JP2019126879A - 把持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】把持装置において、把持状態の安定化を図る技術を提供する。【解決手段】 把持装置は、把持対象物を把持する把持部と、把持部に設けられ、把持部が把持対象物を把持するときに把持対象物と接触し、把持部が把持対象物を把持する把持力および把持対象物の硬度に応じて変形する表皮部と、表皮部に配置される検出用装置を含み、表皮部の変形によって検出用装置の位置と姿勢の少なくとも一方が変化することで、表皮部の変形形状に関連する情報を検出する変形関連情報検出部と、変形関連情報検出部によって検出された情報に応じて、把持部による把持対象物の把持状態を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、把持装置に関する。

従来から、把持対象物を把持する把持装置が知られている（特許文献１〜３参照）。例えば、引用文献１には、物体を把持する把持部分の曲率が異なる２種類の指を有するロボットハンドが開示されている。引用文献２には、アームの先端に、アームに対して捻転可能な凸曲面状の先端曲面部を備えたマニピュレータ装置が開示されている。引用文献３には、各指機構の把持対象に対する作用力について、触点における各接触要素の物体に対する作用力及び相対速度と、物体に作用する外力との関係式から導出される連立漸化式の解探索処理によって目標作用力を設定するロボットハンドが開示されている。

特許第４９９７０７８号公報 特開２０１１−６２７８８号公報 特開２０１３−９４９４６号公報

しかしならが、上記先行技術によっても、把持装置によって把持対象物を把持する技術については、なお、改善の余地があった。例えば、上記先行技術では、分布型圧力センサによって把持対象物と接触しているエリアや強さを検出している。しかし、分布型圧力センサでは、接触面の圧力分布については検出できるものの、接触面の傾斜角度を検出できないため、３次元の把持対象物の形状変化を把握することができない。すなわち、上記先行技術では、把持対象物と把持装置との相対的な柔軟性（相対硬度）が考慮されておらず、把持装置で把持をおこなうと想定した把持状態とはならず、安定した把持状態が得られない場合があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、把持装置において、把持状態の安定化を図る技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、把持装置が提供される。この把持装置は、把持対象物を把持する把持部と、前記把持部に設けられ、前記把持部が前記把持対象物を把持するときに前記把持対象物と接触し、前記把持部が前記把持対象物を把持する把持力および前記把持対象物の硬度に応じて変形する表皮部と、前記表皮部に配置される検出用装置を含み、前記表皮部の変形によって前記検出用装置の位置と姿勢の少なくとも一方が変化することで、前記表皮部の変形形状に関連する情報を検出する変形関連情報検出部と、前記変形関連情報検出部によって検出された前記情報に応じて、前記把持部による前記把持対象物の把持状態を制御する制御部と、を備える。

この構成によれば、表皮部の変形形状に関連する情報には、表皮部の変形時に検出用装置の位置と姿勢の少なくとも一方が変化することによって得られた情報が含まれる。そのため、この情報から、把持部と把持対象物との接触面の範囲や接触面の傾斜角度を推定することができる。把持対象物と把持部との摩擦力は、把持部と把持対象物との接触面積に比例する。また、把持対象物の表皮部に対する相対硬度は、把持部が把持対象物を把持したときの接触面の傾斜角度の変化に関連する。よって、この構成によれば、表皮部の変形形状に関連する情報から、把持時の摩擦力の変化や相対硬度及び把持状態の変化を把握でき、この情報に応じて把持部による把持対象物の把持状態を制御することで、把持状態の安定化を図ることができる。

（２）上記形態の把持装置において、前記表皮部は、硬度の異なる複数の部材が積層された構成を有し、前記把持対象物と接触する外表面側から内側に向かって順に硬度が高くなるよう前記複数の部材が配置されており、前記変形関連情報検出部は、複数の前記検出用装置を含み、前記複数の検出用装置は、前記表皮部において、前記複数の部材のそれぞれに対応して配置されていてもよい。この構成によれば、表皮部は、外表面側から内側に向かって順に硬度が高くなるように構成されているため、様々な硬度の把持対象物に対して、把持対象物の硬度に応じた変形をすることができる。すなわち、比較的柔らかい把持対象物の硬度の差異は、柔らかい表皮部の外表面側の変形の差異として表れ、比較的硬い把持対象物の硬度の差異は、硬い表皮部の内側の変形の差異として表れる。この構成によれば、硬度の異なる複数の部材のそれぞれの変形に対応して検出用装置の位置と姿勢が変化するため、検出可能な把持対象物の硬度の範囲を広げることができる。よって、変形関連情報検出部は、より正確に、把持部と把持対象物との接触面の範囲や接触面の傾斜角度に関連する情報を検出することができる。

（３）上記形態の把持装置において、前記検出用装置は、慣性センサによって構成されており、自身の加速度と角速度の少なくとも一方を検出するものであり、前記制御部は、前記表皮部が前記把持対象物との接触によって変形したときに、前記慣性センサによって検出された前記加速度と前記角速度の少なくとも一方を用いて、前記表皮部において、前記把持対象物と接触する接触面の傾斜角度を推定してもよい。この構成によれば、慣性センサによって検出された加速度と角速度の少なくとも一方を用いて、把持対象物と接触する接触面の傾斜角度を容易に推定することができる。

（４）上記形態の把持装置において、前記検出用装置は、ＲＦタグによって構成されており、前記変形関連情報検出部は、電磁波センサによって、前記ＲＦタグの座標位置を検出するものであり、前記制御部は、前記表皮部が前記把持対象物との接触によって変形したときに、前記電磁波センサによって検出された前記ＲＦタグの座標位置を用いて、前記表皮部において、前記把持対象物と接触する接触面の傾斜角度を推定してもよい。この構成によれば、電磁波センサによって検出されたＲＦタグの座標位置を用いて、把持対象物と接触する接触面の傾斜角度を容易に推定することができる。

（５）上記形態の把持装置において、前記複数の部材は、それぞれ粘性の異なる流体が注入された複数の袋体によって構成されていてもよい。この構成によれば、簡易な構成によって、表皮部の硬度を外表面側から内側に向かって順に高くすることができる。

（６）上記形態の把持装置において、前記複数の部材は、流体が注入された複数の袋体であって、互いに注入圧が異なる複数の袋体によって構成されていてもよい。この構成によっても、簡易に表皮部の硬度を外表面側から内側に向かって順に高くすることができる。

（７）上記形態の把持装置において、前記把持部は、複数本の指部を有するロボットハンドであり、前記表皮部は、前記複数の指部の先端部に設けられ、それぞれ山形の曲面形状を有しており、前記指部の先端部には、前記先端部の姿勢を検出するための姿勢検出装置が配置されていてもよい。この構成によれば、姿勢検出装置によって、指部の姿勢を容易に検出することができる。

（８）本発明の他の一形態によれば、把持装置が提供される。この把持装置は、把持対象物を把持する把持部と、前記把持部に設けられ、前記把持部が前記把持対象物を把持するときに前記把持対象物と接触し、前記把持部が前記把持対象物を把持する把持力および前記把持対象物の硬度に応じて変形する表皮部と、前記表皮部に配置される検出用装置を含み、前記表皮部の変形によって前記検出用装置の位置と姿勢の少なくとも一方が変化することで、前記表皮部の変形形状に関連する情報を検出する変形関連情報検出部と、を備え、前記表皮部は、硬度の異なる複数の部材が積層された構成を有し、前記把持対象物と接触する外表面側から内側に向かって順に硬度が高くなるよう前記複数の部材が配置されており、前記変形関連情報検出部は、複数の前記検出用装置を含み、前記複数の検出用装置は、前記表皮部において、前記複数の部材のそれぞれに対応して配置されている。

この構成によれば、表皮部の変形形状に関連する情報から、把持時の摩擦力の変化や相対硬度及び把持状態の変化を把握でき、この情報に応じて把持部による把持対象物の把持状態を制御することで、把持状態の安定化を図ることができる。また、表皮部は、外表面側から内側に向かって順に硬度が高くなるように構成されているため、より広い範囲の硬度において、把持対象物の硬度の差異を表皮部の変形形状の変化に反映させることができるため、より正確に、把持部と把持対象物との接触面の範囲や接触面の傾斜角度に関連する情報を検出することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、ロボットハンド、ロボットハンドの指先構造、把持装置の制御方法、この制御方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムなどの形態で実現することができる。

第１実施形態における把持装置１の概略構成を示した説明図である。 指先部の断面構成を示した説明図である。 変形計測部の構成を示した説明図である。 把持対象物との接触時の表皮部の変形形状を示した第１の説明図である。 把持対象物との接触時の表皮部の変形形状を示した第２の説明図である。 圧迫体と被圧迫体とを接触させた状態を示した説明図である。 被圧迫体との接触時における圧迫体の変形形状を示した説明図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態における把持装置１の概略構成を示した説明図である。把持装置１は、例えば、産業用ロボットや人型ロボット等に用いられる装置であり、ロボットハンド１０と、制御部４０とを備えている。

ロボットハンド１０は、人の手を模した多自由度を有する多指ロボットハンドであり、第１指部１１と、第２指部１２と、第３指部１３と、第４指部１４と、掌部１５とを備えている。第１指部１１は人の手の人差し指に対応し、第２指部１２は中指に対応し、第３指部１３は薬指に対応し、第４指部１４は親指に対応し、掌部１５は手のひらに対応している。

各指部１１〜１４は、それぞれ、指先部２１と、第１関節部２２と、中節部２３と、第２関節部２４と、基節部２５と、第３関節部２６とを備えている。指先部２１、中節部２３、および、基節部２５は、リンクもしくは節と呼ばれる部分であり、第１関節部２２、第２関節部２４、および、第３関節部２６は、ジョイントもしくは関節と呼ばれる可動部分である。指先部２１、中節部２３、および、基節部２５は、第１関節部２２、第２関節部２４、および、第３関節部２６によって互いに回動可能に接続されている。各指部１１〜１４は、これらの部材によるリンク機構が形成されている。

各指部１１〜１４は、上述のリンク機構と、図示しないモータ（アクチュエータ）を備え、モータの駆動によって関節部２２、２４、２６が回動し、関節部に接続された２つのリンクの相対的な角度が変化する。これにより、各指部１１〜１４は、人の指のように、まっすぐの状態と折れ曲がった状態との間の任意の状態にすることができる。モータの駆動によって、各指部１１〜１４を人の指のように伸展、屈曲させる機構の具体的な構成については任意の構成を採用することができる。例えば、各指部１１〜１４は、モータの他に、図示しない減速機構と、回転運動を直線運動に変換する図示しないクランク機構とを備えていてもよい。この場合、モータの出力軸を減速機構の入力軸に接続し、減速機構の出力軸をクランク機構の入力軸に接続し、クランク機構の出力軸をリンク機構に接続することで、モータの出力軸の時計回り又は反時計回りの回転によって、リンク機構を伸展、屈曲させることができる。

各指部１１〜１４は、第３関節部２６を介して掌部１５に接続されている。掌部１５は、腕部１６に接続されており、腕部１６に対して３自由度で回動可能に構成されている。腕部１６は、人の腕を模した多自由度を有するリンク機構部であり、図示しない上腕部と前腕部とを含んでいる。腕部１６とロボットハンド１０は、腕部１６の先端にロボットハンド１０が取り付けられたロボットアーム１７として構成されている。腕部１６は、ロボットハンド１０を任意の位置に移動させることができ、また、任意の姿勢にすることができる。

ロボットハンド１０は、指部１１〜１４のうちの２本以上よって物体（把持対象物）７０を挟んで把持し、把持した物体（把持対象物）７０の位置および姿勢を変更させることができる。ここで、物体の位置とは、３次元座標における位置を意味しており、３次元座標により表すことができる。物体の姿勢とは、３次元座標において物体の向きを意味しており、ベクトルによって表すことができる。

指先部２１は、人の指の末節に該当する部位であり、指の背側（外側）に爪部２７を備え、指の腹側（内側）に表皮部３０を備えている。表皮部３０は、ロボットハンド１０が把持対象物７０を把持するときに、主に接触する部分であり、曲率が概ね一様な山形の曲面形状を有している。これにより、表皮部３０は、把持対象物７０と、指先部２１との接触角度が所定の範囲内であれば、接触角度によらず、接触面積をほぼ同じにすることができる。表皮部３０は、シリコンゴム、天然ゴム、合成ゴム等の柔軟なゴム弾性体によって形成されている。表皮部３０は、把持対象物７０との接触面積に比例して、摩擦係数（摩擦力）が変化する。すなわち、接触面積が大きいほど摩擦力が増大する。指先部２１の詳細な構成については、図２で詳述する。

制御部４０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および、ＣＰＵを含んで構成されるコンピュータであり、ロボットハンド１０と腕部１６を含むロボットアーム１７の動作制御をおこなう。制御部４０は、把持司令部４１と、接触状態演算部４２と、駆動演算部４３と、を備えている。把持司令部４１は、接触状態演算部４２と信号線により接続されており、外部からの信号情報Ｉ_Eの入力に基づいて、把持対象物７０を把持するための指令である把持動作指令Ｈ₁を接触状態演算部４２に出力する。信号情報Ｉ_Eとは、例えば、把持司令部４１に接続されているカメラから入力される映像情報やスイッチから入力される接点入力情報などである。

接触状態演算部４２は、各指部１１〜１４に配置された後述する変形計測部５１〜５３、および、姿勢計測部５４と信号線で接続されており、これらに駆動電力を供給すると共に、これらからの出力信号（加速度信号Ａｃｃ、および、角速度信号Ｇｙｒｏ）が入力される。接触状態演算部４２は、また、駆動演算部４３と信号線で接続されている。接触状態演算部４２は、把持動作指令Ｈ₁が入力されると、加速度信号Ａｃｃ、および、角速度信号Ｇｙｒｏを特定の時間間隔Δｔで計測する。接触状態演算部４２は、後述する方法によって、加速度信号Ａｃｃおよび角速度信号Ｇｙｒｏから、表皮部３０の変形形状、具体的には、表皮部３０における把持対象物７０との接触面の範囲、接触面積、接触面の傾斜角度を推定する。また、接触状態演算部４２は、後述する方法によって、加速度信号Ａｃｃおよび角速度信号Ｇｙｒｏから、ロボットハンド１０の把持対象物７０に対する相対的な姿勢を推定する。接触状態演算部４２は、これらの推定値から、把持対象物７０を現在の各指部１１〜１４の状態（伸展、屈曲状態、姿勢）で把持可能か否かを判断し、把持可能と判断した場合には、駆動演算部４３と、把持司令部４１に把持状態保持信号Ｈ_holdを出力する。

駆動演算部４３は、モータ駆動回路４４と接続されており、接触状態演算部４２からの出力信号に基づいて、モータ駆動回路４４を制御するための駆動信号を出力する。モータ駆動回路４４は、各指部１１〜１４の図示しないモータ（アクチュエータ）の駆動を制御し、各指部１１〜１４を駆動演算部４３から出力された信号に沿った状態（伸展、屈曲状態、姿勢）にする。

制御部４０は、把持対象物７０を把持するときの把持力と、上述した表皮部３０の変形形状の時間的な変化から、把持対象物７０の硬度を推定することができる。よって、制御部４０は、ロボットハンド１０を制御して把持対象物７０を把持すると、把持対象物７０の硬度に応じて各指部１１〜１４の状態（伸展、屈曲状態、姿勢）を制御することができる。

図２は、指先部２１の断面構成を示した説明図である。指先部２１は、爪部２７と表皮部３０のほか、ベース部３５と、第１変形計測部５１と、第２変形計測部５２と、第３変形計測部５３と、姿勢計測部５４と、を備えている。表皮部３０は、互いに硬度の異なる３つの皮部（第１皮部３１、第２皮部３２、および第３皮部３３）が積層された構成を有している。３つの皮部３１〜３３のうち、第１皮部３１が最も硬度が低く柔らかい。第２皮部３２は、第１皮部３１よりも硬度が高く、第３皮部３３よりも硬度が低い。第３皮部３３は、最も硬度が高く硬い。つまり、表皮部３０は、外表面側から内側に向かって順に硬度が高くなるように構成されている。

第１変形計測部５１と、第２変形計測部５２と、第３変形計測部５３と、姿勢計測部５４は、慣性センサであり、自身の加速度および角速度を検出する。第１変形計測部５１は、第１皮部３１の内部において平面的にほぼ等間隔に複数並んで配置されている。第２変形計測部５２は、第２皮部３２の内部において同様に複数並んで配置されている。第３変形計測部５３は、第３皮部３３の内部において同様に複数並んで配置されている。第１変形計測部５１と、第２変形計測部５２と、第３変形計測部５３は、表皮部３０の外表面に直交する基準軸Ｓに沿って縦に並んで配置されている。姿勢計測部５４は、指先部２１の姿勢を検出するための慣性センサであり、ベース部３５に配置されている。

図３は、変形計測部５１〜５３の構成を示した説明図である。第１変形計測部５１、第２変形計測部５２、第３変形計測部５３、および、姿勢計測部５４は、センサ座標系（ｘ、ｙ、ｚ）におけるｘ，ｙおよびｚ軸の３軸の加速度信号Ａｃｃや、３軸の角速度信号Ｇｙｒｏを出力する。加速度信号Ａｃｃから、各変形計測部５１〜５３の傾斜角度を特定することができる。すなわち、センサ座標系のｘ，ｙおよびｚ軸の各軸に作用する重力加速度の大きさから、変形計測部５１〜５３の基準軸Ｓに対する傾斜角度θ_I、θ_II、θ_IIIを算出することができる。基準軸Ｓの絶対座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）における姿勢角度θ_Mは、姿勢計測部５４から出力される加速度信号Ａｃｃを用いて算出することができる。なお、姿勢角度θ_Mは、ロボットアーム１７を構成するリンク機構のリンク座標情報から公知の手法を用いて算出することもできる。

把持対象物が表皮部３０（第１皮部３１）に接触すると、まず、表皮部３０の接触面（第１皮部３１の外表面の一部）が変形する。接触面の変形にともなって変形計測部５１〜５３の傾斜角度（姿勢）が連続的に変化する。傾斜角度の変化の大きさは、加速度信号Ａｃｃから算出した傾斜角度θ_I、θ_II、θ_IIIの変化量から算出することができる。また、角速度信号Ｇｙｒｏの大きさ、角速度信号Ｇｙｒｏの時間積分値の大きさ等から算出してもよい。傾斜角度θ_I、θ_II、θ_III、姿勢角度θ_M、加速度信号Ａｃｃ、および、角速度信号Ｇｙｒｏの変化した空間領域の大きさから、表皮部３０における把持対象物との接触面の範囲、接触面積の大きさ、触面の傾斜角度、および、ロボットハンド１０の把持対象物に対する相対的な姿勢を推定することができる。

制御部４０の接触状態演算部４２（図１）は、４本の各指部１１〜１４についてこれらの推定をおこない、各指部１１〜１４の推定結果に基づいて、把持対象物を現在の各指部１１〜１４の状態（伸展、屈曲状態、姿勢）で把持可能か否かを判断する。なお、姿勢を推定するのは、各指部の伸展、屈曲状態が同じであっても、把持対象物とロボットハンド１０との位置関係によって、対象物の重力方向に対するロボットハンド１０の位置が変化し、これにより、把持状態が変化するためである。把持可能と判断した場合は、把持司令部４１と駆動演算部４３に把持状態保持信号Ｈ_holdを出力する。

一方、接触状態演算部４２は、把持対象物を現在の各指部１１〜１４の状態（伸展、屈曲状態、姿勢）で把持できないと判断した場合には、駆動演算部４３に信号を出力してロボットアーム１７と４本の各指部１１〜１４の姿勢を変更制御する。これらの姿勢の変更制御は、把持対象物が把持可能と判断されるまで繰り返しおこなわれる。なお、姿勢変更制御は、実動作でおこなってもよいし、シミュレーション計算でおこなってもよい。シミュレーション計算の場合には、好適な姿勢変更制御が得られた後に実動作を実施する。

図４と図５を用いて、把持対象物との接触時における表皮部３０の変形形状について説明する。図４は、把持対象物７１、７２との接触時における表皮部３０の変形形状を示した説明図である。図４の把持対象物７１と把持対象物７２は、同じ形状で硬度が異なる物体である。把持対象物７１の硬度は、第１皮部３１よりも高く、第２皮部３２よりも低い。把持対象物７２の硬度は第１皮部３１よりも低い。把持対象物７１の把持時には、第１皮部３１の変形が大きく、第２皮部３２と第３皮部３３の変形が小さい。つまり、皮部３１〜３３に埋めこまれた変形計測部５１〜５３の信号変化量は、第１変形計測部５１が大きく、第２変形計測部５２と第３変形計測部５３は小さい。一方、把持対象物７２の把持時には、すべての皮部３１〜３３の変形が小さい。つまり、変形計測部５１〜５３の信号変化量は、いずれも小さい。ここから、比較的柔らかい把持対象物の硬度の差異は、第１変形計測部５１の信号変化量に表れやすいことがわかる。

図５は、把持対象物７３、７４との接触時における表皮部３０の変形形状を示した説明図である。図５の把持対象物７３と把持対象物７４は、硬度が等しく形状が異なる物体である。これらの硬度は、第３皮部３３よりも高い。把持対象物７３の把持時には、第１皮部３１と第２皮部３２の変形が大きく、第３皮部３３の変形が小さい。一方、把持対象物７４の把持時には、すべての皮部３１〜３３の変形が大きい。ここから、比較的硬い把持対象物の形状や硬度の差異は、第３変形計測部５３の信号変化量に表れやすいことがわかる。

各皮部３１〜３３の硬度や把持力は既知であり、また、把持対象物の相対硬度に対する変形量は、試験等によって対応関係が明らかになっている。よって、把持力と、表皮部３０の変形形状の時間的な変化から把持対象物の硬度を推定することができる。また、信号変化が生じた変形計測部５１〜５３の位置から、把持対象物との接触面の範囲や接触面積を推定することができる。また、姿勢計測部５４に対する変形計測部５１〜５３の相対位置が既知であることから、これらからの出力信号から指先部２１と把持対象物との相対姿勢を推定することができる。このように、把持対象物と、皮部３１〜３３の相対硬度の違いによって、表皮部３０と把持対象物のそれぞれの変形状況が異なる。そのため、表皮部３０に配置された変形計測部５１〜５３の信号変化量から、把持対象物の硬度や、接触面の範囲、接触面積、ロボットハンド１０と把持対象物との相対姿勢を推定することができる。

図６と図７を用いて、把持対象物と接触面の相対硬度の違いと、接触面の形状変化との関係についてシミュレーションによって説明する。ここでは、図６（ａ）に示すように、半球状の圧迫体１００と、平坦面を有する被圧迫体１０１を用意し、圧迫体１００を被圧迫体１０１に押しつけ、そのときの圧迫体１００の形状を観察した。圧迫体１００と被圧迫体１０１の相対硬度については、図６（ｂ）に示すように、以下の３つのケースとした。
（１）圧迫体１００の硬度＜被圧迫体１０１の硬度
（２）圧迫体１００の硬度＝被圧迫体１０１の硬度
（３）圧迫体１００の硬度＞被圧迫体１０１の硬度
この３ケースについて、圧迫体１００を同じ力の大きさで被圧迫体１０１に押しつけた。

図７は、上記３ケースについて被圧迫体１０１との接触時の圧迫体１００の変形状態を示した説明図である。図７（ａ）は、ケース（１）における圧迫体１００の変形状態であり、図７（ｂ）は、ケース（２）における圧迫体１００の変形状態であり、図７（ｃ）は、ケース（３）における圧迫体１００の変形状態である。図７（ａ）〜（ｃ）から、圧迫体１００の被圧迫体１０１に対する相対硬度が高い場合には、圧迫体１００の接触面の変形量が小さく、相対硬度が低い場合には、接触面の変形量が大きくなることがわかる。このように、圧迫体１００の被圧迫体１０１に対する相対硬度に応じて圧迫体１００の接触面の変形形状が変化する。よって、本実施形態の表皮部３０においても、表皮部３０と把持対象物との相対硬度によって、表皮部３０の接触面の変形形状が異なることがわかる。本実施形態では、この特性を利用し、把持時における変形形状の時間的な変化から、把持対象物の硬度を推定する。

以上説明した、本実施形態の把持装置１によれば、ロボットハンド１０が把持対象物を把持したとき、変形計測部５１〜５３から出力される加速度信号Ａｃｃおよび角速度信号Ｇｙｒｏが変化する。制御部４０は、この加速度信号Ａｃｃおよび角速度信号Ｇｙｒｏの変化量から、把持対象物と接触している接触面の範囲や傾斜角度を推定することができる。把持対象物と表皮部３０との摩擦力は、表皮部３０の接触面積に比例する。また、把持対象物の表皮部３０に対する相対硬度は、表皮部３０が把持対象物を把持したときの接触面の傾斜角度の変化に関連する。よって、推定した接触面の範囲や傾斜角度に応じてロボットハンド１０による把持対象物の把持状態を制御することで、把持状態の安定化を図ることができる。また、ロボットアーム１７で把持対象物を移動させる際にも、加速度信号Ａｃｃおよび角速度信号Ｇｙｒｏから、外力の作用による把持対象物の姿勢変化や摩擦力の変化等による把持状態の不安定化を把握することができるため、例えば、把持対象物を途中で落とす前に把持力や姿勢を変更でき、把持対象物の落下を抑制できる。

また、本実施形態の把持装置１によれば、表皮部３０は、外表面側から内側に向かって順に硬度が高くなるように構成されているため、様々な硬度の把持対象物に対して、把持対象物の硬度に応じた変形をすることができる。すなわち、比較的柔らかい把持対象物の硬度の差異は、第１皮部３１の変形の差異として表れ、比較的硬い把持対象物の硬度の差異は、第３皮部３３の変形の差異として表れる。この構成によれば、硬度の異なる３つの皮部３１〜３３のそれぞれの変形に対応して変形計測部５１〜５３の姿勢が変化するため、検出可能な把持対象物の硬度の範囲を広げることができる。

従来の６軸力センサや接触センサでは、計測が接触面における局所座標系でおこなわれる。すなわち、接触面の特定の点についてのみの計測をおこなっているため、接触面の角度や把持対象物の形状変化などを把握することができなかった。一方、本実施形態では、加速度信号Ａｃｃおよび角速度信号Ｇｙｒｏの変化量から、把持対象物と接触している接触面の範囲や傾斜角度を推定することができるため、推定した接触面の範囲や傾斜角度に応じてロボットハンド１０による把持対象物の把持状態を制御することで、把持状態の安定化を図ることができる。また、各指部１１〜１４の接触面の範囲や傾斜角度に加え、各指部１１〜１４に対する把持対象物の相対的な姿勢を推定することもできるため、把持対象物の姿勢に応じた好適な把持動作制御をおこなうことができる。

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態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において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

［変形例１］
第１実施形態では、表皮部３０を構成する３つの３つの皮部（第１皮部３１、第２皮部３２、および、第３皮部３３）は、互いに硬度の異なるシリコンゴムによって構成されているものとした。しかし、３つの皮部３１〜３３は、シリコンゴム以外によって構成されていてもよい。例えば、３つの皮部３１〜３３は、ナイロンやゴム等で形成された袋体であってもよい。この場合、袋体に吸入するオイル等の流体の粘性を変化させることによって、各袋体の硬度を変化させることができる。また、袋体に注入する注入圧を変化させることによっても、硬度を変化させることができる。よって、これらによっても、表皮部３０を外表面側から内側に向かって順に硬度が高くなるように構成することができる。

［変形例２］
第１実施形態では、表皮部３０は、互いに硬度の異なる３つの皮部（第１皮部３１、第２皮部３２、および第３皮部３３）が積層された構成を有しているものとした。しかし、表皮部３０は、互いに硬度の異なる２つの皮部が積層された構成であってもよいし、互いに硬度の異なる４つ以上の皮部が積層された構成であってもよい。また、１以上の皮部の硬度が他の１以上の皮部の硬度を等しくてもよいし、外表面側よりも内側の皮部の硬度が硬度が高くなっていてもよい。さらに、表皮部３０は、１種類の皮部によって構成されていてもよい。なお、表皮部３０は、互いに硬度の異なる２以上の皮部によって構成されている方が好ましく、外表面側から内側に向かって順に硬度が高くなるように構成されている方が好ましい。

［変形例３］
第１実施形態では、第１変形計測部５１と、第２変形計測部５２と、第３変形計測部５３と、姿勢計測部５４は、慣性センサによって構成されているものとした。しかし、表皮部３０の接触面の範囲や傾斜角度を検出するためのセンサはこれ以外であってもよい。例えば、表皮部３０の接触面の範囲や傾斜角度を電磁波センサによって検出することも可能である。具体的には、第１実施形態の、第１変形計測部５１と、第２変形計測部５２と、第３変形計測部５３と、姿勢計測部５４が配置されている位置にＲＦタグを配置し、電磁波センサによって、これらのＲＦタグの座標位置を検出することによっても、表皮部３０の接触面の範囲や傾斜角度を検出することができる。

［変形例４］
第１実施形態では、変形計測部５１〜５３は、それぞれ、皮部３１〜３３の内部に平面的に等間隔に複数並んで配置されているものとした。しかし、変形計測部５１〜５３は、皮部３１〜３３の変形よって、自身の姿勢が変化する場所であれば、皮部３１〜３３の内部以外の場所に配置されていてもよい。例えば、変形計測部５１〜５３は、皮部３１〜３３に隣接する位置に配置されていれば、皮部３１〜３３の変形を検出することができる。ここでの隣接とは、皮部３１〜３３の表面に接触している状態のほか、皮部３１〜３３に接していないが皮部３１〜３３の変形を検出可能な程度に近い位置も含まれる。

［変形例５］
第１実施形態の指先部２１には、姿勢計測部５４が設けられているものとした。しかし、把持装置１は、姿勢計測部５４を備えていなくてもよい。なお、制御部４０は、姿勢計測部５４からの出力信号を用いなくても、指先部２１の姿勢を検出することができる。例えば、ロボットアーム１７を駆動する各モータに供給する電力から指先部２１の姿勢を推定することができる。また、ロボットアーム１７を構成するリンク機構のリンク座標情報から指先部２１の姿勢を推定することができる。

［変形例６］
第１実施形態の把持装置１は、４本の指を持つロボットハンド１０として構成されているものとした。しかし、把持装置１は、把持対象物を把持可能な機構を有していれば、これ以外の構成であってもよい。また、第１実施形態の表皮部３０は、指先部２１の腹側（内側）に配置されている。しかし、表皮部３０は、指先部２１の腹側以外の部位や、指先部２１以外の場所に配置されていてもよい。

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

１…把持装置
１０…ロボットハンド
１１〜１４…指部
１５…掌部
１６…腕部
１７…ロボットアーム
２１…指先部
２２、２４、２６…関節部
２３、２５…節部
２７…爪部
３０…表皮部
３１〜３３…皮部
３５…ベース部
４０…制御部
４１…把持司令部
４２…接触状態演算部
４３…駆動演算部
４４…モータ駆動回路
５１〜５３…第１変形計測部
５４…姿勢計測部
７０〜７４…把持対象物
１００…圧迫体
１０１…被圧迫体

Claims (8)

1. 把持装置であって、
   把持対象物を把持する把持部と、
   前記把持部に設けられ、前記把持部が前記把持対象物を把持するときに前記把持対象物と接触し、前記把持部が前記把持対象物を把持する把持力および前記把持対象物の硬度に応じて変形する表皮部と、
   前記表皮部に配置される検出用装置を含み、前記表皮部の変形によって前記検出用装置の位置と姿勢の少なくとも一方が変化することで、前記表皮部の変形形状に関連する情報を検出する変形関連情報検出部と、
   前記変形関連情報検出部によって検出された前記情報に応じて、前記把持部による前記把持対象物の把持状態を制御する制御部と、を備える、
   把持装置。
2. 請求項１に記載の把持装置において、
   前記表皮部は、硬度の異なる複数の部材が積層された構成を有し、前記把持対象物と接触する外表面側から内側に向かって順に硬度が高くなるよう前記複数の部材が配置されており、
   前記変形関連情報検出部は、複数の前記検出用装置を含み、
   前記複数の検出用装置は、前記表皮部において、前記複数の部材のそれぞれに対応して配置されている、
   把持装置。
3. 請求項２に記載の把持装置において、
   前記検出用装置は、慣性センサによって構成されており、自身の加速度と角速度の少なくとも一方を検出するものであり、
   前記制御部は、前記表皮部が前記把持対象物との接触によって変形したときに、前記慣性センサによって検出された前記加速度と前記角速度の少なくとも一方を用いて、前記表皮部において、前記把持対象物と接触する接触面の傾斜角度を推定する、
   把持装置。
4. 請求項２に記載の把持装置において、
   前記検出用装置は、ＲＦタグによって構成されており、
   前記変形関連情報検出部は、電磁波センサによって、前記ＲＦタグの座標位置を検出するものであり、
   前記制御部は、前記表皮部が前記把持対象物との接触によって変形したときに、前記電磁波センサによって検出された前記ＲＦタグの座標位置を用いて、前記表皮部において、前記把持対象物と接触する接触面の傾斜角度を推定する、
   把持装置。
5. 請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載の把持装置において、
   前記複数の部材は、それぞれ粘性の異なる流体が注入された複数の袋体によって構成されている、
   把持装置。
6. 請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載の把持装置において、
   前記複数の部材は、流体が注入された複数の袋体であって、互いに注入圧が異なる複数の袋体によって構成されている、
   把持装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の把持装置において、
   前記把持部は、複数本の指部を有するロボットハンドであり、
   前記表皮部は、前記複数の指部の先端部に設けられ、それぞれ山形の曲面形状を有しており、
   前記指部の先端部には、前記先端部の姿勢を検出するための姿勢検出装置が配置されている、
   把持装置。
8. 把持装置であって、
   把持対象物を把持する把持部と、
   前記把持部に設けられ、前記把持部が前記把持対象物を把持するときに前記把持対象物と接触し、前記把持部が前記把持対象物を把持する把持力および前記把持対象物の硬度に応じて変形する表皮部と、
   前記表皮部に配置される検出用装置を含み、前記表皮部の変形によって前記検出用装置の位置と姿勢の少なくとも一方が変化することで、前記表皮部の変形形状に関連する情報を検出する変形関連情報検出部と、を備え、
   前記表皮部は、硬度の異なる複数の部材が積層された構成を有し、前記把持対象物と接触する外表面側から内側に向かって順に硬度が高くなるよう前記複数の部材が配置されており、
   前記変形関連情報検出部は、複数の前記検出用装置を含み、
   前記複数の検出用装置は、前記表皮部において、前記複数の部材のそれぞれに対応して配置されている、
   把持装置。

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