JP2007222980A - Robot hand, and griping method with robot hand - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボットハンドとロボットハンドによる把持方法に関し、特に対向配置した二つで一組の1指につき少なくとも2関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に複数組並べて配置してあるいわゆる多指タイプのロボットハンドとロボットハンドによる把持方法に関するものである。 The present invention relates to a robot hand and a gripping method using a robot hand, and in particular, a so-called multi-purpose configuration in which a plurality of pairs of at least two joint-type fingers are arranged side by side in a superposition direction with respect to a hand body. The present invention relates to a finger type robot hand and a gripping method using a robot hand.
例えば部品棚あるいは部品箱等に整列してある複数種類の部品のピッキングのために、対向配置した二つで一組の1指2関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に複数組並べて配置してある汎用多指タイプのロボットハンドが使用されており、その代表的なものとして例えば特許文献1,2に記載のものが知られている。
For example, for picking multiple types of parts that are aligned on a parts shelf or parts box, two pairs of one-finger and two-joint-type fingers that are placed opposite to each other are placed side by side in the overlapping direction on the hand body. A general-purpose multi-finger type robot hand is used, and typical examples thereof are those described in
そして、小物部品から長尺または大物部品までの複数種類の部品を把持するために、例えば対向配置した二つで一組の1指2関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に二組並べて配置してあるロボットハンドでは、並べて配置してある小物部品を把持する場合には一組のフィンガーを使用して部品を把持する一方、長尺または大物の部品を把持する場合には二組全部のフィンガーを使用して部品を把持するようにしている。
上記のようなロボットハンドの使用を前提として同じ小物部品の把持動作を繰り返し行う場合には、一組のフィンガーのみを使用しているだけであるため、残る一組のフィンガーはいわゆる遊んでいる状態にあり、したがって仕事効率を上げるために残る一組のフィンガーで二つ目の部品を把持しようとしても、最初に把持した部品が邪魔になって二つ目の部品を把持するができないという問題があった。 If the same small parts are repeatedly gripped on the premise of using the robot hand as described above, only one set of fingers is used, so the remaining set of fingers is in a so-called idle state. Therefore, even if you try to grip the second part with a pair of remaining fingers to increase work efficiency, the first part you gripped will interfere with you and you will not be able to grip the second part. there were.
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、上記のように対向配置した二つで一組の1指につき少なくとも2関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に複数組並べて配置してあるいわゆる多指タイプのロボットハンドを前提として、特に小物部品の把持に際して二つ以上部品を同時に把持することができるようにしたロボットハンドと把持方法を提供するものである。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and at least two joint-type fingers per pair of two fingers arranged opposite to each other as described above are arranged side by side in the overlapping direction with respect to the hand body. On the premise of a so-called multi-finger type robot hand arranged, a robot hand and a gripping method are provided which can grip two or more parts at the same time, especially when gripping small parts.
請求項1に記載の発明は、対向配置した二つで一組の1指につき少なくとも2関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に複数組並べて配置し、それら複数組のフィンガーは重合状態のままで相互協調動作により単一の把持対象物を把持することができるようになっている一方、一部の組のフィンガーと残りの組のフィンガーがそれぞれ別個の把持対象物を把持することができるようになっているロボットハンドであることを前提としている。 According to the first aspect of the present invention, a plurality of at least two joint-type fingers are arranged side by side in the overlapping direction with respect to the hand body, and two or more pairs of fingers arranged in a superposed state. While it is possible to grip a single gripping object by mutual cooperative operation, a part of the fingers and a remaining pair of fingers can grip separate gripping objects. It is assumed that the robot hand is.
その上で、複数組のフィンガーにてそれぞれ別個の把持対象物を把持する際には、一部の組のフィンガーが把持対象物を把持したならば、残りの組のフィンガーによる把持動作に先行して、把持対象部物を把持した一部の組のフィンガーがフィンガー同士の重合方向と直交する平面内を残りの組のフィンガーに対しオフセット状態となるように予め退避動作するようになっていることを特徴とする。 In addition, when gripping objects to be gripped by a plurality of pairs of fingers, if some of the fingers grip the object to be gripped, the gripping operation by the remaining pairs of fingers is preceded. The part of the fingers gripping the object to be gripped is retracted in advance so as to be offset with respect to the rest of the fingers in a plane orthogonal to the overlapping direction of the fingers. It is characterized by.
この場合、請求項3に記載のように、対向配置した二つで一組の1指2関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に少なくとも二組並べて配置してあれば足りる。 In this case, as described in claim 3, it is sufficient that at least two pairs of one-finger and two-joint type fingers arranged opposite to each other are arranged side by side in the overlapping direction with respect to the hand body.
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の事項を把持方法として捉えたものであって、対向配置した二つで一組のフィンガーをハンド本体に対し重合方向に複数組並べて配置し、それら複数組のフィンガーは重合状態のままで相互協調動作により単一の把持対象物を把持することができるようになっている一方、一部の組のフィンガーと残りの組のフィンガーがそれぞれ別個の把持対象物を把持することができるようになっているロボットハンドによる把持方法であることを前提としている。
The invention described in
その上で、複数組のフィンガーにてそれぞれ別個の把持対象物を把持する際には、一部の組のフィンガーが把持対象物を把持したならば、残りの組のフィンガーによる把持動作に先行して、把持対象部物を把持した一部の組のフィンガーがフィンガー同士の重合方向と直交する平面内を残りの組のフィンガーに対しオフセット状態となるように予め退避動作させることを特徴とする。 In addition, when gripping objects to be gripped by a plurality of pairs of fingers, if some of the fingers grip the object to be gripped, the gripping operation by the remaining pairs of fingers is preceded. Then, a part of the fingers holding the object to be grasped is retracted in advance so as to be offset with respect to the rest of the fingers in a plane perpendicular to the overlapping direction of the fingers.
したがって、請求項1,4に記載の発明では、例えば対向配置した二つで一組の1指2関節タイプのフィンガーをハンド本体に対し重合方向に二組並べて配置してあるタイプのロボットハンドの場合、二組のフィンガーにてそれぞれ別個の把持対象物を把持する際には、一方の組のフィンガーが把持対象物を把持したならば、他方の組のフィンガーによる把持動作に先行して、把持対象部物を把持した一方の組のフィンガーがフィンガー同士の重合方向と直交する平面内を他方の組のフィンガーに対しオフセット状態となるように予め退避動作させるものとする。 Therefore, according to the first and fourth aspects of the present invention, for example, a robot hand of a type in which two pairs of one-finger and two-joint-type fingers arranged opposite to each other are arranged side by side in the overlapping direction with respect to the hand body. In this case, when gripping separate gripping objects by two pairs of fingers, if one pair of fingers grips the gripping object, the gripping operation is performed prior to the gripping operation by the other pair of fingers. One set of fingers holding the object part is retracted in advance so as to be in an offset state with respect to the other set of fingers in a plane perpendicular to the overlapping direction of the fingers.
こうすることにより、部品同士の干渉が回避されて、一つ目の把持対象物を把持した状態でありながら二つ目の部品を無理なく把持することが可能となる。その結果として、例えば部品箱からその内部に整列してある部品をピッキングする場合に、部品箱に対するロボットハンドの一回のアプローチ動作で複数の部品を把持することができ、作業効率の向上に寄与できるようになる。 By doing so, interference between the components is avoided, and the second component can be gripped without difficulty while the first gripping target is being gripped. As a result, for example, when picking parts that are aligned inside the parts box, multiple parts can be gripped with a single approach of the robot hand to the parts box, contributing to improved work efficiency. become able to.
請求項1,4に記載の発明によれば、複数組のフィンガーの自由度を有効利用して、一部の組のフィンガーと残りの組のフィンガーとでそれぞれ別個の把持対象物を把持するにあたり、一部の組のフィンガーが把持対象物を把持したならば、残りの組のフィンガーによる把持動作に先行して、把持対象部物を把持した一部の組のフィンガーがフィンガー同士の重合方向と直交する平面内を残りの組のフィンガーに対しオフセット状態となるように予め退避動作することにより、部品同士の干渉が回避されて、一つ目の把持対象物を把持した状態でありながら二つ目の部品を無理なく把持することが可能となり、その結果として、例えば部品箱からその内部に整列してある部品をピッキングする場合に、部品箱に対するロボットハンドの一回のアプローチ動作で複数の部品を把持することができ、作業効率が向上する。 According to the first and fourth aspects of the present invention, when a plurality of sets of fingers are used effectively, a partial set of fingers and a remaining set of fingers are used to hold separate objects. If some of the fingers grasp the object to be grasped, prior to the grasping operation by the remaining pairs of fingers, some of the fingers that grasp the object to be grasped By retreating in advance so as to be in an offset state with respect to the remaining pairs of fingers in an orthogonal plane, interference between components is avoided, and the two gripping objects are in a state of gripping the first gripping object. As a result, it is possible to grip the part of the eye without any difficulty. For example, when picking a part that is aligned inside the part box from the part box, Can grip the plurality of parts approach operation, thereby improving work efficiency.
図1は本発明に係るロボットハンドのより具体的な実施の形態を示す図で、特に図示しない部品箱等に整列収納されている各種部品のピッキングに用いられる汎用型のロボットハンドの例を示しており、同図(A)はその正面図を、同図(B)はその右側面図をそれぞれ示している。 FIG. 1 is a view showing a more specific embodiment of a robot hand according to the present invention, and shows an example of a general-purpose robot hand used for picking various parts arranged and stored in a parts box (not shown). FIG. 2A shows a front view thereof, and FIG. 2B shows a right side view thereof.
図1の(A),(B)に示すように、ロボットハンド1は、対向配置することで左右で対をなす二つ一組のいわゆる二指把持タイプの二組のフィンガー2A,2Bおよび3A,3Bを互いに重合するように所定距離隔ててハンド本体4に並べて支持させたもので、ロボットハンド1全体として合計で4本のフィンガー2A,2B,3A,3Bを有している、そして、それぞれのフィンガー2A,2B,3A,3Bは一つにつき根元側関節5aまたは6aと指先側関節5bまたは6bとを有していて、いわゆる1指2関節タイプのものとなっている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
各関節5a,5b,6a,6bに後述するようには駆動モータとしてそれぞれに独立したサーボモータを内蔵してあり、それぞれに独立した関節動作、すなわち各々のフィンガー構成要素7a,7bの独立した開閉動作が可能となっている。
As will be described later, each
このように構成されたロボットハンド1によれば、把持対象物として例えば小物部品から大物または長尺な部品までの各種部品のピッキングに共通して使用するものとし、また部品箱に対するロボットハンド1の一回のアプローチ動作で一つの部品を把持するものと仮定した場合、図2の(A)に示すように大物または長尺な部品W1を把持する場合には4本のフィンガー2A,2B,3A,3Bの全てを使って把持する一方、小物部品W2の場合には同図(B)に示すようにいずれか一組のフィンガー、例えばフィンガー3A,3Bのみを使って小物部品W2を把持することとなり、残る一組のフィンガー2A,2Bは実質的に遊んでいて有効活用できないことになる。
According to the
そこで、フィンガー2A,2Bの有効活用のために、例えば図3に示すように部品箱8に整列収納されている小物部品W2を一方のフィンガー2A,2Bと他方のフィンガー3A,3Bとで別々に把持していわゆる2個取りしようとしても、整列収納されている部品W2,W2同士の間隔とフィンガー2A,3Aおよび2B,3B同士の間隔が必ずしも一致せず、また隣りの部品W2が邪魔となっていわゆる2個取りすることができない。
Therefore, in order to effectively use the
そこで、本実施の形態では、特に把持対象物がいわゆる小物部品W2である場合にその2個取りを可能にしようとするもので、図4,5に示すように、一方の組のフィンガー2A,2Bが小物部品W2を把持したならばその部品把持状態のままで一方の組のフィンガー2A,2Bを破線で示す把持完了位置P1から退避位置P2まで一旦退避させ、その状態で図4に示すように他方の組のフィンガー3A,3Bにて小物部品W2を把持するものである。
Therefore, in the present embodiment, particularly when the object to be grasped is a so-called accessory part W2, two pieces are to be obtained. As shown in FIGS. If 2B grips the small part W2, one pair of
ここで、図6,7は図1において個々にサーボモータ10が内蔵された各関節5a,5bおよび6a,6bのフィードバック制御系のフロック回路図を示し、各フィンガー2A,2Bおよび3A,3Bの根元側関節5a,6aおよび指先側関節5b,6bそれぞれの関節動作はコントローラ9によって制御されるようになっている。そして、各フィンガー2A,2Bおよび3A,3Bの根元側関節5a,6aはサーボモータ10のほかフィードバック要素としてのロータリーエンコーダ11を備えていて、それぞれに位置、速度および電流のフィードバックループを形成している。これにより、根元側関節5a,6aのそれぞれは少なくとも位置フィードバック制御(位置制御)による関節動作が可能となっている。
Here, FIGS. 6 and 7 show flock circuit diagrams of feedback control systems of the
他方、各フィンガー2A,2Bおよび3A,3Bの指先側関節5b,6bは同様にしてサーボモータ10のほかフィードバック要素としてのロータリーエンコーダ11を備えていて、それぞれに位置、速度および電流のフィードバックループを形成しているほか、ゲイン調整器12または13と切替器(切替器1)14または切替器(切替器2)15とをそれぞれに有している。これにより、指先側関節5b,6bのそれぞれは少なくとも位置フィードバック制御(位置制御)による関節動作のほか、位置フィードバック制御に依存せずにゲイン調整器12または13の出力をトルク指令値とするいわゆるトルク制御による関節動作が選択切替可能となっている。
On the other hand, the
より詳しくは、図7に示すように、それぞれのゲイン調整器12,13は入力された指令値のゲインが1よりも小さくなるように調整する機能を有しており(ゲインをどの程度小さくするかは予め設定されている)、一方の指先側関節5bにおけるゲイン調整器12の出力は他方の指先側関節6bのトルク制御時のトルク指令値としてその他方の指先側関節6b側の切替器15に、他方の指先側関節6bにおけるゲイン調整器13の出力は一方の指先側関節5bのトルク制御時のトルク指令値としてその一方の指先側関節5b側の切替器14にそれぞれ入力されるようになっている。そして、各切替器14,15ではコントローラ9からの切替信号S1またはS2により切替操作されるようになっており、該当する指先側関節5bまたは6bの位置指令値としてコントローラ9から出力される本来の位置フィードバック制御時の指令値と、反対側の指先側関節6bまたは5bに付帯するゲイン調整器13または12の出力であるところのトルク制御時のトルク指令値とのいずれかを選択意的にサーボモータ10側に付与することができるようになっている。そして、各切替器14,15の状態と各指先側関節5b,6bの制御形態(位置フィードバック制御(位置制御)であるかトルク制御であるか)の組み合わせを整理すると表1のようになる。
More specifically, as shown in FIG. 7, each of the
ここで、上記トルク制御との呼称は、図7の各切替器14,15においてゲイン調整器12,13の出力がトルク指令値として選択されている時には、ロータリーエンコーダ11をフィードバック要素とする位置および速度のフィードバックループは何ら機能せずに電流のフィードバックループのみが機能することに基づいている。
Here, when the output of the
したがって、このように構成されたロボットハンド1によれば、図2に示すように長尺または大物の部品W1であるか小物部品W2であるかにかかわらず、その把持に先立つ部品W1またはW2へのアプローチ動作時には、図8の(A)に示すように根元側関節5a,6aおよび指先側関節5b,6b共に位置フィードバック制御のもとで行う。つまり、根元側関節5a,6aでは図6のフィードバックループのもとで位置制御を行うとともに、指先側関節5b,6bでは図7に示す各切替器14,15をA接点側に切り替えて各関節5b,6bの位置制御を行う(表1のパターン1)。
Therefore, according to the
その一方、アプローチ動作に続く図8の(B)の実際の把持動作時には、根元側関節5a,6aでは図6に基づいて位置フィードバック制御を行う一方、指先側関節5b,6bでは図7に示す各切替器14,15をB接点側に切り替えて各関節5b,6bのトルク制御を同期して行うことで把持対象となる例えば小物部品W2を把持する(表1のパターン4)。
On the other hand, at the time of the actual gripping operation shown in FIG. 8B following the approach operation, the
図7の各切替器14,15をB接点側に切り替えて各関節5b,6bのトルク制御を行う場合には、先に述べたようにそのトルク指令値はゲイン調整器12または13にてゲインが1よりも小さくなるように予め調整されていることから、そのトルク値は位置フィードバック制御時のものよりも小さくなる。また、図7から明らかなように、各指先側関節5b,6bは対となっている反対側の指先側関節6bまたは5bに付帯するゲイン調整器13または12の出力をトルク指令値として作動するものであるから、双方の指先側関節5b,6bが同期して作動するとともに、各指先側関節5b,6bは反対側の指先側関節が作動している限り作動し続けて上記トルク制御に基づく一定の力で例えば小物部品W2を押さえ付けることになる。そして、各指先側関節5b,6bの動きがなくなった時点で小物部品W2の把持が完了し(これは、各サーボモータ10に付帯のロータリーエンコーダ11の出力を監視することで確認可能)、以降はその把持状態を維持することになる。
When the
一方、図4,5のような形態で小物部品W2をいわゆる2個取りする際には、最初に一組のフィンガー2A,2Bのみを作動させて、図8の場合と全く同じ手順で部品W2を把持する。そして、一組のフィンガー2A,2Bが小物部品W2を把持したならば、その部品把持状態のままで図5に破線で示すように一組のフィンガー2A,2Bを退避位置P2まで退避動作させる。この退避動作の際には、根元側関節5a,6aを図6の位置フィードバック制御とするとともに、一方の指先側関節6bも図7のように位置フィードバック制御に切り替える一方で、他方の指先側関節5bについてのみ図7のようにトルク制御に切り替えて(表1のパターン3)、既に小物部品W2を把持している一組のフィンガー2A,2Bを退避位置P2まで移動させる。つまり、フィンガー3A,3bによる部品W2の把持動作に先行して、部品W2を把持している一組のフィンガー2A,2Bがフィンガー2A,2Bと3A,3Bとの重合方向と直交する平面内を他方の組のフィンガー3A,3Bに対しオフセット状態となるように予め退避動作させるものとする。
On the other hand, when two so-called two small parts W2 are taken in the form as shown in FIGS. 4 and 5, only the pair of
より具体的には、既に小物部品W2を把持している一組のフィンガー2A,2Bを図5の退避位置P2まで移動させる際に、上記のように一方の指先側関節5bのみをいわゆるトルク制御に切り替え、それ以外の関節5a,6a,5bを位置フィードバック制御にて作動させると、特に他方の指先側関節6bは既に部品W2に押し付けられているフィンガー2Bのフィンガー構成要素7と部品W2との相対位置関係が変わらないような一定の角度姿勢を保つように位置制御され、これに対してトルク制御に切り替えられた一方の指先側関節2Aでは、図7に示すように指先側関節6b側ゲイン調整器13の出力をトルク指令値としている故に、その指先側関節6bが作動しているかぎりは一定の力でフィンガー構成要素7を部品W2に押し付けていることになり、したがって小物部品W2を確実に把持したままで干渉エリア外である退避位置P2まで一組のフィンガー2A,2Bを移動させることができる。
More specifically, when the pair of
図4,5に示すように、一組のフィンガー2A,2Bが退避位置P2に移動し終えたならば、代わって他方の組のフィンガー3A,3Bを隣の部品W2を把持可能な位置まで移動させて、図8と同様の手順でその2個目の部品W2を把持する。この2個目の部品W2を把持する際には、既に1個目の部品W2を把持している一方の組のフィンガー2A,2Bが退避位置P2にあることから、この他方の組のフィンガー3A,3Bは1個目の部品W2や部品箱8等と干渉することなく、スムーズに2個目の部品W2を把持することができる。
As shown in FIGS. 4 and 5, when one pair of
このように本実施に形態によれば、例えば部品箱8に整列収納されている小物部品W2のピッキングに際して、その部品箱8に対するロボットハンド1の一回のアプローチ動作で部品W2をいわゆる2個取りすることが可能となり、ピッキング作業効率が大幅に向上することになる。
Thus, according to this embodiment, for example, when picking small parts W2 aligned and stored in the
ここで、上記実施の形態では、各関節5a,5b,6a,6bの駆動源であるサーボモータ10を関節5a,5b,6a,6bに内蔵している場合の例を示しているが、例えば各サーボモータ10をハンド本体4内に内蔵していて、各サーボモータ10から巻掛伝達手段等を介して各関節5a,5b,6a,6bに動力を伝達して作動させるタイプのロボットハンドにも本発明を適用することができることは言うまでもない。
Here, in the above embodiment, an example is shown in which the
また、1指につき3以上の関節を有するようなフィンガーを用いたロボットハンドにも本発明は適用可能である。 The present invention can also be applied to a robot hand using fingers that have three or more joints per finger.
1…ロボットハンド
2A,2B…フィンガー
3A,3B…フィンガー
4…ハンド本体
5a,6a…根元側関節
5b,6b…指先側関節
7a,7b…フィンガー構成要素
9…コントローラ
10…サーボモータ
12,13…ゲイン調整器
14,15…切替器
P2…退避位置
W1,W2…部品(把持対象物)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
それら複数組のフィンガーは重合状態のままで相互協調動作により単一の把持対象物を把持することができるようになっている一方、
一部の組のフィンガーと残りの組のフィンガーがそれぞれ別個の把持対象物を把持することができるようになっていて、
複数組のフィンガーにてそれぞれ別個の把持対象物を把持する際には、一部の組のフィンガーが把持対象物を把持したならば、残りの組のフィンガーによる把持動作に先行して、把持対象部物を把持した一部の組のフィンガーがフィンガー同士の重合方向と直交する平面内を残りの組のフィンガーに対しオフセット状態となるように予め退避動作するようになっていることを特徴とするロボットハンド。 A pair of at least two joint-type fingers per one pair of fingers arranged opposite to each other are arranged side by side in the overlapping direction with respect to the hand body,
While these multiple pairs of fingers can be held in a superposed state and can hold a single object by mutual cooperation,
Some sets of fingers and the remaining sets of fingers can each hold a separate object to be gripped,
When gripping separate gripping objects with a plurality of pairs of fingers, if some pairs of fingers grip the gripping object, the gripping object precedes the gripping operation by the remaining pairs of fingers. It is characterized in that a part of the fingers holding the part is retracted in advance so as to be offset with respect to the rest of the fingers in a plane perpendicular to the overlapping direction of the fingers. Robot hand.
それら複数組のフィンガーは重合状態のままで相互協調動作により単一の把持対象物を把持することができるようになっている一方、
一部の組のフィンガーと残りの組のフィンガーがそれぞれ別個の把持対象物を把持することができるようになっているロボットハンドによる把持方法であって、
複数組のフィンガーにてそれぞれ別個の把持対象物を把持する際には、一部の組のフィンガーが把持対象物を把持したならば、残りの組のフィンガーによる把持動作に先行して、把持対象部物を把持した一部の組のフィンガーがフィンガー同士の重合方向と直交する平面内を残りの組のフィンガーに対しオフセット状態となるように予め退避動作させることを特徴とするロボットハンドによる把持方法。 A set of two fingers arranged opposite each other are arranged side by side in the polymerization direction with respect to the hand body,
While these multiple pairs of fingers can be held in a superposed state and can hold a single object by mutual cooperation,
A gripping method by a robot hand in which a part of fingers and a remaining pair of fingers can grip separate objects to be grasped,
When gripping separate gripping objects with a plurality of pairs of fingers, if some pairs of fingers grip the gripping object, the gripping object precedes the gripping operation by the remaining pairs of fingers. A method of gripping with a robot hand, wherein a part of fingers holding a part is retracted in advance so that the fingers are offset in a plane perpendicular to the overlapping direction of the fingers. .
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