JP7052407B2 - Controls, end effectors, robots and control methods - Google Patents
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Description
本発明は、制御装置、エンドエフェクター、ロボットおよび制御方法に関するものである。 The present invention relates to control devices, end effectors, robots and control methods.
特許文献1に記載されている電動ハンドは、位置フィードバック制御を行う位置制御部と、力フィードバック制御を行う力制御部と、位置フィードバック制御と力フィードバック制御とを切り換える制御切替部と、フィンガー部と、フィンガー部を駆動するアクチュエーターと、フィンガー部に設けられた力センサーと、フィンガー部と対象物との接触を判断する接触判断部と、を有する。
The electric hand described in
このような電動ハンドでは、まず、位置制御部が、アクチュエーターに設けられた位置センサーからの位置検出値に基づく位置フィードバック制御を行ってフィンガー部を移動させる。そして、接触判断部により「フィンガー部が対象物に接触した」と判別されると、制御切替部によって、フィンガー部の駆動制御が位置制御部から力制御部に切り替えられる。そして、力制御部は、力センサーからの力検出値による力フィードバック制御を行って、力検出値が設定された力目標値に一致するようにフィンガー部(アクチュエーター)を駆動する。 In such an electric hand, first, the position control unit performs position feedback control based on the position detection value from the position sensor provided in the actuator to move the finger unit. Then, when the contact determination unit determines that "the finger unit has come into contact with the object", the control switching unit switches the drive control of the finger unit from the position control unit to the force control unit. Then, the force control unit performs force feedback control based on the force detection value from the force sensor, and drives the finger unit (actuator) so that the force detection value matches the set force target value.
このような電動ハンドにおいて、アクチュエーターとして電磁モーターを用いる場合には、電磁モーターへ印加する電流値を制御することにより、フィンガー部の把持力を制御することができる。しかしながら、アクチュエーターとしてピエゾ駆動モーター(圧電モーター)を用いる場合には、前述した電磁モーターの場合とは異なり、ピエゾ駆動モーターに印加する電流値の制御により、フィンガー部の把持力を制御することができないという課題があった。 When an electromagnetic motor is used as an actuator in such an electric hand, the gripping force of the finger portion can be controlled by controlling the current value applied to the electromagnetic motor. However, when a piezo drive motor (piezoelectric motor) is used as the actuator, unlike the case of the electromagnetic motor described above, the gripping force of the finger portion cannot be controlled by controlling the current value applied to the piezo drive motor. There was a problem.
本発明の適用例に係る制御装置は、対象物を把持する把持部と、前記把持部を駆動する駆動部と、前記把持部の位置を検出する位置検出部と、前記把持部が前記対象物から受ける力を検出する力検出部と、を有するエンドエフェクターを制御する制御装置であって、
前記力検出部の出力に基づいて、前記把持部の目標位置を更新し、最新の前記目標位置に前記把持部が移動するように前記駆動部の駆動を制御することを特徴とする。
In the control device according to the application example of the present invention, the grip portion that grips the object, the drive portion that drives the grip portion, the position detection unit that detects the position of the grip portion, and the grip portion are the object. A control device that controls an end effector having a force detection unit that detects the force received from the device.
It is characterized in that the target position of the grip portion is updated based on the output of the force detection unit, and the drive of the drive unit is controlled so that the grip portion moves to the latest target position.
以下、本発明の制御装置、エンドエフェクター、ロボットおよび制御方法を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the control device, end effector, robot, and control method of the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the accompanying drawings.
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係るロボットハンドを示す平面図である。図2は、図1のロボットハンドの回路系を示すブロック図である。図3は、図1のロボットハンドが有する圧電駆動装置を示す断面図である。図4は、図3の圧電駆動装置が有する圧電モジュールを示す断面図である。図5は、図4の圧電モジュールを示す斜視図である。図6は、図4の圧電モジュールが有する圧電アクチュエーターを示す平面図である。図7は、第1の制御方法を説明するためのグラフである。図8は、第1の制御方法を示すフローチャートである。図9は、第2の制御方法を説明するためのグラフである。図10は、第2の制御方法を示すフローチャートである。図11は、第4の制御方法を説明するためのグラフである。図12は、第4の制御方法を示すフローチャートである。図13は、第5の制御方法を示すフローチャートである。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view showing a robot hand according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a circuit system of the robot hand of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a piezoelectric drive device included in the robot hand of FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a piezoelectric module included in the piezoelectric drive device of FIG. FIG. 5 is a perspective view showing the piezoelectric module of FIG. FIG. 6 is a plan view showing a piezoelectric actuator included in the piezoelectric module of FIG. FIG. 7 is a graph for explaining the first control method. FIG. 8 is a flowchart showing the first control method. FIG. 9 is a graph for explaining the second control method. FIG. 10 is a flowchart showing the second control method. FIG. 11 is a graph for explaining the fourth control method. FIG. 12 is a flowchart showing a fourth control method. FIG. 13 is a flowchart showing a fifth control method.
図1に示すエンドエフェクターとしてのロボットハンド1は、対象物Wを両側から挟み込んで把持するハンドである。ロボットハンド1は、対象物Wを把持する一対の指部23、24(把持部)と、指部23、24を駆動する圧電駆動装置3(駆動部)と、指部23、24の位置を検出するエンコーダー4(位置検出部)と、指部23、24が対象物Wから受ける力を検出する力検出部5と、制御装置6と、を有する。また、図2に示すように、制御装置6は、エンコーダー4の出力および力検出部5の出力に基づいて指部23、24の目標位置を更新し、更新した目標位置に指部23、24が移動するように圧電駆動装置3の駆動を制御するプロセッサー61を有する。このようなロボットハンド1によれば、適切な把持力で対象物Wを把持することができる。以下、ロボットハンド1について、詳細に説明する。
The
ロボットハンド1は、ベース20と、ベース20に対してスライド可能に支持された一対のスライダー21、22と、スライダー21、22に固定された指部23、24と、スライダー21、22に係合するピニオンギア26と、ピニオンギア26を回転駆動させる圧電駆動装置3と、圧電駆動装置3に接続されたエンコーダー4と、指部23、24が対象物Wから受ける力を検出する力検出部5と、圧電駆動装置3の駆動を制御する制御装置6と、を有する。
The
スライダー21、22は、それぞれ、スライドガイド25を介してベース20に支持され、ベース20に対して同じ方向にスライド可能となっている。また、スライダー21のスライダー22と対向する面にはラックギア211が形成され、スライダー22のスライダー21と対向する面にはラックギア221が形成されている。さらに、スライダー21、22の間にはピニオンギア26が設けられ、ピニオンギア26がラックギア211、221と噛合している。そのため、圧電駆動装置3の駆動によってピニオンギア26が回転すると、スライダー21、22が互いに逆方向に移動し、それに伴って、指部23、24同士が接近・離間する。このように、指部23、24を接近・離間させることにより、指部23、24で対象物Wを把持したり、把持した対象物Wをリリースしたりすることができる。
The
また、指部23、24は、それぞれ、弾性を有している。そのため、対象物Wを把持した状態では、対象物Wから受ける力によって弾性変形する。指部23、24が弾性を有することにより、対象物Wと指部23、24との接触時の衝撃を和らげることができる。そのため、対象物Wや指部23、24の破損を効果的に抑制することができる。また、指部23、24が変形することにより、対象物Wに過度な力が加わってしまうことを抑制することができ、対象物Wの破損を防止することができる。さらには、後述するように、スライダー21、22の離間距離dと把持力fとの関係を求め易くなり、制御装置6による把持力fの制御を精度よく行うことができる。
Further, the
ただし、例えば、対象物Wが弾性を有している場合等には、指部23、24は、それぞれ、弾性を有していなくてもよい。すなわち、対象物Wを把持した程度では実質的に変形しない程度に硬質であってもよい。このような場合であっても、対象物Wの弾性を利用して、本実施形態と同様に、把持力fの制御を精度よく行うことができ、対象物Wとの接触時の衝撃を和らけることもできる。
However, for example, when the object W has elasticity, the
図3に示すように、圧電駆動装置3は、ベース31と、ベース31に対して回転可能なローター32と、ローター32に設けられた被駆動部33と、ベース31に固定され被駆動部33に押し付けられた複数の圧電モジュール34と、を有する。このような圧電駆動装置3では、各圧電モジュール34が駆動(振動)することにより、ローター32がベース31に対して中心軸Jまわりに回転する。一方、圧電モジュール34の駆動が停止しているときは、圧電モジュール34が被駆動部33に押し付けられた状態となるため、これらの間の摩擦力によってローター32がベース31に対して固定される。
As shown in FIG. 3, the
図4および図5に示すように、各圧電モジュール34は、複数の圧電アクチュエーター35が積層した積層体350と、積層体350を被駆動部33に向けて付勢する付勢部36と、を有する。また、図6に示すように、各圧電アクチュエーター35は、振動部351と、振動部351を支持する支持部352と、振動部351と支持部352とを接続する一対の接続部353と、振動部351の先端部に設けられ、被駆動部33に振動部351の駆動力を伝達する伝達部354と、を有する。
As shown in FIGS. 4 and 5, each
振動部351には5つの圧電素子351a、351b、351c、351d、351eが設けられており、これら各圧電素子351a~351eに所定の駆動信号を印加することにより、振動部351が振動し(伝達部354が楕円運動し)、ローター32がベース31に対して回転(順回転/逆回転)する。
The vibrating
なお、図示しないが、圧電素子351a~351eは、それぞれ、圧電体を一対の電極で挟み込んだ構成となっている。また、圧電体は、圧電素子351a~351eで共通化されている。また、一方の電極も圧電素子351a~351eで共通化されており、例えば、GNDに接続される。そして、他方の電極は、圧電素子351a~351eで個別に形成されている。つまり、前記他方の電極によって、1つの圧電体中に5つの振動領域(圧電素子として機能する部分)が形成されている。そのため、前記他方の電極に個別に駆動信号を印加することにより、圧電素子351a~351eをそれぞれ独立して駆動することができる。ただし、圧電素子圧電素子351a~351eの構成は、これに限定されず、例えば、圧電体および前記一方の電極が圧電素子351a~351eで個別に形成されていてもよい。すなわち、圧電体が複数設けられていてもよい。
Although not shown, each of the
以上、圧電駆動装置3について説明したが、圧電駆動装置3としては、圧電素子の変形を利用したものであれば、特に限定されない。例えば、圧電駆動装置3は、ベース31に対してローター32が回転するロータリー型の圧電駆動装置であるが、これに限定されず、例えば、ローター32に替えて、ベース31に対してスライド可能なスライダーを設け、ベース31に対してスライダーがスライドするスライド型の圧電駆動装置であってもよい。
Although the
図2に示すように、制御装置6は、プロセッサー61と、プロセッサー61に通信可能に接続されたメモリー62と、外部インターフェース63と、を有する。そして、制御装置6の各部は、種々のバスを介して通信可能に接続されている。プロセッサー61は、メモリー62に記憶された各種プログラム等を実行する。メモリー62には、プロセッサー61により実行可能な各種プログラムが保存(記憶)されている。また、メモリー62には、外部インターフェース63で受け付けた各種データの保存が可能である。メモリー62は、例えばRAM(Random Access Memory)等の揮発性メモリーや、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性メモリー等を含んで構成されている。
As shown in FIG. 2, the control device 6 has a
以下、制御装置6による圧電駆動装置3の駆動の制御方法について説明する。制御装置6が有するプロセッサー61は、エンコーダー4の出力および力検出部5の出力に基づいて、スライダー21、22の目標位置(スライダー21、22の離間距離d)を更新し、最新の目標位置にスライダー21、22が移動するように圧電駆動装置3の駆動を制御する。このような制御方法によれば、対象物Wを把持する把持力fを精度よく制御することができ(把持力fをほぼ一定に維持することができ)、把持力fが大きすぎて対象物Wが破損したり、把持力fが小さすぎて対象物Wがロボットハンド1から落下(離脱)したりすることを抑制することができる。特に、本実施形態では、駆動部として圧電駆動装置3を用いている。圧電駆動装置3では、把持力fを一定に制御することが困難であるが、このような制御方法によれば、駆動部として圧電駆動装置3を用いても把持力fを精度よく制御することができる。
Hereinafter, a method of controlling the drive of the
なお、スライダー21、22の離間距離dとは、言い換えると、指部23の基端部(スライダー21との接続部であって、弾性変形によって実質的に変位しない箇所)と、指部24の基端部(スライダー22との接続部であって、弾性変形によって実質的に変位しない箇所)と、の離間距離dとも言える。また、スライダー21、22の離間距離dは、弾性変形が生じていない場合の指部23、24の離間距離dと言うこともできる。
The separation distance d between the
まず、プロセッサー61による圧電駆動装置3の第1の制御方法について、図7および図8に基づいて説明する。図7に示すグラフは、横軸が離間距離dであり、縦軸がスライダー21、22および指部23、24による把持力f(指部23、24が対象物Wから受ける力)である。また、図中の「非接触領域」で示される領域は、指部23、24と対象物Wとが接触しておらず把持力fが実質的に0となる領域である。一方、図中の「接触領域」で示される領域は、指部23、24が対象物Wと接触しており、把持力fが発生する領域である。接触領域において生じる把持力fは、離間距離dが小さくなるほど大きくなる。
First, the first control method of the
まず、プロセッサー61は、圧電駆動装置3を駆動して、離間距離dを対象物Wよりも十分に開いた状態(初期状態)とする。次に、指部23、24の間に対象物Wを位置させる。次に、プロセッサー61は、離間距離dが対象物の幅(把持方向の長さ)よりも小さくなるように、スライダー21、22(指部23、24)の第1の目標位置m1を設定し、スライダー21、22が第1の目標位置m1となるように圧電駆動装置3の駆動を制御する。なお、第1の目標位置m1は、対象物Wの形状に応じて、例えば、プロセッサー61と接続されたホストコンピューターから送られる。第1の目標位置m1となるようにスライダー21、22を閉じていくと、その途中(第1の目標位置m1に到達する前)で、指部23、24が対象物Wに接触し、これにより、把持力fが生じる。把持力fは、指部23、24が対象物Wから受ける力として力検出部5により検出され、力検出部5による検出結果(出力)は、プロセッサー61にフィードバックされる。
First, the
力検出部5から検出される把持力fが予め設定されている最小把持力f1となると、プロセッサー61は、把持力fが目標値f2となるようなスライダー21、22の目標位置(離間距離d)を第2の目標位置m2として作成する。目標値f2は、例えば、ホストコンピューターから送られる。なお、以下では、説明の便宜上、最小把持力f1が発生する状態を「最小把持力状態」とも言う。
When the gripping force f detected from the
第2の目標位置m2の作成方法としては、特に限定されない。例えば、接触領域における離間距離dと把持力fとの関係を求め、求めた関係に基づいて把持力fが目標値f2となるスライダー21、22の位置(離間距離d2)を求め、求めた位置を第2の目標位置m2としてもよい。具体的には、指部23、24が弾性を有するため、接触領域では離間距離dが小さくなるにつれて把持力fが大きくなり、離間距離dと把持力fとがほぼ線形の関係となる。また、その傾き(以下、「推定傾き」とも言う)は、指部23、24の弾性係数Eとほぼ一致する。したがって、最小把持力状態における離間距離dをd1とし、把持力fの目標値をf2とし、目標値f2が生じるときの離間距離dをd2としたとき、これらは、下記の式(1)の関係を満足する。
The method of creating the second target position m2 is not particularly limited. For example, the relationship between the separation distance d and the gripping force f in the contact region is obtained, and the positions (separation distance d2) of the
ここで、式(1)中の弾性係数Eおよび最小把持力f1は、既知の値(例えば、メモリー62等に記憶された値、ホストコンピューターから送られる値)であり、離間距離d1は、最小把持力状態でのエンコーダー4からの出力に基づいて検出できる。そのため、目標値f2を式(1)に代入すれば、目標値f2となる離間距離d2が求まる。プロセッサー61は、式(1)から求めた離間距離d2となるスライダー21、22の位置を第2の目標位置m2とする。プロセッサー61は、第1の目標位置m1から第2の目標位置m2に目標位置を更新し、第2の目標位置m2を最新の目標位置とする。そして、プロセッサー61は、スライダー21、22が第2の目標位置m2(最新の目標位置)となるように圧電駆動装置3の駆動を制御する。そして、スライダー21、22が第2の目標位置m2に移動し、把持力fが目標値f2となったら圧電駆動装置3の駆動を停止する。これにより、目標値f2で対象物Wを把持することができる。
Here, the elastic modulus E and the minimum gripping force f1 in the equation (1) are known values (for example, a value stored in the memory 62 or the like, a value sent from the host computer), and the separation distance d1 is the minimum. It can be detected based on the output from the encoder 4 in the gripping force state. Therefore, by substituting the target value f2 into the equation (1), the separation distance d2 that becomes the target value f2 can be obtained. The
以上のような第1の制御方法によれば、把持力fを目標値f2とすることができるため、把持力fが大きすぎて対象物Wが破損したり、把持力fが小さすぎて対象物Wがロボットハンド1から落下(離脱)したりすることを抑制することができる。
According to the first control method as described above, since the gripping force f can be set to the target value f2, the gripping force f is too large to damage the object W, or the gripping force f is too small to be the target. It is possible to prevent the object W from falling (leaving) from the
次に、プロセッサー61による圧電駆動装置3の第2の制御方法について、図9および図10に基づいて説明する。対象物Wが指部23、24に対して十分に硬質であれば、式(1)から求めた把持力fが目標値f2となる離間距離d2に殆どずれが生じないが、対象物Wが柔らかいと、式(1)から求めた離間距離d2にずれが生じる場合がある。すなわち、対象物Wが柔らかいと、離間距離d2となるようにスライダー21、22を移動させても把持力fが目標値f2に達しない。つまり、図9に示すように、接触領域における実際の傾きが推定傾きよりも小さくなる。これは、対象物Wが変形することにより、把持力fの一部がキャンセルされてしまうことによる。そこで、プロセッサー61は、離間距離d2となるようにスライダー21、22を移動させたにも関わらず、実際の把持力fが目標値f2よりも小さい場合には、第3の目標位置m3を作成する。
Next, a second control method of the
第3の目標位置m3の作成方法としては、特に限定されない。例えば、離間距離d2のときに生じている把持力をf2’としたとき、下記の式(2)から、接触領域での実際の傾きαを求める。また、把持力fの目標値をf2とし、目標値f2が生じるときのスライダー21、22の離間距離dをd3としたとき、これらは、下記の式(3)の関係を満足する。
The method for creating the third target position m3 is not particularly limited. For example, when the gripping force generated at the separation distance d2 is f2', the actual inclination α in the contact region is obtained from the following equation (2). Further, when the target value of the gripping force f is f2 and the separation distance d of the
ここで、式(3)中の実際の傾きα、最小把持力f1および離間距離d1は、既知の値であるため、目標値f2を式(3)に代入すれば、目標値f2となるときの離間距離d3の値が求まる。プロセッサー61は、式(3)から求めた離間距離d3となるスライダー21、22の位置を第3の目標位置m3とする。プロセッサー61は、第2の目標位置m2から第3の目標位置m3に目標位置を更新し、第3の目標位置m3を最新の目標位置とする。そして、プロセッサー61は、スライダー21、22が第3の目標位置m3(最新の目標位置)となるように圧電駆動装置3の駆動を制御する。そして、スライダー21、22が第3の目標位置m3に移動し、把持力fが目標値f2となったら圧電駆動装置3の駆動を停止する。以上の制御により、目標値f2で対象物Wを把持することができる。
Here, since the actual inclination α, the minimum gripping force f1 and the separation distance d1 in the equation (3) are known values, when the target value f2 is substituted into the equation (3), the target value f2 is obtained. The value of the separation distance d3 of is obtained. The
なお、離間距離d3の状態でも把持力fが目標値f2に達しない場合には、第3の目標位置m3の作成と同様にして新たな目標位置(第4の目標位置m4、第5の目標位置m5)を作成し、それを最新の目標位置として更新すればよい。このように、把持力fが目標値f2となるまで目標位置を更新し続けることにより、対象物Wの硬さに影響を受けることなく、より確実に、目標値f2で対象物Wを把持することができる。 If the gripping force f does not reach the target value f2 even in the state of the separation distance d3, a new target position (fourth target position m4, fifth target) is created in the same manner as in the creation of the third target position m3. The position m5) may be created and updated as the latest target position. In this way, by continuously updating the target position until the gripping force f reaches the target value f2, the object W is gripped more reliably at the target value f2 without being affected by the hardness of the object W. be able to.
次に、プロセッサー61による圧電駆動装置3の第3の制御方法について説明する。例えば、対象物Wが、時間経過と共に変形量が増大するクリープ変形を生じる物体である場合、一旦、把持力fが目標値f2に達しても、時間経過と共に把持力fが低下する。この場合には、プロセッサー61は、把持力fが目標値f2に達した後も、把持力fが目標値f2を維持し続ける(把持力fが目標値f2から大きくずれないように)ように目標位置を更新し続け、更新した目標位置となるように圧電駆動装置3の駆動を制御する。なお、新たな目標位置は、例えば、前述した第3の目標位置m3を作成する方法で作成することができる。また、新しい目標位置に更新するタイミングとしては、特に限定されず、例えば、所定時間間隔ごとに更新してもよいし、目標値f2と実際の把持力fとの差が所定値以上となったときであってもよい。
Next, a third control method of the
次に、プロセッサー61による圧電駆動装置3の第4の制御方法について、図11および図12に基づいて説明する。まず、プロセッサー61は、圧電駆動装置3を駆動してスライダー21、22を初期状態とする。次に、プロセッサー61は、初期状態から推定傾きが立ち上がると推定し、そのときに把持力fが目標値f2となるようなスライダー21、22の目標位置(離間距離d)を第1の目標位置m1として作成する。次に、プロセッサー61は、第1の目標位置m1を目標位置とし、スライダー21、22(指部23、24)が第1の目標位置m1(最新の目標位置)となるように圧電駆動装置3の駆動を制御する。スライダー21、22が第1の目標位置m1に到達すると、プロセッサー61は、第1の目標位置m1から推定傾きが立ち上がると推定し、そのときに把持力fが目標値f2となるようなスライダー21、22の目標位置(離間距離d)を第2の目標位置m2として作成する。次に、プロセッサー61は、第2の目標位置m2を目標位置とし、スライダー21、22が第2の目標位置m2(最新の目標位置)となるように圧電駆動装置3の駆動を制御する。スライダー21、22が第2の目標位置m2に到達すると、プロセッサー61は、第2の目標位置m2から推定傾きが立ち上がると推定し、そのときに把持力fが目標値f2となるようなスライダー21、22の目標位置(離間距離d)を第3の目標位置m3として作成する。次に、プロセッサー61は、第3の目標位置m3を目標位置とし、スライダー21、22が第3の目標位置m3(最新の目標位置)となるように圧電駆動装置3の駆動を制御する。図11では、スライダー21、22が第3の目標位置m3に到達する前に(離間距離d2で)、把持力fが目標値f2に到達する。把持力fが目標値f2に到達すると、プロセッサー61は、その時点で、圧電駆動装置3の駆動を停止する。以上の制御により、目標値f2で対象物Wを把持することができる。
Next, a fourth control method of the
仮に、スライダー21、22が第2の目標位置m2に到達する前に、把持力fが目標値f2に到達すれば、プロセッサー61は、その時点で、圧電駆動装置3の駆動を停止し、上述のような第3の目標位置m3の作成は行わない。また、仮に、スライダー21、22が第3の目標位置m3に到達しても把持力fが目標値f2に到達しなければ、プロセッサー61は、把持力fが目標値f2となるまで、第4の目標位置m4、第5の目標位置m5…、と目標位置を更新し続ける。
If the gripping force f reaches the target value f2 before the
このように、把持力fが目標値f2となるまで、現在の位置から推定傾きが立ち上がると推定して作成した目標位置を更新し続けることにより、最新の目標位置までのスライダー21、22の移動距離が短く抑えられる。スライダー21、22の移動距離が短く抑えられることにより、圧電駆動装置3の駆動時間も短くなり、その結果、圧電駆動装置3の速度が制限される。そのため、例えば、オーバーシュート(スライダー21、22が目標位置で止まれずに行き過ぎてしまう現象)を効果的に抑制することができる。これにより、スライダー21、22の離間距離dを精度よく制御することができる。また、オーバーシュートが生じた場合は、圧電駆動装置3を逆回転させて離間距離dを大きくする必要があるが、圧電駆動装置3は、その構造上、正回転から逆回転への切り替えが得意ではなくタイムラグが生じてしまう。そのため、オーバーシュートを抑制することで、より迅速なロボットハンド1の駆動が可能となる。
In this way, the
上述した第1~第4の制御方法では、プロセッサー61は、把持力fが目標値f2となるように目標位置を更新している。すなわち、目標値f2を優先する制御である。これとは別に、例えば、図13に示す第5の制御方法のように、第1の制御方法において、第1の目標位置m1を優先してもよい。例えば、プロセッサー61は、第1の制御方法と同様にして第2の目標位置m2を作成し、第1の目標位置m1で定められたスライダー21、22の離間距離d0と第2の目標位置m2で定められた離間距離d2とを比べる。そして、プロセッサー61は、d0<d2であれば、第2の目標位置m2を最新の目標位置として更新し、第2の目標位置m2となるように圧電駆動装置3の駆動を制御する。反対に、プロセッサー61は、d0≧d2であれば、第2の目標位置m2を最新の目標位置として更新せずに、直前の目標位置である第1の目標位置m1となるように圧電駆動装置3の駆動を制御する。この場合、把持力fは、目標値f2よりも小さくなる。
In the first to fourth control methods described above, the
このような制御方法によれば、プロセッサー61と接続されたポストコンピューター(上位の制御部)からの指示(第1の目標位置m1)が優先されるため、システム全体としてより安全な制御が可能となる。
According to such a control method, the instruction (first target position m1) from the post computer (upper control unit) connected to the
以上、ロボットハンド1、ロボットハンド1の制御装置6およびロボットハンド1の制御方法について説明した。ロボットハンド1の制御装置6は、前述したように、対象物Wを把持する指部23、24(把持部)と、スライダー21、22と指部23、24を駆動する圧電駆動装置3(駆動部)と、スライダー21、22の位置を検出するエンコーダー4(位置検出部)と、指部23、24が対象物Wから受ける力を検出する力検出部5と、を有するロボットハンド1(エンドエフェクター)を制御する制御装置である。そして、制御装置6は、エンコーダー4の出力および力検出部5の出力に基づいて、スライダー21、22の目標位置を更新し、最新の目標位置にスライダー21、22が移動するように圧電駆動装置3の駆動を制御する。特に、本実施形態では、制御装置6は、エンコーダー4の出力および力検出部5の出力に基づいて、スライダー21、22の目標位置を更新し、最新の目標位置にスライダー21、22が移動するように圧電駆動装置3の駆動を制御するプロセッサー61を有する。
The control method of the
このような制御装置6によれば、対象物Wを把持する把持力fを精度よく制御することができ(把持力fをほぼ一定に維持することができ)、把持力fが大きすぎて対象物Wが破損したり、把持力fが小さすぎて対象物Wがロボットハンド1から落下(離脱)したりすることを抑制することができる。また、目標位置が決められていることにより、例えば、圧電駆動装置3の駆動を停止するタイミングが分かる。そのため、例えば、ぎりぎりまで圧電駆動装置3を最大速度で駆動することができ、指部23、24を目標位置まで移動させるのにかかる時間を短縮することができる。
According to such a control device 6, the gripping force f for gripping the object W can be accurately controlled (the gripping force f can be maintained substantially constant), and the gripping force f is too large for the target. It is possible to prevent the object W from being damaged or the object W from falling (disengaging) from the
また、前述したように、駆動部は、圧電駆動装置3である。圧電駆動装置3では、把持力fを一定に制御することが困難であるが、上述のような制御装置6によれば、駆動部として圧電駆動装置3を用いても把持力fを精度よく制御することができる。すなわち、制御装置6は、駆動部の構成に影響されることなく、把持力fを精度よく制御することができる。なお、本実施形態では、駆動部として圧電駆動装置3(圧電モーター)を用いているが、これに限定されず、例えば、電磁モーターを用いてもよい。
Further, as described above, the drive unit is the
また、前述したように、制御装置6は、指部23、24が対象物Wから受ける力(把持力f)が目標値f2となるように、目標位置を更新する。これにより、対象物Wを目標値f2で把持することができる。
Further, as described above, the control device 6 updates the target position so that the force (grip force f) received by the
また、前述したように、制御装置6は、第1~第3の制御方法のように、指部23、24が対象物Wと接触するまでは、目標位置を更新しない。これにより、目標位置の更新回数を減らすことができ、ロボットハンド1の駆動速度を高めることができる。
Further, as described above, the control device 6 does not update the target position until the
また、前述したように、指部23、24は、弾性を有し、対象物Wから受ける力によって弾性変形する。これにより、対象物Wと指部23、24との接触時の衝撃を和らげることができる。そのため、対象物Wや指部23、24の破損を効果的に抑制することができる。また、指部23、24が変形することにより、対象物Wに過度な力が加わってしまうことを抑制することができ、対象物Wの破損を防止することができる。さらには、前述したように、スライダー21、22の離間距離dと把持力fとの関係を求め易くなり、制御装置6による把持力fの制御を精度よく行うことができる。
Further, as described above, the
また、前述したように、制御装置6は、指部23、24の弾性係数Eに基づいて、スライダー21、22の離間距離d(移動距離)と指部23、24が対象物Wから受ける力との関係を求め、その関係に基づいて目標位置を更新する。これにより、制御装置6による把持力fの制御を精度よく行うことができ、より確実に、目標値f2で対象物Wを把持することができる。
Further, as described above, in the control device 6, the separation distance d (moving distance) of the
また、前述したように、ロボットハンド1(エンドエフェクター)は、対象物Wを把持する指部23、24(把持部)と、スライダー21、22と指部23、24を駆動する圧電駆動装置3(駆動部)と、スライダー21、22の位置を検出するエンコーダー4(位置検出部)と、指部23、24が対象物Wから受ける力を検出する力検出部5と、エンコーダー4の出力および力検出部5の出力に基づいて、スライダー21、22の目標位置を更新し、最新の目標位置にスライダー21、22が移動するように圧電駆動装置3の駆動を制御する制御装置6と、を有する。これにより、前述した制御装置6の効果を発揮することができる。すなわち、対象物Wを把持する把持力fを精度よく制御することができ(把持力fをほぼ一定に維持することができ)、把持力fが大きすぎて対象物Wが破損したり、把持力fが小さすぎて対象物Wがロボットハンド1から落下(離脱)したりすることを抑制することができる。
Further, as described above, the robot hand 1 (end effector) is a
また、前述したように、ロボットハンド1(エンドエフェクター)の制御方法は、対象物Wを把持する指部23、24(把持部)と、スライダー21、22と指部23、24を駆動する圧電駆動装置3(駆動部)と、スライダー21、22の位置を検出するエンコーダー4(位置検出部)と、指部23、24が対象物Wから受ける力を検出する力検出部5と、を有するロボットハンド1を制御する制御方法である。そして、このような制御方法は、エンコーダー4の出力および力検出部5の出力に基づいて、スライダー21、22の目標位置を更新し、最新の目標位置に指部23、24が移動するように圧電駆動装置3の駆動を制御する。このような制御方法によれば、対象物Wを把持する把持力fを精度よく制御することができ(把持力fをほぼ一定に維持することができ)、把持力fが大きすぎて対象物Wが破損したり、把持力fが小さすぎて対象物Wがロボットハンド1から落下(離脱)したりすることを抑制することができる。
Further, as described above, the control method of the robot hand 1 (end effector) is a piezoelectric method for driving the
<第2実施形態>
図14は、本発明の第2実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
<Second Embodiment>
FIG. 14 is a perspective view showing a robot according to a second embodiment of the present invention.
図14に示すロボット1000は、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。ロボット1000は、6軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース1010と、ベース1010に回動自在に連結されたアーム1020と、アーム1020に回動自在に連結されたアーム1030と、アーム1030に回動自在に連結されたアーム1040と、アーム1040に回動自在に連結されたアーム1050と、アーム1050に回動自在に連結されたアーム1060と、アーム1060に回動自在に連結されたアーム1070と、これらアーム1020、1030、1040、1050、1060、1070の駆動を制御する制御装置1080と、を有する。
The
また、アーム1070にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット1000に実行させる作業に応じたエンドエフェクター1090が装着される。なお、エンドエフェクター1090として、前述したロボットハンド1を用いることができる。
Further, the
このように、ロボット1000は、ロボットハンド1を有する。すなわち、ロボット1000は、対象物Wを把持する指部23、24(把持部)と、指部23、24を駆動する圧電駆動装置3(駆動部)と、指部23、24の位置を検出するエンコーダー4(位置検出部)と、指部23、24が対象物Wから受ける力を検出する力検出部5と、エンコーダー4の出力および力検出部5の出力に基づいて、指部23、24の目標位置を更新し、最新の目標位置に指部23、24が移動するように圧電駆動装置3の駆動を制御する制御装置6と、を有する。これにより、前述した制御装置6の効果を発揮することができる。すなわち、対象物Wを把持する把持力fを精度よく制御することができ(把持力fをほぼ一定に維持することができ)、把持力fが大きすぎて対象物Wが破損したり、把持力fが小さすぎて対象物Wがロボットハンド1から落下(離脱)したりすることを抑制することができる。
As described above, the
なお、ロボット1000の構成としては、本実施形態の構成に限定されず、例えば、水平多関節ロボット(スカラロボット)や双腕ロボットであってもよい。
The configuration of the
以上、本発明の制御装置、エンドエフェクター、ロボットおよび制御方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。 The control device, end effector, robot, and control method of the present invention have been described above based on the illustrated embodiment, but the present invention is not limited to this, and the configurations of each part have the same functions. It can be replaced with any configuration that has. Further, any other constituents may be added to the present invention. Moreover, you may combine each embodiment as appropriate.
1…ロボットハンド、20…ベース、21、22…スライダー、211、221…ラックギア、23、24…指部、25…スライドガイド、26…ピニオンギア、3…圧電駆動装置、31…ベース、32…ローター、33…被駆動部、34…圧電モジュール、35…圧電アクチュエーター、350…積層体、351…振動部、351a、351b、351c、351d、351e…圧電素子、352…支持部、353…接続部、354…伝達部、36…付勢部、4…エンコーダー、5…力検出部、6…制御装置、61…プロセッサー、62…メモリー、63…外部インターフェース、1000…ロボット、1010…ベース、1020、1030、1040、1050、1060、1070…アーム、1080…制御装置、1090…エンドエフェクター、J…中心軸、W…対象物、d、d1、d2、d3…離間距離、f、f2’…把持力、f1…最小把持力、f2…目標値、m1…第1の目標位置、m2…第2の目標位置、m3…第3の目標位置 1 ... Robot hand, 20 ... Base, 21, 22 ... Slider, 211, 221 ... Rack gear, 23, 24 ... Finger, 25 ... Slide guide, 26 ... Pinion gear, 3 ... Piezoelectric drive, 31 ... Base, 32 ... Rotor, 33 ... Driven part, 34 ... Piezoelectric module, 35 ... Piezoelectric actuator, 350 ... Laminate, 351 ... Vibration part, 351a, 351b, 351c, 351d, 351e ... Piezoelectric element, 352 ... Support part, 353 ... Connection part , 354 ... transmission unit, 36 ... urging unit, 4 ... encoder, 5 ... force detector, 6 ... control device, 61 ... processor, 62 ... memory, 63 ... external interface, 1000 ... robot, 1010 ... base, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060, 1070 ... Arm, 1080 ... Control device, 1090 ... End effector, J ... Central axis, W ... Object, d, d1, d2, d3 ... Separation distance, f, f2'... Gripping force , F1 ... Minimum gripping force, f2 ... Target value, m1 ... First target position, m2 ... Second target position, m3 ... Third target position
Claims (9)
前記把持部は、弾性を有し、前記対象物から受ける力によって弾性変形し、
前記位置検出部の出力および前記力検出部の出力に基づいて、前記駆動部の駆動を制御し、
前記駆動部の駆動の制御においては、前記把持部の目標位置を、前記一対の指部の離間距離が前記対象物の把持方向の長さよりも小さい第1の目標位置に設定し、前記第1の目標位置に前記把持部が移動するように前記駆動部の駆動を制御し、前記第1の目標位置に前記把持部が移動する前に、前記力検出部により最小把持力が検出されたら、前記把持部の弾性係数に基づいて、前記把持部の移動距離と前記把持部が前記対象物から受ける力との第1の関係を求め、前記第1の関係に基づいて、前記把持部が前記対象物から受ける力の目標力に対応する第2の目標位置を求め、前記把持部の目標位置を前記第2の目標位置に更新し、前記第2の目標位置に前記把持部が移動するように前記駆動部の駆動を制御することを特徴とする制御方法。 A grip portion having a pair of finger portions to grip an object, a drive unit for driving the grip portion, a position detection unit for detecting the position of the grip portion, and a force received by the grip portion from the object. It is a control method for controlling an end effector having a force detecting unit for detecting.
The grip portion has elasticity and is elastically deformed by the force received from the object.
The drive of the drive unit is controlled based on the output of the position detection unit and the output of the force detection unit.
In the control of driving the drive unit, the target position of the grip portion is set to a first target position where the separation distance of the pair of finger portions is smaller than the length in the grip direction of the object, and the first target position is set. When the drive of the drive unit is controlled so that the grip portion moves to the target position of the above, and the minimum grip force is detected by the force detection unit before the grip portion moves to the first target position, Based on the elastic coefficient of the grip portion, the first relationship between the moving distance of the grip portion and the force that the grip portion receives from the object is obtained, and based on the first relationship, the grip portion is said to be the same. A second target position corresponding to the target force of the force received from the object is obtained, the target position of the grip portion is updated to the second target position , and the grip portion moves to the second target position. A control method comprising controlling the drive of the drive unit.
前記把持部は、弾性を有し、前記対象物から受ける力によって弾性変形し、
前記位置検出部の出力および前記力検出部の出力に基づいて、前記駆動部の駆動を制御し、
前記駆動部の駆動の制御においては、前記把持部の目標位置を、前記一対の指部の離間距離が前記対象物の把持方向の長さよりも小さい第1の目標位置に設定し、前記第1の目標位置に前記把持部が移動するように前記駆動部の駆動を制御し、前記第1の目標位置に前記把持部が移動する前に、前記力検出部により最小把持力が検出されたら、前記把持部の弾性係数に基づいて、前記把持部の移動距離と前記把持部が前記対象物から受ける力との関係を求め、前記関係に基づいて、前記把持部が前記対象物から受ける力の目標力に対応する第2の目標位置を求め、前記把持部の目標位置を前記第2の目標位置に更新し、前記第2の目標位置に前記把持部が移動するように前記駆動部の駆動を制御することを特徴とする制御装置。 A grip portion having a pair of finger portions to grip an object, a drive unit for driving the grip portion, a position detection unit for detecting the position of the grip portion, and a force received by the grip portion from the object. A control device that controls an end effector having a force detection unit for detection.
The grip portion has elasticity and is elastically deformed by the force received from the object.
The drive of the drive unit is controlled based on the output of the position detection unit and the output of the force detection unit .
In the control of driving the drive unit, the target position of the grip portion is set to a first target position where the separation distance of the pair of finger portions is smaller than the length in the grip direction of the object, and the first target position is set. When the drive of the drive unit is controlled so that the grip portion moves to the target position of the above, and the minimum grip force is detected by the force detection unit before the grip portion moves to the first target position, Based on the elastic coefficient of the grip portion, the relationship between the moving distance of the grip portion and the force received by the grip portion from the object is obtained, and based on the relationship, the force received by the grip portion from the object is obtained. A second target position corresponding to the target force is obtained, the target position of the grip portion is updated to the second target position , and the drive unit is driven so that the grip portion moves to the second target position. A control device characterized by controlling.
前記把持部を駆動する駆動部と、
前記把持部の位置を検出する位置検出部と、
前記把持部が前記対象物から受ける力を検出する力検出部と、
前記位置検出部の出力および前記力検出部の出力に基づいて、前記駆動部の駆動を制御する制御装置と、を有し、
前記把持部は、弾性を有し、前記対象物から受ける力によって弾性変形し、
前記制御装置は、前記駆動部の駆動の制御においては、前記把持部の目標位置を、前記一対の指部の離間距離が前記対象物の把持方向の長さよりも小さい第1の目標位置に設定し、前記第1の目標位置に前記把持部が移動するように前記駆動部の駆動を制御し、前記第1の目標位置に前記把持部が移動する前に、前記力検出部により最小把持力が検出されたら、前記把持部の弾性係数に基づいて、前記把持部の移動距離と前記把持部が前記対象物から受ける力との関係を求め、前記関係に基づいて、前記把持部が前記対象物から受ける力の目標力に対応する第2の目標位置を求め、前記把持部の目標位置を前記第2の目標位置に更新し、前記第2の目標位置に前記把持部が移動するように前記駆動部の駆動を制御することを特徴とするエンドエフェクター。 A grip portion that has a pair of fingers and grips an object,
The drive unit that drives the grip unit and
A position detection unit that detects the position of the grip portion and
A force detecting unit that detects the force that the gripping unit receives from the object,
It has a control device for controlling the drive of the drive unit based on the output of the position detection unit and the output of the force detection unit.
The grip portion has elasticity and is elastically deformed by the force received from the object.
In the control of driving the drive unit, the control device sets the target position of the grip portion to a first target position where the separation distance of the pair of finger portions is smaller than the length in the grip direction of the object. Then, the drive of the drive unit is controlled so that the grip portion moves to the first target position, and the minimum grip force is controlled by the force detection unit before the grip portion moves to the first target position. When is detected, the relationship between the moving distance of the grip portion and the force that the grip portion receives from the object is obtained based on the elastic coefficient of the grip portion, and based on the relationship, the grip portion is the target. A second target position corresponding to the target force of the force received from the object is obtained, the target position of the grip portion is updated to the second target position , and the grip portion moves to the second target position. An end effector characterized by controlling the drive of the drive unit.
前記把持部を駆動する駆動部と、
前記把持部の位置を検出する位置検出部と、
前記把持部が前記対象物から受ける力を検出する力検出部と、
前記位置検出部の出力および前記力検出部の出力に基づいて、前記駆動部の駆動を制御する制御装置と、を有し、
前記把持部は、弾性を有し、前記対象物から受ける力によって弾性変形し、
前記制御装置は、前記駆動部の駆動の制御においては、前記把持部の目標位置を、前記一対の指部の離間距離が前記対象物の把持方向の長さよりも小さい第1の目標位置に設定し、前記第1の目標位置に前記把持部が移動するように前記駆動部の駆動を制御し、前記第1の目標位置に前記把持部が移動する前に、前記力検出部により最小把持力が検出されたら、前記把持部の弾性係数に基づいて、前記把持部の移動距離と前記把持部が前記対象物から受ける力との関係を求め、前記関係に基づいて、前記把持部が前記対象物から受ける力の目標力に対応する第2の目標位置を求め、前記把持部の目標位置を前記第2の目標位置に更新し、前記第2の目標位置に前記把持部が移動するように前記駆動部の駆動を制御することを特徴とするロボット。 A grip portion that has a pair of fingers and grips an object,
The drive unit that drives the grip unit and
A position detection unit that detects the position of the grip portion and
A force detection unit that detects the force that the grip portion receives from the object,
It has a control device for controlling the drive of the drive unit based on the output of the position detection unit and the output of the force detection unit.
The grip portion has elasticity and is elastically deformed by the force received from the object.
In the control of driving the drive unit, the control device sets the target position of the grip portion to a first target position where the separation distance of the pair of finger portions is smaller than the length in the grip direction of the object. Then, the drive of the drive unit is controlled so that the grip portion moves to the first target position, and the minimum grip force is controlled by the force detection unit before the grip portion moves to the first target position. When is detected, the relationship between the moving distance of the grip portion and the force that the grip portion receives from the object is obtained based on the elastic coefficient of the grip portion, and based on the relationship, the grip portion is the target. A second target position corresponding to the target force of the force received from the object is obtained, the target position of the grip portion is updated to the second target position , and the grip portion moves to the second target position. A robot characterized by controlling the drive of the drive unit.
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