JP2020049581A - エンドエフェクタおよびエンドエフェクタ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構成で把持対象物を組付対象物の嵌合凹部に嵌合させることが可能な触覚センサ部を有するエンドエフェクタを提供すること。【解決手段】エンドエフェクタが、掌部と、把持対象物を把持する把持動作可能な複数の指部と、複数の指部の各々に設けられて把持対象物からの外力を検出可能な触覚センサ部と、触覚センサ部を介して複数の指部の各々に接続されて複数の指部によって把持対象物が把持されたときに把持対象物からの力を受ける力受容部とを備える。力受容部が、把持対象物に対向して把持対象物を把持可能に配置されて把持対象物からの力を受ける把持面と、複数の指部の各々の先端部よりも掌部から離れて配置されかつ把持面に交差する方向に延びる押圧面とを有する。【選択図】図2

Description

本開示は、触覚センサ部を有するエンドエフェクタ、および、このエンドエフェクタを備えたエンドエフェクタ装置に関する。
特許文献1には、ロボットハンドにより把持対象物に作用する力覚情報を取得する力覚測定装置を備えたロボット制御装置が開示されている。この力覚測定装置は、力覚センサで構成され、ロボットハンドの把持対象物と接触する部位に設けられている。
特開2017−087325号公報
ところで、前記ロボット制御装置を用いて、把持対象物をロボットハンドで把持しながら組付対象物の凹部に嵌合しようとすると、把持対象物を凹部に嵌合している途中で、ロボットハンドが凹部の開口部の縁部に接触する場合がある。この場合において、把持対象物を凹部に嵌合させるためには、ロボットハンドを約90度回転させて、力覚測定装置が設けられている部分で把持対象物を押圧する必要があり、ロボットハンドの構造および制御が複雑になる場合があった。
本開示は、簡単な構成で把持対象物を組付対象物の嵌合凹部に嵌合させることが可能な触覚センサ部を有するエンドエフェクタ、および、このエンドエフェクタを備えるエンドエフェクタ装置を提供することを課題とする。
本開示の一例のエンドエフェクタは、
掌部と、
延在方向の一端部が前記掌部に接続されていると共に、前記延在方向に交差する方向でかつ互いに接近する方向にそれぞれ移動して把持対象物を把持する把持動作可能な複数の指部と、
前記複数の指部の各々における前記延在方向の他端部に設けられて、前記把持対象物からの外力を検出可能な触覚センサ部と、
前記触覚センサ部を介して前記複数の指部の各々における前記延在方向の他端部に接続されて、前記複数の指部によって前記把持対象物が把持されたときに前記把持対象物からの力を受ける力受容部と
を備え、
前記力受容部が、
前記延在方向に交差する方向において前記把持対象物に対向して前記把持対象物を把持可能に配置されて前記延在方向に交差する方向の力を受ける把持面と、
前記延在方向において前記複数の指部の各々の前記他端部よりも前記掌部から離れて配置されかつ前記把持面に交差する方向に延びて前記延在方向の力を受ける押圧面と
を有する。
本開示の一例のエンドエフェクタ装置は、
前記エンドエフェクタと、
前記掌部および前記複数の指部の各々を駆動させる駆動装置と、
前記触覚センサ部により検出された検出結果に基づいて前記駆動装置を制御する制御装置と
を備える。
前記エンドエフェクタによれば、触覚センサ部を介して複数の指部の各々における各指部の延在方向の他端部に接続されて、複数の指部によって把持対象物が把持されたときに把持対象物からの力を受ける力受容部を備え、この力受容部が、各指部の延在方向に交差する方向において把持対象物に対向して把持対象物を把持可能に配置された把持面と、各指部の延在方向において複数の指部の各々の他端部よりも掌部から離れて配置されかつ把持面に交差する方向に延びる押圧面とを有している。このような構成により、例えば、把持対象物を力受容部の把持面で把持して組付対象物の嵌合凹部まで移動させた後、力受容部の押圧面で把持対象物を組付対象物に対して押圧して嵌合凹部に嵌合させることができる。すなわち、簡単な構成で把持対象物を組付対象物の嵌合凹部に嵌合させることが可能な触覚センサ部を有するエンドエフェクタを実現できる。
前記エンドエフェクタ装置によれば、前記エンドエフェクタにより、簡単な構成で把持対象物を組付対象物の嵌合凹部に嵌合させることが可能なエンドエフェクタ装置を実現できる。
本開示の第1実施形態のエンドエフェクタ装置を示すブロック図。 図1のエンドエフェクタ装置のエンドエフェクタを示す正面図。 図2のエンドエフェクタの指部を示す拡大正面図。 図1のエンドエフェクタ装置の嵌合処理を説明するための第1の図。 図1のエンドエフェクタ装置の嵌合処理を説明するための第2の図。 図1のエンドエフェクタ装置の嵌合処理を説明するための第3の図。 図1のエンドエフェクタ装置の嵌合処理を説明するための第4の図。 図2のエンドエフェクタの第1の変形例を示す指部の拡大正面図。 図2のエンドエフェクタの第2の変形例を示す指部の拡大正面図。 図2のエンドエフェクタの第3の変形例を示す指部の拡大正面図。 図1のエンドエフェクタ装置の嵌合処理を説明するためのフローチャート。 本開示の第2実施形態のエンドエフェクタ装置を示すブロック図。 図12のエンドエフェクタ装置の座標系を説明するための正面図。 図12のエンドエフェクタ装置の位置ずれ補正処理を説明するための第1のフローチャート。 図12のエンドエフェクタ装置の位置ずれ補正処理を説明するための第2のフローチャート。
以下、本開示の一例を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向あるいは位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、「右」、「左」を含む用語)を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した本開示の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本開示の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。さらに、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは必ずしも合致していない。
(第1実施形態)
本開示の第1実施形態のエンドエフェクタ10は、例えば、図1に示すように、マニピュレータなどのエンドエフェクタ装置1の一部を構成する。エンドエフェクタ装置1は、一例として、エンドエフェクタ10と、エンドエフェクタ10に接続されたアーム20と、エンドエフェクタ10およびアーム20を駆動する駆動装置30と、駆動装置30を制御する制御装置100と、制御装置100に接続された操作部40と、駆動装置30および制御装置100に電力を供給する電源50とを備えている。制御装置100は、操作部40で受け付けられた操作に基づいて、駆動装置30に指令を出力することで、エンドエフェクタ10およびアーム20の駆動を制御する。アーム20は、エンドエフェクタ10の後述する掌部11に接続され、駆動装置30によって、エンドエフェクタ10の位置および姿勢を任意に変更可能に運動することができる。駆動装置30は、掌部11および各指部12を駆動させる図示しないモータと、このモータの回転を検出する図示しないエンコーダとを有し、エンコーダで検出された情報が制御装置100に出力されるように構成されている。
エンドエフェクタ10は、図2に示すように、掌部11と、掌部11に接続された複数の指部12(第1実施形態では、2本の指部12)と、各指部12に設けられた触覚センサ部13および力受容部14とを備えている。
各指部12は、その延在方向の基端部121が掌部11に接続されていると共に、その延在方向に交差する方向でかつ互いに接近する方向にそれぞれ移動して把持対象物60を把持する把持動作可能に構成されている。
詳しくは、各指部12は、一例として、その延在方向において略同一の長さを有する略矩形の板状を有し、板面同士が対向するように略平行に並んで配置されて、駆動装置30によって、板面に直交する方向に移動可能に構成されている。なお、各指部12を駆動するモータは、例えば、リニアモータで構成することができる。
各触覚センサ部13は、例えば、静電容量式または抵抗式の面状触覚センサで構成され、把持対象物60からの外力を検出可能な状態で、各指部12のその延在方向の他端部である先端部122に設けられている。
詳しくは、各触覚センサ部13は、各力受容部14が把持対象物60から受ける力により微小な変位/変形を起こし、その変位/変形を電気的変化として検出することで、少なくとも3軸方向の外力を検出可能に構成されている。この実施形態では、各触覚センサ部13は、図2に示すように、各指部12の延在方向沿いのZ方向の力、Z方向に直交しかつ一方の指部12から他方の指部12に向かうY方向の力、および、Z方向およびY方向に直交するX方向(すなわち、図2の紙面貫通方向)の力を少なくとも検出可能に構成されている。
各力受容部14は、一例として、金属で構成され、触覚センサ部13を介して複数の指部12の各々における各指部12の延在方向の先端部122に接続されて、複数の指部12によって把持対象物60が把持されたときに把持対象物60からの力を受けるように構成されている。
詳しくは、各力受容部14は、各指部12の延在方向に延びる第1板部材141と、第1板部材141に交差(例えば、直交)する方向でかつ相互に離れる方向に延びる第2板部材142とで構成されている。
第1板部材141は、各指部12の延在方向に交差する方向において把持対象物60に対向して把持対象物60を把持可能に配置されて、各指部12の延在方向に交差する方向の力を受ける把持面15を有している。また、第2板部材142は、各指部12の延在方向において複数の指部12の各々の先端部122よりも掌部11から離れて配置されかつ把持面15に交差(例えば、直交)する方向に延びて、各指部12の延在方向の力を受ける押圧面16を有している。すなわち、力受容部14が、各指部12の延在方向および各指部12の延在方向に交差する方向において、触覚センサ部13を覆っている。
次に、前記エンドエフェクタ装置1の制御装置100について説明する。
前記制御装置100は、演算等を行うCPU、エンドエフェクタ10の制御などに必要なプログラムあるいはデータ等を記憶しておくROMおよびRAMなどの記憶媒体と、エンドエフェクタ装置1の外部との間で信号の入出力を行うインターフェース部とで構成され、図1に示すように、嵌合制御部110を有している。なお、嵌合制御部110は、CPUが所定のプログラムを実行することにより実現される機能である。
嵌合制御部110は、複数の指部12の各々によって把持対象物60を把持した状態で、掌部11を組付対象物70(図4参照)の嵌合凹部71にZ方向から接近させて(すなわち、掌部11を図4の矢印A方向に移動させて)把持対象物60を嵌合凹部71に嵌合させるときに、力受容部14の押圧面16が嵌合凹部71の開口縁部72と接触したことを触覚センサ部13が検出した場合、把持対象物60を押圧面16で組付対象物70に対して押圧して嵌合凹部71に嵌合させる。
詳しくは、嵌合制御部110は、図5に示すように、力受容部14の押圧面16が嵌合凹部71の開口縁部72と接触したことが触覚センサ部13により検出されると、図6に示すように、複数の指部12の各々による把持対象物60の把持を解除して、掌部11をZ方向における組付対象物70の嵌合凹部71から離れる方向Bに移動させる。そして、嵌合制御部110は、図7に示すように、複数の指部12の各々をY方向(すなわち、各指部12の延在方向に交差する方向)において互いに接近させて閉じた状態で、掌部11を組付対象物70の嵌合凹部71にZ方向から再び接近させることにより、把持対象物60を押圧面16で組付対象物70に対して押圧して嵌合凹部71に嵌合させる。
なお、掌部11のZ方向における組付対象物70の嵌合凹部71から離れる方向Bへの移動は、Z方向において、各指部12の先端部122が把持対象物60よりも組付対象物70の嵌合凹部71から離れた位置に、掌部11が到達するまで行われる。掌部11の移動量は、例えば、駆動装置30の掌部11を駆動させるモータの回転を検出するエンコーダから出力された情報に基づいて、嵌合制御部110が算出する。
また、嵌合制御部110は、押圧面16で把持対象物60を組付対象物70に対して押圧して嵌合凹部71に嵌合させるときに、触覚センサ部13で検出された検出結果に基づいて、把持対象物60の嵌合凹部71への嵌合が完了したか否かを判定する嵌合判定部111をさらに有している。
例えば、各指部12によって把持対象物60を把持した状態で、掌部11を組付対象物70の嵌合凹部71にZ方向から接近させるとき、嵌合判定部111は、触覚センサ部13により検出されたZ方向の力が規定値(例えば、2N)以上になると、図5に示すように、力受容部14の押圧面16が組付対象物70の開口縁部72に接触したと判定する。なお、この規定値は、各指部12の寸法構成、あるいは、把持対象物60の形状、大きさおよび材質などに応じて予め決定される。
また、各指部12を閉じた状態で掌部11を組付対象物70の嵌合凹部71にZ方向から接近させて、把持対象物60を押圧面16で組付対象物70に対して押圧するとき、嵌合判定部111は、触覚センサ部13により検出されたZ方向の力が規定値(例えば、5N)以上になると、図7に示すように、把持対象物60の嵌合凹部71への嵌合が完了したと判定する。把持対象物60の嵌合凹部71への嵌合が完了したと判定されると、嵌合制御部110は、掌部11の組付対象物70の嵌合凹部71への接近移動を停止させる。
なお、把持対象物60の嵌合凹部71への嵌合が完了したか否かについては、触覚センサ部13で検出された検出結果と、エンコーダから出力された情報との両方に基づいて判定されるように構成することもできる。
続いて、図11を参照して、把持対象物60を組付対象物70の嵌合凹部71に嵌合させる嵌合処理について説明する。なお、以下に説明する嵌合処理は、制御装置100が所定のプログラムを実行することで実施される。
図11に示すように、嵌合処理がスタートすると、嵌合制御部110が、各指部12により把持対象物60を把持した状態で、掌部11を組付対象物70の嵌合凹部71に接近移動させる(ステップS1)。
このとき、嵌合判定部111は、触覚センサ部13によって検出されたZ方向の力が第1の規定値(例えば、2N)以上であるか否かを判定する(ステップS2)。触覚センサ部13によって検出されたZ方向の力が第1の規定値未満であると判定された場合、触覚センサ部13によって検出されたZ方向力が第1の規定値以上になるまで、ステップS2が繰り返される。
触覚センサ部13によって検出されたZ方向の力が第1の規定値以上になったと判定された場合、嵌合判定部111は、力受容部14の押圧面16が組付対象物70の開口縁部72に接触したと判定する。これにより、嵌合制御部110は、掌部11の組付対象物70の嵌合凹部71に対する接近移動を停止し、各指部12により把持対象物60の把持を解除して、掌部11を組付対象物70の嵌合凹部71から離れる方向Bに移動させる(ステップS3)。
掌部11が、組付対象物70の嵌合凹部71から離れる方向Bに移動して、各指部12の先端部122が把持対象物60よりも組付対象物70の嵌合凹部71から離れた位置に到達すると、嵌合制御部110は、掌部11の組付対象物70の嵌合凹部71から離れる方向Bへの移動を停止させて、各指部12の互いに接近させて閉じた状態で、掌部11を組付対象物70の嵌合凹部71に再び接近させる(ステップS4)。
このとき、嵌合判定部111は、触覚センサ部13によって検出されたZ方向の力が第2の規定値(例えば、5N)以上であるか否かを判定する(ステップS5)。触覚センサ部13によって検出された力が第2の規定値未満であった場合、触覚センサ部13によって所定の力が検出されるまで、ステップS5を繰り返す。
触覚センサ部13によって検出されたZ方向の力が規定以上であると判定された場合、嵌合判定部111は、把持対象物60の嵌合凹部71への嵌合が完了したと判定する。これにより、嵌合制御部110は、掌部11の組付対象物70の嵌合凹部71に対する再接近移動を停止し(ステップS6)、把持対象物60の嵌合凹部71への嵌合処理が終了する。
なお、組付対象物70の嵌合凹部71には、例えば、Z方向に貫通する貫通孔も含まれる。
第1実施形態のエンドエフェクタ10では、触覚センサ部13を介して複数の指部12の各々における各指部12の延在方向の先端部122に接続されて、複数の指部12によって把持対象物60が把持されたときに把持対象物60からの力を受ける力受容部14を備え、この力受容部14が、各指部12の延在方向に交差する方向において把持対象物60に対向して把持対象物60を把持可能に配置された把持面15と、各指部12の延在方向において複数の指部12の各々の先端部122よりも掌部11から離れて配置されかつ把持面15に交差する方向に延びる押圧面16とを有している。このような構成により、例えば、把持対象物60を力受容部14の把持面15で把持して組付対象物70の嵌合凹部71まで移動させた後、力受容部14の押圧面16で把持対象物60を組付対象物70に対して押圧して嵌合凹部71に嵌合させることができる。すなわち、簡単な構成で把持対象物60を組付対象物70の嵌合凹部71に嵌合させることが可能な触覚センサ部13を有するエンドエフェクタ10を実現できる。
また、力受容部14が、各指部12の延在方向および各指部12の延在方向に交差する方向において、触覚センサ部13を覆っている。このような構成により、力受容部14の押圧面16で把持対象物60を組付対象物70に対してより確実に押圧することができる。
また、第1実施形態のエンドエフェクタ装置1では、エンドエフェクタ10により、簡単な構成で把持対象物60を組付対象物70の嵌合凹部71に嵌合させることが可能なエンドエフェクタ装置1を実現できる。
また、制御装置100が、複数の指部12の各々によって把持対象物60を把持した状態で掌部11を組付対象物70の嵌合凹部71に接近させて把持対象物60を嵌合凹部71に嵌合させるときに、力受容部14の押圧面16が嵌合凹部71の開口縁部72と接触したことを触覚センサ部13が検出した場合、複数の指部12の各々による把持対象物60の把持を解除して、掌部11を把持対象物60から離れる方向Bに移動させた後、複数の指部12の各々を各指部12の延在方向に交差する方向において互いに接近させて閉じた状態で掌部11を把持対象物60に接近させることにより、押圧面16で把持対象物60を組付対象物70に対して押圧して嵌合凹部71に嵌合させる嵌合制御部110を有する。この嵌合制御部110により、簡単な制御処理で、把持対象物60を組付対象物70の嵌合凹部71に嵌合させることが可能なエンドエフェクタ装置1を実現できる。
また、複数の指部12の各々を各指部12の延在方向に交差する方向において互いに接近させて閉じた状態で把持対象物60を組付対象物70に対して押圧するので、複数の指部12の各々によって把持対象物60を把持した状態で把持対象物60を嵌合凹部71に嵌合させる場合と比較して、あるいは、複数の指部12の各々が互いに開いた状態でいずれかの指部12を用いて把持対象物60を組付け対象物70に対して押圧する場合と比較して、各指部12にかかる負荷が低減される。その結果、耐久性の高いエンドエフェクタ装置1を実現できる。
また、嵌合制御部110は、押圧面16で把持対象物60を組付対象物70に対して押圧して嵌合凹部71に嵌合させるときに、触覚センサ部13で検出された検出結果に基づいて、把持対象物60の嵌合凹部71への嵌合が完了したか否かを判定する嵌合判定部111をさらに有する。この嵌合判定部111により、把持対象物60を組付対象物70の嵌合凹部71により確実に嵌合させることができる。
なお、エンドエフェクタ10は、掌部11と、把持対象物60を把持する把持動作可能な複数の指部12と、把持対象物60からの外力を検出可能な触覚センサ部13と、把持面15と押圧面16とを有する力受容部14とを備えていればよく、第1実施形態の構成に限定されない。
第1実施形態のエンドエフェクタ10では、触覚センサ部13は、複数の指部12の各々における各指部12の延在方向の先端部122に設けられて、把持対象物60からの外力を検出可能に構成されていればよく、各指部12の寸法構成、あるいは、把持対象物60の形状、大きさおよび材質などに応じて、その構成および種類などを設定することができる。
力受容部14は、第1板部材141と第2板部材142とで構成されている場合に限らない。例えば、力受容部14は、図8に示すように、第1板部材141のみで構成してもよい。この場合、第1板部材141のZ方向における掌部11から遠い方の先端面が押圧面16を構成する。
また、力受容部14は、例えば、図9に示すように、第1板部材141または第2板部材142のいずれか一方に設けられた接続部17を有するように構成してもよい。この接続部17は、例えば、金属またはゴムなどの弾性部材で構成することができる。なお、図9のエンドエフェクタ10では、一例として、第1板部材141は、触覚センサ部13を介して指部12に接続され、第2板部材142は、接続部17を介して指部12に接続されている。このように構成することで、力受容部14の耐久性を向上させることができる。
また、力受容部14は、例えば、図10に示すように、第1押圧面16と、把持面15および第1押圧面16に交差する方向に延びる第2押圧面18とを有するように構成してもよい。図10のエンドエフェクタ10は、把持面15を有する第1板部材141と、第1押圧面16を有する第2板部材142と、第1板部材141および第2板部材142に交差(例えば、直交)しかつ第2押圧面18を有する第3板部材143とを有している。このように構成することで、より様々な態様の組付対象物70の嵌合凹部71に把持対象物60を嵌合させることができる。
第1板部材141および第2板部材142の把持面15および押圧面16を構成する表面に金属またはゴムなどの弾性部材を取り付けてもよい。このように構成することで、必要に応じて、把持面15および押圧面16の摩擦係数などの物理的特性を変化させることができる。また、力受容部14のメンテナンス性を向上させることができる。
このように、力受容部14は、各指部12の延在方向に交差する方向(例えば、Y方向)において把持対象物60に対向して把持対象物60を把持可能に配置されて各指部12の延在方向に交差する方向の力を受ける把持面15と、各指部12の延在方向(例えば、Z方向)において複数の指部12の各々の先端部122よりも掌部11から離れて配置されかつ把持面15に交差する方向に延びて各指部12の延在方向の力を受ける押圧面16とを有していればよく、力受容部14を構成する各部材、並びに、把持面15および押圧面16の形状および大きさは、各指部12の寸法構成、あるいは、把持対象物60の形状、大きさおよび材質などに応じて、適宜設定することができる。
(第2実施形態)
本開示の第2実施形態のエンドエフェクタ装置1は、図12に示すように、制御装置100が、嵌合制御部110に加えて、位置ずれ方向判定部120および位置ずれ補正部130を有している点で、第1実施形態とは異なっている。第2実施形態では、第1実施形態と同一部分に同一参照番号を付して説明を省略し、第1実施形態と異なる点について説明する。
なお、位置ずれ方向判定部120および位置ずれ補正部130の各部は、CPUが所定のプログラムを実行することにより実現される機能である。
位置ずれ方向判定部120は、複数の指部12の各々によって把持対象物60を把持した状態で掌部11を組付対象物70の嵌合凹部71に接近させて把持対象物60を嵌合凹部71に嵌合させるときに、各触覚センサ部13により検出された少なくとも3軸方向の外力の少なくとも1つが規定値以上の場合(例えば、触覚センサ部13によって検出されたZ方向の力が2N以上であり、嵌合判定部111により把持対象物60と嵌合凹部71の開口縁部72とが接触したと判定された場合)、触覚センサ部13の各々により検出された検出結果に基づいて、把持対象物60が嵌合凹部71に対していずれの方向に位置ずれしているかを判定する。
例えば、2つの指部12の図2の右側の指部12(以下、第1指部1201という)に配置されている触覚センサ部13により検出されるX、YおよびZ方向の力をそれぞれFX1、FY1、FZ1とし、図2の左側の指部12(以下、第2指部1202という)に配置されている触覚センサ部13により検出されるX、YおよびZ方向の力をそれぞれFX2、FY2、FZ2とする。第1指部1201の触覚センサ部13の座標系、第2指部1202の触覚センサ部13の座標系、および、把持対象物60の座標系を図13に示す。
この場合において、位置ずれ方向判定部120は、把持対象物60が嵌合凹部71の開口縁部72に接触したと判定されたとき、各触覚センサ部13によって検出されたX、YおよびZ方向の力の和または差により、把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれが3軸方向のいずれで発生しているかを判定する。
例えば、把持対象物60の嵌合凹部71に対するY方向の位置ずれは、Y方向の力の差(すなわち、FY1−FY2)またはZ方向の力の差(すなわち、FZ1−FZ2)で判定される。FY1−FY2、または、FZ1−FZ2が正の値であった場合、把持対象物60は、嵌合凹部71に対してYの正方向にずれていると判定される。
嵌合凹部71の開口縁部72に傾斜面721が形成されている場合、把持対象物60の嵌合凹部71に対するY方向の位置ずれは、把持対象物60が組付対象物70の開口縁部72(すなわち、傾斜面721)に接触したと判定される前は、Z方向の力の差((すなわち、FZ1−FZ2)で判定され、把持対象物60が組付対象物70の開口縁部72に接触したと判定された後は、Y方向の力の差(すなわち、FY1−FY2)で判定される。
把持対象物60の嵌合凹部71に対するX方向の位置ずれは、X方向の力の差(すなわち、FX1−FX2)で判定される。FX1−FX2が負の値であった場合、把持対象物60は、嵌合凹部71に対してXの正方向にずれていると判定される。
把持対象物60の嵌合凹部71に対するZ方向まわりの位置ずれは、X方向の力の和(すなわち、FX1+FX2)で判定される。FX1+FX2が正の値であった場合、把持対象物60は、図13にθZで示す回転方向まわり(すなわち、Z軸の正の位置から原点に向かう方向から見て、反時計回り)にずれていると判定される。
また、位置ずれ方向判定部120は、各触覚センサ部13により検出された3軸方向の外力のうちの同軸方向の外力の和および差(例えば、FX1−FX2、FY1−FY2、FZ1−FZ2、FX1+FX2)のいずか1つもしくは複数または全てが、規定値(例えば、0.1N)以下になったか否かに基づいて、把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれ補正を終了させるか否かを判定する。この規定値は、各指部12の寸法構成、あるいは、把持対象物60の形状、大きさおよび材質などに応じて予め決定される。
なお、位置ずれ方向判定部120は、X方向の力の差(すなわち、FX1−FX2)およびZ方向の力の差(すなわち、FZ1−FZ2)から、把持対象物60が嵌合凹部71に対してX方向まわり(すなわち、図13のθX方向まわり)および/またはY方向まわり(すなわち、図13のθY方向まわり)に位置がずれて、嵌合凹部71の開口縁部72に一点で接触しているか否かを判定することもできる。
位置ずれ補正部130は、駆動装置30を制御して、位置ずれ方向判定部120により判定された把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれ方向とは反対の方向(言い換えると、位置ずれ方向と軸が同じでかつ向きが異なる方向)に把持対象物60を移動させて、把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれを補正する。
例えば、位置ずれ方向判定部120により、把持対象物60が嵌合凹部71に対してXの正方向にずれていると判定されたとする。この場合、位置ずれ補正部130は、駆動装置30を制御して、把持対象物60がXの負方向に規定量(例えば、0.05mm)移動するように、掌部11および各指部12の少なくともいずれか一方を駆動させる。
なお、把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれを補正しているときに、各触覚センサ部13で検出されたZ方向の力の和(すなわち、FZ1+FZ2)が規定値(例えば、2N)を超えて、位置ずれ方向判定部120により把持対象物60が嵌合凹部71の開口縁部72に接触したと判定された場合、位置ずれ補正部130は、位置ずれ補正を一時中止して、各触覚センサ部13で検出されたZ方向の力の和(すなわち、FZ1+FZ2)が規定値(例えば、2N)以下になるまで、把持対象物60をZ方向でかつ組付対象物70の嵌合凹部71から離れる方向に移動させる。
また、把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれを補正しているときに、各触覚センサ部13で検出されたZ方向の力の和が規定値(例えば、1N)を下回った場合(すなわち、FZ1+FZ2<1N)、位置ずれ方向判定部120は、把持対象物60の嵌合凹部71の開口縁部72に対する接触が維持できていないと判定する。把持対象物60の嵌合凹部71の開口縁部72に対する接触が維持できていないと判定された場合、位置ずれ補正部130は、位置ずれ補正を一時中止して、各触覚センサ部13で検出されたZ方向の力の和が規定値以上になるまで(すなわち、FZ1+FZ2≧1N)、把持対象物60をZ方向でかつ組付対象物70の嵌合凹部71に近づく方向に移動させる。
第2実施形態では、嵌合判定部111は、把持対象物60がZ方向から組付対象物70の嵌合凹部71に接近するときに各触覚センサ部13で検出されたZ方向の力の和(すなわち、FZ1+FZ2)が規定値(例えば、2N)を超えたか否かにより、把持対象物60が嵌合凹部71の開口縁部72に接触したか否かを判定する。なお、この規定値は、各指部12の寸法構成、あるいは、把持対象物60の形状、大きさおよび材質などに応じて予め決定される。
続いて、図14および図15を参照して、把持対象物60を組付対象物70の嵌合凹部71に嵌合させる嵌合処理中における把持対象物60の組付対象物70に対する位置ずれ補正処理について説明する。なお、以下に説明する嵌合処理は、制御装置100が所定のプログラムを実行することで実施される。
図14に示すように、ステップS2において、触覚センサ部13によって検出されたZ方向の力が第1の規定値以上になったと判定された場合、嵌合制御部110が、掌部11の組付対象物70の嵌合凹部71に対する接近移動を停止させて(ステップS11)、位置ずれ方向判定部120が、把持対象物60が嵌合凹部71に対して位置ずれしているか否かを判定する(ステップS12)。
この位置ずれ補正では、図15に示すように、位置ずれ補正部130が、各触覚センサ部13で検出されたZ方向の力の和(すなわち、FZ1+FZ2)が第1の規定値(例えば、2N)を超えているか否かを判定する(ステップS21)。各触覚センサ部13で検出されたZ方向の力の和が第1の規定値を超えていると判定された場合、位置ずれ補正部130は、位置ずれ補正を行わずに、各触覚センサ部13で検出されたZ方向の力の和が第1の規定値以下になるまで、把持対象物60をZ方向でかつ組付対象物70の嵌合凹部71から離れる方向に移動させる(ステップS22)。
各触覚センサ部13で検出されたZ方向の力の和が第1の規定値を超えていないと判定されると、位置ずれ方向判定部120が、各触覚センサ部13で検出されたZ方向の力の和が第3の規定値(例えば、1N)を下回ったか否かを判定する(ステップS23)。各触覚センサ部13で検出されたZ方向の力の和が第3の規定値(例えば、1N)を下回ったと判定された場合、位置ずれ補正部130は、位置ずれ補正を行わずに、各触覚センサ部13で検出されたZ方向の力の和が第3の規定値以上になるまで、把持対象物60をZ方向でかつ組付対象物70の嵌合凹部71に近づく方向に移動させる(ステップS24)。
各触覚センサ部13で検出されたZ方向の力の和が第3の規定値(例えば、1N)を下回っていないと判定された場合、位置ずれ方向判定部120は、把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれ方向を判定し(ステップS25)、把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれ補正を終了させるか否かを判定する(ステップS26)。
位置ずれ補正を終了させると判定された場合は、ステップS3に進み、嵌合制御部110が、各指部12により把持対象物60の把持を解除して、掌部11を組付対象物70の嵌合凹部71から離れる方向Bに移動させる。一方、位置ずれ補正を終了させないと判定された場合、位置ずれ補正部130は、位置ずれ方向判定部120により判定された把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれ方向とは反対の方向に把持対象物60を移動させて、把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれを補正する(ステップS26)。そして、ステップS21に戻り、位置ずれ補正部130により、各触覚センサ部13で検出されたZ方向の力の和が第1の規定値を超えているか否かが判定される。
第2実施形態のエンドエフェクタ装置1では、複数の指部12の各々によって把持対象物60を把持した状態で掌部11を組付対象物70の嵌合凹部71に接近させて把持対象物60を組付対象物70の嵌合凹部71に嵌合させるときに、把持対象物60と嵌合凹部71の開口縁部72とが接触した場合、触覚センサ部13の各々により検出された検出結果に基づいて、把持対象物60が嵌合凹部71に対して位置ずれしているかを決定し、決定された把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれ方向とは反対の方向に掌部11を移動させて、把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれを補正する。このような構成により、組付対象物70の嵌合凹部71に対する把持対象物60の位置ずれを補正可能なエンドエフェクタ装置1を実現できる。
また、位置ずれ方向判定部120は、触覚センサ部13の各々により検出された少なくとも3軸方向の外力のうちの同軸方向の外力の和および差のいずか1つもしくは複数または全てにより、把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれ方向を判定する。これにより、簡単な構成で、把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれ方向を判定できる。
また、位置ずれ補正部130は、触覚センサ部13の各々により検出された少なくとも3軸方向の外力のうちの同軸方向の外力の和および差のいずか1つもしくは複数または全てが規定値以下となった場合に、把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれの補正を終了する。これにより、簡単な構成で、把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれの補正が完了したか否かを判定できる。
また、エンドエフェクタ10が、複数の指部12として、板面同士が相互に対向するように配置された板状の第1指部1201および板状の第2指部1202と、触覚センサ部13を介して各指部1201、1202の延在方向の先端部122に接続されて、第1指部1201および第2指部1202によって把持対象物60が把持されたときに把持対象物60からの力を受ける力受容部14とを有している。そして、この力受容部14が、各指部1201、1202の延在方向に交差する方向において把持対象物60に対向して把持対象物60を把持可能に配置されて各指部1201、1202の延在方向に交差する方向の力を受ける把持面15と、各指部1201、1202の延在方向において第1指部1201および第2指部1202の各々の先端部122よりも掌部11から離れて配置されかつ把持面15に交差する方向に延びて各指部1201、1202の延在方向の力を受ける押圧面16とを有する。このような構成により、簡単な構成で把持対象物60を組付対象物70の嵌合凹部71に嵌合させることが可能で、かつ、組付対象物70の嵌合凹部71に対する把持対象物60の位置ずれを補正可能なエンドエフェクタ装置1を実現できる。
なお、第2実施形態のエンドエフェクタ装置1では、触覚センサ部13は、少なくとも3軸方向の外力を検出可能であればよく、各指部12の寸法構成、あるいは、把持対象物60の形状、大きさおよび材質などに応じて、その構成および種類などを設定することができる。例えば、触覚センサ部13は、相互に直交する3軸方向の外力のみを検出可能に構成されていてもよいし、相互に直交する3軸方向の外力に加えて各軸方向のモーメントを検出可能に構成されていてもよい。
触覚センサ部13が、相互に直交する3軸方向の外力に加えて各軸方向のモーメントを検出可能に構成されている場合、例えば、把持対象物60の嵌合凹部71に対するY方向の位置ずれは、X軸方向のモーメントの差で判定することができる。
X軸方向のモーメントの差が負の値であった場合、把持対象物60は、嵌合凹部71に対してYの正方向にずれていると判定される。把持対象物60の嵌合凹部71に対するX方向の位置ずれは、Y軸方向のモーメントの差で判定することができる。Y軸方向のモーメントの差が正の値であった場合、把持対象物60は、嵌合凹部71に対してXの正方向にずれていると判定される。
把持対象物60の嵌合凹部71に対するZ方向まわりの位置ずれは、Z軸方向のモーメントの和で判定することができる。Z軸方向のモーメントの和が正の値であった場合、把持対象物60は、図13にθZで示す回転方向まわりにずれていると判定される。
エンドエフェクタ10は、掌部11と、把持対象物60を把持する把持動作可能な複数の指部12と、把持対象物60からの外力を検出可能な触覚センサ部13とを備えていればよく、第2実施形態の構成に限定されない。
位置ずれ方向判定部120は、第2実施形態に限らず、触覚センサ部13の各々により検出された検出結果に基づいて、少なくとも3軸方向のうちのいずれの方向において把持対象物60が嵌合凹部71に対して位置ずれしているかを判定できる任意の構成を採用できる。
位置ずれ補正部130は、第2実施形態に限らず、位置ずれ方向判定部120により決定された把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれ方向とは反対の方向に掌部11を移動させて、把持対象物60の嵌合凹部71に対する位置ずれを補正できる任意の構成を採用できる。
以上、図面を参照して本開示における種々の実施形態を詳細に説明したが、最後に、本開示の種々の態様について説明する。なお、以下の説明では、一例として、参照符号も添えて記載する。
本開示の第1態様のエンドエフェクタ10は、
掌部11と、
延在方向の一端部121が前記掌部11に接続されていると共に、前記延在方向に交差する方向でかつ互いに接近する方向にそれぞれ移動して把持対象物60を把持する把持動作可能な複数の指部12と、
前記複数の指部12の各々における前記延在方向の他端部122に設けられて、前記把持対象物60からの外力を検出可能な触覚センサ部13と、
前記触覚センサ部13を介して前記複数の指部12の各々における前記延在方向の他端部122に接続されて、前記複数の指部12によって前記把持対象物60が把持されたときに前記把持対象物60からの力を受ける力受容部14と
を備え、
前記力受容部14が、
前記延在方向に交差する方向において前記把持対象物60に対向して前記把持対象物60を把持可能に配置されて前記延在方向に交差する方向の力を受ける把持面15と、
前記延在方向において前記複数の指部12の各々の前記他端部122よりも前記掌部11から離れて配置されかつ前記把持面15に交差する方向に延びて前記延在方向の力を受ける押圧面16と
を有する。
第1態様のエンドエフェクタ10によれば、例えば、把持対象物60を力受容部14の把持面15で把持して組付対象物70の嵌合凹部71まで移動させた後、力受容部14の押圧面16で把持対象物60を組付対象物70に対して押圧して嵌合凹部71に嵌合させることができる。すなわち、簡単な構成で把持対象物60を組付対象物70の嵌合凹部71に嵌合させることが可能な触覚センサ部13を有するエンドエフェクタ10を実現できる。
本開示の第2態様のエンドエフェクタ10は、
前記力受容部14が、前記延在方向および前記延在方向に交差する方向において、前記触覚センサ部13を覆っている。
第2態様のエンドエフェクタ10によれば、力受容部14の押圧面16で把持対象物60を組付対象物70に対してより確実に押圧することができる。
本開示の第3態様のエンドエフェクタ10は、
前記力受容部14が、
前記押圧面である第1押圧面16と、
前記把持面15および前記第1押圧面16に交差する方向に延びる第2押圧面18と
を有する。
第3態様のエンドエフェクタ10によれば、より様々な態様の組付対象物70の嵌合凹部71に把持対象物60を嵌合させることができる。
本開示の第4態様のエンドエフェクタ10は、
前記力受容部14が、
前記把持面を有する第1板部材141と、
前記押圧面を有する第2板部材142と、
前記第1板部材141または前記第2板部材142のいずれか一方に設けられた接続部17と
を有し、
前記第1板部材141または前記第2板部材142のいずれか一方が、前記触覚センサ部13を介して前記複数の指部12の各々の前記他端部122に接続され、
前記第1板部材141または前記第2板部材142のいずれか他方が、前記接続部17を介して前記複数の指部12の各々の前記他端部122に接続されている。
第4態様のエンドエフェクタ10によれば、力受容部14の耐久性を向上させることができる。
本開示の第5態様のエンドエフェクタ装置1は、
前記態様のエンドエフェクタ10と、
前記掌部11および前記複数の指部12の各々を駆動させる駆動装置30と、
前記触覚センサ部13により検出された検出結果に基づいて前記駆動装置30を制御する制御装置100と
を備える。
第5態様のエンドエフェクタ装置1によれば、エンドエフェクタ10により、簡単な構成で把持対象物60を組付対象物70の嵌合凹部71に嵌合させることが可能なエンドエフェクタ装置1を実現できる。
本開示の第6態様のエンドエフェクタ装置1は、
前記制御装置100が、
前記複数の指部12の各々によって前記把持対象物60を把持した状態で前記掌部11を組付対象物70の嵌合凹部71に接近させて前記把持対象物60を前記嵌合凹部71に嵌合させるときに、前記力受容部14の前記押圧面16が前記嵌合凹部71の開口縁部72と接触したことを前記触覚センサ部13が検出した場合、前記複数の指部12の各々による前記把持対象物60の把持を解除して、前記掌部11を前記組付対象物70の前記嵌合凹部71から離れる方向に移動させる嵌合制御部110を有する。
第6態様のエンドエフェクタ装置1によれば、嵌合制御部110により、簡単な制御処理で、把持対象物60を組付対象物70の嵌合凹部71に嵌合させることが可能なエンドエフェクタ装置1を実現できる。
本開示の第7態様のエンドエフェクタ装置1は、
前記嵌合制御部110が、
前記掌部11を前記組付対象物70の前記嵌合凹部71から離れる方向に移動させた後、前記複数の指部12の各々を前記延在方向に交差する方向において互いに接近させて閉じた状態で前記掌部11を前記組付対象物70の前記嵌合凹部71に再び接近移動させることにより、前記押圧面16で前記把持対象物60を前記組付対象物70に対して押圧して前記嵌合凹部71に嵌合させる。
第7態様のエンドエフェクタ装置1によれば、嵌合制御部110により、簡単な制御処理で、把持対象物60を組付対象物70の嵌合凹部71に嵌合させることが可能なエンドエフェクタ装置1を実現できる。
本開示の第8態様のエンドエフェクタ装置1は、
前記駆動装置30が、前記掌部11を駆動させるモータの回転を検出するエンコーダを備え、
前記嵌合制御部110は、
前記押圧面16で前記把持対象物60を前記組付対象物70に対して押圧して前記嵌合凹部71に嵌合させるときに、前記触覚センサ部13で検出された検出結果に基づいて、または、前記触覚センサ部で検出された検出結果と前記エンコーダから出力された情報との両方に基づいて、前記把持対象物60の前記嵌合凹部71への嵌合が完了したか否かを判定する嵌合判定部111をさらに有し、
前記把持対象物60の前記嵌合凹部71への嵌合が完了したと判定された場合に、前記掌部11の前記組付対象物70の前記嵌合凹部71への接近移動を停止する。
第8態様のエンドエフェクタ装置によれば、嵌合判定部111により、把持対象物60を組付対象物70の嵌合凹部71により確実に嵌合させることができる。
なお、前記様々な実施形態または変形例のうちの任意の実施形態または変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせまたは実施例同士の組み合わせまたは実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態または実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
本開示のエンドエフェクタは、例えば、産業用ロボットのエンドエフェクタ装置に適用できる。
本開示のエンドエフェクタ装置は、例えば、産業用ロボットに適用できる。
1 エンドエフェクタ装置
10 エンドエフェクタ
11 掌部
12 指部
1201 第1指部
1202 第2指部
121 基端部
122 先端部
13 触覚センサ部
14 力受容部
141 第1板部材
142 第2板部材
143 第3板部材
15 把持面
16 押圧面(第1押圧面)
17 接続部
18 第2押圧面
20 アーム
30 駆動装置
40 操作部
50 電源
60 把持対象物
70 組付対象物
71 嵌合凹部
72 開口縁部
100 制御装置
110 嵌合制御部
111 嵌合判定部
120 位置ずれ方向判定部
130 位置ずれ補正部

Claims (8)

  1. 掌部と、
    延在方向の一端部が前記掌部に接続されていると共に、前記延在方向に交差する方向でかつ互いに接近する方向にそれぞれ移動して把持対象物を把持する把持動作可能な複数の指部と、
    前記複数の指部の各々における前記延在方向の他端部に設けられて、前記把持対象物からの外力を検出可能な触覚センサ部と、
    前記触覚センサ部を介して前記複数の指部の各々における前記延在方向の他端部に接続されて、前記複数の指部によって前記把持対象物が把持されたときに前記把持対象物からの力を受ける力受容部と
    を備え、
    前記力受容部が、
    前記延在方向に交差する方向において前記把持対象物に対向して前記把持対象物を把持可能に配置されて前記延在方向に交差する方向の力を受ける把持面と、
    前記延在方向において前記複数の指部の各々の前記他端部よりも前記掌部から離れて配置されかつ前記把持面に交差する方向に延びて前記延在方向の力を受ける押圧面と
    を有する、エンドエフェクタ。
  2. 前記力受容部が、前記延在方向および前記延在方向に交差する方向において、前記触覚センサ部を覆っている、請求項1のエンドエフェクタ。
  3. 前記力受容部が、
    前記押圧面である第1押圧面と、
    前記把持面および前記第1押圧面に交差する方向に延びる第2押圧面と
    を有する、請求項1または2のエンドエフェクタ。
  4. 前記力受容部が、
    前記把持面を有する第1板部材と、
    前記押圧面を有する第2板部材と、
    前記第1板部材または前記第2板部材のいずれか一方に設けられた接続部と
    を有し、
    前記第1板部材または前記第2板部材のいずれか一方が、前記触覚センサ部を介して前記複数の指部の各々の前記他端部に接続され、
    前記第1板部材または前記第2板部材のいずれか他方が、前記接続部を介して前記複数の指部の各々の前記他端部に接続されている、請求項1から3のいずれか1つのエンドエフェクタ。
  5. 請求項1から4のいずれか1つのエンドエフェクタと、
    前記掌部および前記複数の指部の各々を駆動させる駆動装置と、
    前記触覚センサ部により検出された検出結果に基づいて前記駆動装置を制御する制御装置と
    を備える、エンドエフェクタ装置。
  6. 前記制御装置が、
    前記複数の指部の各々によって前記把持対象物を把持した状態で前記掌部を組付対象物の嵌合凹部に接近させて前記把持対象物を前記嵌合凹部に嵌合させるときに、前記力受容部の前記押圧面が前記嵌合凹部の開口縁部と接触したことを前記触覚センサ部が検出した場合、前記複数の指部の各々による前記把持対象物の把持を解除して、前記掌部を前記組付対象物の前記嵌合凹部から離れる方向に移動させる嵌合制御部を有する、請求項5のエンドエフェクタ装置。
  7. 前記嵌合制御部が、
    前記掌部を前記組付対象物の前記嵌合凹部から離れる方向に移動させた後、前記複数の指部の各々を前記延在方向に交差する方向において互いに接近させて閉じた状態で前記掌部を前記組付対象物の前記嵌合凹部に再び接近移動させることにより、前記押圧面で前記把持対象物を前記組付対象物に対して押圧して前記嵌合凹部に嵌合させる、請求項6のエンドエフェクタ装置。
  8. 前記駆動装置が、前記掌部を駆動させるモータの回転を検出するエンコーダを備え、
    前記嵌合制御部は、
    前記押圧面で前記把持対象物を前記組付対象物に対して押圧して前記嵌合凹部に嵌合させるときに、前記触覚センサ部で検出された検出結果に基づいて、または、前記触覚センサ部で検出された検出結果と前記エンコーダから出力された情報との両方に基づいて、前記把持対象物の前記嵌合凹部への嵌合が完了したか否かを判定する嵌合判定部をさらに有し、
    前記把持対象物の前記嵌合凹部への嵌合が完了したと判定された場合に、前記掌部の前記把持対象物への接近移動を停止する、請求項7のエンドエフェクタ装置。
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