JP2838582B2 - ロボットハンドの把持制御方法 - Google Patents
ロボットハンドの把持制御方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ロボットハンドの把持制御方法に係わり、
さらに詳しくはロボットハンドが把持しようとする対象
物が予め教示された位置とは異なる位置に位置している
場合であっても正しく対象物を把持することを可能とす
るロボットハンドの把持制御方法に関する。
さらに詳しくはロボットハンドが把持しようとする対象
物が予め教示された位置とは異なる位置に位置している
場合であっても正しく対象物を把持することを可能とす
るロボットハンドの把持制御方法に関する。
［従来の技術］ ロボットに一定の動作をおこなわしめる場合、予め動
作順序および動作内容を教示し制御装置内の記憶装置に
記憶させ、その記憶内容を順次読み出す方法を採用する
ことが一般的である。しかしながらロボットが行う仕事
の対象物の存在位置は必ずしも教示段階と同一ではな
く、幾分かの偏差を有する場合が多い。特に自動生産ラ
インにおけるように、隣接するロボットあるいはベルト
コンベアにより仕事の対象物が搬入される場合には、あ
る程度の偏差を考慮し対応可能な装置としておくこと
は、生産性向上の観点からも重要である。
作順序および動作内容を教示し制御装置内の記憶装置に
記憶させ、その記憶内容を順次読み出す方法を採用する
ことが一般的である。しかしながらロボットが行う仕事
の対象物の存在位置は必ずしも教示段階と同一ではな
く、幾分かの偏差を有する場合が多い。特に自動生産ラ
インにおけるように、隣接するロボットあるいはベルト
コンベアにより仕事の対象物が搬入される場合には、あ
る程度の偏差を考慮し対応可能な装置としておくこと
は、生産性向上の観点からも重要である。
またロボットの利用方法としては、対象物を把持し移
動加工する、いわゆるハンドロボットとして使用される
ことが多く多種の多指多関節型ロボットハンドが使用さ
れている。
動加工する、いわゆるハンドロボットとして使用される
ことが多く多種の多指多関節型ロボットハンドが使用さ
れている。
例えば特開昭62−124891「自動把持装置」には、２等
辺３角形の各頂点に３本の指を配し、種々の形状の対象
物を把持することを可能としたロボットハンドが開示さ
れている。
辺３角形の各頂点に３本の指を配し、種々の形状の対象
物を把持することを可能としたロボットハンドが開示さ
れている。
しかしながらこの発明によるロボットハンドにおいて
は、把持の対象物の位置が予め教示された位置からずれ
た場合には、対象物を正確な位置・正確な姿勢で把持す
ることはできず、対象物およびロボットハンド自身を損
傷する可能性がある。
は、把持の対象物の位置が予め教示された位置からずれ
た場合には、対象物を正確な位置・正確な姿勢で把持す
ることはできず、対象物およびロボットハンド自身を損
傷する可能性がある。
このように予め教示された位置から把持の対象物がず
れていても、確実な把持を可能とするための方法とし
て、例えば特開昭62−139006「ロボット制御装置」があ
る。
れていても、確実な把持を可能とするための方法とし
て、例えば特開昭62−139006「ロボット制御装置」があ
る。
この発明によれば、第６図に示すようにロボットハン
ドに対象物とロボットハンドの相対位置を検出するセン
サを設け、対象物の位置の偏差にもとづき適宜ロボット
ハンドの位置を修正することにより、正確な把持が可能
となる。
ドに対象物とロボットハンドの相対位置を検出するセン
サを設け、対象物の位置の偏差にもとづき適宜ロボット
ハンドの位置を修正することにより、正確な把持が可能
となる。
さらに他の方法として、第７図に示すようにテレビカ
メラにより対象物とロボットハンドの位置を計測し、ロ
ボットハンドの修正動作を行うことも可能である。
メラにより対象物とロボットハンドの位置を計測し、ロ
ボットハンドの修正動作を行うことも可能である。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記の方法においては、センサあるいは
テレビカメラおよび画像処理装置が必要となるが、微小
位置ずれを正確に計測するためには装置が複雑となるば
かりでなく、経済的な問題が生じる。
テレビカメラおよび画像処理装置が必要となるが、微小
位置ずれを正確に計測するためには装置が複雑となるば
かりでなく、経済的な問題が生じる。
従って本発明は、上記問題点に鑑み把持対象物の位置
が予め教示された位置から偏差を有する場合であっても
安価な装置によって、ロボットハンドおよび把持対象物
を損傷することなく正確に把持することを可能とする多
指型ロボットハンドの把持制御方法を提供することを目
的とする。
が予め教示された位置から偏差を有する場合であっても
安価な装置によって、ロボットハンドおよび把持対象物
を損傷することなく正確に把持することを可能とする多
指型ロボットハンドの把持制御方法を提供することを目
的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明は自動生産ラインにおいては隣接のロボットあ
るいはベルトコンベアによりロボットハンドの把持対象
物が設置される場合が多いことに着目してなされたもの
で、ロボットハンドの指の動作範囲内であれば、把持対
象物の位置が予め教示された位置に対し偏差を有してい
ても正確な把持を可能とするものである。
るいはベルトコンベアによりロボットハンドの把持対象
物が設置される場合が多いことに着目してなされたもの
で、ロボットハンドの指の動作範囲内であれば、把持対
象物の位置が予め教示された位置に対し偏差を有してい
ても正確な把持を可能とするものである。
即ち１以上の関節を有する指毎に設置されたトルク検
出器によって検出されるトルクが予め教示された順次増
大する複数段階の目標トルクの各段階に到達する毎に、
次の段階の目標トルクを発生させる。
出器によって検出されるトルクが予め教示された順次増
大する複数段階の目標トルクの各段階に到達する毎に、
次の段階の目標トルクを発生させる。
［作 用］ このようなロボットハンドの把持制御方法は、予め教
示された位置にアームを動かした後、複数の指を、各指
が受けるトルク検出器の出力を監視しながら、予め定め
た順次増大する複数段階のトルクのうち第１のトルクが
検出されるまで作動し、全指が第１のトルクに到達した
後、次の段階のトルクの設定値に切り替えて把持動作を
行う。したがって最初に把持対象物に接触した指は、多
の指が所定のトルクを検出するまで待機することとな
り、予め教示した姿勢で把持対象物を正確に把持する。
示された位置にアームを動かした後、複数の指を、各指
が受けるトルク検出器の出力を監視しながら、予め定め
た順次増大する複数段階のトルクのうち第１のトルクが
検出されるまで作動し、全指が第１のトルクに到達した
後、次の段階のトルクの設定値に切り替えて把持動作を
行う。したがって最初に把持対象物に接触した指は、多
の指が所定のトルクを検出するまで待機することとな
り、予め教示した姿勢で把持対象物を正確に把持する。
［実施例］ 第１図はロボットのアームＡの先端に取り付けられた
ロボットハンドの１例を示す図である。
ロボットハンドの１例を示す図である。
このロボットハンドはそれぞれ３つの関節211、212、
213を有する３本の指21、22、23からなり、第１指21と
第２指22は相互の中心軸が平行となり、第３指23を挟み
込むように配置され、第３指は中心軸が第１指および第
２指の中心軸と20〜60度をなし指先が第１指および第２
指の指先と対向するように配置される。
213を有する３本の指21、22、23からなり、第１指21と
第２指22は相互の中心軸が平行となり、第３指23を挟み
込むように配置され、第３指は中心軸が第１指および第
２指の中心軸と20〜60度をなし指先が第１指および第２
指の指先と対向するように配置される。
第２図に、上記のロボットハンドの各指21、22、23の
各関節211、212、213の制御装置の構成を示す。
各関節211、212、213の制御装置の構成を示す。
また第３図に第１図に示すロボットハンド全体の制御
装置の構成を示す。
装置の構成を示す。
即ち第１図に示すロボットハンドはそれぞれ３つの関
節を有する３本の指で構成さているが、各関節の制御装
置はモジュール化されており、第２図に示す関節制御装
置３つで１本の指に対応する指制御装置が構成され、こ
の指制御装置３つとロボットハンド制御装置でロボット
ハンド全体の制御装置が構成されている。
節を有する３本の指で構成さているが、各関節の制御装
置はモジュール化されており、第２図に示す関節制御装
置３つで１本の指に対応する指制御装置が構成され、こ
の指制御装置３つとロボットハンド制御装置でロボット
ハンド全体の制御装置が構成されている。
各関節の制御装置は第２図に示すように、電動機70の
駆動力は電動機70の軸上に減速機71を介して取り付けら
れた駆動プーリ72から駆動力伝達手段であるワイヤーロ
ープ73により、関節のリンク機構75に固定されたジョイ
ントプーリ74に伝達される。
駆動力は電動機70の軸上に減速機71を介して取り付けら
れた駆動プーリ72から駆動力伝達手段であるワイヤーロ
ープ73により、関節のリンク機構75に固定されたジョイ
ントプーリ74に伝達される。
ジョイントプーリ74が受けるトルクは、駆動プーリ72
とジョイントプーリ74のほぼ中間に設置されたアイドル
プーリ76を固定する梁状鋼片77に設置された例えばスト
レインゲージのようなトルク検出器（図示せず）によっ
て検出され、関節のリンク機構75の回転角度はジョイン
トプーリ74に取り付けられた角度センサ78で検出され
る。
とジョイントプーリ74のほぼ中間に設置されたアイドル
プーリ76を固定する梁状鋼片77に設置された例えばスト
レインゲージのようなトルク検出器（図示せず）によっ
て検出され、関節のリンク機構75の回転角度はジョイン
トプーリ74に取り付けられた角度センサ78で検出され
る。
この角度センサ78の出力は角度目標値83と比較され、
両者の偏差に仮想バネ数が乗算器84において乗算され仮
想トルク指令92となる。
両者の偏差に仮想バネ数が乗算器84において乗算され仮
想トルク指令92となる。
即ち関節の角度とトルクを同時に制御するために、角
度制御トルク制御の比率を調節する仮想バネ定数が設け
られる。
度制御トルク制御の比率を調節する仮想バネ定数が設け
られる。
仮想トルク指令はトルク目標値85と加算されてトルク
指令86となり、梁状鋼片77に取り付けられたトルク検出
器出力との偏差から修正トルク指令87が演算され、補償
器88に入力される。
指令86となり、梁状鋼片77に取り付けられたトルク検出
器出力との偏差から修正トルク指令87が演算され、補償
器88に入力される。
補償器88では、修正トルク指令87と推定電動機回転速
度91に基づき電流指令値80を出力する。この電流指令値
80に基づき可変定電流源79の出力電流が制御され、電動
機の駆動力が制御される。
度91に基づき電流指令値80を出力する。この電流指令値
80に基づき可変定電流源79の出力電流が制御され、電動
機の駆動力が制御される。
補償器88は電動機電圧89と電流指令値80から下記に基
づき推定電動機回転数を演算する。
づき推定電動機回転数を演算する。
電動機の回転子インダクタンスが無視できるとき、次
式がなりたつ。
式がなりたつ。
Nm＝（Vg−Im・Rm）/Kv （１） ただしNm:推定電動機回転数 Vg:実測電動機端子電圧 Im:可変電流源出力電流 Rm:電動機のロータ抵抗 Kv:電動機の逆起電力定数 ここで可変電流源出力電流Imは、可変電流源79が定電
流特性を有するため、電動機の負荷が変動しても電流指
令値80（Imt）に比例した一定電流値に維持され、さら
に電動機のロータ抵抗Rm、電動機の逆起電力定数Kvは既
知であるため次式から推定電動機回転数を演算すること
が可能となる。
流特性を有するため、電動機の負荷が変動しても電流指
令値80（Imt）に比例した一定電流値に維持され、さら
に電動機のロータ抵抗Rm、電動機の逆起電力定数Kvは既
知であるため次式から推定電動機回転数を演算すること
が可能となる。
Nm＝（Vg−α・Imt・Rm）/K （２） ただしα：可変定電流源の比例定数 この補償器88の使用により、従来使用していたタコメ
ータのような回転数センサを使用することなく、関節制
御系にダンピングをあたえ、安定な制御系を構成するこ
とが可能となる。
ータのような回転数センサを使用することなく、関節制
御系にダンピングをあたえ、安定な制御系を構成するこ
とが可能となる。
本発明に係るロボットハンドの把持制御装置において
はロボットハンド制御装置５から出力される各関節の回
転角度指令、および例えば２段階のトルク目標値、即ち
把持対象物に接触したことを検知するための第１のトル
ク目標値、把持対象物を確実に把持するための第２のト
ルク目標値および梁状鋼片77に取り付けられたトルク検
出器の出力を力とし、上記各関節制御装置に対し角度目
標値83およびトルク目標値85を出力する把持制御装置16
が追設される。
はロボットハンド制御装置５から出力される各関節の回
転角度指令、および例えば２段階のトルク目標値、即ち
把持対象物に接触したことを検知するための第１のトル
ク目標値、把持対象物を確実に把持するための第２のト
ルク目標値および梁状鋼片77に取り付けられたトルク検
出器の出力を力とし、上記各関節制御装置に対し角度目
標値83およびトルク目標値85を出力する把持制御装置16
が追設される。
第４図は、本発明に係るロボットハンドの位置決めの
原理図を示した図である。
原理図を示した図である。
即ち指の初期位置をP0、ロボットハンドに動作を教示
したときの把持位置をP3とすると、把持対象物を把持す
るための動作を開始する前にP0P3に基づいて仮想把持位
置P4を算出する。
したときの把持位置をP3とすると、把持対象物を把持す
るための動作を開始する前にP0P3に基づいて仮想把持位
置P4を算出する。
例えばP0とP3を結ぶ直線上で指が最も閉じた位置をP4
とすることができる。
とすることができる。
またロボットハンドと把持対象物との偏移が大であり
指を移動させても把持対象物に接触しない場合には、P0
を頂点とし、P0とP3を結ぶ直線を軸とする円錐の底面の
他の点を仮想把持位置P4に置き換えて、再度指をP0から
仮想把持位置P4に向かって動かすようにすることもでき
る。
指を移動させても把持対象物に接触しない場合には、P0
を頂点とし、P0とP3を結ぶ直線を軸とする円錐の底面の
他の点を仮想把持位置P4に置き換えて、再度指をP0から
仮想把持位置P4に向かって動かすようにすることもでき
る。
なお、P1およびP2はそれぞれ指の現在位置、指が把持
対象物と接触する位置を示す。
対象物と接触する位置を示す。
指を動作させながらトルク検出器の出力を監視し、検
出トルクが第１のトルク目標値と等しくなったときに把
持対象物に接触したと判断し、トルク目標値を第２のト
ルク目標値に変更し、把持対象物を確実に把持する。
出トルクが第１のトルク目標値と等しくなったときに把
持対象物に接触したと判断し、トルク目標値を第２のト
ルク目標値に変更し、把持対象物を確実に把持する。
第５図は把持制御装置16で１つの関節にたいして実行
される把持制御のためのルーチンを示す図である。
される把持制御のためのルーチンを示す図である。
ステップ401でロボットハンドの初期位置P0と予め教
示された把持位置P3に基づき仮想把持位置P4の座標を算
出する。なおP4の座標は予め教示された把持位置P3より
もロボットハンドを閉じた方向に定められ、把持対象物
が予め教示された把持位置P3より指を開いた方向あるい
は閉じた方向のいずれの側に変化した場合にも把持可能
なように定められる。
示された把持位置P3に基づき仮想把持位置P4の座標を算
出する。なおP4の座標は予め教示された把持位置P3より
もロボットハンドを閉じた方向に定められ、把持対象物
が予め教示された把持位置P3より指を開いた方向あるい
は閉じた方向のいずれの側に変化した場合にも把持可能
なように定められる。
ステップ402で関節制御系の回転角度目標値83として
初期位置P0から仮想把持位置P4までの移動に対応した回
転角度が設定され、トルク目標値85として予め定められ
た第１のトルク目標値が与えられロボットハンドの指が
閉方向に動作する。ステップ403で梁状鋼片77に設置さ
れたトルク検出器の出力を読み取り、ステップ404でト
ルク検出器の検出した現トルクが予め設定された第１の
トルク目標値より大であるか否かが判定される。ステッ
プ404で否定判定された場合は、把持対象物にロボット
ハンドが接触していないものと判断してステップ402に
もどり指の閉方向動作を続ける。ステップ404で肯定判
定された場合はステップ405で全指が第１のトルク目標
値に到達したか否かを判定する。
初期位置P0から仮想把持位置P4までの移動に対応した回
転角度が設定され、トルク目標値85として予め定められ
た第１のトルク目標値が与えられロボットハンドの指が
閉方向に動作する。ステップ403で梁状鋼片77に設置さ
れたトルク検出器の出力を読み取り、ステップ404でト
ルク検出器の検出した現トルクが予め設定された第１の
トルク目標値より大であるか否かが判定される。ステッ
プ404で否定判定された場合は、把持対象物にロボット
ハンドが接触していないものと判断してステップ402に
もどり指の閉方向動作を続ける。ステップ404で肯定判
定された場合はステップ405で全指が第１のトルク目標
値に到達したか否かを判定する。
第１のトルク目標値に到達していない指に対してステ
ップ402からステップ404を実行し、第１のトルク目標値
に到達した指に対してはステップ406で指の閉方向動作
を停止する。そしてステップ407で把持対象物を確実に
把持するために予め定められた第２のトルク目標値がト
ルク目標値に設定された把持トルクを発生させる。
ップ402からステップ404を実行し、第１のトルク目標値
に到達した指に対してはステップ406で指の閉方向動作
を停止する。そしてステップ407で把持対象物を確実に
把持するために予め定められた第２のトルク目標値がト
ルク目標値に設定された把持トルクを発生させる。
なお上記第１のトルク目標値と第２のトルク目標値は
以下のように定める。
以下のように定める。
即ちロボットハンドに動作を教示する段階で把持対象
物を確実に把持するために必要としたトルクを第２のト
ルク目標値とし、この値に接触したことを確実に検出で
き、かつ接触したときに把持対象物を損傷しないように
一定の割合を乗算して第１のトルク目標値として定める
ことが可能であり、ロボットハンドが作動中にこの割合
を修正することも可能である。このため教示段階に要す
る時間を大幅に短縮することが可能となる。
物を確実に把持するために必要としたトルクを第２のト
ルク目標値とし、この値に接触したことを確実に検出で
き、かつ接触したときに把持対象物を損傷しないように
一定の割合を乗算して第１のトルク目標値として定める
ことが可能であり、ロボットハンドが作動中にこの割合
を修正することも可能である。このため教示段階に要す
る時間を大幅に短縮することが可能となる。
なお本実施例においてはトルク目標値を２段階に切り
替えることとしたが、３段階以上の目標値に順次切り替
えるようにすることもできる。
替えることとしたが、３段階以上の目標値に順次切り替
えるようにすることもできる。
またトルク目標値は把持対象物の重心との関連で各指
各関節毎に異なった目標値に設定することも可能であ
る。
各関節毎に異なった目標値に設定することも可能であ
る。
さらに本実施例においては各指各関節が受けるトルク
をトルク検出器で検出することとしているが、指先に取
り付けた圧力センサあるいは各部の応力を検出する歪ゲ
ージ等によってもトルクを検出することができ、この場
合にも本発明を同様に適用することができる。
をトルク検出器で検出することとしているが、指先に取
り付けた圧力センサあるいは各部の応力を検出する歪ゲ
ージ等によってもトルクを検出することができ、この場
合にも本発明を同様に適用することができる。
［発明の効果］ 本発明によれば、把持対象物が予め教示した位置から
変位している場合であっても、ロボットハンドの指を仮
想把持位置に向かって移動させ、ロボットハンドの各指
が受ける把持力を複数段階設定された目標値と順次比較
し、各指がこの目標値に到達する毎に次の目標値に切り
替えることによってロボットハンドや把持対象物を損傷
することなく、把持対象物を確実に把持することが可能
となる。
変位している場合であっても、ロボットハンドの指を仮
想把持位置に向かって移動させ、ロボットハンドの各指
が受ける把持力を複数段階設定された目標値と順次比較
し、各指がこの目標値に到達する毎に次の目標値に切り
替えることによってロボットハンドや把持対象物を損傷
することなく、把持対象物を確実に把持することが可能
となる。
第１図はロボットハンドの１例を示す図、 第２図は実施例の関節制御装置の構成を示す図、 第３図は実施例のロボットハンド全体の制御装置の構成
を示す図、 第４図は本発明の把持制御の原理を示す図、 第５図は把持制御操作を示すフローチャート、 第６図は従来の把持制御方法の第１の例を示す図、 第７図は従来の把持制御方法の第２の例を示す図であ
る。
を示す図、 第４図は本発明の把持制御の原理を示す図、 第５図は把持制御操作を示すフローチャート、 第６図は従来の把持制御方法の第１の例を示す図、 第７図は従来の把持制御方法の第２の例を示す図であ
る。
フロントページの続き (72)発明者 石原 孝行 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 田中 克久 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 三村 宣治 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−33883（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−11755（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−169447（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B25J 13/00 B25J 15/08
Claims (2)
- 【請求項１】１以上の関節を有する指を複数本有する多
指型ロボットハンドで把持対象物を把持する場合におけ
る各指の把持制御方法であって、 把持前の指の位置と予め教示された把持位置とを結ぶ直
線上の予め教示された把持位置よりも指の閉じ側に仮想
把持位置を各指ごとに定め、 該１以上の関節を有する各指を前記仮想把持位置に向け
て閉じ、各指毎に設置されたトルク検出器によって検出
されるトルクのすべてが予め教示された少くとも２段階
を有する目標トルクの第１の段階に到達した後に、目標
トルクを第１の段階より大きい第２の段階に設定する多
指型ロボットハンドの把持制御方法。 - 【請求項２】１以上の関節を有する指を複数本有する多
指型ロボットハンドで把持対象物を把持する場合におけ
る各指の把持制御方法であって、 把持前の指の位置と予め教示された把持位置とを結ぶ直
線上の予め教示された把持位置よりも指の閉じ側に仮想
把持位置を各指ごとに定め、 該１以上の関節を有する各指を前記仮想把持位置に向け
て閉じ、各指毎に設置されたトルク検出器によって検出
されるトルクのすべてが予め教示された少くとも２段階
を有する目標トルクの第１の段階に到達した後に、目標
トルクを第１の段階より大きい第２の段階に設定する把
持動作を行い、 少なくとも１つの指で目標トルクが検出されないとき
は、前記仮想把持位置を中心とし、把持前の指の位置と
予め教示された把持位置とを結ぶ直線に垂直な円内に新
たな仮想把持位置を定め、前記把持動作を行う多指型ロ
ボットハンドの把持制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2179430A JP2838582B2 (ja) | 1990-07-09 | 1990-07-09 | ロボットハンドの把持制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2179430A JP2838582B2 (ja) | 1990-07-09 | 1990-07-09 | ロボットハンドの把持制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0469184A JPH0469184A (ja) | 1992-03-04 |
| JP2838582B2 true JP2838582B2 (ja) | 1998-12-16 |
Family
ID=16065726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2179430A Expired - Fee Related JP2838582B2 (ja) | 1990-07-09 | 1990-07-09 | ロボットハンドの把持制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2838582B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100070987A (ko) * | 2008-12-18 | 2010-06-28 | 삼성전자주식회사 | 다지 핸드의 제어장치 및 그 파지방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1990
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