JP4577619B2 - 多関節多指ハンドの物体把持方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハンドによって物体を把持する多関節多指ハンドの物体把持方法に関する。

複数のロボットハンドの各指を物体を挟んだ状態で保持しながら作業を行うには、ロボットハンドの各指の発生する力によって保持状態を制御しつつ、ロボットハンドを動作させる必要がある。このとき、各ロボットハンドで物体を保持する力は、予め決められた力の大きさと方向を制御装置によって制御していた。

ところが、作業を行う際には、環境情報の誤差や外部との干渉によって、保持物体とロボットハンドの指間に転がりや滑りが生じ、ロボットハンドの指の位置がずれることがある。

また、保持状態を変えるために、指先端で物体を支える位置をずらす場合もある。このとき、位置がずれることによって指間の力のつり合いが崩れ、発生すべきではない合力が生じたり、またこの合力によって回転などの予期しない運動が生じたりする、という問題があった。

本発明の解決課題は、不都合な合力を生じたり、この合力によって回転などの予期しない運動が生じたりするのを防止することにある。

前記課題を解決するための手段は、力制御手段を備えた多指ハンドの少なくとも３つの指先端部で物体を挟んで保持するにあたり、各指先端部によって前記物体に作用する合力と合モーメントを０にして釣り合いを保つ多関節多指ハンドの物体把持方法であって、前記物体の把持力を各指先端部の相対的な位置関係に基づき各指先端部に配分する釣り合い条件演算式を予め定め、指令された把持力に従って前記物体を保持する際に、前記各指先端部の相対的な位置関係と、前記釣り合い条件演算式とから、前記各指先端部が前記物体に対して発生させる把持力の目標値を生成することができる。

上記手段により、力を発生する各指の先端部の位置に応じて、力のつり合い条件を満たすように力制御がなされるため、指先端部の位置に予期しないずれが生じた場合にも力のつり合いが保たれ、安定して動作を続けることができる。

本発明の手段によれば、ロボットハンドの指先やハンドの各指の位置の変化に応じて、つり合う力を把持力として発生するよう制御されるので、発生すべきではない合力が生じたり、またこの合力によって回転などの予期しない運動が生じたりするのを防ぐことができる。

図１は、本発明の実施例のブロック図である。多指ロボットハンド４１は、エンコーダなどの位置検出部４４と、指先に備えた力センサなどの力検出部４２と、関節駆動部４３とを備えている。制御演算部４５は、前記位置検出部４４と力検出部４２から得られる関節変位θと指先力Ｆを帰還しながら、各指の目標位置Ｘ_dと指先目標力Ｆ_dに基づき、指の関節の駆動指令ωを計算して関節駆動部４３に出力する。目標位置生成部４６は、ロボットハンド４１の運動を指令するため、目標位置Ｘ_dを生成して出力する。目標力生成部４７は、ロボットハンド４１の各指先が発生する力を指令するため、目標力Ｆ_dを出力する。ここで、目標力生成部４７は、把持力司令部４８と目標力生成演算部４９とつり合い条件演算部５０とからなり、前記の多指ハンドが各指先を使って物体を挟んで保持するために、次の方法で目標力を生成する。把持力指令部４８は、把持力の大きさｆとつり合い条件演算部５０に対してつり合い条件演算式を指令する。これらが与えられると、目標力生成演算部４９は、各指先の位置Ｘと把持力の大きさｆから、前記条件演算式に従って、前記目標力Ｆ_dを計算し、制御演算部４５に出力する。ここで用いるＸは、制御演算部４５の中で関節変位θから計算される、実際の指先位置である。

図２は、図１の把持力指令部４８からの把持力指令によって指令されるつり合い条件の一説明図であり、３本指ハンドの各指先５１，５２，５３で、直方体の物体５４を挟み込んで保持している状態を表す。図のように、指先５１が５２と５３に向き合って物体５４を挟んでいるとき、矢印で示した方向に把持力を発生させたい。把持力ｆで挟み込むには、指先５１に力ｆを発生させ、それに向き合ってつり合う力を指先５２と５３に発生させる。このとき、力がつり合って合力と合モーメントを零にするために指先５２と５３で発生させる力の配分は、各先端部の位置関係に依存する。力をつり合わせるには、（ａ）に示す位置関係（指先５１の位置が５２と５３に対して１対１の距離にある）の場合は、指先５２と５３にそれぞれ力ｆ／２の力を発生させる。

図２（ｂ）に示す位置関係（指先５１の位置が指先５２と５３に対して２対１の距離にある）の場合は、指先５２にｆ／３、指先５３に２ｆ／３の力を発生させる。これらの力配分は、各指先位置を検出することで計算することができる。

図２に示した力のつり合わせ方は一例であり、物体や状況に応じて、力の方向の決め方は様々あるが、つり合う力を各指先に発生させるには、先端部の位置関係に応じて力を配分する必要があるのは同様である。把持力指令部４８からの把持力指令は、図２のような位置と力のつり合い条件を、各指先位置から該指先の発生すべき力を計算する演算式として指令し、これに基づいて目標力生成演算が目標力生成演算部４９において行われる。

本発明の実施例を示すブロック図である。 本発明の実施例におけるつり合い条件の説明図である。

符号の説明

４１ 多指ロボットハンド、４２ 力検出部、４３ 関節駆動部、４４ 位置検出部、４５ 制御演算部、４６ 目標位置生成部、４７ 目標力生成部、４８ 把持力指令部、４９ 目標力生成演算部、５０ つり合い条件式演算部、５１〜５３ ３本指を備えた多指ハンドの各指先、５４ 把持物体

Claims (1)

1. 力制御手段を備えた多指ハンドの少なくとも３つの指先端部で物体を挟んで保持するにあたり、各指先端部によって前記物体に作用する合力と合モーメントを０にして釣り合いを保つ多関節多指ハンドの物体把持方法であって、
   前記物体の把持力を各指先端部の相対的な位置関係に基づき各指先端部に配分する釣り合い条件演算式を予め定め、
   指令された把持力に従って前記物体を保持する際に、前記各指先端部の相対的な位置関係と、前記釣り合い条件演算式とから、前記各指先端部が前記物体に対して発生させる把持力の目標値を生成することを特徴とする多関節多指ハンドの物体把持方法。