JP2019141987A - 制御装置、エンドエフェクター、ロボットおよび制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物を把持する把持力を精度よく制御することができる制御装置、エンドエフェクター、ロボットおよび制御方法を提供すること。【解決手段】対象物を把持する把持部と、前記把持部を駆動する駆動部と、前記把持部の位置を検出する位置検出部と、前記把持部が前記対象物から受ける力を検出する力検出部と、を有するエンドエフェクターを制御する制御装置であって、前記力検出部の出力に基づいて、前記把持部の目標位置を更新し、最新の前記目標位置に前記把持部が移動するように前記駆動部の駆動を制御することを特徴とする制御装置。【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置、エンドエフェクター、ロボットおよび制御方法に関するものである。

特許文献１に記載されている電動ハンドは、位置フィードバック制御を行う位置制御部と、力フィードバック制御を行う力制御部と、位置フィードバック制御と力フィードバック制御とを切り換える制御切替部と、フィンガー部と、フィンガー部を駆動するアクチュエーターと、フィンガー部に設けられた力センサーと、フィンガー部と対象物との接触を判断する接触判断部と、を有する。

このような電動ハンドでは、まず、位置制御部が、アクチュエーターに設けられた位置センサーからの位置検出値に基づく位置フィードバック制御を行ってフィンガー部を移動させる。そして、接触判断部により「フィンガー部が対象物に接触した」と判別されると、制御切替部によって、フィンガー部の駆動制御が位置制御部から力制御部に切り替えられる。そして、力制御部は、力センサーからの力検出値による力フィードバック制御を行って、力検出値が設定された力目標値に一致するようにフィンガー部（アクチュエーター）を駆動する。

特開２０１４−１０８４６６号公報

このような電動ハンドにおいて、アクチュエーターとして電磁モーターを用いる場合には、電磁モーターへ印加する電流値を制御することにより、フィンガー部の把持力を制御することができる。しかしながら、アクチュエーターとしてピエゾ駆動モーター（圧電モーター）を用いる場合には、前述した電磁モーターの場合とは異なり、ピエゾ駆動モーターに印加する電流値の制御により、フィンガー部の把持力を制御することができないという課題があった。

本発明の適用例に係る制御装置は、対象物を把持する把持部と、前記把持部を駆動する駆動部と、前記把持部の位置を検出する位置検出部と、前記把持部が前記対象物から受ける力を検出する力検出部と、を有するエンドエフェクターを制御する制御装置であって、
前記力検出部の出力に基づいて、前記把持部の目標位置を更新し、最新の前記目標位置に前記把持部が移動するように前記駆動部の駆動を制御することを特徴とする。

本発明の第１実施形態に係るロボットハンドを示す平面図である。 図１のロボットハンドの回路系を示すブロック図である。 図１のロボットハンドが有する圧電駆動装置を示す断面図である。 図３の圧電駆動装置が有する圧電モジュールを示す断面図である。 図４の圧電モジュールを示す斜視図である。 図４の圧電モジュールが有する圧電アクチュエーターを示す平面図である。 第１の制御方法を説明するためのグラフである。 第１の制御方法を示すフローチャートである。 第２の制御方法を説明するためのグラフである。 第２の制御方法を示すフローチャートである。 第４の制御方法を説明するためのグラフである。 第４の制御方法を示すフローチャートである。 第５の制御方法を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

以下、本発明の制御装置、エンドエフェクター、ロボットおよび制御方法を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットハンドを示す平面図である。図２は、図１のロボットハンドの回路系を示すブロック図である。図３は、図１のロボットハンドが有する圧電駆動装置を示す断面図である。図４は、図３の圧電駆動装置が有する圧電モジュールを示す断面図である。図５は、図４の圧電モジュールを示す斜視図である。図６は、図４の圧電モジュールが有する圧電アクチュエーターを示す平面図である。図７は、第１の制御方法を説明するためのグラフである。図８は、第１の制御方法を示すフローチャートである。図９は、第２の制御方法を説明するためのグラフである。図１０は、第２の制御方法を示すフローチャートである。図１１は、第４の制御方法を説明するためのグラフである。図１２は、第４の制御方法を示すフローチャートである。図１３は、第５の制御方法を示すフローチャートである。

図１に示すエンドエフェクターとしてのロボットハンド１は、対象物Ｗを両側から挟み込んで把持するハンドである。ロボットハンド１は、対象物Ｗを把持する一対の指部２３、２４（把持部）と、指部２３、２４を駆動する圧電駆動装置３（駆動部）と、指部２３、２４の位置を検出するエンコーダー４（位置検出部）と、指部２３、２４が対象物Ｗから受ける力を検出する力検出部５と、制御装置６と、を有する。また、図２に示すように、制御装置６は、エンコーダー４の出力および力検出部５の出力に基づいて指部２３、２４の目標位置を更新し、更新した目標位置に指部２３、２４が移動するように圧電駆動装置３の駆動を制御するプロセッサー６１を有する。このようなロボットハンド１によれば、適切な把持力で対象物Ｗを把持することができる。以下、ロボットハンド１について、詳細に説明する。

ロボットハンド１は、ベース２０と、ベース２０に対してスライド可能に支持された一対のスライダー２１、２２と、スライダー２１、２２に固定された指部２３、２４と、スライダー２１、２２に係合するピニオンギア２６と、ピニオンギア２６を回転駆動させる圧電駆動装置３と、圧電駆動装置３に接続されたエンコーダー４と、指部２３、２４が対象物Ｗから受ける力を検出する力検出部５と、圧電駆動装置３の駆動を制御する制御装置６と、を有する。

スライダー２１、２２は、それぞれ、スライドガイド２５を介してベース２０に支持され、ベース２０に対して同じ方向にスライド可能となっている。また、スライダー２１のスライダー２２と対向する面にはラックギア２１１が形成され、スライダー２２のスライダー２１と対向する面にはラックギア２２１が形成されている。さらに、スライダー２１、２２の間にはピニオンギア２６が設けられ、ピニオンギア２６がラックギア２１１、２２１と噛合している。そのため、圧電駆動装置３の駆動によってピニオンギア２６が回転すると、スライダー２１、２２が互いに逆方向に移動し、それに伴って、指部２３、２４同士が接近・離間する。このように、指部２３、２４を接近・離間させることにより、指部２３、２４で対象物Ｗを把持したり、把持した対象物Ｗをリリースしたりすることができる。

また、指部２３、２４は、それぞれ、弾性を有している。そのため、対象物Ｗを把持した状態では、対象物Ｗから受ける力によって弾性変形する。指部２３、２４が弾性を有することにより、対象物Ｗと指部２３、２４との接触時の衝撃を和らげることができる。そのため、対象物Ｗや指部２３、２４の破損を効果的に抑制することができる。また、指部２３、２４が変形することにより、対象物Ｗに過度な力が加わってしまうことを抑制することができ、対象物Ｗの破損を防止することができる。さらには、後述するように、スライダー２１、２２の離間距離ｄと把持力ｆとの関係を求め易くなり、制御装置６による把持力ｆの制御を精度よく行うことができる。

ただし、例えば、対象物Ｗが弾性を有している場合等には、指部２３、２４は、それぞれ、弾性を有していなくてもよい。すなわち、対象物Ｗを把持した程度では実質的に変形しない程度に硬質であってもよい。このような場合であっても、対象物Ｗの弾性を利用して、本実施形態と同様に、把持力ｆの制御を精度よく行うことができ、対象物Ｗとの接触時の衝撃を和らけることもできる。

図３に示すように、圧電駆動装置３は、ベース３１と、ベース３１に対して回転可能なローター３２と、ローター３２に設けられた被駆動部３３と、ベース３１に固定され被駆動部３３に押し付けられた複数の圧電モジュール３４と、を有する。このような圧電駆動装置３では、各圧電モジュール３４が駆動（振動）することにより、ローター３２がベース３１に対して中心軸Ｊまわりに回転する。一方、圧電モジュール３４の駆動が停止しているときは、圧電モジュール３４が被駆動部３３に押し付けられた状態となるため、これらの間の摩擦力によってローター３２がベース３１に対して固定される。

図４および図５に示すように、各圧電モジュール３４は、複数の圧電アクチュエーター３５が積層した積層体３５０と、積層体３５０を被駆動部３３に向けて付勢する付勢部３６と、を有する。また、図６に示すように、各圧電アクチュエーター３５は、振動部３５１と、振動部３５１を支持する支持部３５２と、振動部３５１と支持部３５２とを接続する一対の接続部３５３と、振動部３５１の先端部に設けられ、被駆動部３３に振動部３５１の駆動力を伝達する伝達部３５４と、を有する。

振動部３５１には５つの圧電素子３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃ、３５１ｄ、３５１ｅが設けられており、これら各圧電素子３５１ａ〜３５１ｅに所定の駆動信号を印加することにより、振動部３５１が振動し（伝達部３５４が楕円運動し）、ローター３２がベース３１に対して回転（順回転／逆回転）する。

なお、図示しないが、圧電素子３５１ａ〜３５１ｅは、それぞれ、圧電体を一対の電極で挟み込んだ構成となっている。また、圧電体は、圧電素子３５１ａ〜３５１ｅで共通化されている。また、一方の電極も圧電素子３５１ａ〜３５１ｅで共通化されており、例えば、ＧＮＤに接続される。そして、他方の電極は、圧電素子３５１ａ〜３５１ｅで個別に形成されている。つまり、前記他方の電極によって、１つの圧電体中に５つの振動領域（圧電素子として機能する部分）が形成されている。そのため、前記他方の電極に個別に駆動信号を印加することにより、圧電素子３５１ａ〜３５１ｅをそれぞれ独立して駆動することができる。ただし、圧電素子圧電素子３５１ａ〜３５１ｅの構成は、これに限定されず、例えば、圧電体および前記一方の電極が圧電素子３５１ａ〜３５１ｅで個別に形成されていてもよい。すなわち、圧電体が複数設けられていてもよい。

以上、圧電駆動装置３について説明したが、圧電駆動装置３としては、圧電素子の変形を利用したものであれば、特に限定されない。例えば、圧電駆動装置３は、ベース３１に対してローター３２が回転するロータリー型の圧電駆動装置であるが、これに限定されず、例えば、ローター３２に替えて、ベース３１に対してスライド可能なスライダーを設け、ベース３１に対してスライダーがスライドするスライド型の圧電駆動装置であってもよい。

図２に示すように、制御装置６は、プロセッサー６１と、プロセッサー６１に通信可能に接続されたメモリー６２と、外部インターフェース６３と、を有する。そして、制御装置６の各部は、種々のバスを介して通信可能に接続されている。プロセッサー６１は、メモリー６２に記憶された各種プログラム等を実行する。メモリー６２には、プロセッサー６１により実行可能な各種プログラムが保存（記憶）されている。また、メモリー６２には、外部インターフェース６３で受け付けた各種データの保存が可能である。メモリー６２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリーや、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー等を含んで構成されている。

以下、制御装置６による圧電駆動装置３の駆動の制御方法について説明する。制御装置６が有するプロセッサー６１は、エンコーダー４の出力および力検出部５の出力に基づいて、スライダー２１、２２の目標位置（スライダー２１、２２の離間距離ｄ）を更新し、最新の目標位置にスライダー２１、２２が移動するように圧電駆動装置３の駆動を制御する。このような制御方法によれば、対象物Ｗを把持する把持力ｆを精度よく制御することができ（把持力ｆをほぼ一定に維持することができ）、把持力ｆが大きすぎて対象物Ｗが破損したり、把持力ｆが小さすぎて対象物Ｗがロボットハンド１から落下（離脱）したりすることを抑制することができる。特に、本実施形態では、駆動部として圧電駆動装置３を用いている。圧電駆動装置３では、把持力ｆを一定に制御することが困難であるが、このような制御方法によれば、駆動部として圧電駆動装置３を用いても把持力ｆを精度よく制御することができる。

なお、スライダー２１、２２の離間距離ｄとは、言い換えると、指部２３の基端部（スライダー２１との接続部であって、弾性変形によって実質的に変位しない箇所）と、指部２４の基端部（スライダー２２との接続部であって、弾性変形によって実質的に変位しない箇所）と、の離間距離ｄとも言える。また、スライダー２１、２２の離間距離ｄは、弾性変形が生じていない場合の指部２３、２４の離間距離ｄと言うこともできる。

まず、プロセッサー６１による圧電駆動装置３の第１の制御方法について、図７および図８に基づいて説明する。図７に示すグラフは、横軸が離間距離ｄであり、縦軸がスライダー２１、２２および指部２３、２４による把持力ｆ（指部２３、２４が対象物Ｗから受ける力）である。また、図中の「非接触領域」で示される領域は、指部２３、２４と対象物Ｗとが接触しておらず把持力ｆが実質的に０となる領域である。一方、図中の「接触領域」で示される領域は、指部２３、２４が対象物Ｗと接触しており、把持力ｆが発生する領域である。接触領域において生じる把持力ｆは、離間距離ｄが小さくなるほど大きくなる。

まず、プロセッサー６１は、圧電駆動装置３を駆動して、離間距離ｄを対象物Ｗよりも十分に開いた状態（初期状態）とする。次に、指部２３、２４の間に対象物Ｗを位置させる。次に、プロセッサー６１は、離間距離ｄが対象物の幅（把持方向の長さ）よりも小さくなるように、スライダー２１、２２（指部２３、２４）の第１の目標位置ｍ１を設定し、スライダー２１、２２が第１の目標位置ｍ１となるように圧電駆動装置３の駆動を制御する。なお、第１の目標位置ｍ１は、対象物Ｗの形状に応じて、例えば、プロセッサー６１と接続されたホストコンピューターから送られる。第１の目標位置ｍ１となるようにスライダー２１、２２を閉じていくと、その途中（第１の目標位置ｍ１に到達する前）で、指部２３、２４が対象物Ｗに接触し、これにより、把持力ｆが生じる。把持力ｆは、指部２３、２４が対象物Ｗから受ける力として力検出部５により検出され、力検出部５による検出結果（出力）は、プロセッサー６１にフィードバックされる。

力検出部５から検出される把持力ｆが予め設定されている最小把持力ｆ１となると、プロセッサー６１は、把持力ｆが目標値ｆ２となるようなスライダー２１、２２の目標位置（離間距離ｄ）を第２の目標位置ｍ２として作成する。目標値ｆ２は、例えば、ホストコンピューターから送られる。なお、以下では、説明の便宜上、最小把持力ｆ１が発生する状態を「最小把持力状態」とも言う。

第２の目標位置ｍ２の作成方法としては、特に限定されない。例えば、接触領域における離間距離ｄと把持力ｆとの関係を求め、求めた関係に基づいて把持力ｆが目標値ｆ２となるスライダー２１、２２の位置（離間距離ｄ２）を求め、求めた位置を第２の目標位置ｍ２としてもよい。具体的には、指部２３、２４が弾性を有するため、接触領域では離間距離ｄが小さくなるにつれて把持力ｆが大きくなり、離間距離ｄと把持力ｆとがほぼ線形の関係となる。また、その傾き（以下、「推定傾き」とも言う）は、指部２３、２４の弾性係数Ｅとほぼ一致する。したがって、最小把持力状態における離間距離ｄをｄ１とし、把持力ｆの目標値をｆ２とし、目標値ｆ２が生じるときの離間距離ｄをｄ２としたとき、これらは、下記の式（１）の関係を満足する。

ここで、式（１）中の弾性係数Ｅおよび最小把持力ｆ１は、既知の値（例えば、メモリー６２等に記憶された値、ホストコンピューターから送られる値）であり、離間距離ｄ１は、最小把持力状態でのエンコーダー４からの出力に基づいて検出できる。そのため、目標値ｆ２を式（１）に代入すれば、目標値ｆ２となる離間距離ｄ２が求まる。プロセッサー６１は、式（１）から求めた離間距離ｄ２となるスライダー２１、２２の位置を第２の目標位置ｍ２とする。プロセッサー６１は、第１の目標位置ｍ１から第２の目標位置ｍ２に目標位置を更新し、第２の目標位置ｍ２を最新の目標位置とする。そして、プロセッサー６１は、スライダー２１、２２が第２の目標位置ｍ２（最新の目標位置）となるように圧電駆動装置３の駆動を制御する。そして、スライダー２１、２２が第２の目標位置ｍ２に移動し、把持力ｆが目標値ｆ２となったら圧電駆動装置３の駆動を停止する。これにより、目標値ｆ２で対象物Ｗを把持することができる。

以上のような第１の制御方法によれば、把持力ｆを目標値ｆ２とすることができるため、把持力ｆが大きすぎて対象物Ｗが破損したり、把持力ｆが小さすぎて対象物Ｗがロボットハンド１から落下（離脱）したりすることを抑制することができる。

次に、プロセッサー６１による圧電駆動装置３の第２の制御方法について、図９および図１０に基づいて説明する。対象物Ｗが指部２３、２４に対して十分に硬質であれば、式（１）から求めた把持力ｆが目標値ｆ２となる離間距離ｄ２に殆どずれが生じないが、対象物Ｗが柔らかいと、式（１）から求めた離間距離ｄ２にずれが生じる場合がある。すなわち、対象物Ｗが柔らかいと、離間距離ｄ２となるようにスライダー２１、２２を移動させても把持力ｆが目標値ｆ２に達しない。つまり、図９に示すように、接触領域における実際の傾きが推定傾きよりも小さくなる。これは、対象物Ｗが変形することにより、把持力ｆの一部がキャンセルされてしまうことによる。そこで、プロセッサー６１は、離間距離ｄ２となるようにスライダー２１、２２を移動させたにも関わらず、実際の把持力ｆが目標値ｆ２よりも小さい場合には、第３の目標位置ｍ３を作成する。

第３の目標位置ｍ３の作成方法としては、特に限定されない。例えば、離間距離ｄ２のときに生じている把持力をｆ２’としたとき、下記の式（２）から、接触領域での実際の傾きαを求める。また、把持力ｆの目標値をｆ２とし、目標値ｆ２が生じるときのスライダー２１、２２の離間距離ｄをｄ３としたとき、これらは、下記の式（３）の関係を満足する。

ここで、式（３）中の実際の傾きα、最小把持力ｆ１および離間距離ｄ１は、既知の値であるため、目標値ｆ２を式（３）に代入すれば、目標値ｆ２となるときの離間距離ｄ３の値が求まる。プロセッサー６１は、式（３）から求めた離間距離ｄ３となるスライダー２１、２２の位置を第３の目標位置ｍ３とする。プロセッサー６１は、第２の目標位置ｍ２から第３の目標位置ｍ３に目標位置を更新し、第３の目標位置ｍ３を最新の目標位置とする。そして、プロセッサー６１は、スライダー２１、２２が第３の目標位置ｍ３（最新の目標位置）となるように圧電駆動装置３の駆動を制御する。そして、スライダー２１、２２が第３の目標位置ｍ３に移動し、把持力ｆが目標値ｆ２となったら圧電駆動装置３の駆動を停止する。以上の制御により、目標値ｆ２で対象物Ｗを把持することができる。

なお、離間距離ｄ３の状態でも把持力ｆが目標値ｆ２に達しない場合には、第３の目標位置ｍ３の作成と同様にして新たな目標位置（第４の目標位置ｍ４、第５の目標位置ｍ５）を作成し、それを最新の目標位置として更新すればよい。このように、把持力ｆが目標値ｆ２となるまで目標位置を更新し続けることにより、対象物Ｗの硬さに影響を受けることなく、より確実に、目標値ｆ２で対象物Ｗを把持することができる。

次に、プロセッサー６１による圧電駆動装置３の第３の制御方法について説明する。例えば、対象物Ｗが、時間経過と共に変形量が増大するクリープ変形を生じる物体である場合、一旦、把持力ｆが目標値ｆ２に達しても、時間経過と共に把持力ｆが低下する。この場合には、プロセッサー６１は、把持力ｆが目標値ｆ２に達した後も、把持力ｆが目標値ｆ２を維持し続ける（把持力ｆが目標値ｆ２から大きくずれないように）ように目標位置を更新し続け、更新した目標位置となるように圧電駆動装置３の駆動を制御する。なお、新たな目標位置は、例えば、前述した第３の目標位置ｍ３を作成する方法で作成することができる。また、新しい目標位置に更新するタイミングとしては、特に限定されず、例えば、所定時間間隔ごとに更新してもよいし、目標値ｆ２と実際の把持力ｆとの差が所定値以上となったときであってもよい。

次に、プロセッサー６１による圧電駆動装置３の第４の制御方法について、図１１および図１２に基づいて説明する。まず、プロセッサー６１は、圧電駆動装置３を駆動してスライダー２１、２２を初期状態とする。次に、プロセッサー６１は、初期状態から推定傾きが立ち上がると推定し、そのときに把持力ｆが目標値ｆ２となるようなスライダー２１、２２の目標位置（離間距離ｄ）を第１の目標位置ｍ１として作成する。次に、プロセッサー６１は、第１の目標位置ｍ１を目標位置とし、スライダー２１、２２（指部２３、２４）が第１の目標位置ｍ１（最新の目標位置）となるように圧電駆動装置３の駆動を制御する。スライダー２１、２２が第１の目標位置ｍ１に到達すると、プロセッサー６１は、第１の目標位置ｍ１から推定傾きが立ち上がると推定し、そのときに把持力ｆが目標値ｆ２となるようなスライダー２１、２２の目標位置（離間距離ｄ）を第２の目標位置ｍ２として作成する。次に、プロセッサー６１は、第２の目標位置ｍ２を目標位置とし、スライダー２１、２２が第２の目標位置ｍ２（最新の目標位置）となるように圧電駆動装置３の駆動を制御する。スライダー２１、２２が第２の目標位置ｍ２に到達すると、プロセッサー６１は、第２の目標位置ｍ２から推定傾きが立ち上がると推定し、そのときに把持力ｆが目標値ｆ２となるようなスライダー２１、２２の目標位置（離間距離ｄ）を第３の目標位置ｍ３として作成する。次に、プロセッサー６１は、第３の目標位置ｍ３を目標位置とし、スライダー２１、２２が第３の目標位置ｍ３（最新の目標位置）となるように圧電駆動装置３の駆動を制御する。図１１では、スライダー２１、２２が第３の目標位置ｍ３に到達する前に（離間距離ｄ２で）、把持力ｆが目標値ｆ２に到達する。把持力ｆが目標値ｆ２に到達すると、プロセッサー６１は、その時点で、圧電駆動装置３の駆動を停止する。以上の制御により、目標値ｆ２で対象物Ｗを把持することができる。

仮に、スライダー２１、２２が第２の目標位置ｍ２に到達する前に、把持力ｆが目標値ｆ２に到達すれば、プロセッサー６１は、その時点で、圧電駆動装置３の駆動を停止し、上述のような第３の目標位置ｍ３の作成は行わない。また、仮に、スライダー２１、２２が第３の目標位置ｍ３に到達しても把持力ｆが目標値ｆ２に到達しなければ、プロセッサー６１は、把持力ｆが目標値ｆ２となるまで、第４の目標位置ｍ４、第５の目標位置ｍ５…、と目標位置を更新し続ける。

このように、把持力ｆが目標値ｆ２となるまで、現在の位置から推定傾きが立ち上がると推定して作成した目標位置を更新し続けることにより、最新の目標位置までのスライダー２１、２２の移動距離が短く抑えられる。スライダー２１、２２の移動距離が短く抑えられることにより、圧電駆動装置３の駆動時間も短くなり、その結果、圧電駆動装置３の速度が制限される。そのため、例えば、オーバーシュート（スライダー２１、２２が目標位置で止まれずに行き過ぎてしまう現象）を効果的に抑制することができる。これにより、スライダー２１、２２の離間距離ｄを精度よく制御することができる。また、オーバーシュートが生じた場合は、圧電駆動装置３を逆回転させて離間距離ｄを大きくする必要があるが、圧電駆動装置３は、その構造上、正回転から逆回転への切り替えが得意ではなくタイムラグが生じてしまう。そのため、オーバーシュートを抑制することで、より迅速なロボットハンド１の駆動が可能となる。

上述した第１〜第４の制御方法では、プロセッサー６１は、把持力ｆが目標値ｆ２となるように目標位置を更新している。すなわち、目標値ｆ２を優先する制御である。これとは別に、例えば、図１３に示す第５の制御方法のように、第１の制御方法において、第１の目標位置ｍ１を優先してもよい。例えば、プロセッサー６１は、第１の制御方法と同様にして第２の目標位置ｍ２を作成し、第１の目標位置ｍ１で定められたスライダー２１、２２の離間距離ｄ０と第２の目標位置ｍ２で定められた離間距離ｄ２とを比べる。そして、プロセッサー６１は、ｄ０＜ｄ２であれば、第２の目標位置ｍ２を最新の目標位置として更新し、第２の目標位置ｍ２となるように圧電駆動装置３の駆動を制御する。反対に、プロセッサー６１は、ｄ０≧ｄ２であれば、第２の目標位置ｍ２を最新の目標位置として更新せずに、直前の目標位置である第１の目標位置ｍ１となるように圧電駆動装置３の駆動を制御する。この場合、把持力ｆは、目標値ｆ２よりも小さくなる。

このような制御方法によれば、プロセッサー６１と接続されたポストコンピューター（上位の制御部）からの指示（第１の目標位置ｍ１）が優先されるため、システム全体としてより安全な制御が可能となる。

以上、ロボットハンド１、ロボットハンド１の制御装置６およびロボットハンド１の制御方法について説明した。ロボットハンド１の制御装置６は、前述したように、対象物Ｗを把持する指部２３、２４（把持部）と、スライダー２１、２２と指部２３、２４を駆動する圧電駆動装置３（駆動部）と、スライダー２１、２２の位置を検出するエンコーダー４（位置検出部）と、指部２３、２４が対象物Ｗから受ける力を検出する力検出部５と、を有するロボットハンド１（エンドエフェクター）を制御する制御装置である。そして、制御装置６は、エンコーダー４の出力および力検出部５の出力に基づいて、スライダー２１、２２の目標位置を更新し、最新の目標位置にスライダー２１、２２が移動するように圧電駆動装置３の駆動を制御する。特に、本実施形態では、制御装置６は、エンコーダー４の出力および力検出部５の出力に基づいて、スライダー２１、２２の目標位置を更新し、最新の目標位置にスライダー２１、２２が移動するように圧電駆動装置３の駆動を制御するプロセッサー６１を有する。

このような制御装置６によれば、対象物Ｗを把持する把持力ｆを精度よく制御することができ（把持力ｆをほぼ一定に維持することができ）、把持力ｆが大きすぎて対象物Ｗが破損したり、把持力ｆが小さすぎて対象物Ｗがロボットハンド１から落下（離脱）したりすることを抑制することができる。また、目標位置が決められていることにより、例えば、圧電駆動装置３の駆動を停止するタイミングが分かる。そのため、例えば、ぎりぎりまで圧電駆動装置３を最大速度で駆動することができ、指部２３、２４を目標位置まで移動させるのにかかる時間を短縮することができる。

また、前述したように、駆動部は、圧電駆動装置３である。圧電駆動装置３では、把持力ｆを一定に制御することが困難であるが、上述のような制御装置６によれば、駆動部として圧電駆動装置３を用いても把持力ｆを精度よく制御することができる。すなわち、制御装置６は、駆動部の構成に影響されることなく、把持力ｆを精度よく制御することができる。なお、本実施形態では、駆動部として圧電駆動装置３（圧電モーター）を用いているが、これに限定されず、例えば、電磁モーターを用いてもよい。

また、前述したように、制御装置６は、指部２３、２４が対象物Ｗから受ける力（把持力ｆ）が目標値ｆ２となるように、目標位置を更新する。これにより、対象物Ｗを目標値ｆ２で把持することができる。

また、前述したように、制御装置６は、第１〜第３の制御方法のように、指部２３、２４が対象物Ｗと接触するまでは、目標位置を更新しない。これにより、目標位置の更新回数を減らすことができ、ロボットハンド１の駆動速度を高めることができる。

また、前述したように、指部２３、２４は、弾性を有し、対象物Ｗから受ける力によって弾性変形する。これにより、対象物Ｗと指部２３、２４との接触時の衝撃を和らげることができる。そのため、対象物Ｗや指部２３、２４の破損を効果的に抑制することができる。また、指部２３、２４が変形することにより、対象物Ｗに過度な力が加わってしまうことを抑制することができ、対象物Ｗの破損を防止することができる。さらには、前述したように、スライダー２１、２２の離間距離ｄと把持力ｆとの関係を求め易くなり、制御装置６による把持力ｆの制御を精度よく行うことができる。

また、前述したように、制御装置６は、指部２３、２４の弾性係数Ｅに基づいて、スライダー２１、２２の離間距離ｄ（移動距離）と指部２３、２４が対象物Ｗから受ける力との関係を求め、その関係に基づいて目標位置を更新する。これにより、制御装置６による把持力ｆの制御を精度よく行うことができ、より確実に、目標値ｆ２で対象物Ｗを把持することができる。

また、前述したように、ロボットハンド１（エンドエフェクター）は、対象物Ｗを把持する指部２３、２４（把持部）と、スライダー２１、２２と指部２３、２４を駆動する圧電駆動装置３（駆動部）と、スライダー２１、２２の位置を検出するエンコーダー４（位置検出部）と、指部２３、２４が対象物Ｗから受ける力を検出する力検出部５と、エンコーダー４の出力および力検出部５の出力に基づいて、スライダー２１、２２の目標位置を更新し、最新の目標位置にスライダー２１、２２が移動するように圧電駆動装置３の駆動を制御する制御装置６と、を有する。これにより、前述した制御装置６の効果を発揮することができる。すなわち、対象物Ｗを把持する把持力ｆを精度よく制御することができ（把持力ｆをほぼ一定に維持することができ）、把持力ｆが大きすぎて対象物Ｗが破損したり、把持力ｆが小さすぎて対象物Ｗがロボットハンド１から落下（離脱）したりすることを抑制することができる。

また、前述したように、ロボットハンド１（エンドエフェクター）の制御方法は、対象物Ｗを把持する指部２３、２４（把持部）と、スライダー２１、２２と指部２３、２４を駆動する圧電駆動装置３（駆動部）と、スライダー２１、２２の位置を検出するエンコーダー４（位置検出部）と、指部２３、２４が対象物Ｗから受ける力を検出する力検出部５と、を有するロボットハンド１を制御する制御方法である。そして、このような制御方法は、エンコーダー４の出力および力検出部５の出力に基づいて、スライダー２１、２２の目標位置を更新し、最新の目標位置に指部２３、２４が移動するように圧電駆動装置３の駆動を制御する。このような制御方法によれば、対象物Ｗを把持する把持力ｆを精度よく制御することができ（把持力ｆをほぼ一定に維持することができ）、把持力ｆが大きすぎて対象物Ｗが破損したり、把持力ｆが小さすぎて対象物Ｗがロボットハンド１から落下（離脱）したりすることを抑制することができる。

＜第２実施形態＞
図１４は、本発明の第２実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

図１４に示すロボット１０００は、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。ロボット１０００は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース１０１０と、ベース１０１０に回動自在に連結されたアーム１０２０と、アーム１０２０に回動自在に連結されたアーム１０３０と、アーム１０３０に回動自在に連結されたアーム１０４０と、アーム１０４０に回動自在に連結されたアーム１０５０と、アーム１０５０に回動自在に連結されたアーム１０６０と、アーム１０６０に回動自在に連結されたアーム１０７０と、これらアーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０の駆動を制御する制御装置１０８０と、を有する。

また、アーム１０７０にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット１０００に実行させる作業に応じたエンドエフェクター１０９０が装着される。なお、エンドエフェクター１０９０として、前述したロボットハンド１を用いることができる。

このように、ロボット１０００は、ロボットハンド１を有する。すなわち、ロボット１０００は、対象物Ｗを把持する指部２３、２４（把持部）と、指部２３、２４を駆動する圧電駆動装置３（駆動部）と、指部２３、２４の位置を検出するエンコーダー４（位置検出部）と、指部２３、２４が対象物Ｗから受ける力を検出する力検出部５と、エンコーダー４の出力および力検出部５の出力に基づいて、指部２３、２４の目標位置を更新し、最新の目標位置に指部２３、２４が移動するように圧電駆動装置３の駆動を制御する制御装置６と、を有する。これにより、前述した制御装置６の効果を発揮することができる。すなわち、対象物Ｗを把持する把持力ｆを精度よく制御することができ（把持力ｆをほぼ一定に維持することができ）、把持力ｆが大きすぎて対象物Ｗが破損したり、把持力ｆが小さすぎて対象物Ｗがロボットハンド１から落下（離脱）したりすることを抑制することができる。

なお、ロボット１０００の構成としては、本実施形態の構成に限定されず、例えば、水平多関節ロボット（スカラロボット）や双腕ロボットであってもよい。

以上、本発明の制御装置、エンドエフェクター、ロボットおよび制御方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１…ロボットハンド、２０…ベース、２１、２２…スライダー、２１１、２２１…ラックギア、２３、２４…指部、２５…スライドガイド、２６…ピニオンギア、３…圧電駆動装置、３１…ベース、３２…ローター、３３…被駆動部、３４…圧電モジュール、３５…圧電アクチュエーター、３５０…積層体、３５１…振動部、３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃ、３５１ｄ、３５１ｅ…圧電素子、３５２…支持部、３５３…接続部、３５４…伝達部、３６…付勢部、４…エンコーダー、５…力検出部、６…制御装置、６１…プロセッサー、６２…メモリー、６３…外部インターフェース、１０００…ロボット、１０１０…ベース、１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０…アーム、１０８０…制御装置、１０９０…エンドエフェクター、Ｊ…中心軸、Ｗ…対象物、ｄ、ｄ１、ｄ２、ｄ３…離間距離、ｆ、ｆ２’…把持力、ｆ１…最小把持力、ｆ２…目標値、ｍ１…第１の目標位置、ｍ２…第２の目標位置、ｍ３…第３の目標位置

Claims (10)

1. 対象物を把持する把持部と、前記把持部を駆動する駆動部と、前記把持部の位置を検出する位置検出部と、前記把持部が前記対象物から受ける力を検出する力検出部と、を有するエンドエフェクターを制御する制御装置であって、
   前記力検出部の出力に基づいて、前記把持部の目標位置を更新し、最新の前記目標位置に前記把持部が移動するように前記駆動部の駆動を制御することを特徴とする制御装置。
2. 対象物を把持する把持部と、前記把持部を駆動する駆動部と、前記把持部の位置を検出する位置検出部と、前記把持部が前記対象物から受ける力を検出する力検出部と、を有するエンドエフェクターを制御する制御装置であって、
   プロセッサーを有し、
   前記プロセッサーは、前記位置検出部の出力および前記力検出部の出力に基づいて、前記把持部の目標位置を更新し、最新の前記目標位置に前記把持部が移動するように前記駆動部の駆動を制御することを特徴とする制御装置。
3. 前記駆動部は、圧電駆動装置である請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記把持部が前記対象物から受ける力が目標値となるように、前記目標位置を更新する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記把持部が前記対象物と接触するまでは、前記目標位置を更新しない請求項１ないし４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 前記把持部は、弾性を有し、前記対象物から受ける力によって弾性変形する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 前記把持部の弾性係数に基づいて、前記把持部の移動距離と前記把持部が前記対象物から受ける力との関係を求め、前記関係に基づいて前記目標位置を更新する請求項６に記載の制御装置。
8. 対象物を把持する把持部と、
   前記把持部を駆動する駆動部と、
   前記把持部の位置を検出する位置検出部と、
   前記把持部が前記対象物から受ける力を検出する力検出部と、
   前記位置検出部の出力および前記力検出部の出力に基づいて、前記把持部の目標位置を更新し、最新の前記目標位置に前記把持部が移動するように前記駆動部の駆動を制御する制御装置と、を有することを特徴とするエンドエフェクター。
9. 対象物を把持する把持部と、
   前記把持部を駆動する駆動部と、
   前記把持部の位置を検出する位置検出部と、
   前記把持部が前記対象物から受ける力を検出する力検出部と、
   前記位置検出部の出力および前記力検出部の出力に基づいて、前記把持部の目標位置を更新し、最新の前記目標位置に前記把持部が移動するように前記駆動部の駆動を制御する制御装置と、を有することを特徴とするロボット。
10. 対象物を把持する把持部と、前記把持部を駆動する駆動部と、前記把持部の位置を検出する位置検出部と、前記把持部が前記対象物から受ける力を検出する力検出部と、を有するエンドエフェクターを制御する制御方法であって、
    前記位置検出部の出力および前記力検出部の出力に基づいて、前記把持部の目標位置を更新し、最新の前記目標位置に前記把持部が移動するように前記駆動部の駆動を制御することを特徴とする制御方法。

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