備えていることを特徴とするロボットハンド。
上記請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のロボットハンドにおいて、
把持物体の重量を認識する重量認識手段を備えていることを特徴とするロボットハンド。
上記請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載のロボットハンドにおいて、
力検出部駆動手段は、力検出部を静電力で駆動するようにしていることを特徴とするロボットハンド。
上記請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載のロボットハンドにおいて、
力検出部駆動手段は、力検出部を磁力で駆動するようにしていることを特徴とするロボットハンド。
把持対象となる把持物体に作用する力を検出する力検出部とその把持物体に接触する接触部とを有してなる指部を少なくとも２本備えたロボットハンドの制御方法であって、
上記力検出部を上記接触部に対して相対的に位置変位可能にかつ上記接触部表面に対して略垂直方向および略平行方向に駆動させて、該力検出部の接触部に対する位置変位情報と力検出部の略垂直方向および略平行方向の駆動力情報を検出し、
この検出された位置変位情報および駆動力情報に基づいて上記把持物体の静止摩擦係数を算出し、
この算出された把持物体の静止摩擦係数に基づいて上記把持物体に適した把持力を決定し、
この決定された把持力によってロボットハンドによる把持物体の把持を行うようにしていることを特徴とするロボットハンドの制御方法。
上記請求項８に記載のロボットハンドの制御方法において、
ロボットハンドによる把持物体の把持が失敗したときに、把持力を所定量増加させて再度ロボットハンドによる把持物体の把持を行うようにしていることを特徴とするロボットハンドの制御方法。