JP6254911B2 - Hand control device - Google Patents
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Description
この発明はハンドの制御装置に関し、より具体的にはロボットのハンドに作用する物理量を検出するセンサの異常を判定することができるハンドの制御装置に関する。 The present invention relates to a hand control device, and more specifically to a hand control device capable of determining an abnormality of a sensor that detects a physical quantity acting on a robot hand.
従来より、ハンドに設けられた力センサなどの異常を判定することができるロボットとして、例えば特許文献1記載の技術が知られている。特許文献1記載の技術は、力センサなどの出力をモニタし、これらの出力が規定値を超えたとき、センサが異常であると判定するものである。 Conventionally, for example, a technique described in Patent Document 1 is known as a robot capable of determining an abnormality such as a force sensor provided in a hand. The technique described in Patent Document 1 monitors the output of a force sensor or the like, and determines that the sensor is abnormal when these outputs exceed a specified value.
しかしながら、センサの出力が規定値を超えたか否かでセンサの異常を判定する場合、規定値が小さすぎると、本来センサの異常に起因するものではない、例えばハーネスの揺れなどの影響で生じたセンサの出力も異常と判定してしまうおそれがある。他方、規定値が大きすぎると、センサが異常値を出力しているにもかかわらず、それを検知できずに正常と判定してしまうおそれがある。このように、センサの出力が単に規定値を超えたか否かでセンサの異常を判定する手法ではセンサの異常を適切に判定できないといった不都合がある。 However, when determining sensor abnormality based on whether or not the sensor output exceeds a specified value, if the specified value is too small, it is not inherently caused by the sensor abnormality, for example, due to the influence of harness swinging, etc. There is a possibility that the output of the sensor may be determined to be abnormal. On the other hand, if the specified value is too large, the sensor may output an abnormal value, but it may not be detected and may be determined to be normal. As described above, there is a disadvantage that the sensor abnormality cannot be appropriately determined by the method of determining the sensor abnormality based on whether or not the output of the sensor simply exceeds the specified value.
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、ハンドに作用する物理量を検出するセンサの異常を精度よく判定することができるハンドの制御装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a hand control device that can accurately determine abnormality of a sensor that detects a physical quantity acting on the hand.
上記した課題を解決するために、請求項1にあっては、駆動源の動力によって動作可能なハンドと、前記ハンドに作用する物理量を示す出力を生じるセンサと、前記駆動源の動作を制御する駆動源制御手段とを備えるロボットのハンドの制御装置において、前記駆動源制御手段は、前記ハンドを初期位置から所定の軌道に沿って目標物に接触する位置まで移動させる初期動作を実行させるように前記駆動源の動作を制御する初期動作実行手段と、前記ハンドに前記初期動作を実行させたときの前記センサの出力の最大値を検出すると共に、前記最大値が検出されたときの前記ハンドの前記所定の軌道における位置を算出する位置算出手段と、前記算出された位置から前記目標物までの距離を算出する距離算出手段と、前記算出された距離と前記検出された最大値に基づいて前記センサが異常であるか否か判定するセンサ異常判定手段とを有する如く構成した。 In order to solve the above-described problem, in claim 1, a hand operable by the power of the drive source, a sensor that generates an output indicating a physical quantity acting on the hand, and an operation of the drive source are controlled. In the robot hand control device including the drive source control unit, the drive source control unit executes an initial operation of moving the hand from the initial position to a position in contact with the target object along a predetermined trajectory. Initial operation execution means for controlling the operation of the drive source; and detecting the maximum value of the output of the sensor when the hand is caused to execute the initial operation; and detecting the maximum value of the hand when the maximum value is detected Position calculating means for calculating a position in the predetermined trajectory; distance calculating means for calculating a distance from the calculated position to the target; and Said sensor is configured as having a determining whether the sensor abnormality judgment means is abnormal based on the detected maximum value.
請求項2に係るハンドの制御装置にあっては、前記センサ異常判定手段は、前記算出された距離が規定値未満で、かつ前記検出された最大値が所定範囲外にあるとき、前記センサが異常であると判定する如く構成した。 In the hand control device according to claim 2, the sensor abnormality determination unit is configured such that when the calculated distance is less than a specified value and the detected maximum value is outside a predetermined range, the sensor It was configured to determine that it was abnormal.
請求項3に係るハンドの制御装置にあっては、前記センサ異常判定手段は、前記算出された距離が前記規定値以上のとき、前記センサが異常であると判定する如く構成した。 The hand control device according to claim 3 is configured such that the sensor abnormality determination unit determines that the sensor is abnormal when the calculated distance is equal to or greater than the specified value.
請求項4に係るハンドの制御装置にあっては、前記ハンドは、複数本の指機構を有し、前記センサは、前記複数本の指機構のうちの少なくともいずれかの指機構に設けられる如く構成した。 In the hand control device according to claim 4, the hand has a plurality of finger mechanisms, and the sensor is provided in at least one of the plurality of finger mechanisms. Configured.
請求項5に係るハンドの制御装置にあっては、前記目標物は、前記複数本の指機構のうちのいずれかの指機構である如く構成した。 In the hand control device according to claim 5, the target is configured to be any one of the plurality of finger mechanisms.
請求項6に係るハンドの制御装置にあっては、前記駆動源制御手段は、前記センサ異常判定手段によって前記センサが異常と判定されると共に、前記ハンドに把持動作を行わせるように前記駆動源の動作を制御するとき、前記異常と判定されたセンサが設けられる指機構以外の第2の指機構によって前記把持動作が可能か否か判断し、前記把持動作が可能と判断されるとき、前記第2の指機構によって前記把持動作を行わせるように前記駆動源の動作を制御する如く構成した。 In the hand control device according to claim 6, the drive source control means determines that the sensor is abnormal by the sensor abnormality determination means, and causes the hand to perform a gripping operation. When controlling the movement of the second finger mechanism other than the finger mechanism provided with the sensor determined to be abnormal, it is determined whether the gripping operation is possible. The operation of the drive source is controlled so that the gripping operation is performed by a second finger mechanism.
請求項7に係るハンドの制御装置にあっては、前記駆動源制御手段は、前記把持動作が可能と判断されないとき、前記把持動作を行わせないように前記駆動源の動作を制御する如く構成した。 8. The hand control device according to claim 7, wherein the drive source control means controls the operation of the drive source so as not to perform the gripping operation when it is determined that the gripping operation is not possible. did.
請求項1に係るハンドの制御装置あっては、ハンドに初期位置から所定の軌道に沿って目標物に接触する位置まで移動させる初期動作を実行させたときのセンサの出力の最大値を検出し、最大値が検出されたときのハンドの所定の軌道における位置およびその位置から目標物までの距離を算出すると共に、算出された距離と検出された最大値に基づいてセンサが異常であるか否か判定する如く構成したので、例えば算出された距離がゼロ近傍の値となり、ハンドが目標物に接触しているにもかかわらずセンサがそれに対応する本来の正常な値を出力していないとき、あるいは算出された距離が規定値以上であり、ハンドが目標物に接触していないにもかかわらずセンサの出力の最大値が検出されたときなどに、センサが異常であると判定することが可能となるため、センサの異常を精度よく判定することができる。 The hand control device according to claim 1 detects the maximum value of the output of the sensor when the hand is caused to execute an initial operation of moving from the initial position to a position in contact with the target object along a predetermined trajectory. Calculating the position of the hand in the predetermined trajectory when the maximum value is detected and the distance from the position to the target, and whether the sensor is abnormal based on the calculated distance and the detected maximum value For example, when the calculated distance becomes a value near zero, and the sensor does not output the original normal value corresponding to the hand even though the hand is in contact with the target, Alternatively, it is determined that the sensor is abnormal, for example, when the calculated distance is equal to or greater than a predetermined value and the maximum value of the sensor output is detected even though the hand is not in contact with the target. Bets since it is possible, it is possible to determine an abnormality of the sensor accurately.
請求項2に係るハンドの制御装置にあっては、算出された距離が規定値未満で、かつ検出された最大値が所定範囲外にあるとき、センサが異常であると判定する如く構成、すなわち、ハンドを目標物に意図的に接触させ、そのときのセンサの出力を判定するようにしたので、上記した効果に加え、ハンドが目標物に接触したときの本来の正常な値をセンサが出力していなければセンサが異常であると判定することが可能となり、よってセンサの異常を一層精度よく判定することができる。 The hand control device according to claim 2 is configured to determine that the sensor is abnormal when the calculated distance is less than a specified value and the detected maximum value is outside a predetermined range, In addition to the above effects, the sensor outputs the original normal value when the hand touches the target because the hand is intentionally brought into contact with the target and the output of the sensor at that time is judged. Otherwise, it is possible to determine that the sensor is abnormal, and thus it is possible to determine the sensor abnormality more accurately.
請求項3に係るハンドの制御装置にあっては、算出された距離が規定値以上のとき、センサが異常であると判定する如く構成したので、上記した効果に加え、算出された距離が規定値以上、つまりハンドが目標物に接触していないにもかかわらずセンサの出力の最大値が検出されたときもセンサが異常であると判定することが可能となり、よってセンサの異常を一層精度よく判定することができる。 In the hand control device according to claim 3, since the sensor is determined to be abnormal when the calculated distance is equal to or greater than the specified value, the calculated distance is specified in addition to the effect described above. It is possible to determine that the sensor is abnormal even when the maximum value of the sensor output is detected even though the hand is not in contact with the target, so that the sensor abnormality can be determined with higher accuracy. Can be determined.
請求項4に係るハンドの制御装置にあっては、ハンドは複数本の指機構を有し、センサは複数本の指機構のうちの少なくともいずれかの指機構に設けられる如く構成したので、上記した効果に加え、指機構に設けられるセンサの異常を判定することができるため、例えば判定結果に基づいて把持動作が適切に行えるか否か等を判断することができる。 In the hand control device according to claim 4, the hand has a plurality of finger mechanisms, and the sensor is configured to be provided in at least one of the plurality of finger mechanisms. In addition to the effect described above, an abnormality of the sensor provided in the finger mechanism can be determined. Therefore, for example, whether or not the gripping operation can be appropriately performed can be determined based on the determination result.
請求項5に係るハンドの制御装置にあっては、目標物は複数本の指機構のうちのいずれかの指機構である如く構成したので、上記した効果に加え、例えば判定用に特別に用意された接触面(固定面)を有する部材(冶具)などを用いなくても、単に指機構を動かすだけでセンサの異常を判定することができる。 In the hand control device according to claim 5, since the target is configured to be any one of a plurality of finger mechanisms, in addition to the above-described effects, for example, specially prepared for determination Even without using a member (a jig) having a contact surface (fixed surface) that has been made, it is possible to determine abnormality of the sensor simply by moving the finger mechanism.
請求項6に係るハンドの制御装置にあっては、センサが異常と判定されると共に、ハンドに把持動作を行わせるように駆動源の動作を制御するとき、異常と判定されたセンサが設けられる指機構以外の第2の指機構によって把持動作が可能か否か判断し、把持動作が可能と判断されるとき、第2の指機構によって把持動作を行わせるように駆動源の動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、把持動作を行う際、センサが異常と判定された場合でも、センサが異常と判定されていない残りの指機構によって把持動作を行うことができる。 In the hand control device according to claim 6, the sensor is determined to be abnormal, and a sensor determined to be abnormal is provided when controlling the operation of the drive source so that the hand performs a gripping operation. It is determined whether or not a gripping operation can be performed by a second finger mechanism other than the finger mechanism, and when the gripping operation is determined to be possible, the operation of the drive source is controlled so that the gripping operation is performed by the second finger mechanism. Thus, in addition to the above-described effects, even when the sensor is determined to be abnormal when performing the gripping operation, the gripping operation can be performed by the remaining finger mechanisms that are not determined to be abnormal.
請求項7に係るハンドの制御装置にあっては、把持動作が可能と判断されないとき、把持動作を行わせないように駆動源の動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、把持動作が不可能にもかかわらず把持動作を行おうとして、ハンドが不測の動作をしたり、把持対象物を破損してしまうなどの不都合を回避することができる。 The hand control device according to claim 7 is configured to control the operation of the drive source so that the gripping operation is not performed when it is determined that the gripping operation is not possible. It is possible to avoid inconveniences such as an unexpected movement of the hand or damage to the object to be grasped when trying to perform the grasping operation even though the operation is impossible.
以下、添付図面に即してこの発明に係るハンドの制御装置を実施するための形態について説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for implementing a hand control device according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1はこの発明の実施例に係るハンドの制御装置のハンドを備えるロボットの側面図である。 FIG. 1 is a side view of a robot including a hand of a hand control device according to an embodiment of the present invention.
図示の如く、ロボット(符号10で示す)は、左右2本の脚部12を備える脚式移動ロボットとして構成される。
As shown in the figure, the robot (denoted by reference numeral 10) is configured as a legged mobile robot having two
脚部12は基体(上体)14の下部に連結され、それぞれ大腿リンク16と下腿リンク18と足部20を備える。大腿リンク16は股関節を介して基体14に連結される。股関節にはそれぞれZ軸(ヨー軸)回り、Y軸(ピッチ軸)回り(ロボット10の前後方向)およびX軸(ロール軸)回り(ロボット10の左右方向)の回転軸を有する3個の電動モータが配置される。
The
下腿リンク18は膝関節を介して大腿リンク16に連結され、足部20は足首関節を介して下腿リンク18に連結される。膝関節にはY軸回りの回転軸を有する電動モータが配置されると共に、足首関節にはY軸回りとX軸回りの回転軸を有する電動モータが配置される。
The
基体14の上部には頭部22が連結され、基体14の側方には左右2本の腕部(リンク)24が連結される。左右の腕部24の先端には、それぞれハンド(エンドエフェクタ)26が連結される。
A
左右の腕部24は、それぞれ上腕リンク28と下腕リンク30を備える。上腕リンク28は肩関節32を介して基体14に連結され、下腕リンク30は肘関節34を介して上腕リンク28に連結される。ハンド26は手首関節36を介して下腕リンク30に連結される。
The left and
肩関節32にはZ軸回り、Y軸回りおよびX軸回りの回転軸を有する3個の電動モータが配置され、肘関節34にはY軸回りの回転軸を有する電動モータが配置される。また、手首関節36にはZ軸回り、Y軸回りおよびX軸回りの回転軸を有する3個の電動モータが配置される。
Three electric motors having rotation axes around the Z axis, Y axis, and X axis are arranged at the
基体14の背部には格納部38が設けられ、その内部にはECU(Electronic Control Unit(電子制御ユニット))40やバッテリ(図示せず)などが収容される。ECU40は図示しないCPUや入出力回路、ROM,RAMなどを備えたマイクロコンピュータからなり、脚部12の電動モータなどの動作を制御してロボット10を移動させると共に、腕部24の電動モータなどの動作を制御する。
A
図2はロボット10のハンド26の平面図、図3はハンド26の指機構44のうちの示指機構44Bの側面断面図である。
2 is a plan view of the
図2に示すように、ハンド26は、人間の手を模倣して製作され、手の平や手の甲に相当する手の平部42と、手の平部42から延びる油圧式の5本の指機構44、具体的には、拇指機構44A、示指機構44B、中指機構44C、環指機構44Dおよび小指機構44Eを備える。
As shown in FIG. 2, the
以下指機構44について説明するが、各指機構44はそれぞれ同様の構造を備えるため、以下では示指機構44Bについてのみ説明する。
Hereinafter, the finger mechanism 44 will be described. Since each finger mechanism 44 has the same structure, only the
図3に示すように、示指機構44Bは、指先側から順に示指機構44Bを手の平側に向かう方向に回転させる1軸の回転軸からなるDIP関節(遠位指節間関節)44B1とPIP関節(近位指節間関節)44B2とMPI関節(中手指節関節)44B3を備える。
As shown in FIG. 3, the
MPI関節44B3の指先側と手の平側にはそれぞれスレーブ側流体圧シリンダ46a1,46a2が配置される。スレーブ側流体圧シリンダ46a1,46a2は流体圧伝達管48a1,48a2(流体圧伝達管48a1は図示せず)を介してマスタ側流体圧シリンダ50a1,50a2(マスタ側流体圧シリンダ50a1は図示せず)に接続される。マスタ側流体圧シリンダ50a1,50a2はロボット10の腕部24の肩関節32付近に設置される。
Slave side fluid pressure cylinders 46a1 and 46a2 are arranged on the fingertip side and the palm side of the MPI joint 44B3, respectively. The slave side fluid pressure cylinders 46a1 and 46a2 are connected to the master side fluid pressure cylinders 50a1 and 50a2 (the master side fluid pressure cylinder 50a1 is not shown) via the fluid pressure transmission tubes 48a1 and 48a2 (the fluid pressure transmission tube 48a1 is not shown). Connected to. The master side fluid pressure cylinders 50 a 1 and 50 a 2 are installed in the vicinity of the
MPI関節44B3に対して手の平側に設置されるスレーブ側流体圧シリンダ46a2のシリンダ本体46a21は手の平部42に固定されると共に、ピストン46a22に取り付けられるロッド46a23は中手指節に接続される。
The cylinder body 46a21 of the slave fluid pressure cylinder 46a2 installed on the palm side of the MPI joint 44B3 is fixed to the
また、MPI関節44B3に対して指先側に設置されるスレーブ側流体圧シリンダ46a1のシリンダ本体46a11は中手指節に固定されると共に、ピストン46a12に取り付けられるロッド46a13は先端の近位指節と遠位指節に連結部材46a14とリンク部材46a15を介して接続される。 The cylinder body 46a11 of the slave-side fluid pressure cylinder 46a1 installed on the fingertip side with respect to the MPI joint 44B3 is fixed to the middle finger phalanx, and the rod 46a13 attached to the piston 46a12 is distant from the proximal proximal phalanx. It is connected to the distal phalanx via a connecting member 46a14 and a link member 46a15.
以上の構成においてマスタ側流体圧シリンダ50a2の前進方向への移動に伴って作動流体圧が流体圧伝達管48a2を介してスレーブ側流体圧シリンダ46a2に供給されると、ピストン46a22も前進方向に移動し、中手指節から先端側の部位をMPI関節44B3回りに屈曲させる。 In the above configuration, when the working fluid pressure is supplied to the slave side fluid pressure cylinder 46a2 via the fluid pressure transmission pipe 48a2 as the master side fluid pressure cylinder 50a2 moves in the forward direction, the piston 46a22 also moves in the forward direction. Then, the distal end side portion from the middle finger segment is bent around the MPI joint 44B3.
また、図示しないマスタ側流体圧シリンダ50a1の前進方向への移動に伴って作動流体圧がMPI関節44B3回りに配置される流体圧伝達管48a1を介してスレーブ側流体圧シリンダ46a1に供給されると、ピストン46a12も前進方向に移動し、近位指節をPIP関節44B2回りに屈曲させると共に、連結部材46a14とリンク部材46a15を介して遠位指節を屈曲させる。 When the master fluid pressure cylinder 50a1 (not shown) moves in the forward direction, the working fluid pressure is supplied to the slave fluid pressure cylinder 46a1 via the fluid pressure transmission pipe 48a1 arranged around the MPI joint 44B3. The piston 46a12 also moves in the forward direction, and the proximal phalanx is bent around the PIP joint 44B2, and the distal phalanx is bent through the connecting member 46a14 and the link member 46a15.
他方、マスタ側流体圧シリンダ50a1,50a2の後退方向への移動に伴って作動流体圧がスレーブ側流体圧シリンダ46a1,46a2から流体圧伝達管48a1,48a2を介してマスタ側流体圧シリンダ50a1,50a2に排出されると、示指機構44Bは逆に伸長するように動作する。
On the other hand, as the master side fluid pressure cylinders 50a1 and 50a2 move in the backward direction, the working fluid pressure is transferred from the slave side fluid pressure cylinders 46a1 and 46a2 to the master side fluid pressure cylinders 50a1 and 50a2 via the fluid pressure transmission pipes 48a1 and 48a2. When it is discharged, the
図2の説明に戻ると、各指機構44の指先、より具体的には指先内側のいわゆる指の腹またはその近傍には、6軸力センサ(センサ。以下「力センサ」という)54が取り付けられる。力センサ54は、指先で物を把持した場合や指先に物が接触した場合などを検知することができ、指先に作用する力とモーメントの3方向の成分を示す出力を生じる。なお、力センサ54の出力はECU40に入力される。
Returning to the description of FIG. 2, a six-axis force sensor (sensor; hereinafter referred to as “force sensor”) 54 is attached to the fingertip of each finger mechanism 44, more specifically, the so-called finger belly inside the fingertip or the vicinity thereof. It is done. The
このように、ハンド26の指機構44にあっては、マスタ側流体圧シリンダ50aからスレーブ側流体圧シリンダ46aへの作動油(作動流体圧)の給排に対応して関節が屈伸(屈曲・伸長)させられ、例えば物を把持する、あるいは適宜な方向を指差すなどの動作が実行可能とされる。
As described above, in the finger mechanism 44 of the
ところで、ロボット10では、上記した力センサ54などの出力値に基づいて腕部24の電動モータや流体圧シリンダ50aなどが制御され、物を把持するなどの動作が行われる。従って、力センサ54からは常に正常な値が出力される必要があり、仮に力センサ54に異常があると、物を把持するといった動作を正確に行うことができない。そこで、この発明では、力センサ54の異常を精度よく判定(検出)することを目的とする。以下、これについて図4を参照して説明する。
Meanwhile, in the
図4はECU40の動作を示すフロー・チャート、図5は指機構44の初期動作を説明する説明図、図6は力センサ54が異常と判定される場合を説明する説明図である。図4のプログラムはロボット10が起動された後、力センサ54の異常判定が行われるときに実行される。なお、図4においてSはプログラムの処理ステップを示す。
FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation of the
以下説明すると、S10において指機構44に初期動作を実行させる。具体的には、図5に示すように、異常判定の対象となっている指機構44(指機構44Aから44Eのいずれか)を予め定められた初期位置から所定の軌道に沿って目標物60に接触する位置(接触想定位置)まで移動させる。
In the following, the finger mechanism 44 is caused to execute an initial operation in S10. Specifically, as shown in FIG. 5, the finger mechanism 44 (one of the
目標物60は、ロボット10とは別に用意された部位または部材であって、所定の位置に固定され、接触面60aを有する壁や床などの部位、あるいは板状または直方体状などの部材からなる。初期位置および目標物60の位置は指機構44や目標物60を事前に所定の位置に配置させることで既知となっているため、初期動作を実行させるときは初期動作用に予め定められた所定の軌道上の各ポイントでの目標関節角度に従って指機構44を動作させればよい。なお、初期動作実行中は、指機構44の関節角度と、関節角度に対応する力センサ54の出力値(力成分とモーメント成分)を所定時間ごとに順次保存する。
The
次いでS12に進み、初期動作実行中に保存した力センサ54の出力値に基づいて力成分の大きさFを算出すると共に、算出された力成分の大きさFの中からFの最大値(センサの出力の最大値)Fmaxを検索(検出)する。
Next, in S12, the magnitude F of the force component is calculated based on the output value of the
なお、力成分の大きさFは、力センサ54から出力されたx方向、y方向、z方向の力成分の値Fx,Fy,Fzを用いて以下の式(1)により算出される。
F=(Fx2+Fy2+Fz2)1/2 ・・・式(1)
The magnitude F of the force component is calculated by the following equation (1) using the force component values Fx, Fy, and Fz in the x, y, and z directions output from the
F = (Fx 2 + Fy 2 + Fz 2) 1/2 ··· formula (1)
次いでS14に進み、最大値Fmaxが検出されたときの指機構44の所定の軌道における位置およびその位置から目標物60までの距離Dfを算出する。
Next, in S14, the position of the finger mechanism 44 in the predetermined trajectory when the maximum value Fmax is detected and the distance Df from the position to the
最大値Fmaxが検出されたときの指機構44の所定の軌道における位置は、具体的には最大値Fmaxが検出されたときの指機構44の指先位置(より具体的には指機構44が目標物60に接触したときの目標物60との接触点に相当する位置)を意味するが、この指先位置は、センサ座標観測における指先位置を原点座標観測における指先位置に変換することで求められる。ここで、センサ座標観測における指先位置は、力センサ54から出力された力成分とモーメント成分に基づいて算出(推定)された指先位置であり、原点座標観測における指先位置は、MPI関節44B3等の回転中心位置を原点座標としたときの指先位置である。なお、センサ座標観測における指先位置を原点座標観測における指先位置に変換するのは、目標物60の接触面60aの接触想定位置が原点座標を基準に記述されているためである。
The position of the finger mechanism 44 in the predetermined trajectory when the maximum value Fmax is detected is specifically the fingertip position of the finger mechanism 44 when the maximum value Fmax is detected (more specifically, the finger mechanism 44 is the target). The fingertip position is obtained by converting the fingertip position in the sensor coordinate observation into the fingertip position in the origin coordinate observation. Here, the fingertip position in the sensor coordinate observation is a fingertip position calculated (estimated) based on the force component and the moment component output from the
センサ座標観測における指先位置から原点座標観測における指先位置への座標変換は、所定の行列式を用いた公知の座標変換により求めることができるため詳細な説明は省略するが、上記したセンサ座標観測における指先位置と、関節角度と関節間のリンク長に基づいて順運動学計算により算出された原点座標観測におけるセンサ座標位置とに基づいて行うことができる。 Since the coordinate conversion from the fingertip position in the sensor coordinate observation to the fingertip position in the origin coordinate observation can be obtained by a known coordinate conversion using a predetermined determinant, detailed description is omitted, but in the sensor coordinate observation described above It can be performed based on the fingertip position and the sensor coordinate position in the origin coordinate observation calculated by forward kinematics calculation based on the joint angle and the link length between the joints.
距離Dfは、最大値Fmaxが検出されたときの指機構44の所定の軌道における位置(指先位置)の座標を(Pfcx,Pfcy,Pfcz)、目標物60の接触想定位置の座標を(Pwx,Pwy,Pwz)としたとき、以下の式(2)により算出される。
Df={(Pfcx−Pwx)2+(Pfcy−Pwy)2+(Pfcz−Pwz)2}1/2 ・・・式(2)
For the distance Df, the coordinates (Pfcx, Pfcy, Pfcz) of the position (fingertip position) of the finger mechanism 44 in the predetermined trajectory when the maximum value Fmax is detected are (Pwx, (Pwy, Pwz), it is calculated by the following equation (2).
Df = {(Pfcx−Pwx) 2 + (Pfcy−Pwy) 2 + (Pfcz−Pwz) 2 } 1/2 Equation (2)
次いでS16に進み、距離Dfが規定値Dft未満で、かつ最大値Fmaxが最小しきい値Ftminから最大しきい値Ftmaxの範囲内(Ftmin<Fmax<Ftmax)にあるか否か判断する。 Next, in S16, it is determined whether or not the distance Df is less than the specified value Dft and the maximum value Fmax is within the range from the minimum threshold value Ftmin to the maximum threshold value Ftmax (Ftmin <Fmax <Ftmax).
距離Dfが規定値Dft未満の場合とは、実質的に指機構44が目標物60に接触している状態を意味する。従って、規定値Dftはゼロ近傍の値に設定される。なお、規定値Dftをゼロではなくゼロ近傍の値としたのは、指機構44が目標物60に接触したときの算出された指機構44の指先位置と、実際の目標物60の接触想定位置とのずれ、または例えば指先に弾力があり、指先が目標物60の接触面60aを押すことで指先が若干潰れる場合の影響などを考慮したためである。
The case where the distance Df is less than the specified value Dft means that the finger mechanism 44 is substantially in contact with the
また、最小しきい値Ftminと最大しきい値Ftmaxは、予め実験等により定められた、指機構44が目標物60に接触したときの力センサ54の正常な出力値の下限値と上限値を意味する。以上から、S16は、指機構44が目標物60に接触したときに力センサ54がそれに対応した正常な値を出力しているか否かを判断する処理である。
The minimum threshold value Ftmin and the maximum threshold value Ftmax are lower limits and upper limits of the normal output value of the
S16で否定されるときはS18に進んで力センサ54が異常であると判定して処理を終了する。なお、S16で否定される場合とは、距離Dfが規定値Dft未満で、最大値Fmaxが最小しきい値Ftminから最大しきい値Ftmaxの範囲外(Fmax≦FtminまたはFmax≧Ftmax(所定範囲外))にある場合、つまり指機構44が目標物60に接触しているが、力センサ54が異常値を出力している場合(例えば断線等によって力センサ54の出力値がゼロまたは何らかの値に張り付いてしまう場合など)、または距離Dfが規定値Dft以上の場合、つまり図6に示すように、指機構44が目標物60に接触していないにもかかわらず力センサ54の出力値から最大値Fmaxが検索された場合を意味する。従って、このような場合には力センサ54が異常であると判定する。
When the result in S16 is negative, the program proceeds to S18, in which it is determined that the
一方、S16で肯定されるときはS20以降に進み、力センサ54の出力値のうち、モーメント成分について上記した力成分と同様の処理(S12からS16)を行う。すなわち、モーメント成分に基づいて力センサ54が異常であるか否か判定する。力成分のみならずモーメント成分についても判断を行うことで、より精度よく力センサ54の異常を判定することができる。
On the other hand, when the result in S16 is affirmative, the process proceeds to S20 and subsequent steps, and the same processing (S12 to S16) as the force component described above is performed for the moment component in the output value of the
以下説明すると、S20において初期動作実行中に保存した力センサ54の出力値に基づいてモーメント成分の大きさMを算出すると共に、算出されたモーメント成分の大きさMの中からMの最大値(センサの出力の最大値)Mmaxを検索する。
In the following description, the magnitude M of the moment component is calculated based on the output value of the
なお、モーメント成分の大きさMは、x方向、y方向、z方向のモーメント成分の値Mx,My,Mzを用いて以下の式(3)により算出される。
M=(Mx2+My2+Mz2)1/2 ・・・式(3)
The magnitude M of the moment component is calculated by the following expression (3) using the moment component values Mx, My, Mz in the x direction, the y direction, and the z direction.
M = (Mx 2 + My 2 + Mz 2 ) 1/2 ... Formula (3)
次いでS22に進み、最大値Mmaxが検出されたときの指機構44の所定の軌道における位置およびその位置から目標物60までの距離Dmを算出する。
Next, in S22, the position of the finger mechanism 44 in a predetermined trajectory when the maximum value Mmax is detected and the distance Dm from the position to the
距離Dmは、最大値Mmaxが検出されたときの指機構44の所定の軌道における位置(指先位置)の座標を(Pmcx,Pmcy,Pmcz)としたとき、以下の式(4)により算出される。
Dm={(Pmcx−Pwx)2+(Pmcy−Pwy)2+(Pmcz−Pwz)2}1/2 ・・・式(4)
The distance Dm is calculated by the following equation (4), where (Pmcx, Pmcy, Pmcz) is the coordinate of the position (fingertip position) in the predetermined trajectory of the finger mechanism 44 when the maximum value Mmax is detected. .
Dm = {(Pmcx−Pwx) 2 + (Pmcy−Pwy) 2 + (Pmcz−Pwz) 2 } 1/2 Equation (4)
次いでS24に進み、距離Dmが規定値Dmt未満で、かつ最大値Mmaxが最小しきい値Mtminから最大しきい値Mtmaxの範囲内(Mtmin<Mmax<Mtmax)にあるか否か判断する。距離Dmが規定値Dmt未満の場合は、S16と同様、実質的に指機構44が目標物60に接触している状態を意味すると共に、最小しきい値Mtminと最大しきい値Mtmaxについても、最小しきい値Ftminと最大しきい値Ftmaxと同様、予め実験等により定められた、指機構44が目標物60に接触したときの力センサ54の正常な出力値の下限値と上限値を意味する。以上から、S24は、指機構44が目標物60に接触したときに力センサ54がそれに対応した正常な値を出力しているか否かを判断する処理である。
Next, in S24, it is determined whether or not the distance Dm is less than the specified value Dmt and the maximum value Mmax is within the range from the minimum threshold value Mtmin to the maximum threshold value Mtmax (Mtmin <Mmax <Mtmax). When the distance Dm is less than the specified value Dmt, it means that the finger mechanism 44 is substantially in contact with the
S24で否定されるときはS18に進んで力センサ54が異常であると判定して処理を終了する一方、肯定されるときはS26に進んで力センサ54は正常であると判定して処理を終了する。
When the result in S24 is negative, the process proceeds to S18, where it is determined that the
次に、5本の指機構44(44A〜44E)のうち、いずれかの指機構44で力センサ54が異常と判定された場合の把持動作について説明する。
Next, a gripping operation when the
図7は異常と判定された力センサ54が設けられる指機構44以外の指機構44によって把持動作を行う場合を説明する説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a case where a gripping operation is performed by a finger mechanism 44 other than the finger mechanism 44 provided with the
力センサ54の異常を判定する初期動作は、主として電源投入直後のシステムチェック時、ロボット10の特定の動作の合間、オペレータからの指示があった時または物を把持する直前等に行われる。
The initial operation for determining the abnormality of the
この実施例では、力センサ54が異常と判定されたのが上記いずれの場合であっても、ECU40は力センサ54が異常と判定された指機構44以外の指機構(第2の指機構)44で把持が可能か否か判断する。
In this embodiment, the
具体的には、例えば環指機構44Dや小指機構44Eの力センサ54が異常と判定されたとき、残りの拇指機構44A、示指機構44B、中指機構44Cで把持対象物を把持可能か否か判断する。把持可能と判断されたときは拇指機構44A、示指機構44B、中指機構44Cの3本の指機構44で把持動作を続行する。なお、把持可能か否かは、把持対象物の大きさや形状、残りの指機構44の配置や可動域などに基づいて判断される。
Specifically, for example, when it is determined that the
また、力センサ54が異常と判定された指機構44が存在し、力センサ54が正常と判定された残りの指機構44のみでは把持が困難な場合、残りの指機構44の少なくともいずれかの指機構44の把持を行うときの指先位置を本来の位置とは異なる位置に変更することで把持が可能か否か判断する。その結果、把持可能と判断されたときは力センサ54が正常と判定された指機構44の指先位置を変更した上で把持動作を続行する。なお、本来の位置とは、例えば把持動作プログラムにおいて定められる各指機構44の間隔が予め考慮された基本把持位置、あるいは把持動作開始時に生成された把持軌道上の最終目標位置等を意味する。
In addition, when there is a finger mechanism 44 for which the
具体的には、図7に示すように(図7では説明の便宜上、3本の指機構44を図面上から第1指、第2指、第3指とする)、第1指の力センサ54が異常と判定され、第2指と第3指の力センサ54が正常と判定された場合、本来の第1指の指先位置に、第2指の指先位置を移動させて把持動作を行う。これにより、図示の例では、第1指を使用しなくても、第2指と第3指で把持対象物を把持することができる。
Specifically, as shown in FIG. 7 (in FIG. 7, for convenience of explanation, the three finger mechanisms 44 are designated as the first finger, the second finger, and the third finger from the drawing), the first finger force sensor When 54 is determined to be abnormal and the
他方、力センサ54が正常と判定された指機構44が例えば1本しかない場合、あるいは2本以上あるが、これらの指機構44の指先位置を変更しても依然把持が困難な場合には把持不可能と判断し、把持動作を行わない。
On the other hand, if there is only one finger mechanism 44 for which the
このように、把持対象物を把持しようとするときに、力センサ54が異常と判定された指機構44以外の指機構44で把持が可能か否か判断し、把持が可能な場合に限って把持動作を行う一方、把持が不可能の場合には把持動作を行わないようにすることで、可能な限り把持動作を行えるようにする一方、把持動作が不可能にもかかわらず把持動作を行おうとすることで、ハンドが不測の動作をしたり、把持対象物を破損するなどの不都合が生じないようにした。
In this way, when trying to grip an object to be gripped, it is determined whether the
なお、電源投入直後のシステムチェック時、ロボット10の特定の動作の合間またはオペレータからの指示があった時等のいずれかの場合であって、力センサ54が異常と判定されたときは以降のロボット10の動作を一旦中止し、警報等により力センサ54が異常である旨をオペレータに報知するようにしてもよい。すなわち、上記したように必ずしも把持動作を続行させずに、報知のみを行うようにしてもよい。この場合、警報を受けたオペレータはロボット10の電源を一旦遮断するなどして異常のある力センサ54の修理、取替え等を行った後に改めてロボット10を起動させることができる。
It should be noted that when the system is checked immediately after the power is turned on, during a specific operation of the
次に、初期動作の変形例について説明する。図8は初期動作の変形例を説明する説明図、図9は変形例における指機構44の状態を説明する説明図である。 Next, a modified example of the initial operation will be described. FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a modified example of the initial operation, and FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a state of the finger mechanism 44 in the modified example.
上記した実施例では、初期動作を行うときの目標物60として、ロボット10とは別に用意された例えば所定の壁や床などの部位、あるいは板状または直方体状などの部材を示したが、変形例では、目標物60として、異常判定の対象となっている指機構44以外の指機構44、具体的には拇指機構44Aを用いる。
In the above-described embodiment, as the
図8,9に示すように、変形例では、異常判定の対象となっている指機構44(図9では示指機構44B)と目標物60である拇指機構44Aがそれぞれ初期位置から所定の軌道に沿って動かされ、最終的に指機構44と拇指機構44Aの指先同士が接触想定位置で接触するまで動かされる(図9(a)の状態から(b)(c)の状態)。指機構44の力センサ54が正常ならば指機構44が拇指機構44Aに接触したときに力センサ54の出力は正常な値を示すことになる。従って、この変形例の場合も上記した実施例と同様、指機構44が目標物60である拇指機構44Aに接触したときの力センサ54の出力をモニタすることで、力センサ54の異常を判定することができる。
As shown in FIGS. 8 and 9, in the modified example, the finger mechanism 44 (finger mechanism 44 </ b> B in FIG. 9) that is the target of abnormality determination and the thumb mechanism 44 </ b> A that is the
なお、変形例では、指機構44と拇指機構44Aの両方を接触想定位置に向けて動かすようにしたが、拇指機構44Aは動かさずに固定させておき、指機構44のみを動かすようにしてもよい。また、変形例では、示指機構44B、中指機構44C、環指機構44D、小指機構44Eを、順次拇指機構44Aと接触させ、それぞれの指機構44の力センサ54の異常を判定する。
In the modification, both the finger mechanism 44 and the
上記した如く、この発明の実施例にあっては、駆動源(電動モータや流体圧シリンダ50a等)の動力によって動作可能なハンド26と、前記ハンドに作用する物理量を示す出力を生じるセンサ(力センサ)54と、前記駆動源の動作を制御する駆動源制御手段(EUC)40とを備えるロボット10のハンド26の制御装置において、前記駆動源制御手段は、前記ハンドを初期位置から所定の軌道に沿って目標物60に接触する位置まで移動させる初期動作を実行させるように前記駆動源の動作を制御する初期動作実行手段(ECU40。S10)と、前記ハンドに前記初期動作を実行させたときの前記センサの出力の最大値Fmax,Mmaxを検出(検索)すると共に、前記最大値が検出されたときの前記ハンドの前記所定の軌道における位置を算出する位置算出手段(ECU40。S12,S14,S20,S22)と、前記算出された位置から前記目標物までの距離Df,Dmを算出する距離算出手段(ECU40。S14,S22)と、前記算出された距離と前記検出された最大値に基づいて前記センサが異常であるか否か判定するセンサ異常判定手段(ECU40。S16,S18,S24,S26)とを有する如く構成したので、例えば算出された距離Df,Dmがゼロ近傍の値となり、ハンド26が目標物60に接触しているにもかかわらず力センサ54がそれに対応する本来の正常な値を出力していないとき、あるいは算出された距離Df,Dmが規定値Dft,Dmt以上であり、ハンド26が目標物60に接触していないにもかかわらず力センサ54の出力の最大値Fmax,Mmaxが検出されたときなどに、力センサ54が異常であると判定することが可能となるため、力センサ54の異常を精度よく判定することができる。
As described above, in the embodiment of the present invention, the
また、前記センサ異常判定手段は、前記算出された距離が規定値Dft,Dmt未満で、かつ前記検出された最大値が所定範囲外(Fmax(Mmax)≦Ftmin(Mtmin)またはFmax(Mmax)≧Ftmax(Mtmax))にあるとき、前記センサが異常であると判定する如く構成、すなわち、ハンド26を目標物60に意図的に接触させ、そのときの力センサ54の出力を判定するようにしたので(ECU40。S16,S18,S24)、ハンド26が目標物60に接触したときの本来の正常な値を力センサ54が出力していなければ力センサ54が異常であると判定することが可能となり、よって力センサ54の異常を一層精度よく判定することができる。
Further, the sensor abnormality determining means is configured such that the calculated distance is less than a predetermined value Dft, Dmt, and the detected maximum value is out of a predetermined range (Fmax (Mmax) ≦ Ftmin (Mtmin) or Fmax (Mmax) ≧ Ftmax (Mtmax)) is configured to determine that the sensor is abnormal, that is, the
また、前記センサ異常判定手段は、前記算出された距離が前記規定値以上のとき、前記センサが異常であると判定する如く構成したので(ECU40。S16,S18,S24)、算出された距離Df,Dmが規定値Dft,Dmt以上、つまりハンド26が目標物60に接触していないにもかかわらず力センサ54の出力の最大値Fmax,Mmaxが検出されたときも力センサ54が異常であると判定することが可能となり、よって力センサ54の異常を一層精度よく判定することができる。
Further, since the sensor abnormality determination means is configured to determine that the sensor is abnormal when the calculated distance is equal to or greater than the specified value (
また、前記ハンドは、複数本の指機構44(44A〜44E)を有し、前記センサは、前記複数本の指機構のうちの少なくともいずれかの指機構に設けられる如く構成したので、指機構44に設けられる力センサ54の異常を判定することができるため、例えば判定結果に基づいて把持動作が適切に行えるか否か等を判断することができる。
Since the hand has a plurality of finger mechanisms 44 (44A to 44E), and the sensor is configured to be provided in at least one of the plurality of finger mechanisms, the finger mechanism Since it is possible to determine an abnormality of the
また、前記目標物は、前記複数本の指機構のうちのいずれかの指機構である如く構成したので、例えば判定用に特別に用意された接触面(固定面)60aを有する部材(冶具)などを用いなくても、単に指機構44、具体的には、拇指機構44Aとそれ以外の指機構44B,44C,44D,44Eのいずれかを動かすだけで、力センサ54の異常を判定することができる。
In addition, since the target is configured to be any one of the plurality of finger mechanisms, for example, a member (a jig) having a contact surface (fixed surface) 60a specially prepared for determination. Even if it is not used, the abnormality of the
また、前記駆動源制御手段は、前記センサ異常判定手段によって前記センサが異常と判定されると共に、前記ハンドに把持動作を行わせるように前記駆動源の動作を制御するとき、前記異常と判定されたセンサが設けられる指機構以外の第2の指機構によって前記把持動作が可能か否か判断し、前記把持動作が可能と判断されるとき、前記第2の指機構によって前記把持動作を行わせるように前記駆動源の動作を制御する如く構成したので、把持動作を行う際、力センサ54が異常と判定された場合でも、力センサ54が異常と判定されていない残りの指機構44によって把持動作を行うことができる。
The drive source control means is determined to be abnormal when the sensor abnormality determination means determines that the sensor is abnormal and controls the operation of the drive source to cause the hand to perform a gripping operation. It is determined whether the gripping operation is possible by a second finger mechanism other than a finger mechanism provided with a sensor, and when the gripping operation is determined to be possible, the gripping operation is performed by the second finger mechanism. Thus, when the gripping operation is performed, even if the
また、前記駆動源制御手段は、前記把持動作が可能と判断されないとき、前記把持動作を行わせないように前記駆動源の動作を制御する如く構成したので、把持動作が不可能にもかかわらず把持動作を行おうとして、ハンド26が不測の動作をしたり、把持対象物を破損してしまうなどの不都合を回避することができる。
In addition, the drive source control means is configured to control the operation of the drive source so that the gripping operation is not performed when it is not determined that the gripping operation is possible. It is possible to avoid inconveniences such as an unexpected operation of the
なお、上記において、指機構44に設けられるセンサ54として、6軸力センサを示したが、6軸力センサに代わって3軸力センサと圧力分布センサを用いてもよい。
In the above description, the six-axis force sensor is shown as the
また、ロボット10として、脚式移動ロボットを示したが、このようないわゆる人型ロボット以外に、例えば工場の生産ラインなどに設置される産業用固定式ロボット(アーム)などでもよい。
Further, although the legged mobile robot is shown as the
10 ロボット、26 ハンド、40 ECU(電子制御ユニット)、42 手の平部、44(44A,44B,44C,44D,44E) 指機構、46a(46a1,46a2) スレーブ側流体圧シリンダ、50a(50a1,50a2) マスタ側流体圧シリンダ、54 6軸力センサ(センサ)、60 目標物 10 robot, 26 hands, 40 ECU (electronic control unit), 42 palm part, 44 (44A, 44B, 44C, 44D, 44E) finger mechanism, 46a (46a1, 46a2) slave side hydraulic cylinder, 50a (50a1, 50a2) ) Master side fluid pressure cylinder, 54 6-axis force sensor (sensor), 60 Target
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