JP2018144130A - Robot hand device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a robot hand device that can improve control accuracy in controlling, by feedback control, operation of a finger member of a robot hand in which a relation between an operation state parameter relating to a driving part and an operation state parameter relating to the finger member to be operated by the driving part is a non-linear relation.SOLUTION: A robot hand control device 20 outputs a result obtained by multiplying an inverse matrix of products in a first matrix and in a second matrix to a calculated value to be obtained by feedback control to a driver 12 of a driving motor 60. The first matrix is set to be a Jacobian matrix of an operation state parameter of a linear moving body which transmits power to the finger member via a link mechanism and an operation state parameter of a joint of the finger member. The second matrix is set to be a Jacobian matrix of an operation state parameter of the driving motor and the operation state parameter of the linear moving body.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ロボットハンド装置に関する。   The present invention relates to a robot hand device.

本出願人は、特許文献1のロボットハンドを提案している。図2は前記ロボットハンドを構成している各指を作動させる構成の原理図である。同図に示すように、指部材50の基端は関節となる関節軸52にて、隣接する指支持部材54に回動自在に支持されている。なお、前記指支持部材54は、隣接する他の指部材、または、掌部材である。指部材50は、前記指支持部材54に設けられた回転式モータである駆動モータ60、及び駆動モータ60の動力を伝達する伝達機構70により作動する。   The present applicant has proposed the robot hand of Patent Document 1. FIG. 2 is a principle diagram of a configuration in which each finger constituting the robot hand is operated. As shown in the figure, the base end of the finger member 50 is rotatably supported by the adjacent finger support member 54 by a joint shaft 52 serving as a joint. The finger support member 54 is another adjacent finger member or a palm member. The finger member 50 is operated by a drive motor 60 that is a rotary motor provided on the finger support member 54 and a transmission mechanism 70 that transmits the power of the drive motor 60.

伝達機構70は、ギヤヘッド72、ギヤヘッド72の入力軸と駆動モータ60の出力軸間に設けられた平歯車列74、ギヤヘッド72の出力軸とボールネジ78の入力軸間に設けられた平歯車列76、ボールネジ78により直動する直動体(例えばナット体)80、直動体80と関節軸52間に連結された一対のリンク81、82とを有している。リンク81,82、ボールネジ78、及び直動体80は、スライダークランク機構を構成する。駆動モータ60が回転すると、平歯車列74、ギヤヘッド72、及び平歯車列76が作動してボールネジ78が回転し、ボールネジ78の回転により、直動体80が移動することにより、一対のリンク81、82及び関節軸52を介して指部材50が回転する。   The transmission mechanism 70 includes a gear head 72, a spur gear train 74 provided between the input shaft of the gear head 72 and the output shaft of the drive motor 60, and a spur gear train 76 provided between the output shaft of the gear head 72 and the input shaft of the ball screw 78. , A linear moving body (for example, a nut body) 80 that linearly moves by the ball screw 78, and a pair of links 81 and 82 connected between the linear moving body 80 and the joint shaft 52. The links 81 and 82, the ball screw 78, and the linear moving body 80 constitute a slider crank mechanism. When the drive motor 60 rotates, the spur gear train 74, the gear head 72, and the spur gear train 76 are operated to rotate the ball screw 78, and the rotation of the ball screw 78 moves the linear motion body 80, whereby a pair of links 81, The finger member 50 rotates via 82 and the joint shaft 52.

上記のように構成された指部材50(指)を有するロボットハンドの従来の制御方法について説明する。まず、この制御方法において、関係する各種のパラメータについて説明する。ボールネジ78により生じる直動体80の移動量xは、下記の通りである。 A conventional control method of the robot hand having the finger member 50 (finger) configured as described above will be described. First, various parameters related to this control method will be described. The movement amount xb of the linear moving body 80 generated by the ball screw 78 is as follows.

モータトルクτにより生じるボールネジ78の推力F式(2)に示す。なお、ここより下の式には機構等の効率は含まれていない。 Shown in thrust F b type ball screw 78 caused by the motor torque τ M (2). Note that the efficiency below is not included in the formula below.

次に直動体80の移動量xにより生じる関節角度θを式(3)に示す。なお、下付き「j」は、ロボットハンド10(図7参照)の関節の数である。 Next, the joint angle θ j generated by the movement amount xb of the linear motion body 80 is shown in Expression (3). The subscript “j” is the number of joints of the robot hand 10 (see FIG. 7).

直動体80の推力Fにより生じる関節トルクτを式(9)に示す。 The joint torque τ j generated by the thrust F b of the linear motion body 80 is shown in Expression (9).

関節角度θにより生じる指先位置xを式(10)に示す。なお、下付の「f」はロボットハンド10の指先の数である。 The fingertip position x f generated by the joint angle θ j is shown in Expression (10). The subscript “f” is the number of fingertips of the robot hand 10.

関節トルクτにより生じる指先力Fを式(11)に示す。 The fingertip force F f generated by the joint torque τ j is shown in Expression (11).

駆動モータ60の回転角度θと指先位置xの関係は、式(10)により、非線形であることが分かる。また、駆動モータ60のモータトルクτと指先力Ffとの関係も式(12)により非線形であることが分かる。 The relationship between the rotational angle theta M and the fingertip position x f of the drive motor 60, by the equation (10), is found to be non-linear. It can also be seen that the relationship between the motor torque τ M of the drive motor 60 and the fingertip force F f is also non-linear according to equation (12).

<関節角度の制御>
図7の制御ブロックで示すように、従来の一般的な関節角度のフィードバック制御では、例えばPID制御により行っている。
<Control of joint angle>
As shown by the control block in FIG. 7, conventional general joint angle feedback control is performed by, for example, PID control.

このPID制御について説明すると、図7に示すように、減算器100により、図示しない上位制御部から出力された目標値であるθjdと、関節角度θとの偏差が算出され、該偏差は比例演算部110で比例ゲインが乗算されてその算出結果が加算器160に出力される。 Explaining this PID control, as shown in FIG. 7, a subtractor 100 calculates a deviation between θ jd , which is a target value output from a host controller (not shown), and a joint angle θ j, and the deviation is The proportional calculation unit 110 multiplies the proportional gain and outputs the calculation result to the adder 160.

なお、関節角度θは、演算器180により式(1)、式(3)等に基づいて算出される。また、回転角度θは、駆動モータ60に設けられた図示しない検出部(ロータリーエンコード等)により検出される。式(1)、式(3)及びこれらの式に関するパラメータは、固定値、または、式(5)〜式(8)で算出される値である。前記固定値は、前記制御ブロックを実現する図示しない制御装置の記憶部に記憶される。以下、他の制御で使用される式、及び固定値も同様である。また、前記偏差は、積分器120及び積分ゲイン演算部130にて演算されてその演算結果が加算器160に出力される。また、前記偏差は、微分器140及び微分ゲイン演算部150にて演算されてその演算結果が加算器160に出力される。加算器160は、比例演算部110、積分ゲイン演算部130、及び微分ゲイン演算部150の出力値を加算して得たトルク指令uを、ロボットハンド10の各指をそれぞれ駆動する駆動モータ60の図示しないドライバに出力する。 The joint angle θ j is calculated by the calculator 180 based on the formula (1), the formula (3), and the like. In addition, the rotation angle θ M is detected by a detection unit (rotary encoding or the like) (not shown) provided in the drive motor 60. Expression (1), Expression (3), and parameters related to these expressions are fixed values or values calculated by Expressions (5) to (8). The fixed value is stored in a storage unit of a control device (not shown) that realizes the control block. The same applies to formulas and fixed values used in other controls. The deviation is calculated by the integrator 120 and the integral gain calculation unit 130, and the calculation result is output to the adder 160. The deviation is calculated by the differentiator 140 and the differential gain calculation unit 150, and the calculation result is output to the adder 160. The adder 160 adds a torque command u M obtained by adding the output values of the proportional calculation unit 110, the integral gain calculation unit 130, and the differential gain calculation unit 150 to the drive motor 60 that drives each finger of the robot hand 10, respectively. Is output to a driver (not shown).

図7に示す関節角度の制御(PID制御)で得られるトルク指令uは、式(13)で表わすことができる。 The torque command u M obtained by the joint angle control (PID control) shown in FIG. 7 can be expressed by Expression (13).

<指先位置の制御>
次に、従来の指先位置の制御について説明する。図8の制御ブロックで示すように、従来の一般的な指先位置のフィードバック制御では、例えばPID制御により行っている。このPID制御について説明すると、図8に示すように、減算器200により、図示しない上位制御部から出力された目標値であるxfdと、ロボットハンド10の指先位置xとの偏差が算出される。
<Control of fingertip position>
Next, conventional fingertip position control will be described. As shown by the control block in FIG. 8, the conventional general fingertip position feedback control is performed by, for example, PID control. Explaining this PID control, as shown in FIG. 8, a subtractor 200 calculates a deviation between x fd , which is a target value output from a host controller (not shown), and the fingertip position x f of the robot hand 10. The

なお、指先位置xは、駆動モータ60に設けられた図示しない検出部(ロータリーエンコード等)が検出した回転角度θを入力した演算器280により式(10)、及び式(10)に関連したパラメータを算出する式(3)〜式(8)等に基づいて算出される。 Incidentally, the fingertip position x f, associated with detection unit (not shown) provided to the drive motor 60 (10) by the arithmetic unit 280 (rotary encoding, etc.) enters the rotational angle theta M detected, and the formula (10) It is calculated based on the equations (3) to (8) for calculating the parameters.

前記偏差は、比例演算部210で、比例ゲインが乗算されるとともにトルク変換されてその算出結果が加算器260に出力される。また、前記偏差は、積分器220で積分されて、積分ゲイン演算部230で積分ゲインが乗算されるとともにトルク変換されてその演算結果が加算器260に出力される。また、前記偏差は、微分器240で微分されて、微分ゲイン演算部250で微分ゲインが乗算されるとともにトルク変換されてその演算結果が加算器260に出力される。   The deviation is multiplied by the proportional gain and torque converted by the proportional calculation unit 210, and the calculation result is output to the adder 260. The deviation is integrated by an integrator 220, multiplied by an integral gain by an integral gain calculation unit 230, and torque converted, and the calculation result is output to an adder 260. The deviation is differentiated by a differentiator 240, multiplied by a differential gain by a differential gain calculation unit 250 and torque-converted, and the calculation result is output to an adder 260.

加算器260は、比例演算部210、積分ゲイン演算部230、及び微分ゲイン演算部250の出力値を加算して得たトルク指令uを、ロボットハンド10の各指をそれぞれ駆動する駆動モータ60の図示しないドライバに出力する。 The adder 260 is a drive motor 60 that drives each finger of the robot hand 10 using the torque command u M obtained by adding the output values of the proportional calculation unit 210, the integral gain calculation unit 230, and the differential gain calculation unit 250. Is output to a driver (not shown).

図8に示す関節角度の制御(PID制御)で得られるトルク指令uは、式(14)で表わすことができる。 The torque command u M obtained by the joint angle control (PID control) shown in FIG. 8 can be expressed by Expression (14).

<関節トルクの制御>
従来の関節トルクの制御について説明する。図9の制御ブロックで示すように、従来の一般的な関節トルクのフィードバック制御では、例えばPI制御により行っている。図9に示すように、減算器300により、図示しない上位制御部から出力された目標値であるτjdと、関節トルクτとの偏差が算出される。前記関節トルクτは、図示しないモータトルクの検出部(例えばモータ電流の検出部)から出力したモータトルクτを入力する演算器380によって算出される。具体的には、演算器380は、式(9)及び式(9)中のパラメータを算出する式(2)〜式(8)等に基づいて、関節トルクτを算出する。
<Control of joint torque>
Conventional control of joint torque will be described. As shown in the control block of FIG. 9, conventional general joint torque feedback control is performed by, for example, PI control. As shown in FIG. 9, a subtractor 300 calculates a deviation between τ jd that is a target value output from a host control unit (not shown) and the joint torque τ j . The joint torque τ j is calculated by a calculator 380 that inputs a motor torque τ M output from a motor torque detector (not shown) (for example, a motor current detector). Specifically, the calculator 380 calculates the joint torque τ j based on the equations (2) to (8) for calculating the parameters in the equations (9) and (9).

前記偏差は比例演算部310で、比例ゲインが乗算されてその算出結果が加算器360に出力される。また、前記偏差は、積分器320及び積分ゲイン演算部330により演算されてその演算結果が加算器360に出力される。加算器360は、比例演算部310、及び積分ゲイン演算部330の出力値を加算して得たトルク指令uを、ロボットハンド10の各指をそれぞれ駆動する駆動モータ60の図示しないドライバに出力する。 The proportional calculation unit 310 multiplies the deviation by the proportional gain and outputs the calculation result to the adder 360. The deviation is calculated by the integrator 320 and the integral gain calculation unit 330, and the calculation result is output to the adder 360. The adder 360 outputs the torque command u M obtained by adding the output values of the proportional calculation unit 310 and the integral gain calculation unit 330 to a driver (not shown) of the drive motor 60 that drives each finger of the robot hand 10. To do.

図9に示す関節角度の制御(PI制御)で得られるトルク指令uは、式(15)で表わすことができる。 The torque command u M obtained by the joint angle control (PI control) shown in FIG. 9 can be expressed by Expression (15).

<指先力の制御>
従来の指先力の制御について説明する。図10の制御ブロックで示すように、従来の一般的な指先力のフィードバック制御では、例えばPI制御により行っている。図10に示すように、減算器400により、図示しない上位制御部から出力された目標値であるFfdと、指先力Fとの偏差が算出される。前記指先力Fは、図示しないモータトルクの検出部(例えばモータ電流の検出部)から出力したモータトルクτを入力する演算器480によって算出される。具体的には、演算器480は、式(12)及び式(12)中のパラメータを算出する式(2)、式(9)等に基づいて、関節トルクτを算出する。前記偏差は比例演算部410で、比例ゲインが乗算されるとともにトルク変換されて加算器460に算出結果が出力される。
<Control of fingertip force>
The conventional fingertip force control will be described. As shown by the control block in FIG. 10, the conventional general fingertip force feedback control is performed by, for example, PI control. As shown in FIG. 10, the subtracter 400 calculates a deviation between F fd , which is a target value output from a host controller (not shown), and fingertip force F f . The fingertip force F f is calculated by a calculator 480 that inputs a motor torque τ M output from a motor torque detector (not shown) (for example, a motor current detector). Specifically, the calculator 480 calculates the joint torque τ j based on the equations (2) and (9) for calculating the parameters in the equations (12) and (12). The proportional calculation unit 410 multiplies the deviation by a proportional gain and converts the torque, and the calculation result is output to the adder 460.

また、前記偏差は、積分器420で積分されて、積分ゲイン演算部430で積分ゲインが乗算されるとともにトルク変換されてその演算結果が加算器460に出力される。また、目標値であるFfdは、トルク変換部440でトルク変換されて、その演算結果が加算器460に出力される。加算器460は、比例演算部410、積分ゲイン演算部430及びトルク変換部440の出力値を加算して得たトルク指令uを、ロボットハンド10の各指をそれぞれ駆動する駆動モータ60の図示しないドライバに出力する。 The deviation is integrated by an integrator 420, multiplied by an integral gain by an integral gain calculation unit 430 and torque-converted, and the calculation result is output to an adder 460. Further, the target value F fd is torque-converted by the torque converter 440, and the calculation result is output to the adder 460. The adder 460 shows the torque command u M obtained by adding the output values of the proportional calculation unit 410, the integral gain calculation unit 430, and the torque conversion unit 440 to the drive motor 60 that drives each finger of the robot hand 10, respectively. Output to the driver that does not.

図10に示す関節角度の制御(PI制御)で得られるトルク指令uは、式(16)で表わすことができる。 The torque command u M obtained by the joint angle control (PI control) shown in FIG. 10 can be expressed by Expression (16).

特開2014−54720号公報JP 2014-54720 A

ところで、上記ロボットハンドの指部材の作動を上述したフィードバック制御で行う場合、前述したように、駆動モータ60の回転角度θと指先位置xの関係は、式(10)により、非線形となる。 Incidentally, when performing the feedback control described above the operation of the finger member of the robot hand, as described above, the relationship between the rotational angle theta M and the fingertip position x f of the drive motor 60, by the equation (10), a nonlinear .

また、駆動モータ60のモータトルクτと指先力Fとの関係も式(12)により非線形となる。このため、上記従来の制御法は、モータ等の駆動部に関する作動状態パラメータと該駆動部により作動する指部材に関する作動状態パラメータとの関係が非線形の関係であるのに対して、その非線形に対応した制御が行えていないため、制御精度が悪い問題がある。 Further, the relationship between the motor torque τ M of the drive motor 60 and the fingertip force F f is also non-linear by the equation (12). For this reason, the conventional control method described above corresponds to the nonlinear relationship between the operational state parameter related to the drive unit such as a motor and the operational state parameter related to the finger member operated by the drive unit. As a result, the control accuracy is poor.

本発明の目的は、駆動部に関する作動状態パラメータと該駆動部により作動する指部材に関する作動状態パラメータとの関係が非線形の関係となっているロボットハンドの指部材の作動をフィードバック制御で制御する際に、その制御精度を向上することができるロボットハンド装置を提供することにある。   An object of the present invention is to control the operation of a finger member of a robot hand in which the relationship between an operation state parameter related to a drive unit and an operation state parameter related to a finger member operated by the drive unit is non-linear by feedback control. Another object of the present invention is to provide a robot hand device capable of improving the control accuracy.

本発明のロボットハンド装置は、指部材と、前記指部材を関節により揺動自在に支持する指支持部材と、を備え、前記指支持部材には、直動自在に設けられた直動体と、前記直動体の動力を前記指部材に対して非線形で伝達して揺動を付与する伝達機構と、前記直動体に動力を付与する駆動部と、前記指部材または前記関節の作動状態を示すパラメータを取得する作動状態取得部と、を有するロボットハンドと、前記指部材を、前記パラメータに基づいて、前記駆動部を介して前記指部材の作動をフィードバック制御する制御部を備えたロボットハンド装置であって、前記制御部は、前記フィードバック制御で得られる演算値に対して、第1行列と第2行列の積の逆行列を乗算して得られた結果を前記駆動部のドライバへ出力するものであり、第1行列は、前記直動体の作動状態パラメータと前記関節の作動状態パラメータのヤコビ行列であり、第2行列は、前記駆動部の作動状態パラメータと前記直動体の作動状態パラメータのヤコビ行列である。   The robot hand device of the present invention includes a finger member and a finger support member that swingably supports the finger member by a joint, and the finger support member includes a linear motion body that is provided so as to freely move. A parameter that indicates the operating state of the finger member or the joint; a transmission mechanism that transmits the power of the linear motion body to the finger member in a non-linear manner to impart swinging; a drive unit that applies power to the linear motion body; A robot hand device comprising: a robot hand having an operation state acquisition unit that acquires the control unit; and a control unit that feedback-controls the operation of the finger member via the drive unit based on the parameter. The control unit outputs a result obtained by multiplying the operation value obtained by the feedback control by the inverse matrix of the product of the first matrix and the second matrix to the driver of the drive unit. And The first matrix is a Jacobian matrix of the operation state parameters of the linear motion body and the operation state parameters of the joint, and the second matrix is a Jacobian matrix of the operation state parameters of the drive unit and the operation state parameters of the linear motion body. .

また、前記駆動部は回転式モータであり、前記直動体は前記回転式モータに作動連結されたボールネジにより直動するものであり、前記伝達機構はリンク機構で構成してもよい。   The drive unit may be a rotary motor, the linear motion body may be linearly moved by a ball screw operatively connected to the rotary motor, and the transmission mechanism may be a link mechanism.

また、前記駆動部は前記直動体を直動する直動モータであり、前記伝達機構はリンク機構としてもよい。
また、前記作動状態取得部は、前記関節の作動状態を示すパラメータとして前記関節の関節角度を検出または演算により取得するものであり、前記駆動部の作動状態パラメータは、前記駆動部の作動量であり、前記直動体の作動状態パラメータは、前記直動体の移動量であり、前記関節の作動状態パラメータは、関節角度としてもよい。
The drive unit may be a linear motion motor that linearly moves the linear motion body, and the transmission mechanism may be a link mechanism.
The operating state acquisition unit is configured to detect or calculate a joint angle of the joint as a parameter indicating the operating state of the joint, and the operating state parameter of the driving unit is an operating amount of the driving unit. In addition, the operating state parameter of the linear moving body may be a movement amount of the linear moving body, and the operating state parameter of the joint may be a joint angle.

また、前記作動状態取得部は、前記指部材の作動状態を示すパラメータとして前記指部材の先端位置を検出または演算により取得するものであり、前記駆動部の作動状態パラメータは、前記駆動部の作動量であり、前記直動体の作動状態パラメータは、前記直動体の移動量であり、前記関節の作動状態パラメータは、関節角度としてもよい。   The operating state acquisition unit is configured to acquire or calculate the tip position of the finger member as a parameter indicating the operating state of the finger member, and the operating state parameter of the driving unit is an operation of the driving unit. The operating state parameter of the linear moving body may be a movement amount of the linear moving body, and the operating state parameter of the joint may be a joint angle.

また、前記作動状態取得部は、前記関節の作動状態を示すパラメータとして前記関節の関節トルクを検出または演算により取得するものであり、前記駆動部の作動状態パラメータは、駆動部トルクであり、前記直動体の作動状態パラメータは、前記直動体の推力であり、前記関節の作動状態パラメータは、関節トルクとしてもよい。   In addition, the operating state acquisition unit acquires or calculates the joint torque of the joint as a parameter indicating the operating state of the joint, and the operating state parameter of the driving unit is a driving unit torque, The operating state parameter of the linear moving body may be a thrust of the linear moving body, and the operating state parameter of the joint may be a joint torque.

また、前記作動状態取得部は、前記指部材の作動状態を示すパラメータとして前記指部材の先端力を検出または演算により取得するものであり、前記駆動部の作動状態パラメータは、駆動部トルクであり、前記直動体の作動状態パラメータは、前記直動体の推力であり、前記関節の作動状態パラメータは、関節トルクとしてもよい。   In addition, the operating state acquisition unit acquires the tip force of the finger member as a parameter indicating the operating state of the finger member by detection or calculation, and the operating state parameter of the driving unit is a driving unit torque. The operating state parameter of the linear moving body may be a thrust of the linear moving body, and the operating state parameter of the joint may be a joint torque.

本発明によれば、駆動部に関する作動状態パラメータと該駆動部により作動する指部材に関する作動状態パラメータとの関係が非線形の関係となっているロボットハンドの指部材の作動をフィードバック制御で制御する際に、その制御精度を向上することができる効果を奏する。   According to the present invention, when the operation of the finger member of the robot hand in which the relationship between the operation state parameter related to the drive unit and the operation state parameter related to the finger member operated by the drive unit is nonlinear is controlled by feedback control. In addition, the control accuracy can be improved.

ロボットハンド装置の全体概略図。The whole robot hand apparatus schematic. ロボットハンドの指部材の作動原理図。The operation principle figure of the finger member of a robot hand. 第1実施形態のロボットハンドの制御ブロック図。The control block diagram of the robot hand of 1st Embodiment. 第2実施形態のロボットハンドの制御ブロック図。The control block diagram of the robot hand of 2nd Embodiment. 第3実施形態のロボットハンドの制御ブロック図。The control block diagram of the robot hand of 3rd Embodiment. 第4実施形態のロボットハンドの制御ブロック図。The control block diagram of the robot hand of 4th Embodiment. 従来のロボットハンドの制御ブロック図。The control block diagram of the conventional robot hand. 従来のロボットハンドの制御ブロック図。The control block diagram of the conventional robot hand. 従来のロボットハンドの制御ブロック図。The control block diagram of the conventional robot hand. 従来のロボットハンドの制御ブロック図。The control block diagram of the conventional robot hand. 第5〜8実施形態のロボットハンドの指部材の作動原理図。The operation principle figure of the finger member of the robot hand of the 5th-8th embodiments. スライダークランク機構の設計パラメータの説明図。Explanatory drawing of the design parameter of a slider crank mechanism.

(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した第1実施形態のロボットハンド装置を図1、図2、図3を参照して説明する。本実施形態は、関節角度を制御するための例である。
(First embodiment)
Hereinafter, a robot hand device according to a first embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 3. This embodiment is an example for controlling the joint angle.

図1に示すようにロボットハンド装置は、ロボットハンド10と、ロボットハンド10を制御するロボットハンド制御装置20を備えている。ロボットハンド制御装置20は、制御部に相当する。本実施形態のロボットハンド10を構成している各指を作動させる構成は、背景技術で説明した図2と同じであるため、各部材の詳細な説明を省略する。リンク81、82は、リンク機構に相当し、伝達機構70は、リンク機構を有する。このことにより、駆動モータ60の回転角度θと指先位置xの関係は、非線形であり、駆動モータ60のモータトルクτと指先力Fとの関係も非線形となっている。 As shown in FIG. 1, the robot hand device includes a robot hand 10 and a robot hand control device 20 that controls the robot hand 10. The robot hand control device 20 corresponds to a control unit. Since the structure which operates each finger which comprises the robot hand 10 of this embodiment is the same as FIG. 2 demonstrated by background art, detailed description of each member is abbreviate | omitted. The links 81 and 82 correspond to a link mechanism, and the transmission mechanism 70 has a link mechanism. Thus, the relationship between the rotational angle theta M and the fingertip position x f of the drive motor 60 is a non-linear, and has a non-linear the relationship between the motor torque tau M and the fingertip force F f of the drive motor 60.

図1に示すように、ロボットハンド制御装置20は、図示しないCPU(中央処理装置)、ROM(リードオンリーメモリ)及び、RAM(ランダムアクセスメモリ)等を備えている。本実施形態では、前記CPUにより、上位制御部30と、モータ制御部40とが構成される。上位制御部30は、ロボットハンド10を制御するための各種指令値(すなわち、目標値)をモータ制御部40に出力する。モータ制御部40は、前記各種指令値に基づいて、トルク指令uを、駆動部としての駆動モータ60のドライバ12に出力する。ドライバ12はトルク指令uに基づいて駆動モータ60を駆動する。 As shown in FIG. 1, the robot hand control device 20 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like (not shown). In the present embodiment, the upper control unit 30 and the motor control unit 40 are configured by the CPU. The host control unit 30 outputs various command values (that is, target values) for controlling the robot hand 10 to the motor control unit 40. The motor control unit 40, based on the various command value, a torque command u M, and outputs to the driver 12 of the driving motor 60 as a driving unit. The driver 12 drives the drive motor 60 based on the torque command u M.

図1、図2に示すように駆動モータ60には、モータの回転角度θを検出する検出部62、及びモータトルクτを検出する検出部64を備えている。検出部62は、例えば、ロータリーエンコード等からなる。検出部64は、例えば、トルクセンサにて構成してもよく、或いは、ドライバ12から付与される駆動モータ60に付与されるモータ電流を検出して、該モータ電流に基づいてトルクを検出するようにしてもよい。 1, the driving motor 60 as shown in FIG. 2, a detector 62 and a detector 64 for detecting a motor torque tau M, detects the rotational angle theta M of the motor. The detection part 62 consists of rotary encoding etc., for example. The detection unit 64 may be configured by, for example, a torque sensor, or detects a motor current applied to the drive motor 60 applied from the driver 12 and detects torque based on the motor current. It may be.

<関節角度の制御>
次にロボットハンド制御装置20によるロボットハンド10の関節角度のフィードバック制御について説明する。
<Control of joint angle>
Next, feedback control of the joint angle of the robot hand 10 by the robot hand control device 20 will be described.

図3に示すように、本実施形態の関節角度のフィードバック制御は、PID制御である。本実施形態では、背景技術で説明した図7の制御ブロックの構成中、加算器160の出力側に、乗算器170が設けられているところが、異なっているため、背景技術で説明した各制御ブロックと同一または相当する構成については、同一符号を付して、その説明を省略する。   As shown in FIG. 3, the feedback control of the joint angle according to the present embodiment is PID control. In the present embodiment, the configuration of the control block of FIG. 7 described in the background art is different in that the multiplier 170 is provided on the output side of the adder 160. Therefore, each control block described in the background art is different. The same or corresponding components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

乗算器170は、加算器160から出力された演算値に(J−1を乗算し、得た値をトルク指令uとして、図1に示す、ドライバ12に出力する。
図3に示す関節角度の制御(PID制御)で得られるトルク指令uは、式(17)で表わすことができる。
The multiplier 170 multiplies the operation value output from the adder 160 by (J 2 J 1 ) −1 and outputs the obtained value to the driver 12 shown in FIG. 1 as the torque command u M.
The torque command u M obtained by the joint angle control (PID control) shown in FIG. 3 can be expressed by Expression (17).

ここで、J及びJは、式(19)及び式(18)で表わされる。 Here, J 2 and J 1 is represented by the formula (19) and (18).

なお、Jは、固定値(すなわち、定数)となるため、予めゲイン(比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲイン)に含ませてもよい。また、Jは、可変値であり、乗算器170が演算する。 Incidentally, J 1 is a fixed value (i.e., constant) since the advance gain (proportional gain, integral gain, differential gain) may be included in. J 2 is a variable value and is calculated by the multiplier 170.

は、駆動モータ60(駆動部)の回転角度θ(作動量)と、直動体の移動量のヤコビ行列であって、第2行列に相当する。また、前記回転角度は、駆動部の作動量及び、駆動部の作動状態パラメータに相当する。 J 1 is a Jacobian matrix of the rotation angle θ M (actuation amount) of the drive motor 60 (drive unit) and the movement amount of the linear motion body, and corresponds to the second matrix. The rotation angle corresponds to an operation amount of the drive unit and an operation state parameter of the drive unit.

一方、Jは、直動体の移動量と関節角度のヤコビ行列であって、第1行列に相当する。関節角度は、関節の作動状態パラメータに相当する。また、演算器180は、作動状態取得部に相当する。 Meanwhile, J 2 is a Jacobian matrix of movement and joint angle of the linear motion body, corresponding to the first matrix. The joint angle corresponds to a joint operating state parameter. The computing unit 180 corresponds to an operating state acquisition unit.

本実施形態では、下記の特徴を有する。
(1)上記のように、本実施形態では、関節角度のフィードバック制御で得られる演算値に対して、第1行列と第2行列の積の逆行列を乗算して得られた結果をドライバ12へ出力する。このため、直動体80の動力を指部材50に対して非線形で伝達して揺動を付与する伝達機構を有していても、ロボットハンドの指部材の作動を、すなわち、関節角度をフィードバック制御で制御する際に、その制御精度を向上することができる。
This embodiment has the following features.
(1) As described above, in this embodiment, the driver 12 uses the result obtained by multiplying the operation value obtained by the feedback control of the joint angle by the inverse matrix of the product of the first matrix and the second matrix. Output to. For this reason, even if it has a transmission mechanism that non-linearly transmits the power of the linear moving body 80 to the finger member 50 and imparts swinging, the operation of the finger member of the robot hand, that is, the joint angle is feedback-controlled. When controlling with, the control accuracy can be improved.

(第2実施形態)
図4を参照して、第2実施形態のロボットハンド装置、すなわち、指先位置の制御を行うロボットハンド装置を説明する。なお、本実施形態を含めた、以下の実施形態では、ロボットハンド装置のハード構成は、第1実施形態と同様であるため、ハード構成の説明を省略する。
(Second Embodiment)
With reference to FIG. 4, the robot hand apparatus of the second embodiment, that is, the robot hand apparatus that controls the fingertip position will be described. In the following embodiments including this embodiment, the hardware configuration of the robot hand apparatus is the same as that of the first embodiment, and thus the description of the hardware configuration is omitted.

<指先位置の制御>
次に指先位置のフィードバック制御について説明する。
図4に示すように、本実施形態の指先位置のフィードバック制御は、PID制御である。本実施形態では、背景技術で説明した図8の制御ブロックの構成中、加算器260の出力側に、乗算器270が設けられているところが異なっているため、背景技術で説明した各制御ブロックと同一または相当する構成については、同一符号を付して、その説明を省略する。
<Control of fingertip position>
Next, feedback control of the fingertip position will be described.
As shown in FIG. 4, the feedback control of the fingertip position according to the present embodiment is PID control. In the present embodiment, the configuration of the control block of FIG. 8 described in the background art is different in that the multiplier 270 is provided on the output side of the adder 260. The same or corresponding components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

乗算器270は、加算器260から出力された演算値に(J−1を乗算し、得た値をトルク指令uとして、図1に示すドライバ12に出力する。なお、乗算器270は、前記実施形態の乗算器170と同様の構成である。 Multiplier 270 multiplies the operation value output from adder 260 by (J 2 J 1 ) −1 and outputs the obtained value to driver 12 shown in FIG. 1 as torque command u M. The multiplier 270 has the same configuration as that of the multiplier 170 of the above embodiment.

図4に示す関節角度の制御(PID制御)で得られるトルク指令uは、式(20)で表わすことができる。 Torque command u M obtained by joint angle control (PID control) shown in FIG. 4 can be expressed by equation (20).

本実施形態では、演算器280は、作動状態取得部に相当する。 In the present embodiment, the calculator 280 corresponds to an operating state acquisition unit.

本実施形態では、下記の特徴を有する。
(1)本実施形態では、指先位置のフィードバック制御で得られる演算値に対して、第1行列と第2行列の積の逆行列を乗算して得られた結果をドライバ12へ出力する。このため、直動体80の動力を指部材50に対して非線形で伝達して揺動を付与する伝達機構を有していても、ロボットハンドの指部材の作動を、すなわち、指先位置をフィードバック制御で制御する際に、その制御精度を向上することができる。
This embodiment has the following features.
(1) In this embodiment, the result obtained by multiplying the calculated value obtained by the feedback control of the fingertip position by the inverse matrix of the product of the first matrix and the second matrix is output to the driver 12. For this reason, even if it has a transmission mechanism that transmits the power of the linear moving body 80 to the finger member 50 in a non-linear manner to impart swing, the operation of the finger member of the robot hand, that is, the fingertip position is feedback-controlled. When controlling with, the control accuracy can be improved.

(第3実施形態)
図5を参照して、第3実施形態のロボットハンド装置、すなわち、関節トルクの制御を行うロボットハンド装置を説明する。
(Third embodiment)
With reference to FIG. 5, a robot hand apparatus according to a third embodiment, that is, a robot hand apparatus that controls joint torque will be described.

<関節トルクの制御>
図5に示すように、本実施形態の関節トルクのフィードバック制御は、PI制御である。本実施形態では、背景技術で説明した図9の制御ブロックの構成中、加算器360の出力側に、乗算器370が設けられているところが、異なっているため、背景技術で説明した各制御ブロックと同一または相当する構成については、同一符号を付して、その説明を省略する。
<Control of joint torque>
As shown in FIG. 5, the feedback control of the joint torque of this embodiment is PI control. In the present embodiment, since the multiplier 370 is provided on the output side of the adder 360 in the configuration of the control block of FIG. 9 described in the background art, each control block described in the background art is different. The same or corresponding components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

乗算器370は、加算器360から出力された演算値に(J−1を乗算し、得た値をトルク指令uとして、図1に示す、ドライバ12に出力する。
図5に示す関節トルクの制御(PI制御)で得られるトルク指令uは、式(21)で表わすことができる。
The multiplier 370 multiplies the operation value output from the adder 360 by (J 4 J 3 ) −1 and outputs the obtained value as a torque command u M to the driver 12 shown in FIG.
Torque command u M obtained by joint torque control (PI control) shown in FIG. 5 can be expressed by equation (21).

ここで、J及びJは、式(22)及び式(23)で表わされる。 Here, J 3 and J 4 are represented by the formula (22) and (23).

なお、Jは、固定値となるため、予めゲイン(比例ゲイン、積分ゲイン)に含ませてもよい。 Incidentally, J 3 is, to become a fixed value, it may be included in the pre-gain (proportional gain, integral gain).

は、駆動モータ60(駆動部)のモータトルクτと、直動体の推力のヤコビ行列であって、第2行列に相当する。ここで前記モータトルクτは、駆動部の作動状態パラメータ及び駆動部トルクに相当する。直動体の推力は、直動体の推力の作動状態パラメータに相当する。 J 3 is, and the motor torque tau M of the driving motor 60 (driving unit), a Jacobian matrix of the thrust of the linear motion body, corresponding to the second matrix. Here, the motor torque τ M corresponds to the operating state parameter of the driving unit and the driving unit torque. The thrust of the linear moving body corresponds to the operating state parameter of the thrust of the linear moving body.

一方、Jは、直動体の推力と関節トルクのヤコビ行列であって、第1行列に相当する。関節トルクは、関節の作動状態パラメータに相当する。また、演算器380は、作動状態取得部に相当する。 Meanwhile, J 4 is a Jacobian matrix of the thrust and joint torque translatory bodies, corresponding to the first matrix. The joint torque corresponds to a joint operating state parameter. The computing unit 380 corresponds to an operation state acquisition unit.

本実施形態では、下記の特徴を有する。
(1)上記のように、本実施形態では、関節トルクのフィードバック制御で得られる演算値に対して、第1行列と第2行列の積の逆行列を乗算して得られた結果をドライバ12へ出力する。このため、直動体80の動力を指部材50に対して非線形で伝達して揺動を付与する伝達機構を有していても、ロボットハンドの指部材の作動を、すなわち、関節トルクをフィードバック制御で制御する際に、その制御精度を向上することができる。
This embodiment has the following features.
(1) As described above, in the present embodiment, the driver 12 uses the result obtained by multiplying the calculated value obtained by the feedback control of the joint torque by the inverse matrix of the product of the first matrix and the second matrix. Output to. For this reason, even if it has a transmission mechanism that non-linearly transmits the power of the linear moving body 80 to the finger member 50 and imparts swinging, the operation of the finger member of the robot hand, that is, the joint torque is feedback-controlled. When controlling with, the control accuracy can be improved.

(第4実施形態)
図6を参照して、第4実施形態のロボットハンド装置、すなわち、指先力の制御を行うロボットハンド装置を説明する。
(Fourth embodiment)
With reference to FIG. 6, the robot hand apparatus of 4th Embodiment, ie, the robot hand apparatus which controls fingertip force, is demonstrated.

<指先力の制御>
図6に示すように、本実施形態の指先力のフィードバック制御は、PI制御である。
本実施形態では、背景技術で説明した図9の制御ブロックの構成中、加算器460の出力側に、乗算器470が設けられているところが、異なっているため、背景技術で説明した各制御ブロックと同一または相当する構成については、同一符号を付して、その説明を省略する。
<Control of fingertip force>
As shown in FIG. 6, the feedback control of the fingertip force of the present embodiment is PI control.
In the present embodiment, since the multiplier 470 is provided on the output side of the adder 460 in the configuration of the control block of FIG. 9 described in the background art, each control block described in the background art is different. The same or corresponding components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

乗算器470は、加算器460から出力された演算値に(J−1を乗算し、得た値をトルク指令uとして、図1に示す、ドライバ12に出力する。
図6に示す指先力の制御(PI制御)で得られるトルク指令uは、式(24)で表わすことができる。
The multiplier 470 multiplies the operation value output from the adder 460 by (J 4 J 3 ) −1 and outputs the obtained value to the driver 12 shown in FIG. 1 as a torque command u M.
Torque command u M obtained by fingertip force control (PI control) shown in FIG. 6 can be expressed by equation (24).

演算器480は、作動状態取得部に相当する。 The calculator 480 corresponds to an operating state acquisition unit.

本実施形態では、下記の特徴を有する。
(1)本実施形態では、指先力のフィードバック制御で得られる演算値に対して、第1行列と第2行列の積の逆行列を乗算して得られた結果をドライバ12へ出力する。このため、直動体80の動力を指部材50に対して非線形で伝達して揺動を付与する伝達機構を有していても、ロボットハンドの指部材の作動を、すなわち、指先力をフィードバック制御で制御する際に、その制御精度を向上することができる。
This embodiment has the following features.
(1) In this embodiment, the result obtained by multiplying the calculated value obtained by the feedback control of the fingertip force by the inverse matrix of the product of the first matrix and the second matrix is output to the driver 12. For this reason, even if it has a transmission mechanism that transmits the power of the linear moving body 80 to the finger member 50 in a non-linear manner to impart swing, the operation of the finger member of the robot hand, that is, the fingertip force is feedback-controlled. When controlling with, the control accuracy can be improved.

次に、第5〜8実施形態について説明する。
図11に示すように、第5〜8実施形態のロボットハンド装置は、第1〜4実施形態のハード構成中、ボールネジ78、及び伝達機構70(ギアヘッド72、平歯車列74、76)が省略されるとともに、直動体80の回転式モータである駆動モータ60を、直動モータ(例えば、リニアモータ)に変更したものである。すなわち、スライダークランク機構の構成が変更されている。図11では、直動モータ90は、フラット型のリニアモータであって、交互にNSの磁石列(図示しない)を可動方向へ配列した固定子92上を、直動体である可動子94が直動するようにされている。ロボットハンド装置の他の構成は、第1〜第4実施形態と同様に構成されている。なお、リニアモータは、フラット型に限定するものではなく、他の形式のものであってもよい。
Next, fifth to eighth embodiments will be described.
As shown in FIG. 11, in the robot hand apparatus of the fifth to eighth embodiments, the ball screw 78 and the transmission mechanism 70 (gear head 72, spur gear trains 74 and 76) are omitted in the hardware configuration of the first to fourth embodiments. In addition, the drive motor 60 that is a rotary motor of the linear motion body 80 is changed to a linear motion motor (for example, a linear motor). That is, the configuration of the slider crank mechanism is changed. In FIG. 11, the linear motion motor 90 is a flat type linear motor, and the movable element 94, which is the linear motion body, is directly connected to the stator 92 in which NS magnet rows (not shown) are alternately arranged in the movable direction. It is supposed to move. Other configurations of the robot hand device are configured in the same manner as in the first to fourth embodiments. The linear motor is not limited to the flat type, and may be of other types.

(第5実施形態)
第5実施形態は、図1及び図11で示すロボットハンド装置が、関節角度を制御するための例である。
(Fifth embodiment)
5th Embodiment is an example for the robot hand apparatus shown in FIG.1 and FIG.11 to control a joint angle.

<関節角度の制御>
図3において、本実施形態では、乗算器170は、加算器160から出力された演算値に(J−1を乗算し、得た値をトルク指令uとして、図1に示す、ドライバ12に出力する。
<Control of joint angle>
3, in the present embodiment, the multiplier 170 multiplies the operation value output from the adder 160 by (J 2 J 1 ) −1 and uses the obtained value as the torque command u M as shown in FIG. , Output to the driver 12.

なお、本実施形態では、上述したように直動モータ90により、可動子94(直動体)を駆動するため、ヤコビ行列J=1である。このことから、実質的には、乗算器170は、(J−1を乗算することになる。 In the present embodiment, since the movable element 94 (linear motion body) is driven by the linear motion motor 90 as described above, the Jacobian matrix J 1 = 1. From this fact, the multiplier 170 substantially multiplies (J 2 ) −1 .

図3に示す関節角度の制御(PID制御)で得られるトルク指令uは、式(25)で表わすことができる。 The torque command u M obtained by the joint angle control (PID control) shown in FIG. 3 can be expressed by Expression (25).

(第6実施形態)
第6実施形態は、図1及び図11で示すロボットハンド装置が、指先位置を制御するための例である。
(Sixth embodiment)
The sixth embodiment is an example for the robot hand device shown in FIGS. 1 and 11 to control the fingertip position.

<指先位置の制御>
図4において、本実施形態では、乗算器270は、加算器260から出力された演算値に(J−1を乗算し、得た値をトルク指令uとして、図1に示す、ドライバ12に出力する。
<Control of fingertip position>
4, in the present embodiment, the multiplier 270 multiplies the operation value output from the adder 260 by (J 2 ) −1, and uses the obtained value as the torque command u M, as shown in FIG. 12 is output.

第5実施形態と同様に本実施形態では、乗算器170が(J−1を乗算することは、第1実施形態が、(J−1を乗算していることと相違しているように見えるが、上述したように直動モータ90により、可動子94(直動体)を駆動するため、ヤコビ行列J=1である。このことから、(J−1を乗算していると同義である。 Similar to the fifth embodiment, in this embodiment, the multiplier 170 multiplies (J 2 ) −1, which is different from the first embodiment that multiplies (J 2 J 1 ) −1. However, since the movable element 94 (linear motion body) is driven by the linear motion motor 90 as described above, the Jacobian matrix J 1 = 1. From this, it is synonymous to multiply (J 2 J 1 ) −1 .

図4に示す指先位置の制御(PID制御)で得られるトルク指令uは、式(26)で表わすことができる。 Torque command u M obtained by fingertip position control (PID control) shown in FIG. 4 can be expressed by equation (26).

(第7実施形態)
第7実施形態は、図1及び図11で示すロボットハンド装置が、関節トルクを制御するための例である。
(Seventh embodiment)
7th Embodiment is an example for the robot hand apparatus shown in FIG.1 and FIG.11 to control a joint torque.

<関節トルクの制御>
図3において、本実施形態では、乗算器370は、加算器360から出力された演算値に(J−1を乗算し、得た値をトルク指令uとして、図1に示す、ドライバ12に出力する。
<Control of joint torque>
3, in this embodiment, the multiplier 370 multiplies the operation value output from the adder 360 by (J 4 J 3 ) −1 and uses the obtained value as the torque command u M as shown in FIG. , Output to the driver 12.

なお、本実施形態では、上述したように直動モータ90により、可動子94(直動体)を駆動するため、ヤコビ行列J=1である。このことから、実質的には、乗算器370は、(J−1を乗算することになる。 In the present embodiment, since the movable element 94 (linear motion body) is driven by the linear motion motor 90 as described above, the Jacobian matrix J 3 = 1. From this, the multiplier 370 substantially multiplies (J 4 ) −1 .

図5に示す関節トルクの制御(PI制御)で得られるトルク指令uは、式(27)で表わすことができる。 Torque command u M obtained by joint torque control (PI control) shown in FIG. 5 can be expressed by equation (27).

(第8実施形態)
第8実施形態は、図1及び図11で示すロボットハンド装置が、指先力を制御するための例である。
(Eighth embodiment)
The eighth embodiment is an example for the robot hand apparatus shown in FIGS. 1 and 11 to control the fingertip force.

<指先力の制御>
図6において、本実施形態では、乗算器470は、加算器460から出力された演算値に(J−1を乗算し、得た値をトルク指令uとして、図1に示す、ドライバ12に出力する。
<Control of fingertip force>
In FIG. 6, in the present embodiment, the multiplier 470 multiplies the operation value output from the adder 460 by (J 4 J 3 ) −1 and uses the obtained value as the torque command u M as shown in FIG. , Output to the driver 12.

なお、本実施形態では、上述したように直動モータ90により、可動子94(直動体)を駆動するため、ヤコビ行列J=1である。このことから、実質的には、乗算器370は、(J−1を乗算することになる。 In the present embodiment, since the movable element 94 (linear motion body) is driven by the linear motion motor 90 as described above, the Jacobian matrix J 3 = 1. From this, the multiplier 370 substantially multiplies (J 4 ) −1 .

図6に示す指先力の制御(PID制御)で得られるトルク指令uは、式(28)で表わすことができる。 Torque command u M obtained by fingertip force control (PID control) shown in FIG. 6 can be expressed by equation (28).

なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更しても良い。 In addition, embodiment of this invention is not limited to the said embodiment, You may change as follows.

・第1実施形態及び第5実施形態では、関節角度θを演算器180で算出したが、関節角度θを検出する角度検出部を作動状態取得部として関節軸52に設けて、演算器180を省略してもよい。 In the first embodiment and the fifth embodiment, the joint angle θ j is calculated by the calculator 180. However, the angle detector that detects the joint angle θ j is provided on the joint shaft 52 as an operation state acquisition unit, and the calculator 180 may be omitted.

・第2実施形態及び第6実施形態では、指先位置xを演算器280で算出したが、指先位置xを検出する位置検出部を作動状態取得部として指部材50に設けて、演算器280を省略してもよい。 · In the second embodiment and the sixth embodiment, the fingertip position x f calculated in calculator 280, is provided to the finger member 50 to the position detector for detecting a fingertip position x f as the operating state acquisition unit, the arithmetic unit 280 may be omitted.

・第3実施形態及び第7実施形態では、関節トルクτjを演算器380で算出したが、関節トルクτjを検出する関節トルク検出部を作動状態取得部として関節軸52に設けて、演算器380を省略してもよい。 -In 3rd Embodiment and 7th Embodiment, although the joint torque (tau) j was computed with the calculator 380, the joint torque detection part which detects joint torque (tau) j is provided in the joint shaft 52 as an operation state acquisition part, and is calculated. The device 380 may be omitted.

・第4実施形態及び第8実施形態では、指先力Fを演算器480で算出したが、指先力Fを検出する指部材50の先端に設けて、演算器180を省略してもよい。例えば、圧力センサを作動状態取得部として、指部材が物を把持する指先に設けて、該圧力センサにより指先力Fを検出するようにしてもよい。 · In the fourth embodiment and the eighth embodiment, the finger force F f is calculated by the arithmetic unit 480, is provided at the tip of the finger member 50 for detecting the finger force F f, it may be omitted calculator 180 . For example, as the working state acquiring unit and the pressure sensor, provided in the finger tip of the finger member to grip an object, may be detected fingertip force F f by pressure sensor.

・PID制御で説明した実施形態(第1実施形態、第2実施形態、第5実施形態、第6実施形態)を、PI制御、PD制御またはP制御に変更してもよい。
・PI制御で説明した実施形態(第3実施形態、第4実施形態、第7実施形態、及び第8実施形態)を、PID制御、PD制御またはP制御に変更してもよい。
-You may change embodiment (1st Embodiment, 2nd Embodiment, 5th Embodiment, 6th Embodiment) demonstrated by PID control to PI control, PD control, or P control.
-You may change embodiment (3rd Embodiment, 4th Embodiment, 7th Embodiment, and 8th Embodiment) demonstrated by PI control into PID control, PD control, or P control.

・前記第2実施形態及び第6実施形態では、指先位置の制御としたが、指先以外の、指部材の先端位置のフィードバック制御にすることも可能である。
・伝達機構70はリンク機構に限定するものではなく、非線形で動力を伝達する他の機構であってもよい。
-In the said 2nd Embodiment and 6th Embodiment, it was set as control of the fingertip position, However, It is also possible to make it feedback control of the front-end | tip position of finger members other than a fingertip.
The transmission mechanism 70 is not limited to a link mechanism, and may be another mechanism that transmits power in a non-linear manner.

<ロボットハンドの設計方法>
図12を参照して、ロボットハンドの設計方法を説明する。
スライダークランク機構を利用したロボットハンドの設計パラメータは、指部材の指長r、スライダークランク機構の設計パラメータl,l,l,x、指先力F、関節トルクτである。
<Robot hand design method>
A robot hand design method will be described with reference to FIG.
The design parameters of the robot hand using the slider crank mechanism are the finger length r of the finger member, the design parameters l 1 , l 2 , l 3 , x of the slider crank mechanism, the fingertip force F f , and the joint torque τ j .

これらの設計パラメータの設計方法は、(1)指先力F、指長r、(2)関節トルクτ、(3)スライダークランク機構の設計パラメータl,l,l,x、(4)ボールネジ(ネジ部材)と駆動モータ(駆動部)間の減速機構に関する設計パラメータ、(5)モータ特性、のそれぞれの決定が必要である。 The design method of these design parameters is as follows: (1) fingertip force F f , finger length r, (2) joint torque τ j , (3) slider crank mechanism design parameters l 1 , l 2 , l 3 , x, ( 4) It is necessary to determine each of the design parameters regarding the speed reduction mechanism between the ball screw (screw member) and the drive motor (drive unit), and (5) motor characteristics.

一般的には、決定した(1)の設計パラメータを基に(3)〜(5)の設計パラメータを試行錯誤的に求める。なお、(2)の関節トルクτは、(1)のパラメータが決定されれば、式(11)に基づいて一般的に一意に決まる。 Generally, the design parameters (3) to (5) are obtained by trial and error based on the determined design parameter (1). Note that the joint torque τ j in (2) is generally uniquely determined based on Expression (11) if the parameter in (1) is determined.

しかし、例えば、(4)、(5)の設計パラメータを決定してこれらを条件にしても、(3)は複数のパラメータ候補が存在するため、一意に決定することができない。なお、第1実施形態では、ボールネジ78と駆動モータ60(駆動部)間の減速機構は、平歯車列74、76、ギヤヘッド72にて構成されている。このため、(4)の、ボールネジとモータ(駆動部)間の減速機構に関連するパラメータは、ギヤヘッド減速比G、機構減速比(平歯車等)G、ホールネジのリードPである。 However, for example, even if the design parameters (4) and (5) are determined and these are used as conditions, (3) cannot be uniquely determined because there are a plurality of parameter candidates. In the first embodiment, the speed reduction mechanism between the ball screw 78 and the drive motor 60 (drive unit) is composed of spur gear trains 74 and 76 and a gear head 72. Therefore, (4), and the parameters related to the reduction mechanism between a ball screw and a motor (drive unit), gearhead reduction ratio G h, mechanism reduction ratio (spur gear, etc.) is a G b, Horuneji lead P h.

ここで、ロボット指の小型化、ひいてはロボットハンドの小型化を課題の一つとした場合、(4)及び(5)の設計パラメータについては、駆動モータ及びボールネジを小型とするための選択肢は限定される。   Here, when miniaturization of the robot finger, and hence miniaturization of the robot hand, is one of the issues, the options for miniaturizing the drive motor and ball screw are limited for the design parameters (4) and (5). The

このため、前記小型化を課題とすることを前提にして(4)及び(5)を決定し、これを条件として、図12に示すようにスライダークランク機構の設計パラメータl,l,l,xで囲まれる面積(または和)が最小となるように決定すれば、小型化の課題を解決することができる。なお、(4)及び(5)の設計パラメータの設定時期は、(1)及び(2)の設定時期よりも前、後、または同時であってもよい。 Therefore, (4) and (5) are determined on the assumption that the downsizing is an issue, and on this condition, design parameters l 1 , l 2 , l of the slider crank mechanism as shown in FIG. 3 If the area (or sum) surrounded by x is determined to be the smallest, the problem of miniaturization can be solved. Note that the design parameters (4) and (5) may be set before, after, or simultaneously with the settings (1) and (2).

上記のことから、ロボット指でロボットハンドの小型化の課題を解決するロボットハンドの設計パラメータの設計方法として、下記の技術的思想が見いだせる。
<本発明以外の技術的思想>
指部材と、前記指部材を関節により揺動自在に支持する指支持部材と、を備え、
前記指支持部材には、駆動部と、前記駆動部の回転を減速する減速機構と、前記減速機構を介して前記駆動部の動力を前記関節に伝達する伝達機構とを備え、
前記伝達機構は、ネジ部材と、前記ネジ部材により直動する直動体及び該直動体の直動を前記関節に非線形で伝達して揺動を前記指部材に付与する複数のリンクとにより構成されるスライダークランク機構を含む、ロボットハンドの設計方法において、前記指部材の指長及び指先力を決定する第1段階と、前記指先力に基づいて、関節トルクを算出する第2段階と、第1段階及び第2段階の順番よりも前、或いは後、或いは同時に行われる第3段階であって、ロボットハンドの最小化を目的にして前記減速機構に関する設計パラメータと、前記駆動部の特性を選択する第3段階と、前記スライダークランク機構の設計パラメータを求める際、該スライダークランク機構の設計パラメータで二次元的に囲まれる形状の面積を最小化することにより、該スライダークランク機構の設計パラメータを算出する第4段階を含むロボットハンドの設計方法。
From the above, the following technical idea can be found as a design method of design parameters of the robot hand that solves the problem of miniaturization of the robot hand with the robot finger.
<Technical ideas other than the present invention>
A finger member, and a finger support member that swingably supports the finger member by a joint,
The finger support member includes a drive unit, a deceleration mechanism that decelerates the rotation of the drive unit, and a transmission mechanism that transmits the power of the drive unit to the joint via the deceleration mechanism.
The transmission mechanism includes a screw member, a linear motion body that linearly moves by the screw member, and a plurality of links that transmit the linear motion of the linear motion body to the joint in a non-linear manner to impart swinging to the finger member. In a robot hand design method including a slider crank mechanism, a first step of determining a finger length and a fingertip force of the finger member, a second step of calculating a joint torque based on the fingertip force, This is a third stage that is performed before, after, or simultaneously with the order of the stage and the second stage, and selects design parameters relating to the speed reduction mechanism and characteristics of the drive unit for the purpose of minimizing the robot hand. When determining the design parameters of the third stage and the slider crank mechanism, the area of the shape that is two-dimensionally surrounded by the design parameters of the slider crank mechanism is minimized. , A method of designing a robot hand comprising a fourth step of calculating the design parameters of the slider crank mechanism.

10…ロボットハンド、12…ドライバ、
20…ロボットハンド制御装置(制御部)、
30…上位制御部、40…モータ制御部、50…指部材、
52…関節軸(関節)、54…指支持部材、60…駆動モータ、
62、64…検出部、70…伝達機構、72…ギヤヘッド、
74、76…平歯車列、78…ボールネジ、80…直動体、
81、82…リンク(リンク機構)、90…直動モータ、92…固定子、
94…可動子(直動体)、100…減算器、110…比例演算部、
120…積分器、130…積分ゲイン演算部、140…微分器、
150…微分ゲイン演算部、160…加算器、170…乗算器、
180…演算器(作動状態取得部)、200…減算器、
210…比例演算部、220…積分器、230…積分ゲイン演算部、
240…微分器、250…微分ゲイン演算部、260…加算器、
270…乗算器、280…演算器(作動状態取得部)、
300…減算器、310…比例演算部、320…積分器、
330…積分ゲイン演算部、360…加算器、370…乗算器、
380…演算器(作動状態取得部)、400…減算器、
410…比例演算部、420…積分器、430…積分ゲイン演算部、
440…トルク変換部、460…加算器、470…乗算器、
480…演算器(作動状態取得部)。
10 ... Robot hand, 12 ... Driver,
20 ... Robot hand control device (control unit),
30 ... Host control unit, 40 ... Motor control unit, 50 ... Finger member,
52 ... Joint shaft (joint), 54 ... Finger support member, 60 ... Drive motor,
62, 64 ... detector, 70 ... transmission mechanism, 72 ... gear head,
74, 76 ... spur gear train, 78 ... ball screw, 80 ... linear motion body,
81, 82 ... Link (link mechanism), 90 ... Linear motion motor, 92 ... Stator,
94: Movable element (linear motion body), 100: Subtractor, 110: Proportional calculation unit,
120 ... integrator, 130 ... integral gain calculation unit, 140 ... differentiator,
150 ... differential gain calculation unit, 160 ... adder, 170 ... multiplier,
180 ... arithmetic unit (operation state acquisition unit), 200 ... subtractor,
210 ... Proportional calculation unit, 220 ... Integrator, 230 ... Integral gain calculation unit,
240 ... differentiator, 250 ... differential gain calculator, 260 ... adder,
270 ... multiplier, 280 ... operator (operation state acquisition unit),
300 ... Subtractor, 310 ... Proportional calculation unit, 320 ... Integrator,
330 ... integral gain calculation unit, 360 ... adder, 370 ... multiplier,
380 ... Calculator (operating state acquisition unit), 400 ... Subtractor,
410 ... proportional calculation unit, 420 ... integrator, 430 ... integral gain calculation unit,
440 ... Torque converter, 460 ... Adder, 470 ... Multiplier,
480... Arithmetic unit (operation state acquisition unit).

Claims (7)

指部材と、前記指部材を関節により揺動自在に支持する指支持部材と、を備え、前記指支持部材には、直動自在に設けられた直動体と、前記直動体の動力を前記指部材に対して非線形で伝達して揺動を付与する伝達機構と、前記直動体に動力を付与する駆動部と、前記指部材または前記関節の作動状態を示すパラメータを取得する作動状態取得部と、を有するロボットハンドと、
前記指部材を、前記パラメータに基づいて、前記駆動部を介して前記指部材の作動をフィードバック制御する制御部を備えたロボットハンド装置であって、
前記制御部は、前記フィードバック制御で得られる演算値に対して、第1行列と第2行列の積の逆行列を乗算して得られた結果を前記駆動部のドライバへ出力するものであり、
第1行列は、前記直動体の作動状態パラメータと前記関節の作動状態パラメータのヤコビ行列であり、
第2行列は、前記駆動部の作動状態パラメータと前記直動体の作動状態パラメータのヤコビ行列であるロボットハンド装置。
A finger member; and a finger support member that swingably supports the finger member by a joint. The finger support member includes a linear motion body that is provided so as to be linearly movable, and power of the linear motion body is transmitted to the finger. A transmission mechanism for nonlinearly transmitting the member to impart swinging, a drive unit for applying power to the linear motion body, and an operation state acquisition unit for acquiring a parameter indicating an operation state of the finger member or the joint; A robot hand having,
A robot hand device including a control unit that feedback-controls the operation of the finger member via the drive unit based on the parameter,
The control unit outputs a result obtained by multiplying an arithmetic value obtained by the feedback control by an inverse matrix of a product of a first matrix and a second matrix to the driver of the driving unit,
The first matrix is a Jacobian matrix of the operating state parameter of the linear motion body and the operating state parameter of the joint,
The second matrix is a robot hand device that is a Jacobian matrix of operating state parameters of the drive unit and operating state parameters of the linear motion body.
前記駆動部は回転式モータであり、前記直動体は前記回転式モータに作動連結されたボールネジにより直動するものであり、前記伝達機構はリンク機構である請求項1に記載のロボットハンド装置。   2. The robot hand apparatus according to claim 1, wherein the drive unit is a rotary motor, the linear moving body is linearly moved by a ball screw operatively connected to the rotary motor, and the transmission mechanism is a link mechanism. 前記駆動部は前記直動体を直動する直動モータであり、前記伝達機構はリンク機構である請求項1に記載のロボットハンド装置。   The robot hand apparatus according to claim 1, wherein the drive unit is a linear motion motor that linearly moves the linear motion body, and the transmission mechanism is a link mechanism. 前記作動状態取得部は、前記関節の作動状態を示すパラメータとして前記関節の関節角度を検出または演算により取得するものであり、
前記駆動部の作動状態パラメータは、前記駆動部の作動量であり、
前記直動体の作動状態パラメータは、前記直動体の移動量であり、
前記関節の作動状態パラメータは、関節角度である請求項2または請求項3に記載のロボットハンド装置。
The operating state acquisition unit detects or calculates the joint angle of the joint as a parameter indicating the operating state of the joint,
The operating state parameter of the driving unit is an operating amount of the driving unit,
The operating state parameter of the linear moving body is a movement amount of the linear moving body,
The robot hand apparatus according to claim 2, wherein the joint operation state parameter is a joint angle.
前記作動状態取得部は、前記指部材の作動状態を示すパラメータとして前記指部材の先端位置を検出または演算により取得するものであり、
前記駆動部の作動状態パラメータは、前記駆動部の作動量であり、
前記直動体の作動状態パラメータは、前記直動体の移動量であり、
前記関節の作動状態パラメータは、関節角度である請求項2または請求項3に記載のロボットハンド装置。
The operating state acquisition unit detects or calculates the tip position of the finger member as a parameter indicating the operating state of the finger member,
The operating state parameter of the driving unit is an operating amount of the driving unit,
The operating state parameter of the linear moving body is a movement amount of the linear moving body,
The robot hand apparatus according to claim 2, wherein the joint operation state parameter is a joint angle.
前記作動状態取得部は、前記関節の作動状態を示すパラメータとして前記関節の関節トルクを検出または演算により取得するものであり、
前記駆動部の作動状態パラメータは、駆動部トルクであり、
前記直動体の作動状態パラメータは、前記直動体の推力であり、
前記関節の作動状態パラメータは、関節トルクである請求項2または請求項3に記載のロボットハンド装置。
The operating state acquisition unit detects or calculates the joint torque of the joint as a parameter indicating the operating state of the joint,
The operating state parameter of the driving unit is a driving unit torque,
The operating state parameter of the linear moving body is a thrust of the linear moving body,
The robot hand apparatus according to claim 2, wherein the joint operation state parameter is joint torque.
前記作動状態取得部は、前記指部材の作動状態を示すパラメータとして前記指部材の先端力を検出または演算により取得するものであり、
前記駆動部の作動状態パラメータは、駆動部トルクであり、
前記直動体の作動状態パラメータは、前記直動体の推力であり、
前記関節の作動状態パラメータは、関節トルクである請求項2または請求項3に記載のロボットハンド装置。
The operating state acquisition unit acquires the tip force of the finger member as a parameter indicating the operating state of the finger member by detection or calculation,
The operating state parameter of the driving unit is a driving unit torque,
The operating state parameter of the linear moving body is a thrust of the linear moving body,
The robot hand apparatus according to claim 2, wherein the joint operation state parameter is joint torque.
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