JP5929105B2 - Gripping device and robot - Google Patents
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Description
本発明は、把持装置及びロボットに関する。 The present invention relates to a gripping device and a robot.
産業用ロボットは、重量物又は危険物を扱う作業や、高精度の位置決めが必要な作業を中心に導入されてきた。一方、弾力性を有する部品や破損しやすい部品を扱う組み立て作業はロボットによる自動化が難しいことが多く、人間の手に頼っていることが多い。 Industrial robots have been introduced mainly for operations that handle heavy or dangerous objects and operations that require high-precision positioning. On the other hand, assembly operations that handle elastic parts or parts that are easily damaged are often difficult to automate by robots and often rely on human hands.
近年、主にコスト削減のために、弾力性を有する部品や破損しやすい部品を扱う組み立て作業など、ロボットが苦手とする分野までロボットを導入することが検討されている。そのような作業には、複雑な動きができる多関節ロボットが適しているといわれている。しかし、単に多関節ロボットを使えば人間と同じように作業が行えるわけではない。 In recent years, mainly for cost reduction, introduction of robots to fields where robots are not good, such as assembly work for handling elastic parts and parts that are easily damaged, has been studied. For such work, it is said that an articulated robot capable of complicated movement is suitable. However, simply using an articulated robot does not mean that work can be performed in the same way as a human being.
人間の場合は部品同士の接触具合を指先で感じながら作業を行っており、同じことがロボットにも求められる。そこで、ロボットによって部品同士の接触具合を検出するために、例えば多軸力覚センサを搭載することが提案されている。 In the case of humans, work is performed while feeling the contact between parts with the fingertips, and the same is required for robots. Therefore, in order to detect the contact state between components by a robot, for example, it has been proposed to mount a multi-axis force sensor.
比較的簡単な構成で把持した部品と他の部品との接触具合を検出できる把持装置、及びその把持装置を備えたロボットを提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a gripping device that can detect the degree of contact between a gripped component and another component with a relatively simple configuration, and a robot including the gripping device.
開示の技術の一観点によれば、接触部と、屈曲部を介して前記接触部に連絡する連絡部とを有する屈曲した形状の２本の指部をそれぞれ備えた一対のハンド部材と、前記一対のハンド部材を相互に近接又は離隔する方向に移動させて第１の部品を前記接触部の間に挟んで把持するハンド部材駆動部と、前記連絡部及び前記接触部にそれぞれ配置された複数の歪みセンサを含んで構成された回路と、前記回路の出力から前記第１の部品と第２の部品との接触具合を検出する制御部とを有し、前記制御部は、前記一対のハンド部材が前記第１の部品を把持した状態で前記回路のキャリブレーションを行い、その後前記第１の部品を第２の部品に接触させ、前記回路の出力から前記第１の部品と前記第２の部品との接触具合を検出する把持装置が提供される。 According to one aspect of the disclosed technique, a pair of hand members each including two bent fingers having a contact portion and a communication portion that communicates with the contact portion via a bent portion; A hand member driving unit that moves the pair of hand members in a direction approaching or separating from each other and grips the first component between the contact units, and a plurality of hand member driving units disposed on the communication unit and the contact unit, respectively. a circuit which is configured to include a strain sensor, and a control unit for detecting the state of contact between the first part and the second part from the output of the circuit, the controller, the pair of hands The circuit is calibrated with a member holding the first component, and then the first component is brought into contact with the second component, and the first component and the second component are output from the output of the circuit. gripping device Hisage for detecting a state of contact with the part It is.
開示の技術の他の一観点によれば、アームと、前記アームに連結されて第１の部品を把持する把持部と、前記アームを制御して前記把持部を移動させる制御部と有し、前記把持部は、接触部と、屈曲部を介して前記接触部に連絡する連絡部とを有する屈曲した形状の２本の指部をそれぞれ備えた一対のハンド部材と、前記一対のハンド部材を相互に近接又は離隔する方向に移動させて第１の部品を前記接触部の間に挟んで把持するハンド部材駆動部と、前記連絡部及び前記接触部にそれぞれ配置された複数の歪みセンサを含んで構成される回路とを備え、前記制御部は、前記一対のハンド部材が前記第１の部品を把持した状態で前記回路のキャリブレーションを行い、その後前記第１の部品を第２の部品に接触させ、前記回路の出力から前記第１の部品と前記第２の部品との接触具合を検出するロボットが提供される。 According to another aspect of the disclosed technology, an arm, a gripping unit connected to the arm and gripping the first component, and a control unit that controls the arm and moves the gripping unit, The gripping part includes a pair of hand members each having two bent finger parts each having a contact part and a communication part that communicates with the contact part via a bending part, and the pair of hand members. includes a hand member driving unit for gripping the first component is moved in a direction coming close to or apart from each other in between the contact portions, a plurality of strain sensors disposed respectively on the contact portion and the contact portion The control unit calibrates the circuit with the pair of hand members gripping the first component, and then converts the first component into a second component. contact is, from said output of said circuit Robot to detect 1 part and the state of contact with the second component is provided.
上記一観点に係る把持装置及びロボットによれば、第１の部品と第２の部品との接触具合を歪みセンサにより検出する。それらの歪みセンサは、指部の内側及び外側の面に配置されているので、高速で移動させても大きな慣性力が加わることはなく、破損するおそれが少ない。また、簡単な構成で第１の部品と第２の部品との接触具合を検出することができる。 According to the gripping device and the robot according to the above aspect, the contact state between the first component and the second component is detected by the strain sensor. Since these strain sensors are arranged on the inner and outer surfaces of the finger part, a large inertia force is not applied even when the finger is moved at a high speed, and there is little risk of breakage. Moreover, the contact condition between the first component and the second component can be detected with a simple configuration.
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。 Hereinafter, before describing the embodiment, a preliminary matter for facilitating understanding of the embodiment will be described.
図１は、多軸力覚センサを備えた多関節ロボットの一例を表した図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an articulated robot including a multi-axis force sensor.
この図１に例示した多関節ロボット１０は、台座部１１と、旋回支持部１２と、第１のリンク部１３と、第２のリンク部１４と、第３のリンク部１５と、多軸力覚センサ１６と、把持部（ハンド）１７と、制御部１９とを有する。
The articulated robot 10 illustrated in FIG. 1 includes a pedestal part 11, a
台座部１１は、作業場の床等に固定されている。旋回支持部１２は、台座部１１の上に、垂直方向の軸を中心に旋回可能に配置されている。
The pedestal 11 is fixed to the floor of the work place. The
第１のリンク部１３の一端側は旋回支持部１２の上部に連結しており、ギヤドモータ又はエアシリンダー等の駆動装置（図示せず）により旋回支持部１２との連結部を中心に回転する。また、第２のリンク部１４の一端側は第１のリンク部１３の他端側に連結しており、駆動装置（図示せず）により第１のリンク部１３との連結部を中心に回転する。更に、第３のリンク部１５の一端側は第２のリンク部１４の他端側に連結しており、駆動装置（図示せず）により第２のリンク部１４との連結部を中心に回転する。
One end side of the
把持部１７は、多軸力覚センサ１６を介して第３のリンク部１５の他端側に連結している。この把持部１７は、駆動装置（図示せず）により第３のリンク部１５の中心軸に平行な軸を中心として回転する。また、把持部１７は２本の指部１７ａを有し、駆動装置（図示せず）により駆動されてそれらの指部１７ａ間の間隔が変化し、指部１７ａ間に部品を把持したり、把持していた部品を離したりする。
The gripping part 17 is connected to the other end side of the
多軸力覚センサ１６は、例えば複数の歪みゲージを有し、把持部１７に印加される３軸（相互に直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸）方向の応力を検出して制御部１９に出力する。制御部１９は、予め設定されたプログラムと多軸力覚センサ１６の出力とに基づいて、各駆動装置を制御する。
The
このような多関節ロボットを用いて細長い部品、例えば図２のように幅が数ｍｍ程度、厚さが２ｍｍ〜５ｍｍ程度、長さが１５ｍｍ〜３０ｍｍ程度のゴム製の第１の部品６１をプラスチック等により形成された第２の部品６２の凹部６２ａにはめ込む作業を行うものとする。この場合、第１の部品６１と第２の部品６２との接触具合を検出して把持部１７の位置及び角度を補正することが重要であり、多軸力覚センサ１６には高い感度が要求される。通常、多軸力覚センサ１６の感度は歪みゲージを貼付する金属部品の厚さに関係し、金属部品の厚さを薄くすれば感度は高くなる。
Using such an articulated robot, an elongated part, for example, a
一方、多関節ロボット１０では、作業効率を上げようとして旋回支持部１２及びリンク部１３，１４，１５を高速で動かすと、把持部１７の質量に応じた大きな慣性力が多軸力覚センサ１６に加わる。このため、多軸力覚センサ１６（特に、歪みゲージを貼付した金属部品）が破損するおそれがある。また、作業中にリンク部１３，１４，１５又は把持部１７が何らかの障害物に衝突して多軸力覚センサ１６に大きな力が加わり、多軸力覚センサ１６が破損するおそれもある。
On the other hand, in the multi-joint robot 10, when the
このため、多軸力覚センサ１６には、強度が高いことが要求される。しかし、一般的に、強度が高い多軸力覚センサ１６は感度が低く、前述したような組み立て作業において部品同士の接触具合を検出することは困難である。
For this reason, the
以下の実施形態では、比較的簡単な構成で把持した部品と他の部品との接触具合を検出できる把持装置、及びその把持装置を備えたロボットについて説明する。 In the following embodiments, a gripping device that can detect a contact state between a component gripped with a relatively simple configuration and another component, and a robot including the gripping device will be described.
（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態に係るロボットの一例を表した図である。この図３のように、本実施形態に係るロボット２０は、台座部２１と、旋回支持部２２と、第１のリンク部２３と、第２のリンク部２４と、第３のリンク部２５と、把持部２６と、制御部２９とを有する。なお、把持装置は、把持部２６と制御部２９とにより構成される。
(First embodiment)
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the robot according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the
台座部１１は、作業場の床等に固定されている。旋回支持部２２は、台座部２１の上に、垂直方向の軸を中心に旋回可能に配置されている。
The pedestal 11 is fixed to the floor of the work place. The turning
第１のリンク部２３の一端側は旋回支持部２２の上部に連結しており、ギアドモータ又はエアシリンダー等の駆動装置（図示せず）により旋回支持部２２との連結部を中心に回転する。また、第２のリンク部２４の一端側は第１のリンク部２３の他端側に連結しており、駆動装置（図示せず）により第１のリンク部２３との連結部を中心に回転する。更に、第３のリンク部２５の一端側は第２のリンク部２４の他端側に接続されており、駆動装置（図示せず）により第２のリンク部２４との連結部を中心に回転する。第１のリンク部２３、第２のリンク部２４及び第３のリンク部２５は、把持装置２６を任意の位置に移動させるためのアームである。
One end side of the
把持部２６は、第３のリンク部２５の他端側に連結している。この把持部２６は、駆動装置（図示せず）により第３のリンク部２５の中心軸に平行な軸を中心として回転する。
The
また、把持部２６には、一対のハンド部材３１と、それらのハンド部材３１を相互に近接又は離隔する方向に移動させるハンド部材駆動部２７と、後述する歪みセンサ３７に接続された歪みゲージアンプ２８とが設けられている。
In addition, the
図４はハンド部材３１を示す斜視図であり、図５は同じくその正面図である。
4 is a perspective view showing the
図４のように、把持部２６には一対のハンド部材３１が設けられており、各ハンド部材３１は２本のボルト３９によりハンド部材駆動部２７（図３参照）に連結されている。また、各ハンド部材３１は、ボルト３９が挿通する穴が設けられた固定部３２と、固定部３２から導出する２本の指部３３とを有する。ハンド部材駆動部２７により一対のハンド部材３１が相互に近接又は離隔する方向に移動することで、指部３３の先端で部品を把持したり、把持していた部品を離したりする。
As shown in FIG. 4, the
指部３３は、図５のように、把持すべき部品に接触する接触部３４と、接触部３４と固定部３２との間を連絡する連絡部３５とを有する。本実施形態では、固定部３２と連絡部３５とのなす角度がほぼ９０度であり、連絡部３５と接触部３４とのなす角度は９０度よりも若干大きく設定されている。
As shown in FIG. 5, the
なお、ハンド部材３１は例えば厚さが１．５ｍｍのステンレス板により形成されており、指部３３の幅は例えば５．５ｍｍ、固定部３２の長さは例えば８ｍｍ、接触部３４の長さは例えば１１ｍｍ、連絡部３５の長さは例えば８ｍｍである。また、本実施形態では、図４のように各ハンド部材３１の２本の指部３３（接触部３４）が補強部３６により連結されており、これにより部品を把持したときの指部３３のねじれを防止している。しかし、補強部３６は必要に応じて設ければよく、補強部３６がなくてもよい。
The
連絡部３５の内側及び外側の面にはそれぞれ連絡部３５の歪みを検出する歪みセンサ３７が配置されている。これと同様に、接触部３４の外側の面にはそれぞれ接触部３４の歪みを検出する歪みセンサ３７が配置されている。これらの歪みセンサ３７は、歪みゲージアンプ２８を介して制御部２９に接続されている。本実施形態では、歪みセンサ３７として、歪みにより抵抗値が変化する歪みゲージを使用している。
図６，図７は、各歪みセンサ３７の接続状態を説明する図である。ここでは、説明の便宜上、図６における紙面手前側の接触部３４及び連絡部３５を第１の接触部３４ａ及び第１の連絡部３５ａと呼び、紙面奥側の接触部３４及び連絡部３５を第２の接触部３４ｂ及び第２の連絡部３５ｂと呼ぶ。
6 and 7 are diagrams illustrating the connection state of each
図６のように、各ハンド部材３１の第１の連絡部３５ａ及び第２の連絡部３５ｂの外側にそれぞれ配置された４個の歪みセンサ３７により、ホイートストンブリッジ回路４１ａが形成されている。このホイートストンブリッジ回路４１ａは、第３のホイートストンブリッジ回路の一例である。
As shown in FIG. 6, the
ここでは、一方のハンド部材（図６中の左側のハンド部材３１）の第１の連絡部３５ａ及び第２の連絡部３５ｂの外側に配置された歪みセンサ３７の抵抗値をＲ１，Ｒ２とする。また、他方のハンド部材（図６中の右側のハンド部材３１）の第１の連絡部３５ａ及び第２の連絡部３５ｂの外側に配置された歪みセンサ３７の抵抗値をＲ３，Ｒ４とする。
Here, the resistance values of the
また、図７（ａ）のように、各ハンド部材３１の第１の接触部３４ａの外側に配置された２個の歪みセンサ３７と、第１の連絡部３５ａの内側に配置された２個の歪みセンサ３７とにより、ホイートストンブリッジ回路４１ｂが形成されている。このホイートストンブリッジ回路４１ｂは、第１のホイートストンブリッジ回路の一例である。
Further, as shown in FIG. 7A, two
ここでは、一方のハンド部材（図７（ａ）中の左側のハンド部材３１）の第１の接触部３４ａの外側及び第１の連絡部３５ａの内側に配置された歪みセンサ３７の抵抗値をＲ１，Ｒ２とする。また、他方のハンド部材（図７（ａ）中の右側のハンド部材３１）の第１の接触部３４ａの外側及び第１の連絡部３５ａの内側に配置された歪みセンサ３７の抵抗値をＲ３，Ｒ４とする。
Here, the resistance value of the
更に、図７（ｂ）のように、各ハンド部材３１の第２の接触部３４ｂの外側に配置された２個の歪みセンサ３７と、第２の連絡部３５ｂの内側に配置された２個の歪みセンサ３７とにより、ホイートストンブリッジ回路４１ｃが形成されている。このホイートストンブリッジ回路４１ｃは、第２のホイートストンブリッジ回路の一例である。
Further, as shown in FIG. 7B, two
ここでは、一方のハンド部材（図７（ａ）中の左側のハンド部材３１）の第２の接触部３４ｂの外側及び第２の連絡部３５ｂの内側に配置された歪みセンサ３７の抵抗値をＲ１，Ｒ２とする。また、他方のハンド部材（図７（ａ）中の右側のハンド部材３１）の第２の接触部３４ｂの外側及び第２の連絡部３５ｂの内側に配置された歪みセンサ３７の抵抗値をＲ３，Ｒ４とする。
Here, the resistance value of the
各ホイートストンブリッジ回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃの電源端子Ａ，Ｂ間には歪みゲージアンプ２８から所定の電圧が印加され、出力端子Ｃ，Ｄから出力される信号は歪みゲージアンプ２８で増幅された後、制御部２９に入力される。
A predetermined voltage is applied from the
ホイートストンブリッジ回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃにおいて、端子Ａと端子Ｂとの間の印加される電圧をＶEXとし、端子Ｃと端子Ｄとの間に出力される電圧をＶoutとすると、電圧Ｖoutは下記（１）式により求めることができる。
In the
ここで、各歪みセンサ３７の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が同一であるとすると、各ホイートストンブリッジ回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃの出力電圧Ｖouta，Ｖoutb，Ｖoutcはいずれも０Ｖになる。
Here, assuming that the resistance values R1, R2, R3, and R4 of the
図８（ａ）のように第１の部品６１を挟持して、一方のハンド部材３１と他方のハンド部材３１とに同じように歪みが発生したものとする。この場合、図８（ｂ）のように、接触部３４ａ，３４ｂの外側の歪みセンサ３７には圧縮応力が加わって抵抗値Ｒ１，Ｒ３が減少し、連絡部３５ａ，３５ｂの内側の歪みセンサ３７には引張応力が加わって抵抗値Ｒ２，Ｒ４が増加する。手前側の接触部３４ａ及び連絡部３５ａに加わる応力と奥側の接触部３４ｂ及び連絡部３５ｂに加わる応力とは同じであるので、ホイートストンブリッジ回路４１ｂの出力電圧Ｖoutbとホイートストンブリッジ回路４１ｃの出力電圧Ｖoutcとは同じになる。
As shown in FIG. 8A, it is assumed that the
図９（ａ）のように、第１の部品６１を第２の部品６２の凹部６２ａに挿入するときに第１の部品６１の右側の部分が凹部６２ａの壁面を擦ると、第１の部品６１には図９（ａ）中に矢印で示す方向に応力が加わる。その結果、抵抗値Ｒ１，Ｒ４が減少し、抵抗値Ｒ２，Ｒ３が増加して、ホイートストンブリッジ回路４１ｂ，４１ｃの出力は増大（プラス側に変化）する。第１の部品６１が凹部６２ａに対し右側にずれているほど、ホイートストンブリッジ回路４１ｂ，４１ｃの出力は大きくなる。
As shown in FIG. 9A, when the
逆に、図９（ｂ）のように、第１の部品６１を第２の部品６２の凹部６２ａに挿入するときに第１の部品６１の左側の部分が凹部６２ａの壁面を擦ると、第１の部品６１には図９（ｂ）中に矢印で示す方向に応力が加わる。その結果、抵抗値Ｒ１，Ｒ４が増加し、抵抗値Ｒ２，Ｒ３が減少して、ホイートストンブリッジ回路４１ｂ，４１ｃの出力は減少（マイナス側に変化）する。第１の部品６１が凹部６２ａに対し左側にずれるほど、ホイートストンブリッジ回路４１ｂ，４１ｃの出力は小さくなる。
Conversely, as shown in FIG. 9B, when the left part of the
図１０は、上述の実施形態に係るロボット２０の動作を説明するフローチャートである。ここでは、図２のように幅が数ｍｍ程度、厚さが２ｍｍ〜５ｍｍ程度、長さが１５ｍｍ〜３０ｍｍ程度のゴム製の第１の部品６１をプラスチック等により形成された第２の部品６２の凹部６２ａにはめ込む作業を行うものとする。
FIG. 10 is a flowchart for explaining the operation of the
なお、本実施形態のロボット２０が把持する部品の形状及び大きさは、この例に限定されるものではない。
Note that the shape and size of the parts gripped by the
また、説明の便宜上、図１１のように部品６１の長さ方向の軸をＸ軸、幅方向の軸をＹ軸、厚さ方向の軸をＺ軸とする。また、Ｚ軸を中心とした回転方向の角度をθz、Ｙ軸を中心とした回転方向の角度をθyとする。
For convenience of explanation, as shown in FIG. 11, the length direction axis of the
まず、ステップＳ１１において、制御部２９は、旋回支持部２２、リンク部２３，２４，２５の駆動装置及び把持部２６のハンド部材駆動部２７を制御して、第１の部品６１を一対のハンド部材３１間に挟持する。
First, in step S11, the
次に、ステップＳ１２において、制御部２９は、把持部２６の歪みゲージアンプ２８に、ホイートストンブリッジ回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃのキャリブレーション（平衡調整）を指示する。これにより、歪みゲージアンプ２８は、ハンド部材３１により第１の部品６１を挟持した状態でホイートストンブリッジ回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃの出力が０Ｖとなるように、キャリブレーションを開始する。
Next, in step S12, the
一般的に、ホイートストンブリッジ回路のキャリブレーション方法には、可変抵抗器を用いてホイートストンブリッジ回路の出力を物理的に０に調整する方法と、ソフトウェアにより調整する方法とがある。本実施形態では、どちらの方法を採用してもよい。 Generally, the Wheatstone bridge circuit calibration method includes a method of adjusting the output of the Wheatstone bridge circuit physically to 0 using a variable resistor and a method of adjusting by software. In this embodiment, either method may be adopted.
次に、ステップＳ１３に移行し、制御部２９は、旋回支持部２２及びリンク部２３，２４，２５の駆動装置を制御して、第１の部品６１を第２の部品６２の凹部６２ａの近傍まで移動させる。ホイートストンブリッジ回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃのキャリブレーションが完了するまでの間には数秒間の時間が必要であるが、本実施形態ではこの間を利用して第１の部品６１を第２の部品６２の凹部６２ａの近傍まで移動させておく。
Next, the process proceeds to step S <b> 13, and the
その後、制御部２９は、ステップＳ１４でホイートストンブリッジ回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃのキャリブレーションが完了するのを待つ。そして、ホイートストンブリッジ回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃのキャリブレーションが完了すると、ステップＳ１５に移行する。
Thereafter, the
ステップＳ１５において、制御部２９は、旋回支持部２２、リンク部２３，２４，２５の駆動装置及び把持部２６を制御して、第１の部品６１を第２の部品６２の凹部６２ａに挿入する。このとき、制御部２９は、以下に説明するように、角度θz、角度θy、Ｙ軸方向の位置及びＸ軸方向の位置の補正を行う。
In step S <b> 15, the
（角度θzの補正）
図１２（ａ）の平面図に示すように、第２の部品６２の凹部６２ａに対し第１の部品６１の角度θzが反時計方向にずれているとする。この状態で第１の部品６１を第２の部品６２の凹部６２ａに挿入すると、手前側（図１２（ａ）では下側）では第１の部品６１の右側が凹部６２ａの壁面を擦り、奥側（図１２（ａ）では上側）では第１の部品６１の左側が凹部６２ａの壁面を擦る。
(Correction of angle θz)
As shown in the plan view of FIG. 12A, it is assumed that the angle θz of the
この場合、第１の部品６１には、図１２（ａ）中に矢印で示すように手前側と奥側とで反対方向に応力が加わる。このため、ホイートストンブリッジ回路４１ｂの出力電圧Ｖoutbは増大（プラス側に変化）し、ホイートストンブリッジ回路４１ｃの出力電圧Ｖoutcは減少（マイナス側に変化）する。従って、ホイートストンブリッジ回路４１ｂの出力電圧Ｖoutbとホイートストンブリッジ回路４１ｃの出力電圧Ｖoutcとの差（Ｖoutb−Ｖoutc）はプラスの値（＞０）となり、制御部２９は第１の部品６１が凹部６２ａに対し反時計方向にずれていることがわかる。
In this case, stress is applied to the
一方、図１２（ｂ）の平面図に示すように、第２の部品６２の凹部６２ａに対し第１の部品６１の角度θzが時計方向にずれているとする。この状態で第１の部品６１を凹部６２ａに挿入すると、手前側（図１２（ｂ）では下側）では第１の部品６１の左側が凹部６２ａの壁面を擦り、奥側（図１２（ｂ）では上側）では第１の部品６１の右側が凹部６２ａの壁面を擦る。
On the other hand, as shown in the plan view of FIG. 12B, it is assumed that the angle θz of the
この場合、第１の部品６１には図１２（ｂ）中に矢印で示す方向に応力が加わる。このため、ホイートストンブリッジ回路４１ｂの出力電圧Ｖoutbは減少（マイナス側に変化）し、ホイートストンブリッジ回路４１ｃの出力電圧Ｖoutcは増大（プラス側に変化）する。従って、ホイートストンブリッジ回路４１ｂの出力電圧Ｖoutbとホイートストンブリッジ回路４１ｃの出力電圧Ｖoutcとの差（Ｖoutb−Ｖoutc）はマイナスの値（＜０）となり、制御部２９は第１の部品６１が凹部６２ａに対し時計方向にずれていることがわかる。
In this case, stress is applied to the
角度θzのずれ量が少ないほど、ホイートストンブリッジ回路４１ｂ，４１ｃの出力の差は小さくなる。従って、制御部２９では、ホイートストンブリッジ回路４１ｂの出力電圧Ｖoutbとホイートストンブリッジ回路４１ｃの出力電圧Ｖoutcとの差から第１の部品６１の角度θzのずれ量を把握できる。制御部２９は、リンク部２３，２４，２５等を制御し、第１の部品６１の角度θzを補正する。
The smaller the shift amount of the angle θz, the smaller the difference between the outputs of the
（角度θyの補正）
図１３のように、第２の部品６２に対し第１の部品６１の角度θyが時計方向又は反時計方向にずれているとする。ここでは、第１の部品６１が、手前側（図１３では右側）が低く、奥側（図１３では左側）が高い状態で傾いているとする。
(Correction of angle θy)
As shown in FIG. 13, it is assumed that the angle θy of the
この状態で第１の部品６１を第２の部品６２の凹部６２ａに挿入すると、最初に第１の部品６１の手前側の部分が第２の部品６２に接触し、それによりホイートストンブリッジ回路４１ｂの出力電圧Ｖoutbが変化する。その後、第１の部品６１の奥側の部分も第２の部品６２に接触し、ホイートストンブリッジ回路４１ｃの出力電圧Ｖoutcが変化する。
When the
図１４は、横軸に第１の部品６１のＺ軸方向の位置をとり、横軸にホイートストンブリッジ回路４１ｂ，４１ｃの出力電圧Ｖoutb，Ｖoutcをとって、ホイートストンブリッジ回路４１ｂ，４１ｃの出力の変化を示す図である。第２の部品６２に対し第１の部品６１の角度θyがずれている場合、図１４に示すように、ホイートストンブリッジ回路４１ｂの出力電圧Ｖoutbが変化するタイミングとホイートストンブリッジ回路４１ｃの出力電圧Ｖoutcが変化するタイミングとの間にずれが生じる。
In FIG. 14, the horizontal axis indicates the position of the
第１の部品６１の挿入速度が一定であるとすると、ホイートストンブリッジ回路４１ｂの出力電圧Ｖoutbが変化するタイミングとホイートストンブリッジ回路４１ｃの出力電圧Ｖoutcが変化するタイミングとの時間差が大きいほど、角度θyが大きいということができる。すなわち、制御部２９は、ホイートストンブリッジ回路４１ｂの出力電圧Ｖoutbが変化するタイミングとホイートストンブリッジ回路４１ｃの出力電圧Ｖoutcが変化するタイミングとの時間差から、第１の部品６１の角度θyのずれ量を把握することができる。制御部２９は、角度θyのずれ量に応じてリンク部２３，２４，２５等を制御し、第１の部品６１の角度θyを補正する。
Assuming that the insertion speed of the
（Ｙ軸方向の補正）
前述したように第１の部品６１を把持した状態でキャリブレーションを行うと、ホイートストンブリッジ回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃの出力電圧Ｖouta，Ｖoutb，Ｖoutcはいずれも０Ｖとなる。この状態で図９（ａ）のように第１の部品６１を第２の部品６２の凹部６２ａに挿入する際に第１の部品６１の右側の部分が凹部６２ａの壁面を擦ると、ホイートストンブリッジ回路４１ｂ，４１ｃの出力電圧Ｖoutb，Ｖoutcはいずれもプラスになる。凹部６２ａに対する第１の部品６１のＹ軸方向のずれ量が大きいほど、ホイートストンブリッジ回路４１ｂ，４１ｃの出力電圧Ｖoutb，Ｖoutcの値は大きくなる。
(Correction in the Y-axis direction)
When calibration is performed with the
逆に、図９（ｂ）のように第１の部品６１の左側の部分が凹部６２ａの壁面を擦ると、ホイートストンブリッジ回路４１ｂ，４１ｃの出力電圧Ｖoutb，Ｖoutcはいずれもマイナスになる。凹部６２ａに対する第１の部品６１のＹ軸方向のずれ量が大きいほど、ホイートストンブリッジ回路４１ｂ，４１ｃの出力電圧Ｖoutb，Ｖoutcの値の絶対値は大きくなる。
Conversely, when the left part of the
制御部２９は、ホイートストンブリッジ回路４１ｂ，４１ｃの出力電圧Ｖoutb，Ｖoutcの平均値を演算することにより、第１の部品６１のＹ軸方向のずれ量を知ることができる。制御部２９は、このずれ量に応じてリンク部２３，２４，２５等を制御し、第１の部品６１のＹ軸方向のずれを補正する。
The
なお、図１５のように第１の部品６１を把持した状態で第１の部品６１に上向きの応力が加えられても、ホイートストンブリッジ回路４１ｂ，４１ｃの出力電圧Ｖoutb，Ｖoutcは変化しない。つまり、Ｙ軸方向のずれ量を精度よく補正することができる。
Note that the output voltages Voutb and Voutc of the
（Ｘ軸方向の補正）
図１６のように、凹部６２ａに対し第１の部品６１がＸ軸方向にずれているとする。この状態で第１の部品６１を第２の部品６２の凹部６２ａに挿入すると、第１の部品６１の前端側（図１６において下側）が凹部６２ａの壁面を擦り、第１の連絡部３５ａの外側に配置された歪みセンサ３７の抵抗値Ｒ１，Ｒ４が増加する。これにより、ホイートストンブリッジ回路４１ａの出力電圧Ｖoutaがマイナス側に変化する。
(X-axis direction correction)
As shown in FIG. 16, it is assumed that the
逆に、第１の部品６１を第２の部品６２の凹部６２ａにするときに第１の部品６１の後端側（図１６において上側）が凹部６２ａの壁面を擦ると、第２の連絡部３５ｂの外側に配置された歪みセンサ３７の抵抗値Ｒ２，Ｒ３が増加して、ホイートストンブリッジ回路４１ａの出力電圧Ｖoutaがプラス側に変化する。
On the other hand, when the rear end side (upper side in FIG. 16) of the
第１の部品６１の凹部６２ａに対するＸ軸方向のずれ量が大きいほど、ホイートストンブリッジ回路４１ａの出力電圧Ｖoutaの変化量が大きいので、制御部２９はホイートストンブリッジ回路４１ａの出力電圧ＶoutaからＸ軸方向のずれ量を把握することができる。制御部２９は、Ｘ軸方向のずれ量に応じて各リンク部２３，２４，２５等を制御し、第１の部品６１のＸ軸方向の位置を補正する。
Since the amount of change in the output voltage Vouta of the
以上説明したように、本実施形態に係るロボット２０では、把持部２６に設けられた２対の指部３３の内側及び外側に歪みセンサ３７を配置し、それらの歪みセンサ３７によりホイートストンブリッジ回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃを形成している。これにより、指部３３の各箇所における歪みを高精度に検出でき、部品同士の接触具合に応じて把持した部品の位置及び角度を補正することができる。また、本実施形態に係るロボット２０の把持部２６は、比較的簡単な構造で部品同士の接触具合を検出できるため、製造コストが低減される。
As described above, in the
更に、本実施形態においては、歪みセンサ３７が指部３３に配置されている。このため、作業効率を上げようとして旋回支持部２１及びリンク部２３，２４，２５等を高速で動かしても歪みセンサ３７、あるいはハンド部材３１に大きな慣性力が加わることがなく、歪みセンサ３７が破損、あるいはハンド部材３１が塑性変形するおそれが少ない。また、作業中にリンク部２３，２４，２５等が障害物に衝突したとしても、歪みセンサ３７に大きな応力が加わることがなく、歪みセンサ３７の破損を回避できる。
Further, in the present embodiment, the
（第２の実施形態）
図１７は、第２の実施形態に係るロボット（把持装置）の指部を示す模式図である。本実施形態に係るロボットが第１の実施形態と異なる点は指部の形状が異なることにあり、その他の構造は基本的に第１の実施形態と同様であるので、ここでは重複する部分の説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a finger portion of the robot (gripping device) according to the second embodiment. The difference between the robot according to this embodiment and the first embodiment is that the shape of the finger is different, and the other structure is basically the same as that of the first embodiment. Description is omitted.
本実施形態では、ハンド部材駆動部２７（図３参照）に固定される固定部から垂直方向に延びる２対の指部５１を備えている。そして、ハンド部材駆動部２７により相互に対向する指部５１間の距離が変化し、指部５１の間で第１の部品６１を把持する。
In the present embodiment, two pairs of
各指部５１の内側及び外側の面にはそれぞれ歪みセンサ（歪みゲージ）５７が配置されており、それらの歪みセンサ５７により２つのホイートストンブリッジ回路５３ａ，５３ｂが形成されている。ホイートストンブリッジ回路５３ａ，５３ｂは、それぞれ第１の実施形態のホイートストンブリッジ回路４１ｂ，４１ｃに対応し、これらのホイートストンブリッジ回路５３ａ，５３ｂにより把持した第１の部品６１の角度θz，θy及びＹ軸方向の位置を補正することができる。
Strain sensors (strain gauges) 57 are arranged on the inner and outer surfaces of each
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。 The following additional notes are disclosed with respect to the above embodiments.
（付記１）それぞれ２本の指部を有する一対のハンド部材と、
前記ハンド部材を相互に近接又は離隔する方向に移動させて第１の部品を把持するハンド部材駆動部と、
前記指部の内側及び外側の面にそれぞれ配置された複数の歪みセンサと、
前記歪みセンサの出力から前記第１の部品と第２の部品との接触具合を検出する制御部と
を有することを特徴とする把持装置。
(Supplementary Note 1) A pair of hand members each having two fingers,
A hand member driving unit that grips the first component by moving the hand members in directions close to or apart from each other;
A plurality of strain sensors respectively disposed on the inner and outer surfaces of the finger,
A gripping device comprising: a control unit configured to detect a contact state between the first component and the second component from an output of the strain sensor.
（付記２）前記歪みセンサが、歪みに応じて抵抗値が変化する歪みゲージであることを特徴とする付記１に記載の把持装置。 (Supplementary note 2) The gripping device according to supplementary note 1, wherein the strain sensor is a strain gauge whose resistance value changes according to strain.
（付記３）前記一対のハンド部材のうちの一方のハンド部材の各指部の内側及び外側の面にそれぞれ配置された前記歪みセンサと、他方のハンド部材の各指部の内側及び外側の面にそれぞれ配置された前記歪みセンサとにより、第１のホイートストンブリッジ回路及び第２のホイートストンブリッジ回路が形成されていることを特徴とする付記２に記載の把持装置。 (Supplementary Note 3) The strain sensors disposed on the inner and outer surfaces of each finger portion of one hand member of the pair of hand members, and the inner and outer surfaces of each finger portion of the other hand member The gripping apparatus according to appendix 2, wherein a first Wheatstone bridge circuit and a second Wheatstone bridge circuit are formed by the strain sensors respectively disposed in the first and second Wheatstone bridge circuits.
（付記４）前記指部が、前記第１の部品に接触する接触部と、前記接触部と前記ハンド部材駆動部との間を連絡する連絡部とを有し、
前記接触部と前記連絡部とのなす角度が９０度よりも大きく、
前記第１のホイートストンブリッジ回路及び前記第２のホイートストンブリッジ回路は、前記連絡部の内側に配置された前記歪みセンサと、前記接触部の外側に配置された前記歪みセンサとにより形成されていることを特徴とする付記３に記載の把持装置。
(Supplementary Note 4) The finger portion includes a contact portion that contacts the first component, and a communication portion that communicates between the contact portion and the hand member driving portion,
An angle formed by the contact portion and the contact portion is greater than 90 degrees;
The first Wheatstone bridge circuit and the second Wheatstone bridge circuit are formed by the strain sensor disposed inside the connecting portion and the strain sensor disposed outside the contact portion. The gripping device according to appendix 3, characterized by:
（付記５）更に、前記一対のハンド部材の各指部の前記接触部の外側に配置された４個の前記歪みセンサにより第３のホイートストンブリッジ回路が形成されていることを特徴とする付記４に記載の把持装置。 (Additional remark 5) Furthermore, the 3rd Wheatstone bridge circuit is formed by the four said strain sensors arrange | positioned on the outer side of the said contact part of each finger | toe part of a pair of said hand member, The additional remark 4 characterized by the above-mentioned. The gripping device described in 1.
（付記６）アームと、
前記アームに連結されて第１の部品を把持する把持部と、
前記アームを制御して前記把持部を移動させる制御部と有し、
前記把持部は、それぞれ２本の指部を有する一対のハンド部材と、前記ハンド部材を相互に近接又は離隔する方向に移動させるハンド部材駆動部と、前記指部の内側及び外側の面にそれぞれ配置された複数の歪みセンサとを備え、
前記制御部は前記歪みセンサの出力から前記第１の部品と第２の部品との接触具合を検出することを特徴とするロボット。
(Appendix 6) Arm,
A gripping part connected to the arm for gripping the first part;
A control unit that controls the arm and moves the gripping unit;
The gripping portion includes a pair of hand members each having two finger portions, a hand member driving portion that moves the hand members in directions toward or away from each other, and inner and outer surfaces of the finger portions, respectively. A plurality of strain sensors arranged,
The said control part detects the contact condition of a said 1st component and a 2nd component from the output of the said strain sensor, The robot characterized by the above-mentioned.
（付記７）前記制御部は、前記第１の部品と前記第２の部品との接触具合の検出結果に応じて、前記第１の部品の位置又は角度を補正することを特徴とする付記６に記載のロボット。 (Additional remark 7) The said control part correct | amends the position or angle of a said 1st component according to the detection result of the contact condition of a said 1st component and a said 2nd component. The robot described in 1.
（付記８）前記歪みセンサが、歪みに応じて抵抗値が変化する歪みゲージであることを特徴とする付記７に記載のロボット。 (Supplementary note 8) The robot according to supplementary note 7, wherein the strain sensor is a strain gauge whose resistance value changes according to strain.
（付記９）前記一対のハンド部材のうちの一方のハンド部材の各指部の内側及び外側の面にそれぞれ配置された前記歪みセンサと、他方のハンド部材の各指部の内側及び外側の面にそれぞれ配置された前記歪みセンサとにより、第１のホイートストンブリッジ回路及び第２のホイートストンブリッジ回路が形成されていることを特徴とする付記８に記載のロボット。 (Additional remark 9) The said distortion | strain sensor respectively arrange | positioned on the inner side and outer surface of each finger part of one hand member of said pair of hand members, and the inner side and outer surface of each finger part of the other hand member 9. The robot according to appendix 8, wherein a first Wheatstone bridge circuit and a second Wheatstone bridge circuit are formed by the strain sensors respectively disposed on the robot.
（付記１０）前記指部が、前記第１の部品に接触する接触部と、前記接触部と前記ハンド部材駆動部との間を連絡する連絡部とを有し、
前記接触部と前記連絡部とのなす角度が９０度よりも大きく、
前記第１のホイートストンブリッジ回路及び前記第２のホイートストンブリッジ回路は、前記連絡部の内側に配置された前記歪みセンサと、前記接触部の外側に配置された前記歪みセンサとにより形成されていることを特徴とする付記９に記載のロボット。
(Supplementary Note 10) The finger unit includes a contact unit that contacts the first component, and a communication unit that communicates between the contact unit and the hand member driving unit,
An angle formed by the contact portion and the contact portion is greater than 90 degrees;
The first Wheatstone bridge circuit and the second Wheatstone bridge circuit are formed by the strain sensor disposed inside the connecting portion and the strain sensor disposed outside the contact portion. The robot according to appendix 9, characterized by:
１０…ロボット、１１…台座部、１２…旋回支持部、１３，１４，１５…リンク部、１６…多軸力覚センサ、１７…把持部、１９…制御部、２０…ロボット、２１…台座部、２２…旋回支持部、２３，２４，２５…リンク部、２６…把持部（把持装置）、２７…ハンド部材駆動部、２８…歪みゲージアンプ、２９…制御部、３１…ハンド部材、３２…固定部、３３…指部、３４…接触部、３５…連絡部、３６…補強部、３７…歪みセンサ、３９…ボルト、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…ホイートストンブリッジ回路、５１…指部、５３ａ，５３ｂ…ホイートストンブリッジ回路、６１…第１の部品、６２…第２の部品、６２ａ…凹部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Robot, 11 ... Base part, 12 ... Turning support part, 13, 14, 15 ... Link part, 16 ... Multi-axis force sensor, 17 ... Gripping part, 19 ... Control part, 20 ... Robot, 21 ... Base part , 22 ... turning support part, 23, 24, 25 ... link part, 26 ... gripping part (grip device), 27 ... hand member driving part, 28 ... strain gauge amplifier, 29 ... control part, 31 ... hand member, 32 ... Fixing part, 33 ... finger part, 34 ... contact part, 35 ... contact part, 36 ... reinforcing part, 37 ... strain sensor, 39 ... bolt, 41a, 41b, 41c ... Wheatstone bridge circuit, 51 ... finger part, 53a, 53b ... Wheatstone bridge circuit, 61 ... first part, 62 ... second part, 62a ... concave.
Claims (8)
前記一対のハンド部材を相互に近接又は離隔する方向に移動させて第１の部品を前記接触部の間に挟んで把持するハンド部材駆動部と、
前記連絡部及び前記接触部にそれぞれ配置された複数の歪みセンサを含んで構成された回路と、
前記回路の出力から前記第１の部品と第２の部品との接触具合を検出する制御部とを有し、
前記制御部は、前記一対のハンド部材が前記第１の部品を把持した状態で前記回路のキャリブレーションを行い、その後前記第１の部品を第２の部品に接触させ、前記回路の出力から前記第１の部品と前記第２の部品との接触具合を検出する
ことを特徴とする把持装置。 A pair of hand members each provided with two bent finger parts each having a contact part and a communication part communicating with the contact part via a bent part;
A hand member driving unit that moves the pair of hand members in a direction approaching or separating from each other and holds the first component between the contact units; and
A circuit configured to include a plurality of strain sensors respectively disposed in the communication part and the contact part;
A controller that detects contact between the first component and the second component from the output of the circuit ;
The control unit calibrates the circuit in a state where the pair of hand members grips the first component, and then brings the first component into contact with a second component, and outputs the circuit from the output of the circuit. A gripping device that detects a contact state between a first component and the second component .
前記一対のハンド部材のうちの一方の指部に配置された２つの歪センサと、前記一対のハンド部材のうちの他方の指部に配置された２つの歪センサとにより形成されたホイートストンブリッジ回路を有することを特徴とする請求項２に記載の把持装置。 The circuit is
A Wheatstone bridge circuit formed by two strain sensors arranged on one finger of the pair of hand members and two strain sensors arranged on the other finger of the pair of hand members gripping device according to claim 2, characterized in that it comprises a.
前記一対のハンド部材のうちの一方の２本の指部の前記連絡部の外側に配置された２つの歪センサと、前記一対のハンド部材のうちの他方の２本の指部の前記連絡部の外側に配置された２つの歪センサとにより形成された第１のホイートストンブリッジ回路と、
前記一対のハンド部材のうちの一方の２本の指部の前記連絡部の内側に配置された２つの歪センサと、前記一対のハンド部材のうちの他方の２本の指部の前記接触部に配置された２つの歪センサとにより形成された第２のホイートストンブリッジ回路と
を有することを特徴とする請求項２に記載の把持装置。 The circuit is
Two strain sensors arranged outside the connecting portion of one two finger portions of the pair of hand members, and the connecting portion of the other two finger portions of the pair of hand members A first Wheatstone bridge circuit formed by two strain sensors arranged outside
Two strain sensors arranged inside the connecting portion of one two finger portions of the pair of hand members, and the contact portion of the other two finger portions of the pair of hand members The gripping device according to claim 2, further comprising: a second Wheatstone bridge circuit formed by two strain sensors arranged on the surface.
前記アームに連結されて第１の部品を把持する把持部と、
前記アームを制御して前記把持部を移動させる制御部と有し、
前記把持部は、
接触部と、屈曲部を介して前記接触部に連絡する連絡部とを有する屈曲した形状の２本の指部をそれぞれ備えた一対のハンド部材と、
前記一対のハンド部材を相互に近接又は離隔する方向に移動させて第１の部品を前記接触部の間に挟んで把持するハンド部材駆動部と、
前記連絡部及び前記接触部にそれぞれ配置された複数の歪みセンサを含んで構成される回路とを備え、
前記制御部は、前記一対のハンド部材が前記第１の部品を把持した状態で前記回路のキャリブレーションを行い、その後前記第１の部品を第２の部品に接触させ、前記回路の出力から前記第１の部品と前記第２の部品との接触具合を検出する
ことを特徴とするロボット。 Arm,
A gripping part connected to the arm for gripping the first part;
A control unit that controls the arm and moves the gripping unit;
The gripping part is
A pair of hand members each provided with two bent finger portions each having a contact portion and a communication portion communicating with the contact portion via a bent portion;
A hand member driving unit that moves the pair of hand members in a direction approaching or separating from each other and holds the first component between the contact units; and
A circuit including a plurality of strain sensors respectively disposed in the communication part and the contact part,
The control unit calibrates the circuit in a state where the pair of hand members grips the first component, and then brings the first component into contact with a second component, and outputs the circuit from the output of the circuit. robot and detecting a state of contact with the first component and the second component.
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