JP2006000966A - Robot device and its control method - Google Patents

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Shinji Ishii
眞二 石井
Yoshio Kondo
嘉男 近藤
Norihisa Ito
功久 井藤
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Sony Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control method for a robot device improving entertaining nature and usability. <P>SOLUTION: In this robot device, the rotation of a motor serving as a power source for driving a movable part is controlled according to action contents to be carried out, and the rotating state of the motor is detected. Based on the detected rotating state of the motor, the magnitude of external force applied to the movable part is estimated. Based on the estimated result of the magnitude of external force, the rotation of the motor is controlled so that the magnitude of external force and the displacement quantity in the rotating state of the motor due to the external force are in the proportional relation with the preset adjustment gain as a proportional constant, and the adjustment gain set to a control means is changed according to the situation. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明はロボット装置及びその制御方法に関し、例えばヒューマノイドタイプのロボット装置に適用して好適なものである。   The present invention relates to a robot apparatus and a control method therefor, and is suitably applied to, for example, a humanoid type robot apparatus.

近年、人間の形態を模したヒューマノイドタイプのロボットの研究開発が多くの企業や各種研究機関において行われている。   In recent years, research and development of humanoid robots that imitate human forms have been carried out in many companies and various research institutions.

この場合、この種のロボット装置においては、各種作業を行う上で『手』の構造は非常に重要であり、より人間に近い動きを望む場合、対象物を掴む、摘む又は握るといった複雑な動作を確実に行い得る構造であることが要求され、またその動きにも各種の工夫が要求される。   In this case, in this type of robot apparatus, the structure of the “hand” is very important in performing various operations, and when a movement closer to a human is desired, a complicated operation such as grasping, picking or grasping an object is performed. It is required to have a structure that can reliably perform the movement, and various devices are also required for the movement.

そこで、従来、このようなヒューマノイドタイプのロボットの手構造及び当該ロボットの手の制御方法として、指をそれぞれ硬度の異なる骨格層、柔軟層及び表面層の3層構造とすることによって把持能力を向上させることや、かかる指の動きをコンプライアンス制御することによって対象物を確実かつ適切に把持し得るようにすることが本願特許出願人により提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
特願2002−341047
Therefore, conventionally, as a hand structure of such a humanoid type robot and a method for controlling the hand of the robot, the gripping ability is improved by making the finger a three-layer structure of a skeleton layer, a flexible layer and a surface layer having different hardnesses. It has been proposed by the applicant of the present patent application that the object can be grasped reliably and appropriately by performing compliance control on the movement of the finger and such a finger (see, for example, Non-Patent Document 1).
Japanese Patent Application No. 2002-341047

ところで、上述した非特許文献1において開示された従来のロボットにおいては、コンプライアンス制御による外力に対する指部の柔らかさが固定であり、このため外力に対する指部の柔らかさが柔らかく設定されている場合には、スイッチを押すなどの指部に高い剛性が要求される行動や作業を行い得ず、逆に、外力に対する指部の柔らかさが固く設定されている場合には、複雑な外形形状を有する外部物体をその表面に指部を倣わせて柔らかく持つといった、指部に低い剛性が要求される行動や作業を行い得ない問題がある。   By the way, in the conventional robot disclosed in Non-Patent Document 1 described above, the softness of the finger portion with respect to the external force by the compliance control is fixed, and therefore the softness of the finger portion with respect to the external force is set to be soft. Can not perform actions and work that require high rigidity to the finger, such as pressing a switch, and conversely has a complicated outer shape when the softness of the finger against external force is set firmly There is a problem that it is impossible to perform an action or work that requires low rigidity of the finger part, such as holding an external object softly following the finger part on the surface.

しかしながら、今後のロボットの使用環境を考慮すると、このような指部に高い剛性が要求されるような行動及び作業、並びに低い剛性が要求される行動及び作業のいずれについても実用上十分に対応し得るロボットの出現が要求され、逆に、このようなロボットを構築することができれば、ロボットの用途の幅を広げて、その有用性を向上させ得るものと考えられる。   However, in consideration of future use environments of robots, it is practically sufficient to handle both actions and tasks that require high rigidity for such fingers and actions and tasks that require low rigidity. Appearance of a robot to be obtained is required, and conversely, if such a robot can be constructed, it is considered that the usefulness of the robot can be improved by expanding the range of uses of the robot.

一方、従来のロボットにおいては、上述のように各種作業を行う上で重要な役割を果たす指部の保護については何ら考慮されていないが、一般的にロボットの指部は細身で構造的に壊れ易く、ロボットの転倒時における床面との衝突や、勢い良く手を動かしたときの外部物体との衝突などによって容易に破損するため、かかる事態の発生時に指部を保護する何らかの工夫が望まれる。   On the other hand, in conventional robots, no consideration is given to finger protection that plays an important role in performing various operations as described above. In general, robot fingers are slender and structurally broken. It easily breaks due to a collision with the floor when the robot falls or a collision with an external object when you move your hand vigorously. .

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、有用性を向上させ得るロボット装置及びその制御方法を提案しようとするものである。   The present invention has been made in consideration of the above points, and intends to propose a robot apparatus and a control method thereof that can improve usability.

かかる課題を解決するため本発明においては、ロボット装置において、上位コントローラから与えられる指令に応じて、可動部を駆動する動力源としてのモータの回転を制御する制御手段と、モータの回転状態を検出するセンサ手段と、センサ手段の検出結果に基づいて可動部に作用する外力の大きさを推定する外力推定手段とを設け、制御手段が、外力推定手段の推定結果に基づいて、外力の大きさと、当該外力によるモータの回転状態の変位量とが予め設定された調整ゲインを比例定数とする比例関係となるようにモータの回転を制御し、上位コントローラが、状況に応じて制御手段に設定された調整ゲインを変更するようにした。   In order to solve such a problem, in the present invention, in the robot apparatus, in accordance with a command given from the host controller, a control means for controlling the rotation of the motor as a power source for driving the movable part, and the rotation state of the motor are detected. And an external force estimating means for estimating the magnitude of the external force acting on the movable part based on the detection result of the sensor means, and the control means determines the magnitude of the external force based on the estimation result of the external force estimating means. The motor rotation is controlled so that the amount of displacement in the rotation state of the motor due to the external force has a proportional relationship with a preset adjustment gain as a proportional constant, and the host controller is set in the control means according to the situation. The adjustment gain was changed.

この結果このロボット装置では、いわゆるコンプライアンス制御による外力に対する可動部の柔らかさを状況に応じて切り換えることができる。   As a result, in this robot apparatus, the softness of the movable part with respect to an external force by so-called compliance control can be switched according to the situation.

また本発明においては、ロボット装置の制御方法において、可動部を駆動する動力源としてのモータの回転を、実行すべき行動内容に応じて制御すると共に、当該モータの回転状態を検出する第1のステップと、検出したモータの回転状態に基づいて、可動部に作用する外力の大きさを推定する第2のステップと、外力の大きさの推定結果に基づいて、外力の大きさと、当該外力によるモータの回転状態の変位量とが予め設定された調整ゲインを比例定数とする比例関係となるように、モータの回転を制御する第3のステップと、状況に応じて、制御手段に設定された調整ゲインを変更する第4のステップとを設けるようにした。   According to the present invention, in the control method of the robot apparatus, the rotation of the motor as the power source for driving the movable part is controlled according to the action content to be executed, and the first rotation state of the motor is detected. A step, a second step of estimating the magnitude of the external force acting on the movable part based on the detected rotational state of the motor, and a magnitude of the external force based on the estimation result of the magnitude of the external force, and the external force The third step of controlling the rotation of the motor is set in the control means according to the situation so that the displacement amount in the rotation state of the motor has a proportional relationship with a preset adjustment gain as a proportional constant. And a fourth step for changing the adjustment gain.

この結果このロボット装置の制御方法によれば、いわゆるコンプライアンス制御による外力に対する可動部の柔らかさを状況に応じて切り換えることができる。   As a result, according to the control method of the robot apparatus, the softness of the movable part with respect to an external force by so-called compliance control can be switched according to the situation.

本発明によれば、変位自在の可動部を有するロボット装置において、上位コントローラから与えられる指令に応じて、可動部を駆動する動力源としてのモータの回転を制御する制御手段と、モータの回転状態を検出するセンサ手段と、センサ手段の検出結果に基づいて可動部に作用する外力の大きさを推定する外力推定手段とを設け、制御手段が、外力推定手段の推定結果に基づいて、外力の大きさと、当該外力によるモータの回転状態の変位量とが予め設定された調整ゲインを比例定数とする比例関係となるようにモータの回転を制御し、上位コントローラが、状況に応じて制御手段に設定された調整ゲインを変更するようにしたことにより、いわゆるコンプライアンス制御による外力に対する可動部の柔らかさを状況に応じて切り換えることができ、かくして有用性を向上させ得るロボット装置を実現できる。   According to the present invention, in a robot apparatus having a movable part that can be displaced, a control means for controlling the rotation of a motor as a power source for driving the movable part in response to a command given from the host controller, and the rotational state of the motor Sensor means for detecting the external force, and external force estimation means for estimating the magnitude of the external force acting on the movable part based on the detection result of the sensor means, and the control means determines the external force based on the estimation result of the external force estimation means. The rotation of the motor is controlled so that the magnitude and the amount of displacement of the rotation state of the motor due to the external force have a proportional relationship with a preset adjustment gain as a proportional constant, and the host controller controls the control means according to the situation. By changing the set adjustment gain, the softness of the movable part against external force by so-called compliance control is switched according to the situation. Bets can be, thus possible to realize a robot apparatus capable of improving the usability.

また本発明によれば、変位自在の可動部を有するロボット装置の制御方法において、可動部を駆動する動力源としてのモータの回転を、実行すべき行動内容に応じて制御すると共に、当該モータの回転状態を検出する第1のステップと、検出したモータの回転状態に基づいて、可動部に作用する外力の大きさを推定する第2のステップと、外力の大きさの推定結果に基づいて、外力の大きさと、当該外力によるモータの回転状態の変位量とが予め設定された調整ゲインを比例定数とする比例関係となるように、モータの回転を制御する第3のステップと、状況に応じて、制御手段に設定された調整ゲインを変更する第4のステップとを設けるようにしたことにより、いわゆるコンプライアンス制御による外力に対する可動部の柔らかさを状況に応じて切り換えることができ、かくして有用性を向上させ得るロボット装置の制御方法を実現できる。   According to the invention, in the control method of the robot apparatus having the movable part that can be displaced, the rotation of the motor as the power source for driving the movable part is controlled according to the content of the action to be performed, Based on the first step of detecting the rotation state, the second step of estimating the magnitude of the external force acting on the movable part based on the detected rotation state of the motor, and the estimation result of the magnitude of the external force, A third step for controlling the rotation of the motor so that the magnitude of the external force and the amount of displacement in the rotational state of the motor by the external force have a proportional relationship with a preset adjustment gain as a proportional constant; The fourth step of changing the adjustment gain set in the control means is provided, so that the softness of the movable part against the external force by so-called compliance control is provided. Depending can be switched in, thus possible to realize a control method for a robot apparatus capable of improving the usability.

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(1)本実施の形態によるロボットの構成
図1及び図2において、1は全体として本実施の形態による2足歩行型のロボットを示し、胴体部ユニット2の上部に頭部ユニット3が配設されると共に、当該胴体部ユニット2の上部左右にそれぞれ同じ構成の腕部ユニット4A、4Bがそれぞれ配設され、かつ胴体部ユニット2の下部左右にそれぞれ同じ構成の脚部ユニット5A、5Bがそれぞれ所定位置に取り付けられることにより構成されている。
(1) Configuration of Robot According to this Embodiment In FIGS. 1 and 2, 1 indicates a bipedal walking robot according to this embodiment as a whole, and a head unit 3 is disposed above the body unit 2. In addition, arm units 4A and 4B having the same configuration are respectively disposed on the upper left and right of the body unit 2, and leg units 5A and 5B having the same structure are disposed on the lower left and right of the body unit 2, respectively. It is configured by being attached at a predetermined position.

胴体部ユニット2においては、体幹上部を形成するフレーム10及び体幹下部を形成する腰ベース11が腰関節機構12を介して連結することにより構成されており、体幹下部の腰ベース11に固定された腰関節機構12の各アクチュエータA、Aをそれぞれ駆動することによって、体幹上部を図3に示す直交するロール軸13及びピッチ軸14の回りにそれぞれ独立に回転させ得るようになされている。 In the torso unit 2, a frame 10 that forms the upper part of the trunk and a waist base 11 that forms the lower part of the trunk are connected via a hip joint mechanism 12. By driving the actuators A 1 and A 2 of the fixed hip joint mechanism 12, the upper part of the trunk can be independently rotated around the orthogonal roll axis 13 and the pitch axis 14 shown in FIG. Has been made.

また頭部ユニット3は、フレーム10の上端に固定された肩ベース15の上面中央部に首関節機構16を介して取り付けられており、当該首関節機構16の各アクチュエータA、Aをそれぞれ駆動することによって、図3に示す直交するピッチ軸17及びヨー軸18の回りにそれぞれ独立に回転させ得るようになされている。 The head unit 3 is attached to the center of the upper surface of the shoulder base 15 fixed to the upper end of the frame 10 via a neck joint mechanism 16, and the actuators A 3 and A 4 of the neck joint mechanism 16 are respectively connected to the head unit 3. By being driven, it can be rotated independently around the orthogonal pitch axis 17 and yaw axis 18 shown in FIG.

さらに各腕部ユニット4A、4Bは、それぞれ肩関節機構19を介して肩ベース15の左右に取り付けられており、対応する肩関節機構19の各アクチュエータA、Aをそれぞれ駆動することによって図3に示す直交するピッチ軸20及びロール軸21の回りにそれぞれ独立に回転させ得るようになされている。 Furthermore arm units 4A, 4B are attached to the left and right shoulder base 15 respectively via a shoulder joint mechanism 19, FIG by driving corresponding to each actuator A 5, A 6 of the shoulder joint mechanism 19 respectively 3 can be rotated independently around the orthogonal pitch axis 20 and roll axis 21 shown in FIG.

この場合、各腕部ユニット4A、4Bは、それぞれ上腕部を形成するアクチュエータAの出力軸に肘関節機構22を介して前腕部を形成するアクチュエータAが連結され、当該前腕部の先端に手部23が取り付けられることにより構成されている。 In this case, each of the arm units 4A, 4B, the actuator A 8 to form a forearm via an elbow joint mechanism 22 is connected to each output shaft of the actuator A 7 forming the upper arm, the tip end of the forearm It is configured by attaching the hand portion 23.

そして各腕部ユニット4A、4Bでは、アクチュエータAを駆動することによって前腕部を図3に示すヨー軸24の回りに回転させ、アクチュエータAを駆動することによって前腕部を図3に示すピッチ軸25の回りにそれぞれ回転させることができるようになされている。 The arm units 4A, in 4B, the forearm is rotated around the yaw axis 24 shown in FIG. 3 by driving the actuator A 7, pitch indicating the forearm in Fig. 3 by driving the actuator A 8 Each of them can be rotated around an axis 25.

これに対して各脚部ユニット5A、5Bにおいては、それぞれ股関節機構26を介して体幹下部の腰ベース11にそれぞれ取り付けられており、それぞれ対応する股関節機構26の各アクチュエータをA〜A11それぞれ駆動することによって、図3に示す互いに直交するヨー軸27、ロール軸28及びピッチ軸29の回りにそれぞれ独立に回転させ得るようになされている。 On the other hand, each leg unit 5A, 5B is attached to the waist base 11 at the lower part of the trunk via the hip joint mechanism 26, and the actuators of the corresponding hip joint mechanism 26 are respectively A 9 to A 11. By driving each of them, the yaw axis 27, the roll axis 28 and the pitch axis 29 which are orthogonal to each other shown in FIG.

この場合各脚部ユニット5A、5Bは、それぞれ大腿部を形成するフレーム30の下端に膝関節機構31を介して下腿部を形成するフレーム32が連結されると共に、当該フレーム32の下端に足首関節機構33を介して足部34が連結されることにより構成されている。   In this case, each leg unit 5A, 5B is connected to a lower end of a frame 30 that forms a thigh, a frame 32 that forms a lower leg through a knee joint mechanism 31, and to the lower end of the frame 32. The foot portion 34 is connected via an ankle joint mechanism 33.

これにより各脚部ユニット5A、5Bにおいては、膝関節機構31を形成するアクチュエータA12を駆動することによって、下腿部を図3に示すピッチ軸35の回りに回転させることができ、また足首関節機構33のアクチュエータA13、A14をそれぞれ駆動することによって、足部34を図3に示す直交するピッチ軸36及びロール軸37の回りにそれぞれ独立に回転させ得るようになされている。 Thus leg units 5A, in 5B, by driving the actuator A 12 which forms a knee joint mechanism 31, it is possible to rotate the lower leg around the pitch axis 35 shown in FIG. 3, also ankles By driving the actuators A 13 and A 14 of the joint mechanism 33, the foot 34 can be rotated independently around the orthogonal pitch axis 36 and roll axis 37 shown in FIG.

一方、胴体部ユニット2の体幹下部を形成する腰ベース11の背面側には、図4に示すように、当該ロボット1全体の動作制御を司るメイン制御部40と、電源回路及び通信回路などの周辺回路41と、バッテリ45(図5)となどがボックスに収納されてなる制御ユニット42が配設されている。   On the other hand, on the back side of the waist base 11 that forms the lower part of the trunk of the trunk unit 2, as shown in FIG. 4, a main control unit 40 that controls the operation of the entire robot 1, a power supply circuit, a communication circuit, and the like. A control unit 42 in which the peripheral circuit 41 and the battery 45 (FIG. 5) are housed in a box is provided.

そしてこの制御ユニット42は、各構成ユニット(胴体部ユニット2、頭部ユニット3、各腕部ユニット4A、4B及び各脚部ユニット5A、5B)内にそれぞれ配設された各サブ制御部43A〜43Dと接続されており、これらサブ制御部43A〜43Dに対して必要な電源電圧を供給したり、これらサブ制御部43A〜43Dと通信を行うことができるようになされている。   The control unit 42 includes sub-control units 43A to 43A disposed in the constituent units (the body unit 2, the head unit 3, the arm units 4A and 4B, and the leg units 5A and 5B). It is connected to 43D and can supply a necessary power supply voltage to these sub-control units 43A to 43D and can communicate with these sub-control units 43A to 43D.

また各サブ制御部43A〜43Dは、それぞれ対応する構成ユニット内の各アクチュエータA〜A14と接続されており、当該構成ユニット内の各アクチュエータA〜A14をメイン制御部40から与えられる各種制御コマンドに基づいて指定された状態に駆動し得るようになされている。 The sub-control units 43A to 43D are connected to the actuators A 1 to A 14 in the corresponding constituent units, respectively, and the actuators A 1 to A 14 in the constituent units are given from the main control unit 40. It can be driven to a designated state based on various control commands.

さらに頭部ユニット3には、図5に示すように、このロボット1の「目」として機能するCCD(Charge Coupled Device )カメラ50及び「耳」として機能するマイクロホン51及びタッチセンサ52などからなる外部センサ部53と、「口」として機能するスピーカ54となどがそれぞれ所定位置に配設され、制御ユニット42内には、バッテリセンサ55及び加速度センサ56などからなる内部センサ部57が配設されている。   Further, as shown in FIG. 5, the head unit 3 includes an external device including a CCD (Charge Coupled Device) camera 50 that functions as an “eye” of the robot 1, a microphone 51 that functions as an “ear”, a touch sensor 52, and the like. A sensor unit 53 and a speaker 54 functioning as a “mouth” are disposed at predetermined positions, and an internal sensor unit 57 including a battery sensor 55 and an acceleration sensor 56 is disposed in the control unit 42. Yes.

そして外部センサ部53のCCDカメラ50は、周囲の状況を撮像し、得られた画像信号S1Aをメイン制御部に送出する一方、マイクロホン51は、ユーザから音声入力として与えられる「歩け」、「伏せ」又は「ボールを追いかけろ」等の各種命令音声を集音し、かくして得られた音声信号S1Bをメイン制御部40に送出するようになされている。   Then, the CCD camera 50 of the external sensor unit 53 captures the surrounding situation and sends the obtained image signal S1A to the main control unit, while the microphone 51 provides “walk” and “down” given as voice input from the user. ”Or“ Follow the ball ”is collected, and the audio signal S1B thus obtained is sent to the main control unit 40.

またタッチセンサ52は、図1及び図2において明らかなように頭部ユニット3の上部に設けられており、ユーザからの「撫でる」や「叩く」といった物理的な働きかけにより受けた圧力を検出し、検出結果を圧力検出信号S1Cとしてメイン制御部40に送出する。   1 and 2, the touch sensor 52 is provided in the upper part of the head unit 3, and detects the pressure received by the physical action such as “blow” or “slap” from the user. The detection result is sent to the main control unit 40 as a pressure detection signal S1C.

さらに内部センサ部57のバッテリセンサ55は、バッテリ45のエネルギ残量を所定周期で検出し、検出結果をバッテリ残量検出信号S2Aとしてメイン制御部40に送出する一方、加速度センサ56は、3軸方向(x軸、y軸及びz軸)の加速度を所定周期で検出し、検出結果を加速度検出信号S2Bとしてメイン制御部40に送出する。   Further, the battery sensor 55 of the internal sensor unit 57 detects the remaining energy of the battery 45 at a predetermined period, and sends the detection result to the main control unit 40 as a remaining battery level detection signal S2A, while the acceleration sensor 56 has three axes. The acceleration in the direction (x-axis, y-axis, and z-axis) is detected at a predetermined cycle, and the detection result is sent to the main control unit 40 as an acceleration detection signal S2B.

メイン制御部部40は、外部センサ部53のCCDカメラ50、マイクロホン51及びタッチセンサ52等からそれぞれ供給される画像信号S1A、音声信号S1B及び圧力検出信号S1C等(以下、これらをまとめて外部センサ信号S1と呼ぶ)と、内部センサ部57のバッテリセンサ55及び加速度センサ等からそれぞれ供給されるバッテリ残量検出信号S2A及び加速度検出信号S2B等(以下、これらをまとめて内部センサ信号S2と呼ぶ)に基づいて、ロボット1の周囲及び内部の状況や、ユーザからの指令、ユーザからの働きかけの有無などを判断する。   The main control unit 40 includes an image signal S1A, an audio signal S1B, a pressure detection signal S1C, and the like (hereinafter collectively referred to as an external sensor) supplied from the CCD camera 50, microphone 51, touch sensor 52, and the like of the external sensor unit 53, respectively. (Referred to as the signal S1), the remaining battery level detection signal S2A and the acceleration detection signal S2B supplied from the battery sensor 55 and the acceleration sensor of the internal sensor unit 57, respectively (hereinafter collectively referred to as the internal sensor signal S2). Based on the above, the situation around and inside the robot 1, the instruction from the user, the presence / absence of the action from the user, and the like are determined.

そしてメイン制御部40は、この判断結果と、予め内部メモリ40Aに格納されている制御プログラムと、そのとき装填されている外部メモリ58に格納されている各種制御パラメータとに基づいて続く行動を決定し、決定結果に基づく制御コマンドを対応するサブ制御部43A〜43Dに送出する。この結果、この制御コマンドに基づき、そのサブ制御部43A〜43Dの制御のもとに、対応するアクチュエータA〜A14が駆動され、かくして頭部ユニット3を上下左右に揺動させたり、腕部ユニット4A、4Bを上にあげたり、歩行するなどの行動がロボット1により発現されることとなる。 The main control unit 40 determines the action to be continued based on the determination result, the control program stored in the internal memory 40A in advance, and various control parameters stored in the external memory 58 loaded at that time. Then, the control command based on the determination result is sent to the corresponding sub-control units 43A to 43D. As a result, based on this control command, the corresponding actuators A 1 to A 14 are driven under the control of the sub-control units 43A to 43D, thus swinging the head unit 3 up and down, left and right, Actions such as raising the unit units 4A and 4B or walking are expressed by the robot 1.

またこの際メイン制御部40は、必要に応じて所定の音声信号S3をスピーカ54に与えることにより当該音声信号S3に基づく音声を外部に出力させたり、外見上の「目」として機能する頭部ユニット3の所定位置に設けられたLEDに駆動信号を出力することによりこれを点滅させる。   At this time, the main control unit 40 outputs a sound based on the sound signal S3 to the outside by giving a predetermined sound signal S3 to the speaker 54 as necessary, or functions as an “eye” in appearance. By outputting a drive signal to the LED provided at a predetermined position of the unit 3, this is blinked.

このようにしてこのロボット1においては、周囲及び内部の状況や、ユーザからの指令及び働きかけの有無などに基づいて自律的に行動することができるようになされている。   In this way, the robot 1 can behave autonomously based on the surrounding and internal conditions, instructions from the user, presence / absence of actions, and the like.

(2)ロボット1における手部23の構成
(2−1)手部23の概略構成
次に、このロボット1における手部23の構成について説明する。
(2) Configuration of Hand 23 in Robot 1 (2-1) Schematic Configuration of Hand 23 Next, the configuration of the hand 23 in the robot 1 will be described.

このロボット1の手部23には、図6(A)及び(B)に示すように、それぞれ人間の親指、人差し指、中指、薬指及び小指に相当する第1〜第5の指部60〜60が設けられている。 As shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B), the robot 23 has a hand portion 23 having first to fifth finger portions 60 1 to 60 1 corresponding to a human thumb, index finger, middle finger, ring finger, and little finger, respectively. 60 5 is provided.

この場合、第1の指部60は、指先部61及び指元部61が第1の指関節61を介して手部23の内側に向けて屈折自在に連結されることにより構成されており、指元部61の下端部が、手本体部62の内側面(以下、これを手の平面と呼ぶ)62Aにおける下部右端近傍位置(右手)又は下部左端近傍位置(左手)に、第2の指関節61を介して手部23の内側に向けて屈曲自在に連結されている。 In this case, the first finger portion 60 1 is constituted by a fingertip portion 61 1 and the Yubimoto portion 61 2 is refracted rotatably connected toward the inside of the first knuckle 61 3 via the hand portion 23 are, the lower end portion of the Yubimoto portion 61 2, the inner surface of the hand main body 62 (hereinafter referred to as the plane of the hand) lower near the right end position in 62A (right hand) or lower near the left end position (left hand), It is bent rotatably connected toward the inside of the hand portion 23 through the second knuckle 61 4.

また第2〜第5の指部60〜60は、それぞれ指先部62及び中指部62が第1の指関節62を介して手部23の内側に向けて屈折自在に連結されると共に、指中部62及び指元部62が第2の指関節62を介して手部23の内側に向けて屈折自在に連結されることにより構成され、指元部62の下端部が、手本体部62の先端に第3の指関節62を介して手部23の内側に向けて屈曲自在に連結されている。 The second to fifth fingers 60 2-60 5 is refracted rotatably connected toward the fingertip portion 62 1 and the middle finger portion 62 2, respectively to the inside of the hand portion 23 through the first knuckle 62 3 Rutotomoni, is constituted by a finger central 62 2 and Yubimoto 62 4 is refracted rotatably connected toward the inside of the second knuckle 62 5 through the hand unit 23, the lower end of Yubimoto 62 4 parts have been bent rotatably connected toward the inside of the hand portion 23 through the third finger joint 62 6 to the tip of the hand body portion 62.

これによりこのロボット1においては、第1〜第5の指部60〜60を伸ばし又は屈曲させることで、図6のように手部を開いたり、図7及び図8のように手部23を閉じたりすることができ、かくして例えば図9及び図10のようにボール等の対象物64、65を掴んだり、図11のように紙や薄板等の対象物66を摘むことができるようになされている。 Thereby, in this robot 1, by extending or bending the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 , the hand portion is opened as shown in FIG. 6, or the hand portion as shown in FIGS. 23 can be closed, and thus, for example, the objects 64 and 65 such as balls can be grasped as shown in FIGS. 9 and 10, and the object 66 such as paper and thin plates can be picked as shown in FIG. Has been made.

このとき第2〜第5の指部60〜60は、図6に示すように、手を開いた状態において、これら第2〜第5の指部60〜60が手部本体62の下端部1点Pを中心として一定角度間隔(例えば15〔°〕間隔)で放射方向に伸びるように手本体部62に取り付けられている。また第1の指部60は、図7に示すように、その中心線Kが第3の指部の中心線Kと一定角度θthをもって交差するように手本体部62に取り付けられている。 In this case the second to fifth fingers 60 1 to 60 5, as shown in FIG. 6, in opened hand, these second to fifth fingers 60 1 to 60 5 is the hand body 62 Is attached to the hand main body 62 so as to extend in the radial direction at a constant angular interval (for example, 15 °). The first finger portion 60 1, as shown in FIG. 7, attached to the hand body portion 62 so as to intersect with a certain angle theta th its center line K 1 is the center line K 2 of the third finger ing.

これによりこのロボット1においては、第1〜第5の指部60〜60によって、例えば図9及び図10のように対象物64、65を複数方向から包み込むように把持することができ、かくして大きな対象物から小さな対象物まで広い範囲の大きさの対象物を確実に把持することができるようになされている。 As a result, in the robot 1, the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 can hold the objects 64 and 65 so as to be wrapped from a plurality of directions as shown in FIGS. 9 and 10, for example. Thus, it is possible to reliably hold a wide range of sizes of objects from large objects to small objects.

また、かかる第1の指部60の角度θthは、図7のように対象物を掴む状態に第1〜第5の指部60〜60を屈曲させたときに、第1の指部60の先端部が第2の指部60の先端部及び第3の指部60の先端部とそれぞれ接触する角度に選定されており、かくして対象物を摘む際に、図11のように、少なくとも第1の指部60の先端部と、第2の指部60の先端部と、第3の指部60の先端部との3点によって当該対象物67を確実に保持し得るようになされている。 Further, according the first angle theta th fingers 60 1, when formed by bending the first to fifth fingers 60 1 to 60 5 of the state grasping the object as shown in FIG. 7, the first tip of the finger portion 60 1 are selected in the angle of contact respectively with the second tip portion of the finger portion 60 2 and the third finger portion 60 3 of the tip, thus when picking an object, Figure 11 as reliably at least a first finger portion 60 1 of the front end portion, a second finger portion 60 2 of the tip, the object 67 by the three points and the third finger portion 60 3 of the tip of the To be able to hold on.

なおこの実施の形態の場合、第1〜第5の指部60〜60の長さは、それぞれ異なる長さに選定されており、これにより第1〜第5の指部60〜60を広い範囲で接触させながら対象物を把持することができるようになされている。 In the case of this embodiment, the lengths of the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 are selected to be different from each other, whereby the first to fifth finger portions 60 1 to 60 60 are selected. An object can be gripped while contacting 5 in a wide range.

(2−2)手部23の具体的構成
ここで、実際上、手本体部62においては、図12に示すように、手の平面62Aが全体としてほぼ丸四角形状となるように構成されており、その第1の指部60の取付け位置を含む下部と、当該手の平面62A全体の4分の3程度の面積を占める先端部とに凸形状の丘部62A、62A(図12(A)において斜線部よりも上側部分及び下側部分)が設けられると共に、これら先端部の丘部62A及び下部の丘部62A間に凹形状の窪み部62A(図12(A)において斜線部分)が設けられている。
(2-2) Specific Configuration of Hand Part 23 Here, in practice, the hand main body part 62 is configured such that the flat surface 62A of the hand has a substantially round rectangular shape as a whole, as shown in FIG. a lower portion including the first mounting position of the finger unit 60 1, the hill portion 62A 1 of the tip portion and a convex shape which accounts for approximately 3 area 4 of the total plane 62A of the hand, 62A 3 (FIG. 12 ( in a) with the upper and lower portions than the hatched portion) is provided, in these tip of lands 62A 1 and lower lands 62A 3 between concave recess 62A 2 (Figure 12 (a) (Hatched portion) is provided.

この場合、図12からも明らかなように、先端部の丘部62A及び窪み部62A間は滑らかな曲面により繋がれているのに対し、下部の丘部62A及び窪み部62A間には段差62Bが設けられており、これにより対象物を手の平面62A上に安定して載せることができ、また対象物を安定して把持することができるようになされている。 In this case, as it is apparent from FIG. 12, whereas between lands 62A 1 and the recessed portion 62A 2 of the tip are connected by a smooth curved surface, the bottom between the hill portion 62A 3 and the recessed portion 62A 2 Is provided with a step 62B, whereby the object can be stably placed on the hand plane 62A, and the object can be stably grasped.

また手本体部62の手の平面62Aには、ゴム材等の摩擦係数の大きい材料からなる表面材63が貼着されており、これにより対象物を把持する際に当該表面材63と対象物との間に生じる摩擦によってより一層と安定して当該対象物を手の平面62A内に保持し得るようになされている。   Further, a surface material 63 made of a material having a large coefficient of friction such as a rubber material is attached to the hand flat surface 62A of the hand main body 62, whereby the surface material 63, the object, The object can be held in the plane 62A of the hand more stably by the friction generated between the two.

一方、第1の指部60においては、図13(A)及び(B)に示すように、指先部61の骨を構成する樹脂又はアルミ合金等の硬度の高い材料からなる第1の骨格層70と、指元部61の骨を構成する同じ材料からなる第2の骨格層70とを有し、これら第1及び第2の骨格層70、70が第1の指関節61を構成する当該第1の指部60の横方向(矢印a)と平行に設けられた第1の軸体71により、一体にかつ屈曲自在に連結されている。 On the other hand, in the first finger portion 60 1, as shown in FIG. 13 (A) and (B), the fingertip portion 61 1 of the bones constituting the resin or the first consisting of a high hardness aluminum alloy material skeletal layer 70 1, the Yubimoto unit 61 first bone from the same material consisting second constituting skeletal layer 70 2 and has a first and second skeletal layer 70 1, 70 2 are first the first shaft 71 provided in parallel with the first finger portion 60 1 in the lateral direction (arrow a) constituting the knuckles 61 3, and is integral with and bent freely connected.

また指元部61の下端部には、第2の指関節61を構成する第2の軸体72が当該指元部61を第1の軸体71と平行に貫通するように設けられ、この第2の軸体72が手本体部62(図6)の所定位置に設けられた軸受け73(図6(A))によって軸支されている。 Also at the lower end of the base of the finger portion 61 2, provided as a second shaft 72 which constitutes the second finger joint 61 4 parallel to penetrate the base of the finger portion 61 2 and the first shaft 71 The second shaft body 72 is pivotally supported by a bearing 73 (FIG. 6A) provided at a predetermined position of the hand main body 62 (FIG. 6).

これにより第1の指部60においては、図7について上述したように、第3の指部60の中心軸kとの角度θthを保ちながら、指先部61及び指元部61をそれぞれ独立に手部の内62A側に自在に屈曲させ得るようになされている。 Thus in the first finger portion 60 1, as described above with reference to FIG. 7, while maintaining the angle theta th between the center axis k 2 of the third finger portion 60 3, the fingertip portion 61 1 and the Yubimoto 61 2 can be independently bent to the inside 62A side of the hand portion.

このとき、第1及び第2の骨格層70、70は、図13(C)に示すように、αゲル、ソルボセイン又は発泡ウレタン等の硬度がHs0の柔軟材からなる柔軟層74により一体に覆われると共に、当該柔軟層74は、厚さ0.3〜1〔mm〕程度、硬度がHs40〜60程度の例えばゴム、PCV又はパリウレタン等の屈曲性のある材料を用いて形成された表面層75により一体に覆われている。 Together this time, the first and second skeletal layer 70 1, 70 2, as shown in FIG. 13 (C), alpha gel, the flexible layer 74 hardness such Sorubosein or urethane foam is made of a flexible material Hs0 And the flexible layer 74 is a surface layer formed of a flexible material such as rubber, PCV, or palliurethane having a thickness of about 0.3-1 [mm] and a hardness of about Hs 40-60. 75 is integrally covered.

これによりこのロボット1においては、対象物を把持等する際に、第1の指部60の内側面をその対象物の表面形状に応じて凹む方向に弾力的かつ柔軟に変位させて当該対象物に密着させることができることから、当該対象物を確実に把持等することができ、また上述のように第1の指部60が第1及び第2の骨格層70、70、柔軟層74及び表面層75の3層構造となっていることから、第1の指部60の表面に柔軟性をもたせながらも当該表面が損傷し難く、長期使用にも実用上十分に耐え得るようになされている。 Thus, in this robot 1, when the gripping such an object, a first resiliently and the inner surfaces of the fingers 60 1 in a direction that is recessed in accordance with the surface shape of the object is flexibly displaced the subject because it can be brought into close contact with the object, it is possible to reliably grip like the object, also the first finger portion 60 1 is the first and second skeletal layer 70 as described above 1, 70 2, flexible Since it has a three-layer structure of the layer 74 and the surface layer 75, the surface of the first finger portion 601 is not easily damaged while giving flexibility to the surface of the first finger portion 601, and can sufficiently withstand long-term use practically. It is made like that.

同様に、第2〜第5の指部60〜60においては、図14(A)及び(B)に示すように、指先部63の骨を構成する樹脂又はアルミ合金等の硬度の高い材料からなる第1の骨格層80と、指中部63の骨を構成する同じ材料からなる第2の骨格層80と、指元部63の骨を構成する同じ材料からなる第3の骨格層80とを有し、これら第1〜第3の骨格層80〜80が、第1の指関節63を構成する第1の軸体81と、第2の指関節63を構成する第2の軸体82とにより、一体にかつ屈曲自在に連結されている。 Similarly, in the fingers 60 2-60 5 of the second to fifth, as shown in FIG. 14 (A) and (B), the hardness of the resin or an aluminum alloy or the like constituting the bone of the fingertip portion 63 1 first skeletal layer 80 1 made of high material, and the second skeletal layer 80 2 of the same material which constitutes the bone of the finger central 63 2, first made of the same material constituting the bone Yubimoto 63 2 3 and a skeleton layer 803, these first to third skeletal layer 80 1-80 3, the first shaft member 81 which constitutes the first knuckle 63 3, second finger joint by a second shaft 82 which constitutes a 63 5 are integrally and bendably connected.

また指元部63の下端部には、第3の指関節63を構成する第3の軸体83が当該指元部63を第1及び第2の軸体81、82と平行に貫通するように設けられ、この第3の軸体83が手本体部62の所定位置に設けられた対応する軸受け84〜84(図6(A))によって軸支されている。 Also at the lower end of the base of the finger portion 63 4, the third knuckle 63 6 third shaft 83 is the base of the finger portion 63 4 of which constitutes the parallel to the first and second shafts 81 and 82 The third shaft body 83 is provided so as to pass through, and is supported by corresponding bearings 84 1 to 84 4 (FIG. 6A) provided at predetermined positions of the hand main body 62.

これにより第2〜第5の指部60〜60においては、図6について上述したように、指先部63、指中部63及び指元部63をそれぞれ独立に手部23の内側に向けて自在に屈曲させ得るようになされている。 Thus in the finger portions 60 2-60 5 of the second to fifth, as described above for FIG. 6, the inner side of the fingertip portion 63 1, finger middle 63 2 and Yubimoto 63 3 hand portion 23 to independently It can be bent freely toward

このとき、第1〜第3の骨格層80〜80は、図14(C)に示すように、第1の指部60の場合と同様に、αゲル、ソルボセイン又は発泡ウレタン等の硬度がHs0の柔軟材からなる柔軟層85により一体に覆われると共に、当該柔軟層85は、厚さ0.3〜1〔mm〕程度、硬度がHs40〜60程度の例えばゴム、PCV又はパリウレタン等の屈曲性のある材料を用いて形成された表面層86により一体に覆われている。 At this time, as shown in FIG. 14 (C), the first to third skeleton layers 80 1 to 80 3 are made of α gel, sorbosein, urethane foam, or the like, as in the case of the first finger portion 60 1 . The flexible layer 85 is integrally covered with a flexible layer 85 made of a flexible material having a hardness of Hs0, and the flexible layer 85 has a thickness of about 0.3 to 1 [mm] and a hardness of about Hs 40 to 60, such as rubber, PCV, or parylene urethane. It is integrally covered with a surface layer 86 formed using a flexible material.

これによりこのロボット1においては、対象物を把持等する際に、第2〜第5の指部60〜60の内側面をその対象物の表面形状に応じて凹む方向に弾力的かつ柔軟に変位させて当該対象物に密着させることができることから、当該対象物を確実に把持等することができ、また上述のように第2〜第5の指部60〜60が第1〜第3の骨格層80〜80、柔軟層85及び表面層86の3層構造となっていることから、第2〜第5の指部60〜60の表面に柔軟性をもたせながらも当該表面が損傷し難く、長期使用にも実用上十分に耐え得るようになされている。 Thereby, in this robot 1, when gripping an object, the inner surface of the second to fifth finger portions 60 2 to 605 is elastic and flexible in a direction to dent according to the surface shape of the object. since by displacing can be brought into close contact with the object, the said object to be able reliably to grip the like, also second to fifth fingers 60 2-60 5 first through as described above Since the third skeleton layers 80 1 to 80 3 , the flexible layer 85 and the surface layer 86 have a three-layer structure, the surfaces of the second to fifth finger portions 60 2 to 605 have flexibility. However, the surface is not easily damaged, and can be sufficiently practically used even for long-term use.

なおこの実施の形態の場合、図15に示すように、第1〜第5の指部60〜60における各指先部61、63(図13、図14)の先端部は、先端に行くほど腹面60A〜60Aが背面に近づくように湾曲して形成されると共に、これと対向する第1の骨格層70、80の先端部70A、80Aは、その第1〜第5の指部60〜60の先端に行くにつれて当該第1〜第5の指部60〜60の背面側に近づくように、例えば45〔°〕程度の傾斜角を有するテーパ状に形成されている。 In the case of this embodiment, as shown in FIG. 15, the tip portions of the fingertip portions 61 1 and 63 1 (FIGS. 13 and 14) in the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 are the tip ends. The distal surfaces 70 1 A and 80 1 A of the first skeleton layers 70 1 and 80 1 that are formed so as to be curved so that the abdominal surfaces 60 1 A to 60 5 A approach the back surface as they go to , so as to approach the rear side of the finger portions 60 1 to 60 5 of the first to fifth as going to the first to fifth tip of the finger portions 60 1 to 60 5, for example, 45 [°] of about tilt It is formed in a tapered shape having corners.

これによりロボット1においては、対象物を掴むときに最も力が加わる第1〜第5の指部601〜605の各指先部611、631における腹面601A〜605Aの先端部を、より一層と当該対象物の表面に沿って凹むように変位させてその接触面積を拡大させることができ、かくして当該対象物と第1〜第5の指部601〜605との間の摩擦力を向上させて、対象物をより一層確実に把持し得るようになされている。   Thereby, in the robot 1, the tip of the abdominal surfaces 601A to 605A in the fingertip portions 611 and 631 of the first to fifth finger portions 601 to 605 to which the force is most applied when the object is grasped is further increased. The contact area can be expanded by denting along the surface of the object, thus increasing the frictional force between the object and the first to fifth finger portions 601 to 605, and the object An object can be gripped more reliably.

またこの実施の形態の場合、第1〜第5の指部601〜605の表面層75、86においては、全体としてその断面形状が図13(C)及び図14(C)に示すように中空の丸四角形状に選定されると共に、各指先部61、63の腹面形状が丸四角形状に選定されており、これにより第1〜第5の指部60〜60を対象物と広い接触面積で接触させて、当該対象物を確実に把持することができるようになされている。 In this embodiment, the surface layers 75 and 86 of the first to fifth finger portions 601 to 605 are hollow as shown in FIGS. 13C and 14C as a whole. And the abdominal surface shape of each of the fingertip portions 61 1 and 63 1 is selected to be a round square shape, whereby the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 are defined as objects. The object can be reliably gripped by making contact with a wide contact area.

このとき第1の指部60は第2〜第5の指部60〜60よりも幅広に形成されており、これにより例えば図11(B)のように第1〜第3の指部60〜60によって3点支持により紙又は薄板等の対象物67を摘む際にも、1点支持側となる第1の指部60の当該対象物67に対する接触面積を大きくして、当該対象物67をより安定に保持し得るようになされている。 First to third fingers as in this case the first finger portion 60 1 is formed wider than the fingers 60 2-60 5 of the second to fifth, thereby for example, FIG. 11 (B) when picking an object 67 of paper or thin or the like by three-point support by the unit (60) through 603 also to increase the contact area with respect to the first finger portion 60 1 of the object 67 to be 1-point support side The object 67 can be held more stably.

さらにこの実施の形態の場合、第1〜第5の指部60〜60における各指先部61、63の腹面60A〜60A側には、図16に示すように、複数の同心円状の凹凸からなる凹凸パターンでなる指紋部87が摩擦力向上のため設けられており、これにより例えば図17に示すように、床面88上に置かれた紙89を、第1及び第2の指部601、602の各指紋部87との間に生じる摩擦を利用して摘み上げ得るようになされている。 Further, in the case of this embodiment, on the side of the abdominal surface 60 1 A to 60 5 A of each fingertip portion 61 1 , 63 1 in the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 , as shown in FIG. A fingerprint portion 87 having a concavo-convex pattern made up of a plurality of concentric concavo-convex portions is provided for improving the frictional force. As a result, for example, as shown in FIG. The second finger portions 601 and 602 can be picked up using friction generated between the finger portions 87 and the fingerprint portions 87.

また第1〜第5の指部60〜60における各指紋部87の中央部には、図16(A)に示すように、それぞれ所定深さの窪み部87Aが設けられており、かくして図18のように第1〜第5の指部60〜60の腹面60A〜60Aを対象物90に接触させたときに、これら第1〜第5の指部60〜60の指紋部87における窪み部87A内の空気圧が上昇して当該窪み部87A内から空気が外部に押し出されて、当該窪み部87Aにおいて吸着作用を生じさせ得るようになされている。 Further, as shown in FIG. 16 (A), a hollow portion 87A having a predetermined depth is provided at the center of each fingerprint portion 87 in the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 , respectively. When the abdominal surfaces 60 1 A to 60 5 A of the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 are brought into contact with the object 90 as shown in FIG. 18, the first to fifth finger portions 60 1 to 60 1 to 60 5 air and air pressure rise in the recessed portion 87A in the fingerprint portion 87 from within the recess 87A of being pushed out, are adapted to give rise to adsorption in the recess portion 87A.

これによりこのロボット1においては、対象物をより一層確実に把持することができ、かくして例えば第1〜第5の指部60〜60の各指紋部87による摩擦力と、当該各指紋部87の窪み部87Aにおける吸着力と、指先の柔軟性とを利用して、図19(A)に示すように、ボール91をその重心G位置よりも高い位置において把持することもできるようになされている。 Thereby, in this robot 1, a target object can be hold | gripped more reliably, and, for example, the frictional force by each fingerprint part 87 of the 1st- 5th finger parts 601-605, and each said fingerprint part As shown in FIG. 19 (A), the ball 91 can be gripped at a position higher than the position of the center of gravity GP by using the suction force in the hollow portion 87A of 87 and the flexibility of the fingertip. Has been made.

さらにこの実施の形態の場合、第1〜第5の指部60〜60の表面層75、86は無色透明な材料を用いて形成されており、当該表面層75、86(図13(C)、図14(C))における柔軟層74、85(図13(C)、図14(C))との境界面(表面層75、86の内面)又は柔軟層74、85における表面層75、86との境界面(柔軟層74、85の表面)にはそのロボット1に固有の識別情報が例えば図20に示すような2次元バーコードとして印刷されている。 Further, in the case of this embodiment, the surface layers 75 and 86 of the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 are formed using a colorless and transparent material, and the surface layers 75 and 86 (FIG. 13 ( C), the boundary surface (the inner surface of the surface layers 75 and 86) with the flexible layers 74 and 85 (FIG. 13C and FIG. 14C) in FIG. 14C, or the surface layer in the flexible layers 74 and 85 Identification information unique to the robot 1 is printed as a two-dimensional barcode as shown in FIG. 20, for example, on the boundary surfaces with 75 and 86 (surfaces of the flexible layers 74 and 85).

これによりこのロボット1においては、この2次元バーコードに基づいて識別することができ、これによりロボット1間の混同を防止すると共にロボット1の盗難等を抑制することができるようになされている。   As a result, the robot 1 can be identified based on the two-dimensional barcode, thereby preventing confusion between the robots 1 and preventing the robot 1 from being stolen.

他方、第1〜第5の指部60〜60においては、図13及び図14に示すように、それぞれその背面側の先端位置に、例えば樹脂材等の硬度がHs70程度でかつ滑り易い材料からなる爪92が接着剤等を用いて交換自在に取り付けられている。 On the other hand, in the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 , as shown in FIGS. 13 and 14, for example, the hardness of the resin material or the like is about Hs 70 and is slippery at the tip position on the back side. A claw 92 made of a material is attached to be exchangeable using an adhesive or the like.

この場合、爪92は、その先端部が第1〜第5の指部60〜60の先端から僅かに突出するように接着されており、これにより机面上や床面上に置かれた小物や紙を、これら第1〜第5の指部60〜60の先端から突出する爪92を引掻けるようにして摘むことができるようになされている。 In this case, the pawl 92 has its leading end portion is adhered to slightly protrude from the first to the fifth distal end of the finger portion 60 1 to 60 5, are thereby placed on the desk surface or a floor surface A small object or paper can be picked by scratching the nail 92 protruding from the tips of the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 .

また爪92においては、図13及び図14からも明らかなように、その先端部は円弧状に形成されており、これにより各方向から爪92を対象物に均等に引掻け得るように、かつ爪92を対象物に引掻けるなどする際に当該爪92に作用する外力を分散させて、当該爪92を破損し難くし得るようになされている。   Moreover, in the nail | claw 92, as evident also from FIG.13 and FIG.14, the front-end | tip part is formed in circular arc shape, and so that the nail | claw 92 can be equally scratched to a target object from each direction by this, In addition, when the nail 92 is scratched by an object, an external force acting on the nail 92 is dispersed to make the nail 92 difficult to break.

また爪92の先端部は、先に行くほど第1〜第5の指部60〜60の腹面60A〜60A側に反るように湾曲して形成されており、これにより例えば図19(B)に示すように、床面上にある小物93を第1の指部60の爪92と、第2の指部60の爪92とにより引掻けるようにして、確実に摘むことができるようになされている。 The tip of the nail 92 is formed so as to bend toward the abdominal surface 60 1 A to 60 5 A side of the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 , for example, as shown in FIG. 19 (B), and a small 93 first pawl 92 of the fingers 60 1 located on the floor, in the catch so by the second claw 92 of the fingers 60 2, It is made so that it can be picked reliably.

(3)ロボット1における手部23の駆動制御
(3−1)システム構成
次に、かかる構造を有する手部23を駆動制御する駆動制御系のシステム構成について説明する。
(3) Drive Control of Hand 23 in Robot 1 (3-1) System Configuration Next, a system configuration of a drive control system that drives and controls the hand 23 having such a structure will be described.

このロボット1の場合、手部23における手本体部62の内部には、図21(A)及び(B)に示すように、第1〜第5の指部60〜60にそれぞれ対応させて、これら第1〜第5の指部60〜60を伸ばし又は曲げるように駆動するための第1〜第5のアクチュエータ部100〜100が収納され、当該手部23及び前腕部間を連結する手首関節101には、手部23をロール方向(軸θの回りの方向)及びピッチ方向(軸θの回りの方向)に駆動するため2軸一体型の第6のアクチュエータ部102が設けられている。 In the case of this robot 1, the hand body portion 62 in the hand portion 23 is made to correspond to the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 as shown in FIGS. 21 (A) and 21 (B). The first to fifth actuator portions 100 1 to 100 5 for driving the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 to extend or bend are housed, and the hand portion 23 and the forearm portion are stored. the wrist joint 101 for connecting the sixth actuator biaxial integral for driving the hand portion 23 in the roll direction (axial theta about the direction R) and (around the axis theta P) pitch direction A unit 102 is provided.

また第1〜第5のアクチュエータ部100〜100内には、図22に示すように、それぞれ当該第1〜第5のアクチュエータ部100〜100を制御するための第1〜第5の制御装置103〜103が収納されると共に、第6のアクチュエータ部102内には、ピッチ軸用及びロール軸用の第6及び第7の制御装置104、104が収納されている。さらにロボット1の前腕部を構成するアクチュエータA(図1、図21)内には、インテリジェントHUB105が収納され、当該インテリジェントHUB105と、第1〜第7の制御装置103〜103、104、104とがディジーチェーン接続されている。 Also in the first to fifth actuator unit 100 1 to 100 5, as shown in FIG. 22, the respective first to for controlling the actuator unit 100 1 to 100 5 of the first to fifth 5 The control devices 103 1 to 103 5 are accommodated, and the sixth actuator unit 102 accommodates the sixth and seventh control devices 104 1 and 104 2 for the pitch axis and the roll axis. . Furthermore, an intelligent HUB 105 is housed in the actuator A 8 (FIGS. 1 and 21) constituting the forearm portion of the robot 1, and the intelligent HUB 105 and the first to seventh control devices 103 1 to 103 5 , 104 1 , 104 2 and are daisy chained.

この場合、インテリジェントHUB105は、図22に示すように、USB(Universal Serial Bus)インターフェース回路110、CPU(Central Processing Unit)111及びシリアル通信用インターフェース回路112と、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等のメモリ113とが設けられており、USBインターフェース回路110を介して上位コントローラ(サブ制御部43C(図4))と通信し、またシリアル通信用インターフェース回路112を介して第1〜第7の制御装置103〜103、104、104とシリアル通信し得るようになされている。 In this case, as shown in FIG. 22, the intelligent HUB 105 includes a USB (Universal Serial Bus) interface circuit 110, a CPU (Central Processing Unit) 111, a serial communication interface circuit 112, a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random And a memory 113 such as an access memory, and communicates with the host controller (sub control unit 43C (FIG. 4)) via the USB interface circuit 110, and the first to first via the serial communication interface circuit 112. The seventh control devices 103 1 to 103 5 , 104 1 and 104 2 can be serially communicated.

そしてこのインテリジェントHUB105は、8〔ms〕周期で上位コントローラと通信し、上位コントローラから各第1〜第7の制御装置103〜103、104、104に対する位置指令値(U1(N)〜U7(N))などの各種コマンドが与えられると、これら位置指令値(U1(N)〜U7(N))に基づいて2〔ms〕周期のサーボ指令(Ref1(k)〜Ref7(k))を生成し、これをディジーチェーン接続された後段の第1の制御装置103に送出するようになされている。 The intelligent HUB 105 communicates with the host controller at a cycle of 8 [ms], and the position command values (U1 (N)) from the host controller to the first to seventh control devices 103 1 to 103 5 , 104 1 , and 104 2 . When various commands such as .about.U7 (N)) are given, servo commands (Ref1 (k) to Ref7 (k) having a period of 2 [ms] based on these position command values (U1 (N) to U7 (N)). )) Is generated and sent to the first control device 1031 at the subsequent stage connected in a daisy chain.

このとき第1の制御装置103は、前段のインテリジェントHUB105からサーボ指令が与えられると、そのうちの自己に対するサーボ指令(Ref1(k))を取り込み、この後はこのサーボ指令に基づいて対応する第1のアクチュエータ部100を制御する一方、前段のインテリジェントHUB105から与えられたサーボ指令(Ref1(k)〜Ref7(k))のうち、自己に対するサーボ指令(Ref1(k))を、当該第1のアクチュエータ部100内の後述する対応するDCモータの現在位置を表す現在位置データ(P1(k))に置き換えて、これらを後段の第2の制御装置103に送出する。 At this time, when a servo command is given from the preceding intelligent HUB 105, the first control device 1031 takes in the servo command (Ref1 (k)) for the self, and thereafter, the first control device 1031 corresponds to the first based on this servo command. while controlling the actuator unit 100 1 of 1, of the servo command given from the preceding intelligent HUB105 (Ref1 (k) ~Ref7 ( k)), a servo command to the self (Ref1 (k)), the first replacing the current position data representing the current position of the corresponding DC motor (described later) of the actuator portion 100 in the first (P1 (k)), and sends them to the second control unit 103 2 of the subsequent stage.

同様に、第2〜第7の制御装置103〜103、104、104は、前段の他の第1〜第6の制御装置103〜103、104から現在位置データ及びサーボ指令が与えられると、そのうちの自己に対するサーボ指令(Ref2(k)〜Ref7(k))を取り込み、この後はこのサーボ指令に基づいて対応する第2〜第6のアクチュエータ部100〜100、101を制御する一方、前段の第1〜第6の制御装置103〜103、104から与えられたサーボ指令及び現在位置データのうち、自己に対するサーボ指令を、対応する第2〜第6のアクチュエータ部100〜100、104、104内の後述するDCモータの現在位置を表す現在位置データ(P2(k)〜P7(k))に置き換えて、これらをさらに後段の他の第3〜第7の制御装置103〜103、104、104又はインテリジェントHUB105に送出する。 Similarly, the second to seventh control devices 103 2 to 103 5 , 104 1 , and 104 2 receive current position data and servos from the other first to sixth control devices 103 1 to 103 5 , 104 1 in the preceding stage. When the command is given, the servo commands (Ref2 (k) to Ref7 (k)) for the self are taken in, and thereafter, the corresponding second to sixth actuator sections 100 2 to 100 5 based on the servo commands are taken. , 101, while the servo commands and the current position data given from the first to sixth control devices 103 1 to 103 5 , 104 1 in the previous stage are assigned the corresponding second to second servo commands. 6 to current position data (P2 (k) to P7 (k)) representing the current position of a DC motor to be described later in the actuator sections 100 2 to 100 5 , 104 1 and 104 2 . Instead, these are further sent to the other third to seventh control devices 103 3 to 103 5 , 104 1 , 104 2 or the intelligent HUB 105 in the subsequent stage.

この結果、インテリジェントHUB105には、最後の第7の制御装置104から各DCモータの現在位置データが与えられ、かくしてインテリジェントHUB105は、これら各DCモータの現在位置データを8〔ms〕周期で上位コントローラに送出する。そして、上位コントローラは、これら各DCモータの現在位置データに基づいて、各第1〜第7の制御装置103〜103、104、104に対する新たな位置指令値(U1(N)〜U7(N))を生成し、これを次の周期にインテリジェントHUB105に与える。 As a result, the intelligent HUB105 the current position data is given for each DC motors from the control unit 104 2 of the last 7, thus intelligent HUB105 is higher these current position data of each DC motor 8 [ms] cycle Send to controller. Based on the current position data of each of the DC motors, the host controller then creates new position command values (U1 (N) ˜) for the first to seventh control devices 103 1 to 103 5 , 104 1 and 104 2 . U7 (N)) is generated and given to the intelligent HUB 105 in the next cycle.

このようにしてこのロボット1においては、上位コントローラがインテリジェントHUB105を介して手部23の容姿制御を行い得るようになされている。   In this way, in the robot 1, the host controller can perform the appearance control of the hand portion 23 via the intelligent HUB 105.

(3−2)第1〜第6のアクチュエータ部100〜100、102の構成
ここで、第1〜第5のアクチュエータ100〜100においては、図23に示すように、ギアボックス120に固定されたDCモータ121を動力源として有している。そしてDCモータ121の出力軸121Aにはギア122が取り付けられ、当該ギア122がギアボックス120内の例えば冠歯車等でなるギア123と歯合している。
(3-2) Configuration of First to Sixth Actuator Parts 100 1 to 100 5 , 102 Here, in the first to fifth actuators 100 1 to 100 5 , as shown in FIG. The DC motor 121 is fixed as a power source. A gear 122 is attached to the output shaft 121 </ b> A of the DC motor 121, and the gear 122 meshes with a gear 123 formed of, for example, a crown gear in the gear box 120.

またギア123は、当該ギア123を同軸に貫通する回転軸124に固定されると共に、当該回転軸124はギアボックス120内において回転自在に枢支され、かつ当該回転軸124の両端部にはそれぞれ握締め用回転軸125及び開放用回転軸126が同軸に固定されている。   Further, the gear 123 is fixed to a rotating shaft 124 that passes through the gear 123 coaxially, and the rotating shaft 124 is pivotally supported in the gear box 120 and is provided at both ends of the rotating shaft 124. The gripping rotary shaft 125 and the opening rotary shaft 126 are fixed coaxially.

そして握締め用回転軸125の周側面には、第1のワイヤ127の一端側がDCモータ121を正転駆動したときに巻き取り得る方向に巻回されると共に、その先端部が固定されている。またこの第1のワイヤ127の他端側は、対応する第1〜第5の指部60〜60の内部腹面側を通って当該第1〜第5の指部60〜60の内部先端にその端部が固定されている。 And the one end side of the 1st wire 127 is wound in the direction which can be wound up when the DC motor 121 carries out normal rotation drive, and the front-end | tip part is being fixed to the surrounding side surface of the rotating shaft 125 for clamping. . The other end of the first wire 127, the corresponding first to fifth through the interior ventral side of the finger portions 60 1 to 60 5 of the first to fifth fingers 60 1 to 60 5 The end is fixed to the inner tip.

これによりロボット1においては、第1〜第5のアクチュエータ部100〜100のDCモータ121を正転駆動して第1のワイヤ127を握締め用回転軸125の周側面に巻き取ることで、当該第1のワイヤ127により指先部61、63をその腹面側に引っ張るようにして、対応する第1〜第5の指部60〜60を屈曲するように駆動させることができるようになされている。 Thus, in the robot 1, the DC motor 121 of the first to fifth actuator units 100 1 to 100 5 is driven to rotate forward so that the first wire 127 is wound on the peripheral side surface of the clamping shaft 125. the fingertip portion 61 1, 63 1 by the first wire 127 and to pull on the ventral side, can be driven so as to bend the fingers 60 1 to 60 5 of the corresponding first to fifth It is made like that.

また開放用回転軸126の周側面には、第2のワイヤ128の一端部がDCモータ121を逆転駆動したときに巻き取り得る方向に巻回されると共に、その先端部が固定されている。またこの第2のワイヤ128の他端側は、対応する第1〜第5の指部60〜60の内部背面側を通って当該第1〜第5の指部60〜60の内部先端にその端部が固定されている。 In addition, one end portion of the second wire 128 is wound around the peripheral side surface of the opening rotation shaft 126 in a direction that can be wound when the DC motor 121 is driven in reverse rotation, and the tip end portion is fixed. The other end of the second wire 128, the corresponding first to fifth through the interior back side of the finger portions 60 1 to 60 5 of the first to fifth fingers 60 1 to 60 5 The end is fixed to the inner tip.

これによりロボット1においては、第1〜第5のアクチュエータ部100〜100のDCモータ121を逆転駆動して第2のワイヤ128を開放用回転軸126の周側面に巻き取ることで、当該第2のワイヤ128により指先部61、63をその背面側に引っ張るようにして、対応する第1〜第5の指部100〜100を伸ばすように駆動させることができるようになされている。 Thereby, in the robot 1, the DC motor 121 of the first to fifth actuator units 100 1 to 100 5 is driven in reverse to wind the second wire 128 around the opening rotation shaft 126. By pulling the fingertip portions 61 1 and 63 1 to the back side by the second wire 128, the corresponding first to fifth finger portions 100 1 to 100 5 can be driven to extend. ing.

さらに開放用回転軸126の端面には、位置検出センサ130を構成する環状の樹脂マグネット131が当該開放用回転軸126と同軸に固着されると共に、これと平行にかつ僅かな距離を介して対向するように制御基板132が配置され、当該制御基板132における樹脂マグネット131と対向する所定位置に樹脂マグネット131と共に位置検出センサ130を構成する第1及び第2のホール素子133A、133Bが搭載されている。   Further, an annular resin magnet 131 constituting the position detection sensor 130 is fixed to the end surface of the opening rotation shaft 126 coaxially with the opening rotation shaft 126 and is opposed to the opening rotation shaft 126 in parallel with a small distance. The control board 132 is arranged so that the first and second Hall elements 133A and 133B constituting the position detection sensor 130 together with the resin magnet 131 are mounted at predetermined positions facing the resin magnet 131 on the control board 132. Yes.

このとき樹脂マグネット131は、その回転位置に応じて第1及び第2のホール素子133A、133Bにより検出される磁極密度が変化するように所定パターンで着磁されており、これにより第1及び第2のホール素子133A、133Bからそれぞれ出力される第1及び第2のセンサ信号(以下、これを第1及び第2の位置検出信号と呼ぶ)に基づいて対応するDCモータ121の現在位置を検出し得るようになされている。   At this time, the resin magnet 131 is magnetized in a predetermined pattern so that the magnetic pole density detected by the first and second Hall elements 133A and 133B changes according to the rotational position thereof. The current position of the corresponding DC motor 121 is detected based on first and second sensor signals (hereinafter referred to as first and second position detection signals) output from the two Hall elements 133A and 133B, respectively. It is made to be able to do.

また制御基板132には、対応するDCモータ121を駆動制御する図22について上述した第1〜第5の制御装置103〜103が形成されている。そして、この第1〜第5の制御装置103〜103には、上述のようにインテリジェントHUB105からのサーボ指令(Ref1(k)〜Ref7(k))(図22)と、上述の位置検出センサ130(図23(B))の第1及び第2のホール素子133A、133Bから出力される第1及び第2の位置検出信号とが与えられる。かくして第1〜第5の制御装置103〜103は、このサーボ指令と、第1及び第2の位置検出信号とに基づいて対応するDCモータ121を駆動制御するようになされている。 Further, the control board 132 is formed with the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 described above with reference to FIG. 22 for driving and controlling the corresponding DC motor 121. Then, this is the first to fifth control unit 103 1 to 103 5, servo command from the intelligent HUB105 as described above (Ref1 (k) ~Ref7 (k )) (FIG. 22), the above-described position detection First and second position detection signals output from the first and second Hall elements 133A and 133B of the sensor 130 (FIG. 23B) are provided. Thus, the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 drive and control the corresponding DC motor 121 based on the servo command and the first and second position detection signals.

なおこの実施の形態の場合、第1及び第2のワイヤ127、128においては、常に一定のテンションをもって握締め用回転軸125又は開放用回転軸126に巻回されており、これにより例えば第1〜第5の指部60〜60にその屈曲可能な方向の外力が与えられたときに、これに応じて握締め用回転軸125又は開放用回転軸126が回転するようになされている。これによりこのロボット1においては、かかる外力が第1〜第5の指部60〜60に与えられたことを、対応する第1〜第5の制御装置103〜103が位置検出センサ130からの第1及び第2の位置検出信号に基づいて容易に認識し得るようになされている。 In the case of this embodiment, the first and second wires 127, 128 are always wound around the rotary shaft 125 for clamping or the rotary shaft 126 for opening with a constant tension. When the external force in the bendable direction is applied to the fifth finger portions 60 1 to 60 5 , the gripping rotary shaft 125 or the opening rotary shaft 126 is rotated accordingly. . As a result, in the robot 1, the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 correspond to the position detection sensors that the external force is applied to the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5. Based on the first and second position detection signals from 130, it can be easily recognized.

一方、第6のアクチュエータ102においては、図24に示すように、筐体140内部の所定位置に固定された動力源としてのロール軸用のDCモータ141及びピッチ軸用のDCモータ142を有している。   On the other hand, as shown in FIG. 24, the sixth actuator 102 has a roll axis DC motor 141 and a pitch axis DC motor 142 as power sources fixed at predetermined positions inside the housing 140. ing.

この場合、ロール軸用のDCモータ141の出力軸141Aにはギア143が固着されると共に、当該ギア143は、ギア144、当該ギア144と一体形成されたギア145、ギア146、当該ギア146と一体形成されたギア147、ギア148、当該ギア148と一体形成されたギア149及びギア150を順次介してロール軸用出力軸151と連結されている。   In this case, the gear 143 is fixed to the output shaft 141A of the DC motor 141 for the roll shaft, and the gear 143 includes the gear 144, the gear 145 integrally formed with the gear 144, the gear 146, and the gear 146. The roll shaft output shaft 151 is connected through a gear 147, a gear 148, and a gear 149 and a gear 150, which are integrally formed with the gear 148, sequentially.

このときロール軸用出力軸151は、図21からも明らかなように、ロボット1の前腕部に固定されており、かくしてDCモータ141を駆動することによって手部23を全体としてロール方向に回転駆動することができるようになされている。   At this time, as apparent from FIG. 21, the roll shaft output shaft 151 is fixed to the forearm portion of the robot 1, and thus the DC motor 141 is driven to rotate the hand portion 23 in the roll direction as a whole. Has been made to be able to.

またピッチ軸用のDCモータ142の出力軸142Aにはギア152が固定されると共に、当該ギア152は、ギア153、当該ギア153と一体形成されたギア154、ギア155、当該ギア155と一体形成されたギア156及びギア157を順次介してピッチ軸用出力軸158と連結されている。   A gear 152 is fixed to the output shaft 142A of the DC motor 142 for the pitch axis, and the gear 152 is integrally formed with the gear 153, the gear 154 formed integrally with the gear 153, the gear 155, and the gear 155. The pitch shaft output shaft 158 is connected to the pitch shaft 158 and the gear 157 sequentially.

このときピッチ軸用出力軸158は、図21からも明らかなように、手部23の手部本体62の後端に固定された第1の軸受け158Aにより固定保持されている。また筐体140におけるピッチ軸用出力軸158との対向面には当該ピッチ軸用出力軸158と同軸に回転軸160が回転自在に設けられていると共に、当該回転軸160は、図21からも明らかなように、手部23の手部本体62の後端に固定された第2の軸受け159Bにより固定保持されている。   At this time, the pitch shaft output shaft 158 is fixedly held by the first bearing 158A fixed to the rear end of the hand portion main body 62 of the hand portion 23, as is apparent from FIG. A rotating shaft 160 is rotatably provided coaxially with the pitch axis output shaft 158 on the surface of the housing 140 facing the pitch axis output shaft 158. The rotation shaft 160 is also shown in FIG. As is obvious, the second hand 159B fixed to the rear end of the hand portion main body 62 of the hand portion 23 is fixed and held.

これによりこのロボット1においては、第6のアクチュエータ部102におけるDCモータ142を回転駆動することによって、手部23を全体としてピッチ方向に回転駆動することができるようになされている。   As a result, in the robot 1, the hand portion 23 can be rotationally driven in the pitch direction as a whole by rotationally driving the DC motor 142 in the sixth actuator portion 102.

さらに第6のアクチュエータ部102においては、ロール軸用出力軸151の内面側に環状の樹脂マグネット162が当該ロール軸用出力軸151と同軸に固着されると共に、これと平行にかつ僅かな距離を介して対向するように制御基板163が配置され、当該制御基板163における樹脂マグネット162と対向する所定位置に樹脂マグネット162と共に位置検出センサ161を構成する第1及び第2のホール素子164A、164Bが搭載されている。   Further, in the sixth actuator portion 102, an annular resin magnet 162 is fixed coaxially with the roll shaft output shaft 151 on the inner surface side of the roll shaft output shaft 151, and in parallel with this, a slight distance is provided. The control board 163 is arranged so as to face each other, and the first and second Hall elements 164A and 164B constituting the position detection sensor 161 together with the resin magnet 162 are arranged at predetermined positions facing the resin magnet 162 on the control board 163. It is installed.

このとき樹脂マグネット162は、図23について上述した樹脂マグネット131と同様に、その回転位置に応じて第1及び第2のホール素子164A、164Bにより検出される磁極密度が変化するように所定パターンで着磁されており、これにより第1及び第2のホール素子164A、164Bからそれぞれ出力される第1及び第2のセンサ信号(以下、これを第1及び第2の位置検出信号と呼ぶ)に基づいて対応するDCモータ141の現在位置を検出し得るようになされている。   At this time, like the resin magnet 131 described above with reference to FIG. 23, the resin magnet 162 has a predetermined pattern so that the magnetic pole density detected by the first and second Hall elements 164A and 164B changes according to the rotational position. The first and second sensor signals (hereinafter referred to as first and second position detection signals) output from the first and second Hall elements 164A and 164B, respectively, are magnetized. Based on this, the current position of the corresponding DC motor 141 can be detected.

また制御基板163には、図22について上述した第6の制御装置104が形成されている。そしてこの第6の制御装置104には、上述のようにインテリジェントHUB105からのサーボ指令(Ref1(k)〜Ref7(k))(図22)と、上述の位置検出センサ161(図24(A))の第1及び第2のホール素子164A、164Bから出力される第1及び第2の位置検出信号とが与えられる。かくして第6の制御装置104は、かかるサーボ指令と、第1及び第2の位置検出信号とに基づいて対応するDCモータ141を駆動制御するようになされている。 The control board 163 includes a control unit 104 1 of the sixth described above with reference to FIG. 22 are formed. The sixth to the control device 104 1, the servo command from the intelligent HUB105 as described above (Ref1 (k) ~Ref7 (k )) ( FIG. 22), the position detection sensor 161 described above (FIG. 24 (A )) And the first and second position detection signals outputted from the first and second Hall elements 164A and 164B. Thus the control unit 104 1 of the sixth, such a servo command, have been made to the DC motor 141 corresponding to control driving based on the first and second position detection signal.

これと同様にして、ピッチ軸用出力軸158の内面側には環状の樹脂マグネット165が当該ピッチ軸用出力軸158と同軸に固着されると共に、これと平行にかつ僅かな距離を介して対向するように制御基板166が配置され、当該制御基板166における樹脂マグネット165と対向する所定位置に樹脂マグネット165と共に位置検出センサ167を構成する第1及び第2のホール素子168A、168Bが搭載されている。   Similarly, an annular resin magnet 165 is fixed coaxially to the pitch shaft output shaft 158 on the inner surface side of the pitch shaft output shaft 158 and is opposed to the pitch shaft output shaft 158 in parallel with a small distance. The control board 166 is arranged so that the first and second Hall elements 168A and 168B constituting the position detection sensor 167 together with the resin magnet 165 are mounted at predetermined positions facing the resin magnet 165 on the control board 166. Yes.

このとき樹脂マグネット165は、図23について上述した樹脂マグネット131と同様に、その回転位置に応じて第1及び第2のホール素子168A、168Bにより検出される磁極密度が変化するように所定パターンで着磁されており、これにより第1及び第2のホール素子168A、168Bからそれぞれ出力される第1及び第2の位置検出信号に基づいて対応するDCモータ142の現在位置を検出し得るようになされている。   At this time, like the resin magnet 131 described above with reference to FIG. 23, the resin magnet 165 has a predetermined pattern so that the magnetic pole density detected by the first and second Hall elements 168A and 168B changes according to the rotational position. Magnetized so that the current position of the corresponding DC motor 142 can be detected based on the first and second position detection signals output from the first and second Hall elements 168A and 168B, respectively. Has been made.

また制御基板166には、図22について上述した第7の制御装置104が形成されている。そしてこの第7の制御装置104には、上述のようにインテリジェントHUB105からのサーボ指令(Ref1(k)〜Ref7(k))(図22)と、上述の位置検出センサ167(図24(A))の第1及び第2のホール素子から出力される第1及び第2の位置検出信号とが与えられる。かくして第7の制御装置104は、かかるサーボ指令と、第1及び第2の位置検出信号とに基づいて対応するDCモータ142を駆動制御するようになされている。 The control board 166, the control unit 104 2 of the 7 described above is formed on FIG. And this is the seventh control unit 104 2, a servo command from the intelligent HUB105 as described above (Ref1 (k) ~Ref7 (k )) ( FIG. 22), the position detection sensor 167 described above (FIG. 24 (A )) And the first and second position detection signals output from the first and second Hall elements. Thus the control unit 104 2 of the seventh, such a servo command, have been made to the DC motor 142 corresponding to control driving based on the first and second position detection signal.

(3−3)第1〜第7の制御装置103〜103、104、104の構成
ここで第1〜第7の制御装置103〜103、104、104においては、図25に示すように、制御基板132、163、166上に各種通信及び制御回路等が形成されたモータ制御用LSI(Large Scale Integrated circuit)170並びに第1及び第2のホール素子133A、133B、164A、164B、168A、168Bが搭載されると共に、当該制御基板132、163、166にモータ駆動回路171が形成されることにより構成されている。
(3-3) first to seventh control unit 103 1 to 103 5 of 104 1, 104 2 of the configuration where the first to seventh control unit 103 1 to 103 5, 104 1, at 104 2, As shown in FIG. 25, a motor control LSI (Large Scale Integrated circuit) 170 in which various communication and control circuits are formed on control boards 132, 163, and 166, and first and second Hall elements 133A, 133B, 164A, 164B, 168A, 168B are mounted, and a motor drive circuit 171 is formed on the control boards 132, 163, 166.

この場合、第1〜第7の制御装置103〜103、104、104では、第1及び第2のホール素子133A、133B、164A、164B、168A、168Bから出力される上述の第1及び第2の位置検出信号S1A、S1Bと、後述のようにモータ駆動回路171により検出された対応するDCモータ121、141、142のコイル電流値を表す駆動電流検出信号S2がモータ制御用LSI170に与えられる。 In this case, in the first to seventh control devices 103 1 to 103 5 , 104 1 , 104 2 , the above-mentioned first output from the first and second Hall elements 133A, 133B, 164A, 164B, 168A, 168B. The first and second position detection signals S1A, S1B and the drive current detection signal S2 representing the coil current values of the corresponding DC motors 121, 141, 142 detected by the motor drive circuit 171 as described later are the motor control LSI 170. Given to.

また、第1〜第7の制御装置103〜103、104、104においては、電源ラインLVcc及びアースラインLGNDと、送信用及び受信用の2本のシリアル通信ラインLRXD、LTXDと、クロック入力用の1本の信号ラインLCLKとを有するケーブル172を通じて他の第1〜第7の制御装置103〜103、104、104又はインテリジェントHUB105(図22)と接続されており、かくしてモータ制御用LSI170がこのケーブル172を介して駆動電力を入力し、かつ他の第1〜第7の制御装置103〜103、104、104等を介してインテリジェントHUB105と交信することができるようになされている。 Further, in the first to seventh control devices 103 1 to 103 5 , 104 1 and 104 2 , the power supply line L Vcc and the ground line L GND, and two serial communication lines L RXD for transmission and reception, Other first to seventh control devices 103 1 to 103 5 , 104 1 , 104 2 or intelligent HUB 105 (FIG. 22) through cable 172 having L TXD and one signal line L CLK for clock input Thus, the motor control LSI 170 inputs drive power via this cable 172, and intelligently via the other first to seventh control devices 103 1 to 103 5 , 104 1 , 104 2 etc. Communication with the HUB 105 is made possible.

そしてモータ制御用LSI170は、このケーブル172等を介してインテリジェントHUB105から与えられるサーボ指令(Ref1(k)〜Ref7(k))(図22)と、第1及び第2のホール素子133A、133B、164A、164B、168A、168Bからの第1及び第2の位置検出信号S1A、S1Bと、モータ駆動回路171からの駆動電流検出信号S2とに基づいて、当該DCモータ121、141、142に印加すべき駆動電流値を算出し、当該算出結果に基づき生成したPWM(Pulse Width Modulation)信号S3をモータ駆動回路171に出力するようになされている。   Then, the motor control LSI 170 transmits servo commands (Ref1 (k) to Ref7 (k)) (FIG. 22) given from the intelligent HUB 105 via the cable 172 and the like, and the first and second Hall elements 133A, 133B, Based on the first and second position detection signals S1A and S1B from 164A, 164B, 168A and 168B, and the drive current detection signal S2 from the motor drive circuit 171, it is applied to the DC motors 121, 141 and 142. The power drive current value is calculated, and a PWM (Pulse Width Modulation) signal S3 generated based on the calculation result is output to the motor drive circuit 171.

かくしてモータ駆動回路171は、モータ制御用LSI170から与えられるPWM信号S3に基づいて、対応する値の駆動電流Iを対応するDCモータ121、141、142に印加することにより当該DCモータ121、141、142を駆動する。 Thus, the motor drive circuit 171 applies the corresponding value of the drive current ID to the corresponding DC motors 121, 141, 142 based on the PWM signal S 3 given from the motor control LSI 170, thereby causing the DC motors 121, 141. , 142 are driven.

またこの際、モータ駆動回路171は、そのDCモータ121、141、142のコイルに流れる駆動電流の実際値を検出し、当該検出結果を上述のように駆動電流検出信号S2としてモータ制御用システムLSI170に送出する。   At this time, the motor drive circuit 171 detects the actual value of the drive current flowing through the coils of the DC motors 121, 141, 142, and the detection result is used as the drive current detection signal S2 as described above to the motor control system LSI 170. To send.

このようにしてこのロボット1においては、モータ制御用LSI170及びモータ駆動回路171からなる第1〜第7の制御装置103〜103、104、104によって、上位コントローラから与えられたサーボ指令に応じて対応するDCモータ121、141、142を駆動させ得るようになされている。 In this way, in the robot 1, servo commands given from the host controller by the first to seventh control devices 103 1 to 103 5 , 104 1 , and 104 2 including the motor control LSI 170 and the motor drive circuit 171. Corresponding DC motors 121, 141, 142 can be driven accordingly.

(3−4)モータ制御用LSI170及びモータ駆動回路171の構成
モータ制御用LSI170においては、図26に示すように、演算処理ブロック180と、レジスタ181と、電流制御部189を構成する減算器182、電流比例ゲイン乗算器183、PWM変換ブロック184、位置検出ブロック185並びに第1及び第2のアナログ/ディジタル変換回路186、187とから構成されている。
(3-4) Configuration of Motor Control LSI 170 and Motor Drive Circuit 171 In the motor control LSI 170, as shown in FIG. 26, an arithmetic processing block 180, a register 181, and a subtractor 182 that constitutes a current control unit 189. , A current proportional gain multiplier 183, a PWM conversion block 184, a position detection block 185, and first and second analog / digital conversion circuits 186 and 187.

そして、このモータ制御用LSI170では、第1及び第2のホール素子133A、133B、164A、164B、168A、168B(図25)から供給される第1及び第2の位置検出信号S1A、S1Bが第2のアナログ/ディジタル変換回路188においてディジタル変換され、得られた第1及び第2の位置検出データD1A、D1Bが位置検出ブロック185に与えられる。   In this motor control LSI 170, the first and second position detection signals S1A, S1B supplied from the first and second Hall elements 133A, 133B, 164A, 164B, 168A, 168B (FIG. 25) are supplied to the first and second position detection signals S1A, S1B. The first and second position detection data D1A and D1B obtained by digital conversion in the two analog / digital conversion circuits 188 are supplied to the position detection block 185.

位置検出ブロック185は、供給される第1及び第2の位置検出データD1A、D1Bに基づいて、対応する第1〜第5のアクチュエータ部100〜100(図23)内のDCモータ121(図23)の現在位置、又は第6のアクチュエータ部102(図24)内の対応するDCモータ141、142(図24)の回転位置を検出し、かくして得られた上述の現在位置データ(P1(k)〜P7(k))(図22)をレジスタ181に格納する。 The position detection block 185, based on the supplied first and second position detection data D1A and D1B, the DC motors 121 (in the corresponding first to fifth actuator units 100 1 to 100 5 (FIG. 23)) ( 23) or the rotational position of the corresponding DC motor 141, 142 (FIG. 24) in the sixth actuator unit 102 (FIG. 24) is detected, and the current position data (P1 (P1 ( k) to P7 (k)) (FIG. 22) are stored in the register 181.

演算処理ブロック180は、このレスジタ181に格納された現在位置データを読み出し、当該読み出した現時位置データと、インテリジェントHUB105から与えられるサーボ指令(Ref1(k)〜Ref7(k))(図22)とに基づいて、対応するDCモータ121、141、142(図25)の出力軸を指定された回転角度にまで回転駆動させるためのトルクを発生させるために必要な電流の目標値(以下、これを目標電流値と呼ぶ)Iを算出し、得られた目標電流値Iをレジスタ181に格納する。 The arithmetic processing block 180 reads the current position data stored in the register 181 and reads the current position data thus read and servo commands (Ref1 (k) to Ref7 (k)) (FIG. 22) given from the intelligent HUB 105. On the basis of the target value (hereinafter referred to as a target value) of current necessary for generating torque for rotating the output shaft of the corresponding DC motor 121, 141, 142 (FIG. 25) to a specified rotation angle. I 0 ( referred to as target current value) is calculated, and the obtained target current value I 0 is stored in the register 181.

一方、レジスタ181に格納された目標電流値Iは減算器182により読み出される。このとき減算器182には、モータ駆動回路171(図25)から与えられる上述の駆動電流検出信号S2を第1のアナログ/ディジタル変換回路186においてディジタル変換してなる駆動電流検出データD3が与えられる。 On the other hand, the target current value I 0 stored in the register 181 is read by the subtractor 182. At this time, the subtractor 182 is supplied with drive current detection data D3 obtained by digitally converting the drive current detection signal S2 given from the motor drive circuit 171 (FIG. 25) in the first analog / digital conversion circuit 186. .

かくして減算器182は、目標電流値Iから駆動電流検出データD3に基づき得られるそのときの実際のDCモータ121、141、142のコイル電流の検出値を減算し、得られた目標電流値Iに対する差分を表す差分電流値データD4を電流比例ゲイン乗算器183に送出する。 Thus the subtractor 182, the detected value of the actual coil current of the DC motor 121,141,142 at that time from the target current value I 0 is obtained based on the drive current detection data D3 is subtracted, resulting target current value I The difference current value data D4 representing the difference with respect to 0 is sent to the current proportional gain multiplier 183.

電流比例ゲイン乗算器183は、差分電流値データD4に対し、かかる差分を「0」に収束させるための所定の電流比例ゲインGpを乗算し、かくして得られた実際にDCモータ121、141、142に印加すべき駆動電流の目標値(以下、これを印加電流目標値と呼ぶ)IをPWM変換ブロック184に送出する。 The current proportional gain multiplier 183 multiplies the difference current value data D4 by a predetermined current proportional gain Gp for converging the difference to “0”, and the DC motors 121, 141, 142 thus obtained are actually obtained. Is sent to the PWM conversion block 184 as a drive current target value I 1 (hereinafter referred to as an applied current target value).

PWM変換ブロック184は、供給される印加電流目標値IをPWM変調し、得られたPWM信号S3を上述のようにモータ駆動回路171に送出する。このときPWM変換ブロック184及びモータ駆動回路171間は、第1及び第2の信号ラインにより接続されており、PWM変換ブロック184は、対応するDCモータ121、141、142を正転駆動するときにはPWM信号S3を第1の信号ラインを介してモータ駆動回路171に送出すると共に、PWM信号S3における論理「1」レベルの信号(以下、これを基準信号と呼ぶ)S4を他方の第2の信号ラインを介してモータ駆動回路171に送出する。 PWM conversion block 184, the applied current target value I 1 supplied to the PWM modulation, a PWM signal S3 obtained is sent to the motor driving circuit 171 as described above. At this time, the PWM conversion block 184 and the motor drive circuit 171 are connected by the first and second signal lines, and the PWM conversion block 184 performs PWM when driving the corresponding DC motors 121, 141, 142 in the normal direction. The signal S3 is sent to the motor drive circuit 171 via the first signal line, and a signal of logic "1" level (hereinafter referred to as a reference signal) S4 in the PWM signal S3 is sent to the other second signal line. To the motor drive circuit 171.

またPWM変換ブロック184は、対応するDCモータ121、141、142を逆転駆動するときにはPWM信号S3を第2の信号ラインを介してモータ駆動回路171に送出すると共に、基準信号を第1の信号ラインを介してモータ駆動回路171に送出する。   The PWM conversion block 184 sends the PWM signal S3 to the motor drive circuit 171 via the second signal line and drives the reference signal to the first signal line when the corresponding DC motors 121, 141, 142 are driven in reverse rotation. To the motor drive circuit 171.

モータ駆動回路171においては、図27に示すように、2個の増幅器190A、190Bからなるゲートドライブ回路191と、2個のMOS(Metal Oxide Semiconductor)型NチャンネルFET(Field Effect Transistor)192、192及び2個のMOS型PチャンネルFET192、192がブリッジ状に接続されてなるインバータ回路193とから構成されている。 In the motor drive circuit 171, as shown in FIG. 27, a gate drive circuit 191 composed of two amplifiers 190A and 190B, two MOS (Metal Oxide Semiconductor) type N-channel FET (Field Effect Transistor) 192 1 , 192 2 and two MOS type P-channel FETs 192 3 and 192 4 are connected to each other in an inverter circuit 193 connected in a bridge shape.

そしてモータ駆動回路171では、第1の信号ラインが第2のMOS型PチャンネルFET192のゲートと、ゲートドライブ回路191の第1の増幅器190Aを介してインバータ回路193の第1のMOS型NチャンネルFET192のゲートとにそれぞれ接続されると共に、第2の信号ラインが第1のMOS型PチャンネルFET192のゲートと、ゲートドライブ回路191の第2の増幅器190Bを介してインバータ回路193の第2のMOS型NチャンネルFET192のゲートとにそれぞれ接続されている。 Then, in the motor driving circuit 171, and the gate of the first signal line is the second MOS type P-channel FET192 4, the first MOS type N-channel of the first inverter circuit 193 through the amplifier 190A of the gate drive circuit 191 The second signal line is connected to the gate of the FET 192 1 and the second signal line is connected to the gate of the first MOS type P-channel FET 192 3 and the second amplifier 190 B of the gate drive circuit 191. They are connected respectively to the gate of the MOS type N-channel FET192 2.

またこのモータ駆動回路171では、第1のMOS型NチャンネルFET192及び第1のMOS型PチャンネルFET192の接続中点と、第2のMOS型NチャンネルFET192及び第2のMOS型PチャンネルFET192の接続中点とがそれぞれ対応するDCモータ121、141、142内のコイルと接続されている。 Further, in this motor drive circuit 171, the connection midpoint of the first MOS type N-channel FET 192 1 and the first MOS type P-channel FET 192 3 , the second MOS type N-channel FET 192 2 and the second MOS type P-channel FET192 and fourth connection midpoint is connected to the coil in the DC motor 121,141,142 corresponding respectively.

これによりモータ駆動回路171においては、第1又は第2の信号ラインを介してPWM変換ブロックから与えられるPWM信号S3をインバータ回路193においてアナログ波形の駆動電流に変換し、これをかかる対応するDCモータ121、141、142のコイルに駆動電流として供給することができるようになされている。   Thereby, in the motor drive circuit 171, the PWM signal S3 given from the PWM conversion block via the first or second signal line is converted into an analog waveform drive current in the inverter circuit 193, and this is converted into the corresponding DC motor. The coils 121, 141, and 142 can be supplied as drive currents.

またモータ駆動回路171においては、第1のMOS型PチャンネルFET192のソース及びグランド間と、第2のMOS型PチャンネルFET192のソース及びグランド間とにそれぞれ第1及び第2の電流検出用チップ抵抗R1、R2が接続されている。 In the motor drive circuit 171, the first and second current detection terminals are connected between the source and the ground of the first MOS type P-channel FET 192 3 and between the source and the ground of the second MOS type P-channel FET 192 4 , respectively. Chip resistors R1 and R2 are connected.

そして、この第1の電流検出用チップ抵抗R1及び第1のMOS型PチャンネルFET1923の接続中点と、第2の電流検出用チップ抵抗R2及び第2のMOS型PチャンネルFET1924の接続中点とがそれぞれ差動増幅器194を介してモータ制御用LSI170(図26)と接続されており、これによりモータ駆動回路171により検出された対応するDCモータ121、141、142のコイル電流の検出結果を上述のように駆動電流検出信号S2としてモータ制御用LSI170に供給し得るようになされている。   Then, the connection midpoint of the first current detection chip resistor R1 and the first MOS P-channel FET 1923, and the connection midpoint of the second current detection chip resistor R2 and the second MOS P-channel FET 1924, Are connected to the motor control LSI 170 (FIG. 26) via the differential amplifier 194, and the coil current detection results of the corresponding DC motors 121, 141, 142 detected by the motor drive circuit 171 are thereby described. Thus, the drive current detection signal S2 can be supplied to the motor control LSI 170.

(3−5)モータ制御用LSI170の各処理ブロックの具体的構成
次に、モータ制御用LSI170の演算処理ブロック180、位置検出ブロック185、PWM変換ブロック184について、それぞれその構成を詳細に説明する。
(3-5) Specific Configuration of Each Processing Block of Motor Control LSI 170 Next, the configuration of the arithmetic processing block 180, position detection block 185, and PWM conversion block 184 of the motor control LSI 170 will be described in detail.

(3−5−1)演算処理ブロック180の詳細構成
演算処理ブロック180においては、図26に示すように、CPU200と、各種プログラムが格納されたROM201と、CPU200のワークメモリとしてのRAM202と、汎用のパラレル通信に対応したパラレル通信用入出力回路203と、ディジーチェーン接続された他の第1〜第7の制御装置100〜103、104、104(図22)等との間の入出力インターフェース回路でなるシリアル通信用入出力回路204と、サーボ割込みのための1〔ms〕周期のサーボ割込信号S10及びPWM周期である50〔μs〕周期のパルス信号S11を発生するカウンタ・タイマ・コントロール回路205と、カウンタ・タイマ・コンロトール回路205からサーボ割込信号S10が正しく発生されているかをCPU200が判断するための1〔ms〕周期以上の所定周期の基準信号でなるウォッチドッグ信号S12を発生するウォッチドッグ信号発生回路206とがCPUバス207を介して相互に接続されることにより構成されている。
(3-5-1) Detailed Configuration of Arithmetic Processing Block 180 In the arithmetic processing block 180, as shown in FIG. 26, a CPU 200, a ROM 201 storing various programs, a RAM 202 as a work memory of the CPU 200, and a general purpose Between the parallel communication input / output circuit 203 corresponding to the parallel communication and other daisy chain connected first to seventh control devices 100 1 to 103 5 , 104 1 , 104 2 (FIG. 22), etc. An input / output circuit 204 for serial communication, which is an input / output interface circuit, and a counter that generates a servo interrupt signal S10 with a period of 1 [ms] for a servo interrupt and a pulse signal S11 with a period of 50 [μs] as a PWM period. Servo interrupt signal S from timer / control circuit 205 and counter / timer / control circuit 205 A watchdog signal generation circuit 206 that generates a watchdog signal S12, which is a reference signal having a predetermined period of 1 [ms] period or more, for allowing the CPU 200 to determine whether or not 10 is generated correctly is mutually connected via the CPU bus 207. It is comprised by connecting to.

そしてCPU200は、シリアル通信用入出力回路204を介してディジーチェーン接続された他の第1〜第7の制御装置100〜103、104、104(図22)等から電源電圧Vcc(図27)が供給されると、まずROM201に格納された初期プログラムに基づいて、各種制御ゲインの初期設定処理等の立上り処理を実行する。 Then, the CPU 200 supplies power supply voltage Vcc (from the other first to seventh control devices 100 1 to 103 5 , 104 1 , 104 2 (FIG. 22) etc. connected in a daisy chain via the serial communication input / output circuit 204. When FIG. 27) is supplied, first, based on an initial program stored in the ROM 201, a rising process such as an initial setting process for various control gains is executed.

またCPU200は、この後、この結果としてカウンタ・タイマ・コントロール回路205から与えられるサーボ割込み信号S10に基づいて、対応するDCモータ121、141、142の回転を制御するためのモータ回転制御処理を1〔ms〕毎に実行する。   The CPU 200 thereafter performs a motor rotation control process for controlling the rotation of the corresponding DC motor 121, 141, 142 based on the servo interrupt signal S10 given from the counter / timer / control circuit 205 as a result. Run every [ms].

(3−5−2)位置検出ブロック185の詳細構成
次に、位置検出ブロック185の構成を詳細に説明する。なおその前提として、先に第1〜第5のアクチュエータ部100〜100における位置検出センサ130(図23)及び第6のアクチュエータ部102における各位置検出センサ161、167(図24)の構成について説明する。
(3-5-2) Detailed Configuration of Position Detection Block 185 Next, the configuration of the position detection block 185 will be described in detail. As a premise thereof, the configuration of the position detection sensors 130 (FIG. 23) in the first to fifth actuator units 100 1 to 100 5 (FIG. 23) and the position detection sensors 161 and 167 (FIG. 24) in the sixth actuator unit 102. Will be described.

各位置検出センサ130、161、167においては、図28に示すように、樹脂マグネット131、162、165がその周方向に沿って磁束密度φ(θm)が次式   In each of the position detection sensors 130, 161, 167, as shown in FIG. 28, the resin magnets 131, 162, 165 have a magnetic flux density φ (θm) of the following formula along the circumferential direction.

Figure 2006000966
Figure 2006000966

のように変化するように着磁されている。なお、この(1)式において、φは最大磁束密度を表し、θは磁束密度が0となる基準位置Pからの回転角度を示す。 It is magnetized so as to change. In this equation (1), φ 0 represents the maximum magnetic flux density, and θ m represents the rotation angle from the reference position P 0 where the magnetic flux density is zero.

一方、位置検出センサ130、161、167の第1及び第2のホール素子133A、133B、164A、164B、168A、168B(図23、図24)は、それぞれ図29に示すように、樹脂マグネット131、162、165と対向し、かつ当該樹脂マグネット131、162、165と同心円上のπ/2だけ回転角度がずれた位置に位置するように制御基板132、163、166(図23、図24)に搭載されている。   On the other hand, the first and second Hall elements 133A, 133B, 164A, 164B, 168A, and 168B (FIGS. 23 and 24) of the position detection sensors 130, 161, and 167 are respectively shown in FIG. , 162, 165 and the control boards 132, 163, 166 (FIGS. 23, 24) so that the rotation angle is shifted by π / 2 concentrically with the resin magnets 131, 162, 165. It is mounted on.

そして、このように配置された第1及び第2のホール素子133A、133B、164A、164B、168A、168Bから出力される上述の第1及び第2の位置検出信号S1A、S1Bは、図30に示すように、センサゲインをG、第1及び第2のホール素子133A、133B、164A、164B、168A、168Bの位置における最大磁束密度をφとし、上述のθを用いて、それぞれ次式 The first and second position detection signals S1A and S1B output from the first and second Hall elements 133A, 133B, 164A, 164B, 168A, and 168B arranged in this way are shown in FIG. as shown, the sensor gain G 0, the first and second Hall elements 133A, 133B, 164A, 164B, 168A, the maximum magnetic flux density was phi 1 in the position of 168B, by using the above theta m, respectively following formula

Figure 2006000966
Figure 2006000966

Figure 2006000966
Figure 2006000966

のように表すことができる。 It can be expressed as

従って、これら第1及び第2の位置検出信号S1A、S1Bに基づいて、以下の手順により樹脂マグネット131、162、165の回転角度θを求めることができる。 Thus, the first and second position detection signal S1A, based on S1B, it is possible to obtain the rotation angle theta m of the resin magnet 131,162,165 by the following procedure.

すなわち、まずその初期値を0として回転角度演算値θを設定し、次式 That is, first, the rotation angle calculation value θ x is set with the initial value set to 0, and the following formula

Figure 2006000966
Figure 2006000966

を演算する。 Is calculated.

そしてEθ=0とならない場合には、θを次式 If Eθ x = 0, θ x is

Figure 2006000966
Figure 2006000966

により算出する。ここで、Kpは比例ゲイン、Kiは積分ゲインをそれぞれ示し、共に正の定数である。 Calculated by Here, Kp represents a proportional gain, and Ki represents an integral gain, both of which are positive constants.

この算出したθを用いて(4)式を再び演算し、この後Eθ=0となるまでこれを繰り返す。この結果Eθはゼロ値に収束してゆき、このときθが次式 Using the calculated θ x , the equation (4) is calculated again, and thereafter this is repeated until Eθ x = 0. As a result, Eθ x converges to a zero value. At this time, θ x is expressed by the following equation:

Figure 2006000966
Figure 2006000966

として与えられる。 As given.

従って、この(6)式と、(5)式により算出されるθとに基づいて、次式 Therefore, based on the equation (6) and θ x calculated by the equation (5), the following equation:

Figure 2006000966
Figure 2006000966

のように樹脂マグネットの回転角度θを求めることができる。なお(6)式及び(7)式において、Nは0以上の整数を表す。 Thus, the rotation angle θ m of the resin magnet can be obtained. In the formulas (6) and (7), N represents an integer of 0 or more.

かかる原理に基づいて位置検出ブロック185は、図31に示すように構成されており、位置検出センサ130、161、167の第1及び第2のホール素子133A、133B、164A、164B、168A、168Bから出力される第1及び第2の位置検出信号S1A、S1Bを第2のアナログ/ディジタル変換回路187によりディジタル変換してなる第1及び第2の位置検出データD1A、D1Bをそれぞれ第1及び第2の乗算器210A、210Bに入力する。   Based on this principle, the position detection block 185 is configured as shown in FIG. 31, and the first and second Hall elements 133A, 133B, 164A, 164B, 168A, 168B of the position detection sensors 130, 161, 167 are configured. The first and second position detection signals D1A and D1B obtained by digitally converting the first and second position detection signals S1A and S1B output from the digital signal by the second analog / digital conversion circuit 187, respectively. 2 is input to the multipliers 210A and 210B.

このとき第1及び第2の乗算器210A、210Bには、それぞれ後述のように先行して算出した回転角度演算値θの余弦値(cosθ)又は正弦値(sinθ)が第1及び第2の関数変換部214A、214Bから与えられる。 At this time, the first and second multipliers 210A and 210B have the cosine value (cos θ x ) or sine value (sin θ x ) of the rotation angle calculation value θ x calculated in advance as described below, respectively. Given from the second function converters 214A and 214B.

かくして第1の乗算器210Aは、第1の位置検出データD1A及び回転角度演算値θの余弦値(cosθ)を乗算し、乗算結果を減算器211に送出する。また第2の乗算器210Bは、第2の位置検出データD1B及び回転角度演算値θの及び正弦値(sinθ)を乗算し、乗算結果を減算器211に送出する。 Thus, the first multiplier 210A multiplies the first position detection data D1A and the cosine value (cos θ x ) of the rotation angle calculation value θ x and sends the multiplication result to the subtractor 211. The second multiplier 210 </ b > B multiplies the second position detection data D <b > 1 </ b > B by the rotation angle calculation value θ x and the sine value (sin θ x ), and sends the multiplication result to the subtractor 211.

減算器211は、供給される第1の乗算器210Aの乗算結果から第2の乗算器210Bの乗算結果を減算することにより(4)式で与えられる演算結果を得、これを第3の乗算器212に送出する。   The subtractor 211 obtains the operation result given by the equation (4) by subtracting the multiplication result of the second multiplier 210B from the supplied multiplication result of the first multiplier 210A, and obtains the result of the third multiplication. To the device 212.

そしてこの乗算結果には、この後第3の乗算器212において、Sをラプラス演算子として、次式   Then, the multiplication result is obtained from the following expression in the third multiplier 212 using S as a Laplace operator:

Figure 2006000966
Figure 2006000966

で与えられる積分ゲイン及び比例ゲインKrが順次乗算され、その後第4の乗算器213において1/S(Sはラプラス演算子)が乗算される。 Are sequentially multiplied by an integral gain and a proportional gain Kr, and then multiplied by 1 / S (S is a Laplace operator) in a fourth multiplier 213.

この結果、第4の乗算器213における乗算結果として回転角度演算値θが得られ、これが第1及び第2の関数演算器214A、214Bに与えられる。そして第1及び第2の関数演算器214A、214Bは、供給される回転角度演算値θの正弦値(sinθ)及び余弦値(cosθ)をそれぞれ演算し、演算結果を上述のように第2又は第1の乗算器210A、210Bに与える。 As a result, a rotation angle calculation value θ x is obtained as a multiplication result in the fourth multiplier 213, and this is given to the first and second function calculators 214A and 214B. The first and second function calculators 214A and 214B respectively calculate the sine value (sin θ x ) and cosine value (cos θ x ) of the supplied rotation angle calculation value θ x , and the calculation result as described above. This is applied to the second or first multiplier 210A, 210B.

一方、第4の乗算器213から出力される回転角度演算値θは、レジスタ181(図26)に格納される。そしてこの回転角度演算値θは、この後演算処理ブロック180により読み出され、上述のように対応するDCモータ121、141、142の現在位置を表す現在位置データ(P1(k)〜P7(k))として当該DCモータ121、141、142の制御に利用される。 On the other hand, the rotation angle calculation value θ x output from the fourth multiplier 213 is stored in the register 181 (FIG. 26). And the rotation angle calculated value theta x, thereafter read out by the processing block 180, the current position data representing the current position of the DC motor 121,141,142 corresponding to the above (P1 (k) ~P7 ( k)) is used to control the DC motors 121, 141, 142.

なお位置検出ブロック185における上述のような回転角度演算値θの演算処理は、演算処理ブロック180のカウンタ・タイマ・コントロール回路205から与えられるパルス信号S11に基づいて行われる。従って、この位置検出ブロック185から出力される回転角度演算値θは、パルス信号S11の周期である50〔μs〕毎に更新されることとなる。 Note arithmetic processing of the rotation angle calculation value theta x as described above in the position detecting block 185 is performed based on the pulse signal S11 supplied from the counter timer control circuit 205 of the operation processing block 180. Thus, the rotation angle calculation value theta x output from the position detecting block 185, and thus to be updated is the period of the pulse signal S11 every 50 [μs].

(3−5−3)PWM変換ブロック184の詳細構成
PWM変換ブロック184においては、電流比例ゲイン乗算器183から供給される乗算結果に基づいて、50〔μs〕周期のパルスのパルス幅を制御することにより、PWM変調信号S3及び基準信号S4を生成し、これらをモータ駆動回路171(図25)に送出する。
(3-5-3) Detailed Configuration of PWM Conversion Block 184 The PWM conversion block 184 controls the pulse width of a 50 [μs] cycle pulse based on the multiplication result supplied from the current proportional gain multiplier 183. As a result, the PWM modulation signal S3 and the reference signal S4 are generated and sent to the motor drive circuit 171 (FIG. 25).

実際上、PWM変換ブロック184は、図31に示すように、電流比例ゲイン乗算器183から供給される印加電流目標値I(図26)を図示しない内部レジスタにセットし、印加電流目標値Iが正のときには、当該印加電流目標値Iを演算処理ブロック180(図26)のカウンタ・タイマ・コントロール回路205から与えられる、50〔μs〕周期のPWMパルス信号S11の立上りエッジ毎に第1のPWMパルス信号発生回路220A内のダウンカウンタ(図示せず)にセットする。 In practice, as shown in FIG. 31, the PWM conversion block 184 sets the applied current target value I 1 (FIG. 26) supplied from the current proportional gain multiplier 183 in an internal register (not shown) and applies the applied current target value I. when 1 is positive, given the applied current target value I 1 from the counter timer control circuit 205 of the operation processing block 180 (FIG. 26), first for each rising edge of the 50 [μs] period of the PWM pulse signal S11 1 is set in a down counter (not shown) in the PWM pulse signal generation circuit 220A.

そしてこのダウンカウンタは、演算処理ブロック180のCPUクロック(0.1〔μs〕)の立上りエッジ毎にカウンタ値を減少させてゼロ値で停止する。従って、第1のPWMパルス信号発生回路220Aの出力は、ダウンカウンタのカウント値がゼロ値になるまで出力が論理「1」レベル、カウンタ値がゼロ値となってからは論理「0」レベルとなる。   The down counter decreases the counter value at each rising edge of the CPU clock (0.1 [μs]) of the arithmetic processing block 180 and stops at the zero value. Therefore, the output of the first PWM pulse signal generation circuit 220A is the logic “1” level until the count value of the down counter reaches zero, and the logic “0” level after the counter value reaches zero. Become.

また次のPWMパルス信号S11の立上りエッジで再びレジスタに格納された印加電流目標値Iが第1のPWMパルス信号発生回路220Aのダウンカウンタに再びセットされて上述の処理が繰り返される。 The process described above is repeated applied current target value I 1 stored in the re-register on the rising edge of the next PWM pulse signal S11 is again set to the down counter of the first PWM pulse signal generation circuit 220A.

従って、第1のPWMパルス信号発生回路220Aからは、レジスタに格納される印加電流目標値Iが更新されるまで、当該印加電流目標値Iに比例した一定のパルス幅TonのPWM信号S3が出力され、第2のPWMパルス信号発生回路220Bからは、論理「0」レベルの基準信号S4が出力される。 Therefore, from the first PWM pulse signal generation circuit 220A, to applied current target value I 1 stored in the register is updated, a predetermined pulse width T on of the PWM signal proportional to the applied current target value I 1 S3 is output, and the second PWM pulse signal generation circuit 220B outputs a reference signal S4 having a logic “0” level.

一方、PWM変換ブロック184においては、印加電流目標値Iが負であった場合にはその絶対値を演算して正の整数に変換した後、この印加電流目標値Iを第2のPWMパルス信号発生回路220B内のダウンカウンタ(図示せず)にセットする。 On the other hand, in the PWM conversion block 184, after conversion to a positive integer by computing the absolute value when the applied current target value I 1 is negative, the applied current target value I 1 second PWM A down counter (not shown) in the pulse signal generation circuit 220B is set.

この結果このときには、第2のPWMパルス信号発生回路220Bからは、上述の第1のPWMパルス信号発生回路220Aと同様にして、レジスタに格納される印加電流目標値Iが更新されるまで、当該印加電流目標値Iに比例した一定のパルス幅TonのPWM信号S3が出力される。またこのとき第1のPWM信号発生回路220Aからは、論理「1」レベルの基準信号S4が出力される。 The result this time, from the second PWM pulse signal generating circuit 220B, as in the first PWM pulse signal generation circuit 220A described above, until the applied current target value I 1 stored in the register is updated, PWM signal S3 constant pulse width T on proportional to the applied current target value I 1 is output. At this time, the first PWM signal generation circuit 220A outputs a reference signal S4 having a logic “1” level.

このようにしてPWM変換ブロック184においては、電流比例ゲイン乗算器183から供給される演算結果の印加電流目標値Iに応じたパルス幅のPWM信号S3及び基準信号S4を生成し、これをモータ駆動回路171に送出し得るようになされている。 In this way, in the PWM conversion block 184, and generates a PWM signal S3 and the reference signal S4 having a pulse width corresponding to the applied current target value I 1 of the calculation result supplied from the current proportional gain multiplier 183, a motor this It can be sent to the drive circuit 171.

(4)演算処理ブロック180におけるソフトウェア制御
(4−1)ソフトウェア制御の一連の流れ
次に、演算処理ブロック180におけるソフトウェア制御について説明する。
(4) Software Control in Arithmetic Processing Block 180 (4-1) Series of Software Control Flow Next, software control in the arithmetic processing block 180 will be described.

演算処理ブロック180のCPU200(図26)は、図33に示すデータ処理手順に従って、対応するDCモータ121、141、142を駆動制御するための各種処理を実行する。   The CPU 200 (FIG. 26) of the arithmetic processing block 180 executes various processes for driving and controlling the corresponding DC motors 121, 141, 142 in accordance with the data processing procedure shown in FIG.

すなわちCPU200は、カウンタ・タイマ・コンロトール回路205(図26)からサーボ割込信号S10が与えられるごとにこのデータ処理手順を実行し、まずシリアル通信用入出力回路204(図26)を制御することにより、インテリジェントHUB105(図22)から送信される上述のサーボ指令(Ref1(k)〜Ref7(k))(図22)やこれ以外の各種コマンドを受信させ、これをRAM202(図26)に格納する(ステップSP1)。   That is, the CPU 200 executes this data processing procedure every time the servo interrupt signal S10 is given from the counter / timer / control circuit 205 (FIG. 26), and first controls the serial communication input / output circuit 204 (FIG. 26). As a result, the servo commands (Ref1 (k) to Ref7 (k)) (FIG. 22) transmitted from the intelligent HUB 105 (FIG. 22) and various other commands are received, and these are received in the RAM 202 (FIG. 26). Store (step SP1).

次いでCPU200は、このRAM202に格納したサーボ指令や各種コマンドに対し、例えばデータフォーマット変換処理等の所定のデータ受信処理を施す(ステップSP2)。因みに、インテリジェントHUB105(図22)との通信は2〔ms〕周期で行われ、従ってインテリジェントHUB105からのサーボ指令等が2〔ms〕ごとに与えられるのに対し、カウンタ・タイマ・コンロトール回路205からのサーボ割込信号S10は1〔ms〕ごとに与えられるため、上述のようなステップSP1及びステップSP2における受信処理はこのデータ処理手順の実行の2回に1回の割合で行われることとなる。   Next, the CPU 200 performs predetermined data reception processing such as data format conversion processing on the servo commands and various commands stored in the RAM 202 (step SP2). Incidentally, communication with the intelligent HUB 105 (FIG. 22) is performed at a cycle of 2 [ms], and therefore, the servo command from the intelligent HUB 105 is given every 2 [ms], whereas the counter / timer / control circuit 205 Since the servo interrupt signal S10 is given every 1 [ms], the reception processing in step SP1 and step SP2 as described above is performed once every two times of execution of this data processing procedure. Become.

続いてCPU200は、かかるデータ受信処理により得られた2〔ms〕ごとのサーボ指令(Ref1(k)〜Ref7(k))と、このときRAM202に格納されている先行して得られた対応するDCモータ121、141、142の現在位置データ(P1(k)〜P7(k))(図22)とに基づいて、当該DCモータ121、141、142の1〔ms〕ごとの目標位置を表すサーボ指令(Ref1(k)´〜Ref7(k)´)を生成する(ステップSP3)。   Subsequently, the CPU 200 corresponds to the servo command (Ref1 (k) to Ref7 (k)) obtained every 2 [ms] obtained by the data reception process, and the previously obtained corresponding stored in the RAM 202. Based on the current position data (P1 (k) to P7 (k)) (FIG. 22) of the DC motors 121, 141, 142, the target position for each [ms] of the DC motors 121, 141, 142 is expressed. Servo commands (Ref1 (k) ′ to Ref7 (k) ′) are generated (step SP3).

なお、CPU200は、電源投入時等の上位コントローラから未だサーボ指令等が与えられていない初期時には、当該サーボ指令に代えて、予めROM201(図26)に格納されたシステム初期設定値を読み出し、当該システム設定値に基づいて同様の処理を実行する。   Note that the CPU 200 reads a system initial setting value stored in advance in the ROM 201 (FIG. 26) instead of the servo command at the initial stage when the servo command or the like is not yet given from the host controller such as when the power is turned on. Similar processing is executed based on the system setting value.

またCPU200は、かかるサーボ指令に代えて、例えば上位コントローラから電流比例ゲイン乗算器183(図26)について上述した電流比例ゲインGや、位置検出ブロック185(図26)の(2)式について上述したセンサゲインG、後述するコンプライアンス制御に関するコンプライアンス調整ゲインKadj等の制御ゲインを変更すべきコマンドが与えられたときには、当該コマンドに応じてRAM202に格納されている対応する制御ゲインを変更する。 Further, the CPU 200 replaces the servo command with the current proportional gain GP described above for the current proportional gain multiplier 183 (FIG. 26) from the host controller or the expression (2) of the position detection block 185 (FIG. 26). When a command for changing the control gain such as the sensor gain G 0 and the compliance adjustment gain Kadj related to the compliance control described later is given, the corresponding control gain stored in the RAM 202 is changed according to the command.

一方、CPU200は、上述のようにして1〔ms〕ごとのサーボ指令(Ref1(k)´〜Ref7(k)´)を生成すると、当該サーボ指令(Ref1(k)´〜Ref7(k)´)と、このとき位置検出ブロック185から与えられる現在位置データ(P1(k)〜P7(k))とに基づいて、対応するDCモータ121、141、142の回転を制御するための回転制御処理を実行する。具体的には、CPU200は、かかる回転制御処理として、サーボ指令(Ref1(k)´〜Ref7(k)´)と、現在位置データ(P1(k)〜P7(k))とに基づいて、図26について上述した電流指令値Iを算出し、これをレジスタ181に格納する(ステップSP4)。 On the other hand, when the CPU 200 generates the servo commands (Ref1 (k) ′ to Ref7 (k) ′) every 1 [ms] as described above, the servo commands (Ref1 (k) ′ to Ref7 (k) ′). ) And current position data (P1 (k) to P7 (k)) given from the position detection block 185 at this time, rotation control processing for controlling the rotation of the corresponding DC motors 121, 141, 142 Execute. Specifically, the CPU 200 performs the rotation control process based on servo commands (Ref1 (k) ′ to Ref7 (k) ′) and current position data (P1 (k) to P7 (k)). The current command value I 0 described above with reference to FIG. 26 is calculated and stored in the register 181 (step SP4).

またCPU200は、これと共にかかる位置検出ブロック185からの現在位置データや、後述のようなコンプライアンス制御処理において得られた差分e(図34)等の内部変数のデータ(以下、モータ内部変数データと呼ぶ)をRAM202(図26)に格納する。 In addition, the CPU 200 also stores the current position data from the position detection block 185 and internal variable data such as the difference e 1 (FIG. 34) obtained in the compliance control processing described later (hereinafter referred to as motor internal variable data). Stored in the RAM 202 (FIG. 26).

そしてCPU200は、この後このRAM202に格納された対応するDCモータ121、141、142の現在位置データ及びモータ内部変数データ等を外部に送信するためのデータ変換処理等の所定のデータ送信処理を実行し、得られたデータ送信処理後の現在位置データやモータ内部変数データをRAM202に格納する(ステップSP5)。   The CPU 200 then executes predetermined data transmission processing such as data conversion processing for transmitting the current position data of the corresponding DC motors 121, 141, 142 stored in the RAM 202, motor internal variable data, and the like to the outside. The obtained current position data and motor internal variable data after the data transmission processing are stored in the RAM 202 (step SP5).

そしてCPU200は、この後シリアル通信入出力回路204(図26)を制御することにより、かかるRAM202に格納されたデータ送信処理後の現在位置データやモータ内部変数データをディジーチェーン接続された他の第2〜第7の制御装置103〜103、104、104又はインテリジェントHUB105に送信する(ステップSP6)。 Then, the CPU 200 controls the serial communication input / output circuit 204 (FIG. 26) thereafter, so that the current position data and the motor internal variable data after the data transmission process stored in the RAM 202 are daisy chained. The second to seventh control devices 103 2 to 103 7 , 104 1 , 104 2 or the intelligent HUB 105 are transmitted (step SP6).

このようにして演算処理ブロック180においては、インテリジェントHUB105からのサーボ指令やコマンドに基づいて、対応する各種処理を実行するようになされている。   In this way, in the arithmetic processing block 180, various corresponding processes are executed based on the servo commands and commands from the intelligent HUB 105.

(4−2)回転制御処理の具体的内容
ここで、図33について上述したデータ処理手順のステップSP4での回転制御処理に関し、第1〜第5の制御装置103〜103内のCPU200の具体的な処理内容について説明する。
(4-2) Specific Contents of Rotation Control Processing Here, regarding the rotation control processing at step SP4 of the data processing procedure described above with reference to FIG. 33, the CPU 200 in the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 Specific processing contents will be described.

CPU200は、かかる回転制御処理時、インテリジェントHUB105からのサーボ指令(Ref1(k)〜Ref5(k))に基づき生成した1〔ms〕ごとのサーボ指令(Ref1(k)´〜Ref5(k)´)と、位置検出ブロック185により検出された現在位置データ(P1(k)〜P5(k))とに基づいて、位置制御処理とコンプライアンス制御処理とを並列的に同時に実行することにより目標電流値Iを生成する。 During the rotation control process, the CPU 200 performs servo commands (Ref1 (k) ′ to Ref5 (k) ′) for every 1 ms generated based on the servo commands (Ref1 (k) to Ref5 (k)) from the intelligent HUB 105. ) And the current position data (P1 (k) to P5 (k)) detected by the position detection block 185, the position control process and the compliance control process are simultaneously executed in parallel to achieve the target current value. to generate a I 0.

因みに、位置制御とは、1〔ms〕ごとのサーボ指令(Ref1(k)´〜Ref5(k)´)である目標とする回転角度と、現在位置データ(P1(k)〜P5(k))に基づき得られるDCモータ121(図23)の出力軸の現在の回転角度(現在位置)とを比較して、その差分に基づき対応するDCモータ121に印加する駆動電流を制御することにより、かかる差分を「0」に収束させる制御をいう。   Incidentally, the position control refers to a target rotation angle that is a servo command (Ref1 (k) ′ to Ref5 (k) ′) every 1 [ms], and current position data (P1 (k) to P5 (k)). ) Based on the difference between the current rotation angle (current position) of the output shaft of the DC motor 121 (FIG. 23) obtained on the basis of the difference and controlling the drive current applied to the corresponding DC motor 121, Control that converges the difference to “0”.

またここでのコンプライアンス制御とは、DCモータ121に外力が与えられたときに、当該外力の大きさと、DCモータ121の変位量とが比例関係となるようにDCモータ121の変位量を制御することをいう。そしてこのときの比例定数をコンプライアンス調整ゲインといい、当該コンプライアンス調整ゲインが「0」であるときに外力があっても変位量が「0」、つまり高剛性となる。またコンプライアンス調整ゲインが「0」よりも大きくなるにつれて徐々に変位量が大きくなって、低剛性となる。このようにコンプライアンス調整ゲインの大きさに応じてDCモータ121の外力による変位量を制御でき、例えばロボット1の第1〜第5の指部60〜60(図6)に外力が作用したときに当該外力によって第1〜第5の指部60〜60が破損するのを防止したり、ロボット1が対象物を把持する際の柔らかさを制御することができる。こうした柔らかさを制御する方法がコンプライアンス制御である。 The compliance control here controls the amount of displacement of the DC motor 121 so that when the external force is applied to the DC motor 121, the magnitude of the external force is proportional to the amount of displacement of the DC motor 121. That means. The proportionality constant at this time is referred to as a compliance adjustment gain, and when the compliance adjustment gain is “0”, even if there is an external force, the displacement amount is “0”, that is, the rigidity is high. Further, as the compliance adjustment gain becomes larger than “0”, the displacement amount gradually increases and the rigidity becomes low. In this way, the amount of displacement due to the external force of the DC motor 121 can be controlled in accordance with the magnitude of the compliance adjustment gain. For example, the external force is applied to the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 (FIG. 6) of the robot 1. Sometimes, the external force can prevent the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 from being damaged, and the softness when the robot 1 grips the object can be controlled. A method for controlling such softness is compliance control.

そしてCPU200は、かかる位置制御処理及びコンプライアンス制御処理を同時並列的に実行することにより、予め設定されたコンプライアンス調整ゲインに応じた剛性で手部23の容姿制御を行う。   The CPU 200 executes the position control process and the compliance control process simultaneously in parallel, thereby performing the appearance control of the hand portion 23 with rigidity according to a preset compliance adjustment gain.

実際上、CPU200は、対応するDCモータ121の回転制御処理時、図34に示すように、1〔ms〕ごとのサーボ指令(Ref1(k)´〜Ref5(k)´)と、このとき位置検出ブロック185から与えられるDCモータ121の現在位置Yfとの差分eを計算し(ステップSP10)、その差分eに位置比例ゲインKpを乗算することにより、対応するDCモータ121を実際に駆動制御するための目標電流値I´を算出する(ステップSP11)。 In practice, the CPU 200 performs the servo control (Ref1 (k) ′ to Ref5 (k) ′) every 1 [ms] and the position at this time as shown in FIG. A difference e 1 from the current position Yf of the DC motor 121 given from the detection block 185 is calculated (step SP10), and the corresponding DC motor 121 is actually driven by multiplying the difference e 1 by a position proportional gain Kp. A target current value I 0 ′ for control is calculated (step SP11).

そしてCPU200は、この目標電流値I´と後述のコンプライアンス調整値Trefとを加算することにより目標電流値Iを算出し(ステップSP12)、これを上述のようにレジスタ181(図26)に格納する。この結果、この目標電流値Iが減算器182(図26)により読み出され、この後この目標電流値Iに基づいて、かかる差分e1を「0」とするように上述のような位置制御が行われる。 Then, the CPU 200 calculates the target current value I 0 by adding the target current value I 0 ′ and the compliance adjustment value Tref described later (step SP12), and stores this in the register 181 (FIG. 26) as described above. Store. As a result, the target current value I 0 is read by the subtractor 182 (FIG. 26), and thereafter, based on the target current value I 0 , the position as described above is set so that the difference e1 is “0”. Control is performed.

一方、CPU200は、これと同時並列的にそのDCモータ121と同じ特性の数学モデルによるDCモータ121の現在位置を演算する(ステップSP13)。   On the other hand, the CPU 200 calculates the current position of the DC motor 121 based on a mathematical model having the same characteristics as that of the DC motor 121 simultaneously and in parallel (step SP13).

具体的に、CPU200は、1〔ms〕ごとのサーボ指令(Ref1(k)´〜Ref5(k)´)と、かかる数学モデルにより算出される現在の対応するDCモータ121の理論的な現在位置(以下、これをモデル現在位置と呼ぶ)YMfとの差分eを算出し(ステップSP13A)、この差分eに実モデルの位置比例ゲインKpと同じ値の位置比例ゲインKMpを乗算することにより、実モデルの目標電流値I´と対応する理論的な目標電流値(以下、これをモデル目標電流値と呼ぶ)I0(m)´を算出する(ステップSP13B)。 Specifically, the CPU 200 calculates the servo current command (Ref1 (k) ′ to Ref5 (k) ′) every 1 [ms] and the current theoretical position of the corresponding DC motor 121 calculated by the mathematical model. By calculating a difference e 2 from YMf (hereinafter referred to as the model current position) (step SP13A) and multiplying the difference e 2 by a position proportional gain KMp having the same value as the position proportional gain Kp of the actual model. Then, a theoretical target current value I 0 (m) ′ corresponding to the target current value I 0 ′ of the actual model (hereinafter referred to as a model target current value) I 0 (m) ′ is calculated (step SP13B).

そしてCPU200は、このモデル目標電流値I0(m)´に対し、かかる差分eを「0」に収束させるための電流比例ゲインとして、図26について上述した電流比例ゲイン乗算器183において差分電流値データD4に乗算する電流比例ゲインGpと同じ値の電流比例ゲインGMpを乗算することにより、実モデルの印加電流目標値I(図26)に対応する理論的な印加電流目標値(以下、これをモデル印加電流目標値と呼ぶ)I1(m)を算出する(ステップSP13C)。 Then, the CPU 200 sets the difference current in the current proportional gain multiplier 183 described above with reference to FIG. 26 as a current proportional gain for converging the difference e 2 to “0” with respect to the model target current value I 0 (m) ′. by multiplying the current proportional gain GMp the same value as the current proportional gain Gp to be multiplied by the value data D4, the theoretical applied current target value corresponding to the application of the actual model current target value I 1 (FIG. 26) (hereinafter, This is called a model applied current target value) I 1 (m) (step SP13C).

続いてCPU200は、モデル印加電流目標値I1(m)に対して実モデルの対応するDCモータ121のモータ定数Kmと同じ値のモータ定数モデルKMmを乗算することにより、このときの実モデルにおけるDCモータ121の出力トルクTmと対応する理論的なDCモータ121の出力トルクTMm(以下、これをモデル出力トルクTMm)を算出する(ステップSP13D)。 Subsequently, the CPU 200 multiplies the model applied current target value I 1 (m) by the motor constant model KMm having the same value as the motor constant Km of the DC motor 121 corresponding to the actual model, thereby obtaining A theoretical output torque TMm of the DC motor 121 corresponding to the output torque Tm of the DC motor 121 (hereinafter referred to as model output torque TMm) is calculated (step SP13D).

さらにCPU200は、この後このモデル出力トルクTMmと、後述のように算出される外力の推定トルクでなる外力推定トルクTf_estとを加算することにより、このときの実モデルにおけるDCモータ121の出力軸に生じるトルクの理論的な総和でなる総和トルクTfと対応する理論的な総和トルク(以下、これをモデル総和トルクと呼ぶ)TMfを算出する(ステップSP13E)。   Further, the CPU 200 thereafter adds the model output torque TMm and the external force estimated torque Tf_est, which is an estimated external force torque calculated as described later, to the output shaft of the DC motor 121 in the actual model at this time. A total torque Tf, which is a theoretical total of the torques generated, and a theoretical total torque (hereinafter referred to as model total torque) TMf corresponding to the total torque Tf are calculated (step SP13E).

そしてCPU200は、この後モデル総和トルクTMfに対して、次式   The CPU 200 then calculates the following equation for the model total torque TMf:

Figure 2006000966
Figure 2006000966

で与えられる数学モデル上での第1〜第5の指部60〜60の機械的な特性に応じた定数を乗算することにより、上述した対応するDCモータ121のモデル現在位置YMfを算出する(ステップSP13F)。なお、この(9)式において、JMy、DMyは、それぞれ実モデルにおける第1〜第5のアクチュエータ部100〜100(図23)の機構的な慣性モーメントJy又は摩擦係数Dyと同じ値の定数であり、Sはラプラス演算子を示す。 The model current position YMf of the corresponding DC motor 121 described above is calculated by multiplying a constant corresponding to the mechanical characteristics of the first to fifth fingers 60 1 to 60 5 on the mathematical model given by (Step SP13F). In this equation (9), JMy and DMy have the same values as the mechanical moment of inertia Jy or the friction coefficient Dy of the first to fifth actuator units 100 1 to 100 5 (FIG. 23) in the actual model, respectively. It is a constant and S represents a Laplace operator.

次いでCPU200は、位置検出ブロック185により検出された実モデルにおけるDCモータ121の現在位置(以下、適宜、これを実モデル現在位置と呼ぶ)Yfからモデル現在位置YMfを減算することにより、これら実モデル現在位置Yf及びモデル現在位置YMfの差分Yferを算出する(ステップSP14)。   Next, the CPU 200 subtracts the model current position YMf from the current position (hereinafter referred to as the actual model current position) Yf of the DC motor 121 in the actual model detected by the position detection block 185, thereby obtaining these actual models. A difference Yfer between the current position Yf and the model current position YMf is calculated (step SP14).

さらにCPU200は、この差分Yferに所定の推定ゲインKestを乗算することにより、対応する第1〜第5の指部60〜60に作用した外力の推定トルクでなる上述の外力推定トルクTf_estを算出する。 Further, the CPU 200 multiplies the difference Yfer by a predetermined estimated gain Kest to obtain the above-described external force estimated torque Tf_est that is the estimated torque of the external force applied to the corresponding first to fifth finger portions 60 1 to 60 5. calculate.

ここで、この外力推定トルクTf_estを上述のようにモデル目標電流値I0(m)´と加算すると、数学モデルにより算出されるモデル現在位置YMfが実モデル現在位置Yfと同様に変化し、実モデル現在位置Yfとモデル現在位置YMfとの差分Yferが「0」に収束するようになる。 Here, the when the external force estimated torque Tf_est adds a model target current value I 0 as described above (m) ', the model current position YMf changes like the actual model current position Yf calculated by mathematical model, the actual The difference Yfer between the model current position Yf and the model current position YMf converges to “0”.

そして、差分Yferが「0」に収束したときの外力推定トルクTf_estが、実際に対応する第1〜第5の指部60〜60に作用した外力トルクTf_extと同じ値となることから、この外力トルクTf_extを外力推定トルクTf_estとして精度良く求めることができる。 Since the estimated external force torque Tf_est when the difference Yfer converges to “0” becomes the same value as the external force torque Tf_ext that has actually acted on the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 . This external force torque Tf_ext can be obtained with high accuracy as the external force estimated torque Tf_est.

なお、このときの収束応答時間は推定ゲインKestの大きさによって決定し、この推定ゲインKestが大きいほど、収束応答時間が短くなり、推定ゲインKestが小さいほど収束応答時間が長くなる。   The convergence response time at this time is determined by the magnitude of the estimated gain Kest. The larger the estimated gain Kest, the shorter the convergence response time, and the smaller the estimated gain Kest, the longer the convergence response time.

一方、CPU200は、このようにして算出された外力推定トルクTf_estに上述のコンプライアンス調整ゲインKadjを乗算することによりコンプライアンス調整値Trefを算出すると共に、このコンプライアンス調整値Trefを上述のように位置制御処理により算出した目標電流値I´に加算する。 On the other hand, the CPU 200 calculates the compliance adjustment value Tref by multiplying the external force estimated torque Tf_est calculated in this way by the above-described compliance adjustment gain Kadj, and the position control processing as described above. Is added to the target current value I 0 ′ calculated by the above.

この結果、対応するDCモータ121がメイン制御部40からの位置指令値U1(N)〜U5(N)(インテリジェントHUB105からのサーボ指令値Ref1(k)〜Ref5(k))とは別に、対応する第1〜第5の指部60〜60に作用する外力の大きさ及びそのとき設定されているコンプライアンス調整ゲインKadjの大きさに応じて駆動するようになり、かくして当該第1〜第5の指部60〜60に外力が与えられたときに、当該第1〜第5の指部60〜60がこの外力に従って当該外力と同じ方向に屈曲するようになる。 As a result, the corresponding DC motor 121 responds separately from the position command values U1 (N) to U5 (N) from the main control unit 40 (servo command values Ref1 (k) to Ref5 (k) from the intelligent HUB 105). The first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 are driven in accordance with the magnitude of the external force acting on the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 and the magnitude of the compliance adjustment gain Kadj set at that time. when an external force is applied to the finger portions 60 1 to 60 5 of 5, finger portions 60 1 to 60 5 of the first to fifth is to bend in the same direction as the external force in accordance with the external force.

この場合において、コンプライアンス調整ゲインKadjの値が次式   In this case, the value of the compliance adjustment gain Kadj is

Figure 2006000966
Figure 2006000966

を満たすときには、結果的に外力トルクTf_extと同じトルクがコンプライアンス調整値Trefとして加算されるため、対応する第1〜第5の指部60〜60の動きは、位置制御処理による外力に対する反作用力がキャンセルされた動きとなる。かくして、このときその第1〜第5の指部60〜60は、外力により軽く曲げることができるようになる。 As a result, since the same torque as the external force torque Tf_ext is added as the compliance adjustment value Tref, the corresponding movements of the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 react with the external force by the position control process. The force is canceled. Thus, at this time, the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 can be bent lightly by an external force.

一方、コンプライアンス調整ゲインKadjの値が次式   On the other hand, the value of the compliance adjustment gain Kadj is

Figure 2006000966
Figure 2006000966

であるときには、対応する第1〜第5の指部60〜60の動きは、上述のような位置制御処理による外力に対する反作用力が減衰された動きとなる。かくして、このときその第1〜第5の指部60〜60は、外力に対してコンプライアンス調整ゲインKadjに応じた大きさの反作用力をもって曲げることができるようになる。 When this is the case, the corresponding movements of the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 are movements in which the reaction force against the external force by the position control process as described above is attenuated. Thus, at this time, the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 can be bent with a reaction force having a magnitude corresponding to the compliance adjustment gain Kadj with respect to the external force.

このようにコンプライアンス調整ゲインKadjの値を調整することによって、外力に対する第1〜第5の指部60〜60の反作用力を制御することができる。そしてこのようなコンプライアンス制御によって、第1〜第5の指部60〜60に外力が作用したときに、その第1〜第5の指部60〜60が上位コントローラ(メイン制御部40(図5))からの位置指令値U1(N)〜U5(N)に反して外力に応じて動くようになり、これにより外力が作用したことに起因する第1〜第5の指部60〜60の破損を未然かつ有効に防止したり、外界物をその形状に沿って柔らかく把持することができる。 Thus, by adjusting the value of the compliance adjustment gain Kadj, the reaction force of the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 against the external force can be controlled. Then Such compliance control, when an external force is exerted on the finger portions 60 1 to 60 5 of the first to fifth, the first to fifth fingers 60 1 to 60 5 is the upper-level controller (main controller 40 (FIG. 5)), it moves according to the external force against the position command values U1 (N) to U5 (N) from the first to fifth fingers resulting from the action of the external force. The breakage of 60 1 to 60 5 can be prevented in advance and effectively, and an external object can be softly gripped along its shape.

(5)ロボット1におけるコンプライアンス制御
(5−1)コンプライアンス制御に関する一連の流れ
次に、ロボット1における実際のコンプライアンス制御に関する一連の流れについて、図35を用いて説明する。
(5) Compliance Control in Robot 1 (5-1) Series of Flows Related to Compliance Control Next, a series of flows related to actual compliance control in the robot 1 will be described with reference to FIG.

このロボット1においては、メイン制御部40の制御のもとに、対応する第1〜第5の制御装置103〜103におけるコンプライアンス調整ゲインKadjを状況に応じて変更することにより、通常時には第1〜第5の指部60〜60に高い剛性をもたせる一方、外部物体の把持時やロボット1の転倒時には第1〜第5の指部60〜60の剛性を低くして、当該外部物体をその形状に沿って柔らかく把持したり、第1〜第5の指部60〜60が床面に衝突することに起因する破損を有効に防止することができるようになされている。 In this robot 1, under the control of the main controller 40, the compliance adjustment gain Kadj in the corresponding first to fifth control devices 103 1 to 103 5 is changed according to the situation, so that While the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 are given high rigidity, the rigidity of the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 is lowered when gripping an external object or when the robot 1 falls. The external object is softly gripped along its shape, and can be effectively prevented from being damaged due to the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 colliding with the floor surface. Yes.

またこのロボット1においては、第1〜第5の指部60〜60に予想外の外力が作用したときには、メイン制御部40の制御を離れてインテリジェントHUB105が対応する第1〜第5の制御装置103〜103におけるコンプライアンス調整ゲインKadjを変更することにより、その第1〜第5の指部60〜60を反射的に外力に対して柔らかくさせて、当該外力が作用したことに起因する第1〜第5の指部60〜60の破損を有効に防止できるようになされている。 Further, in this robot 1, when an unexpected external force is applied to the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 , the control of the main control unit 40 is left and the first to fifth corresponding to the intelligent HUB 105 corresponds. By changing the compliance adjustment gain Kadj in the control devices 103 1 to 103 5 , the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 are made soft against the external force in a reflective manner, and the external force is applied. The first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 due to the above can be effectively prevented from being damaged.

すなわちこのロボット1の場合、メイン制御部40の演算部40Bは、当該ロボット1の電源が投入された初期時、予め外部メモリ58(図5)に格納されている、第1〜第5の指部60〜60についての通常時用のコンプライアンス調整ゲインKadjの規定値(以下、これらを通常時用調整ゲイン規定値と呼ぶ)を読み出し、これらをインテリジェントHUB105に送出する。 In other words, in the case of this robot 1, the calculation unit 40B of the main control unit 40 first to fifth fingers stored in the external memory 58 (FIG. 5) in advance when the robot 1 is powered on. The normal values of compliance adjustment gain Kadj for normal time (hereinafter referred to as normal value of normal adjustment gain) for units 60 1 to 60 5 are read out and sent to intelligent HUB 105.

またメイン制御部40の演算部40Bは、この後、上述のような自律制御処理により決定した次の自己の行動内容等に基づいて、第1〜第5の制御装置103〜103に対する位置指令値U1(N)〜U5(N)を順次生成し、これを8〔ms〕の通信周期ごとに対応するサブ制御部43Cを介してインテリジェントHUB105に送出する。 In addition, the calculation unit 40B of the main control unit 40 thereafter positions relative to the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 based on the next action content determined by the autonomous control process as described above. The command values U1 (N) to U5 (N) are sequentially generated and sent to the intelligent HUB 105 via the sub-control unit 43C corresponding to each communication period of 8 [ms].

インテリジェントHUB105は、第1〜第5の制御装置103〜103の構成(親指、人指し指、中指、薬指及び小指)を構成比調整部105Bにおいて管理しており、メイン制御部40から送信される第1〜第5の指部60〜60についての各通常時用調整ゲイン規定値を第1〜第5の制御装置103〜103に送信する。かくして第1〜第5の制御装置103〜103は、これら通常時用調整ゲイン規定値のうちの対応するものを取り込み、その値をコンプライアンス調整ゲインKadjの初期値として設定する。 The intelligent HUB 105 manages the configuration (thumb, index finger, middle finger, ring finger, and little finger) of the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 in the component ratio adjustment unit 105B, and is transmitted from the main control unit 40. The normal adjustment gain prescribed values for the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 are transmitted to the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 . Thus, the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 take in corresponding ones of the normal-time adjustment gain prescribed values, and set the values as initial values of the compliance adjustment gain Kadj.

またインテリジェントHUB105は、この後8〔ms〕周期でメイン制御部40から送信される位置指令値U1(N)〜U5(N)に基づいて2〔ms〕ごとのサーボ指令値Ref1(k)〜Ref5(k)を生成し、これを2〔ms〕の通信周期ごとに第1〜第5の制御装置103〜103に送信する。かくして第1〜第5の制御装置103〜103は、この後、インテリジェントHUB105から送信されるサーボ指令値Ref1(k)〜Ref5(k)と、上述のようにして設定したコンプライアンス調整ゲインKadjとに基づいて、位置制御処理とコンプライアンス制御処理とを並列的に同時に実行する。 Further, the intelligent HUB 105 thereafter performs servo command values Ref1 (k) to 2 [ms] based on the position command values U1 (N) to U5 (N) transmitted from the main control unit 40 at intervals of 8 [ms]. Ref5 (k) is generated and transmitted to the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 every 2 [ms] communication period. Thus, the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 thereafter transmit the servo command values Ref1 (k) to Ref5 (k) transmitted from the intelligent HUB 105 and the compliance adjustment gain Kadj set as described above. Based on the above, the position control process and the compliance control process are simultaneously executed in parallel.

一方、メイン制御部40の演算部40Bは、外部物体を把持することを次の行動として決定し、実際に当該外部物体をロボット1に把持させる際には、予め外部メモリ58(図5)に格納されている、第1〜第5の指部60〜60についての把持時用のコンプライアンス調整ゲインKadjの規定値(以下、これらを把持時用調整ゲイン規定値と呼ぶ)を読み出す。 On the other hand, the calculation unit 40B of the main control unit 40 determines to hold the external object as the next action, and when actually causing the robot 1 to hold the external object, the calculation unit 40B stores the external object in the external memory 58 (FIG. 5) in advance. The stored prescribed values of the compliance adjustment gain Kadj for gripping of the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 (hereinafter referred to as “adjustment gain defining values for gripping”) are read out.

この場合これら把持時用調整ゲイン規定値は、対応する通常時用調整ゲイン規定値に比べて値が大きく選定されており、かくしてコンプライアンス調整ゲインKadjとしてこれら把持時用調整ゲイン規定値を第1〜第5の制御装置103〜103にそれぞれ設定することにより、第1〜第5の指部60〜60を通常時に比べて低剛性にすることができるようになされている。 In this case, the gripping adjustment gain prescribed values are selected to be larger than the corresponding normal adjustment gain prescribed values. Thus, the gripping adjustment gain prescribed values are used as the compliance adjustment gain Kadj. By setting the fifth control devices 103 1 to 103 5 respectively, the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 can be made to be less rigid than normal.

そしてメイン制御部の演算部40Bは、これら読み出した第1〜第5の指部60〜60についての把持時調整ゲイン用規定値を、対応するサブ制御部43Cを介してインテリジェントHUB105に送信する。 The calculation unit 40B of the main control unit transmits the read regulation value for adjustment gain at the time of the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 to the intelligent HUB 105 via the corresponding sub control unit 43C. To do.

またメイン制御部40の演算部40Bは、ロボット1が転倒状態(ロボット1が転倒し始めてから転倒し終えるまでの状態)時に加速度センサ56により検出される重力が「0」となることを利用して、加速度センサ56から供給される加速度検出信号S2Bに基づきロボット1の転倒状態を検出したときには、予め外部メモリ58に格納されている、第1〜第5の指部60〜60についての転倒時用のコンプライアンス調整ゲインKadjの規定値(以下、これらを転倒時用調整ゲイン規定値と呼ぶ)を読み出し、これらをインテリジェントHUB105に送出する。これら転倒時用調整ゲイン規定値も、それぞれ対応する通常時用調整ゲイン規定値に比べて値が大きく選定されている。そして演算部40Bは、これらを対応するサブ制御部43Cを介してインテリジェントHUB105に送信する。 Further, the calculation unit 40B of the main control unit 40 uses that the gravity detected by the acceleration sensor 56 becomes “0” when the robot 1 is in a fall state (a state from when the robot 1 starts to fall until it finishes falling). When the fall state of the robot 1 is detected based on the acceleration detection signal S2B supplied from the acceleration sensor 56, the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 stored in the external memory 58 in advance are detected. The prescribed values of the compliance adjustment gain Kadj for the fall (hereinafter referred to as the fall adjustment gain prescribed values) are read out and sent to the intelligent HUB 105. The fall adjustment gain prescribed values are also selected to be larger than the corresponding normal adjustment gain prescribed values. Then, the calculation unit 40B transmits these to the intelligent HUB 105 via the corresponding sub control unit 43C.

このときインテリジェントHUB105は、メイン制御部40から送信される位置指令値U1(N)〜U5(N)に基づいて2〔ms〕ごとのサーボ指令値Ref1(k)〜Ref5(k)を順次生成する。そしてインテリジェントHUB105は、このサーボ指令値Ref1(k)〜Ref5(k)とメイン制御部40から送信されるコンプライアンス調整ゲインKadjとを第1〜第5の制御装置103〜103に送信する。 At this time, the intelligent HUB 105 sequentially generates servo command values Ref1 (k) to Ref5 (k) every 2 [ms] based on the position command values U1 (N) to U5 (N) transmitted from the main control unit 40. To do. The intelligent HUB 105 transmits the servo command values Ref1 (k) to Ref5 (k) and the compliance adjustment gain Kadj transmitted from the main control unit 40 to the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 .

第1〜第5の制御装置103〜103は、送信されるサーボ指令値Ref1(k)〜Ref5(k)に基づいて対応するDCモータ121の回転を制御する一方、把持用調整ゲイン規定値又は転倒時用調整ゲイン規定値が送信されてきたときには、それまで自己内部において設定していたコンプライアンス調整ゲインKadjの設定値をその値に更新し、当該更新した新たなコンプライアンス調整ゲインKadjに基づいて対応する第1〜第5の指部60〜60についてのコンプライアンス制御を実行する。 The first to fifth control devices 103 1 to 103 5 control the rotation of the corresponding DC motor 121 based on the transmitted servo command values Ref1 (k) to Ref5 (k), while adjusting the gripping adjustment gain. Value or the fall adjustment gain specified value is transmitted, the setting value of the compliance adjustment gain Kadj that has been set in the self until then is updated to that value, and based on the updated new compliance adjustment gain Kadj The compliance control for the corresponding first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 is executed.

この結果、外部物体を把持したときには、当該外部物体から受ける反作用力(外力)が常に把持時用調整ゲイン規定値に応じた一定の大きさとなるように第1〜第5の指部60〜60が動作するため、外部物体が複雑な形状であってもその形状に倣って第1〜第5の指部60〜60を屈曲させて当該外部物体を一定圧力で柔らかく把持することができる。またロボット1が転倒して第1〜第5の指部60〜60が床面に衝突したときにも、これら第1〜第5の指部60〜60が低剛性であるため、床面から当該第1〜第5の指部60〜60に与えられる衝突力(外力)に従って当該衝突力の方向に第1〜第5の指部60〜60が屈曲し、当該衝突力によって第1〜第5の指部60〜60が破損するのを未然かつ有効に防止することができる。 As a result, when the external object is gripped, the first to fifth fingers 60 1 to 60 1 to 60 1 to 60 1 so that the reaction force (external force) received from the external object always has a constant magnitude corresponding to the gripping adjustment gain specified value. 60 for 5 operates, it is gripped soften the external object by bending the fingers 60 1 to 60 5 of the first to fifth in imitation even complicated shapes external object to the shape at constant pressure Can do. Also, when the robot 1 falls and the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 collide with the floor surface, the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 have low rigidity. The first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 bend in the direction of the collision force according to the collision force (external force) applied to the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 from the floor surface, It is possible to effectively prevent the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 from being damaged by the collision force.

他方、第1〜第5の制御装置103〜103は、位置検出ブロック185(図26)により検出した対応するDCモータ121の現在位置(P1(k)〜P5(k))と、図34について上述した方法より算出した外力推定トルクTf_estとを、対応する第1〜第5の指部60〜60についての状態量として2〔ms〕の通信周期ごとにインテリジェントHUB105に送信する。 On the other hand, the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 correspond to the current positions (P1 (k) to P5 (k)) of the corresponding DC motor 121 detected by the position detection block 185 (FIG. 26), The external force estimated torque Tf_est calculated by the method described above for 34 is transmitted to the intelligent HUB 105 as a state quantity for the corresponding first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 every 2 [ms] communication cycle.

インテリジェントHUB105は、第1〜第5の制御装置103〜103から送信される状態量を、8〔ms〕の通信周期ごとに対応するサブ制御部43Cを介してメイン制御部40に送信する一方、これら状態量のうちの第1〜第5の指部60〜60についての外力推定トルクTf_estの値を演算部105Aにおいて常時監視する。 The intelligent HUB 105 transmits the state quantity transmitted from the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 to the main control unit 40 via the sub control unit 43C corresponding to each communication period of 8 [ms]. On the other hand, the value of the external force estimated torque Tf_est for the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 among these state quantities is constantly monitored by the calculation unit 105A.

そしてインテリジェントHUB105の演算部105Aは、第1〜第5の指部60〜60についての外力推定トルクTf_estの値が予め格納された所定の閾値以上となったときには、予めメモリ113(図22)に格納されている第1〜第5の指部60〜60についての反射制御用調整ゲイン規定値のうち、対応する第1〜第5の制御装置103〜103についての反射制御用調整ゲイン規定値を読み出し、これをその第1〜第5の制御装置103〜103に送信する。 When the value of the external force estimated torque Tf_est for the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 becomes equal to or greater than a predetermined threshold stored in advance, the arithmetic unit 105A of the intelligent HUB 105 stores in advance the memory 113 (FIG. 22). Reflection control for the corresponding first to fifth control devices 103 1 to 103 5 among the reflection control adjustment gain prescribed values for the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 stored in The adjustment gain specified value is read out and transmitted to the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 .

かくしてこのとき第1〜第5の制御装置103〜103は、コンプライアンス調整ゲインKadjの設定値をその反射制御用調整ゲイン規定値に更新し、当該更新したコンプライアンス調整ゲインKadjに基づいて対応する第1〜第5の指部60〜60についてのコンプライアンス制御を実行する。 Thus, at this time, the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 update the setting value of the compliance adjustment gain Kadj to the reflection control adjustment gain specified value, and respond based on the updated compliance adjustment gain Kadj. The compliance control for the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 is executed.

この場合において、かかる第1〜第5の指部60〜60についての反射制御用調整ゲイン規定値は、それぞれ対応する通常時用調整ゲイン規定値よりも大きな値に選定されている。従って、このときその第1〜第5の指部60〜60が通常時よりも外力に対して柔らかくなるため、当該第1〜第5の指部60〜60がその外力が作用したことに起因して破損するのを有効に防止することができる。 In this case, the reflection control adjustment gain prescribed values for the first to fifth fingers 60 1 to 60 5 are selected to be larger than the corresponding normal adjustment gain prescribed values. Accordingly, since the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 are softer than the normal force at this time, the external force acts on the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5. It is possible to effectively prevent damage due to the failure.

(5−2)各部の具体的な処理内容
ここでメイン制御部40は、上述のようなコンプライアンス制御に関する各種処理を、図36に示す第1のコンプライアンス制御処理手順RT1に従って実行する。
(5-2) Specific Processing Contents of Each Unit Here, the main control unit 40 executes various processes related to compliance control as described above according to the first compliance control processing procedure RT1 shown in FIG.

すなわちメイン制御部40は、ロボット1の電源が投入されると、この第1のコンプライアンス制御処理手順RT1をステップSP0において開始し、続くステップSP1において、予め外部メモリ58(図5)に格納されている、図34について上述したコンプライアンス調整ゲインKadj、外力推定ゲインKest、位置比例ゲインKp,KMp及び電流比例ゲインGMpなどの各種制御ゲイン、並びに数学モデルにおけるモータ定数KMm、指モデルにおける慣性モーメントJMy及び摩擦係数DMyなどの各種機械定数と、第1〜第5の制御装置103〜103の構成(親指、人指し指、中指、薬指及び小指)とを読み出し、これを対応するサブ制御部43C(図4、図5)を介してインテリジェントHUB105に送出する。 That is, when the power of the robot 1 is turned on, the main control unit 40 starts the first compliance control processing procedure RT1 at step SP0, and is stored in the external memory 58 (FIG. 5) in advance at step SP1. 34, various control gains such as the compliance adjustment gain Kadj, the external force estimation gain Kest, the position proportional gains Kp and KMp, and the current proportional gain GMp described above with reference to FIG. Various machine constants such as the coefficient DMy and the configurations (thumb, index finger, middle finger, ring finger, and little finger) of the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 are read out and correspond to the sub-control unit 43C (FIG. 4). , FIG. 5) to the intelligent HUB 105 .

またメイン制御部40は、続くステップSP2において、ロボット1の次の行動として外部物体を把持しようとしているときには、CCDカメラ50(図5)から与えられる画像信号S1A(図5)に基づいて、例えばステレオ測距法等によりその外部物体までの距離を検出する。またメイン制御部40は、続くステップSP3において、加速度センサ56(図5)から供給される加速度検出信号S2B(図5)に基づいてロボット1の姿勢を検出する。   Further, when the main control unit 40 intends to hold an external object as the next action of the robot 1 in the subsequent step SP2, based on the image signal S1A (FIG. 5) given from the CCD camera 50 (FIG. 5), for example, The distance to the external object is detected by a stereo ranging method or the like. In step SP3, the main control unit 40 detects the posture of the robot 1 based on the acceleration detection signal S2B (FIG. 5) supplied from the acceleration sensor 56 (FIG. 5).

そしてメイン制御部40は、この後ステップSP4に進んで、ステップSP2における検出結果に基づき、そのとき把持対象の外部物体が把持可能な距離内にあるか否かを判断し、肯定結果を得ると、ステップSP6に進んで、外部メモリ58(図5)から第1〜第5の指部60〜60についての把持時用調整ゲイン規定値をそれぞれ読み出し、これらを対応するサブ制御部43Cを介してインテリジェントHUB105に送出し、その後ステップSP8に進む。なお、ステップSP2及びステップSP4は、外部物体を把持する予定がない場合には省略される。 Then, the main control unit 40 proceeds to step SP4, and based on the detection result in step SP2, determines whether or not the external object to be gripped is within a grippable distance at that time, and obtains a positive result. Then, proceeding to step SP6, the adjustment gain regulation values for grasping for the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 are read from the external memory 58 (FIG. 5), respectively, and the corresponding sub control unit 43C is read out. To the intelligent HUB 105, and then proceeds to step SP8. Note that step SP2 and step SP4 are omitted when there is no plan to hold an external object.

これに対してメイン制御部40は、ステップSP4等が省略されたときや、ステップSP4において否定結果を得たときには、ステップSP5に進んで、ステップSP3における検出結果に基づいて、現在、ロボット1が転倒状態にあるか否かを判断する。   On the other hand, when step SP4 or the like is omitted or when a negative result is obtained in step SP4, the main control unit 40 proceeds to step SP5, and based on the detection result in step SP3, the robot 1 is currently Judge whether it is in a fall state.

そしてメイン制御部40は、このステップSP5において肯定結果を得ると、ステップSP6に進んで、外部メモリ58(図5)から第1〜第5の指部60〜60についての転倒時用調整ゲイン規定値をそれぞれ読み出し、これらを対応するサブ制御部43Cを介してインテリジェントHUB105に送出した後にステップSP8に進む。 If the main control unit 40 obtains an affirmative result in step SP5, the main control unit 40 proceeds to step SP6 to adjust for the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 from the external memory 58 (FIG. 5). Each of the specified gain values is read out and sent to the intelligent HUB 105 via the corresponding sub-control unit 43C before proceeding to step SP8.

これに対してメイン制御部40は、ステップSP5において否定結果を得ると、ステップSP7に進んで、第1〜第5の指部60〜60についての通常時用調整ゲイン規定値(例えば「0」)をそれぞれ読み出し、これらを対応するサブ制御部43Cを介してインテリジェントHUB105に送出した後にステップSP8に進む。なお、第1〜第5の制御装置103〜103においてコンプライアンス調整ゲインKadjとして既に通常時用調整ゲイン規定値が設定されているときには、このステップSP7は省略される。 On the other hand, if the main control unit 40 obtains a negative result in step SP5, the main control unit 40 proceeds to step SP7, and the normal-time adjustment gain prescribed value (for example, "" for the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5). 0 ") are read out and sent to the intelligent HUB 105 via the corresponding sub-control unit 43C, and then the process proceeds to step SP8. Note that when the normal adjustment gain prescribed value is already set as the compliance adjustment gain Kadj in the first to fifth control devices 103 1 to 103 3 , this step SP7 is omitted.

そしてメイン制御部40は、ステップSP8に進むと、そのときロボット1が実行すべき行動内容に応じて第1〜第5の制御装置103〜103に送信すべき位置指令値U1(k)〜U5(k)(図22)を算出し、これを対応するサブ制御部43Cを介してインテリジェントHUB105に送出する。 When the main control unit 40 proceeds to step SP8, the position command value U1 (k) to be transmitted to the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 according to the action content to be executed by the robot 1 at that time. .About.U5 (k) (FIG. 22) is calculated and sent to the intelligent HUB 105 via the corresponding sub-control unit 43C.

さらにメイン制御部40は、この後ステップSP2に戻って、さらにこの後ステップSP2〜ステップSP8について同様の処理を8〔ms〕周期で繰り返す。   Further, the main control unit 40 thereafter returns to step SP2, and thereafter repeats the same processing for step SP2 to step SP8 at a cycle of 8 [ms].

このようにしてメイン制御部40は、状況に応じて第1〜第5の制御装置103〜103におけるコンプライアンス調整ゲインKadjを変更する。 In this way, the main control unit 40 changes the compliance adjustment gain Kadj in the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 according to the situation.

一方、インテリジェントHUB105のCPU111(図22)は、図37に示す第2のコンプライアンス制御処理手順RT2に従って、上述のようなコンプライアンス制御に関する各種処理を実行する。   On the other hand, the CPU 111 (FIG. 22) of the intelligent HUB 105 executes various processes related to compliance control as described above in accordance with the second compliance control processing procedure RT2 shown in FIG.

すなわちCPU111は、ロボット1の電源が投入されると、この第2のコンプライアンス制御処理手順RT2をステップSP10において開始し、続くステップSP11において、メイン制御部40から上述の各種制御ゲイン及び各種機械定数並びにコンプライアンス調整ゲインKadjの初期値(通常時用調整ゲイン規定値)と、第1〜第5の制御装置103〜103の構成(親指、人指し指、中指、薬指及び小指)とが送信されるのを待ち受ける。そして、CPU111は、これらを受信すると、このうち各種制御ゲイン、各種機械定数及びコンプライアンス調整ゲインKadjの初期値を対応する第1〜第5の制御装置103〜103に送信する一方、第1〜第5の制御装置103〜103の構成を構成比調整部105B(図35)において管理する。 That is, when the power of the robot 1 is turned on, the CPU 111 starts the second compliance control processing procedure RT2 in step SP10, and in the subsequent step SP11, the main control unit 40 controls the above-described various control gains, various machine constants, and the like. The initial value of compliance adjustment gain Kadj (ordinary adjustment gain standard value) and the configurations of first to fifth control devices 103 1 to 103 5 (thumb, index finger, middle finger, ring finger, and little finger) are transmitted. Await. Upon receiving these, the CPU 111 transmits various control gains, various machine constants, and initial values of the compliance adjustment gain Kadj to the corresponding first to fifth control devices 103 1 to 103 5 , while The configurations of the fifth to third control devices 103 1 to 103 5 are managed by the configuration ratio adjusting unit 105B (FIG. 35).

そしてCPU111は、この後ステップSP12に進んで、メイン制御部40から位置指令値U1(k)〜U5(k)やコンプライアンス調整ゲインKadjの変更値(通常時用調整ゲイン規定値、把持時用調整ゲイン規定値又は転倒時用調整ゲイン規定値)が送信されてきた場合には、これを受信してステップSP13に進む。またCPU111は、これらが送信されてきていない場合にはそのままステップSP13に進む。   Then, the CPU 111 proceeds to step SP12 to change the position command values U1 (k) to U5 (k) and the change value of the compliance adjustment gain Kadj (normal adjustment gain specified value, adjustment for gripping) from the main control unit 40. If a specified gain value or a fall adjustment gain specified value) is transmitted, the process proceeds to step SP13. Further, when these have not been transmitted, the CPU 111 proceeds to step SP13 as it is.

そしてCPU111は、ステップSP13に進むと、最後に受信したメイン制御部40からの位置指令値U1(k)〜U5(k)に基づいて第1〜第5の制御装置103〜103に対するサーボ指令値Ref1(k)〜Ref5(k)を生成し、これらをそれぞれ対応する第1〜第5の制御装置103〜103に送信する一方、ステップSP12においてコンプライアンス調整ゲインKadjの変更値を受信したときには、これを対応する第1〜第5の制御装置103〜103に送信する。 Then, when the CPU 111 proceeds to step SP13, the servo for the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 is based on the last received position command values U1 (k) to U5 (k) from the main control unit 40. Command values Ref1 (k) to Ref5 (k) are generated and transmitted to the corresponding first to fifth control devices 103 1 to 103 5 , respectively, while the changed value of the compliance adjustment gain Kadj is received in step SP12. When this is done, this is transmitted to the corresponding first to fifth control devices 103 1 to 103 5 .

さらにCPU111は、この後ステップSP14に進んで、第1〜第5の制御装置103〜103からそれぞれ送信される対応するDCモータ121(図23)の現在位置(P1(k)〜P5(k))及び外力推定トルクTf_est(図34)を受信し、この後ステップSP15に進んで、これら受信した第1〜第5の指部60〜60についての外力推定トルクTf_estのうちのいずれかが、これら第1〜第5の指部60〜60についてそれぞれ予め設定された対応する閾値よりも大きいか否かを判断する。 Further, the CPU 111 thereafter proceeds to step SP14, and the current positions (P1 (k) to P5 (P) of the corresponding DC motors 121 (FIG. 23) transmitted from the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 respectively. k)) and external force estimated torque Tf_est (FIG. 34), and then proceeds to step SP15, where any of the received external force estimated torques Tf_est for the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 is received. Is determined to be greater than a corresponding threshold value set in advance for each of the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 .

そしてCPU111は、このステップSP15において否定結果を得るとステップSP12に戻り、これに対して肯定結果を得ると、ステップSP16に進んで、その第1〜第5の指部60〜60について予め定められた反射制御用調整ゲイン規定値をメモリ113(図22)から読み出して、対応する第1〜第5の制御装置103〜103に送信する。 If the CPU 111 obtains a negative result in step SP15, it returns to step SP12, and if it obtains an affirmative result, it proceeds to step SP16, and the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 are preliminarily determined. The predetermined adjustment gain regulation value for reflection control is read from the memory 113 (FIG. 22) and transmitted to the corresponding first to fifth control devices 103 1 to 103 5 .

さらにCPU111は、この後ステップSP12に戻って、さらにこの後ステップSP12〜ステップSP16について同様の処理を2〔ms〕周期で繰り返す。   Further, the CPU 111 thereafter returns to step SP12, and thereafter repeats the same processing for step SP12 to step SP16 at a cycle of 2 [ms].

このようにしてインテリジェントHUB105のCPU111は、第1〜第5の指部60〜60にある一定以上の外力が作用したときに、第1〜第5の制御装置103〜103におけるコンプライアンス調整ゲインKadjを変更する。 In this way, the CPU 111 of the intelligent HUB 105 performs compliance in the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 when an external force of a certain level or more is applied to the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5. The adjustment gain Kadj is changed.

他方、第1〜第5の制御装置103〜103のCPU200(図26)は、図38に示す第3のコンプライアンス制御処理手順RT3に従って、上述のようなコンプライアンス制御に関する各種処理を実行する。 On the other hand, the CPU 200 (FIG. 26) of the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 executes various processes related to compliance control as described above in accordance with the third compliance control processing procedure RT3 shown in FIG.

すなわちCPU200は、ロボット1の電源が投入されると、この第3のコンプライアンス制御処理手順RT3をステップSP20において開始し、続くステップSP21において、インテリジェントHUB105から各種制御ゲイン及び各種機械的定数並びにコンプライアンス調整ゲインKadjが送信されるのを待ち受ける。そしてCPU200は、これらを受信すると、これらをそれぞれ対応する制御ゲイン若しくは機械的定数又はコンプライアンス調整ゲインKadjの初期値として設定する。   That is, when the power of the robot 1 is turned on, the CPU 200 starts the third compliance control processing procedure RT3 in step SP20, and in the subsequent step SP21, various control gains, various mechanical constants, and compliance adjustment gains from the intelligent HUB 105. Wait for Kadj to be sent. When receiving these, the CPU 200 sets them as the initial values of the corresponding control gain, mechanical constant, or compliance adjustment gain Kadj.

そしてCPU200は、この後ステップSP22に進んで、対応する第1〜第5の指部60〜60に対する外力推定トルクTf_estを算出し、さらにこの後ステップSP23に進んで、インテリジェントHUB105から送信されるサーボ指令値Ref1(k)〜Ref5(k)やコンプライアンス調整ゲインKadjの変更値を受信する。そしてCPU200は、この後このサーボ指令値Ref1(k)〜Ref5(k)に基づいて対応するDCモータ121の回転を制御する一方、コンプライアンス調整ゲインKadjの変更値が送信されてきた場合には、当該コンプライアンス調整ゲインKadjの設定値をその変更値に変更する。 Then, the CPU 200 proceeds to step SP22 to calculate the external force estimated torque Tf_est for the corresponding first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 , and then proceeds to step SP23 to be transmitted from the intelligent HUB 105. The servo command values Ref1 (k) to Ref5 (k) and the change value of the compliance adjustment gain Kadj are received. Then, the CPU 200 thereafter controls the rotation of the corresponding DC motor 121 based on the servo command values Ref1 (k) to Ref5 (k). On the other hand, when the change value of the compliance adjustment gain Kadj is transmitted, The set value of the compliance adjustment gain Kadj is changed to the changed value.

続いてCPU200は、ステップSP24に進んで、ステップSP22において算出した外力推定トルクTf_estをインテリジェントHUB105に送信する一方、この後ステップSP22に戻り、さらにこの後ステップSP22〜ステップSP24について同様の処理を1〔ms〕周期で繰り返す。   Subsequently, the CPU 200 proceeds to step SP24, and transmits the external force estimated torque Tf_est calculated in step SP22 to the intelligent HUB 105. Thereafter, the CPU 200 returns to step SP22, and thereafter performs the same processing for steps SP22 to SP24 1 [ ms].

このようにして第1〜第5の制御装置103〜103のCPU200は、インテリジェントHUB105から送信されるサーボ指令値Ref1(k)〜Ref5(k)及びコンプライアンス調整ゲインKadjに基づいて対応するDCモータ121の回転を1〔ms〕で制御する。 In this way, the CPUs 200 of the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 correspond to the corresponding DC based on the servo command values Ref 1 (k) to Ref 5 (k) and the compliance adjustment gain Kadj transmitted from the intelligent HUB 105. The rotation of the motor 121 is controlled at 1 [ms].

(6)本実施の形態の動作及び効果
以上の構成において、ロボット1は、通常時には、第1〜第5の制御装置103〜103にコンプライアンス調整ゲインKadjとして通常時用調整ゲイン規定値を設定し、この通常時用調整ゲイン規定値に基づいて第1〜第5の指部60〜60の外力に対する柔らかさを制御する一方、外部物体の把持時やロボット1の転倒時には、第1〜第5の制御装置103〜103に設定されたコンプライアンス調整ゲインKadjを通常時用調整ゲイン規定値よりも値の大きな把持時用調整ゲイン規定値又は転倒時用調整ゲイン規定値に変更し、この把持時用調整ゲイン規定値又は転倒時用調整ゲイン規定値に基づいて第1〜第5の指部60〜60の外力に対する柔らかさを制御する。
(6) Operation and effect of the present embodiment In the above configuration, the robot 1 normally supplies the normal adjustment gain specified value as the compliance adjustment gain Kadj to the first to fifth control devices 103 1 to 103 5. set, while controlling the softness for the first to fifth fingers 60 1 to 60 5 of the external force on the basis of the normal time adjustment gain specified value, when fall of the grip or when the robot 1 of the external object, the The compliance adjustment gain Kadj set in the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 is changed to a grip adjustment gain specified value or a fall adjustment gain specified value larger than the normal adjustment gain specified value. and, to control the softness for the grasping during adjustment gain specified value or the first to fifth force fingers 60 through 603 5 based on the fall adjustment gain specified value.

従って、このロボット1は、通常時には第1〜第5の指部60〜60に高い剛性をもたせながら、外部物体の把持時やロボット1の転倒時には第1〜第5の指部60〜60の剛性を低くすることができるため、指部に高い剛性が要求される作業を行うことができる一方で、複雑な外形形状を有する外部物体をその表面に指部を倣わせて柔らかく持つことが可能であり、さらに転倒時における第1〜第5の指部60〜60の破損も有効に防止できる。 Therefore, this robot 1, while in the normal remembering high rigidity fingers 60 1 to 60 5 of the first to fifth, gripping or during tipping the first to fifth fingers during 60 of the robot 1 of the external object it is possible to lower the rigidity of 60 5, while it is possible to perform the task of high rigidity fingers is required, soft, slightly modeled after the fingers the external object on the surface having a complex outer shape it is possible to have further also the first to break the fifth finger portion 60 1 to 60 5 in a fall can be effectively prevented.

またこのロボット1では、第1〜第5の指部60〜60に一定レベル以上の外力が作用したときに、第1〜第5の制御装置103〜103に設定されたコンプライアンス調整ゲインKadjの設定値を、インテリジェントHUB105の制御のもとに、反射制御用調整ゲイン規定値に変更する。 In the robot 1, the compliance adjustment set in the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 when an external force of a certain level or more is applied to the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5. The set value of the gain Kadj is changed to the reflection control adjustment gain specified value under the control of the intelligent HUB 105.

従って、このロボット1では、第1〜第5の指部60〜60に予想外の外力が作用した場合に第1〜第5の指部60〜60の剛性が反射的に低くなるため、当該外力に起因する第1〜第5の指部60〜60の破損を有効に防止することができる。 Accordingly, in this robot 1, the rigidity of the first to fifth fingers 60 1 to 60 5 is reflectively lower when unexpected external force acts on the fingers 60 1 to 60 5 of the first to fifth Therefore, damage to the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 due to the external force can be effectively prevented.

以上の構成によれば、通常時には、第1〜第5の制御装置103〜103にコンプライアンス調整ゲインKadjとして通常時用調整ゲイン規定値を設定し、この通常時用調整ゲイン規定値に基づいて第1〜第5の指部60〜60の外力に対する柔らかさを制御する一方、外部物体の把持時やロボット1の転倒時には、第1〜第5の制御装置103〜103に設定されたコンプライアンス調整ゲインKadjを通常時用調整ゲイン規定値よりも値の大きな把持時用調整ゲイン規定値又は転倒時用調整ゲイン規定値に変更し、この把持時用調整ゲイン規定値又は転倒時用調整ゲイン規定値に基づいて第1〜第5の指部60〜60の外力に対する柔らかさを制御するようにしたことにより、指部に高い剛性が要求される作業を行うことができる一方で、複雑な外形形状を有する外部物体をその表面に指部を倣わせて柔らかく持つことが可能であり、さらに転倒時における第1〜第5の指部60〜60の破損も有効に防止でき、かくして第1〜第5の指部60〜60の破損の有効に防止しながら有用性を向上させ得るロボットを実現できる。 According to the above configuration, the normal adjustment gain prescribed value is set as the compliance adjustment gain Kadj in the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 at the normal time, and based on the normal adjustment gain prescribed value. While controlling the softness of the first to fifth finger portions 60 1 to 60 5 against the external force, the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 are used when holding an external object or when the robot 1 falls. The set compliance adjustment gain Kadj is changed to a gripping adjustment gain specified value or a fall adjustment gain specified value that is larger than the normal adjustment gain specified value. by based on use adjustment gain prescribed value so as to control the softness for the first to fifth force fingers 60 through 603 5, high rigidity fingers is required Work While it is possible to perform, it is possible to have soft, slightly modeled after the fingers the external object on the surface having a complex outer shape, further the first to fifth fingers 60 1 at a fall 60 5 of breakage can also be effectively prevented, thus possible to realize a first to fifth robot capable of improving the usability while effectively preventing damage to the fingers 60 1 to 60 5.

(7)他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、本発明を図1のように構成された2足歩行型のヒューマノイドタイプのロボット1に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の構成のロボット装置に広く適用することができる。
(7) Other Embodiments In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the biped walking humanoid robot 1 configured as shown in FIG. 1 is described. The present invention is not limited to this, and can be widely applied to robot apparatuses having various configurations.

また上述の実施の形態においては、ロボット1が外部物体を把持する際と、ロボット1が転倒状態にあるときにのみ、第1〜第5の制御装置103〜103に設定されたコンプライアンス調整ゲインKadjを変更するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これ以外のタイミングで第1〜第5の制御装置103〜103に設定されたコンプライアンス調整ゲインKadjを変更するようにしても良く、要は、必要な状況時にかかるコンプライアンス調整ゲインKadjを変更するようにすれば良い。 Further, in the above-described embodiment, the compliance adjustment set in the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 is performed only when the robot 1 grips an external object and when the robot 1 is in a falling state. The case where the gain Kadj is changed has been described, but the present invention is not limited to this, and the compliance adjustment gain Kadj set in the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 is changed at other timings. In short, what is necessary is to change the compliance adjustment gain Kadj when necessary.

この場合において上述の実施の形態においては、ロボット1が外部物体を把持する際には把持対象の外部物体の種類等にかかわりなく、常に第1〜第5の制御装置103〜103に設定されたコンプライアンス調整ゲインKadjを一定の把持時用調整ゲイン規定値に変更するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば把持時用調整ゲイン規定値を複数用意しておき、外部物体を把持する際には画像認識処理によりその外部物体を識別し、当該外部物体が卵のような壊れ易いものであるときにはコンプライアンス調整ゲインKadjとして最も小さい把持時用調整ゲイン規定値を設定する一方で、当該外部物体が固く重みのあるものであるときにはコンプライアンス調整ゲインKadjとして最も大きい把持時用調整ゲイン規定値を設定するというように、把持対象に応じて把持時用調整ゲイン規定値として異なるものを用いるようにしても良い。 In this case, in the above-described embodiment, when the robot 1 grips an external object, the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 are always set regardless of the type of external object to be gripped. The case where the compliance adjustment gain Kadj is changed to a fixed gripping adjustment gain prescribed value has been described, but the present invention is not limited to this, and for example, a plurality of gripping adjustment gain prescribed values are prepared. When gripping an external object, the external object is identified by image recognition processing, and when the external object is fragile, such as an egg, the smallest adjustment gain regulation value for gripping is set as the compliance adjustment gain Kadj On the other hand, when the external object is hard and heavy, the compliance adjustment gain Kadj has the largest gripping time. And so setting the adjustment gain specified value, it may be used different as gripping during adjustment gain specified value in accordance with the grasped object.

さらに上述の実施の形態においては、第1〜第5の制御装置103〜103のCPU200によって算出された外力推定トルクTf_estを監視し、当該外力推定トルクTf_estの値が予め設定された閾値よりも大きいときは、対応する第1〜第5の指部601〜605の剛性を低くするように、第1〜第5の制御装置103〜103に設定されたコンプライアンス調整ゲインKadjの設定値を反射制御用調整ゲイン規定値に変更する外力監視手段としての機能をインテリジェントHUB105にもたせるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、かかる機能を第1〜第5の制御装置103〜103側(例えばCPU200)にもたせるようにしても良い。 Furthermore, in the above-described embodiment, the external force estimated torque Tf_est calculated by the CPU 200 of the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 is monitored, and the value of the external force estimated torque Tf_est is set based on a preset threshold value. Is larger, the set value of the compliance adjustment gain Kadj set in the first to fifth control devices 103 1 to 103 5 so as to lower the rigidity of the corresponding first to fifth finger portions 601 to 605. Although the intelligent HUB 105 is provided with a function as an external force monitoring means for changing the control gain to the reflection control adjustment gain specified value, the present invention is not limited to this, and this function is not limited to the first to fifth control devices. 103 1 to 103 may be imparted to the 5 side (e.g., CPU 200).

本発明は、ヒューマノイドタイプのロボットのほか、種々の形態のロボット装置に広く適用することができる。   The present invention can be widely applied to various types of robot apparatuses in addition to humanoid robots.

本実施の形態によるロボットの外観構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance structure of the robot by this Embodiment. 本実施の形態によるロボットの外観構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance structure of the robot by this Embodiment. 本実施の形態によるロボットの外観構成の説明に供する斜視図である。It is a perspective view with which it uses for description of the external appearance structure of the robot by this Embodiment. ロボットの内部構造の説明に供するブロック図である。It is a block diagram with which it uses for description of the internal structure of a robot. ロボットの内部構成の説明に供するブロック図である。It is a block diagram with which it uses for description of the internal structure of a robot. ロボットの手部の外観構成を示す略線的な正面図及び側面図である。It is the rough-line front view and side view which show the external appearance structure of the hand part of a robot. 手部の構成の説明に供する略線的な正面図及び側面図である。It is the rough-line front view and side view with which it uses for description of a structure of a hand part. 手部の構成の説明に供する略線的な正面図及び側面図である。It is the rough-line front view and side view with which it uses for description of a structure of a hand part. 手部の構成の説明に供する略線的な正面図及び側面図である。It is the rough-line front view and side view with which it uses for description of a structure of a hand part. 手部の構成の説明に供する略線的な正面図及び側面図である。It is the rough-line front view and side view with which it uses for description of a structure of a hand part. 手部の構成の説明に供する略線的な正面図及び側面図である。It is the rough-line front view and side view with which it uses for description of a structure of a hand part. 手本体部の説明に供する略線的な正面図、A−A´断面図、A−A´断面図である。Schematic front view for explaining the hand main body, A 1 -A 1 'sectional view, A 2 -A 2' is a cross-sectional view. 第1の指部の構成を示す略線的な側面図、背面図及び断面図である。It is a rough-line side view, back view, and sectional drawing which show the structure of a 1st finger | toe part. 第2〜第5の指部の構成を示す略線的な側面図、背面図及び断面図である。It is an approximate line side view, back view, and sectional view showing composition of the 2nd-5th finger part. 指先の構造の説明に供する断面図である。It is sectional drawing with which it uses for description of the structure of a fingertip. 指先の形状の説明に供する略線的な側面図及び正面図である。It is a rough-line side view and front view with which it uses for description of the shape of a fingertip. 紙を掴む動作の説明に供する略線的な側面図である。It is an approximate line side view used for explanation of operation which grasps paper. 指紋部の説明に供する略線的な側面図である。It is a rough-line side view with which it uses for description of a fingerprint part. 把持及び摘みの動作の説明に供する略線的な側面図である。It is an approximate line side view used for explanation of operation of grasping and picking. 2次元バーコードを示す略線図である。It is a basic diagram which shows a two-dimensional barcode. 手部の駆動制御系のシステム構成の説明に供する略線的な正面図及び側面図である。FIG. 2 is a schematic front view and a side view for explaining a system configuration of a hand drive control system. インテリジェントHUB並びに第1〜第7の制御装置の接続関係の説明に供するブロック図である。It is a block diagram with which it uses for description of the connection relationship of intelligent HUB and the 1st-7th control apparatus. 第1〜第5のアクチュエータ部の構成を略線的に示す正面図及び側面図である。It is the front view and side view which show the structure of a 1st-5th actuator part substantially linearly. 第6のアクチュエータ部の構成を略線的に示す正面図及び側面図である。It is the front view and side view which show the structure of a 6th actuator part substantially. 第1〜第7の制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the 1st-7th control apparatus. モータ制御用LSIの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of LSI for motor control. モータ駆動回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a motor drive circuit. 樹脂マグネットの着磁パターンの説明に供する概念図である。It is a conceptual diagram with which it uses for description of the magnetization pattern of a resin magnet. 樹脂マグネットと第1及び第2のホール素子との位置関係を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the positional relationship of a resin magnet and the 1st and 2nd Hall element. 第1及び第2の位置検出信号の説明に供する波形図である。It is a wave form diagram with which it uses for description of the 1st and 2nd position detection signal. 位置検出ブロックの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a position detection block. PMW変換ブロックの説明に供する概念図である。It is a conceptual diagram with which it uses for description of a PMW conversion block. 演算処理ブロックにおけるソフトウェア制御の説明に供する概念図である。It is a conceptual diagram with which it uses for description of the software control in an arithmetic processing block. 演算処理ブロックにおけるDCモータの回転制御の説明に供するブロック図である。It is a block diagram with which it uses for description of rotation control of the DC motor in an arithmetic processing block. ロボットのコンプライアンス制御に関する一連の流れの説明に供するブロック図である。It is a block diagram with which it uses for description of a series of flows regarding the compliance control of a robot. 第1のコンプライアンス制御処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a 1st compliance control processing procedure. 第2のコンプライアンス制御処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a 2nd compliance control processing procedure. 第3のコンプライアンス制御処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 3rd compliance control processing procedure.

符号の説明Explanation of symbols

1……ロボット、40……メイン制御部、60〜60……指部、103〜103、104、104……制御装置、105……インテリジェントHUB、111、200……CPU、121、141、142……DCモータ、130、161、167……位置検出センサ、170……モータ制御用LSI、180……演算処理ブロック、185……位置検出ブロック、S1A、S1B……位置検出信号、U1(N)〜U7(N)……位置指令値、Ref1(k)〜Ref7(k)、Ref1(k)´〜Ref7(k)´……サーボ指令値、P1(k)〜P7(k)……現在位置データ。
1 ...... robot, 40 ...... main control unit, 601 through 603 5 ...... fingers, 103 1 to 103 5, 104 1, 104 2 ...... controller 105 ...... intelligent HUB, 111,200 ...... CPU 121, 141, 142 ... DC motor, 130, 161, 167 ... position detection sensor, 170 ... motor control LSI, 180 ... arithmetic processing block, 185 ... position detection block, S1A, S1B ... position Detection signal, U1 (N) to U7 (N) ... Position command value, Ref1 (k) to Ref7 (k), Ref1 (k) 'to Ref7 (k)' ... Servo command value, P1 (k) to P7 (k): Current position data.

Claims (8)

変位自在の可動部が設けられたロボット装置において、
上記可動部を駆動する動力源としてのモータと、
実行すべき行動内容に応じた指令を出力する上位コントローラと、
上記上位コントローラから与えられる上記指令に応じて上記モータの回転を制御する制御手段と、
上記モータの回転状態を検出するセンサ手段と、
上記センサ手段の検出結果に基づいて上記可動部に作用する外力の大きさを推定する外力推定手段と
を具え、
上記制御手段は、
上記外力推定手段の推定結果に基づいて、上記外力の大きさと、当該外力による上記モータの上記回転状態の変位量とが予め設定された調整ゲインを比例定数とする比例関係となるように上記モータの回転を制御し、
上記上位コントローラは、
状況に応じて上記制御手段に設定された上記調整ゲインを変更する
ことを特徴とするロボット装置。
In a robot apparatus provided with a movable part that can be displaced,
A motor as a power source for driving the movable part;
A host controller that outputs a command according to the action content to be executed;
Control means for controlling the rotation of the motor in accordance with the command given from the host controller;
Sensor means for detecting the rotational state of the motor;
External force estimation means for estimating the magnitude of external force acting on the movable part based on the detection result of the sensor means,
The control means includes
Based on the estimation result of the external force estimating means, the motor has a proportional relationship in which the magnitude of the external force and the displacement amount of the rotation state of the motor due to the external force have a preset adjustment gain as a proportional constant. Control the rotation of
The upper controller is
The robot apparatus, wherein the adjustment gain set in the control means is changed according to a situation.
上記可動部は、
上記ロボット装置の手部に設けられた指部であり、
上記上位コントローラは、
当該ロボット装置が外部物体を把持する際に、上記指部の剛性を低くするように、上記制御手段に設定された上記調整ゲインを変更する
ことを特徴とする請求項1に記載のロボット装置。
The movable part is
A finger provided on the hand of the robot device;
The upper controller is
The robot apparatus according to claim 1, wherein when the robot apparatus grips an external object, the adjustment gain set in the control means is changed so as to reduce the rigidity of the finger unit.
上記可動部は、
上記ロボット装置の手部に設けられた指部であり、
上記上位コントローラは、
当該ロボット装置の転倒を検出したときに、上記指部の剛性を低くするように、上記制御手段に設定された上記調整ゲインを変更する
ことを特徴とする請求項1に記載のロボット装置。
The movable part is
A finger provided on the hand of the robot device;
The upper controller is
2. The robot apparatus according to claim 1, wherein the adjustment gain set in the control unit is changed so that the rigidity of the finger portion is lowered when a fall of the robot apparatus is detected.
上記上位コントローラとは別個に設けられ、上記外力推定手段の推定結果を監視する外力監視手段を具え、
上記外力監視手段は、
上記外力推定手段により推定された上記外力の大きさが予め設定された大きさよりも大きいときは、上記外力に対する上記可動部の剛性を低くするように、上記制御手段に設定された上記調整ゲインを更新する
ことを特徴とする請求項1に記載のロボット装置。
Provided separately from the host controller, comprising external force monitoring means for monitoring the estimation result of the external force estimation means,
The external force monitoring means is
When the magnitude of the external force estimated by the external force estimation means is larger than a preset magnitude, the adjustment gain set in the control means is set so as to reduce the rigidity of the movable part with respect to the external force. The robot apparatus according to claim 1, wherein the robot apparatus is updated.
変位自在の可動部が設けられたロボット装置の制御方法において、
上記可動部を駆動する動力源としてのモータの回転を、実行すべき行動内容に応じて制御すると共に、当該モータの回転状態を検出する第1のステップと、
検出した上記モータの回転状態に基づいて、上記可動部に作用する外力の大きさを推定する第2のステップと、
上記外力の大きさの推定結果に基づいて、上記外力の大きさと、当該外力による上記モータの上記回転状態の変位量とが予め設定された調整ゲインを比例定数とする比例関係となるように、上記モータの回転を制御する第3のステップと、
状況に応じて、上記制御手段に設定された上記調整ゲインを変更する第4のステップと
を具えることを特徴とするロボット装置の制御方法。
In the control method of the robot apparatus provided with the movable unit that can be displaced,
A first step of controlling rotation of a motor as a power source for driving the movable part according to the action content to be executed, and detecting a rotation state of the motor;
A second step of estimating the magnitude of an external force acting on the movable part based on the detected rotational state of the motor;
Based on the estimation result of the magnitude of the external force, the magnitude of the external force and the amount of displacement in the rotational state of the motor due to the external force have a proportional relationship with a preset adjustment gain as a proportional constant. A third step of controlling the rotation of the motor;
And a fourth step of changing the adjustment gain set in the control means according to the situation.
上記可動部は、
上記ロボット装置の手部に設けられた指部であり、
上記第4のステップでは、
当該ロボット装置が外部物体を把持する際に、上記指部の剛性を低くするように、上記制御手段に設定された上記調整ゲインを変更する
ことを特徴とする請求項5に記載のロボット装置の制御方法。
The movable part is
A finger provided on the hand of the robot device;
In the fourth step,
The robot apparatus according to claim 5, wherein when the robot apparatus grips an external object, the adjustment gain set in the control means is changed so as to reduce the rigidity of the finger portion. Control method.
上記可動部は、
上記ロボット装置の手部に設けられた指部であり、
上記第4のステップでは、
当該ロボット装置の転倒を検出したときに、上記指部の剛性を低くするように、上記制御手段に設定された上記調整ゲインを変更する
ことを特徴とする請求項5に記載のロボット装置の制御方法。
The movable part is
A finger provided on the hand of the robot device;
In the fourth step,
The control of the robot apparatus according to claim 5, wherein the adjustment gain set in the control means is changed so that the rigidity of the finger portion is lowered when the fall of the robot apparatus is detected. Method.
上記第2又は3のステップにおいて、
上記可動部に作用する外力の大きさの推定結果を監視し、
上記第4のステップにおいて、
推定した上記外力の大きさが予め設定された大きさよりも大きいときは、上記外力に対する上記可動部の剛性を低くするように、上記制御手段に設定された上記調整ゲインを更新する
ことを特徴とする請求項5に記載のロボット装置の制御方法。
In the second or third step,
Monitor the estimation result of the magnitude of the external force acting on the movable part,
In the fourth step,
When the estimated magnitude of the external force is larger than a preset magnitude, the adjustment gain set in the control means is updated so as to reduce the rigidity of the movable part with respect to the external force. The method for controlling a robot apparatus according to claim 5.
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