JP2006026875A - ロボットハンドの把持制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ロボットハンドの把持制御装置は、画像認識装置2によって把持対象物体の形状を認識し、把持対象物体の形状に基づいて、把持姿勢算出装置3によって、ロボットハンド1の把持姿勢を算出する。把持姿勢算出装置3では、ロボットハンド1の各指11〜14における各リンクが、把持対象物体に対して最も接触点が多くなるように、各指11〜14における各リンクの目標関節角を算出する。
【選択図】 図1
Description
ここで、tiは、リンクiの中心線から接触側の外縁までの距離である、
次に、第一リンク23Aが円柱に接触するときのY軸に対する第一リンク23Aの角度(目標関節角)θ1を求める。目標関節角θ1を求めるための式として、点−直線距離の計算式に基づいて、下記(4)式が成り立つ。なお、第nリンクの目標関節角θnは、第n関節のなす角度であり、第nリンクと第(n−1)リンクとがなす角度である。
ここで、R1=R+t1
また、第二リンク23Bに対して、同様の方法で下記(5)式が導出される。
ここで、(x1,y1)は、第二関節24Bの回転中心座標で、下記(6)式および(7)式で算出される。
y1=y0+L1cosθ1 ・・・(7)
ここで、L1は、第一リンクの長さ
同様に、第nリンクの中心までの距離は、下記(8)式によって求めることができる。
ここで、(xn−1,yn−1)は、第n関節の回転中心座標で、下記(9)式および(10)式を用いて求めることができる。
yn−1=yn−2+Ln−1cos(θ1+θ2+・・・+θn−1) ・・・(10)
ここで、Ln−1は、第Ln−1リンクの長さ
上記(4)式を変形すると、下記(11)式となる。この下記(11)式から、目標関節角θ1を求めることができる。但し、目標関節角θ1は、(11)式における2つの解のうち、小さい方の値とする。
x−xH0=tanθ0(z−z0) ・・・(15)
但し、H0点は第二指12の根元関節の中心点である。
ここで、A=tan2θ0+1
B=2(S・tanθ0−zc)
C=−tanθ0zH0+xH0−xc
したがって、第一円C1と第二指12の中心線との交点の座標(x1,2、z1,2)は、下記(17)式および(18)式に示す座標となる。
xE=(x1+x2)/2 ・・・(20)
yE=yc ・・・(21)
zE=(z1+z2)/2 ・・・(22)
これらの条件の下、平面Pで円柱と同じ方法により、第二指第一リンク12Dが第二円C2に接触する条件を求めると、この条件は、下記(23)式のように導出される。
ここで、Sx=yE−yH0
Sy=(xH0−xE)sinθ0+(xH0−zE)cosθ0
上記(23)式から、下記(24)式を導出し、(24)式によって第二指第一リンク12Dの目標関節角θH1を算出する。
こうして、上指21の各リンク23A〜23Nに対する目標関節角θ1〜θnの算出を行う。ここで求められた目標関節角θ1〜θnとなるように、各リンク23A〜23Nにおけるモータをモータドライバ7で駆動させることにより、円柱である把持対象物体を把持するために好適な把持形状となるように、上指21を制御することができる。
但し、γ>0
したがって、表示される平面内では自由度数が2であるので、任意な物体位置に対して、指41が3箇所で接触することは一般的に不可能である。そこで、三箇所で接触する条件を満たすために、適宜関節角とハンド座標系における円柱中心位置を設定する。
上記(4)式、(5)式、および(31)式に含まれる未知数は、θ1、θ2、xc、ycの4つである。このため、この3式の連立方程式を解いたとしても、解の数は無数にある。ところで、第一リンク42の目標関節角θ1は、把持対象物体の大きさに依存している。把持対象物体の大きさが大きいほど、第一リンク42の目標関節角θ1は小さくなる。このため、第一リンク42の目標関節角θ1は、下記(32)式で求めることができる。
ここで、a,bは、正の定数
上記(32)式を上記(4)式、(5)式、および(31)式と連立させることにより、4つの式から4つの解を求めるため、唯一解が存在することになるため、そのままycを求めることもできる。ところが、複雑な三角関数が含まれることから、解析的な解を求めるのは困難である。そこで、数値的な算出方法をとることができる。
次に、(5)式を整理して下記(34)式とする。
ここで、A=xc−x1、B=−(yc−y1)、C=R2、α=θ1+θ2
上記(34)式を解くと、下記(35)式となる。
こうして、第二リンク43の目標関節角θ2を求めたら、θ1,θ2,xc,ycを(31)式を変形して得られる下記(37)式に代入して、点C(xc,yc)から第三リンク44までの距離dを求める(S14)。
上記(37)式で求めた距離dが、R3と等しければ、安定な把持条件が満たされ、θ2、xc、ycは(4)式、(5)式、および(31)式を満たす解となる。そこで、上記(37)式で求めた距離dと、上記(31)式で求めたR3とを下記(38)式によって比較する(S15)。
ここで、εは所定の許容誤差である。
ここで、Δyc=k(R3−d)
kは、k>0の調整ゲインである。
ここで、Ux=yE−yH1
Uy=(xH1−xE)sinθ0+(zH1−zE)cosθ0
また、第三リンク12Fの中心線までの距離d2は、下記(41)式によって算出される。
ここで、Vx=yE−yH2
Vy=(xH2−xE)sinθ0+(zH2−zE)cosθ0
したがって、第二リンク12Eと把持対象物体との間の隙間e1および第三リンクと把持対象物体との隙間e2は、それぞれ下記(42)式および(43)式によって求めることができる。
e2=d2−r−t3 ・・・(43)
ここで、t2は、第二リンクの幅の1/2、t3は、第三リンクの幅の1/2である。
|e2|<ε ・・・(45)
その結果、上記(44)式および(45)式の両方が成り立つ場合には、このときの目標関節角θH1,θH2をそれぞれ第一リンク12Dおよび第二リンク12Eの目標関節角に設定する。一方、上記(44)式および(45)式の一方または両方が成り立たない場合には、下記(46)式および(47)式によってθH1およびθH2を更新する(S25)。
θH2(k+1)=θH2(k)+β・e2 ・・・(47)
それから、再びステップS23に戻って上記(42)式および(43)式によってe1およびe2を算出する。その後、ステップS24で上記(44)式および(45)式が成り立つと判断されるまで、同様の工程を繰り返す。このようにして、目標関節角θH1,θH2を決定することができる。
Claims (7)
- 関節を介して接続された複数のリンク部材を備える複数の指部材と、前記複数の指部材が取り付けられたハンド部材と、を有し、前記複数の指部材における各関節の角度を制御して、把持対象物体を把持するロボットハンドの把持制御装置において、
前記把持対象物体の形状を認識する物体形状認識手段と、
認識した前記把持対象物体の形状に基づいて、前記把持対象物体に前記指部材が備える複数のリンク部材が接触する際の関節角度をそれぞれ求め、求めた関節角度に応じて、前記指部材の把持姿勢を算出する把持姿勢算出手段と、
前記各関節を制御することにより、前記指部材を前記把持姿勢算出手段で求めた姿勢とする関節角度制御手段と、
を備えることを特徴とするロボットハンドの把持制御装置。 - 関節を介して接続された複数のリンク部材を備える複数の指部材と、前記複数の指部材が取り付けられたハンド部材と、を有し、前記複数の指部材における各関節の角度を制御して、把持対象物体を把持するロボットハンドの把持制御装置において、
前記関節の少なくとも一部は、接続するリンク部材を連動させる連動関節であり、
前記把持対象物体の形状を認識する物体形状認識手段と、
認識した前記把持対象物体の形状に基づいて、前記把持対象物体に前記指部材が備える複数のリンク部材が所定数以上の接触点を持って接触する際の関節角度をそれぞれ求め、求めた関節角度に応じて、前記指部材の把持姿勢を算出する把持姿勢算出手段と、
を備え、
前記把持姿勢算出手段は、算出した把持姿勢の接触点が、前記所定数に満たない場合、前記把持姿勢算出に用いる前記ハンド部材の前記把持対象物体に対する位置を変更する、
ことを特徴とするロボットハンドの把持制御装置。 - 前記把持姿勢算出手段は、予め定義された複数のモデル形状と、前記モデル形状に対するロボットハンドの拘束条件から定めた接触条件を記憶しており、
認識した前記把持対象物体の形状に対して前記複数のモデル形状のいずれかを割り当て、割り当てたモデル形状に対応する接触条件を満たす把持姿勢を算出する請求項1または請求項2に記載のロボットハンドの把持姿勢制御装置。 - 前記接触条件は、前記モデル形状と、前記ロボットハンドの拘束条件とから、前記把持対象物体と前記指部材とが所定数以上の接触点数を有する場合における前記物体に対する指部材の位置を幾何学的に求めた条件である請求項3に記載のロボットハンドの把持制御装置。
- 前記把持対象物体の位置を認識する物体位置認識手段と、
前記ハンド部材の位置を制御するハンド部材位置制御手段と、
を備え、
認識した把持対象物体の位置と、前記ハンド部材の位置との相対的な位置関係に基づいて、ハンド部材位置を制御する請求項1〜請求項4のうちのいずれか1項に記載のロボットハンドの把持制御装置。 - 前記関節角度制御手段は、前記指部材が前記把持対象物体に対する接触点でそれぞれ同時に接触するように前記各関節を制御する請求項1〜請求項5のうちのいずれか1項に記載のロボットハンドの把持制御装置。
- 前記リンク部材に設けられ、前記把持対象物体を把持する際の前記リンク部材の把持力を検出する把持力検出手段を備え、
前記関節角度制御手段は、前記把持力検出手段によって検出された把持力が、所定のしきい値を超えたときに、前記各関節の制御を終了する請求項1〜請求項6のうちのいずれか1項に記載のロボットハンドの把持制御装置。
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