JP2010201538A - 多指ハンドおよびロボット並びに多指ハンドの把持方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】物体を把持する多指ハンドであり、指部に設けられた物体との相対位置を検出した検出結果に応じて駆動部を制御する制御手段と、指先と物体との接触状態を調整する手段とを備え、指部の先端部に設けた少なくとも2つの感圧素子を設け、すべり量検出手段として、光源と、画像情報を取り込むイメージセンサと、イメージセンサの画像情報の差分に基づいて多指ハンドに対する物体の相対的な移動量を演算する演算手段とを具備する。
【選択図】図1
Description
ここで、大きさや形状などが不定の多種の物体を把持可能とするために、手掌部や指部に複数の圧力センサを設け、圧力センサの検出結果から手掌部や指部が物体に接触したか否かを判断し、その判断に応じて駆動部を制御する多指ハンドが提案されている(特許文献1参照) 。
ところが、多指ハンドで物体を把持する場合、物体の形状や表面の状態などによって把持された物体がすべり落ちてしまうことがある。上記圧力センサによって手掌部や指部と物体との接触状態を検出している多指ハンドでは、圧力センサでは手掌部や指部に対する物体のすべりを検出することが困難であった。この技術課題を解決するために、多指ハンドとして指部のうちの1本には、その先端側の部位にすべりセンサが設けてある。
従来例の多指ハンド搭載のすべりセンサとして、指部に対する把持対象物のすべり量に応じたパルス数の検出信号を出力するものがある。このすべりセンサは、検出信号のパルス数をカウントすることで把持対象物のすべり量を判断し、角度センサ並びにトルクセンサの各センサ出力を参照しながら、すべり量がゼロとなるように駆動部を制御して多指ハンドの把持力を調整するため、多指ハンドで把持された把持対象物がすべり落ちるのを防ぐことができる(例えば、特許文献2参照)。
したがって、わずかな対象物との距離や角度の変動によって計測できなくなるといった問題がある。このようなセンサを用いて従来の多指ハンドのように指先で物体を把持する場合には、物体の大きさにより指先の角度が変わるためオプティカルマウスセンサでは正確な位置情報を得られず、把持力が調整できないといった問題が発生する。また、従来の多指ハンドでは把持力を検出するためのトルクセンサが指部の根元に配置されており、指の姿勢が変わるとトルクセンサの検出値も変動するため、正確な把持力を検出することができないという課題があった。
請求項1に記載の発明は、物体を把持する多指ハンドであって、手掌部と、前記手掌部に設けられた複数の指部と、前記指部を屈曲自在とする関節機構と、前記関節機構を駆動する駆動部と、前記指部に設けられた物体との接触力を検出する力検出手段と、前記指部に設けられた物体との相対位置を検出するためのすべり量検出手段と、前記すべり量検出手段の検出結果に応じて駆動部を制御する制御手段と、前記指部の先端部と物体との接触状態を調整するための指姿勢調整手段とを備え、前記力検出手段は、前記指部の前記先端部に設けた少なくとも2つの感圧素子からなり、前記すべり量検出手段は、前記物体に光を照射する光源と、前記物体の光が照射された部位の画像情報を取り込むイメージセンサと、前記イメージセンサで取り込んだ画像情報の差分に基づいて多指ハンドに対する物体の相対的な移動量を演算する演算手段とを具備し、前記指姿勢調整手段は、指先端部が回転3自由度について自由に姿勢を変えることができるジョイント機構と、姿勢を保持するためのロック機構とからなることを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明は、ロボットであってアームと、前記アームに取り付けられる請求項1〜6のいずれか1項に記載の多指ハンドとを有していることを特徴としている。
請求項8に記載の発明は、手掌部と、手掌部に設けられた複数の指部と、指部を屈曲自在とする関節機構と、関節機構を駆動する駆動部を備え、指部を屈曲させることで物体を把持する多指ハンドにより物体を把持する多指ハンドの把持方法であって、前記指部に設けられた物体との接触力を検出する力検出ステップと、前記指部に設けられた物体との相対位置を検出するためのすべり量検出ステップと、前記すべり検出ステップの検出結果に応じて駆動部を制御する制御ステップと、前記力検出ステップと前記すべり検出ステップで検出された情報により前記駆動部を制御する多指ハンド制御ステップと、からなり、前記多指ハンド制御ステップでは前記力検出ステップにより接触が確認されるまでは駆動部を速度制御により高速に動作させ、接触検出後は、位置制御により位置増分値を指定して駆動部を動作させ、把持動作が完了したのちに逐次多指ハンドを上下させてすべりの有無を確認し、すべりが止まるまで位置増分を繰り返し、多指ハンドの把持条件を決定することを特徴とするものである。
請求項9に記載の発明は、前記多指ハンド制御ステップでは、一定時間後に前記すべり検出ステップで得られる2次元の変位情報から分離した垂直変位の情報を微分した値に比例して前記位置増分値を設定することを特徴とするものである。
請求項2〜6に記載の発明によると、感磁素子を導電性ゴムシート、圧電セラミック、高分子圧電素子、静電容量センサ、歪ゲージのいずれかにしているので、従来の力検出器と比較してコンパクトに構成することができる。
請求項8に記載の発明によると、把持動作に応じて制御方法を切り替えているので、高速に最適な把持条件を決定することができ、作業効率を向上させることができる。
請求項9に記載の発明によると、位置増分値を効率よく設定することができるので、作業時間を短縮することができるという効果がある。
関節駆動部25は例えば減速機およびセンサと組み合わされた回転モータであり、上位から指令を送ることでモータが回転し、その結果、指部22が屈曲動作し、物体3を把持することができる。指姿勢調整手段26は例えば回転3自由度について自在に可動できるボールジョイントとボールジョイントを保持するためのロック機構からなり、ロック機構はボールジョイントの側面を押圧するものであり、押し付け力を発生するための駆動源には圧電素子やソレノイドなどが用いられる。
保持部材14は、アクリル樹脂などの透光性を有する合成樹脂材料により、一面の中央に凹所14aを有する直方体状に形成され、凹所14aの底面にレンズ13が埋設されるとともに、発光面を凹所14aに臨ませる形で発光ダイオードからなる発光素子11が挿入されている。また、イメージセンサ12は、後述するようにイメージセンサ12で取り込んだ画像情報の差分に基づいて多指ハンド20に対する物体3の相対的な移動量を演算する演算回路(図示せず)とともにプリント配線板15に実装されており、凹所14aの底面に対向する外側面(図2における上面)に、イメージセンサ12の受光面を凹所14aに臨ませるようにしてイメージセンサ12と演算回路が実装されたプリント配線板15が取り付けられている。また、力検出手段16は感圧素子であり、保持部材14の表面に複数個配置されている。
圧電セラミックからなる感圧素子は、例えばゾルゲル法と呼ばれる金属の有機または無機化合物の溶液をゲルとして固化し、ゲルを熱処理することで薄膜作製したものである。
高分子圧電素子からなる感圧素子は、パウダー状のPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を溶融し、高圧力で冷却して作製された薄いシートを微小寸法に裁断したものである。
静電容量センサからなる感圧素子は、絶縁膜を介して平面電極を対向させて作製したものである。歪ゲージからなる感圧素子は、カンチレバー形状をした薄膜の小形歪ゲージをゴムシートに埋め込んだものである。以上より、記述された感圧素子はすべて薄膜やフィルムにより成形可能で、指先端部にコンパクトに配設することが可能である。また、感圧素子は前述した素子に限定されるものではない。圧力および力に対応した信号を出力する素子であれば本発明は適用可能である。
3 物体
11 発光素子
12 イメージセンサ
13 レンズ
14 保持部材
14a 保持部凹部
15 プリント配線板
16 力検出手段
20 多指ハンド
21 手掌部
22 指部
23 関節機構
24 駆動部
25 関節駆動部
26 指姿勢調整手段
Claims (9)
- 物体を把持する多指ハンドであって、
手掌部と、
前記手掌部に設けられた複数の指部と、
前記指部を屈曲自在とする関節機構と、
前記関節機構を駆動する駆動部と、
前記指部に設けられた物体との接触力を検出する力検出手段と、
前記指部に設けられた物体との相対位置を検出するためのすべり量検出手段と、
前記すべり量検出手段の検出結果に応じて駆動部を制御する制御手段と、
前記指部の先端部と物体との接触状態を調整するための指姿勢調整手段とを備え、
前記力検出手段は、前記指部の前記先端部に設けた少なくとも2つの感圧素子からなり、
前記すべり量検出手段は、
前記物体に光を照射する光源と、
前記物体の光が照射された部位の画像情報を取り込むイメージセンサと、
前記イメージセンサで取り込んだ画像情報の差分に基づいて多指ハンドに対する物体の相対的な移動量を演算する演算手段とを具備し、
前記指姿勢調整手段は、
指先端部が回転3自由度について自由に姿勢を変えることができるジョイント機構と、
姿勢を保持するためのロック機構とからなる
ことを特徴とする多指ハンド。 - 前記感圧素子は、導電性ゴムシートによって構成される
ことを特徴とする請求項1記載の多指ハンド。 - 前記感圧素子は、圧電セラミックによって構成される
ことを特徴とする請求項1記載の多指ハンド。 - 前記感圧素子は、高分子圧電素子によって構成される
ことを特徴とする請求項1記載の多指ハンド。 - 前記感圧素子は、静電容量センサによって構成される
ことを特徴とする請求項1記載の多指ハンド。 - 前記感圧素子は、歪ゲージによって構成される
ことを特徴とする請求項1記載の多指ハンド。 - アームと、
前記アームに取り付けられる請求項1〜6のいずれか1項に記載の多指ハンドとを有している
ことを特徴とする、ロボット。 - 手掌部と、手掌部に設けられた複数の指部と、指部を屈曲自在とする関節機構と、関節機構を駆動する駆動部を備え、指部を屈曲させることで物体を把持する多指ハンドにより物体を把持する多指ハンドの把持方法であって、
前記指部に設けられた物体との接触力を検出する力検出ステップと、
前記指部に設けられた物体との相対位置を検出するためのすべり量検出ステップと、
前記すべり検出ステップの検出結果に応じて駆動部を制御する制御ステップと、
前記力検出ステップと前記すべり検出ステップで検出された情報により前記駆動部を制御する多指ハンド制御ステップと、からなり、
前記多指ハンド制御ステップでは
前記力検出ステップにより接触が確認されるまでは駆動部を速度制御により高速に動作させ、接触検出後は、位置制御により位置増分値を指定して駆動部を動作させ、把持動作が完了したのちに逐次多指ハンドを上下させてすべりの有無を確認し、すべりが止まるまで位置増分を繰り返し、多指ハンドの把持条件を決定する
ことを特徴とする多指ハンドの把持方法。 - 前記多指ハンド制御ステップでは、
一定時間後に前記すべり検出ステップで得られる2次元の変位情報から分離した垂直変位の情報を微分した値に比例して前記位置増分値を設定する
ことを特徴とする請求項8記載の多指ハンドの把持方法。
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