JP2013136141A - 把持装置、ロボット装置及び把持装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】繰り返しの把持動作にて出力されるセンサ値を用いて、容易に早く安定したワークの把持状態の検出を行うことが可能なロボットハンドの制御装置を提供する。
【解決手段】把持装置１００は、複数のフィンガー２，３を有するロボットハンド１と、フィンガー２に設けられ、作用した力に相当する検出信号を出力する感圧導電ゴム６とを備える。感圧導電ゴム６はカバー部材で覆われている。また把持装置１００は、複数のフィンガー２，３を開動作又は閉動作させると共に、感圧導電ゴム６からの検出信号に基づく検出値と閾値とを比較することにより、ロボットハンド１がワークを把持しているか、ワークを解放していると判別する制御部４を備える。制御部４は、閉動作を開始する時点からフィンガー２，３がワークに接触する時点までの間に感圧導電ゴム６の検出信号をサンプリングし、閾値をこのサンプリング時の検出値よりも大きい値になるように設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のフィンガーを有する把持機構を備えた把持装置、ロボット装置及び把持装置の制御方法に関する。特にフィンガーに設けた感圧導電ゴムから得られた検出信号に基づく検出値と閾値とを比較してワークの把持状態を判別する把持装置、ロボット装置及び把持装置の制御方法に関する。

従来、把持機構のフィンガーの先端においてワークに接触する接触面に、ワークが接触したことを検出する歪ゲージからなるセンサを取り付けたものが検討されている（特許文献１参照）。センサを利用した把持機構の把持制御としては、センサからの検出信号を用いてワークを把持しているか解放しているかを判別するのが一般的に行われている。具体的には、予め設定された閾値を用いて、センサにより得られた検出信号に基づく検出値が閾値よりも大きい場合はワークを把持していると判別し、検出値が閾値よりも小さい場合はワークを解放していると判別する。

一方、産業用の用途の把持機構には、フィンガーにおいてワークが接触する接触面にゴム等で形成されたカバー部材を設けて、ワークの傷つきを防止するものがある。この場合、センサはカバー部材で覆われ、センサにはワークにより作用する力がカバー部材を介して伝達されるように構成されている。このカバー部材により、ワークへの傷つきを防止しながら、センサの寿命を向上させることができる。

特開平５−３０５５０６号公報

近年、上述したセンサとして、歪ゲージに代わって、作用する力に応じて電気抵抗値が変化し、この電気抵抗値の変化により出力する検出信号が変化する感圧導電ゴムを用いることが考えられている。この場合においても、センサの寿命を向上させるためにセンサをカバー部材で覆う必要があるが、その際、センサにおいて微小な力を検出できるように、センサとカバー部材との間に空隙が形成されないようにする必要がある。つまり、構造上空隙が存在すると、ワークを把持した際、空隙を押しつぶす間はセンサに力が伝達されないため、高精度な検出が行えない。センサとカバー部材との間に空隙が形成されないようにするためには、カバー部材をセンサに押し付けた状態で固定すればよいが、そのとき、感圧導電ゴムには、圧縮弾性変形や応力緩和といった経時的に状態が変化する、クリープ現象が発生する。

図１２は、時間に対する感圧導電ゴムの出力と、時間に対する感圧導電ゴムに付与した荷重を示す関係図である。図１２には、感圧導電ゴムに重りを乗せて一定の荷重を付与した時のセンサが出力する検出信号を示している。感圧導電ゴムは金属粒子等の導体を含有するゴム部材であり、加重に対して電気抵抗値が変化する性質を有している。この感圧導電ゴムを使用して力を検出するセンサでは、図１２に示すように、圧縮弾性変形や応力緩和による歪が長時間続くため、感圧導電ゴムからなるセンサの出力が増加する変動が生じ続ける、クリープ現象が発生する。したがって、カバー部材で感圧導電ゴムを覆った場合、感圧導電ゴムにはカバー部材による荷重が作用するので、クリープ現象により感圧導電ゴムの出力は経時的に変動する。

図１３は、一定の荷重に対して感圧導電ゴムの出力が変動した場合における把持装置の動作を示すシーケンス図である。図１３に示すように、感圧導電ゴムを備えたセンサでは、センサ出力Ｓ３から把持状態を判別するために、一定の閾値を設定している。センサのコントローラは、センサ出力Ｓ３が閾値を超えたもしくは下回ったとことを検知タイミングＴ３で検知し、ワークの有無判断Ｊ３を行う。このとき、感圧導電ゴムにおけるクリープ現象（＝加圧時間の経過に伴って生じるゴムの歪の増大。）により、把持機構がワークを解放していても、検出値が閾値を超えてしまい、ワークを把持していると誤検知することがあった。

この誤検知を回避するために、予め誤検知が生じない程度に大きい値に閾値を設定しておくことも考えられるが、閾値を大きく設定した分、把持機構がワークを把持したと判別するタイミングが遅くなることがある。

そこで、本発明は、センサとして感圧導電ゴムを用い、感圧導電ゴムにクリープ現象が生じても、安定してワークの把持状態を判別することができる把持装置、ロボット装置及び把持装置の制御方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決する本発明の把持装置は、複数のフィンガーを有する把持機構と、前記複数のフィンガーのうち少なくとも１つのフィンガーに設けられ、作用した力に対応した検出信号を出力する感圧導電ゴムと、前記感圧導電ゴムを覆うカバー部材と、前記複数のフィンガーを開動作又は閉動作させると共に、前記検出信号に基づく検出値が閾値よりも大きい場合には前記把持機構がワークを把持していると判別し、前記検出値が前記閾値よりも小さい場合には前記把持機構がワークを解放していると判別する制御部と、を備え、前記制御部は、前記閉動作によって前記フィンガーがワークに接触する時点に先立って前記感圧導電ゴムの検出信号のサンプリングを行い、前記閾値をこのサンプリング時の検出値よりも大きい値になるように設定する、ことを特徴とする。

本発明によれば、感圧導電ゴムのクリープ現象により検出信号が変動するのに対応して閾値が設定されるので、制御部は、把持機構がワークを把持しているか解放しているかを、安定して判別することができる。

本発明の第１実施形態に係る把持装置の概略構成を示す説明図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態に係る把持装置のシステム構成を示すブロック図であり、（ｂ）は制御部における検出回路の構成を示す回路図である。 本発明の第１実施形態に係るコントローラによる閾値設定動作を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る把持装置の把持動作／把持解放動作を示すシーケンス図である。 本発明の第２実施形態に係る制御部のコントローラによる閾値設定動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る把持装置の把持動作／把持解放動作を示すシーケンス図である。 本発明の第３実施形態に係るロボット装置の構成を示す概略図である。 本発明の第３実施形態に係るロボット装置のシステム構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係るロボットアームの動作シーケンスを示す図である。 本発明の第４実施形態に係るロボットアームの動作シーケンスを示す図である。 本発明の第５実施形態に係るロボット装置の構成を示す概略図である。 時間に対する感圧導電ゴムの出力と、時間に対する感圧導電ゴムに付与した荷重を示す関係図である。 一定の荷重に対して感圧導電ゴムの出力が変動した場合における把持装置の動作を示すシーケンス図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る把持装置の概略構成を示す説明図である。図１に示すように、把持装置１００は、把持機構としてのロボットハンド１と、ロボットハンドを制御する制御部４と、を備えている。ロボットハンド１は、基体１Ａと、基体１Ａに設けられた複数（本第１実施形態では、２つ）のフィンガー２，３と、を有している。制御部４は、これらフィンガー２，３に閉動作させることで、ワークＷを把持することができ、フィンガー２，３に開動作させることで、ワークＷの把持を解放することができる。ここで、ロボットハンド１、即ちフィンガー２，３がワークＷを把持するとは、ワークＷがフィンガー２，３から落下しない圧力でフィンガー２，３がワークＷをつかんでいる状態をいう。

本第１実施形態では、ロボットハンド１は、第１のフィンガー２及び第２のフィンガー３からなる２つのフィンガーを駆動する不図示のモーター及び減速機を有している。モーターは、電圧や電流、周波数やデューティ比等が調整されて、減速機を介して各フィンガー２，３を駆動する。これにより、フィンガー２，３が互いに近接又は離間するよう基体１Ａに対して移動する。フィンガー２，３同士を近接させることで、ワークＷを把持し、フィンガー２，３同士を離間させることで、ワークＷの把持を解放する。このように、第１及び第２のフィンガー２，３の動作は制御部４により制御される。

把持装置１００は、２つのフィンガー２，３のうち、少なくとも１つのフィンガー、本第１実施形態では第１のフィンガー２に設けられた感圧導電ゴム（センサ）６を備えている。この感圧導電ゴム６は、金属粒子を含有するゴム部材からなり、感圧導電ゴム６に作用する力に応じて電気抵抗値が変化する。具体的には、感圧導電ゴム６に作用する力が増加するに従って電気抵抗値が低下する。この感圧導電ゴム６は、フィンガー２における先端、つまり、フィンガー２においてワークＷを把持する際にワークＷが接触する接触面２ａに設けられている。

把持装置１００は、各フィンガー２，３の接触面２ａ，３ａに設けられたカバー部材５Ａ，５Ｂを備えている。各カバー部材５Ａ，５Ｂは、ゴムやウレタン等の弾性部材で形成されており、ワークＷを把持する際に、フィンガー２，３が直接ワークＷに接触するのを回避するものである。

カバー部材５Ａは、感圧導電ゴム６を覆うように設けられている。これにより、感圧導電ゴム６には、ワークＷを把持した際に作用する力が、カバー部材５Ａを介して伝達される。感圧導電ゴム６は、力が作用することにより電気抵抗値が変化し、電気抵抗値の変化により出力（検出信号）が変化する。つまり、感圧導電ゴム６は、作用した力に対応した検出信号を出力する。感圧導電ゴム６の出力は制御部４に取り込まれる。制御部４は、取り込んだ感圧導電ゴム６の出力を利用して把持制御を行う。

図１では、第１のフィンガー２と第２のフィンガー３との間にワークＷを置いたことを想定しており、２つのフィンガー２，３により、ワークＷの外側から把持が行われる。なお、特に図示しないが、ワークＷが中空の場合は、フィンガー２，３をワークの中空部に差し込み外側へ向かってフィンガーの背でワークを把持するようにしてもよい。この場合でも、感圧導電ゴム６は把持したワークＷを検出できる位置に配設することは同様である。

図２（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る把持装置１００のシステム構成を示すブロック図であり、図２（ｂ）は、制御部４における検出回路の構成を示す回路図である。制御部４は、第１のフィンガー駆動用の第１の駆動回路７、第２のフィンガー駆動用の第２の駆動回路８、感圧導電ゴム６の出力（検出信号）を検出する検出回路９、駆動回路７，８を制御するハンドコントローラ１０、各種データ等を記憶する記憶装置２０からなる。

ハンドコントローラ１０は、制御信号を駆動回路７，８に出力し、制御信号の入力を受けた駆動回路７，８は、フィンガー２，３に駆動信号を出力して、フィンガー２，３を開閉動作させる。つまり、ハンドコントローラ１０は、駆動回路７，８を動作させることにより、フィンガー２，３を動作させる。

検出回路９は、検出信号に基づく検出値を出力するものである。具体的に説明すると、検出回路９は、図２（ｂ）に示すように、感圧導電ゴム６に直列に接続された抵抗器１２と、これら感圧導電ゴム６及び抵抗器１２で形成された回路に電圧を印加する直流電源１１とを有している。この直流電源１１は、感圧導電ゴム６に一定の電圧を印加して感圧導電ゴム６に電流を流すためのものであり、この電流を抵抗器１２に流すことで、抵抗器１２に電流に比例する電圧を生じさせる。また、検出回路９は、抵抗器１２の両端の電位差を検出し、検出した電圧値を検出値として出力する電圧検出部１３を有している。

つまり、感圧導電ゴム６は、作用する力に応じて電気抵抗値が変化し、これにより感圧導電ゴム６を流れる電流が変化する。この検出信号を示す電流が抵抗器１２を流れることで、電流に比例する電圧が抵抗器１２の端子間に発生し、この電圧の電圧値を検出値として電圧検出部１３が検出する。この電圧検出部１３にて検出された検出値としての電圧値は、ハンドコントローラ１０へ伝達される。この電圧値は、感圧導電ゴム６に作用している力に対応している。つまり、感圧導電ゴム６に作用している力が大きくなるほど、検出値としての電圧値が高くなる。

ハンドコントローラ１０は、電圧値（検出値）を示す信号を検出回路９より取り込みながら、駆動回路７，８を制御して把持動作を行う。具体的にはハンドコントローラ１０は、マイクロコンピュータやＤＳＰ等を備えており、電圧値（検出値）を示す信号をＡ／Ｄコンバータにてデジタル変換を行い、取り込むことを可能とする。取り込んだ電圧値（検出値）は、不図示のＲＡＭやフラッシュメモリ等に保存することが可能である。

記憶装置２０には、プログラムが記憶されており、ハンドコントローラ１０は記憶装置２０に記憶されたプログラムに従って動作する。

ハンドコントローラ１０は、取り込んだ検出値が閾値よりも大きい場合には、ロボットハンド１がワークＷを把持していると判別し、検出値が閾値よりも小さい場合には、ロボットハンド１がワークＷを解放していると判別する。なお、検出値が閾値と同じ場合は、ワークＷを把持していると判別してもよいし、ワークＷを解放していると判別してもよい。そして、ハンドコントローラ１０は、判別結果を用いて第１，第２のフィンガー２，３に所望の動作を行わせることで、ワークＷを確実に把持、解放することが可能となる。

なお、特に図示しないが上位のコントローラを準備すればモーターやセンサ制御を行うコントローラが同一である必要はない。モーター及びセンサ制御用に各々独立したコントローラを有して、シリアルやＣＡＮ通信等の一般的な情報伝達手段にて上位のコントローラに接続して制御しても良い。このような構成であれば、把持装置が大型化した場合でも各コントローラに対して上位のコントローラが動作を制御する。上位のコントローラを準備することで各コントローラを分散することが可能となる。

ところで、仮にカバー部材５Ａと感圧導電ゴム６との間に空隙があると、空隙が押しつぶされている間は出力（検出信号）がほとんど変化せず、微小な力を検出するのが困難となる。そのため、本第１実施形態では、空隙が生じないようカバー部材５Ａが感圧導電ゴム６に圧接した状態でフィンガー２に固定されている。このように、感圧導電ゴム６にカバー部材５Ａが押し付けられているので、感圧導電ゴム６には、クリープ現象が発生し、感圧導電ゴム６の出力（検出信号）が変動する。これは、圧縮弾性変形や応力緩和といったゴム特有の経時的な状態変化に起因している。よって、クリープ現象による感圧導電ゴム６の出力変動の影響を極力抑えることが重要となる。

図３は、プログラムに従って動作するハンドコントローラ１０による閾値設定動作を示すフローチャートである。図４は、把持装置１００の把持動作／把持解放動作を示すシーケンス図である。この図４における横軸は時間の経過を示しており、各部の動作を示している。

ハンドコントローラ１０は、プログラムに従って、図４に示すように、フィンガー２，３を開閉する開閉動作Ｍ１を示す制御信号を、各駆動回路７，８に出力し、フィンガー２，３に開閉動作を行わせる。なお、図４中、開閉動作Ｍ１における高さは、開閉動作の速度を示しており、高さが高いほど速い動作であり、開動作は正の方向（上方向）、閉動作は負の方向（下方向）で示している。そして、ハンドコントローラ１０は、センサである感圧導電ゴム６からの出力Ｓ１（検出信号）に基づく検出値が閾値となる検知タイミングＴ１を検知し、これによりワークＷの有無判断Ｊ１を行う。

本第１実施形態では、ハンドコントローラ１０は、フィンガー２，３の閉動作を行う度に、閾値の設定を変更するようにしている。図３に示すように、まず、制御部４のハンドコントローラ１０は、フィンガー２，３が閉動作を開始するように各駆動回路７，８に制御信号を出力し、駆動回路７，８によりフィンガー２，３に閉動作を開始させる（Ｓ１１）。次にハンドコントローラ１０は、フィンガー２，３が閉動作を開始する時点からフィンガー２，３がワークＷに接触する時点までの間に検出信号のサンプリングを実行する。このときハンドコントローラ１０は、検出回路９にて感圧導電ゴム６の検出信号をサンプリングしたときに検出された検出値（電圧値）を検出回路９から入力する（Ｓ１２）。

次にハンドコントローラ１０は、このサンプリング時に得られた検出値を、図４に示すように、基準値とし、この基準値に予め設定された所定値を加算した結果を閾値として設定する（Ｓ１３）。ここで、所定値は予め記憶装置２０に記憶された正の値であり、ハンドコントローラ１０は記憶装置２０から所定値のデータを読み出し、基準値に加算して閾値を設定する。これにより、閾値は、検出値（基準値）よりも大きい値に設定される。つまり、制御部４は、閉動作によってフィンガー２，３がワークＷに接触する時点に先立って感圧導電ゴム６の検出信号のサンプリングを行い、閾値をこのサンプリング時の検出値よりも大きい値になるように設定する。

本第１実施形態では、ハンドコントローラ１０が開動作を行わせる制御信号を駆動回路７，８に出力した時点又は直後、つまりフィンガー２，３の閉動作を開始した時点又は直後に検出値を基準値として取り込み、閾値を求めている。ここで、閉動作を行わせた直後とは、フィンガー２，３の閉動作を開始した時点から予め定めた所定時間経過した時点を示す。この所定時間は、フィンガー２，３の閉動作を開始した時点とフィンガー２，３がワークＷに接触するまでの時点との間の時間を実験等で求めておき、この実験結果よりも短い時間に設定される。このように、サンプリングは、フィンガー２，３の閉動作の開始以降でかつワークＷに接触する時点以前に行われる。

以上、本第１実施形態によれば、感圧導電ゴム６のクリープ現象により検出信号が変動するのに対応して閾値が設定されるので、制御部４は、ロボットハンド１がワークＷを把持しているか解放しているかを、安定して判別することができる。

また、閾値を設定する演算処理は、フィンガー２，３のメカ動作と比較して速いので、フィンガー２，３がワークＷを把持する前であれば、閉動作を示す制御信号送信後であっても、閾値を求めることができる。つまり、フィンガー２，３が閉動作を開始する時点からフィンガー２，３にワークＷが接触する時点までの間に検出値をサンプリングすればよい。特に、フィンガー２，３に閉動作を開始させた時点又は直後に検出値をサンプリングすれば、より安定してフィンガー２，３がワークＷを把持する前に閾値を設定することができる。これにより、実際にフィンガー２，３がワークＷを把持するのに先立って閾値が設定される。基準値となる検出値をサンプリングするタイミングは、フィンガー２，３がワークＷを把持するタイミングに近くなるため、より正確にワークＷの把持又は解放を判別することができる。

なお、閾値として基準値に加算する値は一定でも良いし、ワークＷの形状や設定把持力により各々基準値に加算する値を変えても良い。基準値に加算する値を一定とすれば、例えば異なるワークＷが存在しても把持設定が容易となる。基準値に加算する値をワークＷにより各々設定すれば、最適なワークＷの把持制御が行えて例えばロボットハンド１を用いた工程でのタクト短縮等全体最適化が行える。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る把持装置の動作について説明する。なお、本第２実施形態に係る把持装置の構成は、図１及び図２を用いて説明した上記第１実施形態の把持装置と同様であり、詳細な説明は省略する。

図５は、制御部４のハンドコントローラ１０による閾値設定動作を示すフローチャートである。図６は、把持装置１００の把持動作／把持解放動作を示すシーケンス図である。この図６における横軸は時間の経過を示しており、各部の動作を示している。

ロボットハンド１により把持されるワークＷには、壊れやすいものもある。ワークＷが壊れやすいものであった場合、ワークＷを壊さないよう微小な力を加減して把持するために把持速度、つまりフィンガー２，３の閉動作の速度（閉速度）を所定速度よりも小さくすることがある。把持速度を小さくすることで時間に対する移動距離が小さくなるため、応答遅れによるフィンガー２，３の位置ずれを防止できる。すなわち微小な力を加減することが可能となる。把持速度を小さくする方法としては、例えば電圧制御であれば制御電圧を低くする等、一般的なモーター制御方法で良い。

ハンドコントローラ１０は、図６に示すように、フィンガー２，３を開閉する開閉動作Ｍ２を示す制御信号を、各駆動回路７，８に出力し、フィンガー２，３に開閉動作を行わせる。なお、図６中、開閉動作Ｍ２における高さは、開閉動作の速度を示しており、高さが高いほど速い動作であり、開動作は正の方向（上方向）、閉動作は負の方向（下方向）で示している。そして、ハンドコントローラ１０は、センサである感圧導電ゴム６からの出力Ｓ２（検出信号）に基づく検出値が閾値となる検知タイミングＴ２を検知し、これによりワークＷの有無判断Ｊ２を行う。

本第２実施形態では、ハンドコントローラ１０は、フィンガー２，３の閉動作を行う度に、閾値の設定を変更するようにしている。図５に示すように、まず、制御部４のハンドコントローラ１０は、フィンガー２，３が閉動作を開始するように各駆動回路７，８に制御信号を出力し、駆動回路７，８によりフィンガー２，３に閉動作を開始させる（Ｓ２１）。次にハンドコントローラ１０は、フィンガー２，３が閉動作を開始する時点からフィンガー２，３がワークＷに接触する時点までの間に検出信号のサンプリングを実行する。このときハンドコントローラ１０は、検出回路９にて感圧導電ゴム６の検出信号をサンプリングしたときに検出された検出値（電圧値）を検出回路９から入力する（Ｓ２２）。

次にハンドコントローラ１０は、このサンプリング時に得られた検出値を、図６に示すように、基準値とし、この基準値に予め設定された所定値を加算した結果を閾値として設定する（Ｓ２３）。ここで、所定値は予め記憶装置２０に記憶された正の値であり、ハンドコントローラ１０は記憶装置２０から所定値のデータを読み出し、基準値に加算して閾値を設定する。これにより、閾値は、検出値（基準値）よりも大きい値に設定される。

次に、ハンドコントローラ１０は、フィンガー２，３の閉速度が予め設定された所定速度よりも小さいか否かを判断する（Ｓ２４）。ハンドコントローラ１０は、フィンガー２，３の閉速度が所定速度よりも大きいと判断した場合は（Ｓ２４：Ｎｏ）、閾値を補正しない。

ハンドコントローラ１０は、ステップＳ２４においてフィンガー２，３の閉速度が所定速度よりも小さいと判断した場合は（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、閉速度が所定速度より大きい場合よりも大きくなるように閾値を補正する（Ｓ２５）。

フィンガー２，３の閉動作の開始時点又は開始直後に取り込んだ検出値を基準値として閾値を設定した場合、実際にワークＷがフィンガー２，３に接触してから所定の圧力で把持が完了するまでの時間は、閉速度が小さくなるにしたがって長くなる。閾値を設定した時点からワークＷがフィンガー２，３に接触してから把持が完了するまでの時間が長くなると、ゴム特有の経時的な状態変化の影響が大きくなる。そこで、本第２実施形態では、ハンドコントローラ１０は、ステップＳ２５において、正の値の補正値を加算することで、閾値を補正する。補正値は、把持速度（閉速度）が小さくなるに連れて大きくなる値に設定される。

ここで、実際の工程ではロボットハンド１を用いて把持をさせる場合、予めワークＷの材質や形状は既知であるため、ワークＷをどのように把持をさせるか事前に決定する。その情報を基にティーチングペンダント等を用いてロボットに教示を行う。壊れやすいワークＷでは、事前の情報を基にフィンガー２，３の閉速度を所定速度よりも小さくして把持を行うように設定される。フィンガー２，３の閉速度は既知である（つまり、記憶装置２０に記憶されている）。ハンドコントローラ１０は、検出値をサンプリングした時点でフィンガー２とワークＷとの距離を求め、求めた距離からフィンガー２がワークＷに接触する時間を求め、求めた時間に対してどの程度補正が必要か、必要な補正値を求める。

補正値は、フィンガー２に組み込んだ感圧導電ゴム６にカバー部材５Ａで与圧をかけた構造にて、検出値をサンプリングした時点からカウントしてフィンガー２がワークに接触するまでの接触時間との相関性を事前検討により補正テーブルとして求めておく。接触時間と補正値とを対応付けた補正テーブルは、記憶装置２０に予め記憶させておく。そして、ハンドコントローラ１０は、ステップＳ２５において、検出値をサンプリングした時点からカウントしてフィンガー２がワークに接触するまでの時間を求め、求めた時間に対応する補正値を、補正テーブルを参照して求めて、閾値の補正を行う。

このように、フィンガー２がワークＷに接触するまでにかかると予想される時間変化分を加味して、閾値の補正を行うことで、より正確な把持判別を行うことができる。

以上、本第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果を奏すると共に、ワークＷの壊れやすさに応じて把持速度を変更しても、閾値が補正されるので、より正確に把持／把持解放を判別することができる。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

上記実施形態では、制御部の検出回路が、直流電源により感圧導電ゴムに電圧を印加して、感圧導電ゴムから得られる検出信号としての電流から、電流に比例する抵抗器の端子間電圧の電圧値を検出値として検出する場合について説明したがこれに限るものではない。検出信号としての電流から検出値として電流値を検出する構成であってもよい。

また、上記実施形態では、制御部において、検出回路と、コントローラとが別部品となっている場合について説明したが、コントローラが検出回路の一部又は全部を含んでいる場合であってもよい。また、Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータがコントローラに含まれる場合について説明したが、コントローラとは別体にＡ／Ｄコンバータがあってもよく、このＡ／Ｄコンバータが検出回路に含まれていてもよい。

また、上記実施形態では、ロボットハンドが２つのフィンガーを有する場合について説明したが、ロボットハンドが３つ以上のフィンガーを有する場合であってもよい。

また、感圧導電ゴムが１つのフィンガーに設けられた場合について説明したが、感圧導電ゴムが２つ以上のフィンガーに設けられていてもよい。また、フィンガーが無関節のフィンガーである場合について説明したが、関節を有するフィンガーであってもよい。

また、上記実施形態では、記憶装置がコントローラとは別体である場合について説明したが、記憶装置がコントローラに内蔵されていてもよい。

［第３実施形態］
図７は本発明の第３実施形態に係るロボット装置の構成を示す概略図である。ロボット装置５０は、ロボットアーム３０と、ロボットアーム３０を制御する制御部４０と、ロボットアーム３０に設けられた感圧導電ゴムであるセンサ６と、センサ６を覆うカバー部材としての弾性部材２２とを備えている。ロボットアーム３０は、第１〜第３の駆動軸３１，３２，３３と、を備えている。ロボットアーム３０は、ワークＷが載置されるワーク作業台２３に設けられている。ロボットアーム３０にはアームコントローラ２４が接続されている。

本第３実施形態ではロボットアーム３０は、多軸（３軸）で構成されており、ロボットアーム３０上にセンサ６が配設されている。図７は、ロボットアーム３０の先端にセンサ６を実装してワークＷを上方から固定することを説明した図である。本第３実施形態では、ロボットアーム３０の先端にセンサ６を設け、センサ６を弾性部材２２で覆って構成されている。ロボットアーム３０は、アームコントローラ２４により制御され、ワークＷに対する接触検知を行う。ワークＷをロボットアーム３０に圧迫することで、ワークＷを固定したり、触診動作を行ったりすること等ができる。

図８は、本発明の第３実施形態に係るロボット装置のシステム構成を示すブロック図である。ロボットアーム３０は、３軸で構成されており、第１〜第３のモーター４１，４２，４３駆動回路５１，５２，５３を備えている。制御部４０は、検出回路９と、アームコントローラ２４とを有する。

ロボットアーム３０には、ワークＷの検出が行える位置にセンサ６が配設されており、センサ６の出力は、検出回路９を介してアームコントローラ２４に取り込まれる。アームコントローラ２４は、取り込んだセンサ６の出力を利用してロボットアーム３０の制御を行う。具体的には、アームコントローラ２４は、検出回路９を介してセンサ６から取り込んだ検出結果に基づき、ロボットアーム３０の第１〜第３駆動回路５１〜５３を制御する。

駆動回路５１〜５３はアームコントローラ２４からの制御信号により動作する。制御された駆動回路５１〜５３から駆動信号がモーター４１〜４３に伝達されて、ロボットアーム３０の駆動軸３１〜３３が動作する。モーター４１〜４３は、減速機を含んだ一般的な組み合わせにて構成され、駆動軸３１〜３３を駆動する。駆動方法は、電圧や電流、周波数やデューティ比等を調整するなどの一般的なものである。

制御部４０は、ロボットアーム３０をワークＷに接触させる接触動作と、ロボットアーム３０をワークＷから離間させてワークＷを解放する離間動作とを行わせるように制御する。制御部４０は、この動作中に、センサ６の検出信号に基づく検出値が閾値よりも大きい場合にはロボットアーム３０がワークＷに接触していると判別する。また、制御部４０は、検出値が閾値よりも小さい場合にはロボットアーム３０がワークＷに非接触であると判別する。

そして、制御部４０は、ロボットアーム３０の接触動作によってロボットアーム３０がワークＷに接触する時点に先立ってセンサ６の検出信号のサンプリングを行い、閾値をこのサンプリング時の検出値よりも大きい値になるように設定する。

制御部４０は、このサンプリングを、ロボットアーム３０の接触動作の開始以降でかつワークＷに接触する時点以前に行う。具体的に説明すると、制御部４０は、このサンプリングを、接触動作を開始した時点又は接触動作を開始した時点から所定時間経過した時点で行う。この所定時間は、ロボットアーム３０の接触動作を開始した時点とロボットアーム３０がワークＷに接触するまでの時点との間の時間を実験等で求めておき、この実験結果よりも短い時間に設定される。

センサ６の出力によりロボットアーム３０の動作を行うことで以下の効果がある。例えば本第３実施形態の構成にてワークＷの固定を行う場合、ロボットアーム３０は最短の軌道にてワークＷに近づきセンサ６の出力を検知してその状態を保持、ワークＷを固定する。センサ６の検知を連続で行えばロボットアーム３０の先端部でのワークＷの固定が行えていることを確認しながら他の軸を制御してロボットアーム３０の体勢を変更できる。すなわち、実際には固定したワークＷに対して他のロボットアーム（不図示）が作業を行うが、他のロボットアームの動作時の干渉領域を減らして自由に作業が行えることになる。また、ワークＷの固定を行いながら次の作業へ移る準備として体勢を事前に変更することも可能となる。隣接する他のロボットアームの動作領域を広くすることで動作効率が良くなるためトータルの作業時間を短くする等の効果が得られる。

図９に本第３実施形態に係るロボットアームの動作シーケンスを示す。横軸は時間の経過を示しており、各部の動作を概念的に示している。図９のセンサ６の出力Ｓ４は、ロボットアーム３０の動作中にワークＷがセンサ６に接触して力が加わった出力の様子を示している。アーム動作Ｍ４は、ロボットアーム３０の動作スピードを示しており、大きいほど速い動作である。ここではセンサ６が搭載されているロボットアーム３０の先端のスピードで説明しており、動作する方向はワークＷに対して上方と下方で説明している。検知タイミングＴ４及び有無判断Ｊ４は、アームコントローラ２４においてワークＷを検知するタイミングや検知タイミングにて得た情報からワークＷの有無を判断していることを概念的に示したものである。

本第３実施形態では、ロボットアーム３０の制御を行う際、アーム動作Ｍ４の信号に基づき基準点を作成、基準点におけるセンサ６の出力Ｓ４を取り込み、これを基に任意に閾値を設定する。アーム動作Ｍ４はロボットアーム３０の先端のスピードで説明したが、垂直多関節のロボットの場合ロボットアーム３０の先端のスピードは各駆動軸の回転スピードとその組み合わせで決定する。アーム動作から基準点を作成する場合、ワークＷを固定する時に動作する駆動軸であればどの軸の動作信号を基準としても良い。例えば、ワークＷを検知する直前に動作する駆動軸の動作信号を基準とすれば、基準点と検知タイミングとの時間差が小さくなるためセンサ６の出力変動が最も小さくできる。

ロボットアーム３０にロボットハンドを装着して動作させることは一般的である。本第３実施形態では、ハンドを装着せずにロボットアーム３０にセンサ６を直接搭載して検知を行い動作させているためハンドにかかるコストを削減できる。

［第４実施形態］
本第４実施形態に係るロボット装置の構成を示す概略図及びシステム構成は第３実施形態と同様である。

図１０に本発明の第４実施形態に係るロボットアームの動作シーケンスを示す。図１０の動作シーケンスは、図７に示されたロボットアームの説明と同様である。

本第４実施形態では、壊れやすいワークＷを固定する場合のロボットアーム３０の動作を示す。例えばワークＷが壊れやすいものであった場合、ワークＷを壊さないよう微小な力を加減して検知するためにロボットアーム３０の動作速度を遅くすることがある。動作速度を遅くすることで時間に対する移動距離が小さくなるため、応答遅れによるロボットアーム３０の位置ずれを防止できる。すなわち微小な力を加減することが可能となる。

ロボットアーム３０の動作が遅い場合、第２実施形態と同様にセンサ６の信号にずれが生じて誤検知してしまう可能性が生じる。

本第４実施形態では、アームコントローラ２４により設定される動作速度に応じて基準点で取り込んだセンサ６の出力を補正後に閾値の設定を行う。

一般的な実工程ではロボットアーム３０を用いて動作をさせる場合、ワークＷの材質や形状は既知であるため、ワークＷをどのように固定させるか事前に決定する。その情報を基にティーチングペンダント（不図示）等を用いてロボットアーム３０に教示を行う。ロボットアーム３０の動作としては、ロボットアーム３０の先端位置とワーク作業台２３までの距離は常に計算できるため、固定するワークＷの情報を基にした位置に高さを調整して移動させる。第２実施形態と同様にロボットアーム３０の動作速度に基づいた補正テープルを作成してセンサ６の出力値の補正を行う。

基準点でのセンサ６の出力を、ワークＷが接触するまでにかかると予想される時間変化分を加味した補正を行うことで詳細な閾値を設定できより正確に動作検出が行える。

［第５実施形態］
本第５実施形態に係るロボット装置の構成を示す概略図及びシステム構成は第１〜第４実施形態と同様である。

図１１は本発明の第５実施形態に係るロボット装置の構成を示す概略図である。ロボット装置６０は、上記第１実施形態の把持装置と略同様の構成の把持装置１００と、上記第３実施形態のロボットアームと同様の構成のロボットアーム３０とを備えている。把持装置１００のロボットハンド１は、ロボットアーム３０の先端に取り付けられており、ロボットハンド１及びロボットアーム３０によりロボットマニピュレータが構成されている。ロボットアーム３０は、アームコントローラ２４により制御される。ロボットアーム３０は、３軸で構成されており、ロボットハンド１上にセンサ６が配設されている。ここでは第１，第２のフィンガー２，３の先端にセンサ６を配設しておりワークＷの状態を検知する。

ロボットハンド１上の第１、第２のフィンガー２、３に搭載しているセンサ６の出力をハンドハンドコントローラ１０に取り込み、アームコントローラ２４にてロボットアーム１１を動作させて作業を行う。ハンドハンドコントローラ１０とアームコントローラ２４間の通信は上位のコントローラを別途準備（不図示）しても良いし、直接通信を行っても良い。ロボットハンド１とロボットアーム３０の組み合わせで装置を構成すれば、工程に必要な位置にセンサ６を取り付けることでワークＷの把持や搬送、ワークＷの固定等を一つの装置で実現できる。

なお、上記第３〜第５実施形態において、ロボットアーム３０は複数軸を持つ垂直多関節型のロボットアームの場合について説明したが、水平または垂直に動作する直交型のロボットアームでも本発明は適用可能である。

１…ロボットハンド（把持機構）、２，３…フィンガー、４…制御部、５Ａ…カバー部材、６…感圧導電ゴム、１１…ロボットアーム、１２…第１のモーター、１３…第２のモーター、１４…第３のモーター、１５…第１の駆動軸、１６…第２の駆動軸、１７…第３の駆動軸、１９…第１の駆動回路、２０…第２の駆動回路、２１…第３の駆動回路、２２…弾性部材、２３…ワーク作業台、２４…アームコントローラ、１００…把持装置、Ｗ…ワーク

Claims (10)

1. 複数のフィンガーを有する把持機構と、
   前記複数のフィンガーのうち少なくとも１つのフィンガーに設けられ、作用した力に対応した検出信号を出力する感圧導電ゴムと、
   前記感圧導電ゴムを覆うカバー部材と、
   前記複数のフィンガーを開動作又は閉動作させると共に、前記検出信号に基づく検出値が閾値よりも大きい場合には前記把持機構がワークを把持していると判別し、前記検出値が前記閾値よりも小さい場合には前記把持機構がワークを解放していると判別する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記閉動作によって前記フィンガーがワークに接触する時点に先立って前記感圧導電ゴムの検出信号のサンプリングを行い、前記閾値をこのサンプリング時の検出値よりも大きい値になるように設定する、
   ことを特徴とする把持装置。
2. 前記サンプリングは、前記フィンガーの閉動作の開始以降でかつワークに接触する時点以前に行われることを特徴とする請求項１に記載の把持装置。
3. 前記サンプリングは、前記閉動作を開始した時点又は前記閉動作を開始した時点から所定時間経過した時点で行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の把持装置。
4. 前記制御部は、前記閉動作の速度が所定速度よりも小さい場合には、該閉速度が前記所定速度より大きい場合よりも大きくなるように前記閾値を補正する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の把持装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の把持装置と、ロボットアームとを備えたロボット装置。
6. ロボットアームと、
   前記ロボットアームに設けられ、作用した力に対応した検出信号を出力する感圧導電ゴムと、
   前記感圧導電ゴムを覆うカバー部材と、
   前記ロボットアームを動作させると共に、前記検出信号に基づく検出値が閾値よりも大きい場合には前記ロボットアームがワークに接触していると判別し、前記検出値が前記閾値よりも小さい場合には前記ロボットアームがワークに非接触であると判別する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記ロボットアームの動作によって前記ロボットアームがワークに接触する時点に先立って、前記感圧導電ゴムの検出信号のサンプリングを行い、前記閾値をこのサンプリング時の検出値よりも大きい値になるように設定する、
   ことを特徴とするロボット装置。
7. 複数のフィンガーを有する把持機構と、前記複数のフィンガーのうち少なくとも１つのフィンガーに設けられ、作用した力に対応する検出信号を出力する感圧導電ゴムと、前記感圧導電ゴムを覆うカバー部材と、前記複数のフィンガーを開動作又は閉動作させると共に、前記検出信号に基づく検出値が閾値よりも大きい場合には前記把持機構がワークを把持していると判別し、前記検出値が前記閾値よりも小さい場合には前記把持機構がワークを解放していると判別する制御部と、を有する把持装置の制御方法であって、
   前記制御部が、前記フィンガーがワークに接触する時点に先立って前記感圧導電ゴムの検出信号のサンプリングを実行するステップと、
   前記制御部が、前記閾値をこのサンプリング時の検出値よりも大きい値になるように設定するステップと、を備えた、
   ことを特徴とする把持装置の制御方法。
8. 前記サンプリングは、前記フィンガーの閉動作の開始以降でかつワークに接触する時点以前に行われることを特徴とする請求項７に記載の把持装置の制御方法。
9. 前記サンプリングは、前記閉動作を開始した時点又は前記閉動作を開始した時点から所定時間経過した時点で行われることを特徴とする請求項７又は８に記載の把持装置の制御方法。
10. 前記制御部は、前記閉動作の速度が所定速度よりも小さい場合には、該閉速度が前記所定速度より大きい場合よりも大きくなるように前記閾値を補正する、
    ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の把持装置の制御方法。

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