JP3742876B2 - Robot hand, gripping control method of robot hand, robot and robot control method - Google Patents

Robot hand, gripping control method of robot hand, robot and robot control method Download PDF

Info

Publication number
JP3742876B2
JP3742876B2 JP2002048233A JP2002048233A JP3742876B2 JP 3742876 B2 JP3742876 B2 JP 3742876B2 JP 2002048233 A JP2002048233 A JP 2002048233A JP 2002048233 A JP2002048233 A JP 2002048233A JP 3742876 B2 JP3742876 B2 JP 3742876B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
finger
joint
robot
palm
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2002048233A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003245883A (en
Inventor
晴久 川▲崎▼
哲也 毛利
聡 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gifu University
Original Assignee
Gifu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gifu University filed Critical Gifu University
Priority to JP2002048233A priority Critical patent/JP3742876B2/en
Publication of JP2003245883A publication Critical patent/JP2003245883A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3742876B2 publication Critical patent/JP3742876B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、未知の形状物体を好適に把持することができるロボットハンド及びロボットハンドの握り込み制御方法、並びにロボット及びロボットの制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のロボットによる物体の把持に関する制御方法が、文献「前川仁，谷江和雄、小森谷清：指先の転がり接触を考慮した多指ハンドによる三次元圧力の運動学・静力学および剛性効果，日本ロボット学会誌，Vol.16，No.2，pp.205-213,1998」に開示されている（第１の従来技術）。
【０００３】
さらに、未知の形状物体を把持する制御方法が、文献「近野敦，多田充徳，長島功一，稲葉雅幸，井上博允：人間型多指ハンドの開発および手探りによる未知物体の把持実験，日本機械学会論文集（Ｃ編），Vol.65，No.638，pp.4070−4075，1999）に開示されている（第２の従来技術）。
【０００４】
又、手探りをしない他の把持方法として、文献「遠藤博史，和田充雄：触覚情報に基づくシリアルリンクハンドの把持動作制御，日本機械学会論文集（Ｃ編）５９巻，５５９号，pp205−210，1993」の技術が開示されている。この文献には、触覚センサの情報に基づいて２次元物体を把持対象とした把持動作の方法が開示されている（第３の従来技術）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第１の従来技術では、各ロボット指に触覚センサを装備した多指ハンドによる物体把持の定式化を行っているが、制御系が複雑になり、又、接触点近傍の物体局所形状の情報が予め必要であるため、未知物体の把持には適用できない問題がある。
【０００６】
又、第２の従来技術では、各指に触覚センサを装備し、物体の把持の前に手探りで把持すべき点を探し、この後、物体に指を巻つける把持動作を行うため、物体把持までの時間が長くなる問題がある。
【０００７】
又、第３の従来技術では、隣接する能動関節が独立に制御されていないため、把持の安定性は、物体形状に依存する問題がある。また、対象とする物体は２次元的な物体に限定される問題がある。
【０００８】
ところで、生後約１０ヶ月までの乳児の手に物体を接触させたとき、拇指と他の４本の指を屈曲させて物体を把持し、さらに物体を把持した後に乳児の手から物体を引き離そうとすると、乳児はさらに強く物体を握りしめる握り反射がある。この握り反射は、未知物体の把持におけるロバストな把持方法である。
【０００９】
本発明は、このような乳児の握り反射に着目してなされたものである。
すなわち、本発明の目的は、乳児が行う握り反射を模擬し、物体把持まで時間を要せず、物体形状に依存しないで安定して未知の形状物体を把持することができるロボットハンド及びロボットハンドの握り込み制御方法を提供することにある。
【００１０】
さらに、ロボット及びロボットの制御方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、握り込み動作が可能な複数の第１能動関節により複数の指リンクが連結された指を掌に備え、前記指リンクのうち、掌側の指リンクと掌との間には、前記第１能動関節の握り込み動作の方向とは直交する方向の回転であって、関節軸を中心に往復回転する単一の第２能動関節を備えたロボットハンドの握り込み制御方法において、物体を握り込みする際に、前記指の第１能動関節を握り込み動作するように所定速度で速度制御する第１ステップと、第１ステップの制御により、指リンクが前記物体に接触した際に、接触した前記指リンクの根元側に位置する第１能動関節を、前記指リンクに作用する接触力が所定値となるように力制御する第２ステップとを含み、前記第２ステップでは、前記関節軸に交差し、指先側の指リンクと物体との接触点を結ぶ直線が、指の中心線に位置するように位置制御することを特徴とするロボットハンドの握り込み制御方法を要旨とするものである。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１において、前記第１ステップは、前記物体が指又は掌に接触したことを起点として開始することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、前記第１ステップでは、指の根元側に位置する第１能動関節ほど指先側に位置する他の第１能動関節よりも、前記所定速度を相対的に大きな値にして速度制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項において、前記複数の指リンクに係る複数の第１能動関節に対して、独立して前記第１ステップ及び第２ステップを実行制御することを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、握り込み動作が可能な複数の第１能動関節により複数の指リンクが連結された指を掌に備え、前記指リンク及び掌に接触力を検出する触覚手段を備え、前記第１能動関節の作動に応じた物理量を検出する物理量検出手段を備え、前記指リンクのうち、掌側の指リンクと掌との間には、前記第１能動関節の握り込み動作の方向とは直交する方向の回転であって、関節軸を中心に往復回転する単一の第２能動関節を備えたロボットハンドにおいて、物体を握り込みする際に、前記指の第１能動関節を握り込み動作するように前記物理量検出手段の検出値に基づいて所定速度で速度制御する第１制御手段と、前記第１制御手段の制御により、指リンクが前記物体に接触した際に、接触した前記指リンクの根元側に位置する第１能動関節を、前記指リンクに作用する接触力が所定値となるように前記触覚手段が検出した接触力に基づいて力制御する第２制御手段を備え、前記第２制御手段は、前記関節軸に交差し、指先側の指リンクと物体との接触点を結ぶ直線が、指の中心線に位置するように前記第２能動関節を位置制御することを特徴とするロボットハンドを要旨とするものである。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項５において、前記第１制御手段は、前記物体が指又は掌に接触したことを起点として前記速度制御を開始することを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項５又は請求項６において、前記第１制御手段は、指の根元側に位置する第１能動関節ほど指先側に位置する他の第１能動関節よりも、前記所定速度を相対的に大きな値にして速度制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項５乃至請求項７のうちいずれか１項において、前記複数の指リンクに係る複数の第１能動関節のそれぞれに対して、第１制御手段及び第２制御手段は、独立して実行制御することを特徴とする。
【００１９】
請求項９の発明は、握り込み動作が可能な複数の第１能動関節により複数の指リンクが連結された指を掌に備え、前記指リンクのうち、掌側の指リンクと掌との間には、前記第１能動関節の握り込み動作の方向とは直交する方向の回転であって、関節軸を中心に往復回転する単一の第２能動関節を備えたロボットハンドを有し、同ロボットハンドをロボットアームに連結したロボットの制御方法において、物体が前記ロボットハンドの掌に接触したとき、掌でのその接触位置が、掌の所定位置となるように、前記ロボットアームを制御する第１ステップと、物体を握り込みする際に、前記指の第１能動関節を握り込み動作するように所定速度で速度制御する第２ステップと、前記速度制御後に、指リンクが前記物体に接触した際に、接触した前記指リンクの根元側に位置する第１能動関節を、前記指リンクに作用する接触力が所定値となるように力制御する第３ステップとを含み、前記第３ステップでは、前記関節軸に交差し、指先側の指リンクと物体との接触点を結ぶ直線が、指の中心線に位置するように位置制御することを特徴とするロボットの制御方法を要旨とするものである。
【００２０】
請求項１０の発明は、請求項９において、前記第１ステップは、前記物体が指又は掌に接触したことを起点として開始することを特徴とする。
請求項１１の発明は、請求項１０において、前記第２ステップは、第１ステップの制御が終了後、開始することを特徴とする。
【００２３】
請求項１２の発明は、請求項９乃至請求項１１のうちいずれか１項において、前記複数の指リンクに係る複数の第１能動関節に対して、独立して前記第２ステップ及び第３ステップを実行制御することを特徴とする。
【００２４】
請求項１３の発明は、握り込み動作が可能な複数の第１能動関節により複数の指リンクが連結された指を掌に備え、前記指リンク及び掌に接触力を検出する触覚手段を備え、前記第１能動関節の作動に応じた物理量を検出する物理量検出手段を備え、前記指リンクのうち、掌側の指リンクと掌との間には、前記第１能動関節の握り込み動作の方向とは直交する方向の回転であって、関節軸を中心に往復回転する単一の第２能動関節を備えたロボットハンドを有し、同ロボットハンドをロボットアームに連結したロボットにおいて、物体が前記ロボットハンドの掌に接触したとき、掌でのその接触位置が、掌の所定位置となるように、前記ロボットアームを制御するロボットアーム制御手段と、物体を握り込みする際に、前記指の第１能動関節を握り込み動作するように前記物理量検出手段の検出値に基づいて所定速度で速度制御する第１制御手段と、前記第１制御手段の制御により、指リンクが前記物体に接触した際に、接触した前記指リンクの根元側に位置する第１能動関節を、前記指リンクに作用する接触力が所定値となるように前記触覚手段が検出した接触力に基づいて力制御する第２制御手段を備え、前記第２制御手段は、前記関節軸に交差し、指先側の指リンクと物体との接触点を結ぶ直線が、指の中心線に位置するように前記第２能動関節を位置制御することを特徴とするロボットを要旨とするものである。
【００２５】
請求項１４の発明は、請求項１３において、前記第１制御手段は、前記物体が指又は掌に接触したことを起点として前記速度制御を開始することを特徴とする。
【００２６】
請求項１５の発明は、請求項１３又は請求項１４において、前記第１制御手段は、指の根元側に位置する第１能動関節ほど指先側に位置する他の第１能動関節よりも、前記所定速度を相対的に大きな値にして速度制御することを特徴とする。
【００２８】
請求項１６の発明は、請求項１３乃至請求項１５のうちいずれか１項において、前記複数の指リンクに係る複数の第１能動関節のそれぞれに対して、第１制御手段及び第２制御手段は、独立して実行制御することを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜図１１を参照して説明する。
図１はロボットハンドを有するロボットの概略を示す斜視図、図２は握り反射の説明図、図３はロボットにおける７自由度の関節機構の説明図である。
【００３０】
ロボットＲは、肩部１１Ａを備えたベース１１、アーム部１２、及びロボットハンド１３を備えており、７自由度ロボットとして構成されている。
肩部１１Ａは、軸線Ｍ１，Ｍ２を備えた２つの部位からなり、軸線Ｍ１は、ベース１１に対して関節ｋ１を介して連結され、軸線Ｍ２は関節ｋ２を介して軸線Ｍ１に対して連結されている。関節ｋ１，ｋ２は、軸線Ｍ１，Ｍ２をそれぞれ同軸線の周りで回転させるためのものである。
【００３１】
アーム部１２は、第１アーム１２Ａ、第２アーム１２Ｂを備えている。第１アーム１２Ａの軸線Ｌ１は、関節ｋ３を介して軸線Ｍ２に連結されている。第２アーム１２Ｂの軸線Ｌ２は、関節ｋ４を介して軸線Ｌ１に連結されている。前記関節ｋ３は、軸線Ｌ１を軸線Ｍ２に対して屈曲するためのもの、関節ｋ４は軸線Ｌ２を軸線Ｌ１に屈曲するためのものである。関節ｋ５は、軸線Ｌ２の周りで軸線Ｌ２を回転するためのものである。
【００３２】
ロボットハンド１３の掌１４は関節ｋ６，ｋ７を介して連結されている。関節ｋ６は掌１４を回転するためのものであり、関節ｋ７は、掌１４を軸線Ｌ２に対して屈曲するためのものである。
【００３３】
前記関節ｋ４は、肘関節であって、関節ｋ４の位置は関節ｋ３，ｋ６を結ぶ線Ｎを中心とする回転軌道上において、任意の角度φを得ることができる。
前記関節ｋ１〜ｋ７は、能動関節であって、モータ等の駆動装置が連結されており、同駆動装置により、所定の回転、又は屈曲を付与する。
【００３４】
又、各関節ｋ１〜ｋ７にはエンコーダｅ１〜ｅ７が設けられ（図４参照）、同エンコーダｅ１〜ｅ７により、各関節ｋ１〜ｋ７の現在位置を示す検出角度が検出される。そして、これらの検出角度に基づいて後記するロボット制御装置２０により、掌位置Ｓ（掌１４の中心位置）が演算可能とされている。
【００３５】
エンコーダｅ１〜ｅ７は、ロボットアーム物理量検出手段に相当する。関節ｋ１〜ｋ７、アーム部１２は、ロボットアームを構成している。
次に、ロボットハンド１３について説明する。
【００３６】
本実施形態のロボットハンド１３は人間と同様に掌１４と、拇指１５と４本の指１６を備えている。
なお、本明細書の詳細な説明の中において、ロボットハンド１３に関して、単に「指」と記載している場合は、拇指１５及び指１６も含む趣旨であるが、実施形態において、符号付の「指１６」は、拇指１５を含まない趣旨である。
【００３７】
拇指１５は４関節４自由度を備えている。すなわち、拇指１５は第１指リンク〜第３指リンク１５ａ〜１５ｃを備え、第１指リンク１５ａは、関節軸Ｗを中心にして第１関節Ｐ１により、内外転可能（往復回転可能）にされている（図９参照）。なお、内外転とは、掌１４を含む仮想平面Ｓ１に沿った回転であって、前記関節軸Ｗは、仮想平面Ｓ１に対して直交する。第２関節Ｐ２による屈曲方向の回転と、第１関節Ｐ１による内外転する方向の回転は、互いに直交する方向の回転とされている。
【００３８】
又、第１指リンク１５ａは第２関節Ｐ２により、図８に示すように掌１４を含む仮想平面Ｓ１に沿った位置を起点として、掌１４に向かう屈曲方向と屈曲した位置から反屈曲方向に移動可能とされている。なお、掌１４に向かう屈曲方向の場合を前屈といい、反屈曲方向を後屈ということがある。第２指リンク１５ｂは、第３関節Ｐ３により、第１指リンク１５ａに対して掌１４に向かう屈曲方向と屈曲した位置から反屈曲方向に移動可能とされている。又、第３指リンク１５ｃは、第４関節Ｐ４により、第２指リンク１５ｂに対して掌１４に向かう屈曲方向と屈曲した位置から反屈曲方向に移動可能とされている。なお、拇指１５は、その第３指リンク１５ｃの先端（指先）が、他の指１６の第３指リンク１６ｃの先端（指先）に対して対向可能に配置されている。
【００３９】
前記拇指１５の４つの関節はモータ等からなるそれぞれ１つのアクチュエータで駆動される。本実施形態では、アクチュエータはモータから構成されている。又、拇指１５を除く、他の指１６は４関節３自由度を備えている。
【００４０】
すなわち、他の指１６は第１指リンク〜第３指リンク１６ａ〜１６ｃを備え、第１指リンク１６ａは、第１関節Ｐ１により、内外転可能（往復回転可能）にされている（図９参照）。なお、内外転とは、掌１４を含む仮想平面Ｓ１に沿った回転であって、前記関節軸Ｗは、仮想平面Ｓ１に対して直交する。第２関節Ｐ２による屈曲方向の回転と、第１関節Ｐ１による内外転する方向の回転は、互いに直交する方向の回転とされている。
【００４１】
第２指リンク１６ｂは、第３関節Ｐ３により、第１指リンク１６ａに対して掌１４に向かう屈曲方向と屈曲した位置から反屈曲方向に移動可能とされている。又、第３指リンク１６ｃは、第４関節Ｐ４により、第２指リンク１６ｂに対して掌１４に向かう屈曲方向と屈曲した位置から反屈曲方向に移動可能とされている。
【００４２】
拇指１５以外の他の指１６では、指先側の２つの関節（第３関節Ｐ３と第４関節Ｐ４）は、モータ等からなる１つのアクチュエータで駆動され、残りの他の関節（第１関節Ｐ１と第２関節Ｐ２）はそれぞれ１つのモータ等からなるアクチュエータにて駆動されるように構成されている。すなわち、拇指１５以外の他の４本の指では、第３関節Ｐ３と第４関節Ｐ４とは連動するように構成されている。
【００４３】
拇指１５の第２〜第４関節Ｐ２〜Ｐ４は握り込み動作が可能な第１能動関節に相当する。又、拇指１５を除く指１６の第２及び第３関節Ｐ２，Ｐ３は握り込み動作が可能な第１能動関節に相当する。又、拇指１５、及び指１６の第１関節Ｐ１は、指リンクのうち、掌側の指リンクと掌との間に設けられ、第１能動関節の握り込み動作の方向とは直交する方向の回転であって、関節軸を中心に往復回転する単一の第２能動関節に相当する。又、拇指１５及び指１６の屈曲方向は握り込み動作の方向に相当する。
【００４４】
拇指１５の第１〜第４関節Ｐ１〜Ｐ４、及び拇指１５を除く他の指１６の第１〜第３関節Ｐ１〜Ｐ３にはそれぞれエンコーダｆ１〜ｆ４、又はｆ１〜ｆ３が設けられ（図４参照）、同エンコーダにより、各関節の現在位置を示す検出角度が検出される。前記エンコーダｆ１〜ｆ４は、物理量検出手段に相当する。
【００４５】
掌１４、並びに拇指１５、及び他の４本の指１６の指腹部には所定の面積を有する触覚センサ１８がそれぞれ設けられている。本実施形態では、触覚センサ１８は、掌１４又は各指リンクに物が接触した際の接触力を検出するためのものである。各触覚センサ１８は、所定の広がりを有する面積Ｈを備えており、所定面積単位Ｈ１（＜Ｈ）毎に接触力が検出できるようにされている。
【００４６】
図４は、ロボットＲを制御するロボット制御装置２０（ＥＣＵ）の電気ブロック図である。ロボット制御装置２０は、ロボットアーム制御手段、第１及び第２制御手段に相当する。
【００４７】
ロボット制御装置２０には、拇指１５の触覚センサ１８、エンコーダｆ１〜ｆ４が接続されている。又、拇指１５を除く他の指の触覚センサ１８、エンコーダｆ１〜ｆ３が接続されている。又、掌１４の触覚センサ１８並びにエンコーダｅ１〜ｅ７が接続されている。
【００４８】
又、ロボット制御装置２０は、拇指１５、指１６の各エンコーダｆ１〜ｆ３，ｆ１〜ｆ４、並びにベース１１、アーム部１２に設けたエンコーダｅ１〜ｅ７からの検出角度に基づいて各種制御を行うための制御値を演算し、その制御値を拇指１５、各指１６、並びにｋ１〜ｋ７の各駆動装置に出力する。駆動装置はその制御値に基づいて、アクチュエータ（関節Ｐ１〜Ｐ４のモータ、関節ｋ１〜ｋ７のモータ）を駆動する。
【００４９】
なお、図４においては、説明の便宜上、指１６用については、出力側は１つの指１６用のみを図示し、他の指１６用については、簡略してブロックのみ図示している。又、同図では、入力側の指１６用については、拇指１５用とは、ｆ４のみが省略された構成の相違だけであるため、簡略してブロックのみ図示している。
【００５０】
ロボット制御装置２０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えており、ＲＡＭには、前記各種制御を実行するためのプログラムがロードされているものとする。
【００５１】
（実施形態の作用）
さて、上記のように構成されたロボットの作用について説明する。
本実施形態でのロボットの制御は、未知形状物体把持のための、生後１０ヶ月ごろまで乳児が行う握り反射を模した制御方法により行う。
【００５２】
握り反射とは、生後１０ヶ月まで乳児は掌に棒を当てると５本の指を屈曲させ、棒を強固に把握し、棒を引き離そうとすると、さらに強固に把握することである。図２は握り反射の説明図である。本実施形態では、触覚センサ１８により、刺激、筋肉、掌の皮膚を置き換える。又、ロボット制御装置２０により、大脳運動野、脊髄を置き換える。又、ロボットハンド１３に不随のアクチュエータを手を曲げる筋肉に置き換えるものである。
【００５３】
なお、握り反射は、手が物体に接触し発生する握り動作と、手から物体を引き離そうとしたときに起こる保持動作の２つの状態に分けられる。
本実施形態では、特に、前者の握り動作の状態について、模している。
【００５４】
この握り動作について考察すると、この動作は、把持対象である物体の接触点数を最大化し、物体を拇指１５と他の指１６で包み込むことができるため、未知形状物体の把持の可能性をより高めるものである。
【００５５】
図５は、本実施形態のロボット制御装置２０が実行するアーム部制御プログラムであり、所定の周期で実行する。
ステップ１０（以下、ステップをＳという）では、物体Ｂが掌１４の触覚センサ１８に接触したか否かを判定する。物体Ｂがロボットハンド１３に接触すると、前記触覚センサ１８がロボット制御装置２０に検出信号を入力するため、Ｓ１０の判定を「ＹＥＳ」として、Ｓ２０に移行し、検出信号を入力していない場合には、Ｓ１０の判定を「ＮＯ」として、このプログラムを一旦終了する。
【００５６】
Ｓ２０に移行すると、ロボット制御装置２０はロボットハンド１３と物体Ｂとの接触点（接触位置）が掌１４の中央部（中心位置：以下、掌位置Ｓという）に移動するように、各関節ｋ１〜ｋ７のアクチュエータを駆動してアーム部１２、及び掌１４の位置制御を行う。
【００５７】
すなわち、掌１４の触覚センサ１８は、所定の広がりを有する面積Ｈを備えており、所定面積単位Ｈ１毎に接触力が検出できるようにされている。そして、接触力の分布の中心位置を接触点とし、ロボット制御装置２０は、前記接触点となりうる座標位置と、掌位置Ｓの座標位置を、予めＲＯＭに格納している。
【００５８】
そして、ロボット制御装置２０は前記接触点が、掌位置Ｓ（掌１４の中心位置）と一致するように、各関節ｋ１〜Ｋ７のモータに設けたエンコーダｅ１〜ｅ７の検出角度に基づいて、アーム部１２等の関節ｋ１〜ｋ７のアクチュエータを位置制御する。
【００５９】
この位置制御を終了すると、ロボット制御装置２０は図６に示す握り込み制御プログラムを実行する。なお、この握り込み制御プログラムは、拇指１５においては、第２関節Ｐ２〜第４関節Ｐ４に対して、他の４本の指１６においては第２関節Ｐ２及び第３関節Ｐ３に対して、それぞれ所定周期毎に順次実行する。
【００６０】
ここで、本制御プログラムの原理について説明する。
本制御プログラムでは、前述した拇指１５の第２関節Ｐ２〜第４関節Ｐ４及び指１６の第２関節Ｐ２，第３関節Ｐ３にそれぞれ隣接する指先側に位置する指リンクの接触力が目標接触力に一致するように、各関節に対して独立に制御するものである。
【００６１】
なお、本制御プログラム中の説明では、拇指１５、及び拇指１５以外の指１６も含めて単に指として説明する。
図８は、ｉ番目の指と物体Ｂとの間の接触状態を示している。ただし、θijとＦijはそれぞれｉ番目の指のｊ番目の関節角と、ｊ番目の指リンクの接触力の総和を表している。なお、図８において、便宜上、Ｆi0は、掌１４の接触力の総和としている。ロボットハンド１３の指が物体Ｂと非接触時には速度制御、物体Ｂと接触時には力制御を行うことが好適である。なお、前記接触力の総和は、各触覚センサ１８は、前記したように面積Ｈを有し、かつ所定面積単位Ｈ１毎に接触力が検出できるようにされていることから、この面積Ｈ分にて検出した接触力の総和を意味する。接触力の総和Ｆijは、検出したその時々にＣＰＵにて演算される。
【００６２】
ｉ指のｊ関節を駆動するモータ入力Ｅijは、式（１）で設定している。
【００６３】
【数１】

Figure 0003742876
ここで（１）式中のＫVijはｉ指のｊ関節の速度フィードバックゲインである。
【００６４】
又、
【００６５】
【数２】
Figure 0003742876
はｉ指のｊ関節の目標速度である。
【００６６】
（指が物体Ｂに非接触の場合）
ロボットハンド１３に物体Ｂが接触し、指の屈曲が始まり、指が物体Ｂに接触するまでの間には、各関節の目標速度は下記の（２）式で与えている。
【００６７】
【数３】
Figure 0003742876
ここで、上記（２）式中の
【００６８】
【数４】
Figure 0003742876
は関節の一定目標速度である。
【００６９】
本実施形態では、前記各関節の目標速度は指の根元側に位置している関節ほど相対的な大きな値とし、指先側に位置している関節ほど相対的に小さな値としている。これによって、一般的には、指の根元側の指リンクから物体Ｂに接触することになる。
【００７０】
（指が物体Ｂに接触した場合）
指の屈曲により、指が物体Ｂに接触している間は、各関節の目標速度は下記の（３）式に設定している。
【００７１】
【数５】
Figure 0003742876
ここで、（３）式中のＫfijは力フィードバックゲイン、Ｋfgijは力積分ゲイン、Ｆdijは目標接触力である。これらは、接触状態にある指リンクを力フィードバック制御することを意味している。均一な力での把持を実現するときには、すべての目標接触力を同じ値にする。
【００７２】
上記のことを前提として、図６に示す制御プログラムが実行されると、Ｓ５０で、拇指１５又は他の指１６の触覚センサ１８が物体Ｂの接触を検出したか否かを判定する。物体Ｂの接触がない場合には、Ｓ６０に移行する。
【００７３】
Ｓ６０では、前記（２）式で各関節の目標速度を設定し、Ｓ８０に移行する。物体Ｂの接触があった場合には、Ｓ７０に移行し、前記（３）式で、各関節の目標速度を設定する。すなわち、Ｓ７０では、力フィードバック制御するための設定が行われる。
【００７４】
Ｓ６０又はＳ７０からＳ８０に移行すると、Ｓ８０では前記（１）式でモータ入力を演算する。次のＳ９０で、当該制御すべき関節に係る駆動装置に対して、Ｓ８０で演算したモータ入力値（制御値）を出力し、この制御プログラムを一旦終了する。入力された駆動装置は、このモータ入力値に基づいてモータを駆動し、当該関節を駆動する。
【００７５】
（従属な関係を有する指１６について）
本実施形態では、指１６については、第３関節Ｐ３と第４関節Ｐ４とは連動して動くため、その２つの関節を独立制御していない。このため、第２指リンク１５ｂと第３指リンク１５ｃとが物体Ｂと同時に接触している場合には、目標接触力はＦi3とＦi4との間でどちらか大きな方を選択し、それが目標値となるように本実施形態では、制御している。
【００７６】
（第１関節の内外転制御）
次に、図７は、拇指１５及び指１６の第１関節Ｐ１の内外転制御プログラムであって、ロボット制御装置２０は、それぞれ所定周期毎に順次実行する。
【００７７】
この制御プログラムは、第１関節Ｐ１を物体Ｂの大きさに合わせて拇指１５及び指１６が内外転駆動して位置制御するためのものである。
図７に示す制御プログラムが実行されると、Ｓ１００で、拇指１５又は他の指１６の触覚センサ１８が物体Ｂの接触を検出したか否かを判定する。物体Ｂの接触がない場合には、判定を「ＮＯ」とし、この制御プログラムを一旦終了する。
【００７８】
物体Ｂが拇指１５又は他の指１６の触覚センサ１８に触れていると、触覚センサ１８がロボット制御装置２０に検出信号を入力するため、Ｓ１００の判定を「ＹＥＳ」として、Ｓ１１０に移行する。
【００７９】
Ｓ１１０に移行すると、ロボット制御装置２０はｉ指の第１関節Ｐ１を駆動するモータ入力Ｅi１は下記式（４）で設定する。
【００８０】
【数６】
Figure 0003742876
ここで、（４）式中のＫpi1は位置フィードバックゲイン、θdi1は目標関節角である。目標関節角θdi1は、図９に示すように、拇指１５や他の指１６の中心線Ｔと、各指リンクにおいて分布して存在する接触点ｑ１〜ｑ３の最小二乗近似直線Ｑが一致するように最小二乗法を用いて別の図示しない制御プログラムにより決定している。
【００８１】
この最小二乗近似直線Ｑは、第１関節Ｐ１の関節軸Ｗと交差するように決定している。最小二乗近似直線Ｑは、指先側の指リンクと物体との接触点を結ぶ直線に相当する。
【００８２】
ロボット制御装置２０はモータ入力Ｅi１を演算すると、このモータ入力値（制御値）を第１関節Ｐ１の当該駆動装置に出力し、この制御プログラムを一旦終了する。前記モータ入力値（制御値）が入力された駆動装置は、このモータ入力値に基づいてモータを駆動し、当該第１関節Ｐ１を駆動する。
【００８３】
上記のように、本実施形態によれば、未知形状の物体Ｂに対して器用な把持を実現できる。
物体Ｂがロボットハンド１３に接触すると、各指リンク１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃは接触を実現するために、指が屈曲しはじめる。第３指リンク１５ｃ，１６ｃの先端（以下、指先という）が接触し、指の根元側の指リンクが物体Ｂに接触しない場合（図１０参照）、第２関節Ｐ２は目標速度となるように制御されるため、指先の接触力が増大する。しかし、第３関節Ｐ３の力制御により、物体Ｂの表面から指を引き離す方向に駆動されて指先の接触力は目標接触力に調整されることになる（図１１の矢印参照）。その結果、指先は屈曲方向とは反対方向に開き、根元側の指リンクが物体Ｂに接触するようになる。そして、最終的に、各指リンクにおける接触点が目標接触力で制御される。
【００８４】
一方、指の根本側の指リンクが物体Ｂに接触し、指先が接触しない場合、指先は物体Ｂ表面へ向かう方向に速度制御される。その結果、指先が閉じ（指先側の指リンクが屈曲し）、指先が物体Ｂに接触するようになり、各接触点は、所定の目標接触力で制御される。この結果、最終的には、全ての物体Ｂに対する接触力は一様な力に調整されることになる。
【００８５】
又、拇指１５、及び指１６と物体Ｂとの接触時においては、図９に示すように第１関節Ｐ１は、指の中心線Ｔと、接触点と第１関節Ｐ１とを結ぶ最小二乗近似直線Ｑとがほぼ一致する角度となるように位置制御するため、指の側部に物体Ｂが接触しても、指の腹部中心に接触するようになる。この結果、物体Ｂの大きさに応じた指の開きが実現される。この結果、物体Ｂへの接触点を最大化することができる。
【００８６】
又、拇指１５と他の指１６とで物体Ｂを包み込むことができる。
本実施形態によると、次のような作用効果を奏する。
（１） 本実施形態では、物体Ｂを握り込みする際に、指リンクが物体Ｂに非接触時には、拇指１５の第２〜第４関節Ｐ２〜Ｐ４（第１能動関節）、指１６の第２及び第３関節Ｐ２，Ｐ３（第１能動関節）を握り込み動作するように所定速度で速度制御するようにした（請求項１の第１ステップ）。そして、この後、指リンクが物体Ｂに接触した際に、接触した前記指リンクの根元側に位置する拇指１５の第２〜第４関節Ｐ２〜Ｐ４、指１６の第２及び第３関節Ｐ２，Ｐ３を、前記指リンクに作用する接触力が目標接触力（所定値）となるように力制御するようにした（請求項１の第２ステップ）。
【００８７】
この結果、物体Ｂの把持まで時間を要せず、物体形状に依存しないで安定して未知の形状物体を把持することができる。
特に、本実施形態では、指１６とこの指に対向する拇指１５を設けているため、これらで物体Ｂを包み込むことができる。この点からも把持する対象の物体Ｂに接触の形状情報を利用する必要がない。
【００８８】
（２） 本実施形態では、速度制御を行うステップ（請求項１の第１ステップ）は、物体Ｂが掌１４に接触したことを起点として開始するようにした。
この結果、物体Ｂに掌１４が接触したとき、上記（１）の作用効果を実現できる。
【００８９】
（３） 本実施形態では、速度制御を行うステップ（請求項１の第１ステップ）では、指の根元側に位置する拇指１５の第２〜第４関節Ｐ２〜Ｐ４、指１６の第２及び第３関節Ｐ２，Ｐ３ほど指先側に位置する他の関節よりも、目標速度（所定速度）を相対的に大きな値にして速度制御するようにした。
【００９０】
この結果、一般的には、指の根元側の指リンクから把持する物体Ｂに接触することが可能となる。
（４） 本実施形態のロボットハンドの握り込み制御方法では、拇指１５及び指１６の屈曲方向（握り込み動作の方向）とは直交する方向の回転であって、関節軸Ｗを中心に往復回転する第１関節Ｐ１（第２能動関節）を備えるようにした。そして、次のステップ（請求項１の第２ステップ）において、第１関節Ｐ１の内外転制御では、関節軸Ｗ軸に交差し、指先側の指リンクの物体Ｂとの接触点を結ぶ最小二乗近似直線Ｑが、指の中心線Ｔに位置するように位置制御するようにした。
【００９１】
この結果、指の側部に物体Ｂが接触しても、指の腹部中心に接触するようになり、物体Ｂの大きさに応じた指の開きが実現される。
（５） 本実施形態のロボットハンドの握り込み制御方法では、複数の指リンクに係る拇指１５の第２〜第４関節Ｐ２〜Ｐ４、指１６の第２及び第３関節Ｐ２，Ｐ３（第１能動関節）を、独立して各ステップを実行制御するようにした。
【００９２】
この結果、各関節は独立に安定に制御されるため、把持の安定性が確保できる。
（６） 本実施形態のロボットハンド１３では、第２関節Ｐ２〜第４関節Ｐ４（第１能動関節）にて複数の指リンクを連結構成した拇指１５を、掌１４に備えるようにした。又、第２関節Ｐ２及び第３関節Ｐ３（第１能動関節）にて複数の指リンクを連結構成した複数の指１６を、掌１４に備えるようにした。
【００９３】
そして、指リンク及び掌１４に接触力を検出する触覚センサ１８（触覚手段）を備えた。又、第２関節Ｐ２〜第４関節Ｐ４の作動に応じた角度（物理量）を検出するエンコーダｆ１〜ｆ４（物理量検出手段）を備えるようにした。
【００９４】
そして、ロボット制御装置２０（第１制御手段）は、物体Ｂを握り込みする際に、拇指１５の第２関節Ｐ２〜第４関節Ｐ４、及び指１６の第２関節Ｐ２及び第３関節Ｐ３を握り込み動作するようにエンコーダｆ１〜ｆ４の検出角度（検出値）に基づいて目標速度（所定速度）で速度制御するようにした。
【００９５】
さらに、ロボット制御装置２０（第２制御手段）は、指リンクが物体Ｂに接触した際に、接触した指リンクの根元側に位置する第２〜第４関節Ｐ４を、指リンクに作用する接触力が所定値となるように触覚センサ１８が検出した接触力に基づいて力制御するようにした。
【００９６】
この結果、物体Ｂの把持まで時間を要せず、物体形状に依存しないで安定して未知の形状物体を把持することができる。
（７） 本実施形態のロボットハンド１３では、ロボット制御装置２０（第１制御手段）は、物体Ｂ体が掌１４に接触したことを起点として速度制御を開始するようにした。
【００９７】
この結果、物体Ｂに掌１４が接触したとき、上記（５）の作用効果を実現できる。
（８） 本実施形態のロボットハンド１３では、ロボット制御装置２０（第１制御手段）は、指の根元側に位置する拇指１５の関節、及び指１６の関節ほど指先側に位置する他の関節よりも、目標速度（所定速度）を相対的に大きな値にして速度制御するようにした。
【００９８】
この結果、一般的には、指の根元側の指リンクから把持する物体Ｂに接触することが可能となる。
（９） 本実施形態のロボットハンド１３では、拇指１５及び指１６の屈曲方向（握り込み動作の方向）とは直交する方向の回転であって、関節軸Ｗを中心に往復回転する第１関節Ｐ１（第２能動関節）を備えるようにした。
【００９９】
そして、ロボット制御装置２０（第２制御手段）は、第１関節Ｐ１の内外転制御では、関節軸Ｗ軸に交差し、指先側の指リンクの物体Ｂとの接触点を結ぶ最小二乗近似直線Ｑが、指の中心線Ｔに位置するように位置制御するようにした。
【０１００】
この結果、指の側部に物体Ｂが接触しても、指の腹部中心に接触するようになり、物体Ｂの大きさに応じた指の開きが実現される。
（１０） 本実施形態では、複数の指リンクに係る拇指１５の第２関節Ｐ２〜第４関節Ｐ４、及び指１６の第２関節Ｐ２及び第３関節Ｐ３（第１能動関節）のそれぞれに対して、ロボット制御装置２０（第１制御手段及び第２制御手段）は、独立して実行制御した。
【０１０１】
この結果、各関節は独立に安定に制御されるため、把持の安定性が確保できる。
（１１） 本実施形態では、物体Ｂがロボットハンド１３の掌１４に接触したとき、掌１４でのその接触位置が、掌の中心位置である掌位置Ｓ（所定位置）となるように、関節ｋ１〜ｋ７、及びアーム部１２（ロボットアーム）を制御するようにした（請求項９の第１ステップ）。そして、物体Ｂを握り込みする際に、指リンクが物体Ｂに非接触時には、拇指１５の第２〜第４関節Ｐ２〜Ｐ４（第１能動関節）、指１６の第２及び第３関節Ｐ２，Ｐ３（第１能動関節）を握り込み動作するように所定速度で速度制御するようにした（請求項９の第２ステップ）。
【０１０２】
さらに、この後、指リンクが物体Ｂに接触した際に、接触した前記指リンクの根元側に位置する拇指１５の第２〜第４関節Ｐ２〜Ｐ４、指１６の第２及び第３関節Ｐ２，Ｐ３を、前記指リンクに作用する接触力が目標接触力（所定値）となるように力制御するようにした（請求項９の第３ステップ）。
【０１０３】
この結果、上記（１）の効果に加えて、掌１４の中心位置に物体Ｂを位置させた上で、物体Ｂを把持することができる。
（１２） 本実施形態では、前記（１１）の第１ステップは、物体Ｂが掌１４に接触したことを起点として開始するようにした。
【０１０４】
この結果、物体Ｂに掌１４が接触した時、上記（１１）の作用効果を実現できる。
（１３） 本実施形態では、前記（１１）の第２ステップは、（１１）の第１ステップの制御が終了後、開始するようにした。
【０１０５】
この結果、（１１）の第１ステップのアーム部１２等の位置制御が完了しているため、同時に両ステップを実行する場合に比してロボット制御装置２０の演算負荷を軽減することができる。
【０１０６】
（１４） 本実施形態では、前記（１１）の第２ステップ（請求項９の第２ステップ）では、指の根元側に位置する拇指１５の第２〜第４関節（第１能動関節）、指１６の第２及び第３関節（第１能動関節）ほど指先側に位置する他の関節よりも、目標速度を相対的に大きな値にして速度制御するようにした。
【０１０７】
この結果、一般的には、指の根元側の指リンクから把持する物体に接触することが可能となる。
（１５） 本実施形態のロボットＲのロボットハンドの握り込み制御方法では、拇指１５及び指１６の屈曲方向（握り込み動作の方向）とは直交する方向の回転であって、関節軸Ｗを中心に往復回転する第１関節Ｐ１（第２能動関節）を備えるようにした。そして、次のステップ（請求項９の第３ステップ）において、第１関節Ｐ１の内外転制御では、関節軸Ｗ軸に交差し、指先側の指リンクの物体Ｂとの接触点を結ぶ最小二乗近似直線Ｑが、指の中心線Ｔに位置するように位置制御するようにした。
【０１０８】
この結果、指の側部に物体Ｂが接触しても、指の腹部中心に接触するようになり、物体Ｂの大きさに応じた指の開きが実現される。
（１６） 本実施形態のロボットの制御方法では、複数の指リンクに係る拇指１５の第２〜第４関節Ｐ２〜Ｐ４、指１６の第２及び第３関節Ｐ２，Ｐ３（第１能動関節）を、独立して各ステップを実行制御するようにした。
【０１０９】
この結果、ロボットＲとして上記（５）と同様の効果を得ることができる。
（１７） 本実施形態では、上記（６）で述べた構成に加えて、アーム部１２（ロボットアームを構成する）に連結したロボットハンド１３を備えたロボットＲとした。そして、ロボット制御装置２０（ロボットアーム制御手段）は、物体Ｂがロボットハンド１３の掌１４に接触したとき、掌１４でのその接触位置が、掌位置Ｓ（所定位置）となるように、アーム部１２等（ロボットアーム）を制御するようにした。
【０１１０】
この結果、上記（６）と同様の効果を奏するロボットとすることができる。
（１８） 本実施形態のロボットＲは、ロボット制御装置２０（第１制御手段）が、物体Ｂが掌１４に接触したことを起点として速度制御を開始するようにした。この結果、上記（７）と同様の効果を奏する。
【０１１１】
（１９） 本実施形態のロボットＲは、ロボット制御装置２０（第１制御手段）が、指の根元側に位置する拇指１５の関節、及び指１６の関節ほど指先側に位置する他の関節よりも、目標速度（所定速度）を相対的に大きな値にして速度制御するようにした。
【０１１２】
この結果、上記（８）と同様の効果を奏する。
（２０） 本実施形態のロボットＲは、拇指１５及び指１６の屈曲方向（握り込み動作の方向）とは直交する方向の回転であって、関節軸Ｗを中心に往復回転する第１関節Ｐ１（第２能動関節）を備えるようにした。
【０１１３】
そして、ロボット制御装置２０（第２制御手段）は、第１関節Ｐ１の内外転制御では、関節軸Ｗ軸に交差し、指先側の指リンクの物体Ｂとの接触点を結ぶ最小二乗近似直線Ｑが、指の中心線Ｔに位置するように位置制御するようにした。
【０１１４】
この結果、ロボットＲとして上記（９）と同様の効果を奏する。
（２１） 本実施形態のロボットＲは、複数の指リンクに係る拇指１５の第２関節Ｐ２〜第４関節Ｐ４、及び指１６の第２関節Ｐ２及び第３関節Ｐ３（第１能動関節）のそれぞれに対して、ロボット制御装置２０（第１制御手段及び第２制御手段）は、独立して実行制御した。
【０１１５】
この結果、ロボットＲとして上記（１０）と同様の効果を奏する。
本発明の実施形態は、上記実施形態以外に次のように変更することも可能である。
【０１１６】
（１） 前記実施形態では、ロボットＲを７自由度ロボットとして構成したが、６自由ロボット以上であれば良い。
（２） 前記実施形態では、握り反射の中で、掌１４が物体に接触し発生する握り動作を模しするようにしたが、さらに、握り反射において、掌１４から物体を引き離そうとしたときに起こる保持動作を模しするようにしてもよい。
【０１１７】
この場合、物体Ｂが保持された状態から変化して、ロボットハンド１３から離れようとしたときを触覚センサ１８が検出した際、（３）式中の目標接触力Ｆdijを大きな値に変化させる。こうすると、物体Ｂがロボットハンド１３から離れることを防止し、把持を維持することができる。
【０１１８】
（３） 前記実施形態では、均一な力での把持を実現することを目標とするように、目標接触力を同じ値となるように設定した。さらに、把持のときの接触点が確定した時点で、接触力の総和が重力や、外力と釣り合うように、各接触点での目標接触力を調整してもよい。こうすると、より安定な把持を実現することができる。
【０１１９】
（４） 又、上記実施形態での把持の仕方は、指先による物体のつまみ上げに応用することもできる。
すなわち、上記（１）式の目標速度（数２で示した、ｉ指のｊ関節の目標速度）を上記実施形態とは異なり、逆に、各関節の目標速度を指先側を大きな値とし、指の根元側を小さい値とする。こうすると、さらに、指の第１指リンクと第２指リンクに物体Ｂとの接触が生じたときは、その接触を回避するように後屈方向に、接触が生じない角度まで位置制御し、指先の第３指リンクのみ接触し、目標接触力となるように制御する。この結果、指先での物体のつまみが実現される。
【０１２０】
（５） 前記実施形態において、作用効果の（１）で述べた第１ステップ（請求項１の第１ステップ）は、物体Ｂが掌に接触したことを起点として開始するようにしたが、物体Ｂにいずれかの指リンクに接触したことを起点として、開始するようにしてもよい。こうすると、物体Ｂに指が接触したとき、前記実施形態における（１）の作用効果を実現できる。
【０１２１】
（６） 前記実施形態では、いわゆる５本の指を有する多指ロボットハンド及び多指ロボットハンドを有するロボットに具体化した。この代わりに、指本数を減らした、１乃至３本の指を有するロボットハンド及びロボットハンドを有するロボットに具体化してもよい。
【０１２２】
（７） 前記実施形態では、第１関節Ｐ１の内外転制御において、目標関節角θdi1は、図９に示すように、拇指１５や他の指１６の中心線Ｔと、各指リンクにおいて分布して存在する接触点の最小二乗近似直線Ｑが一致するように最小二乗法を用いて別の図示しない制御プログラムにより決定した。
【０１２３】
これに代えて、第１関節Ｐ１の内外転制御において、目標関節角θdi1は、拇指１５や他の指１６の中心線Ｔに近傍に設定した線と、各指リンクにおいて分布して存在する接触点ｑ１〜ｑ３の最小二乗近似直線Ｑが一致するように最小二乗法を用いて決定してもよい。
【０１２４】
こうすると、ロボット制御装置２０は、指先側の指リンクと物体との接触点を結ぶ直線が、その中心線Ｔの近傍に位置するように位置制御することになる。
【０１２５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１乃至請求項１６の発明によれば、物体把持まで時間を要せず、物体形状に依存しないで安定して未知の形状物体を把持することができる。さらに、指の側部に物体が接触しても、指の腹部中心に接触するようになり、物体の大きさに応じた指の開きが実現できる。
【０１２６】
請求項３、請求項７、請求項１５の発明によれば、指の根元側の指リンクから把持する物体に接触することが可能となる。
【０１２７】
請求項４、請求項８、請求項１２、請求項１６の発明によれば、各能動関節は独立に安定に制御されるため、把持の安定性が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した実施形態のロボットの概略斜視図。
【図２】握り反射の説明図。
【図３】ロボットにおける７自由度の関節機構の説明図。
【図４】ロボットＲを制御するロボット制御装置２０（ＥＣＵ）の電気ブロック図。
【図５】ロボット制御装置２０が実行する制御フローチャート図。
【図６】同じくロボット制御装置２０が実行する制御フローチャート図。
【図７】ロボット制御装置２０が実行する制御フローチャート図。
【図８】ｉ番目の指と物体Ｂとの間の接触状態を示す説明図。
【図９】指の中心線Ｔと、各指リンクの接触点に関する最小二乗近似直線Ｑとの関係を示す説明図。
【図１０】指の接触状態を示す説明図。
【図１１】同じく指の接触状態を示す説明図。
【符号の説明】
１１…ベース１１、１１Ａ…肩部
１２…アーム部１２（ロボットアームの一部を構成する）
１３…ロボットハンド
１４…掌
１５…拇指（指）、
１５ａ〜１５ｃ…第１指リンク〜第３指リンク（指リンク）
１６…指
１６ａ〜１６ｃ…第１指リンク〜第３指リンク（指リンク）
１８…触覚センサ（触覚手段）
２０…ロボット制御装置（ロボットアーム制御手段、第１及び第２制御手段）
ｅ１〜ｅ７…エンコーダ（ロボットアーム物理量検出手段））
ｆ１〜ｆ４…エンコーダ（物理量検出手段）
Ｐ１…第１関節（拇指１５、指１６の第２能動関節）
Ｐ２…第２関節（拇指１５、指１６の第１能動関節）
Ｐ３…第３関節（拇指１５、指１６の第１能動関節）
Ｐ４…第４関節（拇指１５の第１能動関節）
Ｗ…関節軸
ｑ１〜ｑ３…接触点
Ｑ…最小二乗近似直線
Ｔ…中心線
ｋ１〜ｋ７…関節（ロボットアームの一部を構成する）
Ｂ…物体
Ｒ…ロボット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a robot hand that can preferably hold an object having an unknown shape, a gripping control method for the robot hand, and a robot and a robot control method.
[0002]
[Prior art]
The conventional control method for gripping an object by a robot is described in the literature “Jin Maekawa, Kazuo Tanie, Kiyoshi Komoriya: Kinematics / statics and stiffness effect of three-dimensional pressure with multi-fingered hand considering the rolling contact of the fingertip, Robotics Society of Japan Vol. 16, No. 2, pp. 205-213, 1998 ”(first prior art).
[0003]
In addition, the control method for grasping an unknown shaped object is described in the literature “Satoshi Konno, Mitsunori Tada, Koichi Nagashima, Masayuki Inaba, Hiroaki Inoue: Development of a humanoid multi-fingered hand and grasping an unknown object by groping, Japan Society of Mechanical Engineers The collection of papers (C), Vol. 65, No. 638, pp. 4070-4075, 1999) (second prior art).
[0004]
As another gripping method without groping, the literature “Hiroshi Endo, Mitsuo Wada: Grasping control of serial link hand based on tactile information, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (C) 59, 559, pp205-210, The technology of “1993” is disclosed. This document discloses a gripping operation method using a two-dimensional object as a gripping object based on information from a tactile sensor (third prior art).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the first prior art, the formulation of object gripping by a multi-fingered hand equipped with a tactile sensor on each robot finger is performed, but the control system becomes complicated, and the local shape of the object near the contact point is reduced. Since information is required in advance, there is a problem that cannot be applied to grasping an unknown object.
[0006]
In the second prior art, each finger is equipped with a tactile sensor, a point to be gripped is searched before gripping the object, and after that, the gripping operation of winding the finger around the object is performed. There is a problem that the time until is long.
[0007]
In the third prior art, since the adjacent active joints are not controlled independently, the stability of gripping has a problem that depends on the object shape. Further, there is a problem that the target object is limited to a two-dimensional object.
[0008]
By the way, when an object is brought into contact with an infant's hand up to about 10 months after birth, the object is gripped by bending the thumb and the other four fingers, and then the object is further pulled away from the infant's hand. The infant then has a grip reflex that makes the object grip even stronger. This grip reflection is a robust gripping method in gripping an unknown object.
[0009]
The present invention has been made paying attention to such handfulness reflection of infants.
That is, an object of the present invention is to simulate a grip reflex performed by an infant, does not require time to grip an object, and can stably grip an unknown shaped object without depending on the object shape and robot hand. It is to provide a gripping control method.
[0010]
Furthermore, it aims at providing the robot and the control method of a robot.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is provided with a finger having a plurality of finger links connected to each other by a plurality of first active joints capable of grasping operation.Among the finger links, between the finger-side finger link and the palm, the rotation is in a direction perpendicular to the direction of the grasping operation of the first active joint, and reciprocates around the joint axis. With a single second active jointIn the gripping control method for the robot hand, when gripping an object, the first step of controlling the speed at a predetermined speed so as to grip the first active joint of the finger, and the control of the first step, A second step of force-controlling the first active joint located on the base side of the contacted finger link so that the contact force acting on the finger link becomes a predetermined value when the finger link contacts the object; IncludingIn the second step, the position is controlled so that a straight line that intersects the joint axis and connects the contact point between the finger link on the fingertip side and the object is positioned at the center line of the finger.The gist of the gripping control method of the robot hand is characterized by the above.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the first step starts from the point of contact of the object with a finger or palm.
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, in the first step, the first active joint located on the finger base side is closer to the predetermined active joint than the other first active joint located on the fingertip side. The speed control is performed by setting the speed to a relatively large value.
[0014]
Claim4The invention of claim 1 to claim 13In any one of the above, the first step and the second step are independently executed and controlled for the plurality of first active joints related to the plurality of finger links.
[0015]
Claim5The invention includes a finger having a plurality of finger links connected to each other by a plurality of first active joints capable of a grasping operation, tactile means for detecting contact force on the finger links and the palm, and the first Provided with physical quantity detection means for detecting a physical quantity according to the operation of the active jointAmong the finger links, between the finger-side finger link and the palm, the rotation is in a direction perpendicular to the direction of the grasping operation of the first active joint, and reciprocates around the joint axis. With a single second active jointA first control means for controlling the speed at a predetermined speed based on a detection value of the physical quantity detection means so that the first active joint of the finger is gripped when gripping an object in the robot hand; By the control of the first control means, when the finger link comes into contact with the object, the contact force acting on the finger link at the first active joint located on the base side of the touched finger link becomes a predetermined value. Provided with second control means for controlling the force based on the contact force detected by the tactile means.The second control means controls the position of the second active joint so that a straight line that intersects the joint axis and connects the contact point between the finger link on the fingertip side and the object is positioned at the center line of the finger.The gist of the robot hand is characterized by this.
[0016]
Claim6The invention of claim5In the above, the first control means starts the speed control starting from the contact of the object with a finger or palm.
Claim7The invention of claim5Or claim6The first control means controls the speed so that the first active joint located on the finger base side has a relatively larger value than the other first active joint located on the fingertip side. It is characterized by.
[0018]
Claim8The invention of claim5To claims7In any one of the above, the first control means and the second control means independently execute and control each of the plurality of first active joints related to the plurality of finger links.
[0019]
Claim9According to the present invention, the palm includes a finger in which a plurality of finger links are connected by a plurality of first active joints that can be grasped.Among the finger links, between the finger-side finger link and the palm, the rotation is in a direction perpendicular to the direction of the grasping operation of the first active joint, and reciprocates around the joint axis. With a single second active jointIn a robot control method in which the robot hand is connected to a robot arm, when an object comes into contact with the palm of the robot hand, the contact position of the palm becomes a predetermined position of the palm. A first step of controlling the robot arm, a second step of controlling the speed at a predetermined speed so that the first active joint of the finger is gripped when gripping an object, and after the speed control, A third step of force-controlling the first active joint located on the base side of the contacted finger link so that the contact force acting on the finger link becomes a predetermined value when the finger link contacts the object; IncludingIn the third step, the position is controlled so that a straight line that intersects the joint axis and connects the contact point between the finger link on the fingertip side and the object is positioned at the center line of the finger.The gist of the robot control method is as follows.
[0020]
Claim10The invention of claim9The first step starts from the point that the object touches the finger or palm.
Claim11The invention of claim10The second step starts after the control of the first step ends.
[0023]
Claim12The invention of claim9To claims11In any one of the above, the second step and the third step are independently executed and controlled for the plurality of first active joints related to the plurality of finger links.
[0024]
Claim13The invention includes a finger having a plurality of finger links connected to each other by a plurality of first active joints capable of a grasping operation, tactile means for detecting contact force on the finger links and the palm, and the first Provided with physical quantity detection means for detecting a physical quantity according to the operation of the active jointAmong the finger links, between the finger-side finger link and the palm, the rotation is in a direction perpendicular to the direction of the grasping operation of the first active joint, and reciprocates around the joint axis. With a single second active jointIn the robot having the robot hand and the robot hand connected to the robot arm, when the object contacts the palm of the robot hand, the contact position of the palm is a predetermined position of the palm. Robot arm control means for controlling the arm, and first speed control at a predetermined speed based on a detection value of the physical quantity detection means so as to grasp the first active joint of the finger when grasping an object. When the finger link comes into contact with the object by the control of the control means and the first control means, a contact force acting on the finger link is applied to the first active joint located on the base side of the touched finger link. Second control means for controlling the force based on the contact force detected by the tactile means so as to be a predetermined value is provided.The second control means controls the position of the second active joint so that a straight line that intersects the joint axis and connects the finger link on the fingertip side and the object is located at the center line of the finger.The gist of the robot is characterized by the following.
[0025]
Claim14The invention of claim13In the above, the first control means starts the speed control starting from the contact of the object with a finger or palm.
[0026]
Claim15The invention of claim13Or claim14The first control means controls the speed so that the first active joint located on the finger base side has a relatively larger value than the other first active joint located on the fingertip side. It is characterized by.
[0028]
Claim16The invention of claim13To claims15In any one of the above, the first control means and the second control means independently execute and control each of the plurality of first active joints related to the plurality of finger links.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a perspective view showing an outline of a robot having a robot hand, FIG. 2 is an explanatory diagram of grip reflection, and FIG. 3 is an explanatory diagram of a joint mechanism with seven degrees of freedom in the robot.
[0030]
The robot R includes a base 11 provided with a shoulder portion 11A, an arm portion 12, and a robot hand 13, and is configured as a seven-degree-of-freedom robot.
11 A of shoulder parts consist of two site | parts provided with the axis lines M1 and M2, the axis line M1 is connected with the base 11 via the joint k1, and the axis line M2 is connected with respect to the axis line M1 via the joint k2. ing. The joints k1 and k2 are for rotating the axes M1 and M2 around the coaxial line, respectively.
[0031]
The arm unit 12 includes a first arm 12A and a second arm 12B. The axis L1 of the first arm 12A is connected to the axis M2 via the joint k3. The axis L2 of the second arm 12B is connected to the axis L1 via the joint k4. The joint k3 is for bending the axis L1 with respect to the axis M2, and the joint k4 is for bending the axis L2 with respect to the axis L1. The joint k5 is for rotating the axis L2 around the axis L2.
[0032]
The palm 14 of the robot hand 13 is connected via joints k6 and k7. The joint k6 is for rotating the palm 14, and the joint k7 is for bending the palm 14 with respect to the axis L2.
[0033]
The joint k4 is an elbow joint, and the position of the joint k4 can obtain an arbitrary angle φ on a rotation trajectory centering on a line N connecting the joints k3 and k6.
The joints k <b> 1 to k <b> 7 are active joints, and a driving device such as a motor is connected thereto, and a predetermined rotation or bending is given by the driving device.
[0034]
Each joint k1 to k7 is provided with encoders e1 to e7 (see FIG. 4), and the encoders e1 to e7 detect a detection angle indicating the current position of each joint k1 to k7. Based on these detection angles, the palm position S (the center position of the palm 14) can be calculated by the robot controller 20 described later.
[0035]
The encoders e1 to e7 correspond to robot arm physical quantity detection means. The joints k1 to k7 and the arm unit 12 constitute a robot arm.
Next, the robot hand 13 will be described.
[0036]
The robot hand 13 according to the present embodiment includes a palm 14, a thumb 15, and four fingers 16 like a human.
In addition, in the detailed description of the present specification, when the robot hand 13 is simply described as “finger”, it means that the finger 15 and the finger 16 are included. The “finger 16” does not include the thumb 15.
[0037]
The thumb 15 has four joints and four degrees of freedom. That is, the thumb 15 includes a first finger link to a third finger link 15a to 15c, and the first finger link 15a can be rotated inward and outward (reciprocally rotatable) by the first joint P1 about the joint axis W. (See FIG. 9). The inner and outer rotations are rotations along the virtual plane S1 including the palm 14, and the joint axis W is orthogonal to the virtual plane S1. The rotation in the bending direction by the second joint P2 and the rotation in the inward / outward rotation direction by the first joint P1 are rotations in directions orthogonal to each other.
[0038]
In addition, the first finger link 15a starts from the position along the virtual plane S1 including the palm 14 as shown in FIG. 8 by the second joint P2 in the bending direction toward the palm 14 and from the bent position to the anti-bending direction. It can be moved. The bending direction toward the palm 14 is sometimes referred to as forward bending, and the anti-bending direction is sometimes referred to as backward bending. The second finger link 15b is movable in the anti-bending direction from the bent direction and the bent position toward the palm 14 with respect to the first finger link 15a by the third joint P3. The third finger link 15c is movable in the anti-bending direction from the bent direction toward the palm 14 and the bent position with respect to the second finger link 15b by the fourth joint P4. The thumb 15 is disposed such that the tip (fingertip) of the third finger link 15c can face the tip (fingertip) of the third finger link 16c of the other finger 16.
[0039]
The four joints of the thumb 15 are each driven by one actuator composed of a motor or the like. In the present embodiment, the actuator is composed of a motor. The other fingers 16 except the thumb 15 have four joints and three degrees of freedom.
[0040]
That is, the other finger 16 includes first to third finger links 16a to 16c, and the first finger link 16a is capable of rotating inward and outward (reciprocally rotatable) by the first joint P1 (FIG. 9). reference). The inner and outer rotations are rotations along the virtual plane S1 including the palm 14, and the joint axis W is orthogonal to the virtual plane S1. The rotation in the bending direction by the second joint P2 and the rotation in the inward / outward rotation direction by the first joint P1 are rotations in directions orthogonal to each other.
[0041]
The second finger link 16b is movable in the anti-bending direction from the bent direction toward the palm 14 and the bent position with respect to the first finger link 16a by the third joint P3. Further, the third finger link 16c is movable in the anti-bending direction from the bent direction toward the palm 14 and the bent position with respect to the second finger link 16b by the fourth joint P4.
[0042]
In the other fingers 16 other than the thumb 15, the two joints on the fingertip side (the third joint P3 and the fourth joint P4) are driven by one actuator composed of a motor or the like, and the other joints (the first joint P1). And the second joint P2) are each driven by an actuator comprising one motor or the like. That is, with the other four fingers other than the thumb 15, the third joint P <b> 3 and the fourth joint P <b> 4 are configured to be interlocked.
[0043]
The second to fourth joints P2 to P4 of the thumb 15 arePossible to graspIt corresponds to the first active joint. Also, the second and third joints P2 and P3 of the finger 16 except the thumb 15 arePossible to graspIt corresponds to the first active joint. The first joint P1 of the thumb 15 and the finger 16 isAmong the links, a single link that is provided between the finger link on the palm side and the palm and that rotates in a direction orthogonal to the direction of the grasping operation of the first active joint and reciprocates around the joint axisIt corresponds to the second active joint. The bending direction of the thumb 15 and the finger 16 corresponds to the direction of the grasping operation.
[0044]
The first to fourth joints P1 to P4 of the thumb 15 and the first to third joints P1 to P3 of the other fingers 16 excluding the thumb 15 are provided with encoders f1 to f4 or f1 to f3, respectively (FIG. 4). The detection angle indicating the current position of each joint is detected by the encoder. The encoders f1 to f4 correspond to physical quantity detection means.
[0045]
A tactile sensor 18 having a predetermined area is provided on each finger 14 of the palm 14, the thumb 15, and the other four fingers 16. In the present embodiment, the tactile sensor 18 is for detecting a contact force when an object contacts the palm 14 or each finger link. Each tactile sensor 18 has an area H having a predetermined spread, and a contact force can be detected for each predetermined area unit H1 (<H).
[0046]
FIG. 4 is an electric block diagram of a robot controller 20 (ECU) that controls the robot R. The robot control device 20 corresponds to robot arm control means, first and second control means.
[0047]
The robot controller 20 is connected to the tactile sensor 18 of the thumb 15 and encoders f1 to f4. Further, the touch sensor 18 of the other fingers excluding the thumb 15 and the encoders f1 to f3 are connected. Further, the tactile sensor 18 of the palm 14 and the encoders e1 to e7 are connected.
[0048]
The robot control device 20 performs various controls based on detection angles from the encoders f1 to f3 and f1 to f4 of the thumb 15 and the finger 16 and encoders e1 to e7 provided on the base 11 and the arm unit 12. The control value is calculated, and the control value is output to the thumb 15, each finger 16, and each driving device of k 1 to k 7. Based on the control value, the driving device drives actuators (motors of joints P1 to P4, motors of joints k1 to k7).
[0049]
In FIG. 4, for convenience of explanation, for the finger 16, only one finger 16 is illustrated on the output side, and only the block is illustrated for the other fingers 16 in a simplified manner. Further, in the same figure, only the block is illustrated for the finger 16 on the input side because only the difference in the configuration in which only f4 is omitted from that for the thumb 15 is shown.
[0050]
The robot control device 20 includes a CPU, a ROM, and a RAM (not shown), and programs for executing the various controls are loaded in the RAM.
[0051]
(Operation of the embodiment)
Now, the operation of the robot configured as described above will be described.
Control of the robot in this embodiment is performed by a control method simulating grip reflex performed by an infant until about 10 months after birth for grasping an object of unknown shape.
[0052]
Grip reflex means that until the age of 10 months, an infant bends five fingers when holding a stick on the palm, grasps the stick firmly, and grasps the stick more firmly when trying to pull it apart. FIG. 2 is an explanatory view of grip reflection. In this embodiment, the tactile sensor 18 replaces stimulation, muscles, and palm skin. The robot controller 20 replaces the cerebral motor area and spinal cord. In addition, the actuator that is not associated with the robot hand 13 is replaced with a muscle that bends the hand.
[0053]
The grip reflection is divided into two states: a gripping action that occurs when the hand contacts the object, and a holding action that occurs when the object is pulled away from the hand.
In the present embodiment, the state of the former gripping operation is particularly simulated.
[0054]
Considering this gripping action, this action maximizes the number of contact points of the object to be gripped, and the object can be wrapped with the thumb 15 and other fingers 16, thereby further increasing the possibility of gripping an object of unknown shape. Is.
[0055]
FIG. 5 is an arm unit control program executed by the robot control apparatus 20 of the present embodiment, and is executed at a predetermined cycle.
In step 10 (hereinafter, step is referred to as S), it is determined whether or not the object B has touched the tactile sensor 18 of the palm 14. When the object B comes into contact with the robot hand 13, the tactile sensor 18 inputs a detection signal to the robot control device 20, so that the determination in S 10 is “YES”, the process proceeds to S 20, and no detection signal is input. Makes the determination of S10 "NO" and terminates this program once.
[0056]
After shifting to S20, the robot controller 20 moves each joint k1 so that the contact point (contact position) between the robot hand 13 and the object B moves to the center of the palm 14 (center position: hereinafter referred to as palm position S). The position of the arm unit 12 and the palm 14 is controlled by driving the actuator ˜k7.
[0057]
That is, the tactile sensor 18 of the palm 14 has an area H having a predetermined spread, and the contact force can be detected for each predetermined area unit H1. Then, the central position of the distribution of the contact force is set as a contact point, and the robot control device 20 stores in advance a coordinate position that can be the contact point and a coordinate position of the palm position S in the ROM.
[0058]
Then, the robot controller 20 moves the arm based on the detection angles of the encoders e1 to e7 provided in the motors of the joints k1 to K7 so that the contact point coincides with the palm position S (the center position of the palm 14). The actuators of the joints k1 to k7 such as the unit 12 are controlled in position.
[0059]
When this position control is completed, the robot control device 20 executes a grip control program shown in FIG. This grasping control program is for the second joint P2 to the fourth joint P4 for the thumb 15, and for the second joint P2 and the third joint P3 for the other four fingers 16, respectively. Sequentially executed at predetermined intervals.
[0060]
Here, the principle of this control program will be described.
In this control program, the contact force of the finger link located on the fingertip side adjacent to the second joint P2 to the fourth joint P4 of the thumb 15 and the second joint P2 and the third joint P3 of the finger 16 is the target contact force. These are controlled independently for each joint so as to match.
[0061]
In the description of this control program, the finger including the thumb 15 and the finger 16 other than the thumb 15 is simply described as a finger.
FIG. 8 shows a contact state between the i-th finger and the object B. However, θij and Fij represent the sum of the j-th joint angle of the i-th finger and the contact force of the j-th finger link, respectively. In FIG. 8, for convenience, Fi0 is the sum of the contact forces of the palm 14. It is preferable to perform speed control when the finger of the robot hand 13 is not in contact with the object B, and force control when the finger is in contact with the object B. Note that the total of the contact force is equal to the area H since each tactile sensor 18 has the area H as described above and can detect the contact force for each predetermined area unit H1. Means the sum of the detected contact forces. The total contact force Fij is calculated by the CPU at the time of detection.
[0062]
The motor input Eij for driving the j joint of i finger is set by the equation (1).
[0063]
[Expression 1]
Figure 0003742876
Here, KVij in the equation (1) is a speed feedback gain of the j joint of the i finger.
[0064]
or,
[0065]
[Expression 2]
Figure 0003742876
Is the target speed of the j joint of the i finger.
[0066]
(When finger is not in contact with object B)
The target speed of each joint is given by the following equation (2) until the object B comes into contact with the robot hand 13, the finger begins to bend, and the finger contacts the object B.
[0067]
[Equation 3]
Figure 0003742876
Here, in the above equation (2)
[0068]
[Expression 4]
Figure 0003742876
Is the constant target velocity of the joint.
[0069]
In the present embodiment, the target speed of each joint is set to a relatively large value for a joint located on the finger base side, and set to a relatively small value for a joint located on the fingertip side. As a result, the object B is generally brought into contact with the finger link on the finger base side.
[0070]
(When finger touches object B)
While the finger is in contact with the object B due to the bending of the finger, the target speed of each joint is set to the following equation (3).
[0071]
[Equation 5]
Figure 0003742876
In the equation (3), Kfij is a force feedback gain, Kfgij is a force integral gain, and Fdij is a target contact force. These mean that force feedback control is performed on a finger link in a contact state. When realizing gripping with a uniform force, all target contact forces are set to the same value.
[0072]
If the control program shown in FIG. 6 is executed on the premise of the above, it is determined in S50 whether or not the tactile sensor 18 of the thumb 15 or the other finger 16 has detected contact with the object B. If there is no contact with the object B, the process proceeds to S60.
[0073]
In S60, the target speed of each joint is set by the equation (2), and the process proceeds to S80. If there is contact with the object B, the process proceeds to S70, and the target speed of each joint is set by the equation (3). That is, in S70, setting for force feedback control is performed.
[0074]
When the process proceeds from S60 or S70 to S80, the motor input is calculated by the equation (1) in S80. In the next S90, the motor input value (control value) calculated in S80 is output to the drive device related to the joint to be controlled, and this control program is temporarily terminated. The input driving device drives the motor based on the motor input value and drives the joint.
[0075]
(About the finger 16 having a subordinate relationship)
In the present embodiment, for the finger 16, the third joint P3 and the fourth joint P4 move in conjunction with each other, and thus the two joints are not independently controlled. Therefore, when the second finger link 15b and the third finger link 15c are in contact with the object B at the same time, the target contact force is selected between Fi3 and Fi4, which is the target. In the present embodiment, control is performed so as to be a value.
[0076]
(Inner / outer rotation control of the first joint)
Next, FIG. 7 shows an inner / outer rotation control program of the first joint P1 of the thumb 15 and the finger 16, and the robot control device 20 sequentially executes each predetermined cycle.
[0077]
This control program is for controlling the position of the first joint P1 according to the size of the object B by driving the thumb 15 and the finger 16 inward and outward.
When the control program shown in FIG. 7 is executed, it is determined in S100 whether or not the tactile sensor 18 of the thumb 15 or the other finger 16 has detected contact with the object B. If there is no contact with the object B, the determination is “NO”, and this control program is temporarily terminated.
[0078]
If the object B is touching the tactile sensor 18 of the thumb 15 or the other finger 16, the tactile sensor 18 inputs a detection signal to the robot controller 20, so the determination in S100 is "YES" and the process proceeds to S110.
[0079]
In S110, the robot controller 20 sets the motor input Ei1 for driving the first joint P1 of the i-finger by the following formula (4).
[0080]
[Formula 6]
Figure 0003742876
Here, Kpi1 in the equation (4) is a position feedback gain, and θdi1 is a target joint angle. As shown in FIG. 9, the target joint angle θdi1 is such that the center line T of the thumb 15 or the other finger 16 and the least square approximation line Q of the contact points q1 to q3 distributed and present in each finger link coincide. Are determined by another control program (not shown) using the least square method.
[0081]
This least square approximation straight line Q is determined so as to intersect the joint axis W of the first joint P1. The least square approximation straight line Q corresponds to a straight line connecting the contact point between the finger link on the fingertip side and the object.
[0082]
When the robot control device 20 calculates the motor input Ei1, the motor input value (control value) is output to the drive device of the first joint P1, and this control program is temporarily terminated. The drive device to which the motor input value (control value) is input drives the motor based on the motor input value and drives the first joint P1.
[0083]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize dexterous gripping on the object B having an unknown shape.
When the object B comes into contact with the robot hand 13, the finger links 15a to 15c and 16a to 16c begin to bend in order to realize contact. When the tips (hereinafter referred to as fingertips) of the third finger links 15c and 16c are in contact and the finger link on the base side of the finger is not in contact with the object B (see FIG. 10), the second joint P2 is set to the target speed. Since it is controlled, the contact force of the fingertip increases. However, the force control of the third joint P3 drives the finger B in the direction of separating the finger from the surface of the object B, so that the contact force of the fingertip is adjusted to the target contact force (see the arrow in FIG. 11). As a result, the fingertip opens in the direction opposite to the bending direction, and the finger link on the root side comes into contact with the object B. And finally, the contact point in each finger link is controlled by the target contact force.
[0084]
On the other hand, when the finger link on the base side of the finger contacts the object B and the fingertip does not contact, the speed of the fingertip is controlled in the direction toward the surface of the object B. As a result, the fingertip closes (the fingerlink on the fingertip side is bent), the fingertip comes into contact with the object B, and each contact point is controlled with a predetermined target contact force. As a result, finally, the contact force with respect to all the objects B is adjusted to a uniform force.
[0085]
Further, when the thumb 15 and the finger 16 are in contact with the object B, as shown in FIG. 9, the first joint P1 is a least square approximation connecting the finger center line T and the contact point with the first joint P1. Since the position is controlled so that the angle substantially coincides with the straight line Q, even if the object B comes into contact with the side portion of the finger, it comes into contact with the center of the abdomen of the finger. As a result, the finger opening according to the size of the object B is realized. As a result, the contact point with the object B can be maximized.
[0086]
Further, the object B can be wrapped with the thumb 15 and the other finger 16.
According to this embodiment, the following operational effects can be obtained.
(1) In this embodiment, when grasping the object B, when the finger link is not in contact with the object B, the second to fourth joints P2 to P4 (first active joint) of the thumb 15 and the first of the fingers 16 The speed control is performed at a predetermined speed so that the second and third joints P2 and P3 (first active joints) are gripped (first step of claim 1). Then, after this, when the finger link comes into contact with the object B, the second to fourth joints P2 to P4 of the thumb 15 located on the base side of the contacted finger link, and the second and third joints P2 of the finger 16 , P3 is force-controlled so that the contact force acting on the finger link becomes a target contact force (predetermined value) (second step of claim 1).
[0087]
As a result, it does not take time until the object B is gripped, and an unknown shape object can be gripped stably without depending on the object shape.
In particular, in the present embodiment, since the finger 16 and the thumb 15 facing the finger are provided, the object B can be wrapped around them. From this point as well, there is no need to use contact shape information for the object B to be grasped.
[0088]
(2) In the present embodiment, the step of performing speed control (the first step of claim 1) is started from the point that the object B is in contact with the palm 14.
As a result, when the palm 14 comes into contact with the object B, the effect (1) can be realized.
[0089]
(3) In the present embodiment, in the step of performing speed control (first step of claim 1), the second and fourth joints P2 to P4 of the thumb 15 located on the base side of the finger, the second and fourth of the finger 16 The target speed (predetermined speed) is set to a relatively larger value than the other joints located on the fingertip side in the third joints P2 and P3, and the speed control is performed.
[0090]
As a result, it is generally possible to contact the object B gripped from the finger link on the finger base side.
(4) In the grip control method of the robot hand according to the present embodiment, the rotation is in a direction perpendicular to the bending direction of the thumb 15 and the finger 16 (the direction of the gripping operation), and reciprocating around the joint axis W The first joint P1 (second active joint) is provided. In the next step (the second step of claim 1), in the internal / external rotation control of the first joint P1, the least square that intersects the joint axis W axis and connects the contact point with the object B of the finger link on the fingertip side. The position is controlled so that the approximate straight line Q is positioned at the center line T of the finger.
[0091]
As a result, even if the object B comes into contact with the side of the finger, it comes into contact with the center of the abdomen of the finger, and the opening of the finger according to the size of the object B is realized.
(5) In the grip control method of the robot hand of the present embodiment, the second to fourth joints P2 to P4 of the thumb 15 and the second and third joints P2 and P3 of the finger 16 related to the plurality of finger links (first The active joint) is controlled to execute each step independently.
[0092]
As a result, since each joint is controlled stably independently, the stability of gripping can be ensured.
(6) In the robot hand 13 of the present embodiment, the palm 14 is provided with the thumb 15 in which a plurality of finger links are connected by the second joint P2 to the fourth joint P4 (first active joint). Further, the palm 14 is provided with a plurality of fingers 16 in which a plurality of finger links are connected by the second joint P2 and the third joint P3 (first active joint).
[0093]
The finger link and palm 14 are provided with a tactile sensor 18 (tactile means) for detecting contact force. In addition, encoders f1 to f4 (physical quantity detection means) that detect angles (physical quantities) according to the operations of the second joint P2 to the fourth joint P4 are provided.
[0094]
When the robot control device 20 (first control means) grips the object B, the robot control device 20 moves the second joint P2 to the fourth joint P4 of the thumb 15 and the second joint P2 and the third joint P3 of the finger 16. The speed is controlled at the target speed (predetermined speed) based on the detected angles (detected values) of the encoders f1 to f4 so that the gripping operation is performed.
[0095]
Further, when the finger link comes into contact with the object B, the robot control device 20 (second control means) causes the second to fourth joints P4 located on the base side of the contacted finger link to act on the finger link. Force control is performed based on the contact force detected by the touch sensor 18 so that the force becomes a predetermined value.
[0096]
As a result, it does not take time until the object B is gripped, and an unknown shape object can be gripped stably without depending on the object shape.
(7) In the robot hand 13 of this embodiment, the robot control device 20 (first control means) starts speed control starting from the contact of the object B body with the palm 14.
[0097]
As a result, when the palm 14 comes into contact with the object B, the effect (5) can be realized.
(8) In the robot hand 13 of the present embodiment, the robot control device 20 (first control means) is configured such that the joint of the thumb 15 located closer to the base of the finger and the other joint located closer to the fingertip as the joint of the finger 16 The target speed (predetermined speed) is set to a relatively large value to control the speed.
[0098]
As a result, it is generally possible to contact the object B gripped from the finger link on the finger base side.
(9) In the robot hand 13 of the present embodiment, the first joint that rotates in a direction orthogonal to the bending direction (the direction of the gripping operation) of the thumb 15 and the finger 16 and reciprocally rotates about the joint axis W P1 (second active joint) was provided.
[0099]
Then, the robot controller 20 (second control means) uses the least square approximation straight line that intersects the joint axis W axis and connects the contact point with the object B of the finger link on the fingertip side in the inner / outer rotation control of the first joint P1. The position is controlled so that Q is positioned at the center line T of the finger.
[0100]
As a result, even if the object B comes into contact with the side of the finger, it comes into contact with the center of the abdomen of the finger, and the opening of the finger according to the size of the object B is realized.
(10) In the present embodiment, for each of the second joint P2 to the fourth joint P4 of the thumb 15 related to the plurality of finger links, and the second joint P2 and the third joint P3 (first active joint) of the finger 16. Thus, the robot control device 20 (first control means and second control means) controlled execution independently.
[0101]
As a result, since each joint is controlled stably independently, the stability of gripping can be ensured.
(11) In the present embodiment, when the object B comes into contact with the palm 14 of the robot hand 13, the joint position is such that the contact position of the palm 14 is the palm position S (predetermined position) that is the center position of the palm. k1 to k7 and the arm unit 12 (robot arm) are controlled (claims)9First step). When grasping the object B and the finger link is not in contact with the object B, the second to fourth joints P2 to P4 (first active joint) of the thumb 15 and the second and third joints P2 of the finger 16 are used. , P3 (first active joint) is controlled at a predetermined speed so as to be grasped.92nd step).
[0102]
Further, after this, when the finger link comes into contact with the object B, the second to fourth joints P2 to P4 of the thumb 15 and the second and third joints P2 of the finger 16 that are located on the base side of the finger link in contact with the object B. , P3 is force-controlled so that the contact force acting on the finger link becomes a target contact force (predetermined value).93rd step).
[0103]
As a result, in addition to the effect (1), the object B can be gripped after the object B is positioned at the center position of the palm 14.
(12) In the present embodiment, the first step (11) is started from the point that the object B is in contact with the palm 14.
[0104]
As a result, when the palm 14 comes into contact with the object B, the effect (11) can be realized.
(13) In the present embodiment, the second step (11) is started after the control of the first step (11) is completed.
[0105]
As a result, since the position control of the arm portion 12 and the like in the first step (11) has been completed, it is possible to reduce the calculation load of the robot control device 20 as compared with the case where both steps are executed simultaneously.
[0106]
(14) In the present embodiment, the second step of (11) (claims)9In the second step, the second to fourth joints (first active joints) of the thumb 15 located on the base side of the finger and the second and third joints (first active joint) of the finger 16 are located closer to the fingertip side. The target speed is set to a relatively larger value than other joints to control the speed.
[0107]
As a result, in general, it is possible to contact an object to be grasped from the finger link on the base side of the finger.
(15) In the gripping control method for the robot hand of the robot R of the present embodiment, the rotation is in a direction orthogonal to the bending direction of the thumb 15 and the finger 16 (the direction of the gripping operation), and the joint axis W is the center. The first joint P1 (second active joint) that reciprocally rotates is provided. And the next step (claims)9In the third step), in the inversion / inversion control of the first joint P1, the least square approximation straight line Q that intersects the joint axis W axis and connects the contact point with the object B of the finger link on the fingertip side is the centerline of the finger. The position was controlled so as to be located at T.
[0108]
As a result, even if the object B comes into contact with the side of the finger, it comes into contact with the center of the abdomen of the finger, and the opening of the finger according to the size of the object B is realized.
(16) In the robot control method of the present embodiment, the second to fourth joints P2 to P4 of the thumb 15 relating to the plurality of finger links, and the second and third joints P2 and P3 of the finger 16 (first active joint). The execution of each step was controlled independently.
[0109]
As a result, the robot R can obtain the same effect as the above (5).
(17) In the present embodiment, in addition to the configuration described in (6) above, the robot R includes the robot hand 13 connected to the arm unit 12 (which configures the robot arm). The robot control device 20 (robot arm control means) then moves the arm so that when the object B comes into contact with the palm 14 of the robot hand 13, the contact position of the palm 14 becomes the palm position S (predetermined position). The unit 12 and the like (robot arm) are controlled.
[0110]
As a result, a robot having the same effect as the above (6) can be obtained.
(18) The robot R of the present embodiment is configured so that the robot control device 20 (first control means) starts speed control starting from the contact of the object B with the palm 14. As a result, the same effect as the above (7) is obtained.
[0111]
(19) In the robot R of the present embodiment, the robot control device 20 (first control unit) has a joint of the thumb 15 located closer to the base of the finger and other joints located closer to the fingertip side as the joint of the finger 16. Also, the target speed (predetermined speed) is set to a relatively large value so that the speed is controlled.
[0112]
As a result, the same effect as the above (8) is obtained.
(20) The robot R of the present embodiment is a first joint P1 that rotates in a direction orthogonal to the bending direction (gripping operation direction) of the thumb 15 and the finger 16 and reciprocates around the joint axis W. (Second active joint) is provided.
[0113]
Then, the robot controller 20 (second control means) uses the least square approximation straight line that intersects the joint axis W axis and connects the contact point with the object B of the finger link on the fingertip side in the inner / outer rotation control of the first joint P1. The position is controlled so that Q is positioned at the center line T of the finger.
[0114]
As a result, the robot R has the same effect as the above (9).
(21) The robot R of the present embodiment includes the second joint P2 to the fourth joint P4 of the thumb 15 related to the plurality of finger links, and the second joint P2 and the third joint P3 (first active joint) of the finger 16. For each, the robot controller 20 (first control means and second control means) independently controlled execution.
[0115]
As a result, the robot R has the same effect as the above (10).
The embodiment of the present invention can be modified as follows in addition to the above embodiment.
[0116]
(1) In the above-described embodiment, the robot R is configured as a seven-degree-of-freedom robot.
(2) In the above-described embodiment, the palm 14 touches the object in the grip reflection, and simulates the grip action, but when the object is further pulled away from the palm 14 in the grip reflection. You may make it imitate the holding | maintenance operation | movement which arises.
[0117]
In this case, when the tactile sensor 18 detects that the object B has changed from the held state and is about to leave the robot hand 13, the target contact force Fdij in the equation (3) is changed to a large value. In this way, the object B can be prevented from leaving the robot hand 13 and can be held.
[0118]
(3) In the above-described embodiment, the target contact force is set to be the same value so as to aim to realize gripping with a uniform force. Further, the target contact force at each contact point may be adjusted so that the sum of the contact forces is balanced with gravity or external force when the contact points at the time of gripping are determined. In this way, more stable gripping can be realized.
[0119]
(4) The gripping method in the above embodiment can also be applied to picking up an object with a fingertip.
That is, unlike the above embodiment, the target speed of the above equation (1) (the target speed of the j joint of the i finger shown in Equation 2) is set to a large value on the fingertip side. Set the finger base side to a small value. In this way, when contact with the object B occurs on the first finger link and the second finger link of the finger, the position is controlled in the backward bending direction so as to avoid the contact until the angle at which the contact does not occur, Control is performed so that only the third finger link of the fingertip comes into contact with the target contact force. As a result, the knob of the object at the fingertip is realized.
[0120]
(5) In the above embodiment, the first step (first step of claim 1) described in (1) of the operational effect is started from the point that the object B comes into contact with the palm. You may make it start from having contacted one of the finger links in B. In this way, when the finger touches the object B, the effect (1) in the embodiment can be realized.
[0121]
(6) In the said embodiment, it embodied in the robot which has what is called a multi-fingered robot hand which has five fingers, and a multi-fingered robot hand. Instead of this, the present invention may be embodied in a robot hand having one to three fingers and a robot having a robot hand with a reduced number of fingers.
[0122]
(7) In the above embodiment, in the inversion / inversion control of the first joint P1, as shown in FIG. 9, the target joint angle θdi1 is distributed in the center line T of the thumb 15 and other fingers 16 and in each finger link. Thus, the least square approximation line Q of the contact points that exist is determined by another control program (not shown) using the least square method.
[0123]
Instead of this, in the internal / external rotation control of the first joint P1, the target joint angle θdi1 is distributed in a line set in the vicinity of the center line T of the thumb 15 or the other finger 16 and the finger links. You may determine using the least squares method so that the least squares approximate line Q of the points q1-q3 may correspond.
[0124]
In this way, the robot controller 20 controls the position so that the straight line connecting the contact point between the finger link on the fingertip side and the object is positioned in the vicinity of the center line T.
[0125]
【The invention's effect】
As detailed above, claims 1 to16According to this invention, it is possible to grip an unknown shape object stably without depending on the object shape without requiring time until the object is gripped.Furthermore, even if an object touches the side of the finger, it comes into contact with the center of the abdomen of the finger, and the opening of the finger according to the size of the object can be realized.
[0126]
Claim 3, claim7, Claims15According to this invention, it becomes possible to contact the object to be grasped from the finger link on the base side of the finger..
[0127]
Claim4, Claims8, Claims12, Claims16According to this invention, since each active joint is controlled stably independently, the stability of gripping can be ensured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a robot according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of grip reflection.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a joint mechanism with seven degrees of freedom in a robot.
FIG. 4 is an electric block diagram of a robot controller 20 (ECU) that controls the robot R.
FIG. 5 is a control flowchart executed by the robot controller 20;
FIG. 6 is a control flowchart similarly executed by the robot control device 20;
FIG. 7 is a control flowchart executed by the robot controller 20;
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a contact state between an i-th finger and an object B;
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a relationship between a finger center line T and a least-squares approximate straight line Q related to a contact point of each finger link;
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a contact state of a finger.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a finger contact state in the same manner.
[Explanation of symbols]
11 ... Base 11, 11A ... Shoulder
12 ... Arm portion 12 (constituting a part of the robot arm)
13 ... Robot hand
14 ... Palm
15 ... thumb (finger),
15a-15c ... 1st finger link-3rd finger link (finger link)
16 ... finger
16a-16c ... 1st finger link-3rd finger link (finger link)
18 ... tactile sensor (tactile means)
20 ... Robot control device (robot arm control means, first and second control means)
e1 to e7 ... encoder (robot arm physical quantity detection means))
f1 to f4 ... encoder (physical quantity detection means)
P1: first joint (second active joint of thumb 15 and finger 16)
P2 ... second joint (first active joint of thumb 15 and finger 16)
P3: third joint (first active joint of thumb 15 and finger 16)
P4 ... Fourth joint (first active joint of thumb 15)
W ... Joint axis
q1 to q3 ... contact points
Q: Least square approximation straight line
T ... Center line
k1 to k7... joints (constituting part of the robot arm)
B ... Object
R ... Robot

Claims (16)

握り込み動作が可能な複数の第１能動関節により複数の指リンクが連結された指を掌に備え、前記指リンクのうち、掌側の指リンクと掌との間には、前記第１能動関節の握り込み動作の方向とは直交する方向の回転であって、関節軸を中心に往復回転する単一の第２能動関節を備えたロボットハンドの握り込み制御方法において、物体を握り込みする際に、前記指の第１能動関節を握り込み動作するように所定速度で速度制御する第１ステップと、第１ステップの制御により、指リンクが前記物体に接触した際に、接触した前記指リンクの根元側に位置する第１能動関節を、前記指リンクに作用する接触力が所定値となるように力制御する第２ステップとを含み、前記第２ステップでは、前記関節軸に交差し、指先側の指リンクと物体との接触点を結ぶ直線が、指の中心線に位置するように位置制御することを特徴とするロボットハンドの握り込み制御方法。The palm is provided with a finger in which a plurality of finger links are connected by a plurality of first active joints capable of grasping operation, and the first active link is located between the finger-side finger link and the palm. An object is gripped in a gripping control method of a robot hand having a single second active joint that rotates in a direction orthogonal to a direction of a joint gripping operation and reciprocally rotates around a joint axis A first step of controlling the speed at a predetermined speed so that the first active joint of the finger is gripped, and the finger touched when the finger link comes into contact with the object by the control of the first step. a first active joints located on the root side of the link, seen including a second step of contact force acting on the finger link is a force controlled so that the predetermined value, in the second step, crossing the joint axis The finger link on the fingertip side and the object The method straight line connecting the points, narrowing grip of the robot hand, characterized by position control so as to be positioned in the center line of the finger. 前記第１ステップは、前記物体が指又は掌に接触したことを起点として開始することを特徴とする請求項１に記載のロボットハンドの握り込み制御方法。 2. The grasp control method for a robot hand according to claim 1, wherein the first step starts from the point of contact of the object with a finger or palm. 前記第１ステップでは、指の根元側に位置する第１能動関節ほど指先側に位置する他の第１能動関節よりも、前記所定速度を相対的に大きな値にして速度制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロボットハンドの握り込み制御方法。 In the first step, the speed control is performed by setting the predetermined speed to a relatively larger value than the other first active joints located on the fingertip side as the first active joint located on the finger base side. The grip control method of the robot hand according to claim 1 or 2. 前記複数の指リンクに係る複数の第１能動関節に対して、独立して前記第１ステップ及び第２ステップを実行制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載のロボットハンドの握り込み制御方法。The execution control of said 1st step and 2nd step is independently performed with respect to several 1st active joint which concerns on these said several finger links, The any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. A gripping control method for the robot hand described in 1. 握り込み動作が可能な複数の第１能動関節により複数の指リンクが連結された指を掌に備え、前記指リンク及び掌に接触力を検出する触覚手段を備え、前記第１能動関節の作動に応じた物理量を検出する物理量検出手段を備え、前記指リンクのうち、掌側の指リンクと掌との間には、前記第１能動関節の握り込み動作の方向とは直交する方向の回転であって、関節軸を中心に往復回転する単一の第２能動関節を備えたロボットハンドにおいて、物体を握り込みする際に、前記指の第１能動関節を握り込み動作するように前記物理量検出手段の検出値に基づいて所定速度で速度制御する第１制御手段と、前記第１制御手段の制御により、指リンクが前記物体に接触した際に、接触した前記指リンクの根元側に位置する第１能動関節を、前記指リンクに作用する接触力が所定値となるように前記触覚手段が検出した接触力に基づいて力制御する第２制御手段を備え、前記第２制御手段は、前記関節軸に交差し、指先側の指リンクと物体との接触点を結ぶ直線が、指の中心線に位置するように前記第２能動関節を位置制御することを特徴とするロボットハンド。A finger having a plurality of finger links connected to each other by a plurality of first active joints capable of grasping operation is provided on the palm, tactile means for detecting contact force on the finger links and the palm is provided, and the operation of the first active joint A physical quantity detecting means for detecting a physical quantity in accordance with the rotation of the finger link between the palm side finger link and the palm in a direction orthogonal to the direction of the grasping operation of the first active joint. In the robot hand having a single second active joint that reciprocally rotates around the joint axis, the physical quantity is set so that when the object is gripped, the first active joint of the finger is gripped. A first control unit that performs speed control at a predetermined speed based on a detection value of the detection unit; and when the finger link comes into contact with the object by the control of the first control unit, the position is on a base side of the touched finger link. A first active joint Second control means for controlling the force based on the contact force detected by the tactile means so that the contact force acting on the finger reaches a predetermined value, the second control means intersecting the joint axis, A position of the second active joint is controlled so that a straight line connecting the contact point between the finger link and the object is located at the center line of the finger. 前記第１制御手段は、前記物体が指又は掌に接触したことを起点として前記速度制御を開始することを特徴とする請求項５に記載のロボットハンド。6. The robot hand according to claim 5, wherein the first control unit starts the speed control starting from the fact that the object has come into contact with a finger or a palm. 前記第１制御手段は、指の根元側に位置する第１能動関節ほど指先側に位置する他の第１能動関節よりも、前記所定速度を相対的に大きな値にして速度制御することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のロボットハンド。The first control means controls the speed by setting the predetermined speed to a relatively large value as compared with other first active joints located on the fingertip side as the first active joint located on the finger base side. The robot hand according to claim 5 or 6. 前記複数の指リンクに係る複数の第１能動関節のそれぞれに対して、第１制御手段及び第２制御手段は、独立して実行制御することを特徴とする請求項５乃至請求項７のうちいずれか１項に記載のロボットハンド。The first control means and the second control means independently execute and control each of the plurality of first active joints related to the plurality of finger links. The robot hand according to any one of claims. 握り込み動作が可能な複数の第１能動関節により複数の指リンクが連結された指を掌に備え、前記指リンクのうち、掌側の指リンクと掌との間には、前記第１能動関節の握り込み動作の方向とは直交する方向の回転であって、関節軸を中心に往復回転する単一の第２能動関節を備えたロボットハンドを有し、同ロボットハンドをロボットアームに連結したロボットの制御方法において、物体が前記ロボットハンドの掌に接触したとき、掌でのその接触位置が、掌の所定位置となるように、前記ロボットアームを制御する第１ステップと、物体を握り込みする際に、前記指の第１能動関節を握り込み動作するように所定速度で速度制御する第２ステップと、前記速度制御後に、指リンクが前記物体に接触した際に、接触した前記指リンクの根元側に位置する第１能動関節を、前記指リンクに作用する接触力が所定値となるように力制御する第３ステップとを含み、前記第３ステThe palm is provided with a finger in which a plurality of finger links are connected by a plurality of first active joints that can be grasped, and the first active link is located between the finger-side finger link and the palm of the finger links. It has a robot hand with a single second active joint that rotates in a direction orthogonal to the direction of the grasping motion of the joint and reciprocally rotates around the joint axis, and the robot hand is connected to the robot arm. In this robot control method, when an object comes into contact with the palm of the robot hand, a first step of controlling the robot arm so that the contact position of the palm becomes a predetermined position of the palm; A second step of controlling the speed at a predetermined speed so that the first active joint of the finger is gripped when moving, and after the speed control, when the finger link contacts the object, the touched finger The root of the link A first active joints located, the contact force acting on the finger link and a third step of the force control so that the predetermined value, the third stearate ップでは、前記関節軸に交差し、指先側の指リンクと物体との接触点を結ぶ直線が、指の中心線に位置するように位置制御することを特徴とするロボットの制御方法。In the robot control method, the position is controlled such that a straight line that intersects the joint axis and connects the contact point between the finger link on the fingertip side and the object is positioned at the center line of the finger. 前記第１ステップは、前記物体が指又は掌に接触したことを起点として開始することを特徴とする請求項９に記載のロボットの制御方法。The robot control method according to claim 9, wherein the first step starts from the point that the object touches a finger or palm. 前記第２ステップは、第１ステップの制御が終了後、開始することを特徴とする請求項１０に記載のロボットの制御方法。The robot control method according to claim 10, wherein the second step is started after the control of the first step is completed. 前記複数の指リンクに係る複数の第１能動関節に対して、独立して前記第２ステップ及び第３ステップを実行制御することを特徴とする請求項９乃至請求項１１のうちいずれか１項に記載のロボットの制御方法。The execution control of the said 2nd step and a 3rd step is independently performed with respect to the some 1st active joint which concerns on these some finger links, The any one of Claims 9 thru | or 11 characterized by the above-mentioned. The robot control method described in 1. 握り込み動作が可能な複数の第１能動関節により複数の指リンクが連結された指を掌に備え、前記指リンク及び掌に接触力を検出する触覚手段を備え、前記第１能動関節の作動に応じた物理量を検出する物理量検出手段を備え、前記指リンクのうち、掌側の指リンクと掌との間には、前記第１能動関節の握り込み動作の方向とは直交する方向の回転であって、関節軸を中心に往復回転する単一の第２能動関節を備えたロボットハンドを有し、同ロボットハンドをロボットアームに連結したロボットにおいて、物体が前記ロボットハンドの掌に接触したとき、掌でのその接触位置が、掌の所定位置となるように、前記ロボットアームを制御するロボットアーム制御手段と、物体を握り込みする際に、前記指の第１能動関節を握り込み動作するように前記物理量検出手段の検出値に基づいて所定速度で速度制御する第１制御手段と、前記第１制御手段の制御により、指リンクが前記物体に接触した際に、接触した前記指リンクの根元側に位置する第１能動関節を、前記指リンクに作用する接触力が所定値となるように前記触覚手段が検出した接触力に基づいて力制御する第２制御手段を備え、前記第２制御手段は、前記関節軸に交差し、指先側の指リンクと物体との接触点を結ぶ直線が、指の中心線に位置するように前記第２能動関節を位置制御することを特徴とすることを特徴とするロボット。A finger having a plurality of finger links connected to each other by a plurality of first active joints capable of being grasped, and tactile means for detecting contact force on the finger links and the palm; A physical quantity detecting means for detecting a physical quantity in accordance with the rotation of the finger link between the palm side finger link and the palm in a direction orthogonal to the direction of the grasping operation of the first active joint. A robot hand having a single second active joint that reciprocally rotates about a joint axis, and the robot hand is connected to a robot arm, and an object contacts the palm of the robot hand When the object is grasped, the robot arm control means for controlling the robot arm and the first active joint of the finger are grasped so that the contact position with the palm becomes a predetermined position of the palm. I will do it First control means for controlling the speed at a predetermined speed based on a detection value of the physical quantity detection means, and when the finger link comes into contact with the object by the control of the first control means, Second control means for controlling the force of the first active joint located on the side based on the contact force detected by the tactile means so that the contact force acting on the finger link becomes a predetermined value; The means controls the position of the second active joint so that a straight line intersecting the joint axis and connecting the contact point between the finger link on the fingertip side and the object is located at the center line of the finger. Robot characterized by. 前記第１制御手段は、前記物体が指又は掌に接触したことを起点として前記速度制御を開始することを特徴とする請求項１３に記載のロボット。14. The robot according to claim 13, wherein the first control unit starts the speed control based on a point of contact of the object with a finger or a palm. 前記第１制御手段は、指の根元側に位置する第１能動関節ほど指先側に位置する他の第１能動関節よりも、前記所定速度を相対的に大きな値にして速度制御することを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載のロボット。The first control means controls the speed by setting the predetermined speed to a relatively large value as compared with other first active joints located on the fingertip side as the first active joint located on the finger base side. The robot according to claim 13 or 14. 前記複数の指リンクに係る複数の第１能動関節のそれぞれに対して、第１制御手段及び第２制御手段は、独立して実行制御することを特徴とする請求項１３乃至請求項１５のうちいずれか１項に記載のロボット。The first control means and the second control means independently execute and control each of the plurality of first active joints related to the plurality of finger links. The robot according to any one of claims.
JP2002048233A 2002-02-25 2002-02-25 Robot hand, gripping control method of robot hand, robot and robot control method Expired - Lifetime JP3742876B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002048233A JP3742876B2 (en) 2002-02-25 2002-02-25 Robot hand, gripping control method of robot hand, robot and robot control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002048233A JP3742876B2 (en) 2002-02-25 2002-02-25 Robot hand, gripping control method of robot hand, robot and robot control method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003245883A JP2003245883A (en) 2003-09-02
JP3742876B2 true JP3742876B2 (en) 2006-02-08

Family

ID=28661087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002048233A Expired - Lifetime JP3742876B2 (en) 2002-02-25 2002-02-25 Robot hand, gripping control method of robot hand, robot and robot control method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3742876B2 (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4715296B2 (en) * 2005-05-12 2011-07-06 トヨタ自動車株式会社 Robot hand holding and gripping control method.
JP2007098550A (en) * 2005-10-07 2007-04-19 Toyota Motor Corp Grip controlling device of robot hand
JP2009034744A (en) * 2007-07-31 2009-02-19 Sony Corp Apparatus and method for control, and program
JP5281377B2 (en) 2008-12-04 2013-09-04 トヨタ自動車株式会社 Robot equipment
JP5267213B2 (en) * 2009-03-02 2013-08-21 株式会社安川電機 Multi-fingered hand and robot
JP5335551B2 (en) 2009-05-14 2013-11-06 本田技研工業株式会社 Robot hand and its control system, control method and control program
JP5834478B2 (en) * 2011-05-10 2015-12-24 セイコーエプソン株式会社 robot
KR101401415B1 (en) 2012-06-29 2014-05-30 한국과학기술연구원 Robot control device and method for consistent motion generation including contact and force control
JP6704576B2 (en) * 2016-07-05 2020-06-03 アダマンド並木精密宝石株式会社 Hand robot control method
JP7126817B2 (en) * 2017-11-15 2022-08-29 Thk株式会社 Grasping system and method
WO2022085560A1 (en) * 2020-10-20 2022-04-28 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント Robot hand control device, and method for controlling robot hand
CN118317855A (en) 2021-11-29 2024-07-09 京瓷株式会社 Control device, robot control system, and method for controlling robot

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003245883A (en) 2003-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10423227B2 (en) Hand exoskeleton force feedback system
JP3742876B2 (en) Robot hand, gripping control method of robot hand, robot and robot control method
Laghi et al. Shared-autonomy control for intuitive bimanual tele-manipulation
JP5580850B2 (en) Fast grip contact calculation for serial robots
WO2011065035A1 (en) Method of creating teaching data for robot, and teaching system for robot
CN103192398B (en) The control method of robot
CN111645093B (en) Force sense feedback data glove for teleoperation
Odesanmi et al. Skill learning framework for human–robot interaction and manipulation tasks
Su et al. Robust grasping for an under-actuated anthropomorphic hand under object position uncertainty
CN207465244U (en) A kind of chain type multi-joint exoskeleton rehabilitation mechanical finger mechanism of flexible drive
CN109807915A (en) A kind of under-actuated bionic manipulator based on the stiffness variable for becoming born of the same parents&#39; principle
Zhang et al. Two-DOF coupled and self-adaptive (COSA) finger: a novel under-actuated mechanism
Zhao et al. An intuitive human robot interface for tele-operation
Falck et al. DE VITO: A dual-arm, high degree-of-freedom, lightweight, inexpensive, passive upper-limb exoskeleton for robot teleoperation
JP4033050B2 (en) Robot hand gripping control device
JP4591043B2 (en) Method of gripping an arbitrarily shaped object by a robot
Hinwood et al. Towards the design of a human-inspired gripper for textile manipulation
JPH09109069A (en) Powered intelligent method and unit
JP2007216367A (en) Device and method for holding object
Cai et al. Dual-Arm Upper Limb Rehabilitation Robot: Mechanism Design and Preliminary Experiments
JP3884249B2 (en) Teaching system for humanoid hand robot
JP4715296B2 (en) Robot hand holding and gripping control method.
Fernando et al. Experiencing ones own hand in telexistence manipulation with a 15 DOF anthropomorphic robot hand and a flexible master glove
KR101665544B1 (en) Control device for multi-finger hand and grasping method with the same
Wang et al. Kinematics analysis and trajectory planning of upper limb rehabilitation robot

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20040603

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20041020

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20041026

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20041222

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050215

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050414

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20051018

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 3742876

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350