JP3328414B2 - ロボットハンドの姿勢制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットハンドの姿勢
制御装置に関し、特にロボットハンドにて把持対象物を
確実に捕捉し、所定場所へ移動させることを目的とする
ロボットハンドの姿勢制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、工場の生産ラインなどで用いられ
ている産業用ロボットでは、搬送コンベア上に載置され
た部品に追従して作業を行わせている。

【０００３】この種の産業用ロボットでは、図６に示す
ように搬送コンベア101上に載置された把持対象物102
を、ロボット103上方の一定位置に設けられたＣＣＤカ
メラ104によって撮らえ、その映像情報に基づいてロボ
ットハンド105により対象物102を捕捉し、所定場所へ移
動させる制御が行われている。

【０００４】そして、ロボットハンド105にて対象物102
を安定に把持するために、対象物102の質量を求め、こ
の重力成分を補償したロボットハンド105の力制御を行
っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来装置では対象物102の重心位置がロボットハンド105に
よる把持位置から離れている場合には、所定場所へ移動
させる途中で対象物102の重力作用により対象物102が把
持位置回りに回転し、その回転により対象物102が落下
する虞れがあった。

【０００６】また、ＣＣＤカメラ104などの検出結果に
基づいて、予め対象物102の重心位置を求め、その重心
位置近傍をロボットハンド105にて把持するように制御
することも考えられるが、そのためには対象物102の３
次元形状を正確に把握しなければならず、その検出処
理、及び回路構成が複雑となると共に、対象物102の形
状によっては重心位置を正確に検出することができず、
依然として移動途中で対象物102が落下する虞れがあっ
た。

【０００７】本発明は斯かる上記問題点に鑑みてなされ
たものであって、把持対象物の重心検出の回路を簡単な
構成とし、その検出した重心に基づいてロボットハンド
の姿勢を制御して把持対象物を安定に把持することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、対象物を把持
するロボットハンドと、該ハンドを先端に有し、関節を
介して連結されたアームと、前記アームを移動させ、前
記ロボットハンドを移動、及び回動させるアーム駆動回
路と、前記ロボットハンドに加わる把持位置回りのトル
クを検出するトルク検出手段と、前記ロボットハンドに
より対象物を把持し、静止させる第１ステップと、該第
１ステップにおけるロボットハンドを所定加速度にて水
平移動させる第２ステップとを有する制御部と、前記ト
ルク検出手段により検出された前記第１、及び第２ステ
ップにおける検出トルクに基づいて、前記ロボットハン
ドの把持位置に対する対象物の重心位置方向を算出する
重心方向算出手段とを備え、前記制御部は、前記重心方
向算出手段により算出した対象物の重心位置方向に基づ
いて前記アーム駆動回路を駆動し、前記ロボットハンド
を回動させて前記対象物の重心位置を前記把持位置の垂
下領域に位置させることを特徴とするものである。

【０００９】また、前記第２ステップにおいて、前記ハ
ンドの移動加速度を検出する加速度センサを備え、前記
制御部により該加速度センサの出力が所定値となるよう
に前記アーム駆動回路を駆動してもよい。

【００１０】

【作用】本発明によれば、ハンドの把持位置に対する対
象物の重心位置方向を算出し、その算出した対象物の重
心位置方向に基づいてハンドを回動させて、対象物の重
心位置を把持位置の垂下領域に位置させる。

【００１１】また、加速度センサを設け、第２ステップ
におけるセンサ出力が所定値となるようにアーム駆動回
路を駆動する場合には、常にハンドの移動加速度が検出
され、その検出値が一定値となるようにアーム駆動回路
が駆動制御される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき、具体的に説
明する。

【００１３】図１は、本発明の産業用ロボットの構成を
示す概略斜視図である。

【００１４】同図において、１は一定の経路、及び速度
で移動する搬送コンベア２上に載置された把持対象物で
ある。３は対象物１を捕捉するための産業用ロボットで
あり、多関節型のアーム４、及び二指型ロボットハンド
５から構成されている。６はロボット３上方の一定位置
に設けられたＣＣＤカメラであり、搬送コンベア２上に
載置された把持対象物１を撮らえ、その映像情報に基づ
いてロボットハンド５により対象物１を捕捉する。７は
ロボットハンド５の二指先端部に夫々設けられた近接セ
ンサであり、対象物１が近接センサ７の垂下領域に位置
していることを検出する。

【００１５】次に、本発明のロボットハンドの姿勢制御
装置の回路構成について、図２のブロック図により説明
する。

【００１６】図２において、21は産業用ロボット３全体
の制御を行う制御部であって、ＲＯＭ22に予め記憶され
たプログラムに従い、ロボット各部に制御指令を出力し
て、ロボットハンド５により対象物１を捕捉し、対象物
１の重心位置を検出してロボットハンド５の姿勢を制御
している。

【００１７】23は制御部21からの指令に従いアーム用モ
ータ24へ駆動信号を出力するアーム駆動回路であり、例
えば、アーム用モータ24の駆動によりアーム４を移動さ
せロボットハンド５による対象物１の捕捉、及びロボッ
トハンド５の姿勢を変更する。

【００１８】25は制御部21からの指令に従いハンド用モ
ータ26へ駆動信号を出力するハンド駆動回路であり、ハ
ンド用モータ26の駆動によりロボットハンド５の開閉度
を調整し対象物１の捕捉動作を行わせる。

【００１９】27はロボットハンド５による把持位置に加
わる６軸の力成分、及びトルクを検出する力・トルクセ
ンサであり、28はアーム４の移動させた場合の加速度を
検出する加速度センサである。

【００２０】29はロボットハンド５により把持した対象
物１の重心方向を検出する重心方向算出回路である。

【００２１】図３に、アーム４とロボットハンド５との
連結部分に力・トルクセンサ27を、アーム４に加速度セ
ンサ28を設けた場合のロボットハンド５の把持状態を説
明する要部断面図を示す。ここで、図中に記したｘｙｚ
座標はワールド座標系を示しており、重力作用が生じる
方向をｚ軸に、水平方向をｘ軸、ｙ軸となり、図３の場
合には、力・トルクセンサ27のセンサ座標系が同一とな
りｘ，ｙ，ｚ方向は力・トルクセンサ27により検出され
る力成分方向を表し、その軸回りのトルクが力・トルク
センサ27により検出されることになる。

【００２２】また、図中のＡ点はロボットハンド５によ
る把持位置を、Ｂ点は対象物１の重心位置を表してい
る。

【００２３】そして、ロボットハンド５による把持位置
Ａ点と重心位置Ｂ点との距離をＬ、把持位置Ａ点と重心
位置Ｂ点とのｘ方向の距離をＲ、対象物１の質量をＭ、
対象物１の重力をＦz、重力加速度をｇ、力・トルクセ
ンサ27により検出されるｙ軸回り、即ち、把持位置回り
のトルクＴ₁とすると次の関係式が得られる。

【００２４】

【数１】

【００２５】また、対象物１を把持した図３の状態で、
アーム４を一定加速度ａにてｘ方向に移動させた場合に
は、図４に示すように対象物１の移動による力Ｆx（＝
Ｍ＊ａ）が発生するため、力・トルクセンサ27により検
出されるｙ軸回りをトルクＴ ₂とすると 次の関係式が得
られる。

【００２６】

【数２】

【００２７】そして、ロボットハンド５による把持位置
Ａ点を原点とした場合の、対象物１の重心位置Ｂ点とｘ
ｚ平面におけるｚ軸との成す角をＣとすると、Ｃは上記
数１，数２から次式で表されることになる。

【００２８】

【数３】

【００２９】従って、上記重心方向算出回路29では、対
象物を把持し、所定距離を加速度ａにてアームをｘ方向
へ水平移動させた場合の力・トルクセンサ27による検出
トルクＴ₁，Ｔ₂に基づいて角度Ｃを求め、対象物１の重
心方向を算出している。

【００３０】次に、上記構成の産業用ロボット３のロボ
ットハンド姿勢制御の動作を図４のフローチャートによ
り説明する。

【００３１】先ず、搬送コンベア２上を移動する対象物
１の映像情報をＣＣＤカメラ６で撮らえ、ロボットハン
ド５を対象物１上方に移動させて、近接センサ７の出力
がＯＮしたこと、即ち対象物１がロボットハンド５の垂
下領域に位置した場合に、アーム用モータ24、及びハン
ド用モータ26を駆動させ、ロボットハンド５を降下させ
ると共に、その開閉度を調整して対象物１の把持を行わ
せる（Ｓ１）。

【００３２】そして、ロボットハンド５により対象物１
を把持した状態で、第１ステップとしてアーム用モータ
24を駆動させて、アーム４を移動させＺ軸方向に対象物
１を持ち上げ、アーム４の移動を停止する（Ｓ２）。

【００３３】次に、ｙ軸回りのトルクＴ₁を力・トルク
センサ27により検出する（Ｓ３）。そして、第２ステッ
プとしてアーム用モータ24を駆動させて、アーム４をｘ
軸方向に加速度ａにて移動させ（Ｓ４）、その場合のｙ
軸回りのトルクＴ₂を力・トルクセンサ27により検出す
る（Ｓ５）。

【００３４】次に、アーム４の移動を停止し、重心方向
算出回路29にて角度Ｃを算出する（Ｓ６）。

【００３５】そして、次のステップＳ７において、図５
に示すようにアーム用モータ24を駆動させて、把持位置
Ａ点と重心位置Ｂ点がｚ軸上に位置するように、アーム
４をｙ軸回りに−Ｃだけ回動させる（Ｓ７）。従って、
ロボットハンド５が対象物１によるｙ軸回りのトルクが
発生しない姿勢となる。

【００３６】以上により、ロボットハンド姿勢制御の全
動作を終了する。

【００３７】尚、上記実施例ではロボットハンド５に加
わる把持位置回りのトルクを検出するトルク検出手段と
して、６軸センサである力・トルクセンサ27を用いる場
合について説明したが、この他のトルク検出手段を設け
ても構わない。

【００３８】また、加速度センサ28を設け、第２ステッ
プにおけるセンサ出力が所定値となるようにアーム駆動
回路を駆動する場合について説明したが、センサ出力を
フィードバックさせない制御方法としても構わない。但
し、この場合には、重心方向算出回路29における算出精
度が若干劣る虞れがある。

【００３９】

【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、ハンド
の把持位置に対する対象物の重心位置方向を算出し、そ
の算出した対象物の重心位置方向に基づいてハンドを回
動させて、対象物の重心位置を把持位置の垂下領域に位
置させるので、所定場所へ移動させる途中で重力作用に
より対象物が把持位置回りに回転し、その回転により対
象物が落下する虞れがない。従って、把持対象物の安定
把持が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の産業用ロボットの構成を示す概略斜視
図である。

【図２】本発明のロボットハンドの姿勢制御装置の回路
構成を示すブロック図である。

【図３】ロボットハンドの把持状態を説明する要部断面
図である。

【図４】本発明のロボットハンド姿勢制御の動作を説明
するためのフローチャートである。

【図５】本発明のロボットハンド姿勢制御の動作を説明
する要部断面図である。

【図６】従来の産業用ロボットの構成を示す概略斜視図
である。

【符号の説明】

１ 把持対象物 ２ 搬送コンベア ３ 産業用ロボット ４ アーム ５ ロボットハンド ６ ＣＣＤカメラ ７ 近接センサ 21 制御部 22 ＲＯＭ 23 アーム駆動回路 24 アーム用モータ 25 ハンド駆動回路 26 ハンド用モータ 27 力・トルクセンサ 28 加速度センサ 29 重力方向算出手段

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対象物を把持するロボットハンドと、 該ハンドを先端に有し、関節を介して連結されたアーム
   と、 前記アームを移動させ、前記ロボットハンドを移動、及
   び回動させるアーム駆動回路と、 前記ロボットハンドに加わる把持位置回りのトルクを検
   出するトルク検出手段と、 前記ロボットハンドにより対象物を把持し、静止させる
   第１ステップと、該第１ステップにおけるロボットハン
   ドを所定加速度にて水平移動させる第２ステップとを有
   する制御部と、 前記トルク検出手段により検出された前記第１、及び第
   ２ステップにおける検出トルクに基づいて、前記ロボッ
   トハンドの把持位置に対する対象物の重心位置方向を算
   出する重心方向算出手段とを備え、 前記制御部は、前記重心方向算出手段により算出した対
   象物の重心位置方向に基づいて前記アーム駆動回路を駆
   動し、前記ロボットハンドを回動させて前記対象物の重
   心位置を前記把持位置の垂下領域に位置させることを特
   徴とするロボットハンドの姿勢制御装置。
2. 【請求項２】前記第２ステップにおいて、前記ロボット
   ハンドの移動加速度を検出する加速度センサを備え、前
   記制御部は該加速度センサの出力が所定値となるように
   前記アーム駆動回路を駆動することを特徴とする請求項
   １記載のロボットハンドの姿勢制御装置。