JP2023111673A - 把持装置、把持システム及び把持装置の滑り検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、把持装置内で把持対象物が滑った場合に、把持対象物が滑ったことを検出可能な把持装置を提供する。【解決手段】操作値に応じて回転するモータと、第１指部と、第２指部と、を備え、前記モータにより前記第１指部と前記第２指部との間隔を変えて、前記第１指部と前記第２指部とで対象物を把持する把持部と、前記第１指部と前記第２指部とで前記対象物を把持した時に、前記第１指部及び前記第２指部が前記対象物を把持する把持力を検出する力検出部と、前記力検出部が検出した前記把持力の力検出値が力指令値になるように前記操作値を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記力検出部が検出した前記把持力の変動を検出して、前記対象物の滑りを検出する把持装置。【選択図】図１

Description

本開示は、把持装置、把持システム及び把持装置の滑り検出方法に関する。

製品の製造ラインをロボット等により自動化する際に、機械部品や電気部品等の把持対象物を把持するために、ロボットハンド又はグリッパと呼ばれる把持装置が用いられる。

ロボットアームを用いた生産装置において、種々の生産課題に対応するため把持装置の適用範囲は拡大している。従来は対象外であった壊れやすい把持対象物や柔らかい把持対象物等も把持装置の対象として扱われるようになってきている。

一方、壊れやすい把持対象物や柔らかい把持対象物を把持装置で把持するためには、弱い力で繊細に把持対象物を把持することが求められる。しかし、弱い力で把持対象物を把持すると、把持装置内で把持対象物が滑ることがある。

特許文献１には、力覚センサを用いて滑り覚を検知する滑り覚検知装置が開示されている。特許文献２には、ロボットハンドの指先力の接線方向成分をより好適に検出することの可能なロボットハンド指先力検出方法が開示されている。

特開２０１１－２０９１０３号公報 特開２００５－３２９５１２号公報

ロボットアームに取り付けられた把持装置で把持対象物を把持し、把持対象物を所定の位置まで搬送し組付けなどを行う場合、把持装置で把持した把持対象物と搬送先のワークや治工具との位置関係が重要になってくる。把持装置で把持した対象物を搬送する際に把持装置内で把持対象物が滑ると、搬送先のワークや治工具に対して、把持対象物の位置関係がずれるため、把持装置内で把持対象物が滑ったことを検出して、位置関係のずれ量を補正することが求められている。

本開示は、把持装置内で把持対象物が滑った場合に、把持対象物が滑ったことを検出可能な把持装置を提供する。

本開示の一態様では、操作値に応じて回転するモータと、第１指部と、第２指部と、を備え、前記モータにより前記第１指部と前記第２指部との間隔を変えて、前記第１指部と前記第２指部とで対象物を把持する把持部と、前記第１指部と前記第２指部とで前記対象物を把持した時に、前記第１指部及び前記第２指部が前記対象物を把持する把持力を検出する力検出部と、前記力検出部が検出した前記把持力の力検出値が力指令値になるように前記操作値を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記力検出部が検出した前記把持力の変動を検出して、前記対象物の滑りを検出する把持装置が提供される。

本開示の把持装置によれば、把持装置内で把持対象物が滑った場合に、把持対象物が滑ったことを検出できる。

図１は、本実施形態に係る把持装置の構成例を示す図である。 図２は、本実施形態に係る把持装置の機能構成を説明する図である。 図３は、本実施形態に係る把持装置の制御部が有する処理演算部の機能構成を説明する図である。 図４は、本実施形態に係る把持装置の制御部が有する処理演算部の操作値演算部の機能構成を説明する図である。 図５は、本実施形態に係る把持装置の制御部が有する処理演算部のアドミタンス制御演算部の機能構成を説明する図である。 図６は、本実施形態に係る把持装置の制御部が有する処理演算部の位置速度演算部の機能構成を説明する図である。 図７は、本実施形態に係る把持装置の制御部が有する処理演算部の電流演算部の機能構成を説明する図である。 図８は、スティックスリップ現象について説明する図である。 図９は、本実施形態に係る把持装置を用いる把持システムの構成例を示す図である。 図１０は、本実施形態に係る把持装置を用いる把持システムの機能構成を説明する図である。 図１１は、本実施形態に係る把持装置を用いる把持システムの処理を説明するフロー図である。

≪把持装置≫
＜把持装置１＞
以下、図面を参照して、本実施形態に係る把持装置について詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る把持装置１の構成例を示す図である。図２は、本実施形態に係る把持装置１の機能構成を説明する図である。

なお、図１には、説明の便宜のため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸（ＸＹＺ軸）からなる仮想三次元座標系（ＸＹＺ直交座標系）が設定される。例えば、図面の紙面に対して垂直な座標軸について、座標軸の丸の中に黒丸印を示す場合は紙面に対して手前側が座標軸の正の領域であることを表している。ただし、当該座標系は、説明のために定めるものであって、把持装置１の姿勢について限定するものではない。

図１では、Ｘ軸方向は第１指部２１ａ及び第２指部２１ｂのそれぞれが延びる方向とする。また、Ｙ軸方向は第１指部２１ａ及び第２指部２１ｂのそれぞれが移動する方向とする。Ｚ軸は、Ｘ軸及びＹ軸に垂直な方向とする。

把持装置１は、例えば、ロボットのアームの先端に取り付けられ把持対象物ＴＧＴを把持する。具体的には、把持装置１は、第１指部２１ａと第２指部２１ｂの間に把持対象物ＴＧＴを把持する。把持装置１は、駆動部１０と、把持部２０と、力検出部３０と、モータ駆動部４０と、制御部５０と、を備える。なお、駆動部１０、把持部２０及び力検出部３０をまとめて機構部６０という場合がある。把持装置１の各要素について詳細を説明する。

なお、制御部５０とモータ駆動部４０とは、配線Ｌｍ１により接続されている。また、モータ駆動部４０と駆動部１０とは、より具体的には、モータ駆動部４０と駆動部１０の動力部１１（モータ１１ｍ）とは、配線Ｌｍ２により接続されている。さらに、制御部５０と駆動部１０とは、より具体的には、制御部５０と駆動部１０の動力部１１（エンコーダ１１ｅ）とは、配線Ｌｍ３により接続されている。

［駆動部１０］
駆動部１０は、第１指部２１ａと第２指部２１ｂとの間の間隔を変更する。具体的には、駆動部１０は、第１指部２１ａ及び第２指部２１ｂのそれぞれを、Ｙ方向であって互いに逆向きに移動させる。

駆動部１０は、動力部１１と、運動変換部１２と、を備える。動力部１１及び運動変換部１２のそれぞれの詳細について説明する。

（動力部１１）
動力部１１は、モータ駆動部４０から配線Ｌｍ２を介して供給される電力に基づいて回転軸を回転する。動力部１１は、電力を回転運動に変換して、運動変換部１２に伝達する。

動力部１１は、モータ１１ｍと、エンコーダ１１ｅと、を備える。モータ１１ｍは、例えば、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）モータ及びステッピングモータ等である。モータ１１ｍは、モータ駆動部４０から供給される電力（供給電力Ｐｄ）に基づいて、回転軸を回転させる。後述するように、供給電力Ｐｄは、電流操作値ＭＶｉに基づいて定められる。したがって、モータ１１ｍは、電流操作値ＭＶｉに基づいて回転する。モータ１１ｍは、回転軸、ステータ及びロータ等のモータとして周知の構成を備える。

エンコーダ１１ｅは、モータ１１ｍの回転軸の位置及び回転速度を検出する。エンコーダ１１ｅは、検出した結果を、配線Ｌｍ３を介して制御部５０に出力する。

（運動変換部１２）
運動変換部１２は、モータ１１ｍから伝達された回転運動を、Ｙ軸方向の直線運動に変換する。運動変換部１２は、例えば、歯車、ウォームギヤ及びカム等の機構部品により構成される。運動変換部１２は、筐体１２ｃから突き出た移動部１２ａ及び移動部１２ｂを備える。移動部１２ａ及び移動部１２ｂのそれぞれは、筐体１２ｃに対して移動可能になっている。運動変換部１２は、モータ１１ｍから伝達された回転運動を、筐体１２ｃに対してＹ軸方向に移動部１２ａ及び移動部１２ｂを移動させる直線運動に変換する。

モータ１１ｍが一方の方向に回ると、例えば、移動部１２ａがＹ軸方向における＋Ｙ向きに移動する。モータ１１ｍが逆の方向に回ると、例えば、移動部１２ａがＹ軸方向における－Ｙ向きに移動する。また、モータ１１ｍが一方の方向に回ると、例えば、移動部１２ｂがＹ軸方向における－Ｙ向きに移動する。モータ１１ｍが逆の方向に回ると、例えば、移動部１２ｂがＹ軸方向における＋Ｙ向きに移動する。

すなわち、モータ１１ｍが一方の方向に回ると、移動部１２ａ及び移動部１２ｂのそれぞれは、Ｙ軸方向における互いに逆の向き、具体的には、Ｙ軸方向に互いに離れる向き、に移動する。したがって、モータ１１ｍが一方の方向に回ると、移動部１２ａと移動部１２ｂとの間隔は広がる。また、モータ１１ｍが逆の方向に回ると、移動部１２ａ及び移動部１２ｂのそれぞれは、Ｙ軸方向における互いに逆の向き、具体的には、Ｙ軸方向に互いに近づく向き、に移動する。したがって、モータ１１ｍが逆の方向に回ると、移動部１２ａと移動部１２ｂとの間隔は狭くなる。

上述のように、駆動部１０は、モータ１１ｍが回転することにより、移動部１２ａと移動部１２ｂとの間隔を変更できる。

［把持部２０］
把持部２０は、駆動部１０が移動部１２ａと移動部１２ｂとの間隔を変更することにより、第１指部２１ａと第２指部２１ｂとの間に把持対象物ＴＧＴを把持する。

把持部２０は、中心位置Ａｃに対してＹ軸方向の＋Ｙ側に、第１指部２１ａと、第１指部２１ａを保持する第１保持部２２ａと、を備える。第１指部２１ａは、第１保持部２２ａに固定される。第１保持部２２ａは、後述する第１力覚センサ３１ａを介して、移動部１２ａに固定される。なお、把持装置１では、移動部１２ａに第１力覚センサ３１ａを固定するために、固定部１５ａを備える。なお、中心位置Ａｃは、把持装置１が把持する把持位置の中心位置である。

把持部２０は、中心位置Ａｃに対してＹ軸方向の－Ｙ側に、第２指部２１ｂと、第２指部２１ｂを保持する第２保持部２２ｂと、を備える。第２指部２１ｂは、第２保持部２２ｂに固定される。第２保持部２２ｂは、後述する第２力覚センサ３１ｂを介して、移動部１２ｂに固定される。なお、把持装置１では、移動部１２ｂに第２力覚センサ３１ｂを固定するために、固定部１５ｂを備える。

第１指部２１ａは、移動部１２ａがＹ軸方向に移動すると、一緒にＹ軸方向に移動する。同様に、第２指部２１ｂは、移動部１２ｂがＹ軸方向に移動すると、一緒にＹ軸方向に移動する。したがって、移動部１２ａ及び移動部１２ｂの間隔が変化すると、第１指部２１ａと第２指部２１ｂとの間隔Ｄが変化する。第１指部２１ａと第２指部２１ｂとの間隔Ｄを狭くすることにより、把持部２０は、把持対象物ＴＧＴを第１指部２１ａ及び第２指部２１ｂにより把持する。

なお、把持部２０により把持対象物ＴＧＴを把持する場合には、第１指部２１ａと第２指部２１ｂとの間に把持対象物ＴＧＴを挟む場合に限らない。例えば、リング状の把持対象物において、リング内側に指部を挿入し、内側から外側に向かって指部を開くことで把持してもよい。

［力検出部３０］
力検出部３０は、把持部２０が把持対象物ＴＧＴを把持した時における第１指部２１ａと第２指部２１ｂとの間にかかる力（把持力）を検出する。力検出部３０は、第１力覚センサ３１ａ及び第２力覚センサ３１ｂを備える。第１力覚センサ３１ａ及び第２力覚センサ３１ｂのそれぞれは、例えば、６軸の力覚センサである。

第１力覚センサ３１ａは、配線Ｌａを介して制御部５０に接続される。また、第２力覚センサ３１ｂは、配線Ｌｂを介して制御部５０に接続される。力検出部３０においては、６軸の力覚センサの出力におけるＹ軸方向の力に関する検出結果を用いる。

第１力覚センサ３１ａは、第１指部２１ａを保持する第１保持部２２ａに固定される。また、第１力覚センサ３１ａは、固定部１５ａを介して移動部１２ａに固定される。第１力覚センサ３１ａは、把持部２０が把持対象物ＴＧＴを把持する際に、把持対象物ＴＧＴが第１指部２１ａを押す力を検出する。

第２力覚センサ３１ｂは、第２指部２１ｂを保持する第２保持部２２ｂに固定される。また、第２力覚センサ３１ｂは、固定部１５ｂを介して移動部１２ｂに固定される。第２力覚センサ３１ｂは、把持部２０が把持対象物ＴＧＴを把持する際に、把持対象物ＴＧＴが第２指部２１ｂを押す力を検出する。

なお、本実施形態に係る把持装置１は、駆動部１０と把持部２０との間に力検出部３０を備えるが、力検出部３０を備える場所は、駆動部１０と把持部２０との間に限らない。例えば、把持装置１は、第１力覚センサ３１ａ及び第２力覚センサ３１ｂを、それぞれ第１指部２１ａ及び第２指部２１ｂのそれぞれの先端に備えてもよい。

また、力覚センサの種類は、第１指部２１ａと第２指部２１ｂとの間にかかる把持力を検出できれば限定されない。力覚センサとして、例えば、力覚を検出可能なＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）センサを用いてもよいし、圧電素子又はひずみゲージを用いてもよい。なお、例えば、ＭＥＭＳセンサ又はひずみゲージを用いる場合は、力覚を検出するために、外力により歪を発生させる起歪体を用いてもよいし、把持部２０の一部を起歪体として用いてもよい。

なお、本実施形態に係る力検出部３０は、第１力覚センサ３１ａ及び第２力覚センサ３１ｂを備えるが、第１力覚センサ３１ａ及び第２力覚センサ３１ｂのいずれか一方をのみを備えるようにしてもよい。すなわち、第１指部２１ａ及び第２指部２１ｂのいずれか一方のみに力覚センサを備えるようにしてもよい。

［モータ駆動部４０］
モータ駆動部４０は、制御部５０からの動作指令（電流制御信号Ｉｐ）に基づいて、駆動部１０、より具体的にはモータ１１ｍ、に電力（供給電力Ｐｄ）を供給する。駆動部１０は、モータ駆動部４０から供給された電力により駆動される。駆動部１０がモータ駆動部４０から供給された電力により駆動されることにより、駆動部１０は、制御部５０からの動作指令にそった動作を行う。

モータ駆動部４０は、駆動部１０に供給した電力の電流値（駆動電流値Ｉｍ）を制御部５０に出力する。制御部５０は、モータ駆動部４０が駆動部１０に供給した電流の電流値を用いて、駆動部１０の制御を行う。

［制御部５０］
制御部５０は、力検出部３０で検出された把持力（第１把持力値Ｆｍａ及び第２把持力値Ｆｍｂ）が所望の把持力になるように、駆動部１０を制御する。また、制御部５０は、エンコーダ１１ｅで検出された回転軸の位置（位置情報θｍ）及び回転速度（速度情報ｖｍ）と、モータ駆動部４０からの電流信号（駆動電流値Ｉｍ）と、を用いて制御する。

制御部５０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）を備えるマイクロプロセッシングユニットにより構成される。制御部５０は、ＣＰＵがＲＯＭに記録されているプログラムをＲＡＭに展開して実行することにより処理を行う。

制御部５０は、演算処理部５１と、モータ制御部５２と、モータ稼働データ取得部５３と、力計測データ取得部５４と、を備える。演算処理部５１は、モータ制御部５２に電流操作値ＭＶｉを出力する。モータ稼働データ取得部５３は、モータ駆動部４０から動力部１１（モータ１１ｍ）に供給する駆動電流の電流値である電流検出値ＰＶｉと、モータ１１ｍの回転軸の位置検出値ＰＶθ及び回転軸の速度検出値ＰＶｖを、演算処理部５１に出力する。力計測データ取得部５４は、力検出部３０で検出した把持対象物ＴＧＴから受ける把持力Ｆの把持力検出値ＰＶｆを、演算処理部５１に出力する。また、力計測データ取得部５４は、力検出部３０で検出した第１指部２１ａにかかる力を示す第１把持力検出値ＰＶｆａ及び第２指部２１ｂにかかる力を示す第２把持力検出値ＰＶｆｂを、演算処理部５１に出力する。各要素の詳細について以下に説明する。

（演算処理部５１）
演算処理部５１は、制御値が目標値になるように、駆動部１０を操作するための操作量を算出する。具体的には、演算処理部５１は、制御値である把持力検出値ＰＶｆが、目標値の把持力値である力指令値ＳＶｆになるように、電流操作値ＭＶｉを算出する。演算処理部５１の詳細については、後述する。なお、本実施形態に係る演算処理部５１においては、電流操作値ＭＶｉを操作値として出力しているが、制御対象に応じて電流に限らず電力、電圧等を操作値としてもよい。

（モータ制御部５２）
モータ制御部５２は、動力部１１、具体的には、モータ１１ｍ、を操作するための操作値をモータ駆動部４０に出力する。具体的には、モータ制御部５２は、演算処理部５１が出力した電流操作値ＭＶｉに基づいて、モータ駆動部４０に入力可能な電流制御信号Ｉｐに変換する。そして、モータ制御部５２は、変換した電流制御信号Ｉｐをモータ駆動部４０に出力する。

モータ制御部５２は、電流制御信号Ｉｐとして、モータ駆動部４０に入力可能であれば、例えば、電圧信号、電流信号等のアナログ信号を出力してもよいし、デジタル信号を出力してもよい。モータ駆動部４０は、電流制御信号Ｉｐに基づいて、動力部１１のモータ１１ｍに供給電力Ｐｄを供給する。

（モータ稼働データ取得部５３）
モータ稼働データ取得部５３は、動力部１１及びモータ駆動部４０から、動力部１１の稼働状態に関するモータ稼働データを取得する。具体的には、モータ稼働データ取得部５３は、モータ駆動部４０から、モータ駆動部４０が動力部１１に供給した供給電力Ｐｄの駆動電流値Ｉｍを取得する。また、モータ稼働データ取得部５３は、エンコーダ１１ｅからモータ１１ｍの回転軸の位置情報θｍ及び速度情報ｖｍのそれぞれを取得する。

モータ稼働データ取得部５３は、駆動電流値Ｉｍを、モータ駆動部４０から、例えば、アナログ信号により取得してもよいし、デジタル信号により取得してもよい。同様に、モータ稼働データ取得部５３は、位置情報θｍ及び速度情報ｖｍのそれぞれを、エンコーダ１１ｅから、例えば、アナログ信号により取得してもよいし、デジタル信号により取得してもよい。

モータ稼働データ取得部５３は、取得した駆動電流値Ｉｍに基づいて、電流検出値ＰＶｉを演算処理部５１に出力する。また、モータ稼働データ取得部５３は、取得した位置情報θｍに基づいて、位置検出値ＰＶθを演算処理部５１に出力する。さらに、モータ稼働データ取得部５３は、取得した速度情報ｖｍに基づいて、速度検出値ＰＶｖを演算処理部５１に出力する。

（力計測データ取得部５４）
力計測データ取得部５４は、力検出部３０から、把持力Ｆの計測データを取得する。具体的には、力計測データ取得部５４は、第１指部２１ａにかかる力の大きさを示す第１把持力値Ｆｍａを第１力覚センサ３１ａから取得する。また、力計測データ取得部５４は、第２指部２１ｂにかかる力の大きさを示す第２把持力値Ｆｍｂを第２力覚センサ３１ｂから取得する。

力計測データ取得部５４は、第１把持力値Ｆｍａを、第１力覚センサ３１ａから、例えば、アナログ信号により取得してもよいし、デジタル信号により取得してもよい。同様に、力計測データ取得部５４は、第２把持力値Ｆｍｂを、第２力覚センサ３１ｂから、例えば、アナログ信号により取得してもよいし、デジタル信号により取得してもよい。

力計測データ取得部５４は、取得した第１把持力値Ｆｍａ及び第２把持力値Ｆｍｂに基づいて、把持力検出値ＰＶｆを演算処理部５１に出力する。例えば、力計測データ取得部５４は、第１把持力値Ｆｍａと第２把持力値Ｆｍｂとの平均の把持力値を、把持力検出値ＰＶｆとして出力してもよい。

また、力計測データ取得部５４は、第１把持力値Ｆｍａに基づいて、第１把持力検出値ＰＶｆａを演算処理部５１に出力する。同様に、力計測データ取得部５４は、第２把持力値Ｆｍｂに基づいて、第２把持力検出値ＰＶｆｂを演算処理部５１に出力する。

＜演算処理部５１の処理の詳細＞
演算処理部５１の処理、いいかえると、把持装置１において実行される滑り検出方法の詳細について説明する。図３は、本実施形態に係る把持装置１の制御部５０が有する演算処理部５１の機能構成を説明する図である。なお、図３では、演算処理部５１の外部の構成要素をまとめて、演算処理部５１の制御対象ＯＢＪとして示す。制御対象ＯＢＪは、例えば、駆動部１０、力検出部３０及びモータ駆動部４０と、モータ制御部５２、モータ稼働データ取得部５３及び力計測データ取得部５４と、を含む。

演算処理部５１は、把持力Ｆの力指令値ＳＶｆを決定する。また、演算処理部５１は、把持力検出値ＰＶｆが力指令値ＳＶｆとなるように、電流操作値ＭＶｉを算出する。なお、演算処理部５１は、電流操作値ＭＶｉを算出するのに、電流検出値ＰＶｉ、位置検出値ＰＶθ及び速度検出値ＰＶｖを用いる。

演算処理部５１は、操作値演算部５１ａと、力指令生成部５１ｂと、滑り検出部５１ｃと、を備える。

［操作値演算部５１ａ］
操作値演算部５１ａは、把持力検出値ＰＶｆが力指令生成部５１ｂにより設定された力指令値ＳＶｆになるように、電流操作値ＭＶｉを算出する。図４は、本実施形態に係る把持装置１の制御部５０が有する演算処理部５１の操作値演算部５１ａの機能構成を説明する図である。なお、本開示のブロック図のブロックにおいて、「１／ｓ」は積分を意味する。

操作値演算部５１ａは、アドミタンス制御演算部５１ａ１と、積分演算部５１ａ２と、位置速度演算部５１ａ３と、電流演算部５１ａ４と、を備える。各演算部について説明する。

（アドミタンス制御演算部５１ａ１）
アドミタンス制御演算部５１ａ１は、力指令値ＳＶｆを変位指令値ＳＶｄに変換する。アドミタンス制御演算部５１ａ１は、把持力検出値ＰＶｆが力指令値ＳＶｆと一致するように、変位指令値ＳＶｄを算出（生成）する。図５は、本実施形態に係る把持装置１の制御部５０が有する演算処理部５１のアドミタンス制御演算部５１ａ１の機能構成を説明する図である。

アドミタンス制御演算部５１ａ１は、式１に示す微分方程式を解くことにより、仮想バネ・マス・ダンパ系のモデルのパラメータを調整する。なお、ΔＦは、力指令値ＳＶｆと把持力検出値ＰＶｆとの差分、Ｍは質量、Ｃはダンパの減衰係数、Ｋはバネのばね定数、ｘは変位である。

アドミタンス制御演算部５１ａ１は、加減算ブロックＡ１１、加減算ブロックＡ１２、加減算ブロックＡ１３、積分ブロックＢ１１、積分ブロックＢ１２、ゲインブロックＢ１３及びゲインブロックＢ１４を備える。なお、加減算ブロックは、複数の入力に対して、加算又は減算した結果を出力する。積分ブロックは、入力に対して積分を行った結果を出力する。ゲインブロックは、入力に対してゲインを乗算した結果を出力する。以下でも同様である。

加減算ブロックＡ１１は、力指令値ＳＶｆと把持力検出値ＰＶｆとの差分を算出する。加減算ブロックＡ１１は、加減算ブロックＡ１２に演算結果を出力する。加減算ブロックＡ１２は、加減算ブロックＡ１１の出力とゲインブロックＢ１４の出力とを加算する。加減算ブロックＡ１２は、加減算ブロックＡ１３に演算結果を出力する。加減算ブロックＡ１３は、加減算ブロックＡ１２の出力とゲインブロックＢ１３の出力とを加算する。加減算ブロックＡ１３は、積分ブロックＢ１１に演算結果を出力する。

積分ブロックＢ１１は、加減算ブロックＡ１３からの出力を積分し、積分した結果にゲインＫ１１を乗算する。積分ブロックＢ１１は、積分ブロックＢ１２及びゲインブロックＢ１３に演算結果を出力する。

積分ブロックＢ１２は、積分ブロックＢ１１からの出力を積分して出力する。積分ブロックＢ１２は、アドミタンス制御演算部５１ａ１の出力として、演算結果である変位指令値ＳＶｄを出力する。また、積分ブロックＢ１２は、ゲインブロックＢ１４に演算結果を出力する。

ゲインブロックＢ１３は、積分ブロックＢ１１の出力にゲインＫ１２を乗算して、加減算ブロックＡ１３に出力する。また、ゲインブロックＢ１４は、積分ブロックＢ１２の出力にゲインＫ１３を乗算して、加減算ブロックＡ１２に出力する。

ゲインＫ１１は、式１における質量Ｍに対応する。ゲインＫ１２は、式１における減衰係数Ｃに対応する。ゲインＫ１３は、式１におけるばね定数Ｋに対応する。

なお、上述したアドミタンス制御演算部５１ａ１によるアドミタンス制御は処理の一例であって、上述の制御以外にも、例えば、ばね定数Ｋのみを用いて把持力検出値ＰＶｆから変位指令値ＳＶｄを演算する力制御を行ってもよい。

アドミタンス制御演算部５１ａ１は、力指令値ＳＶｆを変位指令値ＳＶｄに変換する力制御演算部の一例である。力制御演算部における、力指令値ＳＶｆを変位指令値ＳＶｄに変換する方法については、アドミタンス制御演算部５１ａ１に限らず、様々な方法を適用可能である。

（積分演算部５１ａ２）
積分演算部５１ａ２は、アドミタンス制御演算部５１ａ１から出力された変位指令値ＳＶｄを積分して、位置指令値ＳＶθに変換する。アドミタンス制御演算部５１ａ１と積分演算部５１ａ２により、把持力検出値ＰＶｆが力指令値ＳＶｆと釣り合うところに、第１指部２１ａ及び第２指部２１ｂの位置が調整される。

（位置速度演算部５１ａ３）
位置速度演算部５１ａ３は、積分演算部５１ａ２から出力された位置指令値ＳＶθの位置に第１指部２１ａ及び第２指部２１ｂが配置されるように電流指令値ＳＶｉを演算して出力する。位置速度演算部５１ａ３は、位置検出値ＰＶθが位置指令値ＳＶθと一致するように電流指令値ＳＶｉを算出（生成）する。具体的には、位置速度演算部５１ａ３は、位置に関してＰ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）制御、速度に対してＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御を行う。図６は、本実施形態に係る把持装置１の制御部５０が有する演算処理部５１の位置速度演算部５１ａ３の機能構成を説明する図である。

位置速度演算部５１ａ３は、加減算ブロックＡ２１、加減算ブロックＡ２２、加減算ブロックＡ２３、ゲインブロックＢ２１、ゲインブロックＢ２２及び積分ブロックＢ２３を備える。

加減算ブロックＡ２１は、位置指令値ＳＶθと位置検出値ＰＶθとの差分を算出する。加減算ブロックＡ２１は、ゲインブロックＢ２１に演算結果を出力する。ゲインブロックＢ２１は、加減算ブロックＡ２１の出力にゲインＫ２１を乗算して、加減算ブロックＡ２２に出力する。加減算ブロックＡ２２は、ゲインブロックＢ２１の出力と速度検出値ＰＶｖとの差分を算出する。加減算ブロックＡ２２は、ゲインブロックＢ２２及び積分ブロックＢ２３に演算結果を出力する。

ゲインブロックＢ２２は、加減算ブロックＡ２２の出力にゲインＫ２２を乗算して、加減算ブロックＡ２３に出力する。積分ブロックＢ２３は、加減算ブロックＡ２２からの出力を積分し、積分した結果にゲインＫ２３を乗算する。積分ブロックＢ２３は、加減算ブロックＡ２３に演算結果を出力する。

加減算ブロックＡ２３は、ゲインブロックＢ２２の出力と積分ブロックＢ２３の出力との和を演算する。そして、加減算ブロックＡ２３は、位置速度演算部５１ａ３の出力として、電流指令値ＳＶｉを出力する。なお、ゲインＫ２１等のゲインについては、システムの応答等を考慮して適宜定める。

（電流演算部５１ａ４）
電流演算部５１ａ４は、位置速度演算部５１ａ３から出力された電流指令値ＳＶｉを電流操作値ＭＶｉに変換する。電流演算部５１ａ４は、電流検出値ＰＶｉが電流指令値ＳＶｉと一致するように電流操作値ＭＶｉを算出（生成）する。具体的には、電流演算部５１ａ４は、電流に対してＰＩ制御を行う。図７は、本実施形態に係る把持装置１の制御部５０が有する演算処理部５１の電流演算部５１ａ４の機能構成を説明する図である。

電流演算部５１ａ４は、加減算ブロックＡ３１、加減算ブロックＡ３２、ゲインブロックＢ３１及び積分ブロックＢ３２を備える。

加減算ブロックＡ３１は、電流指令値ＳＶｉと電流検出値ＰＶｉとの差分を算出する。加減算ブロックＡ３１は、ゲインブロックＢ３１及び積分ブロックＢ３２に演算結果を出力する。

積分ブロックＢ３２は、加減算ブロックＡ３１の出力にゲインＫ３１を乗算して、加減算ブロックＡ３２に出力する。積分ブロックＢ３２は、加減算ブロックＡ３１からの出力を積分し、積分した結果にゲインＫ３２を乗算する。積分ブロックＢ３２は、加減算ブロックＡ３２に演算結果を出力する。

加減算ブロックＡ３２は、ゲインブロックＢ３１の出力と積分ブロックＢ３２の出力との和を演算する。そして、加減算ブロックＡ３２は、電流演算部５１ａ４の出力として、電流操作値ＭＶｉを出力する。なお、ゲインＫ３１等のゲインについては、システムの応答等を考慮して適宜定める。

［力指令生成部５１ｂ］
力指令生成部５１ｂは、力指令値ＳＶｆを生成する。力指令生成部５１ｂは、想定される把持対象物の硬さに応じた力指令値ＳＶｆを出力する。

［滑り検出部５１ｃ］
滑り検出部５１ｃは、把持対象物ＴＧＴが把持装置１内、すなわち、第１指部２１ａ及び第２指部２１ｂとの間、で滑ったことを検出する。滑り検出部５１ｃには、力計測データ取得部５４から、第１把持力値Ｆｍａを示す第１把持力検出値ＰＶｆａと第２把持力値Ｆｍｂを示す第２把持力検出値ＰＶｆｂが入力される。滑り検出部５１ｃは、第１把持力検出値ＰＶｆａ及び第２把持力検出値ＰＶｆｂに基づいて、把持対象物ＴＧＴの滑りを検出する。

把持装置１が第１指部２１ａと第２指部２１ｂとの間に把持対象物ＴＧＴを把持している場合に、例えば、把持対象物ＴＧＴが第１指部２１ａに対して滑ると、第１指部２１ａにかかる力は、スティックスリップ現象により周期的に変動する。したがって、第１指部２１ａにかかる力を検出する第１力覚センサ３１ａにおいて検出される第１把持力値Ｆｍａは、周期的に変動する。

同様に、把持装置１が第１指部２１ａと第２指部２１ｂとの間に把持対象物ＴＧＴを把持している場合に、例えば、把持対象物ＴＧＴが第２指部２１ｂに対して滑ると、第２指部２１ｂにかかる力はスティックスリップ現象により周期的に変動する。したがって、第２指部２１ｂにかかる力を検出する第２力覚センサ３１ｂにおいて検出される第２把持力値Ｆｍｂは周期的に変動する。

図８は、スティックスリップ現象について説明する図である。図８の縦軸は接触する二つの物体間に生じる摩擦力を、横軸は時間を示す。線Ｌｓｓは、二つの物体の間で生じる摩擦力を示す。スティックスリップ現象とは、接触する二つの物体が滑るときに、接触面において滑りと付着とが交互に繰り返し起きる間欠振動のことである。

接触する二つの物体が接触面において滑っているときは、線Ｌｓｌｉｐに示すように、急激に摩擦力が減少する。一方、接触する二つの物体が接触面において付着しているときは、線Ｌｓｔｉｃｋに示すように徐々に摩擦力が増加する。図８に示すように、スティックスリップ現象が発生しているときは、滑りと付着とが交互に繰り返し発生する。

本実施形態に係る把持装置１において、滑り検出部５１ｃは、第１力覚センサ３１ａ又は第２力覚センサ３１ｂにおいて、スティックスリップ現象発生時の周期的かつ微少な力の変化を検出する。滑り検出部５１ｃは、第１力覚センサ３１ａ又は第２力覚センサ３１ｂから周期的かつ微少な力の変化を検出すると、第１指部２１ａ又は第２指部２１ｂにおいて、把持対象物ＴＧＴが滑っていると判断する。すなわち、滑り検出部５１ｃは、第１力覚センサ３１ａ又は第２力覚センサ３１ｂから周期的かつ微少な力の変化を検出することにより、第１指部２１ａ又は第２指部２１ｂにおける把持対象物ＴＧＴの滑りを検出できる。

また、滑り検出部５１ｃは、滑り量演算部５１ｃ１を備える。滑り量演算部５１ｃ１は、把持対象物ＴＧＴが把持装置１内、すなわち、第１指部２１ａ及び第２指部２１ｂとの間、で滑ったことを検出した時に、把持対象物ＴＧＴが滑った量（滑り量）を算出する。

滑り量演算部５１ｃ１は、例えば、スティックスリップ現象発生時の把持力変化（振幅）と持続時間から把持対象物ＴＧＴの滑り量を演算してもよい。スティックスリップ現象発生による把持力変化により、滑り量が異なる。例えば、把持力変化が大きい場合滑り量は大きく、把持力変化が小さい場合滑り量は小さいと推定される。したがって、把持力の変化と発生している時間から滑り量を算出できる。なお、把持力変化と滑り量の関係については、事前にデータを取得してもよい。

また、滑り量演算部５１ｃ１は、事前に振動周波数と滑り量の関係をテーブルとして取得しておき、振動周波数と振動回数から滑り量を演算してもよい。スティックスリップ現象発生による発生周波数（振動周波数）により、滑り量が異なる。例えば、振動周波数が低い場合滑り量は大きく、振動周波数が高い場合滑り量は小さいと推定される。したがって、事前に、振動周波数と滑り量の関係をテーブルとして取得しておけば、求めた振動周波数と振動回数から滑り量を算出できる。

さらに、第１力覚センサ３１ａ又は第２力覚センサ３１ｂとして、第１指部２１ａ又は第２指部２１ｂのひずみ量を検出するひずみセンサを用いている場合には、把持位置が変化することで発生するひずみ量が変化するのを用いて、滑り量を検出することができる。ひずみ量は例えば下記の式で求められる。

ひずみ量 ＝ α × 把持力（設定値） × 把持位置（センサまでの距離）

さらにまた、滑り量演算部５１ｃ１に換えて、滑り量を検出するために別の滑り量検出部を用いてもよい。例えば、滑り量を検出するためにカメラを備え、滑りを検出する前後の画像から滑り量を検出してもよい。例えば、制御部５０は、滑り検出部５１ｃが滑りを検出したら、カメラ等の滑り検出部に滑り量を検出するように制御してもよい。制御部５０は、滑り検出部で検出した滑り量を取得して処理を行う。

滑り検出部５１ｃは、力指令生成部５１ｂに接続される。滑り検出部５１ｃは、力指令生成部５１ｂに制御信号Ｃｔｌを出力する。力指令生成部５１ｂは、滑り検出部５１ｃで滑りを検出したら、滑りを止めるために力指令値ＳＶｆを上げる。なお、力指令値ＳＶｆを上げる程度については特に限定されないが、変更した力指令値ＳＶｆが把持対象物ＴＧＴに対して許容可能な最大把持力以下となるようにする。

≪把持システム≫
＜把持システム１００＞
次に、本実施形態に係る把持装置を用いた把持システム１００について説明する。図９は、本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム１００の構成例を示す図である。図１０は、本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム１００の機能構成を説明する図である。

把持システム１００は、把持装置２と、ロボット５と、を備える。

把持装置２は、把持装置１の制御部５０に換えて、制御部１５０を備える。制御部１５０は、制御部５０の機能をすべて含む。また、制御部１５０は、ロボット５に制御信号を送信する。

ロボット５は、ロボットアーム７０と、ロボット制御部８０と、を備える。ロボットアーム７０は、例えば、多関節のロボットアームである。ロボットアーム７０の先端には、把持装置２の機構部６０が取り付けられる。ロボットアーム７０は、いわゆる、多関節ロボットである。ロボットアーム７０は、機構部６０を三軸方向に移動するとともに、三軸方向に回転する。

＜把持システム１００の処理＞
本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム１００の動作について説明する。図１１は、本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム１００の処理を説明するフロー図である。ここでは、把持対象物を把持装置２で把持して、把持した対象物を別の場所に移動させる場合について説明する。

（ステップＳ１０）
ロボット５は、把持装置２を把持対象物の近傍に移動させる。具体的には、把持システム１００が備えるロボット５のロボット制御部８０は、機構部６０を把持対象物の近傍に移動させるように制御する。ロボット５は、機構部６０を把持対象物の近傍に移動させる。

（ステップＳ２０）
把持装置２は、把持対象物を把持する。具体的には、把持装置２の演算処理部１５１は、把持装置２の把持動作を開始するように制御する。具体的には、演算処理部１５１は、第１指部２１ａ及び第２指部２１ｂのそれぞれについて、間隔を狭くする向きに移動させる。そして、演算処理部１５１は、把持装置２が把持対象物を把持したら、把持対象物を把持する力（把持力検出値ＰＶｆ）が力指令値ＳＶｆと一致するように制御する。また、例えば、壊れやすい把持対象物や柔らかい把持対象物を把持装置で把持する場合には、弱い力で繊細に把持対象物を把持する。

（ステップＳ３０）
次に、ロボット５は、把持装置２が把持した把持対象物を、把持した場所から別の場所に移動を開始する。

（ステップＳ４０）
ロボット５が、把持装置２が把持している把持対象物を移動している間に、把持対象物が滑る場合がある。特に、壊れやすい把持対象物や柔らかい把持対象物を把持装置で把持している場合には、弱い力で把持対象物を把持することから、把持装置内で把持対象物が滑る場合がある。

本実施形態に係る把持システム１００においては、把持装置２の滑り検出部５１ｃを用いて、把持装置２において把持対象物の滑りを検出したかどうかを判定する。滑り検出部５１ｃが把持対象物の滑りを検出した場合（ステップＳ４０のＹｅｓ）は、ステップＳ５０に処理を進める。滑り検出部５１ｃが把持対象物の滑りを検出していない場合（ステップＳ４０のＮｏ）は、ステップＳ８０に処理を進める。

（ステップＳ５０）
把持装置２は、把持対象物の滑りを検出した場合は、力指令値ＳＶｆを上げて、より強く把持対象物を把持する。具体的には、滑り検出部５１ｃが把持対象物の滑りを検出した時は、力指令生成部５１ｂは、力指令値ＳＶｆを大きくする。力指令値ＳＶｆを大きくすると、演算処理部１５１は、強く把持対象物を把持するように把持装置２の制御を行う。

把持装置２が把持対象物を強く把持することにより、把持装置２内を滑っている把持対象物の滑りを止めて、把持対象物が更に滑ることや落下することを防止できる。

（ステップＳ６０）
次に、把持装置２は、滑り量を算出する。具体的には、滑り量演算部５１ｃ１は、把持対象物が滑った距離、すなわち、滑り量、を算出する。

（ステップＳ７０）
本実施形態に係る把持システム１００は、ステップＳ６０で算出した滑り量に基づいて、ロボット５による機構部６０の移動場所を補正する。すなわち、ロボット５は、算出した滑り量に基づいて把持装置２の機構部６０を移動する。例えば、算出した滑り量に基づいて、移動場所を当初の移動場所に対して滑り量分高い場所に補正する。

（ステップＳ８０）
移動を終了するかどうか判定する。例えば、移動位置まで移動した場合に、動作を終了する。動作を終了する場合（ステップＳ８０のＹｅｓ）は、処理を終了する。移動を終了しない場合（ステップＳ８０のＮｏ）は、ステップＳ４０に戻って処理を繰り返す。

＜作用・効果＞
本実施形態に係る把持装置によれば、把持装置内での把持対象物の滑りを検出できる。本実施形態に係る把持装置によれば、把持対象物を力覚センサで検出した把持力により制御して把持を行い、その制御に用いる力覚センサを用いて、滑りの検出を行うことができる。したがって、新たにセンサを追加することなく、力制御により把持をおこなう把持装置において、滑りを検出できる。また、本実施形態に係る把持装置によれば、把持装置内で把持対象物が滑ったときに、滑った滑り量を検出できる。

また、本実施形態に係る把持装置によれば、把持装置内での把持対象物の滑りを検出した時に、例えば、把持力を強くするように、制御を変更することにより、把持対象物の更なる滑りや落下を防止できる。さらに、本実施形態に係る把持装置によれば、把持装置内での把持対象物の滑り量に基づいて制御することにより、例えば、把持装置を用いるロボットの制御を補正して、より正確に制御できる。

以上、把持装置を実施形態により説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば、３本以上の指部を備えたものでもよい。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

１、２ 把持装置
５ ロボット
１００ 把持システム
１０ 駆動部
１１ 動力部
２０ 把持部
２１ａ 第１指部
２１ｂ 第２指部
３０ 力検出部
３１ａ 第１力覚センサ
３１ｂ 第２力覚センサ
４０ モータ駆動部
５０ 制御部
５１ 演算処理部
５１ａ 操作値演算部
５１ａ１ アドミタンス制御演算部
５１ａ２ 積分演算部
５１ａ３ 位置速度演算部
５１ａ４ 電流演算部
５１ｂ 力指令生成部
５１ｃ 滑り検出部
７０ ロボットアーム
ＰＶｆ 把持力検出値
ＰＶｉ 電流検出値
ＰＶｖ 速度検出値
ＰＶθ 位置検出値
ＳＶｆ 力指令値
ＳＶｉ 電流指令値
ＳＶθ 位置指令値
ＴＧＴ 把持対象物

Claims (7)

1. 操作値に応じて回転するモータと、
   第１指部と、第２指部と、を備え、前記モータにより前記第１指部と前記第２指部との間隔を変えて、前記第１指部と前記第２指部とで対象物を把持する把持部と、
   前記第１指部と前記第２指部とで前記対象物を把持した時に、前記第１指部及び前記第２指部が前記対象物を把持する把持力を検出する力検出部と、
   前記力検出部が検出した前記把持力の力検出値が力指令値になるように前記操作値を出力する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記力検出部が検出した前記把持力の変動を検出して、前記対象物の滑りを検出する、
   把持装置。
2. 前記制御部は、前記把持力の周期的な変動を検出して、前記対象物の滑りを検出する、
   請求項１に記載の把持装置。
3. 前記制御部は、前記把持力の変動の振幅と持続時間に基づいて、前記対象物の滑った距離である滑り量を検出する、
   請求項１又は請求項２のいずれかに記載の把持装置。
4. 前記制御部は、前記把持力の変動の振動周波数と振動回数に基づいて、前記対象物の滑った距離である滑り量を検出する、
   請求項１又は請求項２のいずれかに記載の把持装置。
5. 前記対象物の滑った距離である滑り量を検出する滑り量検出部を更に備え、
   前記制御部は、前記対象物の滑りを検出した時に、前記滑り量検出部から前記滑り量を取得する、
   請求項１又は請求項２のいずれかに記載の把持装置。
6. 請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の把持装置と、
   前記把持装置を移動するロボットと、を備え、
   前記ロボットは、前記滑り量に基づいて前記把持装置を移動する、
   把持システム。
7. 操作値に応じて回転するモータと、
   第１指部と、第２指部と、を備え、前記モータにより前記第１指部と前記第２指部との間隔を変えて、前記第１指部と前記第２指部とで対象物を把持する把持部と、
   前記第１指部と前記第２指部とで前記対象物を把持した時に、前記第１指部及び前記第２指部が前記対象物を把持する把持力を検出する力検出部と、
   を備え、
   前記力検出部が検出した前記把持力の大きさが力指令値になるように前記操作値を出力する把持装置の滑り検出方法であって、
   前記力検出部が検出した前記把持力の変動を検出して、前記対象物の滑りを検出する、
   把持装置の滑り検出方法。

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