JP2012240182A - ロボットハンド、およびロボット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】対象物を把持するために対象物に指部および掌部を当接させ、その時の指部間隔や掌部位置を検出する。そして、検出した指部間隔および掌部位置に基づいて、対象物の良否(正しい対象物であるか否か)を判定する。こうすれば、把持しようとする対象物に指部および掌部を当接させた段階で、その対象物の良否を迅速に且つ簡単に判定することが可能となる。また、掌部を、掌部が当接する部分の対象物の形状に応じて傾斜可能としておき、傾斜角度も考慮して対象物の良否を判定しても良い。
【選択図】図2
Description
する。
っている。たとえば、塗装や溶接などの工程では、塗装ロボットや溶接ロボットが広く使
用されている。また近年では、様々な対象物を把持可能なロボットハンドが開発されて、
部品の搬送や、他の部品への組み付けなどにもロボットが使用されるようになってきた。
るようにすると、誤った対象物を搬送したり、誤った対象物を組み付けたりすることが起
こり得る。そこで、こうしたことを回避するために、把持しようとする対象物の画像を撮
影し、その画像を解析することによって、把持しようとしている対象物が正しいか否か(
すなわち対象物の良否)を判定する技術が提案されている(特許文献1)。
像を解析する必要があるため、装置の構成や制御が複雑化するだけでなく、対象物の良否
を迅速に判定することが困難であるという問題があった。
れたものであり、把持する対象物(あるいは把持した対象物)の良否を、簡単に且つ迅速
に判定することが可能な技術を提供することを目的とする。
を採用した。すなわち、
複数の指部と、複数の前記指部の間に設けられた掌部とを用いて対象物を把持するロボ
ットハンドであって、
前記複数の指部を前記対象物に接近あるいは離間させる指部移動手段と、
前記掌部を前記対象物に接近あるいは離間させる掌部移動手段と、
前記複数の指部が前記対象物を把持したときの前記複数の指部の間隔である指部間隔を
検出する指部間隔検出手段と、
前記掌部が前記対象物に当接したときの前記掌部の位置である掌部位置を検出する掌部
位置検出手段と、
前記指部間隔と前記掌部位置とに基づいて、前記対象物の良否を判定する良否判定手段
と
を備えることを特徴とする。
対象物に指部および掌部を当接させ、その時の指部間隔や掌部位置を検出する。そして、
検出した指部間隔および掌部位置に基づいて、対象物の良否(正しい対象物であるか否か
)を判定する。
対象物を把持する時の指部間隔および掌部位置と異なっていれば、その対象物は正しい対
象物ではないと判断することができる。従って、このようにすれば、把持しようとする対
象物に指部および掌部を当接させた段階で、その対象物の良否を迅速に且つ簡単に判定す
ることが可能となる。
部を、その掌部が当接する対象物の形状に合わせて傾斜可能に設けておく。そして、掌部
が対象物に当接した時の掌部の傾斜角度を検出し、傾斜角度にも基づいて対象物の良否を
判定する。
の良否を判定することができるので、判定精度を向上させることが可能となる。
部および掌部が対象物から受ける反力によってロボットハンドに加わる把持荷重を検出す
る。そして、検出した把持荷重にも基づいて対象物の良否を判定する。
ときの把持荷重と異なっていれば、その対象物は正しい対象物ではないと判断することが
できる。従って、対象物を把持したときの把持荷重にも基づいて対象物の良否を判定すれ
ば、判定精度をより高めることが可能となる。尚、把持荷重としては、重力方向やこれに
直交する方向の荷重だけでなく、ロボットハンドを回転させるような偶力を検出してもよ
い。把持荷重として偶力を検出すれば、把持した対象物の重心位置の違いにも基づいて対
象物の良否を判定することができるので、判定精度をより一層向上させることが可能とな
る。
に判定することができるので、不適切な対象物を把持して搬送し、あるいは組み付けるこ
とを回避することができる。このため、ロボットに搭載するロボットハンドとして特に優
れている。
例を説明する。
A.本実施例のロボットハンドの構造:
B.対象物の判定処理:
C.適用例:
図1は、本実施例のロボットハンド100の大まかな構造を示す説明図である。図1(
a)に示されるように、本実施例のロボットハンド100には、向かい合わせに設けられ
た複数の指部20や、複数の指部20の間に設けられた掌部30などが設けられている。
指部20は、基台10から立設しており、それぞれの指部20には根元の部分からラック
22が延設されている。そしてラック22は、基台10の内部に設けられた図示しないピ
ニオンギアと、ピニオンギアを駆動するモーター24とともにラックピニオン機構を構成
している。従って、モーター24を駆動すると、ラックピニオン機構によって、向かい合
う指部20の間隔が、互いに接近あるいは離間する方向に移動する。尚、本実施例におい
ては、ラックピニオン機構を構成するラック22、モーター24、およびモーター24が
、本発明における「指部移動手段」に対応する。
支持部材32の先端に取り付けられている。基台10の内部にはアクチュエーター34が
搭載されており、アクチュエーター34を駆動して支持部材32を基台10から突出させ
たり、基台10の側に引き込んだりすることで、支持部材32の先端に設けられた掌部3
0を基台10から遠ざけたり基台10に近付けたりすることが可能である。また、掌部3
0は、支持部材32の先端に軸支されており、通常の状態では、基台10に対してほぼ平
行(従って支持部材32に対してはほぼ垂直)な状態となっているが、外力を受けること
によって基台10に対して傾斜した状態に回転する。そして、このときの掌部30の傾斜
角度は、掌部30に設けられたロータリーエンコーダー36によって検出可能となってい
る。尚、本実施例においては、アクチュエーター34が本発明における「掌部移動手段」
に対応し、ロータリーエンコーダー36が本発明における「傾斜角度検出手段」に対応す
る。
指部20の間隔を近付け、更にアクチュエーター34を駆動して掌部30を移動させるこ
とによって、対象物Tを把持することができる。図1(b)には、本実施例のロボットハ
ンド100が対象物Tを把持するために、指部20および掌部30を対象物Tに当接させ
た状態が例示されている。モーター24やアクチュエーター34の駆動は制御部50によ
って制御されており、制御部50はモーター24の駆動量から指部20の間隔(指部間隔
)を、アクチュエーター34の駆動量から掌部30の位置(掌部位置)を検出することが
可能である。また、ロータリーエンコーダー36の出力は制御部50に入力されており、
制御部50は、掌部30の傾斜角度も検出することができる。更に、基台10はロードセ
ル12を介してアーム14に取り付けられており、ロードセル12の出力も制御部50に
入力されている。このため、制御部50は、対象物Tを把持する際に指部20や掌部30
が反力を受けることによって、ロボットハンド100が受ける荷重(把持荷重)も検出す
ることができる。尚、本実施例においては、モーター24の駆動量に基づいて指部間隔を
検出し、アクチュエーター34の駆動量に基づいて掌部位置を検出していることから、制
御部50が本発明における「指部間隔検出手段」および「掌部位置検出手段」に対応する
。また、ロードセル12が本発明における「把持荷重検出手段」に対応する。
よび掌部30を対象物Tに当接させたときの指部間隔や、掌部位置、更には掌部の傾斜角
度に基づいて、対象物Tが正しい対象物Tであるか否かを判定することができる。また、
対象物Tを持ち上げたときの把持荷重に基づいて、把持した対象物Tが正しい対象物Tで
あるか否かを判定することができる。このため、誤った部品(対象物T)を搬送したり、
誤った部品(対象物T)を組み付けたりするといった事態を回避することが可能である。
以下、本実施例のロボットハンド100が、対象物Tが正しい対象物Tであるか否か(対
象物Tの良否)を判定する処理について説明する。
図2は、本実施例のロボットハンド100が対象物Tの良否を判定するために行う対象
物判定処理のフローチャートである。この処理は、ロボットハンド100の制御部50に
よって実行される処理である。
0を対象物Tに当接させる動作(いわゆる把持動作)を行う(ステップS100)。図1
を用いて前述したように、制御部50はモーター24を駆動することによって指部20を
移動させ、アクチュエーター34を駆動することによって掌部30を移動させて、指部2
0および掌部30を対象物Tに当接させることができる。尚、この把持動作は周知な動作
であるため、ここでは説明は省略する。
る(ステップS102)。前述したように、制御部50はモーター24を制御しており、
モーター24の駆動量から指部間隔を検出することができる。もちろん、指部20(ある
いはラック22)にリニアエンコーダーを取り付けておき、リニアエンコーダーの出力か
ら指部間隔を検出するようにしてもよい。
わち、正しい対象物Tを把持しているのであれば、指部間隔は、その対象物Tに応じた値
を取る筈である。そこで、取得した指部間隔が、対象物Tに応じて想定される値と一致す
るか否かを判断する。想定される値は、把持する対象物Tが一種類の場合は、予め制御部
50に設定しておくことができる。また、複数種類の対象物Tが存在し、対象物Tを把持
する順番が分かっている場合は、把持する順番に合わせて制御部50に予め設定しておく
ことができる。更には、把持する順番が分かっていない場合は、次のようにしても良い。
たとえば、対象物TにICチップを埋め込むなどの方法によって、対象物Tの種類を特定
可能としておく。そして、制御部50には、対象物Tの種類毎に対応付けて、想定される
値を予め記憶しておく。そして、ICチップなどの出力から対象物Tの種類を特定し、そ
の対象物Tに対して記憶されている値を読み出すようにしても良い。あるいは、対象物T
に応じて想定される値を、対象物Tに埋め込んだICチップに記憶しておき、対象物Tを
把持したときの指部間隔を、ICチップから読み出した値と比較しても良い。
致しない場合は、取得した指部間隔は適切ではないと判断する(ステップS104:no
)。そしてこの場合は、把持する対象物Tは正しい対象物Tではないと判定して(ステッ
プS120)、対象物判定処理を終了する。尚、対象物Tに応じて想定される値は、ある
程度の幅を持った値とすることができる。
合は(ステップS104:yes)、今度は、掌部30の位置(掌部位置)を取得する(
ステップS106)。制御部50は、掌部30を移動させるアクチュエーター34を制御
していることから、アクチュエーター34の駆動量から掌部位置を検出することができる
。もちろん、掌部30(あるいは支持部材32)にリニアエンコーダーを取り付けておき
、リニアエンコーダーの出力から掌部位置を検出するようにしてもよい。尚、本実施例に
おける「掌部位置」とは、掌部30が支持部材32に軸支される回転軸の中心から基台1
0までの距離を表すものとする。
わち、正しい対象物Tを把持しているのであれば、掌部位置は、その対象物Tに応じて想
定される値と一致する筈である。そこで、取得した掌部位置が、対象物Tに応じて想定さ
れる値と一致するか否かを判断して、一致しない場合は、取得した掌部位置は適切ではな
いと判断する(ステップS108:no)。そしてこの場合は、把持する対象物Tは正し
くないと判定して(ステップS120)、対象物判定処理を終了する。尚、指部間隔の場
合と同様に、掌部位置についても、対象物Tに応じて想定される値は制御部50に予め設
定しておくことができる。あるいは、対象物Tに埋め込んだICチップに予め記憶してお
くことができる。また、対象物Tに応じて想定される値は、ある程度の幅を持った値とす
ることができる。
テップS108:yes)、掌部30の傾斜角度を取得する(ステップS110)。制御
部50は、掌部30に設けられたロータリーエンコーダー36の出力から、掌部30の傾
斜角度を検出することができる。そして、取得した傾斜角度が適切な否か、すなわち、対
象物Tに応じて想定される値と一致するか否かを判断する(ステップS112)。尚、傾
斜角度についても、対象物Tに応じて想定される値は制御部50に予め設定しておくこと
ができる。あるいは、対象物Tに埋め込んだICチップに予め記憶しておくことができる
。また、対象物Tに応じて想定される値は、ある程度の幅を持った値とすることができる
。
る値と一致していない場合は、傾斜角度が適切でないと判断し(ステップS112:no
)、そしてこの場合は、把持する対象物Tは正しくないと判定して(ステップS120)
、対象物判定処理を終了する。
場合は(ステップS112:yes)、対象物Tを把持したとき(対象物Tを持ち上げた
とき)の把持荷重を取得する(ステップS114)。図1を用いて前述したように、指部
20や掌部30は基台10に取り付けられており、基台10はロードセル12を介してア
ーム14に取り付けられている。従って、ロードセル12の出力から、対象物Tを把持す
ることによってロボットハンド100が受ける把持荷重を検出することができる。そして
、検出した把持荷重が適切な否かを判断する(ステップS116)。尚、ロードセル12
は三軸方向の荷重と、その三軸回りの回転偶力とを検出可能であるが、ここでは、重力方
向の荷重が、対象物Tの重量に相当する荷重と一致するか否かを判断する。尚、対象物T
の重量についても制御部50に予め設定しておくことができる。あるいは、対象物Tに埋
め込んだICチップに予め記憶しておくことができる。また、対象物Tの重量は、ある程
度の幅を持った値とすることができる。
いと判断し(ステップS116:no)、そしてこの場合は、把持した対象物Tは正しく
ないと判定して(ステップS120)、対象物判定処理を終了する。これに対して、把持
荷重が対象物Tの重量と一致していた場合は、把持荷重は適切であると判断して(ステッ
プS116:yes)、把持した対象物Tは正しいと判定した後(ステップS118)、
対象物判定処理を終了する。
明図である。図3(a)には、正しい対象物Toを把持する様子が示されている。正しい
対象物Toを把持する場合は、指部間隔はWoとなり、掌部位置はHoとなり、掌部30
の傾斜角度はθoとなって想定される値と一致する。従って、対象物Tを把持するために
、指部20および掌部30を対象物Tに当接させた段階で、その対象物Tが正しい対象物
Toであるとの一応の判断を行うことができる。更に、対象物Toを持ち上げた時にロー
ドセル12にかかる把持荷重を確認することによって、正しい対象物Toであることを確
認することができる。
aを把持する場合、指部間隔はWoとなるものの、掌部位置はHaとなって正しい対象物
Tを把持した場合と一致しない。また、掌部30の傾斜角度もθaとなって、正しい対象
物Tを把持した場合と一致しない。このため、対象物Taを把持するために、指部20お
よび掌部30を対象物Tに当接させた段階で、その対象物Taが正しい対象物Toではな
いと判定することができる。
0および掌部30を対象物Tに当接させた段階で、直ちにその対象物Tが正しい対象物T
oであるか否かを判定することができる。更に、対象物Tを持ち上げた段階で、対象物T
が正しい対象物Tであることを確認することができる。また、判定に要する処理も、指部
間隔や、掌部位置、掌部30の傾斜角度、更には把持荷重を検出して、対象物Toに応じ
て想定される値と一致するか否かを判断するだけなので、極めて簡単である。その結果、
把持する対象物Tが正しい対象物Toであるか否かを、簡単に且つ迅速に判定することが
可能となる。
るか否かだけでなく、正しい対象物Toが不適切な状態にある場合にも、そのことを判定
して、そのまま対象物Tが搬送されたり、他の部品に組み付けられたりすることを回避す
ることが可能である。以下、この点について説明する。
例示されている。図4(a)には、誤った向きに置かれた対象物Toを把持する様子が例
示されている。このような対象物Toを把持する場合、指部間隔および掌部位置は、それ
ぞれWoおよびHoとなって、対象物Toに対して想定される値と一致するが、掌部30
の傾斜角度はθaとなって、対象物Toに対して想定される傾斜角度θoと一致しない。
従って、このような場合は、把持する対象物Tが正しい対象物Toではないと判定される
ので、そのまま搬送されたり、あるいは間違った向きのまま他の部品に組み付けられたり
することを回避することができる。
いる。この場合は、指部間隔は対象物Toに対して想定される値と一致するが、掌部位置
や掌部30の傾斜角度はそれぞれHbおよびθbとなって、対象物Toに対して想定され
る値と一致しない。従って、この場合も、異物が付着したまま対象物Toを搬送したり、
あるいは、そのまま他の部品に組み付けたりすることを回避することができる。
方向の荷重を検出することによって、対象物Tの良否を判定するものとして説明した。し
かし、前述したようにロードセル12は三軸方向の荷重と、三軸回りの偶力とを検出可能
であることから、これらの検出結果を用いて、対象物Tの良否を判定しても良い。
原理を示した説明図である。一般に、ロボットハンド100は対象物Tの重心の位置(あ
るいは重心の真上の位置)を把持できるわけではない。直方体のような単純な形状の対象
物Tでない限り、ロボットハンド100の把持中心(対象物Tを把持する指部20と指部
20との中心位置)は、対象物Tの重心の真上には来ないことが通常である。図5では、
ロボットハンド100の把持中心を通って重力方向に延びる直線が破線によって表示され
、対象物Tの重心の位置が「G」と表示されている。
、ロードセル12では、対象物Tの重量だけでなく、把持中心と重心の位置Gとのずれ量
に応じた偶力が検出されることが通常である。図5では、対象物Tの重心の位置Gの作用
する重力が白抜きの矢印で示されており、その結果としてロードセル12に加わる荷重お
よび偶力が黒塗りの矢印で示されている。尚、図示の関係上、図5では紙面に垂直な軸回
りの偶力のみが表示されているが、紙面に平行な軸回りの偶力も検出することができる。
固有の値を取る。すなわち、正しい対象物Toを把持したのであれば、ロードセル12で
は正しい対象物Toに応じた荷重および偶力が検出される筈である。そこで、対象物To
に応じた荷重および偶力を予め設定しておき、ロードセル12で検出された荷重および偶
力が、設定された値と一致するか否かによって、把持した対象物Tの良否を判定すること
が可能となる。
上述したように、本実施例のロボットハンド100は、把持する対象物Tが正しい対象
物Toであるか否か、更には、適切な状態にあるか否かを、簡単に且つ迅速に判定するこ
とができる。このため、図5に示したように、本実施例のロボットハンド100を搭載す
れば、把持する対象物Tの良否(すなわち、対象物Tが正しいか否か、更には適切な状態
にあるか否か)を簡単に且つ迅速に判定することが可能なロボット500を実現すること
が可能となる。
実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施す
ることが可能である。
って検出することができるから、把持する対象物Tの良否を判定するに加えて、次のよう
なことも可能となる。たとえば、対象物Tを把持する際に、ロボットハンド100と対象
物Tとの相対的な位置関係がずれていると、一方の指部20だけが対象物Tに当接するこ
ととなって、ロードセル12の出力に通常とは異なる出力が現れる。そこで、このような
場合には、ロボットハンド100と対象物Tとの相対的な位置関係を調整し直した後、も
う一度、把持動作を開始することができる。
たり、置く位置に障害物があるなどの理由で、対象物Tを正しい姿勢で置くことができな
かった場合には、対象物Tが傾こうとするのでその反力がロードセル12によって検出さ
れる。そこで、このような異常な出力を検出したら、ロボットハンド100の動作を中断
して警報を出すなどすることにより、対象物Tが異常な姿勢で置かれたままにしてしまう
ことを回避することが可能となる。
20…指部、 22…ラック、 24…モーター、
30…掌部、 32…支持部材、 34…アクチュエーター、
36…ロータリーエンコーダー、 50…制御部、 100…ロボットハンド、
500…ロボット、 T…対象物
Claims (4)
- 複数の指部と、複数の前記指部の間に設けられた掌部とを用いて対象物を把持するロボ
ットハンドであって、
前記複数の指部を前記対象物に接近あるいは離間させる指部移動手段と、
前記掌部を前記対象物に接近あるいは離間させる掌部移動手段と、
前記複数の指部が前記対象物を把持したときの前記複数の指部の間隔である指部間隔を
検出する指部間隔検出手段と、
前記掌部が前記対象物に当接したときの前記掌部の位置である掌部位置を検出する掌部
位置検出手段と、
前記指部間隔と前記掌部位置とに基づいて、前記対象物の良否を判定する良否判定手段
と
を備えることを特徴とするロボットハンド。 - 請求項1に記載のロボットハンドであって、
前記掌部は、前記掌部が当接する前記対象物の形状に合わせて傾斜可能に設けられてお
り、
前記掌部が前記対象物に当接した状態での前記掌部の傾斜角度を検出する傾斜角度検出
手段を備え、
前記良否判定手段は、前記傾斜角度にも基づいて、前記対象物の良否を判定することを
特徴とするロボットハンド。 - 請求項1または請求項2に記載のロボットハンドであって、
前記指部および前記掌部が前記対象物から受ける反力によって前記ロボットハンドに加
わる把持荷重を検出する把持荷重検出手段を備え、
前記良否判定手段は、前記把持荷重にも基づいて、前記対象物の良否を判定することを
特徴とするロボットハンド。 - 請求項1ないし請求項3の何れか一項に記載のロボットハンドを有するロボット。
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