JP6829738B2 - 把持システムおよび把持方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の指部により対象物を把持する把持システム、および把持方法に関する。

従来、ロボットアーム等に取り付けられ、複数の指部によって対象物を把持するハンド機構が開発されている。例えば、特許文献１には、３本の指部（フィンガー）を備えたハンド機構が開示されている。この特許文献１のハンド機構においては、３本の指部が同一の構造を有している。

特表２０１５−５３３６６９号公報

複数の指部により対象物を把持するハンド機構を備えた把持システムにおいて、その内部に流体（気体または液体）が封入された袋状の物体を対象物とする場合がある。このような袋状対象物は、ハンド機構に把持される際に指部によって押圧されると、その形状が変化しやすい。そのため、変形しにくい対象物と比べて、摩擦力が働きにくく、袋状対象物が複数の指部によって挟みこまれた状態が維持され難い場合がある。

本発明は、上記問題に鑑みてされたものであって、複数の指部により対象物を把持するハンド機構を備えた把持システムにおいて、流体が封入された袋状対象物を安定して把持することが可能な技術を提供することを目的とする。

複数の指部によって対象物を把持するハンド機構と、前記対象物を把持する際に前記ハンド機構を制御する制御装置と、を備える把持システムであって、前記対象物が、その内部に流体が封入された袋状対象物である場合に、前記ハンド機構の前記複数の指部のうち少なくとも１本の指部を押し込み用指部とし、前記ハンド機構における前記押し込み用指部となる指部の先端部に圧力検知部が設けられており、前記対象物が前記袋状対象物である場合に、前記制御装置は、前記ハンド機構の前記押し込み用指部の先端部を前記袋状対象物に接触させて前記袋状対象物に押し込み、その後、１本の前記押し込み用指部に設けられた前記圧力検知部によって検知された圧力、または、各押し込み用指部に設けられた前記圧力検知部によって検知された圧力のいずれかが所定の圧力以上となってから、前記複数の指部のうち少なくとも２本の指部によって前記袋状対象物を挟み込む動作である把持動作を、前記押し込み用指部を前記袋状対象物に押し込んだ状態で実行する。

本発明によれば、複数の指部により対象物を把持するハンド機構を備えた把持システムにおいて、流体が封入された袋状対象物を安定して把持することができる。

実施例に係る把持システムの概略構成を示す第１の図である。 実施例に係る把持システムの概略構成を示す第２の図である。 実施例に係るハンド機構の斜視図である。 実施例に係るハンド機構の上面図である。 実施例に係るハンド機構の指部における第２関節部の可動範囲を示す図である。 実施例に係るハンド機構の指部における第１関節部の可動範囲を示す図である。 実施例に係るアーム制御装置、ハンド制御装置に含まれる各機能部を示すブロック図である。 実施例１に係る、押し込み動作を実行する際のハンド機構の形態を示す図である。 実施例１に係る、押し込み動作を実行している際のハンド機構および袋状対象物の様子を示す図である。 実施例１に係る、把持動作を実行した際のハンド機構および袋状対象物の様子を示す図である。 実施例１に係る、袋状対象物の把持を実行する際の把持システムの制御フローを示すフローチャートである。 実施例２に係る押し込み動作および把持動作について説明するための図である。

本発明に係る把持システムは、複数の指部によって対象物を把持するハンド機構と、該ハンド機構を制御する制御装置とを備えている。

そして、本発明に係る把持システムでは、ハンド機構による把持の対象物が、その内部に流体が封入された袋状対象物である場合がある。ここで、袋状対象物に気体や液体などの流体が封入されている場合は、該袋状対象物の内圧が高くなると、外力が加わった際に該袋状対象物が変形し難くなる。そのため、ハンド機構の指部によって袋状対象物を挟み込む動作である把持動作を行う際に、該袋状対象物の内圧が高い状態となっていれば、該把持動作において指部によって押圧されたときに、該袋状対象物が変形し難い。その結果、袋状対象物を挟み込む指部に対する該袋状対象物からの反力が大きくなる。そのため、袋状対象物を挟み込む指部と該袋状対象物との間の摩擦力を大きくすることが可能となる。

そこで、本発明に係る把持システムにおいては、対象物が、その内部に流体が封入された袋状対象物である場合、ハンド機構の複数の指部のうちの少なくとも１本の指部を押し込み用とする。このとき、ハンド機構における押し込み用指部となる指部の先端部には圧力検知部が設けられている。ここで、圧力検知部は、指部の先端部にかかる圧力を検知するものである。

そして、制御装置は、ハンド機構による把持動作を実行する前に、該ハンド機構の押し込み用指部の先端部を袋状対象物に接触させ該袋状対象物に押し込む（以下、このような動作を「押し込み動作」と称する場合もある。）。この押し込み動作が行われると、袋状対象物が変形することで、その内圧が高くなる。また、押し込み動作における袋状対象物への押し込み用指部の押し込み量が増加するにつれて、該袋状対象物の内圧が上昇する。これに伴い、押し込み用指部の先端部に設けられた圧力検知部によって検知される圧力が上昇する。

そして、制御装置は、各押し込み用指部に設けられた圧力検知部によって検知された圧力のいずれかが所定の圧力以上となってから把持動作を開始する。このとき、制御装置は、押し込み用指部を袋状対象物に押し込んだ状態を維持しつつ把持動作を実行する。ここで、所定の圧力は、把持動作においてハンド機構の指部によって袋状対象物が挟み込まれ
た際に該指部に対して該袋状対象物から十分な反力が作用するために、該指部と該袋状対象物との間において把持のために十分な摩擦力を確保することが可能となる圧力である。

上記のように、本発明によれば、把持動作を行う前に押し込み動作を行うことで、袋状対象物の内圧を十分に高めた状態で把持動作を実行することができる。そのため、把持動作において、ハンド機構の指部が袋状対象物に押圧された際に、該指部と該袋状対象物との間で十分な摩擦力が確保されることになる。したがって、袋状対象物が複数の指部によって挟みこまれた状態が維持されやすくなる。その結果、ハンド機構によって袋状対象物を安定して把持することが可能となる。

また、本発明に係る把持システムにおいては、ハンド機構における少なくとも２本の指部を押し込み用指部として使用してもよい。この場合、押し込み用指部同士の先端部間の距離を所定の距離以上空けた状態で押し込み動作を行う。このように複数本の押し込み用指部によって押し込み動作を行うことで、１本の押し込み用指部によって押し込み動作を行う場合に比べて、袋状対象物の内圧を同程度高めるときの該袋状対象物に対する押し込み用指部の押し込み量をより小さくすることができる。このように袋状対象物に対する押し込み用指部の押し込み量が小さくなることで、押し込み動作に伴って該袋状対象物の内容物が破損してしまうことを抑制することができる。また、袋状対象物に対する押し込み用指部の押し込み量が小さくなることで、押し込み動作開始から把持動作開始までにかかる時間を短縮することができる。その結果、袋状対象物の把持に係るタクトタイムを短縮することができる。

以下、本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
図１、２は、本実施例に係る把持システムの概略構成を示す図である。把持システム１は、対象物１０を把持するためのハンド機構２、アーム機構３、および台座部４を備えている。ここで、把持システム１における、アーム機構３、ハンド機構２、および台座部４の詳細な構成について説明する。

（アーム機構）
アーム機構３の一端にはハンド機構２が取り付けられている。また、アーム機構３の他端は台座部４に取り付けられている。アーム機構３は、第１アームリンク部３１、第２アームリンク部３２、第３アームリンク部３３、第４アームリンク部３４、第５アームリンク部３５、および接続部材３６を備えている。そして、ハンド機構２のベース部２０が、アーム機構３の第１アームリンク部３１の一端側に形成された第１関節部３０ａに接続されている。第１関節部３０ａには、第１アームリンク部３１に対してハンド機構２を該第１アームリンク部３１の軸周りに回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。第１アームリンク部３１の他端側は、第２関節部３０ｂで第２アームリンク部３２の一端側に接続されている。第１アームリンク部３１と第２アームリンク部３２とはその中心軸が垂直に交わるように接続されている。そして、第２関節部３０ｂには、第２アームリンク部３２に対して、第１アームリンク部３１を、その他端側を中心に該第２アームリンク部３２の軸周りに回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。また、第２アームリンク部３２の他端側は、第３関節部３０ｃで第３アームリンク部３３の一端側に接続されている。第３関節部３０ｃには、第３アームリンク部３３に対して第２アームリンク部３２を相対的に回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。

同じように、第３アームリンク部３３の他端側は、第４関節部３０ｄで第４アームリン
ク部３４の一端側に接続されている。また、第４アームリンク部３４の他端側は、第５関節部３０ｅで第５アームリンク部３５に接続されている。そして、第４関節部３０ｄには、第４アームリンク部３４に対して第３アームリンク部３３を相対的に回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。また、第５関節部３０ｅには、第５アームリンク部３５に対して第４アームリンク部３４を相対的に回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。さらに、第５アームリンク部３５は、台座部４から垂直に配置された接続部材３６に第６関節部３０ｆで接続されている。第５アームリンク部３５と接続部材３６とは、それぞれの中心軸が同軸となるように接続されている。そして、第６関節部３０ｆには、第５アームリンク部３５を、該第５アームリンク部３５および接続部材３６の軸回りに回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。アーム機構３をこのような構成とすることで、例えば、該アーム機構３を６自由度の自由度を有する機構とすることができる。

（ハンド機構）
次に、ハンド機構２の構成について図３から図６に基づいて説明する。図３はハンド機構２の斜視図である。図４はハンド機構２の上面図である。なお、図４において、矢印は、各指部２１の回転可動範囲を示している。ハンド機構２は、アーム機構３に接続されるベース部２０と、該ベース部２０に設けられた４本の指部２１とを備えている。また、図３および図４に示すように、ハンド機構２においては、ベース部２０に４本の指部２１が、ハンド機構２の長手方向（図４において紙面に垂直な方向）の軸を中心とした円周上に、等角度間隔（すなわち９０ｄｅｇ間隔）に配置されている。また、４本の指部２１は全て同一の構造を有し且つ同一の長さである。但し、各指部２１の動作は、それぞれ独立して制御される。

図３に示すとおり、各指部２１は、第１指リンク部２１１、第２指リンク部２１２、および基端部２１３を有している。そして、指部２１の基端部２１３がベース部２０に接続されている。ここで、基端部２１３は、図４において矢印で示すように、ベース部２０に対して指部２１の長手方向（図４において紙面に垂直な方向）の軸回りに回転可能に接続されている。また、指部２１において、基端部２１３に第２指リンク部２１２の一端が接続されている。そして、この第２指リンク部２１２と基端部２１３との接続部に第２関節部２３が形成されている。ベース部２０の内部には、基端部２１３を回転駆動させるモータ、および、第２指リンク部２１２を基端部２１３に対して相対的に回転駆動させるモータが設けられている。このような構成により、基端部２１３が回転駆動され、それに伴って、図４において矢印で示す範囲で指部２１全体が回転駆動される。また、図５に示すように、第２関節部２３が屈曲および伸展可能に形成されている。

また、図３、図５、および図６に示すように、指部２１においては、第２指リンク部２１２の他端に第１指リンク部２１１の一端が接続されている。そして、この第１指リンク部２１１と第２指リンク部２１２との接続部に第１関節部２２が形成されている。第２指リンク部２１２の内部には、第１指リンク部２１１を第２指リンク部２１２に対して相対的に回転駆動させるモータが設けられている。このような構成により、図６に示すように、第１関節部２２は屈曲および伸展可能に形成されている。

また、図３に示すように、本実施例では、指部２１の第１指リンク部２１１の先端側に感圧センサ７０が設けられている。感圧センサ７０は、第１指リンク部２１１の先端部に作用する外力（圧力）を検出するセンサである。

（台座部）
次に、台座部４に内蔵された、アーム制御装置４２およびハンド制御装置４３の構成について図７に基づいて説明する。アーム制御装置４２は把持システム１のアーム機構３を
制御するための制御装置である。ハンド制御装置４３は把持システム１のハンド機構２を制御するための制御装置である。図７は、アーム制御装置４２およびハンド制御装置４３に含まれる各機能部を示すブロック図である。

アーム制御装置４２は、アーム機構３の各関節部に設けられたモータを駆動するための駆動信号を生成する複数のドライバを含み、各ドライバからの駆動信号が対応する各モータに供給されるように構成される。また、アーム制御装置４２は、演算処理装置及びメモリを有するコンピュータを含んでいる。そして、アーム制御装置４２は、機能部として、アーム制御部４２０およびモータ状態量取得部４２１を有している。これらの機能部は、アーム制御装置４２に含まれるコンピュータにおいて所定の制御プログラムが実行されることで形成される。

アーム制御部４２０は、ハンド制御装置４３が有する機能部である後述の対象物情報取得部４３０によって取得された対象物情報に基づいて各ドライバから駆動信号を供給することで、アーム機構３の各関節部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆに設けられたモータを制御する。そして、アーム制御部４２０は、各モータを制御することでアーム機構３を動かし、それによって、ハンド機構２の位置を所望の位置（ハンド機構２によって対象物１０を把持することが可能な位置）に移動させる。また、アーム機構３の各関節部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆに設けられたモータには、それぞれの回転状態に関する状態量（モータの回転軸の回転位置や回転速度等）を検出するエンコーダ（図示略）が設けられている。そして、各モータのエンコーダによって検出された各モータの状態量が、アーム制御装置４２のモータ状態量取得部４２１に入力される。そして、アーム制御部４２０は、モータ状態量取得部４２１に入力された各モータの状態量に基づいて、ハンド機構２が所望の位置に移動するように各モータをサーボ制御する。

また、ハンド制御装置４３は、ハンド機構２に設けられた各モータを駆動するための駆動信号を生成する複数のドライバを含み、各ドライバからの駆動信号が対応する各モータに供給されるように構成される。また、ハンド制御装置４３は、演算処理装置及びメモリを有するコンピュータを含んでいる。そして、ハンド制御装置４３は、機能部として、対象物情報取得部４３０、ハンド制御部４３１、モータ状態量取得部４３２、およびセンサ情報取得部４３３を有している。これらの機能部は、ハンド制御装置４３に含まれるコンピュータにおいて所定の制御プログラムが実行されることで形成される。

対象物情報取得部４３０は、ハンド機構２よって把持すべき対象物に関する情報である対象物情報を取得する。ここで、対象物情報には、対象物の種類、形状、寸法、およびその位置に関する情報、並びに、対象物周囲の環境情報（対象物の周囲に存在する該対象物以外の物に関する情報であり、例えば、対象物が収容されている容器の形状や当該容器における対象物の並びに関する情報）等が含まれる。この対象物情報取得部４３０は、ユーザーによって入力された対象物情報を取得してもよい。また、対象物を含む画像を撮像する視覚センサが設けられている場合、対象物情報取得部４３０は、該視覚センサによって撮像された画像から対象物情報を取得してもよい。

また、ハンド制御部４３１は、対象物情報取得部４３０によって取得された対象物情報に基づいて各ドライバから駆動信号を供給することで、ハンド機構２の各指部２１を駆動させる各モータを制御する。これにより、ハンド機構２の複数の指部２１によって対象物１０が把持される。また、ハンド機構２の各モータには、それぞれの回転状態に関する状態量（モータの回転軸の回転位置や回転速度等）を検出するエンコーダ（図示略）が設けられている。そして、各モータのエンコーダによって検出された各モータの状態量が、ハンド制御装置４３のモータ状態量取得部４３２に入力される。そして、ハンド制御部４３
１は、モータ状態量取得部４３２に入力された各モータの状態量に基づいて、複数の指部２１によって対象物を把持するように、各指部２１における各モータをサーボ制御する。

さらに、ハンド制御装置４３はセンサ情報取得部４３３を有している。センサ情報取得部４３３には、ハンド機構２の各指部２１の第１指リンク部２１１に設けられた感圧センサ７０の検出値が入力される。そして、ハンド制御部４３１は、各感圧センサ７０によって、各指部２１の対象物への接触が検知された場合に、その検知信号に基づいて各指部２１における各モータを制御することもできる。

なお、図７では、把持システムに含まれる制御装置として、アーム制御装置４２とハンド制御装置４３とが区別して示されているが、別法として、各機能部が、両装置が一体化された一の制御装置内に形成される構成を採用することもできる。また、把持システムに含まれる制御装置が、アーム制御装置４２とハンド制御装置４３とに区別される場合でも、図７に示す各機能部は、技術的な齟齬が生じない限りにおいて実質的に何れかの制御装置内に形成されればよく、必要に応じてアーム制御装置４２とハンド制御装置４３との間で適切な情報の授受を行うことができる。また、アーム制御装置４２またはハンド制御装置４３における各機能部のうちの一部が、アーム制御装置４２およびハンド制御装置４３とは別体の制御装置内に形成される構成を採用することもできる。

（把持対象物）
本実施例に係る把持システム１においては、把持の対象物１０が、流体（気体または液体）が封入された袋状対象物である場合がある。気体が封入された袋状対象物１０としては、ポテトチップスやポップコーンなどのお菓子が入った袋を例示することができる。また、液体が封入された袋状対象物１０としては、漬物が入った袋や、液体洗剤が入った袋を例示することができる。このような、流体が封入された袋状対象物１０をハンド機構２によって把持しようとすると、把持に使用する指部２１（以下、把持用指部）と称する場合もある。）によって押圧された際に該袋状対象物１０の形状が変化し易い。把持用指部の押圧によって袋状対象物１０が変形してしまうと、該把持用指部が袋状対象物１０から受ける反力が小さくなる。その結果、把持用指部と袋状対象物との間で十分な摩擦力を確保することが困難となると、袋状対象物１０が把持用指部によって挟みこまれた状態が維持され難い場合がある。

（押し込み動作）
そこで、本実施例では、流体が封入された袋状対象物１０をハンド機構２によって把持する場合、把持用指部によって袋状対象物を挟み込むための動作である把持動作を実行する前に、ハンド機構２の指部２１の先端部を袋状対象物１０に接触させて該袋状対象物１０に押し込む押し込み動作を実行する。このような押し込み動作を行うと、袋状対象物１０が変形するため、該袋状対象物１０の内圧を高めることができる。そして、押し込み動作を実行することで袋状対象物１０の内圧が十分に上昇している状態であれば、把持動作を行った際に、該袋状対象物１０が把持用指部によって押圧されても、その形状が変化し難くなる。その結果、把持用指部に対し袋状対象物１０から十分な反力が作用するようになる。そのため、把持用指部と袋状対象物１０との間で把持に十分な摩擦力を確保することが可能となる。

以下、本実施例に係る押し込み動作の詳細について図８および図９に基づいて説明する。ここでは、ハンド機構２における４本の指部２１のうち２本の指部２１Ａ、２１Ｃを押し込み用指部として押し込み動作を実行する。なお、押し込み動作は、アーム制御装置４２のアーム制御部４２０によってアーム機構３が制御されるとともに、ハンド制御装置４３のハンド制御部４３１によってハンド機構２が制御されることで実現される。図８は、指部２１Ａ、２１Ｃを使用して押し込み動作を実行する際のハンド機構２の形態を示した
図である。ただし、図８では指部２１Ｂの図示は便宜上省略している。図８中の白抜き矢印は袋状対象物１０に対する押し込み方向を図示している。アーム制御部４２０はアーム機構３を制御して、ハンド機構２を指部２１Ａ、２１Ｃによる押し込み動作に好適な位置に移動させる。すなわち、アーム制御部４２０は、ハンド機構２を押し込み方向に移動させることで指部２１Ａ、２１Ｃの先端部を袋状対象物１０に接触させることが可能な位置に該ハンド機構２を移動させる。さらに、ハンド制御部４３１は、押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの先端部を袋状対象物１０に接触させることができるように、各指部２１の形態を制御する。その際の、押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃ同士の先端部の間の距離ｄを所定の距離以上あけた状態とする。

また、本実施例では、図８に示すように、各押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの先端部の押し込み方向に垂直な平面に対する高さｈを同一とする。これによって、押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃそれぞれの先端部を袋状対象物１０に対して接触させ易くすることができる。また、押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃそれぞれの先端部を袋状対象物１０に対して均等に押し込むことができる。ただし、各押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの先端部の押し込み方向に垂直な平面に対する高さは必ずしも同一でなくてもよい。つまり、押し込み動作において、各押し込み用指部２１Ａ、２１Ｂの先端部を袋状対象物１０に接触させることができるように、それぞれの先端部が配置されていればよい。

また、押し込み動作に使用しない指部２１Ｂ、２１Ｄの先端部の押し込み方向に垂直な平面に対する高さは、高さｈより高くする。各指部２１の先端部をこのように配置することによって、押し込み動作において、押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの先端部のみを袋状対象物１０に接触させることができる。ただし、押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの先端部のみを袋状対象物１０に接触させることができる配置であれば、押し込み動作に使用しない指部２１Ｂと指部２１Ｄの先端部の押し込み方向に垂直な平面に対する高さが押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの当該高さより低くてもよい。

上記のような押し込み動作のための形態を実現させるための制御は、対象物情報取得部４３０によって取得された袋状対象物１０の対象物の種類、形状、寸法、その位置に関する情報などを含む対象物情報に基づいて実行される。なお、袋状対象物１０における押し込み用指部の押し込み位置や、押し込み用指部の押し込み方向はユーザーが適宜決定することもできる。また、これらの押し込み位置や押し込み方向を、対象物情報取得部４３０によって取得された対象物情報に基づいてハンド制御部４３１やアーム制御部４２０が決定してもよい。また、押し込み用指部は指部２１Ａ、２１Ｃに限るわけではなく、他の指部２１の組み合わせでもよい。図８に示すようなハンド機構２の位置および形態を実現するための制御が完了した後、アーム制御部４２０はアーム機構３を制御して、図８記載の白抜き矢印の方向にハンド機構２を移動させることによって、押し込み動作を開始する。

図９は、押し込み用指部２１Ａおよび２１Ｃによって、袋状対象物１０に対して押し込み動作を実行している際のハンド機構２および袋状対象物１０の様子を示した図である。なお、図９中の白抜き矢印は袋状対象物１０に対する押し込み方向を図示している。押し込み動作が開始されると、先ず、押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの先端部が袋状対象物１０に接触する。その後、さらに、図９中の白抜き矢印の方向への押し込み動作が継続される。これにより、袋状対象物１０が変形し、それに伴い、該袋状対象物１０の内圧が高くなる。そして、押し込み動作における袋状対象物１０への押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの押し込み量が増加するにつれて、該袋状対象物１０の内圧が上昇する。ここで、押し込み量は、押し込み動作開始後に袋状対象物１０に押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの先端部が接触した位置からの、押し込み方向（図９中の白抜き矢印の方向）における該押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの先端部の変位量として定義できる。図９中の破線は、押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃが袋状対象物１０に接触した時の袋状対象物１０を図示している。図
９では、押し込み動作を実行している際の押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの押し込み量をＬと記載している。

このとき、押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの先端部に設置されている感圧センサ７０は、袋状対象物１０から受ける圧力を検知する。そのため、袋状対象物１０への押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの押し込み量の増加に伴い該袋状対象物１０の内圧が上昇すると、各押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの先端部に設置されている感圧センサ７０によって検知される圧力も上昇する。センサ情報取得部４３３は、各押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃに設けられた感圧センサ７０によって検知された圧力をそれぞれ独立した値として取得する。そして、センサ情報取得部４３３によって取得された、各押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃに設けられた感圧センサ７０によって検知された圧力のいずれかが所定の圧力以上となったときに、アーム制御部４２０が、ハンド機構２を図９中の白抜き矢印の方向に移動させるためのアーム機構３の駆動を停止する。これによって、袋状対象物１０に対する押し込み動作を停止する。ここで、所定の圧力は、後述の把持動作において、把持に使用される把持用指部と袋状対象物１０との間に、該対象物の把持を実現するために十分な摩擦力を確保することができる圧力である。所定の圧力は、ユーザーが実験等に基づき適宜決定することもできる。また、対象物情報取得部４３０によって取得された対象物情報に基づいてセンサ情報取得部４３３が決定してもよい。なお、押し込み動作中においては、ハンド制御部４３１が、各押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの先端部のハンド機構２での位置を変えないように、各押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃにおける各モータをサーボ制御している。また、本実施例では、感圧センサ７０はハンド機構２の全ての指部２１に設置されている。しかしながら、押し込み動作を実現させるためには、感圧センサ７０は、少なくとも、押し込み用指部となる指部（本実施例では、指部２１Ａおよび指部２１Ｃ）の先端部に設置されていればよい。押し込み用指部の先端部に感圧センサ７０が設置されていれば、袋状対象物１０の内圧が、把持動作が可能な程度まで上昇しているか否かを判断することができる。

（把持動作）
次に、本実施例に係る把持動作の詳細について図１０に基づいて説明する。図１０は、押し込み動作において押し込み用指部として使用していた指部２１Ａ、２１Ｃを把持用指部として把持動作を実行した際のハンド機構２および袋状対象物１０の様子を示した図である。本実施例では、押し込み動作の停止後に把持動作が実行される。このとき、押し込み動作の停止時における押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃが袋状対象物１０に押し込まれた状態を維持しつつ把持動作が実行される。より詳細には、ハンド制御部４３１が、図１０に示すように、押し込み用指部として使用していた指部２１Ａ、２１Ｃを把持用指部とし、該把持用指部２１Ａ、２１Ｃを袋状対象物１０に押し込んだ状態を維持しつつ、それぞれの第１関節部２２Ａ、２２Ｃを屈曲させる（図１０においては、矢印が、各指部２１Ａ、２１Ｃの第１関節部２２Ａ、２２Ｃの屈曲の方向を示している。）。このことによって、把持用指部２１Ａ、２１Ｃ同士の先端部間の距離を短くすることで、該把持用指部２１Ａ、２１Ｃによって袋状対象物１０を挟み込む動作である把持動作を実現する。なお、このとき、ハンド制御部４３１は、把持用指部２１Ａ、２１Ｃそれぞれの第２関節部２３Ａ、２３Ｃを屈曲させることで把持動作を実現してもよい。ここで、把持用指部２１Ａ、２１Ｃそれぞれの第１関節部２２Ａ、２２Ｃおよび／または第２関節部２３Ａ、２３Ｃを屈曲させても、押し込み動作停止時点の各指部２１Ａ、２１Ｃの先端部の袋状対象物１０に対する押し込み量（図９における押し込み量Ｌ）は維持されている。そのため、把持用指部２１Ａ、２１Ｃには袋状対象物１０から十分な反力が作用している。よって、把持用指部２１Ａ、２１Ｃと袋状対象物１０との間において、該袋状対象物１０の把持を実現するのに十分な摩擦力が発生する。したがって、袋状対象物１０が把持用指部２１Ａ、２１Ｃによって挟みこまれた状態が維持されやすくなる。その結果、ハンド機構２によって袋状対象物１０を安定して把持することが可能となる。

＜制御フロー＞
次に、本実施例に係る、袋状対象物１０の把持を実行する際の把持システムの制御フローについて図１１に示すフローチャートに基づいて説明する。本制御フローは、アーム制御装置４２のアーム制御部４２０及びハンド制御装置４３のハンド制御部４３１において所定の制御プログラムが実行されることで実現される。

本フローでは、まずＳ１０１において、対象物情報取得部４３０によって取得された袋状対象物１０についての対象物情報に基づいて、押し込み動作を実行するためのハンド機構２の位置および形態が決定される。次に、Ｓ１０２において、ハンド機構２の位置および形態が、Ｓ１０１で決定された位置および形態に制御される。これにより、本実施例では、図８で示したような、押し込み動作を実行するためのハンド機構２の位置および形態が実現される。

次に、Ｓ１０３において、押し込み動作が開始される。すなわち、押し込み動作用の形態となっているハンド機構２の押し込み方向（図８および図９における白抜き矢印の方向）への移動が開始される。上述したように、押し込み動作が行われると、ハンド機構２の押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの先端部が、袋状対象物１０に接触し、その後、該袋状対象物１０に押し込まれる。次に、Ｓ１０４において、センサ情報取得部４３３によって取得される、各押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃに設けられた感圧センサ７０によって検知された圧力Ｐ１、Ｐ２のいずれかが所定の圧力Ｐｎ以上となったか否かが判別される。Ｓ１０４において否定の判定が行われると、該Ｓ１０４の処理が再度実行される。この場合、押し込み動作が継続される。すなわち、ハンド機構２の押し込み方向への移動が継続される。そのため、ハンド機構２の押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの先端部の袋状対象物１０に対する押し込み量が増加する。

一方で、Ｓ１０４で肯定の判定が行われると、次に、Ｓ１０５において、押し込み動作が停止される。すなわち、ハンド機構２の押し込み方向への移動が停止される。その後、ハンド機構２の位置は、押し込み動作が停止された時点の位置に維持される。Ｓ１０５において押し込み動作が停止されると、Ｓ１０６の処理が実行される。Ｓ１０６では、把持用指部２１Ａ、２１Ｃによる把持動作が開始される。これにより、ハンド機構２の指部２１Ａ、２１Ｃの先端部が袋状対象物１０に押し込まれた状態が維持されつつ、該指部２１Ａ、２１Ｃによって該袋状対象物１０が挟み込まれる。

なお、本実施例では押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃによる押し込み動作の停止後に把持用指部２１Ａ、２１Ｃによる把持動作を開始している。ただし、押し込み動作により、押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃに設けられた感圧センサ７０によって検知された圧力のいずれかが所定の圧力以上となったときに、押し込み動作を継続しながら把持動作を開始してもよい。

（変形例１）
上記実施例では、押し込み用指部として２本の指部２１Ａ、２１Ｃを使用した。しかしながら、押し込み用指部は２本に限られるものではない。つまり、ハンド機構２における４本の指部２１または３本の指部２１を押し込み用指部として使用してもよい。この場合でも、上記実施例と同様に、各押し込み用指部同士の先端部間は所定の間隔をあけて押し込み動作を実行する。なお、ハンド機構２における４本の指部２１または３本の指部２１を押し込み用指部として使用する場合でも、少なくとも押し込み用指部として使用される各指部２１の先端部に感圧センサ７０が設置される。また、ハンド機構２における４本の指部２１または３本の指部２１を押し込み用指部として使用する場合でも、押し込み用指部として使用した各指部２１を把持用指部としても使用して把持動作を行うことができる
。なお、押し込み用指部の数はユーザーが適宜決定することができる。また、押し込み用指部の数は、対象物情報取得部４３０によって取得された対象物情報に基づいて、ハンド制御部４３１が決定してもよい。

（変形例２）
また、ハンド機構２における少なくとも２本の指部２１を把持動作に使用すれば袋状対象物１０を把持することができる。そのため、必ずしも、押し込み用指部として使用した全ての指部２１を把持用指部として使用する必要はない。つまり、ハンド機構２における３本の指部２１を押し込み用指部として使用した場合に、該３本の押し込み用指部のうちの２本を把持用指部として使用して把持動作を行ってもよい。また、ハンド機構２における４本の指部２１を押し込み用指部として使用した場合、該４本の押し込み用指部のうちの２本または３本を把持用指部として使用して把持動作を行ってもよい。ただし、これらの場合でも、複数の押し込み用指部の先端部を袋状対象物１０に押し込んだ状態を維持しつつ把持用指部による把持動作を実行する。また、押し込み用指部として使用した指部２１とは異なる指部２１を把持用指部として使用してもよい。

＜実施例２＞
本実施例に係る把持システムの概略構成は上記実施例１と同様である。本実施例では、ハンド機構２における４本の指部２１のうちの一部を押し込み用指部として使用して押し込み動作を実行する。そして、ハンド機構２における４本の指部２１のうち、押し込み用指部として使用されなかった指部２１を用いて把持動作を実行する。以下においては、ハンド機構２の指部２１のうち、押し込み用指部として２本の指部２１Ａ、２１Ｃを使用し、且つ、把持用指部として他の２本の指部２１Ｂ、２１Ｄを使用する例について、図１２に基づいて説明する。図１２は、本実施例に係る押し込み動作および把持動作について説明するための図である。

本実施例では、上記実施例１において図８および図９に示した場合と同様、ハンド機構２における指部２１Ａ、２１Ｃを押し込み用指部として使用して押し込み動作が実行される。なお、本実施例においても、押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃ同士の先端部の間の距離は所定の距離以上空けた状態となっている。また、図１２に示すように、本実施例では、押し込み用指部として使用しない指部２１Ｂ、２１Ｄは、押し込み動作において袋状対象物１０に接触しないように、その形態が制御されている。そして、各押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃに設けられた感圧センサ７０によって検知された圧力のいずれかが所定の圧力以上となったときに押し込み動作が停止される。

押し込み動作が停止されると、押し込み用指部として使用されていない指部２１Ｂ、２１Ｄを把持用指部として把持動作が実行される。このとき、押し込み動作の停止時における押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃが袋状対象物１０に押し込まれた状態を維持しつつ把持動作が実行される。なお、把持動作は、ハンド制御部４３１が、把持用指部２１Ｂ、２１Ｄによって袋状対象物１０を挟み込む方向に、各把持用指部２１Ｂ、２１Ｄそれぞれの関節部を駆動させることで実現される（図１２においては、矢印が、各把持用指部２１Ｂ、２１Ｄの関節部の駆動方向を示している）。なお、把持動作中においては、ハンド制御部４３１が、押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの位置を変えないように、押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃそれぞれにおける各モータをサーボ制御している。

上記のように、本実施例においては、押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃの先端部が袋状対象物１０に押し込まれた状態が維持されつつ、把持用指部２１Ｂ、２１Ｄによって該袋状対象物１０が挟み込まれる。従って、把持用指部２１Ｂ、２１Ｄには袋状対象物１０から十分な反力が作用している。よって、把持用指部２１Ｂ、２１Ｄと袋状対象物１０との間において、該袋状対象物１０の把持を実現するに十分な摩擦力が発生する。したがって、
袋状対象物１０が把持用指部２１Ｂ、２１Ｄによって挟み込まれた状態が維持されやすくなる。その結果、ハンド機構２によって袋状対象物１０を安定して把持することが可能となる。

ただし、上記実施例２のように、押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃとは異なる把持用指部２１Ｂ、２１Ｄによって把持動作を行う場合、押し込み動作を停止した後に、把持用指部２１Ｂ、２１Ｄを袋状対象物１０に接触させ、その後、該把持用指部２１Ｂ、２１Ｄによって該袋状対象物１０を挟み込むことになる。これに対し、上記実施例１のように、押し込み用指部を把持用指部としても使用して把持動作を行う場合、押し込み動作を停止した時点で、すでに把持用指部が袋状対象物１０に接触した状態となっている。そのため、押し込み動作を停止した直後に、把持用指部によって袋状対象物を挟み込むことができる。したがって、上記実施例１のように、押し込み用指部を把持用指部としても使用して把持動作を行う場合、上記実施例２のように、押し込み用指部とは異なる把持用指部によって把持動作を行う場合に比べて、袋状対象物１０の把持に係るタクトタイムを短縮することができる。

なお、本実施例は押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃによる押し込み動作の停止後に把持用指部２１Ｂ、２１Ｄによる把持動作を開始している。ただし、押し込み動作により、押し込み用指部２１Ａ、２１Ｃに設けられた感圧センサ７０によって検知された圧力のいずれかが所定の圧力以上となったときに、押し込み動作を継続しながら把持動作を開始してもよい。また、ハンド機構２において、押し込み用指部として使用している指部と、押し込み用指部以外の指部とを使用して、把持動作を実行することも可能である。ただし、この場合でも、押し込み用指部を袋状対象物１０に押し込んだ状態を維持しつつ、把持動作を実行する。

（変形例）
ハンド機構２における１本の指部２１のみを押し込み用指部として使用して押し込み動作を行うこともできる。この場合、１本の押し込み用指部による押し込み動作の開始後に、該押し込み用指部に設置された感圧センサ７０によって検知された圧力が所定の圧力以上となったときに、該押し込み動作が停止される。その後、１本の押し込み用指部が袋状対象物１０に押し込まれた状態を維持しつつ、把持用指部による把持動作が実行される。

ただし、押し込み用指部が１本のみの場合、押し込み用指部が複数の場合に比べて、押し込み動作を実行したときの袋状対象物１０に対する押し込み用指部の押し込み量が大きくなってしまう。換言すれば、図８、９または図１２に例示したように、少なくとも２本の指部を押し込み用指部として使用し、押し込み用指部同士の先端部間の距離を所定の距離以上空けた状態で押し込み動作を行う場合、１本の押し込み用指部によって押し込み動作を行う場合に比べて、袋状対象物１０の内圧を同程度高めるときの該袋状対象物１０に対する押し込み用指部の押し込み量をより小さくすることができる。すなわち、押し込み動作停止時における袋状対象物１０に対する押し込み用指部の押し込み量をより小さくすることができる。このように袋状対象物に対する押し込み用指部の押し込み量が小さくなることで、押し込み動作に伴って該袋状対象物１０の内容物が破損してしまうことを抑制することができる。また、袋状対象物１０に対する押し込み用指部の押し込み量が小さくなることで、押し込み動作開始から把持動作開始までにかかる時間を短縮することができる。その結果、袋状対象物の把持に係るタクトタイムを短縮することができる。

１・・・把持システム、２・・・ハンド機構、２０・・・ベース部、２１・・・指部、２２・・・第１関節部、２３・・・第２関節部、２１１・・・第１指リンク部、２１２・・・第２指リンク部、２１３・・・基端部、３・・・アーム機構、３０ａ・・・第１関節部
、３０ｂ・・・第２関節部、３０ｃ・・・第３関節部、３０ｄ・・・第４関節部、３０ｅ・・・第５関節部、３０ｆ・・・第６関節部、３１・・・第１アームリンク部、３２・・・第２アームリンク部、３３・・・第３アームリンク部、３４・・・第４アームリンク部、３５・・・第５アームリンク部、３６・・・接続部材、４・・・台座部、４２・・・アーム制御装置、４２０・・・アーム制御部、４２１・・・モータ状態量取得部、４３・・・ハンド制御装置、４３０・・・対象物情報取得部、４３１・・・ハンド制御部、４３２・・・モータ状態量取得部、４３３・・・センサ情報取得部、７０・・・感圧センサ

Claims (5)

1. 複数の指部によって対象物を把持するハンド機構と、
   前記対象物を把持する際に前記ハンド機構を制御する制御装置と、を備える把持システムであって、
   前記対象物が、その内部に流体が封入された袋状対象物である場合に、前記ハンド機構の前記複数の指部のうち少なくとも１本の指部を押し込み用指部とし、
   前記ハンド機構における前記押し込み用指部となる指部の先端部に圧力検知部が設けられており、
   前記対象物が前記袋状対象物である場合に、前記制御装置は、前記ハンド機構の前記押し込み用指部の先端部を前記袋状対象物に接触させて前記袋状対象物に押し込み、その後、１本の前記押し込み用指部に設けられた前記圧力検知部によって検知された圧力、または、前記ハンド機構の前記押し込み用指部の先端部を前記袋状対象物に接触させて前記袋状対象物に押し込み、その後、各押し込み用指部に設けられた前記圧力検知部によって検知された圧力のいずれかが所定の圧力以上となってから、前記複数の指部のうち少なくとも２本の指部によって前記袋状対象物を挟み込む動作である把持動作を、前記押し込み用指部を前記袋状対象物に押し込んだ状態で実行する把持システム。
2. 前記押し込み用指部が少なくとも２本の指部であって、前記制御装置が、前記押し込み用指部同士の先端部間の距離を所定の距離以上空けた状態で、各押し込み用指部の先端部を前記袋状対象物に接触させて前記袋状対象物に押し込む請求項１に記載の把持システム。
3. 前記制御装置が、前記押し込み用指部を前記袋状対象物に押し込んだ状態を維持しつつ、前記押し込み用指部を用いて前記把持動作を実行する請求項１または２に記載の把持システム。
4. 前記押し込み用指部が少なくとも２本の指部である場合に、前記制御装置が、前記押し込み用指部の押し込み方向に垂直な平面に対する前記押し込み用指部の先端部の高さを同一にした状態で、各押し込み用指部の先端部を前記袋状対象物に接触させて前記袋状対象
   物に押し込む請求項１から３のいずれかに記載の把持システム。
5. 複数の指部を備えるハンド機構によって対象物を把持する把持方法において、
   前記対象物が、その内部に流体が封入された袋状対象物である場合に、前記ハンド機構の前記複数の指部のうち少なくとも１本の指部を押し込み用指部とし、
   前記ハンド機構において、前記押し込み用指部となる指部の先端部に圧力検知部が設けられており、
   前記対象物が前記袋状対象物である場合に、前記押し込み用指部の先端部を前記袋状対象物に接触させて前記袋状対象物に押し込むステップと、
   １本の前記押し込み用指部に設けられた前記圧力検知部によって検知された圧力、または、各押し込み用指部に設けられた前記圧力検知部によって検知された圧力のいずれかが所定の圧力以上となってから、前記複数の指部のうち少なくとも２本の指部によって前記袋状対象物を挟み込む動作である把持動作を、前記押し込み用指部を前記袋状対象物に押し込んだ状態で実行するステップと、を有する把持方法。

Images