JP2004276215A - 把持装置及び把持装置の制御方法 - Google Patents
把持装置及び把持装置の制御方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】自ら移動し易い状態に置かれた物体の把持を、的確かつ迅速に行う把持装置を提供する。
【解決手段】把持装置１は、把持対象物を把持する把持動作を行うハンド部３を備え、ハンド部３は１以上の指を有する指部と、把持対象物と接する３つの接触部分を有する把持対象物を把持する掌部と、３つの接触部分と把持対象物との接触を検知する力センサ７、８、９とを備える。把持装置１の制御は、把持対象物に対してハンド部３を位置決めし、力センサ７、８、９が３つの接触部分のうち少なくとも１つの接触部分と把持対象物との接触を検知した場合は、把持対象物が掌部の中央に近づく方向にハンド部３を動かしながら掌部を面に対して近づけ、力センサが３つの接触部分全てが把持対象物と接触していることを検知したらハンド部３の移動を停止し、把持対象物に指部が接することによって、把持対象物を把持する。
【選択図】 図１
【解決手段】把持装置１は、把持対象物を把持する把持動作を行うハンド部３を備え、ハンド部３は１以上の指を有する指部と、把持対象物と接する３つの接触部分を有する把持対象物を把持する掌部と、３つの接触部分と把持対象物との接触を検知する力センサ７、８、９とを備える。把持装置１の制御は、把持対象物に対してハンド部３を位置決めし、力センサ７、８、９が３つの接触部分のうち少なくとも１つの接触部分と把持対象物との接触を検知した場合は、把持対象物が掌部の中央に近づく方向にハンド部３を動かしながら掌部を面に対して近づけ、力センサが３つの接触部分全てが把持対象物と接触していることを検知したらハンド部３の移動を停止し、把持対象物に指部が接することによって、把持対象物を把持する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体を把持する把持装置に関し、特にロボットハンドの構造及びロボットハンドを含む把持装置、並びにその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットハンドに把持動作を行わせる場合には、まずＣＣＤカメラ等の撮像手段によって把持対象物を撮像し、画像処理によって把持対象物の位置、姿勢を認識し、ロボットハンドを対象物に対して位置決めする。そしてロボットハンドのあらかじめ定められた部位を把持対象物に接触させて把持する。
【０００３】
このとき、種々様々な対象物を把持しようとすると、当該対象物に対してロボットハンドが常に精緻よく位置決めすることは難しい。従って、物体の把持開始に際して、ロボットハンドの所望の部位を最初に物体に接触させる動作をスムーズに行わせることが困難であった。
【０００４】
上記の問題点を解決するための手段として、力センサを備えた指部および手掌部を有するロボットハンド（多指ハンド装置）を提供し、最初に物体と接触を検知したセンサに最も近いセンサが、順次物体からの外力を検知するように指機構の関節を作動させる把持制御装置が開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２８７１８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されている把持制御では、平らな床上に置かれた球体等の転がり易い把持対象物を把持する場合において、次のような問題があった。
【０００７】
すなわち平らな床の上に置かれた球体などの転がりやすい把持対象物を把持する場合、把持対象物とロボットハンドの掌部、あるいは把持対象物と指部との接触によって把持対象物が外力を受け容易に転がり、移動してしまう。
【０００８】
その結果、ロボットハンドが完全に把持対象物を拘束する前に、ロボットハンドが位置決めされた状態で接触可能な領域の外まで把持対象物が移動してしまう事態が招来することがある。このような事態が発生した場合には、もう一度把持対象物に対するロボットハンドの位置決めをやり直す必要があり、把持に時間が掛かってしまう。
【０００９】
そこで本発明の目的は、移動し易い状態、例えば転がり易い状態に置かれた物体の把持を的確かつ迅速に行うことのできる把持装置、及び把持装置の制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の把持装置は、把持対象物を把持する把持動作を行うハンド部を備える把持装置であって、前記ハンド部は１以上の指を有する指部と、前記把持対象物と接する３つの接触部を有し前記把持対象物を把持する掌部と、前記３つの接触部と前記把持対象物との接触を検知するセンサとを備えることを特徴としている。
【００１１】
センサとしては、力センサ、変位センサ等が上げられるが、把持対象物との接触を検知することができればセンサの種類は限定されない。
【００１２】
前記把持装置によって、前記把持対象物は、前記掌部のみによって固定され、前記３つの接触部によって前記ハンド部の位置決めが確実にできるので前記指部との接触によって前記把持対象物が転がるのを防止できる。従って、転がり易い状態に置かれた前記把持対象物、例えば平らな床面に置かれた球体であっても物体の把持を的確かつ迅速に行うことができる。
【００１３】
前記３つの接触部は、前記掌部から前記指部に向けて突起していることを特徴とすることにより、前記把持対象物との接触をより確実にすることができる。
【００１４】
前記把持対象物の移動を抑制して把持動作をより高精度にするために、前記把持対象物が前記３つの接触部のそれぞれと３箇所で接触する場合において、前記３つの接触部は、前記把持対象物と接触する各点を頂点とする三角形の内角が全て９０°以下であるように配置されていることが好ましい。
【００１５】
前記３つの接触部は、前記３つの接触部は前記掌部の中心から外側に向かう３本の放射状の線に沿って突起していることを特徴とすることにより、前記掌部中央付近においても前記３つの接触部が前記把持対象物と接触できるので、特に小さい前記把持対象物を把持する場合においても把持動作を行うことができる。
【００１６】
前記３つの接触部は、円柱状、平板状又はスパイラル状等にすることができ、把持対象物の形状等に応じてより適した形状を選択することができる。
【００１７】
前記把持対象物の移動を抑制して把持動作をより高精度にするために、各接触部の中心軸であって、前記中心軸が前記掌部の中心から外側に向かう３本の放射状の線に沿っている場合において、それぞれ隣り合う２つの接触部の前記中心軸によって作られる３つの角が全て１８０°以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明の把持装置の制御方法は、前記把持対象物に対して前記ハンド部を位置決めする工程と、前記センサが少なくとも１つの前記接触部と前記把持対象物との接触を検知した場合、前記把持対象物が前記掌部の中央に近づく方向に前記ハンド部を動かしながら前記掌部を前記把持対象物に対して近づける工程と、前記センサが前記３つの接触部全てと前記把持対象物との接触を検知した場合に前記ハンド部の移動を停止する工程と、前記指部が前記把持対象物に接することによって前記把持対象物を把持する工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
制御方法は、３つの接触部がそれぞれ備え付けられたセンサが把持対象物との接触を検知し、把持対象物を掌部の中央部に誘導することによって把持を精緻よく行うことを可能にするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る把持装置の全体の構成を示している。
【００２２】
実施形態１では、把持装置１は、把持対象物に接触し、それを把持するロボットハンドであるハンド部３と、ハンド部３と連結してハンド部３を鉛直方向および水平方向に移動させるためのアーム部２と、アーム部２及びハンド部３を動かすための電動モータ群６と、電動モータ群６の回転量を検出するためのロータリエンコーダ群４と、外界からの種々の信号を検知するためのセンサ群５と、把持対象物を撮影するための２台のＣＣＤカメラ１２、１３とを備えている。
【００２３】
また、ハンド部３には、把持対象物との接触を検知するためのセンサである３つの力センサ７、８、９が設けられている。
【００２４】
電動モータ群６は、これら３つの力センサ７、８、９、ロータリエンコーダ群４、センサ群５及び画像処理手段１１からの信号を受けた装置制御手段１０からの指令によって回転する。
【００２５】
画像処理手段１１は、２台のＣＣＤカメラ１２、１３による撮影によって取得された２次元画像を処理して把持対象物の位置と姿勢の計算を行い、ハンド部３を把持対象物に対して位置決めするための情報を装置制御手段１０に与える。
【００２６】
次に、上記構成の把持装置１において、ハンド部３及び把持装置１の制御方法を図２から図９を参照して説明する。
【００２７】
図２は、ハンド部３の基本構造を示す斜視図である。ここでは、ハンド部３は円板状の掌部１０１を備え、掌部１０１の外周側には２つの関節部１０５ａ、１０５ｂを備えた指部１０４が３本、掌部１０１の上面には把持対象物を固定する働きをする円板状の凹部１０３、掌部１０１の内周側には把持対象物との接触を検知するための図示しない力センサを備えた３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃがそれぞれ配置されている。
【００２８】
ここで、掌部１０１は必ずしも円板状である必要は無く、四角形、六角形等、把持対象物を把持するのに支障のない形状であればどのような形状でもよい。
【００２９】
また、掌部１０１上面に凹部１０３を設けなくても把持動作が可能であるが、掌部１０１が備える凹部１０３は、把持対象物が掌部１０１の上面に接触したときに接触部で把持対象物を固定しやすくすること、及び接触部１０２が掌部１０１から著しく突出して指部１０４と干渉するのを防止するのに効果を発揮する。
【００３０】
図２に示すように指部１０４の本数は３本とすることが好ましいが、本発明の把持装置においては指部１０４の本数は１本以上であれば必要十分な把持機能を発揮することができる。また、把持対象物と床面との間隔が狭い場所にも指部１０４を入り込ませることができるように、指部先端の肉厚を薄くするようにしてもよい。また、指部１０４は、指部１０４と把持対象物との接触および指部１０４が把持対象物から受ける外力を感知するためのセンサを備えていてもよい。
【００３１】
図３は掌部１０１の平面図である。３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは１つの円周上にあり、円周上で隣り合う２つの接触部は円の中心Ｏとそれぞれの接触部の配置点とを結ぶ２本の線間の角度が１２０°になるように配置されている。ただし、３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃはこのような配置に限定されるものではなく、把持対象物１０７が例えば球体である場合には、把持対象物１０７と３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃとの接触点を頂点として形成される三角形の頂点の内角Ｘ、Ｙ、Ｚ全てが９０°以下であるような配置であればよい。例えば、平面視二等辺三角形であってもよい。そのような配置であれば、把持対象物が床面に接触した状態において、把持対象物が移動しないように把持対象物の３点を拘束することができる。
【００３２】
ここで接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは円柱形状（図２参照）であるが、その形状に限定されるのではなく、把持対象物からの外力を測定するのに適していればどのような形状でもよい。例えば、図４に示すように接触部１０６の先端部を半球形状に形成したものであってもよい。
【００３３】
このとき把持装置１はハンド部３と連携する次の２つのセンサを備えることによって、把持動作をより確実に行わせることができる。すなわち、掌部１０１と床面との水平度を高精度に保つために、掌部１０１と床面との平行度を測定するジャイロセンサを備えていてもよい。また、ハンド部３と床面との衝突の回避をより確実にするために、掌部１０１又は指部１０４と床面との距離を測定する距離センサを備えていてもよい。
【００３４】
次に、上記構成のハンド部（図２、３、４参照）を備えた把持装置１の把持制御の方法について説明する。図５及び図６は把持制御のフローチャートを示す。図７から図９は、図５及び図６に示す把持制御のフローチャートに従って作動するハンド部３の把持動作及び移動方向を示す。ただし、図７においては指部１０４が一本である場合を例示している。
【００３５】
図５に示すフローチャートは、掌部１０１と指部１０４とによる把持動作において装置制御部１０が行う処理を示し、図５におけるステップＳ２の処理の詳細は、図６に示すフローチャートに従って行われる。
【００３６】
まず、ステップＳ１でハンド部３を把持対象物に対して位置決めを行う。具体的には、図７（ａ）に示すように掌部１０１が把持対象物１０７の上方にあって、床面と掌部１０１とが水平になるようにハンド部３の位置決めを行う。
【００３７】
次のステップＳ２では、ハンド部３が備える掌部１０１で把持対象物１０７を押圧して固定する。ステップＳ２の処理は、図６に示すステップＳ２０１から開始する。
【００３８】
ステップＳ２０１ではハンド部３を床面に対してゆっくり垂直に近づける移動を開始する。以後この移動は継続させる。そしてステップＳ２０２に進む。
【００３９】
ハンド部３の下降中、装置制御部１０は常に力センサ７、８、９からの信号を読み取り、ステップＳ２０２、ステップＳ２０４及びステップＳ２０６で３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのそれぞれと把持対象物１０７との接触の有無を確認している。
【００４０】
図７（ｂ）に、３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのいずれか１つと把持対象物１０７とが接触した状態を示している。
【００４１】
ステップＳ２０２で１つの接触部との接触を検知したらステップＳ２０３へ進む。そうでなければステップＳ２０４へ進む。
【００４２】
ステップＳ２０３では３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのうちのどの接触部と把持対象物１０７との接触を検知したかによってハンド部３の移動方向を選択し、ハンド部３の水平移動を開始する。そしてステップＳ２０２へ戻り、水平方向への移動動作と床面への接近動作を継続する。
【００４３】
このときにハンド部３が水平移動する方向を図８（ａ）に示す。例えば、接触部１０２ａに備えられた力センサが把持対象物１０７との接触を検知した場合は、その接触検知時における接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを頂点とする三角形の外接円の中心点の座標をＯとし、接触検知時における接触部１０２ａの配置点をＡとすると、ハンド部３をベクトルＯＡの方向１０９ａにゆっくりと移動させつつ、床面に対して垂直に近づける。
【００４４】
この一定距離移動中に、把持対象物１０７と接触部１０２ａとが離れて、接触部１０２ｂに備えられた力センサによって把持対象物１０７との接触を検知した場合は、ハンド部３の移動方向は１０９ｂに切り替えられる。また続いて、把持対象物１０７と接触部１０２ｂとが離れて、接触部１０２ｃの力センサが接触を検知した場合は、ハンド部３の移動方向は１０９ｃに切り替えられる。
【００４５】
ステップＳ２０４で２つの接触部との接触を検知したらステップＳ２０５へ進み、そうでなければステップＳ２０６へ進む。
【００４６】
ステップＳ２０５では３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのうちのどの２つの接触部と把持対象物１０７との接触を検知したかによってハンド部３の移動方向を選択し、ハンド部３の水平移動を開始する。そしてステップＳ２０２へ戻り、以後ハンド部３は水平方向へ移動しつつ床面へ接近してゆく。このときのハンド部３の水平移動方向を図８（ｂ）に示す。
【００４７】
例えば２つの接触部１０２ａ、１０２ｂのそれぞれに備えられた力センサが同時に把持対象物１０７との接触を検知した場合は、接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを頂点（Ａ、Ｂ、Ｃ）とする三角形の外接円の中心点をＯとすると、ベクトルＯＡとベクトルＯＢとの合成ベクトルの方向１１０ｃにハンド部３を一定距離移動させつつ、把持装置を床面に対して垂直に近づける。
【００４８】
この一定距離移動中に、把持対象物１０７と接触部１０２ａのみが離れて、接触部１０２ｃとに備えられた力センサによって把持対象物１０７との接触を検知した場合、ハンド部３の移動方向は１１０ａに切り替えられる。また続いて、把持対象物１０７と接触部１０２ｂのみが離れて、接触部１０２ｃの力センサが接触を検知した場合は、ハンド部３の移動方向は１１０ｂに切り替えられる。
【００４９】
次に、ステップＳ２０６で３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃとの接触を検知したらステップＳ２０７へ進む。そうでなければステップＳ２０２へ戻り、水平方向への移動動作と床面への接近動作を継続する。
【００５０】
ステップＳ２０７では、ハンド部３の移動を停止し、次に３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの力センサ７、８、９の全てが把持対象物１０７から一定以上の力を検知するまで、ハンド部３によって把持対象物１０７を加圧するように押圧する。ステップＳ２０７の終了によりステップＳ２の処理は終了する。図７（ｃ）は３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ全てと把持対象物１０７とが接触した状態を示す図である。
【００５１】
ステップＳ３では図７（ｄ）に示すように把持対象物１０７を把持するように指部１０４を動かす。指部１０４は把持対象物１０７と床面１０８との接点Ｐにできるだけ近い把持対象物の部分に接触し、掌部１０１上面に垂直かつ掌部１０１に向かう方向に把持対象物１０７を徐々に加圧するよう押圧する。指部１０４の押圧によって加えられる把持対象物１０７への外力は把持対象物１０７を介して３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに備えられた力センサ７、８、９によって感知される。力センサ７、８、９によって測定される力が所定値以上になったら、それ以上の加圧を中止し、その時点での押圧状態を保つ。
【００５２】
なお、このとき指部１０４にも力センサを有するハンド部３を使用することにより、指部１０４に備えられた力センサが所定値以上の力を検知したときに指部１０４による加圧を中止するようにすることもできる。
【００５３】
また、２本以上（ただし図９では２本のみ示している。）の指部１０４を備えたハンド部３が把持対象物１０７を押圧した場合の様子を図９に示している。ハンド部３が２本以上の指部１０４を備えた場合には、図９に示すように複数の指部１０４が把持対象物１０７を押圧するようにしてもよい。この場合、把持対象物１０７から受ける重力負荷が複数の指部に分散されるので、１本の指部１０４で物体を把持する場合と比較してより質量の大きい物体を把持することができる。
【００５４】
最後にステップＳ４で図７（ｅ）に示すようにハンド部３を上方へ移動させ、把持対象物１０７を持ち上げる。
【００５５】
なお、ここでは把持対象物１０７が床面に接している場合の把持制御について説明したが、無重力空間や、水中のフロート、大気中の気球など周囲より比重が軽い等の理由により把持対象物１０７が壁面や天井面に接している場合においても、本発明の把持装置１によれば前記と同様の制御により、把持を行うことができる。
【００５６】
＜実施形態２＞
次に、ハンド部３に備える３つの接触部の構造及び配置等の実施形態２について、図１、図５、図６及び図１０から図１８を参照して説明する。
【００５７】
図１０は、図１に示す把持装置１が備えるハンド部３の基本構造を示す斜視図である。ハンド部３は円板状の掌部２０１を備え、掌部２０１の側面には２つの関節部２０５ａ、２０５ｂを備えた指部２０４が３本取り付けられている。掌部２０１の上面には凹部２０３が設けられている。凹部には把持対象物を固定し、把持対象物からの外力を検知するための３つの円柱状の接触部２０２（２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ）が設置されている。
【００５８】
なお、この場合も掌部２０１は必ずしも円板状である必要は無く、把持対象物を把持するのに適した形状であれば、どのような形状でもよい。図１０では指部２０４が３本の場合を図示しているが、ここでも、実施形態１（図２から図９参照）と同様に、指部２０４の本数は１本以上であればよい。また、指部先端の肉厚を薄くするようにしてもよく、指部２０４に外力を感知するためのセンサを備えていてもよい。
【００５９】
図１１は掌部２０１の側面図である。３つの接触部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの中心軸は逆向き仮想円錐２０６の円錐面上にあって、仮想円錐２０６の頂点と仮想円錐２０６の底面の輪郭上にある点とを通る３本の直線となっている。ここで仮想円錐２０６は掌部２０１の上面と平行な底面を持つ円錐である。
【００６０】
図１２は掌部２０１の平面図である。３つの接触部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは、掌部２０１の中心から外側に向かう３本の放射状の線に沿って突起するように配置されている。図１２では、３つの接触部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各中心軸は仮想円錐２０６の底面の法線方向から見て隣り合う中心軸間の角度が１２０°になるように設置されている。
【００６１】
ただし、３つの接触部部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは、必ずしもすべての隣り合う２つの接触部の中心軸間の角度が１２０°になるように配置する必要はなく、すべての隣り合う２つの接触部の中心軸間の角度が１８０°以下であれば他の配置であってもよい。そのような配置であれば、把持対象物が床面に接触した状態において、把持対象物が移動しないように把持対象物の３点を拘束することができる。
【００６２】
また図１３（ａ）に示すように、接触部２０２は、力センサ２０７を介して掌部２０１と接合されている。ただし、図１３（ｂ）に示すように力センサ２０８が接触部２０２の表面に備えられていてもよい。
【００６３】
また図１３（ｃ）に示すように、接触部２０２はコイルばね等の弾性体を有する回転変位を検出するセンサ２０９を設けてもよい。ここでは、コイルばね等の弾性体を介して接触部２０２と接続されており、この弾性体に変位を伝えるために、接触部２０２と掌部２０１との間に別の弾性体２１０が配置されている。
【００６４】
なお、掌部２０１が備える接触部２０２は円柱状に限定されることなく、把持対象物を固定するのに適した形状であればよく、例えば平板状であってもよい。また、接触部は湾曲形状であってもよく、例えば、図１４の接触部２１１のように円弧に沿った隆起形状であってもよい。又は、図１５の接触部２１５のようにスパイラル状の曲線に沿った隆起形状であってもよい。このように、接触部２０２の形状については、把持する物体（把持対象物）の形状等を考慮して、より適合する形状を採用すればよい。
【００６５】
次に、実施形態２のハンド部（図１０、１２、１３参照）を備えた把持装置１の把持制御の方法について説明する。この場合の把持制御も、前記実施形態１の把持装置１の場合と同様である。従って、以下の説明においては図５及び図６に示す把持制御のフローチャートに従って説明を行う。
【００６６】
図１６から図１８は、図５及び図６に示す把持制御のフローチャートに従って作動するハンド部３の把持動作及び移動方向を示す。ただし、図１６においては指部２０４が一本である場合を例示している。
【００６７】
ここでも、掌部２０１と１本の指部２０４とによる把持動作において装置制御手段１０が行う処理は、図５に示すフローチャート及び図５におけるステップＳ２の処理の詳細である図６に示すフローチャートに従って行われる。
【００６８】
図１６（ａ）は、図５におけるステップＳ１の処理を終了し、掌部２０１を把持対象物２１２に対して位置決めした状態を示している。
【００６９】
図１６（ｂ）は、掌部２０１が備える３つ接触部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃのいずれか１つと把持対象物２１２とが接触した状態を示している。
【００７０】
このときの図６のステップＳ１０３におけるハンド部３の水平移動の方向を図１７（ａ）に示す。例えば、接触部２０２ａと把持対象物２１２との接触を検知した場合は、その検知時における該接触部の中心軸方向であり掌部２０１の中心から外側に向かう方向２１３ａにハンド部３を一定距離移動させつつ、ハンド部３を床面に対して垂直に近づける。
【００７１】
この一定距離移動中に、把持対象物２１２と接触部２０２ａとが離れて、接触部２０２ｂに備えられた力センサによって把持対象物２１２との接触を検知した場合は、ハンド部３の移動方向は２１３ｂに切り替えられる。また続いて、把持対象物２１２と接触部２０２ｂとが離れて、接触部２０２ｃの力センサが接触を検知した場合は、ハンド部３の移動方向は２１３ｃに切り替えられる。
【００７２】
また、図６のステップＳ１０５におけるハンド部３の水平移動の方向を図１７（ｂ）に示す。例えば２つの接触部２０２ａ、２０２ｂの力センサが同時に把持対象物２１２との接触を検知した場合は、その検知時における２つの接触部の中心軸が成す角の２等分線方向であり、掌部２０１の中心部から外側に向かう方向２１４ｃにハンド部３を一定距離移動させつつ、ハンド部３を床面に対して垂直に近づける。
【００７３】
この一定距離移動中に、把持対象物２１２と接触部２０２ａのみが離れて、接触部２０２ｃとに備えられた力センサによって把持対象物２１２との接触を検知した場合、ハンド部３の移動方向は２１４ａに切り替えられる。また続いて、把持対象物１０７と接触部２０２ｂのみが離れて、接触部２０２ｃの力センサが接触を検知した場合は、ハンド部３の移動方向は２１４ｂに切り替えられる。
【００７４】
図１６（ｃ）は、掌部２０１が備える接触部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ全てと把持対象物２１２が接触して、把持対象物２１２が固定された状態を示し、図１６（ｄ）は、把持対象物２１２を指部２０４で押圧している状態を示し、図１６（ｅ）は、把持対象物２１２を持ち上げた状態を示している。
【００７５】
また、２本以上（ただし図１８では２本のみ示している。）の指部２０４を備えたハンド部３が把持対象物２１２を押圧した場合の様子を図１８に示している。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の把持装置は、掌部のみによって把持対象物が固定され、３つの接触部分によってハンド部の位置決めが確実にできることにより、指部との接触によって把持対象物が転がるのを防止できる。よって平らな床面に置かれた球体を把持する場合のように把持対象物が転がり易い状態であっても、物体の把持を的確かつ迅速に行うことができる。
【００７７】
３つの接触部分は掌部の外側から中心に向かう３本の放射状の線に沿って突起している場合は、掌部中央付近においても３つの接触部分が把持対象物と接触できるので、特に小さい把持対象物を把持する場合においても的確かつ迅速に把持動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る把持装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るハンド部の基本構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るハンド部の掌部を示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るハンド部が備える接触部の形状を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る把持装置の把持制御方法の流れを示すフローチャート図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る把持装置の把持制御方法において、掌部によって把持対象物を固定する方法を示すフローチャート図である。
【図７】本発明の実施形態１に係るハンド部の把持動作を示す図である。
【図８】本発明の実施形態１に係る把持制御において、接触部に把持対象物が接触したときのハンド部の水平移動方向を示す図である。
【図９】本発明の実施形態１に係る把持装置による把持動作において、２本の指部によって把持対象物を押圧した状態を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態２に係るハンド部の基本構造を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態２に係るハンド部の掌部を示す側面図である。
【図１２】本発明の実施形態２に係るハンド部の掌部を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施形態２に係るハンド部が備える接触センサの設置形態を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態２に係るハンド部が備える接触部の形状を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態２に係るハンド部が備える接触部の形状を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態２に係る把持装置による把持動作を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態２に係る把持制御において、接触部に把持対象物が接触したときのハンド部の水平移動方向を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態２に係る把持装置による把持動作において、２本の指部によって把持対象物を押圧した状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 把持装置
２ アーム部
３ ハンド部
４ ロータリエンコーダ群
５ センサ群
６ 電動モータ群
７、８、９ 力センサ
１０ 装置制御手段
１１ 画像処理手段
１２、１３ ＣＣＤカメラ
１０１ 掌部
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ 接触部
１０３ 凹部
１０４ 指部
１０５ａ、１０５ｂ 指部の関節
１０６ 接触部
１０７ 把持対象物
１０８ 床面
１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ 把持対象物と接触した時のハンド部の移動方向
２０１ 掌部
２０２、２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ 接触部
２０３ 凹部
２０４ 指部
２０５ａ、２０５ｂ 指部の関節
２０６ 逆向き仮想円錐
２０７、２０８ 力センサ
２０９ ねじりコイルばねを有する回転変位センサ
２１０ 弾性体
２１１ 中心軸が円弧状になっている円柱状接触部
２１２ 把持対象物
２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ、２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ 把持対象物と接触した時のハンド部の移動方向
２１５ 接触部
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体を把持する把持装置に関し、特にロボットハンドの構造及びロボットハンドを含む把持装置、並びにその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットハンドに把持動作を行わせる場合には、まずＣＣＤカメラ等の撮像手段によって把持対象物を撮像し、画像処理によって把持対象物の位置、姿勢を認識し、ロボットハンドを対象物に対して位置決めする。そしてロボットハンドのあらかじめ定められた部位を把持対象物に接触させて把持する。
【０００３】
このとき、種々様々な対象物を把持しようとすると、当該対象物に対してロボットハンドが常に精緻よく位置決めすることは難しい。従って、物体の把持開始に際して、ロボットハンドの所望の部位を最初に物体に接触させる動作をスムーズに行わせることが困難であった。
【０００４】
上記の問題点を解決するための手段として、力センサを備えた指部および手掌部を有するロボットハンド（多指ハンド装置）を提供し、最初に物体と接触を検知したセンサに最も近いセンサが、順次物体からの外力を検知するように指機構の関節を作動させる把持制御装置が開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２８７１８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されている把持制御では、平らな床上に置かれた球体等の転がり易い把持対象物を把持する場合において、次のような問題があった。
【０００７】
すなわち平らな床の上に置かれた球体などの転がりやすい把持対象物を把持する場合、把持対象物とロボットハンドの掌部、あるいは把持対象物と指部との接触によって把持対象物が外力を受け容易に転がり、移動してしまう。
【０００８】
その結果、ロボットハンドが完全に把持対象物を拘束する前に、ロボットハンドが位置決めされた状態で接触可能な領域の外まで把持対象物が移動してしまう事態が招来することがある。このような事態が発生した場合には、もう一度把持対象物に対するロボットハンドの位置決めをやり直す必要があり、把持に時間が掛かってしまう。
【０００９】
そこで本発明の目的は、移動し易い状態、例えば転がり易い状態に置かれた物体の把持を的確かつ迅速に行うことのできる把持装置、及び把持装置の制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の把持装置は、把持対象物を把持する把持動作を行うハンド部を備える把持装置であって、前記ハンド部は１以上の指を有する指部と、前記把持対象物と接する３つの接触部を有し前記把持対象物を把持する掌部と、前記３つの接触部と前記把持対象物との接触を検知するセンサとを備えることを特徴としている。
【００１１】
センサとしては、力センサ、変位センサ等が上げられるが、把持対象物との接触を検知することができればセンサの種類は限定されない。
【００１２】
前記把持装置によって、前記把持対象物は、前記掌部のみによって固定され、前記３つの接触部によって前記ハンド部の位置決めが確実にできるので前記指部との接触によって前記把持対象物が転がるのを防止できる。従って、転がり易い状態に置かれた前記把持対象物、例えば平らな床面に置かれた球体であっても物体の把持を的確かつ迅速に行うことができる。
【００１３】
前記３つの接触部は、前記掌部から前記指部に向けて突起していることを特徴とすることにより、前記把持対象物との接触をより確実にすることができる。
【００１４】
前記把持対象物の移動を抑制して把持動作をより高精度にするために、前記把持対象物が前記３つの接触部のそれぞれと３箇所で接触する場合において、前記３つの接触部は、前記把持対象物と接触する各点を頂点とする三角形の内角が全て９０°以下であるように配置されていることが好ましい。
【００１５】
前記３つの接触部は、前記３つの接触部は前記掌部の中心から外側に向かう３本の放射状の線に沿って突起していることを特徴とすることにより、前記掌部中央付近においても前記３つの接触部が前記把持対象物と接触できるので、特に小さい前記把持対象物を把持する場合においても把持動作を行うことができる。
【００１６】
前記３つの接触部は、円柱状、平板状又はスパイラル状等にすることができ、把持対象物の形状等に応じてより適した形状を選択することができる。
【００１７】
前記把持対象物の移動を抑制して把持動作をより高精度にするために、各接触部の中心軸であって、前記中心軸が前記掌部の中心から外側に向かう３本の放射状の線に沿っている場合において、それぞれ隣り合う２つの接触部の前記中心軸によって作られる３つの角が全て１８０°以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明の把持装置の制御方法は、前記把持対象物に対して前記ハンド部を位置決めする工程と、前記センサが少なくとも１つの前記接触部と前記把持対象物との接触を検知した場合、前記把持対象物が前記掌部の中央に近づく方向に前記ハンド部を動かしながら前記掌部を前記把持対象物に対して近づける工程と、前記センサが前記３つの接触部全てと前記把持対象物との接触を検知した場合に前記ハンド部の移動を停止する工程と、前記指部が前記把持対象物に接することによって前記把持対象物を把持する工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
制御方法は、３つの接触部がそれぞれ備え付けられたセンサが把持対象物との接触を検知し、把持対象物を掌部の中央部に誘導することによって把持を精緻よく行うことを可能にするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る把持装置の全体の構成を示している。
【００２２】
実施形態１では、把持装置１は、把持対象物に接触し、それを把持するロボットハンドであるハンド部３と、ハンド部３と連結してハンド部３を鉛直方向および水平方向に移動させるためのアーム部２と、アーム部２及びハンド部３を動かすための電動モータ群６と、電動モータ群６の回転量を検出するためのロータリエンコーダ群４と、外界からの種々の信号を検知するためのセンサ群５と、把持対象物を撮影するための２台のＣＣＤカメラ１２、１３とを備えている。
【００２３】
また、ハンド部３には、把持対象物との接触を検知するためのセンサである３つの力センサ７、８、９が設けられている。
【００２４】
電動モータ群６は、これら３つの力センサ７、８、９、ロータリエンコーダ群４、センサ群５及び画像処理手段１１からの信号を受けた装置制御手段１０からの指令によって回転する。
【００２５】
画像処理手段１１は、２台のＣＣＤカメラ１２、１３による撮影によって取得された２次元画像を処理して把持対象物の位置と姿勢の計算を行い、ハンド部３を把持対象物に対して位置決めするための情報を装置制御手段１０に与える。
【００２６】
次に、上記構成の把持装置１において、ハンド部３及び把持装置１の制御方法を図２から図９を参照して説明する。
【００２７】
図２は、ハンド部３の基本構造を示す斜視図である。ここでは、ハンド部３は円板状の掌部１０１を備え、掌部１０１の外周側には２つの関節部１０５ａ、１０５ｂを備えた指部１０４が３本、掌部１０１の上面には把持対象物を固定する働きをする円板状の凹部１０３、掌部１０１の内周側には把持対象物との接触を検知するための図示しない力センサを備えた３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃがそれぞれ配置されている。
【００２８】
ここで、掌部１０１は必ずしも円板状である必要は無く、四角形、六角形等、把持対象物を把持するのに支障のない形状であればどのような形状でもよい。
【００２９】
また、掌部１０１上面に凹部１０３を設けなくても把持動作が可能であるが、掌部１０１が備える凹部１０３は、把持対象物が掌部１０１の上面に接触したときに接触部で把持対象物を固定しやすくすること、及び接触部１０２が掌部１０１から著しく突出して指部１０４と干渉するのを防止するのに効果を発揮する。
【００３０】
図２に示すように指部１０４の本数は３本とすることが好ましいが、本発明の把持装置においては指部１０４の本数は１本以上であれば必要十分な把持機能を発揮することができる。また、把持対象物と床面との間隔が狭い場所にも指部１０４を入り込ませることができるように、指部先端の肉厚を薄くするようにしてもよい。また、指部１０４は、指部１０４と把持対象物との接触および指部１０４が把持対象物から受ける外力を感知するためのセンサを備えていてもよい。
【００３１】
図３は掌部１０１の平面図である。３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは１つの円周上にあり、円周上で隣り合う２つの接触部は円の中心Ｏとそれぞれの接触部の配置点とを結ぶ２本の線間の角度が１２０°になるように配置されている。ただし、３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃはこのような配置に限定されるものではなく、把持対象物１０７が例えば球体である場合には、把持対象物１０７と３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃとの接触点を頂点として形成される三角形の頂点の内角Ｘ、Ｙ、Ｚ全てが９０°以下であるような配置であればよい。例えば、平面視二等辺三角形であってもよい。そのような配置であれば、把持対象物が床面に接触した状態において、把持対象物が移動しないように把持対象物の３点を拘束することができる。
【００３２】
ここで接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは円柱形状（図２参照）であるが、その形状に限定されるのではなく、把持対象物からの外力を測定するのに適していればどのような形状でもよい。例えば、図４に示すように接触部１０６の先端部を半球形状に形成したものであってもよい。
【００３３】
このとき把持装置１はハンド部３と連携する次の２つのセンサを備えることによって、把持動作をより確実に行わせることができる。すなわち、掌部１０１と床面との水平度を高精度に保つために、掌部１０１と床面との平行度を測定するジャイロセンサを備えていてもよい。また、ハンド部３と床面との衝突の回避をより確実にするために、掌部１０１又は指部１０４と床面との距離を測定する距離センサを備えていてもよい。
【００３４】
次に、上記構成のハンド部（図２、３、４参照）を備えた把持装置１の把持制御の方法について説明する。図５及び図６は把持制御のフローチャートを示す。図７から図９は、図５及び図６に示す把持制御のフローチャートに従って作動するハンド部３の把持動作及び移動方向を示す。ただし、図７においては指部１０４が一本である場合を例示している。
【００３５】
図５に示すフローチャートは、掌部１０１と指部１０４とによる把持動作において装置制御部１０が行う処理を示し、図５におけるステップＳ２の処理の詳細は、図６に示すフローチャートに従って行われる。
【００３６】
まず、ステップＳ１でハンド部３を把持対象物に対して位置決めを行う。具体的には、図７（ａ）に示すように掌部１０１が把持対象物１０７の上方にあって、床面と掌部１０１とが水平になるようにハンド部３の位置決めを行う。
【００３７】
次のステップＳ２では、ハンド部３が備える掌部１０１で把持対象物１０７を押圧して固定する。ステップＳ２の処理は、図６に示すステップＳ２０１から開始する。
【００３８】
ステップＳ２０１ではハンド部３を床面に対してゆっくり垂直に近づける移動を開始する。以後この移動は継続させる。そしてステップＳ２０２に進む。
【００３９】
ハンド部３の下降中、装置制御部１０は常に力センサ７、８、９からの信号を読み取り、ステップＳ２０２、ステップＳ２０４及びステップＳ２０６で３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのそれぞれと把持対象物１０７との接触の有無を確認している。
【００４０】
図７（ｂ）に、３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのいずれか１つと把持対象物１０７とが接触した状態を示している。
【００４１】
ステップＳ２０２で１つの接触部との接触を検知したらステップＳ２０３へ進む。そうでなければステップＳ２０４へ進む。
【００４２】
ステップＳ２０３では３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのうちのどの接触部と把持対象物１０７との接触を検知したかによってハンド部３の移動方向を選択し、ハンド部３の水平移動を開始する。そしてステップＳ２０２へ戻り、水平方向への移動動作と床面への接近動作を継続する。
【００４３】
このときにハンド部３が水平移動する方向を図８（ａ）に示す。例えば、接触部１０２ａに備えられた力センサが把持対象物１０７との接触を検知した場合は、その接触検知時における接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを頂点とする三角形の外接円の中心点の座標をＯとし、接触検知時における接触部１０２ａの配置点をＡとすると、ハンド部３をベクトルＯＡの方向１０９ａにゆっくりと移動させつつ、床面に対して垂直に近づける。
【００４４】
この一定距離移動中に、把持対象物１０７と接触部１０２ａとが離れて、接触部１０２ｂに備えられた力センサによって把持対象物１０７との接触を検知した場合は、ハンド部３の移動方向は１０９ｂに切り替えられる。また続いて、把持対象物１０７と接触部１０２ｂとが離れて、接触部１０２ｃの力センサが接触を検知した場合は、ハンド部３の移動方向は１０９ｃに切り替えられる。
【００４５】
ステップＳ２０４で２つの接触部との接触を検知したらステップＳ２０５へ進み、そうでなければステップＳ２０６へ進む。
【００４６】
ステップＳ２０５では３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのうちのどの２つの接触部と把持対象物１０７との接触を検知したかによってハンド部３の移動方向を選択し、ハンド部３の水平移動を開始する。そしてステップＳ２０２へ戻り、以後ハンド部３は水平方向へ移動しつつ床面へ接近してゆく。このときのハンド部３の水平移動方向を図８（ｂ）に示す。
【００４７】
例えば２つの接触部１０２ａ、１０２ｂのそれぞれに備えられた力センサが同時に把持対象物１０７との接触を検知した場合は、接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを頂点（Ａ、Ｂ、Ｃ）とする三角形の外接円の中心点をＯとすると、ベクトルＯＡとベクトルＯＢとの合成ベクトルの方向１１０ｃにハンド部３を一定距離移動させつつ、把持装置を床面に対して垂直に近づける。
【００４８】
この一定距離移動中に、把持対象物１０７と接触部１０２ａのみが離れて、接触部１０２ｃとに備えられた力センサによって把持対象物１０７との接触を検知した場合、ハンド部３の移動方向は１１０ａに切り替えられる。また続いて、把持対象物１０７と接触部１０２ｂのみが離れて、接触部１０２ｃの力センサが接触を検知した場合は、ハンド部３の移動方向は１１０ｂに切り替えられる。
【００４９】
次に、ステップＳ２０６で３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃとの接触を検知したらステップＳ２０７へ進む。そうでなければステップＳ２０２へ戻り、水平方向への移動動作と床面への接近動作を継続する。
【００５０】
ステップＳ２０７では、ハンド部３の移動を停止し、次に３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの力センサ７、８、９の全てが把持対象物１０７から一定以上の力を検知するまで、ハンド部３によって把持対象物１０７を加圧するように押圧する。ステップＳ２０７の終了によりステップＳ２の処理は終了する。図７（ｃ）は３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ全てと把持対象物１０７とが接触した状態を示す図である。
【００５１】
ステップＳ３では図７（ｄ）に示すように把持対象物１０７を把持するように指部１０４を動かす。指部１０４は把持対象物１０７と床面１０８との接点Ｐにできるだけ近い把持対象物の部分に接触し、掌部１０１上面に垂直かつ掌部１０１に向かう方向に把持対象物１０７を徐々に加圧するよう押圧する。指部１０４の押圧によって加えられる把持対象物１０７への外力は把持対象物１０７を介して３つの接触部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに備えられた力センサ７、８、９によって感知される。力センサ７、８、９によって測定される力が所定値以上になったら、それ以上の加圧を中止し、その時点での押圧状態を保つ。
【００５２】
なお、このとき指部１０４にも力センサを有するハンド部３を使用することにより、指部１０４に備えられた力センサが所定値以上の力を検知したときに指部１０４による加圧を中止するようにすることもできる。
【００５３】
また、２本以上（ただし図９では２本のみ示している。）の指部１０４を備えたハンド部３が把持対象物１０７を押圧した場合の様子を図９に示している。ハンド部３が２本以上の指部１０４を備えた場合には、図９に示すように複数の指部１０４が把持対象物１０７を押圧するようにしてもよい。この場合、把持対象物１０７から受ける重力負荷が複数の指部に分散されるので、１本の指部１０４で物体を把持する場合と比較してより質量の大きい物体を把持することができる。
【００５４】
最後にステップＳ４で図７（ｅ）に示すようにハンド部３を上方へ移動させ、把持対象物１０７を持ち上げる。
【００５５】
なお、ここでは把持対象物１０７が床面に接している場合の把持制御について説明したが、無重力空間や、水中のフロート、大気中の気球など周囲より比重が軽い等の理由により把持対象物１０７が壁面や天井面に接している場合においても、本発明の把持装置１によれば前記と同様の制御により、把持を行うことができる。
【００５６】
＜実施形態２＞
次に、ハンド部３に備える３つの接触部の構造及び配置等の実施形態２について、図１、図５、図６及び図１０から図１８を参照して説明する。
【００５７】
図１０は、図１に示す把持装置１が備えるハンド部３の基本構造を示す斜視図である。ハンド部３は円板状の掌部２０１を備え、掌部２０１の側面には２つの関節部２０５ａ、２０５ｂを備えた指部２０４が３本取り付けられている。掌部２０１の上面には凹部２０３が設けられている。凹部には把持対象物を固定し、把持対象物からの外力を検知するための３つの円柱状の接触部２０２（２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ）が設置されている。
【００５８】
なお、この場合も掌部２０１は必ずしも円板状である必要は無く、把持対象物を把持するのに適した形状であれば、どのような形状でもよい。図１０では指部２０４が３本の場合を図示しているが、ここでも、実施形態１（図２から図９参照）と同様に、指部２０４の本数は１本以上であればよい。また、指部先端の肉厚を薄くするようにしてもよく、指部２０４に外力を感知するためのセンサを備えていてもよい。
【００５９】
図１１は掌部２０１の側面図である。３つの接触部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの中心軸は逆向き仮想円錐２０６の円錐面上にあって、仮想円錐２０６の頂点と仮想円錐２０６の底面の輪郭上にある点とを通る３本の直線となっている。ここで仮想円錐２０６は掌部２０１の上面と平行な底面を持つ円錐である。
【００６０】
図１２は掌部２０１の平面図である。３つの接触部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは、掌部２０１の中心から外側に向かう３本の放射状の線に沿って突起するように配置されている。図１２では、３つの接触部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの各中心軸は仮想円錐２０６の底面の法線方向から見て隣り合う中心軸間の角度が１２０°になるように設置されている。
【００６１】
ただし、３つの接触部部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは、必ずしもすべての隣り合う２つの接触部の中心軸間の角度が１２０°になるように配置する必要はなく、すべての隣り合う２つの接触部の中心軸間の角度が１８０°以下であれば他の配置であってもよい。そのような配置であれば、把持対象物が床面に接触した状態において、把持対象物が移動しないように把持対象物の３点を拘束することができる。
【００６２】
また図１３（ａ）に示すように、接触部２０２は、力センサ２０７を介して掌部２０１と接合されている。ただし、図１３（ｂ）に示すように力センサ２０８が接触部２０２の表面に備えられていてもよい。
【００６３】
また図１３（ｃ）に示すように、接触部２０２はコイルばね等の弾性体を有する回転変位を検出するセンサ２０９を設けてもよい。ここでは、コイルばね等の弾性体を介して接触部２０２と接続されており、この弾性体に変位を伝えるために、接触部２０２と掌部２０１との間に別の弾性体２１０が配置されている。
【００６４】
なお、掌部２０１が備える接触部２０２は円柱状に限定されることなく、把持対象物を固定するのに適した形状であればよく、例えば平板状であってもよい。また、接触部は湾曲形状であってもよく、例えば、図１４の接触部２１１のように円弧に沿った隆起形状であってもよい。又は、図１５の接触部２１５のようにスパイラル状の曲線に沿った隆起形状であってもよい。このように、接触部２０２の形状については、把持する物体（把持対象物）の形状等を考慮して、より適合する形状を採用すればよい。
【００６５】
次に、実施形態２のハンド部（図１０、１２、１３参照）を備えた把持装置１の把持制御の方法について説明する。この場合の把持制御も、前記実施形態１の把持装置１の場合と同様である。従って、以下の説明においては図５及び図６に示す把持制御のフローチャートに従って説明を行う。
【００６６】
図１６から図１８は、図５及び図６に示す把持制御のフローチャートに従って作動するハンド部３の把持動作及び移動方向を示す。ただし、図１６においては指部２０４が一本である場合を例示している。
【００６７】
ここでも、掌部２０１と１本の指部２０４とによる把持動作において装置制御手段１０が行う処理は、図５に示すフローチャート及び図５におけるステップＳ２の処理の詳細である図６に示すフローチャートに従って行われる。
【００６８】
図１６（ａ）は、図５におけるステップＳ１の処理を終了し、掌部２０１を把持対象物２１２に対して位置決めした状態を示している。
【００６９】
図１６（ｂ）は、掌部２０１が備える３つ接触部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃのいずれか１つと把持対象物２１２とが接触した状態を示している。
【００７０】
このときの図６のステップＳ１０３におけるハンド部３の水平移動の方向を図１７（ａ）に示す。例えば、接触部２０２ａと把持対象物２１２との接触を検知した場合は、その検知時における該接触部の中心軸方向であり掌部２０１の中心から外側に向かう方向２１３ａにハンド部３を一定距離移動させつつ、ハンド部３を床面に対して垂直に近づける。
【００７１】
この一定距離移動中に、把持対象物２１２と接触部２０２ａとが離れて、接触部２０２ｂに備えられた力センサによって把持対象物２１２との接触を検知した場合は、ハンド部３の移動方向は２１３ｂに切り替えられる。また続いて、把持対象物２１２と接触部２０２ｂとが離れて、接触部２０２ｃの力センサが接触を検知した場合は、ハンド部３の移動方向は２１３ｃに切り替えられる。
【００７２】
また、図６のステップＳ１０５におけるハンド部３の水平移動の方向を図１７（ｂ）に示す。例えば２つの接触部２０２ａ、２０２ｂの力センサが同時に把持対象物２１２との接触を検知した場合は、その検知時における２つの接触部の中心軸が成す角の２等分線方向であり、掌部２０１の中心部から外側に向かう方向２１４ｃにハンド部３を一定距離移動させつつ、ハンド部３を床面に対して垂直に近づける。
【００７３】
この一定距離移動中に、把持対象物２１２と接触部２０２ａのみが離れて、接触部２０２ｃとに備えられた力センサによって把持対象物２１２との接触を検知した場合、ハンド部３の移動方向は２１４ａに切り替えられる。また続いて、把持対象物１０７と接触部２０２ｂのみが離れて、接触部２０２ｃの力センサが接触を検知した場合は、ハンド部３の移動方向は２１４ｂに切り替えられる。
【００７４】
図１６（ｃ）は、掌部２０１が備える接触部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ全てと把持対象物２１２が接触して、把持対象物２１２が固定された状態を示し、図１６（ｄ）は、把持対象物２１２を指部２０４で押圧している状態を示し、図１６（ｅ）は、把持対象物２１２を持ち上げた状態を示している。
【００７５】
また、２本以上（ただし図１８では２本のみ示している。）の指部２０４を備えたハンド部３が把持対象物２１２を押圧した場合の様子を図１８に示している。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の把持装置は、掌部のみによって把持対象物が固定され、３つの接触部分によってハンド部の位置決めが確実にできることにより、指部との接触によって把持対象物が転がるのを防止できる。よって平らな床面に置かれた球体を把持する場合のように把持対象物が転がり易い状態であっても、物体の把持を的確かつ迅速に行うことができる。
【００７７】
３つの接触部分は掌部の外側から中心に向かう３本の放射状の線に沿って突起している場合は、掌部中央付近においても３つの接触部分が把持対象物と接触できるので、特に小さい把持対象物を把持する場合においても的確かつ迅速に把持動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る把持装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るハンド部の基本構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るハンド部の掌部を示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るハンド部が備える接触部の形状を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る把持装置の把持制御方法の流れを示すフローチャート図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る把持装置の把持制御方法において、掌部によって把持対象物を固定する方法を示すフローチャート図である。
【図７】本発明の実施形態１に係るハンド部の把持動作を示す図である。
【図８】本発明の実施形態１に係る把持制御において、接触部に把持対象物が接触したときのハンド部の水平移動方向を示す図である。
【図９】本発明の実施形態１に係る把持装置による把持動作において、２本の指部によって把持対象物を押圧した状態を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態２に係るハンド部の基本構造を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態２に係るハンド部の掌部を示す側面図である。
【図１２】本発明の実施形態２に係るハンド部の掌部を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施形態２に係るハンド部が備える接触センサの設置形態を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態２に係るハンド部が備える接触部の形状を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態２に係るハンド部が備える接触部の形状を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態２に係る把持装置による把持動作を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態２に係る把持制御において、接触部に把持対象物が接触したときのハンド部の水平移動方向を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態２に係る把持装置による把持動作において、２本の指部によって把持対象物を押圧した状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 把持装置
２ アーム部
３ ハンド部
４ ロータリエンコーダ群
５ センサ群
６ 電動モータ群
７、８、９ 力センサ
１０ 装置制御手段
１１ 画像処理手段
１２、１３ ＣＣＤカメラ
１０１ 掌部
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ 接触部
１０３ 凹部
１０４ 指部
１０５ａ、１０５ｂ 指部の関節
１０６ 接触部
１０７ 把持対象物
１０８ 床面
１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ 把持対象物と接触した時のハンド部の移動方向
２０１ 掌部
２０２、２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ 接触部
２０３ 凹部
２０４ 指部
２０５ａ、２０５ｂ 指部の関節
２０６ 逆向き仮想円錐
２０７、２０８ 力センサ
２０９ ねじりコイルばねを有する回転変位センサ
２１０ 弾性体
２１１ 中心軸が円弧状になっている円柱状接触部
２１２ 把持対象物
２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ、２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ 把持対象物と接触した時のハンド部の移動方向
２１５ 接触部
Claims (7)
- 把持対象物を把持するハンド部を備える把持装置であって、
前記ハンド部は、
１以上の指を有する指部と、
前記把持対象物と接する３つの接触部を有し前記把持対象物を把持する掌部と、前記３つの接触部と前記把持対象物との接触を検知するセンサとを備えることを特徴とする把持装置。 - 前記３つの接触部は、前記掌部から前記指部に向けて突起していることを特徴とする請求項１に記載の把持装置。
- 前記把持対象物が前記３つの接触部のそれぞれと３箇所で接触する場合において、前記３つの接触部は、前記把持対象物と接触する各点を頂点とする三角形の内角が全て９０°以下であるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の把持装置。
- 前記３つの接触部は、前記掌部の中心から外側に向かうように放射状に突起していることを特徴とする請求項１に記載の把持装置。
- 前記３つの接触部は、円柱状、平板状又はスパイラル状のいずれかの形状であることを特徴とする請求項４に記載の把持装置。
- 各接触部の中心軸であって、前記中心軸が前記掌部の中心から外側に向かう３本の放射状の線に沿っている場合において、それぞれ隣り合う２つの接触部の前記中心軸によって作られる３つの角が全て１８０°以下であることを特徴とする請求項４又は５に記載の把持装置。
- 請求項１乃至６のいずれかに記載の把持装置の制御方法であって、
前記把持対象物に対して前記ハンド部を位置決めする工程と、
前記センサが少なくとも１つの前記接触部と前記把持対象物との接触を検知した場合、前記把持対象物が前記掌部の中央に近づく方向に前記ハンド部を動かしながら前記掌部を前記把持対象物に対して近づける工程と、
前記センサが前記３つの接触部全てと前記把持対象物との接触を検知した場合に前記ハンド部の移動を停止する工程と、
前記指部が前記把持対象物に接することによって前記把持対象物を把持する工程とを含むことを特徴とする把持装置の制御方法。
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|---|---|---|---|
| JP2003074165A JP2004276215A (ja) | 2003-03-18 | 2003-03-18 | 把持装置及び把持装置の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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| JP2003074165A Pending JP2004276215A (ja) | 2003-03-18 | 2003-03-18 | 把持装置及び把持装置の制御方法 |
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|---|---|
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-
2003
- 2003-03-18 JP JP2003074165A patent/JP2004276215A/ja active Pending
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