JP2022090389A - Robot hand and operation control method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物品を把持して移動させるロボットハンド及び動作制御方法に関し、特に、物品の形状に応じた制御を与えて該物品を把持して移動させるロボットハンド及び動作制御方法に関する。 The present invention relates to a robot hand for gripping and moving an article and a motion control method, and more particularly to a robot hand and a motion control method for gripping and moving the article by giving control according to the shape of the article.
物品をカメラで撮像し画像処理して得られる情報に基づいてロボットハンドを制御し、該物品を把持して移動させるピッキング動作をする産業用ロボットが知られている。かかるカメラでの撮像を用いた方法では、物品の位置を認識できる一方で、外観でしか物品を判別できないため、例えば、中身の入っている箱と空箱とを区別できない。そのため、予め物品が既知であって、どの程度の把持力で把持すれば良いかが決定できていないと、物品を把持し損なって落下させ、又は、潰して破壊させてしまうこともある。そこで、ロボットハンドに圧力センサを組み込んで把持した物品の滑りや重心などを測定し、ピッキング動作を確実に行わせようとする試みが行われている。 There is known an industrial robot that controls a robot hand based on information obtained by photographing an article with a camera and performing image processing, and performs a picking operation of grasping and moving the article. In the method using the image pickup with such a camera, the position of the article can be recognized, but the article can be identified only by the appearance. Therefore, for example, the box containing the contents and the empty box cannot be distinguished. Therefore, if the article is known in advance and it is not possible to determine how much gripping force it should be gripped, the article may fail to be gripped and be dropped or crushed and destroyed. Therefore, an attempt has been made to incorporate a pressure sensor into the robot hand to measure the slippage and the center of gravity of the gripped article to ensure that the picking operation is performed.
例えば、特許文献1では、柔軟構造を有する指表面に圧力センサのような複数のセンサからなる触覚センサを配置し、把持する物品の把持開始時の指先に働く法線接触力Fnと、初期圧力重心位置C0とを測定しピッキング動作を制御するロボットハンドが開示されている。物品を持ち上げる際に、柔軟構造が該物品に働く外力(重力)Fに応じて変形するため、圧力重心位置Cが移動するが、CとC0の差、つまり、重心位置の移動量Sを基にして滑りの発生を予想し、滑り発生時には、指の把持力を増やすように制御してピッキング動作を確実に行わせようとしている。
For example, in
また、特許文献2でも、外部からの荷重により変形し、応力分散を生じさせる圧力センサを備え、該圧力センサにより検出された圧力値から圧力中心位置を演算し、該圧力中心位置の時間変化から滑りを検出するロボットハンドが開示されている。ここでは、圧力センサの圧力を検出する2つの検出部が外部からの荷重により変形する粘弾性体を挟むように配置された多層構造となっており、安定把持や器用な操りなどの複雑な制御を行うために必要な把持情報を得ている。
Further, also in
球状の物品を2本の指でつまむようにして持ち上げて移動させるとき、指先と物品の接面の位置、方向などにより把持力が大きく異なる。人であれば、無意識のうちに指先の力加減を制御し、物品を把持しやすいように、指先と物品の接面の位置関係を相対的に変更させるなどして、物品の形状に応じた把持動作の制御を行っている。そこで、上記したような圧力センサを組み込んだロボットハンドにおいても、物品の形状に応じて把持力等の調整ができるようになると、よりピッキング動作を安定させ得る。 When a spherical article is lifted and moved by pinching it with two fingers, the gripping force greatly differs depending on the position and direction of the contact surface between the fingertip and the article. If you are a human, you can unknowingly control the force of your fingertips and change the positional relationship between your fingertips and the contact surface of the article relative to make it easier to grip the article, depending on the shape of the article. The gripping motion is controlled. Therefore, even in a robot hand incorporating a pressure sensor as described above, if the gripping force or the like can be adjusted according to the shape of the article, the picking operation can be more stabilized.
本発明は、上記したような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、物品の形状に応じた制御を与えて該物品を把持して移動させるロボットハンド及び動作制御方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned situation, and an object thereof is a robot hand and an operation control method for gripping and moving an article by giving control according to the shape of the article. Is to provide.
本発明は、物品の形状に応じた制御を与えて該物品を把持して移動させるロボットハンドであって、前記物品の表面に追従して変形し得る柔軟性を有する把持部の表面にマトリクス状に複数の圧力センサを配置し、前記物品との接面での圧力分布パターンから前記物品の表面形状の推定を得ることを特徴とする。 The present invention is a robot hand that gives control according to the shape of an article to grip and move the article, and has a matrix shape on the surface of a grip portion having flexibility that can follow the surface of the article and deform. A plurality of pressure sensors are arranged in the article, and the surface shape of the article is estimated from the pressure distribution pattern at the contact surface with the article.
かかる特徴によれば、既知の表面形状に対応する圧力分布パターンと比較して物品の表面形状を推定でき、その表面形状から把持のし易さなどを判断し把持力などの調整を行い得て、ピッキング動作を安定させ得るのである。 According to such a feature, the surface shape of the article can be estimated by comparing with the pressure distribution pattern corresponding to the known surface shape, and the ease of gripping can be determined from the surface shape and the gripping force can be adjusted. , The picking operation can be stabilized.
上記した発明において、前記圧力センサは前記物品からの圧力で前記把持部の前記表面に押しつけられる圧力を測定するように設けられていることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、圧力分布パターンを高い精度で得られ、ピッキング動作を安定させ得るのである。 In the above-described invention, the pressure sensor may be provided so as to measure the pressure pressed against the surface of the grip portion by the pressure from the article. According to such a feature, the pressure distribution pattern can be obtained with high accuracy and the picking operation can be stabilized.
上記した発明において、所定情報を符号化しこれに対応して前記物品の表面に凹凸を与え前記圧力分布パターンとして前記凹凸を測定し逆符号化して前記所定情報を得ることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、予め物品情報を物品に与えてこの情報に対応して把持力などの調整を行い得て、ピッキング動作を安定させ得るのである。 The invention described above may be characterized in that the predetermined information is encoded and the surface of the article is conspicuously provided, the unevenness is measured as the pressure distribution pattern, and the concavo-convex is back-coded to obtain the predetermined information. According to such a feature, the article information can be given to the article in advance and the gripping force or the like can be adjusted in response to this information, and the picking operation can be stabilized.
上記した発明において、前記圧力分布パターンの時間変化を測定し前記把持部の移動にフィードバック制御することを特徴としてもよい。また、前記圧力分布パターンは、前記把持部と前記物品との相対位置を併せて与えることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、把持力などの調整で、把持部と物品との相対移動を行ってピッキング動作を安定させ得るのである。 The invention described above may be characterized in that the time change of the pressure distribution pattern is measured and feedback control is performed to the movement of the grip portion. Further, the pressure distribution pattern may be characterized in that the relative position between the grip portion and the article is given together. According to such a feature, the picking operation can be stabilized by performing relative movement between the grip portion and the article by adjusting the gripping force or the like.
上記した発明において、別個に駆動制御可能な前記把持部を複数含み、これらの間に前記物品を挟み込んで把持し、複数の前記圧力分布パターンから前記物品の前記表面形状の推定を得ることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、把持部と物品との相対移動を安定させてピッキング動作を安定させ得るのである。 The invention described above is characterized in that a plurality of grip portions that can be separately driven and controlled are included, the article is sandwiched between the grip portions, and the article is gripped, and the surface shape of the article is estimated from the plurality of pressure distribution patterns. May be. According to such a feature, the relative movement between the grip portion and the article can be stabilized to stabilize the picking operation.
更に、本発明は、物品の形状に応じた制御を与えて該物品を把持して移動させるロボットハンドの制御方法であって、前記物品の表面に追従して変形し得る柔軟性を有する把持部の表面にマトリクス状に複数の圧力センサを配置し、前記物品との接面での圧力分布パターンから前記物品の表面形状の推定を得るとともに、前記圧力分布パターンの時間変化を測定し前記把持部の移動にフィードバック制御することを特徴とする。 Further, the present invention is a method for controlling a robot hand that grips and moves the article by giving control according to the shape of the article, and has the flexibility to follow the surface of the article and deform. A plurality of pressure sensors are arranged in a matrix on the surface of the article, the surface shape of the article is estimated from the pressure distribution pattern at the contact surface with the article, and the time change of the pressure distribution pattern is measured to measure the grip portion. It is characterized by feedback control on the movement of the robot.
かかる特徴によれば、既知の表面形状に対応する圧力分布パターンと比較して物品の表面形状を推定でき、その表面形状から把持のし易さなどを判断し把持力などの調整を行い得て、ピッキング動作を安定させ得るのである。 According to such a feature, the surface shape of the article can be estimated by comparing with the pressure distribution pattern corresponding to the known surface shape, and the ease of gripping can be determined from the surface shape and the gripping force can be adjusted. , The picking operation can be stabilized.
上記した発明において、前記圧力分布パターンは、前記把持部と前記物品との相対位置を併せて与えることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、把持力などの調整で、把持部と物品との相対移動を行ってピッキング動作を安定させ得るのである。 In the above-described invention, the pressure distribution pattern may be characterized in that the relative position between the grip portion and the article is given together. According to such a feature, the picking operation can be stabilized by performing relative movement between the grip portion and the article by adjusting the gripping force or the like.
上記した発明において、別個に駆動制御可能な前記把持部を複数含み、これらの間に前記物品を挟み込んで把持し、複数の前記圧力分布パターンから前記物品の前記表面形状の推定を得ることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、把持部と物品との相対移動を安定させてピッキング動作を安定させ得るのである。 The invention described above is characterized in that a plurality of grip portions that can be separately driven and controlled are included, the article is sandwiched between the grip portions, and the article is gripped, and the surface shape of the article is estimated from the plurality of pressure distribution patterns. May be. According to such a feature, the relative movement between the grip portion and the article can be stabilized to stabilize the picking operation.
以下に、本発明による1つの実施例であるロボットハンド及びその制御方法について、図1乃至図10を用いて説明する。 Hereinafter, a robot hand and a control method thereof, which are one embodiment of the present invention, will be described with reference to FIGS. 1 to 10.
図1に示すように、ロボットハンド10は、別個に駆動制御可能な複数の把持部1を複数含み、これらの間に挟み込んで物品を把持できるようにしたものであり、ここではロボットアーム20の先端に取り付けられている。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、把持部1は表面に圧力検知部2を配置されてロボットハンド10の一部をなしている。把持部1は、柔軟性を有し、把持した物品の表面に追従して変形し得るものであり、例えば、ロボットハンド用のソフトフィンガーなどを使用し得る。また、圧力検知部2を保護フィルム3で覆っていてもよい。なお、圧力検知部2の配線にフレキシブル基板など柔軟性を有する帯状体を用いる場合、これを保護フィルム3として用いることもできる。
As shown in FIG. 2, the
図3を併せて参照すると、圧力検知部2は、把持部1の先端側にあって把持した物品に当接しやすい当接部9に貼付け配置される(特に図3(a)参照)。また、圧力検知部2は、複数の圧力センサをマトリクス状に配置した平板状体であり、例えば、パッチ型圧力分布センサなどを用い得る(特に図3(b)参照)。
Referring to FIG. 3 together, the
これにより、ロボットハンド10にて物品を把持した場合、当接部9に配置された圧力検知部2は、物品への接面における物品の表面形状に対応した圧力分布パターンを得る。かかる圧力分布パターンは、圧力を検知した圧力センサのマトリクス内での位置(座標)により表現できる。加えて、物品からの圧力によって当接部9に押し付けられる圧力を測定するようにされていることも好ましい。つまり、各圧力センサの検知した圧力の強度を加え、より高い精度で圧力分布パターンを得るのである。
As a result, when the article is gripped by the
例えば、図4(a)に示すように、ロボットハンド10に球形の物品4aを把持させて、圧力検知部2に物品4aの表面の一部を当接させた。すると、図4(b)に示すように、圧力検知部2では、強度の異なる複数の圧力を比較的狭い範囲内で検知した。
For example, as shown in FIG. 4A, the
また、例えば、図5(a)に示すように、直方体の形状を有する物品4bを把持させて、圧力検知部2に物品4bの辺部分を当接させた。すると、図5(b)に示すように、圧力検知部2では、比較的強く一定の強度の複数の圧力を一直線上で検知した。
Further, for example, as shown in FIG. 5A, the
また、例えば、図6(a)に示すように、三角柱体の形状を有する物品4cを把持させて、圧力検知部2に物品4cの面部分を当接させた。すると、図6(b)に示すように、圧力検知部2では、比較的弱く一定の強度の複数の圧力を四角形の範囲内の全域で検知した。
Further, for example, as shown in FIG. 6A, the
これらのように、圧力検知部2に当接した物品の部分の表面形状によって圧力分布パターンが異なる。これにより、物品の表面形状の推定を得ることが可能となる。例えば、既知の表面形状に対応する圧力分布パターンと比較することで、物品の表面形状を推定できる。そして、推定した表面形状から把持のし易さなどを判断し、把持力などを調整することができる。これにより、物品を把持して移動させるピッキング動作において、物品の形状に応じた制御を与えてかかるピッキング動作を安定させ得る。また、得られた圧力分布パターンと把持状態について蓄積し学習することで、より安定したピッキング動作を得られるようにすることもできる。
As described above, the pressure distribution pattern differs depending on the surface shape of the portion of the article in contact with the
上記したように、ロボットハンド10は複数の把持部を含むので、それぞれの把持部に圧力検知部を設けることができる。その場合、複数の圧力検知パターンから把持した物品の表面形状について推定し、その結果を利用することもできる。
As described above, since the
例えば、図7に示すように、球状の物品4aをロボットハンド10で把持した場合において、一方の把持部1の圧力検知部2では中央付近において圧力を検知した圧力分布パターンであった(図7(b))のに対し、他方の把持部1’の圧力検知部2’では下方端部近傍において圧力を検知した圧力分布パターンであった(図7(c))。このとき、球状の物品4aは、把持部1’の下方端において把持されており、ロボットハンド10での把持状態として不安定である。このような把持部1’と物品4aとの相対位置についての情報を圧力分布パターンから併せて得ることができる。
For example, as shown in FIG. 7, when the
ここで、ロボットハンド10では、上記したように圧力検知部2及び2’により得た圧力分布パターンから、把持した物品の当接した面は凸状の曲面であることを推定できる。さらに予め物品の形状が限定されている場合においては、把持した物品が球状であることを特定できる。このような場合に上記した不安定な把持状態を解消すべくロボットハンド10を制御する。
Here, in the
そこで、図8に示すように、把持部1’の下端を外側へ開きつつ上端を内側へ閉じるようして、球状の物品4aを圧力検知部2’の中央で把持できるように把持部1’を移動させる。また、把持部1’の移動に合せて、把持部1の下端を外側へ開きつつ上端を内側へ閉じるようにして、球状の物品4aの中心を挟んだ両側を接面として把持できるように把持部1を移動させる。これらの移動には、把持力の調整も含み得る。
Therefore, as shown in FIG. 8, the grip portion 1'is opened at the lower end of the grip portion 1'outward and the upper end is closed inward so that the
このように、圧力検知部2及び2’によって得られた圧力分布パターンに基づき、把持した物品と把持部との相対位置の情報を得ることができる。そして、安定した把持状態を得るようにロボットハンド10を制御して把持部と物品との相対移動を行い、ピッキング動作を安定させ得る。
In this way, it is possible to obtain information on the relative position between the gripped article and the gripped portion based on the pressure distribution pattern obtained by the
さらに、得られる圧力分布パターンの時間変化を測定し、これに基づきロボットハンド10の把持部1及び1’の移動にフィードバック制御するようにしてもよい。例えば、球状の物品4aを把持し、圧力検知部2’の中央で把持している圧力分布パターン(図8(b)参照)が時間的に変化して、下端で把持した圧力分布パターン(図8(c)参照)になったとする。このとき、上記と同様に圧力検知部2’の中央で把持できるように把持部1’を移動させるのである。また、このような圧力分布パターンの変化を得た場合、圧力検知部2’において把持した物品の接面との間で滑りが発生したと推定できるため、これ以上の滑りの発生を抑制すべく把持力を強くするなどの調整を行ってもよい。
Further, the time change of the obtained pressure distribution pattern may be measured, and feedback control may be performed on the movement of the
また、図9(a)に示すように、物品の表面に設けられた凹凸から所定情報を得ることもできる。詳細には、物品4dの表面には、物品4dの形状や重量、その他物品4dを特定するような所定情報を符号化して平面上に凹凸の配置として与えた物品識別用ラベル5が貼付けられている。
Further, as shown in FIG. 9A, predetermined information can be obtained from the unevenness provided on the surface of the article. Specifically, on the surface of the
図9(b)に示すように、物品識別用ラベル5は、凸部6を所定の範囲内に配置させることで上記した凹凸を表現したラベルである。物品識別用ラベル5に、ロボットハンド10の圧力検知部2を当接させることで凸部6の位置を圧力分布パターンとして検出できる(図9(c)参照)。ロボットハンド10では、この圧力分布パターンを逆符号化して所定情報を得ることができる。その上で、かかる所定情報に対応して把持力を調整するなどして、ピッキング動作を安定させることができる。
As shown in FIG. 9B, the
また、図10に示すように、物品識別用ラベル5’として、凸部6よりも高さの低い凸部6’を設けてもよい。このようにすることで、圧力検知部2では、高さの高い凸部6に対応して高い圧力を検知し、高さの低い凸部6’に対応して低い圧力を検知するので、さらに圧力の強度を情報として加えられる。つまり、凸部6及び6’の位置と高さを圧力分布パターンとして検出できる。これにより、物品識別用ラベル5’からより多くの所定情報を得ることができる。
Further, as shown in FIG. 10, as the article identification label 5', a convex portion 6'which is lower in height than the
以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。 Although the examples according to the present invention and the modifications based on the present invention have been described above, the present invention is not necessarily limited to this, and those skilled in the art deviate from the gist of the present invention or the scope of the attached claims. Without doing so, various alternative and modified examples could be found.
1 把持部
2 圧力検知部
4a~4d 物品
10 ロボットハンド
1
Claims (9)
前記物品の表面に追従して変形し得る柔軟性を有する把持部の表面にマトリクス状に複数の圧力センサを配置し、前記物品との接面での圧力分布パターンから前記物品の表面形状の推定を得ることを特徴とするロボットハンド。 A robot hand that gives control according to the shape of an article to grip and move the article.
A plurality of pressure sensors are arranged in a matrix on the surface of the grip portion having flexibility that can follow the surface of the article, and the surface shape of the article is estimated from the pressure distribution pattern at the contact surface with the article. A robot hand characterized by getting.
前記物品の表面に追従して変形し得る柔軟性を有する把持部の表面にマトリクス状に複数の圧力センサを配置し、前記物品との接面での圧力分布パターンから前記物品の表面形状の推定を得るとともに、前記圧力分布パターンの時間変化を測定し前記把持部の移動にフィードバック制御することを特徴とするロボットハンドの動作制御方法。 It is a control method of a robot hand that gives control according to the shape of an article to grip and move the article.
A plurality of pressure sensors are arranged in a matrix on the surface of the grip portion having flexibility that can follow the surface of the article, and the surface shape of the article is estimated from the pressure distribution pattern at the contact surface with the article. A method for controlling the operation of a robot hand, which comprises measuring a time change of the pressure distribution pattern and performing feedback control on the movement of the grip portion.
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