JP5289179B2 - Robot hand and its control system, control method and control program - Google Patents
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Description
本発明は、手の平および手の平から延設されている複数の指を備え、手の平の位置および姿勢の調節、ならびに、複数の指のそれぞれの動きにより物体の把持作業等を実行するロボットハンドに関する。 The present invention relates to a robot hand that includes a palm and a plurality of fingers extending from the palm, and performs adjustment of the position and posture of the palm and gripping of an object by each movement of the plurality of fingers.
物体を把持した上で、この物体を持ち替えるまたは持ち方を変えるようにロボットハンドの動作を制御する手法が提案されている(特許文献1参照)。 There has been proposed a method of controlling the operation of a robot hand so as to hold or change the way of holding the object after grasping the object (see Patent Document 1).
しかし、ある場所に載置されている物体が複数の指機構によりつままれ、しっかりと握られていない状態でこの場所から持ち上げられた場合、複数の指機構により指機構の力が不十分であるために物体が落下する可能性がある。特に、複数の指機構によりつまみあげられた際の物体のバランスが偏向している場合には、物体の姿勢が変化してしまい、その後、当該物体を握る際に支障をきたす可能性がある。物体を確実につまみあげようとするために指機構の力を強めることが考えられるが、その分だけ指機構を駆動させるための駆動機構の重量化および大型化を招くことになるので好ましくない。 However, if an object placed at a location is pinched by multiple finger mechanisms and lifted from this location without being firmly grasped, the force of the finger mechanisms is insufficient due to the multiple finger mechanisms This may cause the object to fall. In particular, when the balance of an object when it is picked up by a plurality of finger mechanisms is deflected, the posture of the object changes, and there is a possibility that it may cause trouble when gripping the object thereafter. Although it is conceivable to increase the force of the finger mechanism in order to securely pick up the object, it is not preferable because the driving mechanism for driving the finger mechanism is increased in weight and size.
そこで、本発明は、物体がその載置箇所から安定に持ち上げられるようにハンドの動作を制御することができるシステム等を提供することを解決課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a system or the like that can control the operation of the hand so that the object can be stably lifted from the placement location.
前記課題を解決するための本発明の制御システムは、手の平部と、前記手の平部から延設されている複数の指機構とを備えているロボットハンドの制御システムであって、前記手の平部の位置および姿勢、ならびに、物体の位置および姿勢を認識する第1演算処理要素と、前記第1演算処理要素による認識結果に基づき、前記手の平部の位置および姿勢ならびに前記複数の指機構の動きを制御する第2演算処理要素とを備え、前記第2演算処理要素が前記複数の指機構のうち2本以上の第1種の指機構の動きを制御することにより、ある箇所に載置されている前記物体を前記第1種の指機構につまませ、前記手の平部の位置および姿勢ならびに前記第1種の指機構の動きのうち一部または全部を制御することにより、前記物体が前記第1種の指機構によりつままれた状態で、前記物体の一部が前記箇所に当接している一方、他の部分が前記箇所から浮くように前記物体の姿勢を変化させるとともに前記手の平部の一部を前記物体に当接させ、前記複数の指機構のうち前記第1種の指機構と区分されている第2種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構に前記物体の前記箇所から浮いている部分をつかませ、前記手の平部の位置、姿勢または位置および姿勢を制御することにより、前記第2種の指機構により前記物体がつかまれている状態で前記手の平部と前記物体との当接箇所の面積を増加させ、かつ、前記第1種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構に加えて前記第1種の指機構に前記物体を握らせることを特徴とする。 A control system of the present invention for solving the above problems is a control system for a robot hand comprising a palm and a plurality of finger mechanisms extending from the palm, wherein the position of the palm And the position of the palm and the movement of the plurality of finger mechanisms are controlled based on the first calculation processing element for recognizing the position and posture of the object and the recognition result of the first calculation processing element. A second arithmetic processing element, and the second arithmetic processing element is placed at a certain position by controlling movement of two or more first type finger mechanisms among the plurality of finger mechanisms. By holding an object on the first type finger mechanism and controlling part or all of the position and posture of the palm and the movement of the first type finger mechanism, the object becomes the first type finger mechanism. While being pinched by a mechanism, a part of the object is in contact with the location, while the other body is changed in posture so that it floats from the location, and a part of the palm of the hand is placed on the object. And the movement of the second type of finger mechanism that is separated from the first type of finger mechanism among the plurality of finger mechanisms is controlled by the second type of finger mechanism. was gripped part that floats from the point, the position of the palm portion, by controlling the orientation or position and orientation, and the second type of the palm portion in a state where the finger mechanism the object is gripped with the object In addition to the second type finger mechanism, the first type finger mechanism is caused to grip the object by increasing the area of the contact portion of the first type and controlling the movement of the first type finger mechanism. It is characterized by that.
本発明の制御システムによれば、第1種の指機構の動きにより物体がつままれた上で、この物体の一部を載置箇所に当接させたままで他の部分が持ち上げられる。この際、物体の全質量が第1種の指機構にかかるわけではないので、物体をつまみ上げる程度に第1種の指機構の力を強める必要がない。したがって、第1種の指機構の駆動機構の軽量化または小型化が図られうる。 According to the control system of the present invention, the object is pinched by the movement of the first type finger mechanism, and the other part is lifted while keeping a part of the object in contact with the placement position. At this time, since the total mass of the object is not applied to the first type finger mechanism, it is not necessary to increase the force of the first type finger mechanism to the extent that the object is picked up. Therefore, the weight reduction or size reduction of the drive mechanism of the first type finger mechanism can be achieved.
次に、手の平部の位置、姿勢または位置および姿勢が制御されることにより、手の平部と当該物体との当接箇所が広げられた上で、複数の指機構の動きが制御されることにより当該複数の指機構により物体が握られる。このため、物体が手の平部および複数の指機構のそれぞれに当接した状態でしっかりと握られる。そして、ハンドによりしっかりと握られた状態で物体がその載置箇所から安定に持ち上げられうる。 Next, by controlling the position, posture or position and posture of the palm, the contact portion between the palm and the object is expanded, and the movement of the plurality of finger mechanisms is controlled. An object is gripped by a plurality of finger mechanisms. For this reason, the object is firmly held in a state where the object is in contact with the palm and each of the plurality of finger mechanisms. Then, the object can be stably lifted from the placement location while being firmly held by the hand.
なお、本発明の構成要素が情報を「認識する」とは、コンピュータのハードウェア資源(CPUなど)としての当該構成要素が、情報を記憶装置から読み出すこと、情報をデータベースから検索すること、情報を受信すること、センサから出力等された基礎情報に基づいて適宜演算処理を実行することにより情報を測定、算定、推定または予測すること、および、情報を記憶装置に保存すること等、情報を必要とする演算処理等のために情報を利用可能な状態に準備するあらゆる情報演算処理を意味する。 Note that the component of the present invention “recognizes” information means that the component as a computer hardware resource (CPU or the like) reads information from a storage device, retrieves information from a database, Information, measuring, calculating, estimating or predicting information by appropriately performing arithmetic processing based on basic information output from a sensor, and storing information in a storage device, etc. It means any information calculation processing that prepares information in a usable state for necessary calculation processing or the like.
第1発明の制御システムにおいて、前記第1演算処理要素が、前記物体における質量中心位置をはさんで質量密度が高い重量部分と、前記重量部分よりも質量密度が低い軽量部分との区分を認識し、前記第2演算処理要素が前記第1種の指機構の動きを制御することにより、前記箇所に載置されている前記物体の前記軽量部分を前記第1種の指機構につまませ、前記手の平部の位置および姿勢ならびに前記第1種の指機構の動きのうち一部または全部を制御することにより、前記物体の軽量部分が前記第1種の指機構によりつままれた状態で、前記物体が前記重量部分において前記箇所に当接している一方、前記軽量部分が前記箇所から浮くように前記物体の姿勢を変化させるとともに前記手の平部を部分的に前記物体に当接させてもよい(第2発明)。 In the control system of the first invention, the first arithmetic processing element recognizes a division between a heavy part having a high mass density across the center of mass position of the object and a lightweight part having a lower mass density than the heavy part. The second arithmetic processing element controls the movement of the first type finger mechanism, so that the lightweight part of the object placed at the location is held on the first type finger mechanism, By controlling part or all of the position and posture of the palm and the movement of the first type finger mechanism, the lightweight portion of the object is pinched by the first type finger mechanism, While the object is in contact with the portion in the weight portion, the posture of the object may be changed so that the lightweight portion is lifted from the portion, and the palm portion may be partially in contact with the object ( 2 invention).
当該構成の制御システムによれば、物体の質量分布の偏向性に鑑みて、第1種の指機構につまませる場所が選定されるので、第1種の指機構にかかる負荷が軽減される。このため、第1種の指機構によりつままれた状態で変更された物体の姿勢が安定に維持されうる。したがって、これに続いて前記のようにハンドにより物体がしっかりと握られることにより物体がその載置箇所から安定に持ち上げられうる。 According to the control system configured as described above, a place that can be held by the first type finger mechanism is selected in view of the deflectability of the mass distribution of the object, so that the load on the first type finger mechanism is reduced. For this reason, the posture of the object changed while being pinched by the first type finger mechanism can be stably maintained. Therefore, following this, the object can be lifted stably from its place by firmly grasping the object by the hand as described above.
第1または第2発明の制御システムにおいて、前記第2演算処理要素が、前記第2種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構に前記物体の前記箇所から浮いている部分をつかませた後、前記第1種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構により前記物体がつかまれている状態で前記第1種の指機構を前記物体から離した上で、前記手の平部の位置、姿勢または位置および姿勢を制御することにより、前記手の平部と前記物体との当接箇所の面積を増加させてもよい(第3発明)。 In the control system according to the first or second invention, the second arithmetic processing element controls the movement of the second kind of finger mechanism, so that the second kind of finger mechanism floats from the part of the object. The first type finger mechanism is moved away from the object while the object is held by the second type finger mechanism by controlling the movement of the first type finger mechanism. After the separation, the area of the contact portion between the palm and the object may be increased by controlling the position, posture or position and posture of the palm (third invention).
当該構成の制御システムによれば、第1種の指機構が物体から離されることにより、第1種の指機構および物体のそれぞれがお互いに相手方の動き等に束縛されなくなるので、その分だけ手の平部の位置、姿勢または位置および姿勢が容易に変更されうる。これにより、ハンドに物体をしっかりと握らせる観点から、手の平部と物体との当接箇所を適当かつ十分に広げることができる。その結果、前記のようにハンドにより物体がしっかりと握られ、物体がその載置箇所から安定に持ち上げられうる。 According to the control system having the above configuration, the first type finger mechanism and the object are not bound to each other's movement or the like by separating the first type finger mechanism from the object. The position, posture or position and posture of the part can be easily changed. Thereby, from the viewpoint of causing the hand to hold the object firmly, the contact portion between the palm of the hand and the object can be appropriately and sufficiently widened. As a result, the object can be firmly grasped by the hand as described above, and the object can be stably lifted from the placement position.
第3発明の制御システムにおいて、2本以上の前記第2種の指機構が存在し、前記第2演算処理要素が、一部の前記第2種の指機構の動きを制御することにより、前記一部の第2種の指機構に前記物体の前記箇所から浮いている部分をつかませた後、前記第1種の指機構の動きを制御することにより、前記一部の第2種の指機構により前記物体がつかまれている状態で前記第1種の指機構を前記物体から離した上で、残りの前記第2種の指機構の動きを制御することにより、前記一部の第2種の指機構に加えて前記残りの第2種の指機構に前記物体の前記箇所から浮いている部分をつかませてもよい(第4発明)。 In the control system of the third invention, there are two or more of the second type finger mechanisms, and the second arithmetic processing element controls the movement of some of the second type of finger mechanisms, thereby After the portion of the object floating above the part is held by some second-type finger mechanisms, the movement of the first-type finger mechanism is controlled, whereby the some second-type fingers are controlled. The first type finger mechanism is separated from the object in a state where the object is held by the mechanism, and then the movement of the remaining second type finger mechanisms is controlled, whereby the part of the second type In addition to the finger mechanism, the remaining second-type finger mechanism may hold a portion of the object floating from the location (fourth invention).
当該構成の制御システムによれば、第2種の指機構のうち一部のみにより物体がつかまれ、残りの第2種の指機構および物体のそれぞれがお互いに相手方の動き等に束縛されなくなるので、その分だけ手の平部の位置、姿勢または位置および姿勢が容易に変更されうる。これにより、ハンドに物体をしっかりと握らせる観点から、手の平部と物体との当接箇所を適当かつ十分に広げることができる。その結果、前記のようにハンドにより物体がしっかりと握られ、物体がその載置箇所から安定に持ち上げられうる。 According to the control system of the configuration, the object is grabbed by only a part of the second type finger mechanism, and the remaining second type finger mechanism and the object are not bound to each other's movement, etc. Accordingly, the position, posture or position and posture of the palm can be easily changed. Thereby, from the viewpoint of causing the hand to hold the object firmly, the contact portion between the palm of the hand and the object can be appropriately and sufficiently widened. As a result, the object can be firmly grasped by the hand as described above, and the object can be stably lifted from the placement position.
第1〜第4発明のうち1つの制御システムにおいて、前記複数の指機構に能動的な動きの自由度の高低差が存在し、当該自由度が高い指機構を前記第1種の指機構としてその動きを制御するとともに、当該自由度が低い指機構を前記第2種の指機構としてその動きを制御してもよい(第5発明)。 In one control system of the first to fourth inventions, there is a difference in the degree of freedom of active movement in the plurality of finger mechanisms, and a finger mechanism having a high degree of freedom is defined as the first type finger mechanism. While controlling the movement, the finger mechanism having a low degree of freedom may be controlled as the second type finger mechanism (the fifth invention).
当該構成の制御システムによれば、能動的な動きの自由度が比較的高い第1種の指機構が物体を「つかむ」という動作よりも器用さが必要な「つまむ」という動作に適していることに鑑みて、複数の指機構のそれぞれの動作がその機能または役割に応じて適当に制御されうる。 According to the control system of this configuration, the first type of finger mechanism having a relatively high degree of freedom of active movement is suitable for an operation of “pinch” that requires dexterity rather than an operation of “grabbing” an object. In view of the above, each operation of the plurality of finger mechanisms can be appropriately controlled according to the function or role thereof.
当該構成は、ハンドの軽量化またはコンパクト化等のために一部の指機構に関係する構造または機構が簡略化されたことにより、当該一部の指機構の能動的な動きの自由度が他の指機構と比較して低く設計された場合に特に有意義である。 In this configuration, the structure or mechanism related to some finger mechanisms has been simplified in order to reduce the weight or the size of the hand, so that the degree of freedom of active movement of the some finger mechanisms is different. This is particularly significant when designed to be low compared to the finger mechanism.
第1〜第5発明のうち1つの制御システムにおいて、前記手の平部の縁の一部が手の平面に連続する丸みを帯びた形状に形成され、前記第2演算処理要素が、前記手の平部の位置および姿勢ならびに前記第1種の指機構の動きのうち一部または全部を制御することにより、前記手の平部の縁の丸みを帯びた形状に形成されている一部を前記物体に最初に当接させた後、前記手の平部の位置、姿勢または位置および姿勢を制御することにより、前記第2種の指機構により前記物体がつかまれている状態で前記手の平部の前記手の平面と前記物体との当接箇所の面積を増加させてもよい(第6発明)。 In one control system of the first to fifth inventions, a part of an edge of the palm is formed in a rounded shape that is continuous with a plane of the hand, and the second arithmetic processing element is a position of the palm. By controlling part or all of the movement of the first kind of finger mechanism and the posture, a part formed in the rounded shape of the edge of the palm is first brought into contact with the object. Then, by controlling the position, posture or position and posture of the palm part, the plane of the hand of the palm part and the object are brought into contact with the object while the object is held by the second type finger mechanism. You may increase the area of a contact location (6th invention).
当該構成の制御システムによれば、手の平部が丸みを帯びた部分において物体に最初に当接した際、この丸みを帯びた部分に連続している手の平面と物体との当接箇所を円滑に増加させることができる。これにより、ハンドに物体をしっかりと握らせる観点から、手の平部と物体との当接箇所を適当かつ十分に広げることができる。そして、前記のようにハンドにより物体がしっかりと握られ、物体がその載置箇所から安定に持ち上げられうる。 According to the control system having the above configuration, when the palm of the hand first comes into contact with the object in the rounded part, the contact part between the hand plane and the object that is continuous with the rounded part is smoothly smoothed. Can be increased. Thereby, from the viewpoint of causing the hand to hold the object firmly, the contact portion between the palm of the hand and the object can be appropriately and sufficiently widened. Then, as described above, the object can be firmly held by the hand, and the object can be stably lifted from the placement location.
本発明のロボットハンドは、手の平部と、前記手の平部から延設されている複数の指機構と、第1〜第6発明のうちいずれか1つの制御システムとを備えていることを特徴とする。 A robot hand according to the present invention includes a palm portion, a plurality of finger mechanisms extending from the palm portion, and a control system according to any one of the first to sixth inventions. .
本発明のロボットハンドの制御プログラムは、コンピュータを第1〜第6発明のうちいずれか1つの制御システムとして機能させることを特徴とする。 The robot hand control program of the present invention causes a computer to function as any one of the control systems of the first to sixth inventions.
本発明の制御方法は、手の平部と、前記手の平部から延設されている複数の指機構とを備えているロボットハンドの制御方法であって、前記手の平部の位置および姿勢、ならびに、物体の位置および姿勢を認識し、前記認識結果に基づき、前記複数の指機構のうち2本以上の第1種の指機構の動きを制御することにより、ある箇所に載置されている前記物体を前記第1種の指機構につまませ、前記手の平部の位置および姿勢ならびに前記第1種の指機構の動きのうち一部または全部を制御することにより、前記物体が前記第1種の指機構によりつままれた状態で、前記物体の一部が前記箇所に当接している一方、他の部分が前記箇所から浮くように前記物体の姿勢を変化させるとともに前記手の平部の一部を前記物体に当接させ、前記複数の指機構のうち前記第1種の指機構と区分されている第2種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構に前記物体の前記箇所から浮いている部分をつかませ、前記手の平部の位置、姿勢または位置および姿勢を制御することにより、前記第2種の指機構により前記物体がつかまれている状態で前記手の平部と前記物体との当接箇所の面積を増加させ、かつ、前記第1種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構に加えて前記第1種の指機構に前記物体を握らせることを特徴とする。 The control method of the present invention is a control method of a robot hand comprising a palm part and a plurality of finger mechanisms extending from the palm part, the position and posture of the palm part, and the object Recognizing the position and orientation, and controlling the movement of two or more first-type finger mechanisms of the plurality of finger mechanisms based on the recognition result, the object placed at a certain location is The object can be held by the first type of finger mechanism by being held by the first type of finger mechanism and controlling part or all of the position and posture of the palm and the movement of the first type of finger mechanism. While being pinched, a part of the object is in contact with the part, while the posture of the object is changed so that another part is lifted from the part, and a part of the palm is applied to the object. The plurality of By controlling the movement of the two finger mechanisms which are classified as the first type of finger mechanisms among the mechanism, so gripped part that floats from the point of the object to the second type of finger mechanisms By controlling the position, posture or position and posture of the palm, the area of the contact portion between the palm and the object can be increased while the object is held by the second type finger mechanism. In addition to controlling the movement of the first type finger mechanism, the first type finger mechanism is caused to grip the object in addition to the second type finger mechanism.
本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明の一実施形態としてのロボットハンドを構成要素とするロボットの構成について説明する。 First, a configuration of a robot having a robot hand as a component as an embodiment of the present invention will be described.
図1に示されているロボットRは脚式移動ロボットであり、人間と同様に、基体B0と、基体B0の上方に配置された頭部B1と、基体B0の上部に上部両側から延設された左右の腕体B2と、左右の腕体B2のそれぞれの先端に設けられているハンド1と、基体B0の下部から下方に延設された左右の脚体B4とを備えている。なお、ロボットRは脚式移動ロボットのみならず、ハンド1の位置および姿勢を変化させるための腕体B2に相当する機構を備えているあらゆる種類のロボットであってもよい。
The robot R shown in FIG. 1 is a legged mobile robot. Like a human, the robot R extends from both sides of the base B0, the head B1 disposed above the base B0, and the top of the base B0. The left and right arm bodies B2, the
ロボットRはその動作を制御する制御装置2を備えている。制御装置2はロボットRの内部ネットワークを通じて接続された主制御ユニットおよび一または複数の副制御ユニットより構成される分散制御装置であってもよい。
The robot R includes a
基体B0はヨー軸回りに相対的に回動しうるように上下に連結された上部および下部により構成されている。頭部B1は基体B0に対してヨー軸回りに回動する等、動くことができる。頭部B1には、ロボットRの前方を撮像範囲とするCCDカメラ、赤外線カメラ等、種々の周波数帯域における光を感知しうる左右一対の頭カメラC1が搭載されている。基体B0の下部には、ロボットRの前方下方に向けて発せられた近赤外レーザー光の物体による反射光を検知することによりこの物体の位置や方位等を測定するための腰カメラ(アクティブセンサ)C2が搭載されている。 The base B0 is composed of an upper part and a lower part that are connected vertically so as to be relatively rotatable about the yaw axis. The head B1 can move, such as rotating around the yaw axis with respect to the base B0. The head B1 is mounted with a pair of left and right head cameras C1 that can sense light in various frequency bands, such as a CCD camera and an infrared camera that have an imaging range in front of the robot R. A waist camera (active sensor) for measuring the position, orientation, and the like of the object by detecting the reflected light of the object of the near-infrared laser light emitted toward the front lower side of the robot R below the base B0. ) C2 is installed.
腕体B2は第1腕体リンクB22と、第2腕体リンクB24とを備えている。基体B0と第1腕体リンクB21とは肩関節機構(第1腕関節機構)B21を介して連結され、第1腕体リンクB22と第2腕体リンクB24とは肘関節機構(第2腕関節機構)B23を介して連結され、第2腕体リンクB24とハンド1とは手首関節機構(第3腕関節機構)B25を介して連結されている。肩関節機構B21はロール、ピッチおよびヨー軸回りの回動自由度を有し、肘関節機構B23はピッチ軸回りの回動自由度を有し、手首関節機構B25はロール、ピッチ、ヨー軸回りの回動自由度を有している。
The arm body B2 includes a first arm body link B22 and a second arm body link B24. The base body B0 and the first arm body link B21 are connected via a shoulder joint mechanism (first arm joint mechanism) B21, and the first arm body link B22 and the second arm body link B24 are connected to an elbow joint mechanism (second arm). The second arm link B24 and the
脚体B4は第1脚体リンクB42と、第2脚体リンクB44と、足部B5とを備えている。基体B0と第1脚体リンクB42とは股関節機構(第1脚関節機構)B41を介して連結され、第1脚体リンクB42と第2脚体リンクB44とは膝関節機構(第2脚関節機構)B43を介して連結され、第2脚体リンクB44と足部B5とは足関節機構(第3脚関節機構)B45を介して連結されている。 The leg B4 includes a first leg link B42, a second leg link B44, and a foot B5. The base B0 and the first leg link B42 are connected via a hip joint mechanism (first leg joint mechanism) B41, and the first leg link B42 and the second leg link B44 are connected to a knee joint mechanism (second leg joint). The mechanism) is connected via B43, and the second leg link B44 and the foot B5 are connected via an ankle joint mechanism (third leg joint mechanism) B45.
股関節機構B41はロール、ピッチおよびロール軸回りの回動自由度を有し、膝関節機構B43はピッチ軸回りの回動自由度を有し、足関節機構B45はロールおよびピッチ軸回りの回動自由度を有している。股関節機構B41、膝関節機構B43および足関節機構B45は「脚関節機構群」を構成する。なお、脚関節機構群に含まれる各関節機構の並進および回転自由度は適宜変更されてもよい。また、股関節機構B41、膝関節機構B43および足関節機構B45のうち任意の1つの関節機構が省略された上で、残りの2つの関節機構の組み合わせにより脚関節機構群が構成されていてもよい。さらに、脚体B4が膝関節とは別の第2脚関節機構を有する場合、当該第2脚関節機構が含まれるように脚関節機構群が構成されてもよい。足部B5の底には着床時の衝撃緩和のため、特開2001−129774号公報に開示されているような弾性素材B52が設けられている。 The hip joint mechanism B41 has a degree of freedom of rotation about the roll, the pitch, and the roll axis, the knee joint mechanism B43 has a degree of freedom of rotation about the pitch axis, and the ankle joint mechanism B45 rotates about the roll and the pitch axis. Has a degree of freedom. The hip joint mechanism B41, the knee joint mechanism B43, and the ankle joint mechanism B45 constitute a “leg joint mechanism group”. The translational and rotational degrees of freedom of each joint mechanism included in the leg joint mechanism group may be changed as appropriate. In addition, an arbitrary one of the hip joint mechanism B41, the knee joint mechanism B43, and the ankle joint mechanism B45 may be omitted, and the leg joint mechanism group may be configured by a combination of the remaining two joint mechanisms. . Further, when the leg body B4 has a second leg joint mechanism different from the knee joint, the leg joint mechanism group may be configured to include the second leg joint mechanism. An elastic material B52 as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-129774 is provided on the bottom of the foot B5 in order to alleviate the impact when landing.
〔ハンドに関する説明〕
ここで、ハンド1の構成について説明する。
[Explanation about the hand]
Here, the configuration of the
ハンド1は、手の平部10と、手の平部10から延設されている5本の指機構11〜15とを備えている。手の平部10は、各指機構を連結支持するフレーム101を備え、手の平部10の表側が手の甲とされ裏側が手の平とされる。図3は、ハンド1の手の平側を示している。手の平部10は手の平部表皮部材102により被覆されている。第1指機構11、第2指機構12、第3指機構13、第4指機構14および第5指機構15のそれぞれは、人間の手の5本の指、すなわち、拇指、示指、中指、環指および小指のそれぞれに相当する。指機構11〜15のそれぞれは関節を露出させて指表皮部材(図示略)により被覆されている。
The
〔第1指機構に関する説明〕
第1指機構11は、図2に模式的に示されているように手の平部10に固定されているリンク部材からCM1関節、CM2関節、MP関節およびIP関節を順に介して接続されている複数の指リンク部材を備えている。
[Explanation about first finger mechanism]
As schematically shown in FIG. 2, the
CM1関節およびCM2関節は回動自由度「2」の「手首中手関節機構」を構成する。CM1関節およびCM2関節は相互に直交または略直交する軸線回りに回動する。MP関節は回動自由度「1」の「拇指中手指節関節機構」を構成する。IP関節は回動自由度「1」の「拇指指節間関節機構」を構成する。CM2関節、MP関節およびIP関節は相互に平行または略平行な軸線回りに回動する。 The CM1 joint and the CM2 joint constitute a “wrist-middle-hand joint mechanism” having a degree of freedom of rotation “2”. The CM1 joint and the CM2 joint rotate about axes that are orthogonal or substantially orthogonal to each other. The MP joint constitutes a “thumb middle metaphalangeal joint mechanism” with a rotational degree of freedom “1”. The IP joint constitutes an “interphalangeal joint mechanism” with a rotational degree of freedom “1”. The CM2 joint, the MP joint, and the IP joint rotate around axes that are parallel or substantially parallel to each other.
第1指機構11はCM2関節、MP関節およびIP関節の回動により屈伸運動し、たとえば、手の平部10の手の平側に向かって折れ曲がる等の動作が可能とされている。CM1関節は第1指機構11を手の平側に対向するように回動させる。
The
〔第2〜第5指機構に関する説明〕
指機構11〜15のそれぞれは、図2に模式的に示されているように手の平部10に固定されているリンク部材からMP1関節、MP2関節、PIP関節およびDIP関節を順に介して接続されている複数の指リンク部材を備えている。
[Explanation regarding second to fifth finger mechanisms]
Each of the
MP1関節およびMP2関節は回動自由度「2」の「中手指節関節機構」を構成する。MP1関節およびMP2関節は相互に直交する軸線回りに回動する。PIP関節は回動自由度「1」の「近位指節間関節機構」を構成する。DIP関節は回動自由度「1」の「遠位指節間関節機構」を構成する。MP2関節、PIP関節およびDIP関節は相互に平行または略平行な軸線回りに回動する。 The MP1 joint and the MP2 joint constitute a “metacarpophalangeal joint mechanism” with a degree of freedom of rotation “2”. The MP1 joint and the MP2 joint rotate about axes that are orthogonal to each other. The PIP joint constitutes a “proximal interphalangeal joint mechanism” having a rotational degree of freedom “1”. The DIP joint constitutes a “distal interphalangeal joint mechanism” having a rotational degree of freedom “1”. The MP2 joint, the PIP joint, and the DIP joint rotate around axes that are parallel or substantially parallel to each other.
指機構12〜15のそれぞれはMP2関節、PIP関節およびDIP関節の回動により屈伸運動し、たとえば、手の平部10の手の平側に向かって折れ曲がる等の動作が可能とされている。MP1関節は、指機構12〜15が相互に近接または離間するように指機構11〜15のそれぞれを揺動させ、人間にたとえると手を広げる等の動作が可能とされている。
Each of the
〔センサの説明〕
指機構11〜15のそれぞれは、図3および図4または図5に示されているように、6軸力センサS1を備えている。6軸力センサS1は、各指機構の指先部材に傾斜する姿勢で取付けられている。6軸力センサS1は、各指機構の指先部材に作用する6軸力、すなわち、互いに直交する3軸(x軸、y軸、z軸)方向の並進力と各軸回りのモーメントとを測定する。そして、6軸力センサS1から出力される6軸力の測定値に基づいて各指機構における力の強弱および向き等が制御される。
[Explanation of sensor]
Each of the
手の平部10の手の平側における複数の箇所に、各箇所における荷重または圧力に応じた信号を出力する圧力センサS2が設けられている。同様に指機構11〜15のそれぞれの指腹側の複数個所に、各箇所における荷重または圧力に応じた信号を出力する圧力センサS2が設けられていてもよい。
At a plurality of locations on the palm side of the
〔第1種の指機構(器用指)および第2種の指機構(力指)に関する説明〕
5つの指機構11〜15は能動的な動きの自由度の高低に応じて第1種の指機構と、第2種の指機構とに区分されている。第1指機構11、第2指機構12および第3指機構13は当該自由度が高い「第1種の指機構」に区分されている。第4指機構14および第5指機構15は第1種の指機構よりも当該自由度が低い「第2種の指機構」に区分されている。
[Explanation on the first type finger mechanism (dexterous finger) and the second type finger mechanism (force finger)]
The five
〔第1種の指機構の説明〕
〔第1指機構の構成〕
第1種の指機構に区分されている第1指機構11は、図4に示されているように、CM2関節の回動軸CM21(手首中手関節機構の第2の回動軸)を回動させる第1の従動流体圧シリンダ32(CM2)と、MP関節の回動軸MP1を回動させる第2の従動流体圧シリンダ32(MP)とを備えている。
[Explanation of
[Configuration of first finger mechanism]
As shown in FIG. 4, the
第1の従動流体圧シリンダ32(CM2)のシリンダ本体321(CM2)は、CM1関節の回動軸(手首中手関節の第2の回動軸)とされており、回動自在に前記手の平部10のフレーム101に支持されている。
The cylinder body 321 (CM2) of the first driven fluid pressure cylinder 32 (CM2) is a rotation axis of the CM1 joint (second rotation axis of the wrist middle wrist joint), and the palm can be rotated freely. It is supported by the
このように、第1の従動流体圧シリンダ32(CM2)のシリンダ本体321(CM2)をCM1関節回動軸として兼用することにより、第1の従動流体圧シリンダ32(CM2)とCM1関節の回動軸とを別々に設けた場合に比べてコンパクトとなる。しかも、CM1関節の回動に伴う第1の従動流体圧シリンダ32(CM2)の揺動は全くなく、その揺動スペースが不要となるので極めてコンパクトに構成することができる。 Thus, by using the cylinder body 321 (CM2) of the first driven fluid pressure cylinder 32 (CM2) as the CM1 joint rotation shaft, the rotation of the first driven fluid pressure cylinder 32 (CM2) and the CM1 joint is performed. Compared with the case where the moving shaft is provided separately, it becomes compact. In addition, the first driven fluid pressure cylinder 32 (CM2) does not swing at all with the rotation of the CM1 joint, and the space for the swing is not required, so that the configuration can be made extremely compact.
第2の従動流体圧シリンダ32(MP)のシリンダ本体321(MP)は、CM2関節の回動軸CM21を介して第1の従動流体圧シリンダ32(CM2)に回動自在に連結されている。 The cylinder body 321 (MP) of the second driven fluid pressure cylinder 32 (MP) is rotatably connected to the first driven fluid pressure cylinder 32 (CM2) via the rotation shaft CM21 of the CM2 joint. .
第2の従動流体圧シリンダ32(MP)のシリンダ本体321(MP)に流体を供給する配管324(MP)は、CM2関節の回動軸CM21の内部に収容されている。これにより、CM2関節の回動時に配管324(MP)が邪魔にならず、第1指機構11の屈伸動作を円滑に行うことができる。
A pipe 324 (MP) for supplying a fluid to the cylinder body 321 (MP) of the second driven fluid pressure cylinder 32 (MP) is accommodated in the rotation shaft CM21 of the CM2 joint. Thereby, the piping 324 (MP) does not get in the way when the CM2 joint rotates, and the bending operation of the
MP関節には連結部材IPL1を介してIP関節が連結されている。IP関節の回動軸IP1には、前記指先部材が回動自在に連結されている。連結部材IPL1は、その一端がMP関節の回動軸MP1に回動自在に連結され、他端がIP関節の回動軸IP1に連結されている。 The IP joint is connected to the MP joint via a connecting member IPL1. The fingertip member is rotatably connected to the rotation shaft IP1 of the IP joint. One end of the connecting member IPL1 is rotatably connected to the rotation shaft MP1 of the MP joint, and the other end is connected to the rotation shaft IP1 of the IP joint.
さらに、MP関節とIP関節との間には、リンク部材IPL2(リンク機構)が設けられている。リンク部材IPL2は、第2の従動流体圧シリンダ32(MP)のシリンダ本体321(MP)と指先部材の6軸力センサS1を支持する支持部材IPL3とを連結する。 Further, a link member IPL2 (link mechanism) is provided between the MP joint and the IP joint. The link member IPL2 connects the cylinder body 321 (MP) of the second driven fluid pressure cylinder 32 (MP) and the support member IPL3 that supports the six-axis force sensor S1 of the fingertip member.
第1の従動流体圧シリンダ32(CM2)は、シリンダ本体321(CM2)内部に流体が供給されることによりピストン322(CM2)が摺動し、ピストンロッド323(CM2)が伸縮してCM2関節を回動させる。これにより、第2指機構12がCM2関節において屈伸する。
In the first driven fluid pressure cylinder 32 (CM2), when the fluid is supplied into the cylinder body 321 (CM2), the piston 322 (CM2) slides, and the piston rod 323 (CM2) expands and contracts, so that the CM2 joint Rotate. As a result, the
第2の従動流体圧シリンダ32(MP)は、シリンダ本体321(MP)内部に流体が供給されることによりピストン322(MP)が摺動し、ピストンロッド323(MP)が伸縮してMP関節を回動させる。このとき、MP関節とIP関節とが、連結部材IPL1とリンク部材IPL2とにより連結されていることにより、第2の従動流体圧シリンダ32(MP)の動きによるMP関節の回動に追従してIP関節が回動する。 In the second driven fluid pressure cylinder 32 (MP), the piston 322 (MP) slides when the fluid is supplied into the cylinder body 321 (MP), and the piston rod 323 (MP) expands and contracts to cause the MP joint. Rotate. At this time, the MP joint and the IP joint are connected by the connecting member IPL1 and the link member IPL2, thereby following the rotation of the MP joint due to the movement of the second driven fluid pressure cylinder 32 (MP). The IP joint rotates.
IP関節は、第2の従動流体圧シリンダ32(MP)によるMP関節の回動に連動するように構成されているので、人間の指の動きに近い動作が得られるだけでなく、IP関節を駆動するためのシリンダ等が不要となり、第1指機構11を軽量に構成することができる。
Since the IP joint is configured to be interlocked with the rotation of the MP joint by the second driven fluid pressure cylinder 32 (MP), not only the movement close to the movement of a human finger can be obtained, but also the IP joint A cylinder or the like for driving becomes unnecessary, and the
以上の構成により、第1指機構11は、第1の従動流体圧シリンダ32(CM2)および第2の従動流体圧シリンダ32(MP)のピストンロッド323(CM2),323(MP)を伸長させることによりを折り曲げ状態となり、ピストンロッド323(CM2),323(MP)を収縮させることにより延ばし状態となる。
With the above configuration, the
第1指機構11のCM1関節は、図3に示されているように、各指機構の配列方向に沿ってピストンロッド323(CM1)が伸縮する第3の従動流体圧シリンダ32(CM1)により回動される。第1指機構11は、第3の従動流体圧シリンダ32(CM1)のピストンロッド323(CM1)を伸長させることにより、手の平部10の手の平側に回動し、第3の従動流体圧シリンダ32(CM1)のピストンロッド323(CM1)を収縮させることにより第2指機構12に隣り合う方向に回動する。
As shown in FIG. 3, the CM1 joint of the
図4に示されているように、第1の従動流体圧シリンダ32(CM2)のシリンダ本体321(CM2)への流体の供給は、CM1関節の回動軸である第1の従動流体圧シリンダ32(CM2)のシリンダ本体321(CM2)の軸受け部101の内部に形成された流体路32(CM2)4を介して行われる。これにより、第1の従動流体圧シリンダ32(CM2)のシリンダ本体321(CM2)を円滑に回動させることができ、CM1関節の回動により第1指機構11が円滑に動かされうる。
As shown in FIG. 4, the supply of fluid to the cylinder body 321 (CM2) of the first driven fluid pressure cylinder 32 (CM2) is the first driven fluid pressure cylinder which is the rotation shaft of the CM1 joint. This is performed via a fluid path 32 (CM2) 4 formed inside the bearing
図3および図4に示されているように、CM1関節、CM2関節およびMP関節のそれぞれにはコイルばね(ねじりばね)CM12、CM22およびMP2のそれぞれが設けられている。MP関節およびCM2関節の各コイルばねMP2,CM22は、第1指機構11を延ばし方向に付勢する。CM1関節のコイルばねCM12は、第1の従動流体圧シリンダ32(CM2)のシリンダ本体321(CM2)の外周を包囲するようにして設けられ、第1指機構11を第2指機構12に隣り合う方向に回動する方向に付勢する。言い換えれば、各コイルばねCM12、CM22およびMP2の付勢方向は、3つの従動流体圧シリンダ32(CM1)、32(CM2)および32(MP)の各ピストンロッド323(CM1)、323(CM2)および323(MP)の収縮方向と同じ方向とされている。
As shown in FIGS. 3 and 4, coil springs (torsion springs) CM12, CM22, and MP2 are provided in the CM1 joint, the CM2 joint, and the MP joint, respectively. The coil springs MP2 and CM22 of the MP joint and the CM2 joint extend the
〔第2指機構の構成〕
第2指機構12は、図5に示されているようにMP2関節の回動軸MP21(中手指節関節の第1の回動軸)を回動させる第1の従動流体圧シリンダ32(MP2)と、PIP関節の回動軸PIP1を回動させる第2の従動流体圧シリンダ32(PIP)とを備えている。
[Configuration of second finger mechanism]
As shown in FIG. 5, the
第1の従動流体圧シリンダ32(MP2)のシリンダ本体321(MP2)は、人間の中手骨に相当し、MP1関節の回動軸MP11(中手指節関節機構の第1の回動軸)により回動自在に前記手の平部10のフレーム101(図1参照)に支持されている。第2の従動流体圧シリンダ32(PIP)のシリンダ本体321(PIP)は、人間の基節骨に相当し、MP2関節の回動軸MP21を介して第1の従動流体圧シリンダ32(MP2)に回動自在に連結されている。
The cylinder body 321 (MP2) of the first driven fluid pressure cylinder 32 (MP2) corresponds to a human metacarpal bone, and a rotation axis MP11 of the MP1 joint (a first rotation axis of the metacarpophalangeal joint mechanism). Is supported by the frame 101 (see FIG. 1) of the
第2の従動流体圧シリンダ32(PIP)のシリンダ本体321(PIP)に流体を供給する配管324(PIP)は、MP2関節の回動軸MP21の内部に収容されている。これにより、MP2関節の回動時に配管324(PIP)が邪魔にならず、第2指機構12の屈伸動作を円滑に行うことができる。
A pipe 324 (PIP) for supplying a fluid to the cylinder body 321 (PIP) of the second driven fluid pressure cylinder 32 (PIP) is accommodated in the rotation shaft MP21 of the MP2 joint. Thereby, the piping 324 (PIP) does not get in the way when the MP2 joint is rotated, and the bending operation of the
また、第2の従動流体圧シリンダ32(PIP)のシリンダ本体321(PIP)を第2指機構12の長手方向に沿ってMP2関節とPIP関節との間に配設することにより、第2指機構12をコンパクトに構成することができる。
Further, by disposing the cylinder body 321 (PIP) of the second driven fluid pressure cylinder 32 (PIP) along the longitudinal direction of the
PIP関節には、人間の中節骨に相当する連結部材DIPL1を介してDIP関節が連結されている。DIP関節の回動軸DIP1には、前記指先部材に連設された6軸力センサS1を支持する支持部材DIPL2が回動自在に連結されている。連結部材DIPL1は、その一端がPIP関節の回動軸PIP1に回動自在に連結され、他端がDIP関節の回動軸DIP1に連結されている。 The DIP joint is connected to the PIP joint via a connecting member DIPL1 corresponding to the human middle phalanx. A support member DIPL2 that supports a six-axis force sensor S1 connected to the fingertip member is rotatably connected to the rotation shaft DIP1 of the DIP joint. One end of the connecting member DIPL1 is rotatably connected to the rotating shaft PIP1 of the PIP joint, and the other end is connected to the rotating shaft DIP1 of the DIP joint.
さらに、PIP関節とDIP関節との間には、リンク部材DIPL3(リンク機構)が設けられている。リンク部材DIPL2は、第2の従動流体圧シリンダ32(PIP)のシリンダ本体321(PIP)と指先部材の6軸力センサS1を支持する支持部材DIPL2とを連結する。 Further, a link member DIPL3 (link mechanism) is provided between the PIP joint and the DIP joint. The link member DIPL2 connects the cylinder body 321 (PIP) of the second driven fluid pressure cylinder 32 (PIP) and the support member DIPL2 that supports the six-axis force sensor S1 of the fingertip member.
第1の従動流体圧シリンダ32(MP2)は、シリンダ本体321(MP2)内部に流体が供給されることによりピストン322(MP2)が摺動し、ピストンロッド323(MP2)が伸縮してMP2関節を回動させる。これにより、第2指機構12がMP2関節を介して屈伸する。
In the first driven fluid pressure cylinder 32 (MP2), the piston 322 (MP2) slides when the fluid is supplied into the cylinder body 321 (MP2), and the piston rod 323 (MP2) expands and contracts, thereby causing the MP2 joint. Rotate. Thereby, the
第2の従動流体圧シリンダ32(PIP)は、シリンダ本体321(PIP)内部に流体が供給されることによりピストン322(PIP)が摺動し、ピストンロッド323(PIP)が伸縮してPIP関節を回動させる。このとき、PIP関節とDIP関節とが、連結部材DIPL1とリンク部材DIPL3とにより連結されているので、第2の従動流体圧シリンダ32(PIP)によるPIP関節の回動に追従してDIP関節が回動する。 In the second driven fluid pressure cylinder 32 (PIP), when a fluid is supplied into the cylinder body 321 (PIP), the piston 322 (PIP) slides, and the piston rod 323 (PIP) expands and contracts to expand the PIP joint. Rotate. At this time, since the PIP joint and the DIP joint are connected by the connecting member DIPL1 and the link member DIPL3, the DIP joint follows the rotation of the PIP joint by the second driven fluid pressure cylinder 32 (PIP). Rotate.
DIP関節は、第2の従動流体圧シリンダ32(PIP)によるPIP関節の回動に連動するように構成されているので、人間の指の動きに近い動作が得られるだけでなく、DIP関節を駆動するためのシリンダ等が不要となり、第2指機構12を軽量に構成することができる。
Since the DIP joint is configured to be interlocked with the rotation of the PIP joint by the second driven fluid pressure cylinder 32 (PIP), not only can the operation be similar to the movement of a human finger, A cylinder or the like for driving becomes unnecessary, and the
以上の構成により、第2指機構12は、第1の従動流体圧シリンダ32(MP2)および第2の従動流体圧シリンダ32(PIP)のピストンロッド323(MP2),323(PIP)を伸長させることにより折り曲げ状態となり、ピストンロッド323(MP2),323(PIP)を収縮させることにより延ばし状態となる。
With the above configuration, the
第2指機構12のMP1関節は、図3に示されているように、各指機構の配列方向に沿ってピストンロッド323(MP1)が伸縮する第3の従動流体圧シリンダ32(MP1)により回動される。第3の従動流体圧シリンダ32(MP1)は、ピストンロッド323(MP1)を伸長させることにより第2指機構12を第3指機構13に近接する方向に揺動させ、ピストンロッド323(MP1)を収縮させることにより第2指機構12を第3指機構13から離反する方向に揺動させる。
As shown in FIG. 3, the MP1 joint of the
図5に示されているように、MP1関節、MP2関節およびPIP関節のそれぞれにはコイルばね(ねじりばね)MP12、MP22およびPIP2のそれぞれが設けられている。PIP関節およびMP2関節の各コイルばねPIP2,MP22は、第2指機構12を延ばし方向に付勢する。MP1関節のコイルばねMP12は、第2指機構12を第3指機構13から離反させる方向に付勢する。言い換えれば、各コイルばねMP12、MP22およびPIP2の付勢方向は、3つの従動流体圧シリンダ32(MP1)、32(MP2)および32(PIP)のピストンロッド323(MP1)、323(MP2)および323(PIP)の収縮方向と同じ方向とされている。
As shown in FIG. 5, each of the MP1 joint, the MP2 joint and the PIP joint is provided with a coil spring (torsion spring) MP12, MP22 and PIP2. The coil springs PIP2 and MP22 of the PIP joint and the MP2 joint urge the
以上、第1種の指機構とされる第2指機構12の構成を詳しく述べたが、第1種の指機構とされる第3指機構13の構成も第2指機構12と同じである。
The configuration of the
〔第2種の指機構の構成〕
第2種の指機構に区分されている第4指機構14および第5指機構15のそれぞれは、第2指機構12の上述した構成のうち、第3の従動流体圧シリンダ32(MP1)が省略されていることを除き、第2指機構12と同じ構成である。第4指機構14および第5指機構15は、第3の従動流体圧シリンダ32(MP1)が省略されているため、MP1関節が力動作に応じて自在に回動し、MP1関節のコイルばねMP12の付勢により所定位置に自然復帰するようになっている。すなわち、第2種の指機構はこの分だけ能動的な動きの自由度が第1種の指機構よりも低くなっている。
[Configuration of the second type finger mechanism]
Each of the
〔駆動装置の構成〕
ハンド1の駆動機構の構成について説明する。駆動機構は、図6に示されている複数の駆動流体圧シリンダ(マスタシリンダ)31と、複数の従動流体圧シリンダ(スレーブシリンダ)32(i)(i=CM1,CM2,MP,MP1,MP2,PIP)とを構成要素としている(図3、図4および図5参照)。駆動流体圧シリンダ31は従動流体圧シリンダ32(i)のそれぞれに対応して合計13個設けられている。駆動流体圧シリンダ31とハンド1の従動流体圧シリンダ32(i)とは流体圧伝達管33(配管)を介して各別に接続される。流体圧伝達管33は流体圧力に応じて径または断面積が変化しうる程度の柔軟性を有している。
[Configuration of drive unit]
The configuration of the drive mechanism of the
複数の駆動流体圧シリンダ31のそれぞれはロボットRの適当な箇所(たとえば基体B0または腕体B2の内部空間)にユニットとしてあるいは分散して配置されている。
Each of the plurality of driving
駆動流体圧シリンダ31は、内部に流体を収容するシリンダ本体311と、シリンダ本体311の内部を摺動するピストン(マスタピストン)312と、ピストン312に連設された中空のピストンロッド313とを備えている。さらに、駆動流体圧シリンダ31は、ピストンロッド313の軸線に沿ってピストンロッド313内に挿入されるボールネジ314と、ピストンロッド313の内部に固設されてボールネジ314に螺合する螺合部材315と、ボールネジ314を回転駆動することにより螺合部材315を介してピストンロッド313を進退させるモータ30(回転駆動装置)と、モータ30の作動量を検出するためのエンコーダS3とを備えている。駆動流体圧シリンダ31には、シリンダ本体311の内部の流体圧力に応じた信号を出力する圧力センサS4が設けられている。
The driving
モータ30は、回転伝達手段としてのプーリ301,303に掛けわたされたベルト302を介してボールネジ314を回転駆動する。これにより、モータ30の出力軸300とピストンロッド313との軸線が平行となり、モータ30をシリンダ本体311に隣設することができてコンパクトに形成される。
The
この構成により、図7に模式的に示されているように、マスタピストン312が前進駆動されることにより、駆動流体圧シリンダ31から流体が流出し、配管33を介してそれに対応する従動流体圧シリンダ32(i)に流体が流入し、従動流体圧シリンダ32(i)のピストン(スレーブピストン)322(i)が前進することにより指機構11〜15のそれぞれが駆動される。これとは逆にマスタピストン312が後退駆動されることにより、駆動流体圧シリンダ31から流体が流入し、配管33を介してそれに対応する従動流体圧シリンダ32(i)から流体が流出し、従動流体圧シリンダ32(i)のピストン322(i)が後退することにより指機構11〜15のそれぞれが駆動される。
With this configuration, as schematically shown in FIG. 7, when the
[ハンドの動作制御]
制御装置2はコンピュータ(CPU、ROMおよびRAM等のメモリ、ならびに、A/D回路およびI/O回路等の回路により構成されている。)により構成されている。制御装置2によれば、CPUによりメモリから制御プログラムが適宜読み出され、読み出されたプログラムにしたがってハンド1の動作が制御される。
[Hand control]
The
制御装置2はロボットRに搭載されている複数のアクチュエータ4のそれぞれの動作を制御することにより、腕体B2の各関節機構における動き、および、脚体B4の各関節における動き等を制御する。制御装置2はマスタピストン312の位置を制御することにより指機構11〜15のそれぞれの動きまたは力を制御する。
The
制御装置2は図9に示されているように第1演算処理要素21と、第2演算処理要素22とを備えている。
The
第1演算処理要素21は、指機構11〜15のそれぞれの先端部に設けられている6軸力センサS1の出力信号に基づき、指機構11〜15のそれぞれの先端部における物体との当接位置、物体に与える圧力および圧力の方向を測定する。第1演算処理要素21は、手の平部10の手の平側における複数個所に配置されている複数の圧力センサS2のそれぞれの出力信号等に基づき、手の平部10における荷重中心の位置と、手の平部10にかかる荷重とを測定する。第1演算処理要素21は、エンコーダS3および流体圧力センサS4のそれぞれの出力信号に基づき、従動流体圧シリンダ32(i)のピストン322(i)の位置、さらには、指機構11〜15のそれぞれの各関節iにおける回動角度を測定する。
The first
第2演算処理要素22は、物体がハンド1によって把持されることにより複数の指機構11〜15および手の平部10のそれぞれに当接している状態において、手の平部10における荷重中心の測定位置が目標手の平領域PAに含まれるとともに、手の平部10にかかる荷重の測定値が目標荷重範囲に含まれるように、複数の指機構11〜15のそれぞれから物体にかける圧力を制御する。第2演算処理要素22は、指機構11〜15のそれぞれの各関節iにおける回動角度の測定結果に基づき、当該回動角度、ひいては、指機構11〜15のそれぞれの位置および姿勢を制御する。
The second
前記構成のロボットR、ハンド1および制御装置2の機能について説明する。
The functions of the robot R, the
[基本制御]
指機構11〜15のそれぞれの各関節における回動角度(スレーブ関節角度)θslvは、エンコーダS3および流体圧力センサS4のそれぞれの出力信号に基づき、第1演算処理要素21により関係式(1)〜(6)にしたがって測定される。
[Basic control]
The rotation angles (slave joint angles) θslv at the respective joints of the
説明のため、図7に示されているように、指機構11〜15のそれぞれを構成する指リンク部材の揺動軸の方向がZ方向として定義され、従動ピストン322(i)の進退方向がX方向として定義されている直交座標系を考える。
For the sake of explanation, as shown in FIG. 7, the direction of the swing axis of the finger link member constituting each of the
回動角度(スレーブ関節角度)θslvは関係式(1)により表現される。 The rotation angle (slave joint angle) θslv is expressed by the relational expression (1).
θslv=φ+tan-1(h/Px)−θ0 (θ0>0),
φ=cos-1{(Px2+(L2)2+h2−(L1)2)/(2L(Px2+h2)1/2)}−θ0 ‥(1)
「h」はクランクオフセットであり、指リンク部材の揺動軸と、ロッド323(i)の後端揺動軸とのY方向の間隔である。「L1」はロッド323(i)の後端揺動軸と先端揺動軸との間隔(ロッド長)である。「L2」は指リンク部材の揺動軸と、ロッド323(i)の先端揺動軸との間隔(クランク長)である。クランクオフセットh、ロッド長L1およびクランク長L2の値はメモリに保存されている。
θslv = φ + tan −1 (h / Px) −θ0 (θ0> 0),
φ = cos -1 {(Px 2 + (L2) 2 + h 2 - (L1) 2) / (2L (
“H” is a crank offset, which is an interval in the Y direction between the swing shaft of the finger link member and the rear end swing shaft of the rod 323 (i). “L1” is the distance (rod length) between the rear end swing shaft and the front end swing shaft of the rod 323 (i). “L2” is the distance (crank length) between the swing shaft of the finger link member and the tip swing shaft of the rod 323 (i). The values of the crank offset h, the rod length L1, and the crank length L2 are stored in the memory.
「Px」はスレーブピストン322(i)の位置(スレーブピストン位置)Pxであり、関係式(2)により表現される。 “Px” is the position (slave piston position) Px of the slave piston 322 (i), and is expressed by the relational expression (2).
Px=P0−Strkslv ‥(2)
「P0」はスレーブピストン322(i)の基準位置である。
Px = P0−Strkslv (2)
“P0” is the reference position of the slave piston 322 (i).
「Strkslv」はスレーブピストン322(i)の基準位置p0からの変位量(スレーブストローク)であり、関係式(3)により表現される。 “Strkslv” is the displacement (slave stroke) of the slave piston 322 (i) from the reference position p0, and is expressed by the relational expression (3).
Strkslv=Strkmst・(Smst/Sslv)−StrkOffsetmst+StrkExpslv ‥(3)
「Smst」はマスタピストン312の断面積である。「Sslv」はスレーブピストン322(i)の断面積である。「StrkOffsetmst」はマスタピストン312のオフセット(マスタストロークオフセット)である。断面積SmstおよびSslvまたはその比率(Smst/Sslv)、ならびに、マスタストロークオフセットStrkOffsetmstの値はメモリに保存されている。
Strkslv = Strkmst (Smst / Sslv)-StrkOffsetmst + StrkExpslv (3)
“Smst” is a cross-sectional area of the
「Strkmst」はマスタピストン312の変位量(マスタストローク)であり、エンコーダS3の出力信号に応じたモータ30の回動位置MotPosmstに基づき、関係式(4)にしたがって算定されうる。
“Strkmst” is the displacement amount (master stroke) of the
Strkmst=MotPosmst・Rr ‥(4)
「Rr」はプーリ301,303およびベルト302により構成されている減速機構(図6参照)の減速比であり、メモリにあらかじめ保存されている。
Strkmst = MotPosmst / Rr (4)
“Rr” is a reduction ratio of the speed reduction mechanism (see FIG. 6) configured by the
「StrkExpslv」は配管33の断面積変化または膨張もしくは収縮によるスレーブストローク変位量であり、スレーブピストン323(i)の断面積Sslvおよび配管膨張量Exppipに基づき、関係式(5)にしたがって算定されうる。
“StrkExpslv” is a slave stroke displacement amount due to a change in cross-sectional area or expansion or contraction of the
SstrkExpslv=Exppip/Sslv ‥(5)
「Exppip」は配管膨張量(体積変化量)であり、流体圧力センサS4の出力信号に応じた測定流体圧Prsactに加えて、油圧目標値Prscmd、配管33の柔軟性の高低を表わす係数Kpipおよび配管33の長さLpipに基づき、関係式(6)にしたがって表現される。油圧目標値Prscmd、配管33の柔軟性の高低を表わす係数Kpipおよび配管33の長さLpipはメモリに保存されている。
SstrkExpslv = Exppip / Sslv (5)
“Exppip” is the pipe expansion amount (volume change amount), and in addition to the measured fluid pressure Prsact corresponding to the output signal of the fluid pressure sensor S4, the hydraulic target value Prscmd, the coefficient Kpip representing the flexibility of the
Exppip=(Prscmd−Prsact)・Kpip・Lpip ‥(6)
第1演算処理要素21により前記のように測定されたスレーブ関節角度θslvに加えて、後述するように6軸力センサS1および圧力センサS2のそれぞれの出力信号に基づき、第2演算処理要素22により指機構11〜15のそれぞれの動きまたは力が制御される。
Exppip = (Prscmd-Prsact), Kpip, Lpip (6)
In addition to the slave joint angle θslv measured as described above by the first
[応用制御]
第1演算処理要素21により、手の平部10の位置および姿勢、ならびに、ハンド1を用いた把持対象である物体の位置、姿勢、形状およびサイズ等、当該物体を把持するために必要な情報が認識される(図9/STEP002)。
[Applied control]
The first
ロボットRの物体把持動作の制御のため、ロボット座標系のほか、手首座標系、ハンド座標系および物体座標系が定義される。「ロボット座標系」は、世界座標系におけるロボットRの位置および姿勢を定義するために定義される。「手首座標系」は、たとえば、手首関節機構B25の代表点を原点とし、かつ、手首関節機構B25の3つの回動軸を3つの直交軸として定義される。「ハンド座標系」は、たとえば、手の平部10の手の平面上の一点を原点とし、手の平面に平行な一対の直交軸をx軸およびy軸とし、かつ、手の平面に垂直な軸をz軸として定義される。「物体座標系」は、たとえば、物体の代表点を原点として定義される。ロボット座標系に対する手首座標系およびハンド座標系のそれぞれの位置および姿勢は、肩関節機構B21、肘関節機構B23および手首関節機構B25の屈曲角度等、ロボットRの動作により変動する因子、ならびに、メモリに保存されている第1腕体リンクB22および第2腕体リンクB22の長さ等、ロボットRのサイズを表わす一定の因子に基づき、順運動学計算法にしたがって算出されうる。
For controlling the object gripping operation of the robot R, a wrist coordinate system, a hand coordinate system, and an object coordinate system are defined in addition to the robot coordinate system. The “robot coordinate system” is defined to define the position and orientation of the robot R in the world coordinate system. The “wrist coordinate system” is defined, for example, with the representative point of the wrist joint mechanism B25 as the origin and the three rotation axes of the wrist joint mechanism B25 as three orthogonal axes. The “hand coordinate system” has, for example, a point on the hand plane of the
手の平部10の位置および姿勢は腕体B2の各関節機構の屈曲角度を測定するためのロータリエンコーダ等、ロボットRの動作状態に応じたセンサからの出力信号に基づいて測定される。手の平部10の位置および姿勢はロボット座標系における座標値またはオイラー角によって認識される。ロータリエンコーダ等の動作状態センサの出力信号に基づき、ロボットRの腕体B2および脚体B4のそれぞれの位置および姿勢も認識されうる。
The position and posture of the
頭カメラC1および腰カメラC2のうち一方または両方を通じて得られた画像解析により、固定座標系(ロボットRの動きとは無関係に固定されている座標系)における基体B0の位置および姿勢が認識される。 Image analysis obtained through one or both of the head camera C1 and the waist camera C2 recognizes the position and posture of the base body B0 in a fixed coordinate system (a coordinate system fixed regardless of the movement of the robot R). .
エンコーダS3の出力信号に応じたモータ30の作動量に基づき、指機構11〜15のそれぞれの先端部の位置および姿勢が認識される。各指機構の先端部の位置は、エンコーダS3の出力信号に応じた各関節機構の屈曲角度、ハンド座標系において不変の各指機構の根元部の位置、および、各指機構の指節リンクの長さ等に基づき、順運動学計算法にしたがって、算出されたハンド座標系における位置および姿勢として定義される。
Based on the operation amount of the
物体の位置、姿勢、形状およびサイズは、頭カメラC1および腰カメラC2のうち一方または両方により撮像されたロボットRの周辺範囲の画像に基づいて認識される。物体の位置および姿勢はロボット座標系における座標値およびオイラー角によって認識される。ロボット座標系にける物体の位置および姿勢は、ロボットRの位置および姿勢(たとえば基体B0の位置および基本前額面の姿勢)が変化することにより変化するので、逐次認識または測定される。なお、認識対象となる情報の一部または全部がロボットRの外部にある端末装置から制御装置2に入力されることにより、当該入力情報が第1演算処理要素21により認識されてもよい。
The position, posture, shape, and size of the object are recognized based on an image of the peripheral range of the robot R captured by one or both of the head camera C1 and the waist camera C2. The position and orientation of the object are recognized by coordinate values and Euler angles in the robot coordinate system. Since the position and orientation of the object in the robot coordinate system change as the position and orientation of the robot R (for example, the position of the base body B0 and the orientation of the basic frontal plane) change, they are sequentially recognized or measured. Note that the input information may be recognized by the first
また、第1演算処理要素21により認識された物体の位置等に基づき、第2演算処理要素22によってアクチュエータ4の動作が制御されることにより、ハンド1により物体を把持するためのロボットRの予備的動作が制御される(図9/STEP004)。具体的には、必要に応じて脚体B4が動かされることによりロボットRの位置および姿勢が調節される。その上で、腕体B2が動かされることにより手の平部10が当該物体を把持するのに適当な位置および姿勢に調節される。
Further, the operation of the
さらに、第1演算処理要素21により認識された物体の位置および姿勢等に基づき、第2演算処理要素22により指機構11〜15のそれぞれの動きおよび必要に応じて腕体B2の動きが制御されることによって物体がハンド1により把持される。ここでは物体としてハンマーが例として採用される。なお、ハンド1の把持対象となる物体の種類はさまざまに変更されうる。
Further, based on the position and posture of the object recognized by the first
具体的には、まず、第1指機構11の先端部が物体の一部(ハンマーの柄)の一方側に当接する一方、第2指機構12および第3指機構13のそれぞれの先端部が当該物体の一部の他方側に当接するように、第1種の指機構11〜13のそれぞれの動きが制御される(図9/STEP006)。これにより、図10(a)に示されているように当該物体が第1種の指機構11〜13によりつままれた状態になる。
Specifically, first, the tip of the
6軸力センサS1の出力に基づき、第1種の指機構11〜13のそれぞれの先端部が受ける荷重およびその方向が第1演算処理要素21により測定される。当該測定結果に基づき、第1種の指機構11〜13のそれぞれの物体をつまむ力の強弱および方向が制御されうる。
Based on the output of the six-axis force sensor S <b> 1, the first
また、物体の姿勢を変化させるように手の平部10の位置および姿勢、ならびに、第1種の指機構11〜13の動きのうち一部または全部が制御される(図9/STEP008)。
Further, part or all of the position and posture of the
これにより、図10(b)に示されているように物体が第1種の指機構11〜13によりつままれた状態で、物体の一部(ハンマーの頭部)が載置箇所に当接している一方、他の部分(ハンマーの柄)が載置箇所から浮くように物体の姿勢が調節される。物体座標系の1つの軸回りに手首座標系が回動するように腕体B2が駆動されることにより物体の姿勢が変更される。
また、図10(c)に示されているように手の平部10の一部を物体に当接させられる。手の平部10において物体に最初に当接させられる部分は、断面視で手の平面に連続しており、対象物の多少の誤差または対象物の計測誤差があっても好適に接触を検出することができるように丸みを帯びた形状とされている(図10(c)参照)。
As a result, as shown in FIG. 10B, in a state where the object is pinched by the first-
Further, as shown in FIG. 10C, a part of the
さらに、第2種の指機構14〜15の一方の指機構である第5指機構15が曲げられて物体を巻き込むように、第5指機構15の動きが制御される(図9/STEP010)。これにより、図11(a)に示されているように第5指機構15に物体の載置箇所から浮いている部分(ハンマーの柄)をつかませる。
Further, the movement of the
さらに、第1種の指機構11〜13のそれぞれの先端部が物体から離れるように第1種の指機構11〜13の動きが制御される(図9/STEP012)。これにより、図11(b)に示されているように第5指機構15により物体がつかまれている状態で第1種の指機構11〜13が物体から離される。
Further, the movements of the first
続いて、手の平部10と物体との当接箇所の面積を増加させるように手の平部10の位置、姿勢または位置および姿勢が制御される(図9/STEP014)。これにより、図11(c)に示されているように、手の平部10がその手の平面を物体に当接させるように、手の平座標系の1つの軸回りにまたは物体に最初に当接させた部分を支点として傾動される。
Subsequently, the position, posture or position and posture of the
また、第2種の指機構14〜15のうち他方の指機構である第4指機構14が曲げられて物体を巻き込むように、第4指機構14の動きが制御される(図9/STEP016)。これにより、図11(c)に示されているように第5指機構15に加えて第4指機構14により物体の載置箇所から浮いている部分(ハンマーの柄)をつかませる。なお、第4指機構14から物体にかけられる圧力が徐々に強められる一方、第5指機構15から物体にかけられる圧力が徐々に弱められるように、第4指機構14および第5指機構15のそれぞれの動作が制御されてもよい。
Further, the movement of the
そして、第1種の指機構11〜13のそれぞれが曲げられて物体を巻き込むように、第1指機構11、第2指機構12および第3指機構13のそれぞれの動きが制御される(図9/STEP018)。これにより、図11(d)に示されているように第2種の指機構14〜15に加えて第1種の指機構11〜13に物体を握らせる。
And each movement of the
なお、図11(d)に示されているようにハンド1により物体が握られている状態で、指機構11〜15の動きが制御されることにより、手の平部10にかかる荷重および荷重中心位置が微調整されてもよい。手の平部10にかかる荷重および荷重中心位置は、手の平部10の手の平側の複数箇所に配置されている荷重センサS2の出力信号に基づいて制御されうる。第1演算処理要素21により、手の平部10に配置されている複数の圧力センサS2の出力信号に基づき、手の平部10における荷重中心p0および手の平部10にかかる荷重f0が測定される。当該算定方法は特開2007−196372号公報に詳細に説明されているので、ここでは説明を省略する。
Note that the load applied to the
前記機能を発揮するハンド1によれば、第1種の指機構11〜13の動きにより物体がつままれた上で、この物体の一部を載置箇所に当接させたままで他の部分が持ち上げられる(図9/STEP006〜STEP008、図10(a)(b)参照)。この際、物体の全質量が第1種の指機構11〜13にかかるわけではないので、物体をつまみ上げる程度に第1種の指機構11〜13の力を強める必要がない。したがって、第1種の指機構11〜13の駆動機構3の軽量化または小型化が図られうる。
According to the
また、能動的な動きの自由度が比較的高い第1種の指機構11〜13が物体を「つかむ」という動作よりも器用さが必要な「つまむ」という動作に適していることに鑑みて、複数の指機構11〜15のそれぞれの動作がその機能または役割に応じて適当に制御されうる。当該構成は、ハンド1の軽量化またはコンパクト化等のために一部の指機構に関係する構造または機構が簡略化されたことにより、当該一部の指機構の能動的な動きの自由度が他の指機構と比較して低く設計された場合に特に有意義である。
Further, in view of the fact that the first-
さらに、手の平部10の位置および姿勢が制御されることにより、手の平部10と物体との当接箇所が広げられる(図9/STEP014、図11(c)参照)。この際、第5指機構15により物体がつかまれている状態で第1種の指機構11〜13が物体から離されている(図9/STEP012、図11(b)参照)。また、第2種の指機構の1つである第4指機構14により物体はつかまれていない(図11(c)参照)。これにより、指機構11〜14のそれぞれと物体とがお互いに相手方の動き等に束縛されなくなるので、その分だけ手の平部20の位置、姿勢または位置および姿勢が容易に変更されうる。
Further, by controlling the position and posture of the
また、手の平部10の縁の一部であって物体に最初に当接する部分が手の平面に連続する丸みを帯びた形状に形成されている。このため、手の平部10が丸みを帯びた部分において物体に最初に当接した後、この丸みを帯びた部分に連続している手の平面と物体との当接箇所を円滑に増加させることができる(図9/STEP008、STEP014、図10(c)、図11(c)参照)。
Further, a part of the edge of the
さらに、複数の指機構11〜15の動きが制御されることにより当該複数の指機構11〜15により物体が握られる(図9/STEP018)。このため、物体が手の平部10および複数の指機構11〜15のそれぞれに当接した状態でしっかりと握られる。そして、ハンド1によりしっかりと握られた状態で物体がその載置箇所から安定に持ち上げられうる。
Further, by controlling the movement of the plurality of
本発明の他の実施形態として次のようなハンド1による物体把持方法が実行されてもよい。
As another embodiment of the present invention, the following object gripping method by the
まず、第1演算処理要素21が物体の重量部分および軽量部分を認識する。「重量部分」は物体の質量中心位置をはさんで質量密度が高い部分を意味する。物体がハンマーである場合にはその頭部(正確には頭部の根元付近を除く部分)が重量部分に該当する。「軽量部分」は重量部分よりも質量密度が低い部分を意味する。物体がハンマーである場合にはその柄(正確には柄および頭部の根元付近を含む部分)が軽量部分に該当する。
First, the first
たとえば、頭カメラC1を通じて得られた画像解析により物体が頭部および柄を有するハンマーであることがデータベースまたは記憶装置に保存されている複数種類の物体のテンプレートを用いたパターンマッチング等により認識される。ハンマーの頭部が重量部分に該当すること、および、ハンマーの柄が軽量部分に該当することはデータベースまたは記憶装置から検索等される。 For example, the image analysis obtained through the head camera C1 recognizes that the object is a hammer having a head and a handle by pattern matching using templates of a plurality of types of objects stored in a database or a storage device. . It is retrieved from a database or a storage device that the head of the hammer corresponds to the heavy weight part and that the hammer handle corresponds to the light weight part.
そして、第2演算処理要素22が第1演算処理要素21による当該認識結果に基づき、物体の軽量部分(たとえばハンマーの柄)を第1種の指機構11〜13につまませ、物体が重量部分(たとえばハンマーの頭部)において載置箇所(たとえばテーブル)に当接している一方、軽量部分が載置箇所から浮くように物体の姿勢を変化させる(図10(a)(b)参照)。たとえば、物体の重量部分として認識されるハンマーの頭部が、物体の軽量部分として認識されるハンマーの柄に直交する軸を有する柱状である場合、当該柱の中心軸が物体座標系のx軸として定義され、ハンマーの柄の長手方向に伸びる軸が物体座標系のy軸として定義される。
Then, based on the recognition result of the first
当該構成の制御システムによれば、物体の質量分布の偏向性に鑑みて、第1種の指機構11〜13につまませる場所が選定されるので、第1種の指機構11〜13にかかる負荷が軽減される。このため、第1種の指機構11〜13によりつままれた状態で変更された物体の姿勢が安定に維持されうる。したがって、これに続いて前記のようにハンド1により物体がしっかりと握られることにより物体がその載置箇所から安定に持ち上げられうる。
According to the control system having the above configuration, a place that can be pinched by the first
なお、つまみ動作用の第1種の指機構は最低2本あればよく、つかみ動作用の第2種の指機構は1本以上あればよいので、指機構の数は3、4または6等、3以上の任意の数に変更されてもよい。 Note that the number of finger mechanisms may be three, four, six, etc., as long as there are at least two first-type finger mechanisms for gripping operation and one or more second-type finger mechanisms for gripping operation. It may be changed to an arbitrary number of 3 or more.
前記実施形態ではMP1関節(またはCM1関節)の能動的な回動自由度が差別化されることにより、第1種および第2種の指機構の間で能動的な動きの自由度が差別化された。そのほか、MP1関節(またはCM1関節)、MP2関節(またはCM2関節)、PIP関節(またはMP関節)およびDIP関節(またはIP関節)の任意の組み合わせにおける能動的な回動自由度が差別化されることにより、第1種および第2種の指機構の間で能動的な動きの自由度が差別化されてもよい(図2参照)。 In the above embodiment, the active degree of freedom of movement of the MP1 joint (or CM1 joint) is differentiated, so that the degree of freedom of active movement is differentiated between the first type and second type finger mechanisms. It was done. In addition, the active rotational degree of freedom in any combination of MP1 joint (or CM1 joint), MP2 joint (or CM2 joint), PIP joint (or MP joint) and DIP joint (or IP joint) is differentiated. Thereby, the freedom degree of active movement may be differentiated between the first type and second type finger mechanisms (see FIG. 2).
手の平部10の位置、姿勢または位置および姿勢を変化させる際(図9/STEP014、図11(b)(c)参照)、第1種の指機構11〜13のうち一部または全部が物体に当接したままであってもよい。また、第2種の指機構14〜15の全部により物体がつかまれている状態で、手の平部10の位置、姿勢または位置および姿勢を変化させてもよい。
When changing the position, posture or position and posture of the palm 10 (see FIG. 9 / STEP014, FIGS. 11B and 11C), some or all of the first-
なお、ハンド1の各指機構は、たとえば特開2003−181787号公報に記載されているハンドと同様に、ワイヤおよびプーリ等を介して原動機(電動モータ)の力が伝達されることにより駆動されてもよい。この場合も、複数の指機構が第1種の指機構と第2種の指機構とが区分されてもよい。
Each finger mechanism of the
1‥ハンド、2‥制御装置、10‥手の平部、11‥第1指機構、12‥第2指機構、13‥第3指機構、14‥第4指機構、15‥第5指機構、21‥第1演算処理要素、22‥第2演算処理要素
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記手の平部の位置および姿勢、ならびに、物体の位置および姿勢を認識する第1演算処理要素と、
前記第1演算処理要素による認識結果に基づき、前記手の平部の位置および姿勢ならびに前記複数の指機構の動きを制御する第2演算処理要素とを備え、
前記第2演算処理要素が、前記複数の指機構のうち2本以上の第1種の指機構の動きを制御することにより、ある箇所に載置されている前記物体を前記第1種の指機構につまませ、
前記手の平部の位置および姿勢ならびに前記第1種の指機構の動きのうち一部または全部を制御することにより、前記物体が前記第1種の指機構によりつままれた状態で、前記物体の一部が前記箇所に当接している一方、他の部分が前記箇所から浮くように前記物体の姿勢を変化させるとともに前記手の平部の一部を前記物体に当接させ、
前記複数の指機構のうち前記第1種の指機構と区分されている第2種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構に前記物体の前記箇所から浮いている部分をつかませ、
前記手の平部の位置、姿勢または位置および姿勢を制御することにより、前記第2種の指機構により前記物体がつかまれている状態で前記手の平部と前記物体との当接箇所の面積を増加させ、かつ、
前記第1種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構に加えて前記第1種の指機構に前記物体を握らせることを特徴とする制御システム。 A control system for a robot hand comprising a palm part and a plurality of finger mechanisms extending from the palm part,
A first arithmetic processing element for recognizing the position and posture of the palm and the position and posture of the object;
A second arithmetic processing element that controls the position and posture of the palm and the movement of the plurality of finger mechanisms based on the recognition result by the first arithmetic processing element;
The second arithmetic processing element controls the movement of two or more first-type finger mechanisms of the plurality of finger mechanisms, so that the object placed in a certain place is moved to the first-type finger. Pinch the mechanism,
By controlling part or all of the position and posture of the palm and the movement of the first type finger mechanism, the object is held in the state where the object is pinched by the first type finger mechanism. While the portion is in contact with the location, the posture of the object is changed so that the other portion is lifted from the location and a part of the palm is contacted with the object,
By controlling the movement of the second type of finger mechanism that is separated from the first type of finger mechanism among the plurality of finger mechanisms, the second type of finger mechanism floats from the location of the object. Grab the part,
By controlling the position, posture or position and posture of the palm, the area of the contact portion between the palm and the object is increased in a state where the object is held by the second type finger mechanism, And,
A control system that controls movement of the first type of finger mechanism to cause the first type of finger mechanism to grip the object in addition to the second type of finger mechanism.
前記第1演算処理要素が、前記物体における質量中心位置をはさんで質量密度が高い重量部分と、前記重量部分よりも質量密度が低い軽量部分との区分を認識し、
前記第2演算処理要素が前記第1種の指機構の動きを制御することにより、前記箇所に載置されている前記物体の前記軽量部分を前記第1種の指機構につまませ、
前記手の平部の位置および姿勢ならびに前記第1種の指機構の動きのうち一部または全部を制御することにより、前記物体の軽量部分が前記第1種の指機構によりつままれた状態で、前記物体が前記重量部分において前記箇所に当接している一方、前記軽量部分が前記箇所から浮くように前記物体の姿勢を変化させるとともに前記手の平部を部分的に前記物体に当接させることを特徴とする制御システム。 The control system according to claim 1,
The first arithmetic processing element recognizes a division between a weight part having a high mass density across a mass center position in the object and a light part having a mass density lower than the weight part;
The second arithmetic processing element controls the movement of the first type finger mechanism, so that the lightweight portion of the object placed at the location is held on the first type finger mechanism,
By controlling part or all of the position and posture of the palm and the movement of the first type finger mechanism, the lightweight portion of the object is pinched by the first type finger mechanism, While the object is in contact with the part in the weight part, the posture of the object is changed so that the lightweight part is lifted from the part, and the palm part is in contact with the object partially. Control system.
前記第2演算処理要素が、前記第2種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構に前記物体の前記箇所から浮いている部分をつかませた後、前記第1種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構により前記物体がつかまれている状態で前記第1種の指機構を前記物体から離した上で、前記手の平部の位置、姿勢または位置および姿勢を制御することにより、前記手の平部と前記物体との当接箇所の面積を増加させることを特徴とする制御システム。 The control system according to claim 1 or 2,
The second arithmetic processing element controls the movement of the second type finger mechanism to cause the second type finger mechanism to hold a portion floating from the part of the object, and then By controlling the movement of the kind of finger mechanism, the first kind of finger mechanism is separated from the object in a state where the object is held by the second kind of finger mechanism, A control system characterized by increasing an area of a contact portion between the palm and the object by controlling the posture or the position and the posture.
2本以上の前記第2種の指機構が存在し、
前記第2演算処理要素が、一部の前記第2種の指機構の動きを制御することにより、前記一部の第2種の指機構に前記物体の前記箇所から浮いている部分をつかませた後、前記第1種の指機構の動きを制御することにより、前記一部の第2種の指機構により前記物体がつかまれている状態で前記第1種の指機構を前記物体から離した上で、残りの前記第2種の指機構の動きを制御することにより、前記一部の第2種の指機構に加えて前記残りの第2種の指機構に前記物体の前記箇所から浮いている部分をつかませることを特徴とする制御システム。 The control system according to claim 3, wherein
There are two or more types of finger mechanisms of the second kind,
The second arithmetic processing element controls the movement of a part of the second type finger mechanism, so that the part of the second type finger mechanism holds the part floating from the part of the object. Thereafter, by controlling the movement of the first type of finger mechanism, the first type of finger mechanism is separated from the object while the object is being held by the partial second type of finger mechanism. In the above, by controlling the movement of the remaining second type finger mechanism, the remaining second type finger mechanism floats from the portion of the object in addition to the partial second type finger mechanism. A control system characterized by grabbing the part.
前記複数の指機構に能動的な動きの自由度の高低差が存在し、当該自由度が高い指機構を前記第1種の指機構としてその動きを制御するとともに、当該自由度が低い指機構を前記第2種の指機構としてその動きを制御することを特徴とする制御システム。 In the control system according to one of claims 1 to 4,
The plurality of finger mechanisms have a difference in the degree of freedom of active movement, and the finger mechanism having a high degree of freedom is used as the first type of finger mechanism to control the movement, and the finger mechanism having a low degree of freedom A control system for controlling the movement of the second-type finger mechanism.
前記手の平部の縁の一部が手の平面に連続する丸みを帯びた形状に形成され、
前記第2演算処理要素が、前記手の平部の位置および姿勢ならびに前記第1種の指機構の動きのうち一部または全部を制御することにより、前記手の平部の縁の丸みを帯びた形状に形成されている一部を前記物体に最初に当接させた後、前記手の平部の位置、姿勢または位置および姿勢を制御することにより、前記第2種の指機構により前記物体がつかまれている状態で前記手の平部の前記手の平面と前記物体との当接箇所の面積を増加させることを特徴とする制御システム。 The control system according to one of claims 1 to 5,
A part of the edge of the palm is formed in a rounded shape that is continuous with the plane of the hand,
The second arithmetic processing element controls the position and posture of the palm and part or all of the movement of the first type finger mechanism to form a rounded edge of the palm. After the first part is brought into contact with the object, the position, posture or position and posture of the palm is controlled, so that the object is grasped by the second type finger mechanism. A control system that increases an area of a contact portion between the flat surface of the palm and the object.
前記手の平部の位置および姿勢、ならびに、物体の位置および姿勢を認識し、
前記認識結果に基づき、前記複数の指機構のうち2本以上の第1種の指機構の動きを制御することにより、ある箇所に載置されている前記物体を前記第1種の指機構につまませ、
前記手の平部の位置および姿勢ならびに前記第1種の指機構の動きのうち一部または全部を制御することにより、前記物体が前記第1種の指機構によりつままれた状態で、前記物体の一部が前記箇所に当接している一方、他の部分が前記箇所から浮くように前記物体の姿勢を変化させるとともに前記手の平部の一部を前記物体に当接させ、
前記複数の指機構のうち前記第1種の指機構と区分されている第2種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構に前記物体の前記箇所から浮いている部分をつかませ、
前記手の平部の位置、姿勢または位置および姿勢を制御することにより、前記第2種の指機構により前記物体がつかまれている状態で前記手の平部と前記物体との当接箇所の面積を増加させ、かつ、
前記第1種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構に加えて前記第1種の指機構に前記物体を握らせることを特徴とする制御方法。 A control method of a robot hand comprising a palm portion and a plurality of finger mechanisms extending from the palm portion,
Recognizing the position and posture of the palm and the position and posture of the object;
Based on the recognition result, by controlling the movement of two or more first-type finger mechanisms of the plurality of finger mechanisms, the object placed at a certain place is used as the first-type finger mechanism. Pinch,
By controlling part or all of the position and posture of the palm and the movement of the first type finger mechanism, the object is held in the state where the object is pinched by the first type finger mechanism. While the portion is in contact with the location, the posture of the object is changed so that the other portion is lifted from the location and a part of the palm is contacted with the object,
By controlling the movement of the second type of finger mechanism that is separated from the first type of finger mechanism among the plurality of finger mechanisms, the second type of finger mechanism floats from the location of the object. Grab the part,
By controlling the position, posture or position and posture of the palm, the area of the contact portion between the palm and the object is increased in a state where the object is held by the second type finger mechanism, And,
A control method comprising controlling the movement of the first type finger mechanism to cause the first type finger mechanism to grip the object in addition to the second type finger mechanism.
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