JP3448856B2 - ロボットハンドの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、ロボットハンドの制御
装置に係わり、特に、把持部でワークを把持する複数の
多関節フィンガを備えたロボットハンドの制御装置及び
このロボットハンドに使用可能な圧力検出センサにに関
する。 【０００２】 【従来の技術】近時の産業用ロボットにあっては、特開
昭５９ー４７１８５号公報、特開昭５９ー１１８３８８
号公報、特開昭６４ー２７８８３号公報、及び特開平１
−２７８８３号公報等に見られるように、アームの先端
に装着されるハンドのフィンガに、触覚センサ等の各種
センサを設け、多種多様な作業あるいは壊れ易いワーク
の把持等を行うようにすることが知られている。 【０００３】 【発明が解決しようとする問題点】従来から、このよう
な産業用ロボットにおいて、ロボットハンドのフィンガ
によりワークの把持作業を行う場合には、ワークの安定
把持のために、把持動作に移行する前に、ワークを機械
的に位置決めし、その後、ワークを把持した際ハンドの
開閉ストロークに基づいて把持状態か否かを認識するよ
うにしていた。このため、このような従来のものにおい
ては、ワークをセットする際の工数が増加し、この結果
コストが上昇するという問題が生じていた。そこで本発
明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされた
ものであり、ワークのセット工数及びコストを低減して
ワークの安定な把持を行うことができるロボットハンド
の制御装置を提供することを目的としている。また、本
発明は、このようなワークの安定な把持を行うロボット
ハンドに使用可能な圧力検出センサを提供することを目
的としている。 【０００４】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、把持部でワークを把持する複数の多関節
フィンガを備えたロボットハンドの制御装置において、
各多関節フィンガの把持部に設けられこの把持部とワー
クとの接触圧力を複数個所で検出する接触圧力検出手段
と、この接触圧力検出手段により把持部の縦方向、横方
向、斜め方向のいずれかの直線上の複数箇所で検出され
た接触圧力のみが所定値以上の場合には多関節フィンガ
のワークに対する角度を修正する角度修正手段と、圧力
検出手段により把持部の同一直線上でない３点以上で検
出された接触圧力が共に所定値以上の場合には多関節フ
ィンガがワークを安定した状態で把持していると判定す
る判定手段と、を有することを特徴としている。このよ
うに構成された本発明のロボットハンドの制御装置にお
いては、各多関節フィンガの把持部に設けられた接触圧
力検出手段により、この把持部とワークとの接触圧力を
複数個所で検出する。また、修正手段により、接触圧力
検出手段により把持部の縦方向、横方向、斜め方向のい
ずれかの直線上の複数箇所で検出された接触圧力のみが
所定値以上の場合には多関節フィンガのワークに対する
角度を修正する。さらに、判定手段により、圧力検出手
段により把持部の同一直線上でない３点以上で検出され
た接触圧力が共に所定値以上の場合には多関節フィンガ
がワークを安定した状態で把持していると判定するよう
にしている。この結果、ロボットアーム自身によるワー
クの安定把持動作が可能となる。このため、ワークのセ
ット工数及びコストの低減を図ることができる。 【０００５】 【０００６】 【０００７】 【実施例】以下、本発明の一実施例について添付図面を
参照して説明する。図１に示す符号１は産業用ロボット
で、ロボット１のアーム２には、多指ハンドＡが装着さ
れている。図２乃至図５に示すように、多指ハンドＡ
は、アーム２に対する取付け部を構成する円形のベース
プレート３を有し、ベースプレート３には、周方向に等
間隔（９０°置き）に４つの回転ユニット４が設けら
れ、各回転ユニット４の下方にはブラケット４ｂが回転
ユニット４に対して縦軸４ａを介して取付けられてい
る。各回転ユニット４には、各々、その下端に１本のフ
ィンガ５が取付けられている。フィンガ５は、共に左右
に間隔を置いて配置された左右一対の根本リンク７、中
間リンク８、先端リンク９で構成され、先端リンク９の
下端は横バー１０（図３参照）で連結されている。根本
リンク７は、その上端が第１横軸７ａを介して回転ユニ
ット４に取付けられて、回転ユニット４に対して第１横
軸７ａ回りに揺動可能とされている。他方、中間リンク
８は、その上端が第２横軸８ａを介して根本リンク７の
下端に取付けられて、根本リンク７に対して第２横軸８
ａ回りに揺動可能とされている。他方、先端リンク９
は、その上端が第３横軸９ａを介して中間リンク８の下
端に取付けられて、中間リンク８に対して第３横軸９ａ
回りに揺動可能とされている。以上の構成により、各ベ
ースプレート３を含む各フィンガ５は、縦軸４ａ回りの
回転運動と、各横軸７ａ、８ａ、９ａで形成される各関
節運動とによって、合計４つの自由度を持つことにな
る。 【０００８】各回転ユニット４と各ブラケット４ｂに
は、フィンガ５の４自由度に対応して、各自由度毎に１
つのモータ、つまり合計４つのＤＣモータ１１〜１４が
設けられている。第１ＤＣモータ１１は縦軸４ａ回りの
回転を駆動するもので、第１モータ１１の出力軸１１ａ
と縦軸４ａとは、図３に示すように、互いに噛合した傘
歯車１５、１６を介して連結されている。尚、この第１
ＤＣモータ１１の作動量を検出するポテンショメータの
図示は省略してある。また、第２ＤＣモータ１２は根本
リンク７の揺動を駆動するもので、この根本リンク７用
の駆動系は、第２モータ１２の出力軸１２ａ（図４参
照）に固定された傘歯車１２ｂを介して傘歯車付きプー
リ２０と、第１横軸７ａに固定されたプーリ２１と、こ
れらプーリ２０、２１に掛け渡されたワイヤ２２とで構
成され、第２モータ１２の作動量は第２ポテンショメー
タ２４で検出され、この第２ポテンショメータ２４はカ
ップリング２５を介して第１横軸１２ａに連結されてい
る。また、第３ＤＣモータ１３（図５参照）は中間リン
ク８の揺動を駆動するもので、この中間リンク８用の駆
動系は、第３モータ１３の出力軸（図示せず）に固定さ
れた傘歯車１３ｂ（図３参照）を介して傘歯車付きプー
リ２７と、第１横軸７ａに回転自在に取付けられたアイ
ドラプーリ２８と、第２横軸８ａに固定されたプーリ２
９と、これらプーリ２７〜２９に掛け渡されたワイヤ３
０とで構成され、第３モータ１３の作動量は、カップリ
ング３１ａを介して第２横軸８ａと連結された第３ポテ
ンショメータ３１ｂで検出される。 【０００９】また、第４ＤＣモータ１４は、図４に示す
ように、先端リンク９の揺動を駆動するもので、この先
端リンク９用の駆動系は、第４モータ１４の出力軸１４
ａに固定された傘歯車１４ｂを介して歯車付きプーリ３
２と、図３に示すように、第１横軸７ａに回転自在に取
付けられたアイドラプーリ３３と、第２横軸８ａに回転
自在に取付けられたアイドラプーリ３４と、第３横軸９
ａに固定されたプーリ３５と、これらプーリ３２〜３５
に掛け渡されたワイヤ３６とで構成され、第４モータ１
４の作動量は第４ポテンショメータ３７で検出され、こ
の第４ポテンショメータ３７はカップリング３８を介し
て第３横軸９ａに連結されている。また、各フィンガ５
には、その先端リンク９に接触圧力検出センサ４１が取
付けられている。ロボット１の制御系は、図１に示すよ
うに、例えばマイクロコンピュ─タで構成されたメイン
コントローラ４５を有し、メインコントローラ４５に
は、各ポテンショメータ２４等及び接触圧力検出センサ
４１からの信号が入力される。メインコントローラ４５
からは、第１〜第４モータ１１〜１４用のドライバー４
６に対して制御信号が出力され、またシーケンサ４７に
対して制御信号が出力される。シーケンサ４７は、ロボ
ットコントローラ４８と適宜信号の授受を行い、これら
シーケンサ４７及びコントローラ４８により、アーム３
の動きを制御するようになっている。 【００１０】次に、図６乃至図１１を参照して本実施例
による接触圧力検出センサ４１の一例について説明す
る。この接触圧力検出センサ４１は、いわゆるスイッチ
タイプと呼ばれるものであり、制御が容易であるため低
コスト化が可能でしかもＯＮ荷重の信頼性が高いという
長所を有する。図６に示すように、多指ハンドＡのフィ
ンガ５の先端リンク９には、スイッチタイプのセンサ５
０が取り付けられている。図７乃至図９に示すように、
このスイッチタイプのセンサ５０は、所定の特性を有す
る一枚の感圧導電ゴムシート５１と、この感圧導電ゴム
シート５１の裏面に設けられたフレキシブルプリント基
板（ＦＰＣ）５２とを有し、このプリント基板５２は、
感圧導電ゴムシート５１の裏面と対向する部分に電極５
３が配置され、その端部に端子５４及びこの端子５４に
接続された配線５５を有している。この電極５３は、図
７と図９に示すように、横４つ縦７つにマトリックス状
に分割された室に配置されている。さらに、感圧導電ゴ
ムシート５１と電極５３との間には、スペーサ５６が介
在するように設けられている。ここで、このスペーサ５
３は、図９に示すように構成されている。即ち、センサ
５０の第１の領域（Ｆ）では、高圧力検出用に間隔を小
さくした第１のスペーサ５６ａが配置され、センサ５０
の第２の領域（Ｇ）では、低圧力検出用に間隔を大きく
した第２のスペーサ５６ｂが配置され、これらの２つの
領域（Ｆ，Ｇ）を仕切ると共に感圧導電ゴムシート５１
とプリント基板５２を接着するための接着部５６ｃが設
けられている。 【００１１】このように構成されたスイッチタイプのセ
ンサ５０の動作を説明する。感圧導電ゴムシート５１
は、図１０に示す特性を有し、圧力に対して抵抗値があ
る１点で急激に変化する。このため、従来のものでは、
スペーサを有さないため、この１点に対応する圧力値の
みしか検出できず、複数の圧力値を検出するためには、
それらの圧力値に対応する複数の感圧導電ゴムシートを
用いる必要があった。しかし、本実施例においては、ス
ペーサ５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃを設けることによ
り、１枚の感圧導電ゴムシート５１により複数の圧力値
（本実施例では、２つの圧力値）を検出することを可能
としている。図１１に示すように、感圧導電ゴムシート
５１に圧力が作用した場合、以下の３つの段階、即ち、
ゴムシート５１と電極５３が非接触の状態、ゴムシート
５１と電極５３が接触の状態、及びゴムシート５１の抵
抗値がある値以下となりＯＮ検出する状態の３つの段階
に変化する。この場合、スペーサ５０の間隔が小さいと
図１１中ａで示す値が大きくなり、ＯＮ検出時の圧力は
大きくなる。反対に、スペーサ５０の間隔が大きいと図
１１中ａで示す値が小さくなり、ＯＮ検出時の圧力は小
さくなる。また、感圧導電ゴムシート５１の図１０に示
す特性に関係するのは、図１１中のｂの間隔のため、１
枚の感圧導電ゴムシート５１でも、スペーサ５０の間隔
を変えるだけで複数の圧力値を検出することができる。
つまり、ｂは一定であるが、（ａ＋ｂ）を変えることに
より、複数の圧力値が検出できる。 【００１２】次に、図１２至図１４を参照して本実施例
による接触圧力検出センサ４１の他の例について説明す
る。この接触圧力検出センサ４１は、いわゆるアナログ
タイプと呼ばれるものであり、複数の圧力値の検出が可
能であると共に細かく制御できるという長所を有する。
図１２及び図１３に示すように、このアナログタイプの
センサ６０は、所定の特性を有する一枚の感圧導電ゴム
シート６１と、この感圧導電ゴムシート６１の裏面に設
けられたプリント基板６２とを有し、このプリント基板
６２は、感圧導電ゴムシート６１の裏面と対向する部分
に電極６３が配置され、その端部に端子６４及びこの端
子６４に接続された配線６５を有している。ここで、電
極６３は、横４つ縦７つにマトリックス状に分割された
室に配置されている。このように構成されたアナログタ
イプのセンサ６０の動作を説明する。感圧導電ゴムシー
ト６１は、図１４に示す特性を有し、圧力に対する抵抗
値がほぼ直線的に変化する関係を有する。各抵抗値と圧
力値とが対応しているため、複数の圧力値を検出するこ
とができる。次に、図１５乃至図２２を参照して、メイ
ンコントローラ４５による制御内容を説明する。 【００１３】図１５は本発明のロボットハンド制御装置
の一実施例によるワークの把持動作における制御内容を
示すフローチャートである。この図１５のフローチャー
トにおけるＳは、各ステップを示す。図１５のＳ１にお
いて、フィンガ５ａ（図１６参照）が、床７０上に配置
されているワーク（部品）７１に接触している可能性が
あるか否かを判定する。具体的には、フィンガ５ａの先
端リンク９の先端部に取り付けられた接触圧力検出セン
サ４１が所定値以上の圧力を検出した場合にフィンガ５
ａがワーク７１に接触している可能性があると判定す
る。次に、Ｓ２において、同様に、フィンガ５ｂが、ワ
ーク７１に接触している可能性があるか否かを判定す
る。具体的には、フィンガ５ｂの先端リンク９の先端部
に取り付けられた接触圧力検出センサ４１が所定値以上
の圧力を検出した場合にフィンガ５ｂがワーク７１に接
触している可能性があると判定する。次に、フィンガ５
ａ，５ｂが共にワーク７１に接触している可能性がある
と判定された場合には、Ｓ３に進み、図１７に示すよう
に、フィンガ５ａ，５ｂを同方向に微小距離動かす。次
に、Ｓ４において、フィンガ５ａ，５ｂが共にワーク７
１に接触しているか否かを判定する。具体的には、フィ
ンガ５ａ，５ｂを微小距離動かしている際、フィンガ５
ａ，５ｂの接触圧力検出センサ４１が共に上記所定値以
上の圧力を検出している場合に、フィンガ５ａ，５ｂが
共にワーク７１に接触していると判定する。 【００１４】ここで、Ｓ１及びＳ２において、フィンガ
５ａ，５ｂのいずれか若しくは両方がワーク７１に接触
していないと判定された場合には、フィンガ５ａ，５ｂ
の一方若しくは両方が床７０上の段差や障害物と接触し
ていると考えられるため、Ｓ５に進み、回避動作を実行
する。また、Ｓ４において、フィンガ５ａ，５ｂが共に
ワーク７１に接触していないと判定された場合も、同様
であり、Ｓ５に進み、回避動作を実行する。このように
本実施例によれば、Ｓ１〜Ｓ５のステップにより、フィ
ンガ５ａ，５ｂのみを制御することにより、手探り的に
ワーク７１を見つけることができる。フィンガ５ａ，５
ｂにより、ワーク７１を見つけた後は、Ｓ６に進み、ワ
ークを安定状態に把持するための把持動作に移行する。
この把持動作の移行は、具体的には、以下のＳ７〜Ｓ１
６により実行される。先ず、Ｓ７において、縦方向の直
線のみがワーク７１と接触しているか否かを判定する。
この縦方向の直線は、図１８において、直線Ｈ，Ｉで示
される。この判定は、具体的には、フィンガ５ａ，５ｂ
の接触圧力検出センサ４１が縦方向の直線上で所定値以
上の圧力を検出した場合に、縦方向の直線のみがワーク
７１と接触していると判定することにより行われる。 【００１５】次に、縦方向の直線のみがワーク７１と接
触していると判定された場合には、Ｓ８に進み、接触直
線がフィンガ５ａ，５ｂの接触圧力検出センサ４１の右
側に位置しているか否かを判定する。具体的には、図１
８の直線Ｈのように右側に位置する縦方向の直線である
か否かを判定する。接触直線が右側に位置していると判
定された場合には、図１９（左側の図）に示されたよう
な状態と考えられるため、Ｓ９に進み、フィンガ５ａ，
５ｂを図１９に示す矢印の方向に動作させる。これによ
り、安定な把持状態となる。次に、Ｓ８において、接触
直線が左側に位置していると判定された場合には、図１
８の直線Ｉのように左側に位置する縦方向の直線である
と考えられるので、Ｓ１０に進む。この場合は、図２０
（左側の図）に示されたような状態と考えられるため、
Ｓ１０において、フィンガ５ａ，５ｂを図２０に示す矢
印の方向に動作させる。これにより、安定な把持状態と
なる。次に、Ｓ７において、縦方向の直線のみがワーク
７１と接触している状態ではないと判定された場合に
は、Ｓ１１に進み、横又は斜め方向の直線のみがワーク
７１と接触しているか否かを判定する。この横又は斜め
方向の直線は、図１８において、直線Ｊ，Ｋで示され
る。この判定は、具体的には、フィンガ５ａ，５ｂの接
触圧力検出センサ４１が横又は斜め方向の直線上で所定
値以上の圧力を検出した場合に、横又は斜め方向の直線
のみがワーク７１と接触していると判定することにより
行われる。 【００１６】次に、横又は斜め方向の直線のみがワーク
７１と接触していると判定された場合には、Ｓ１２に進
み、フィンガ５ａ，５ｂを図２１に示す矢印の方向に微
小距離だけ動作させる。この後、Ｓ１３において、接触
圧力検出センサ４１のワーク７１との接触面積が増大し
たか否かを判定する。接触面積が増大した場合には、図
２１に示す状態であると考えられるため、フィンガ５
ａ，５ｂを図２１に示す矢印の方向に動作させる。これ
により、安定な把持状態となる。また、Ｓ１３におい
て、接触圧力検出センサ４１のワーク７１との接触面積
が増大したと判定されない場合、即ち、接触面積が減少
したと判定された場合には、Ｓ１５に進む。この場合に
は、図２２に示す状態であると考えられるため、フィン
ガ５ａ，５ｂを図２２に示す矢印の方向に動作させる。
これにより、安定な把持状態となる。次に、Ｓ１１にお
いて、横又は斜め方向の直線のみがワーク７１と接触し
ていると判定されない場合、即ち、縦方向、横又は斜め
方向の直線がワークと接触していないと判定された場合
には、Ｓ１６に進む。このＳ１６において、同一直線上
にない３点以上が接触しているか否かを判定する。具体
的には、フィンガ５ａ，５ｂの接触圧力検出センサ４１
が同一直線上にない３点以上の個所で所定値以上の圧力
を検出した場合に、同一直線上にない３点以上が接触し
ていると判定する。この場合、ワーク７１は、十分安定
した状態でフィンガ５ａ，５ｂに把持されていると考え
られる。 【００１７】次に、上述したように、Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ
１４，Ｓ１５及びＳ１６の各ステップを経た場合には、
ワーク７１は、十分安定した状態でフィンガ５ａ，５ｂ
に把持されていると考えられているため、Ｓ１７に進
み、ロボットアームによる把持動作を移行する。 【００１８】 【発明の効果】以上説明したように本発明のロボットハ
ンドの制御装置によれば、ワークのセット工数及びコス
トの低減を図ることができると共にワークの安定状態で
の保持が可能となる。また、本発明の圧力検出センサに
よれば、簡易な構造により、複数の大きさの圧力を容易
に検出することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明のロボットハンドの制御装置及び圧力検
出センサが適用される産業用ロボットを示すの全体系統
図 【図２】産業ロボットの多指ハンドを示す側面図 【図３】産業用ロボットの多指ハンドに設けられたフィ
ンガを内側から見た正面図 【図４】産業用ロボットの多指ハンドに設けられたフィ
ンガを示す側面図 【図５】図４に示す産業用ロボットの多指ハンドを示す
部分背面図 【図６】フィンガの先端部を示す正面図 【図７】本発明の圧力検出センサの一実施例を示す平面
図 【図８】図７のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図 【図９】図８のＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図 【図１０】図７に示す実施例に用いられる感圧導電ゴム
シートの特性を示す線図 【図１１】図７に示す実施例の作用を説明するための説
明図 【図１２】本発明の圧力検出センサの他の実施例を示す
平面図 【図１３】図１２のＤ−Ｄ線に沿って切断した断面図 【図１４】図１２に示す実施例に用いられる感圧導電ゴ
ムシートの特性を示す線図 【図１５】本発明のロボットハンドの制御装置の一実施
例により実行される制御内容を示すフローチャート 【図１６】図１５に示された制御内容に対応するフィン
ガの動作を説明するためのフィンガの正面図 【図１７】図１５に示された制御内容に対応するフィン
ガの動作を説明するためのフィンガの正面図 【図１８】フィンガとワークの接触位置を示すフィンガ
先端部の正面図 【図１９】図１５に示された制御内容に対応するフィン
ガの動作を説明するためのフィンガ先端部の上方から見
た平面図 【図２０】図１５に示された制御内容に対応するフィン
ガの動作を説明するためのフィンガ先端部の上方から見
た平面図 【図２１】図１５に示された制御内容に対応するフィン
ガの動作を説明するためのフィンガ先端部の側面図 【図２２】図１５に示された制御内容に対応するフィン
ガの動作を説明するためのフィンガ先端部の側面図 【符号の説明】 Ａ 多指ハンド １ 産業用ロボット ２ ロボットのアーム ５ フィンガ ５ａ フィンガ ５ｂ フィンガ ９ 先端リンク ４１ 接触圧力検出センサ ４５ メインコントローラ ５０ スイッチタイプのセンサ ５１ 感圧導電ゴムシート ５２ プリント基板 ５３ 電極 ５４ 端子 ５５ 配線 ５６ スペーサ ５６ａ 第１のスペーサ ５６ｂ 第２のスペーサ ５６ｃ 接着部 ６０ アナログタイプのセンサ ６１ 感圧導電ゴムシート ６２ プリント基板 ６３ 電極 ６４ 端子 ６５ 配線 ７１ ワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−56787（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−251186（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−218045（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−184290（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 13/00 B25J 15/08 B25J 19/02

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 把持部でワークを把持する複数の多関節
   フィンガを備えたロボットハンドの制御装置において、 上記各多関節フィンガの把持部に設けられこの把持部と
   ワークとの接触圧力を複数個所で検出する接触圧力検出
   手段と、 この接触圧力検出手段により上記把持部の縦方向、横方
   向、斜め方向のいずれかの直線上の複数箇所で検出され
   た接触圧力のみが所定値以上の場合には上記多関節フィ
   ンガのワークに対する角度を修正する角度修正手段と、上記圧力検出手段により 上記把持部の同一直線上でない
   ３点以上で検出された接触圧力が共に所定値以上の場合
   には上記多関節フィンガがワークを安定した状態で把持
   していると判定する判定手段と、 を有することを特徴とするロボットハンドの制御装置。