JP7461809B2 - Robot hand and assembly robot system - Google Patents
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Description
本発明は、ロボットハンドと組立作業ロボットシステムに関する。 The present invention relates to a robot hand and an assembly robot system.
ロボットにより部品の嵌合などの作業を行うには、物を把持したり操作したりするための、指や掌を備えるロボットハンドが必要である。指と掌を駆動することで嵌合作業を行うロボットハンドの例は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されたロボットハンドは、掌部の歪ゲージからの計測信号により被把持物体とロボットアームとの軸ずれを検出し、その検出誤差をなくすように指用モータ及び手首用モータを制御する制御装置を備える。また、特許文献１に記載されたロボットハンドは、掌部の弾性変形する部分を複数の圧電素子で構成し、掌部が被把持物体に接触する応力変位を圧電素子により検出し、圧電素子に電圧を加えて掌部板を能動的に動作させる。
For a robot to perform tasks such as fitting parts together, it needs a robot hand with fingers and a palm for grasping and manipulating objects. An example of a robot hand that performs fitting tasks by driving the fingers and palm is described in
特許文献１に記載されたロボットハンドなどの従来のロボットハンドでは、指や掌の力検出装置によって軸ずれを検出し、検出誤差をなくすように指または掌を制御しているため、フィードバック制御に要する応答時間が長くなり、人間並みの高速な作業が困難であるという課題がある。また、このようなロボットハンドは、高精度な力検出装置と駆動装置が必要であり、構成が複雑で高価になり得るという課題もある。
Conventional robot hands, such as the one described in
本発明の目的は、簡易な構成で高速に嵌合作業を行うことができるロボットハンドと、このロボットハンドを備える組立作業ロボットシステムを提供することである。 The object of the present invention is to provide a robot hand that can perform fitting operations at high speed with a simple configuration, and an assembly robot system equipped with this robot hand.
本発明によるロボットハンドは、嵌合部材の嵌合部に嵌合させる被把持物を把持する複数の指部と、前記指部の一端部が接続されている基部と、前記指部を駆動するモータと、前記モータの動作を制御する制御部とを備える。前記指部は、棒状の剛体で構成された骨部と、弾性体で構成され前記被把持物に接する柔軟部とを備える。前記制御部は、前記被把持物を前記嵌合部に嵌合させる嵌合作業中に、予め与えられた所定の動作を前記指部に行わせる。 The robot hand according to the present invention comprises a plurality of fingers for grasping an object to be fitted into a fitting portion of a fitting member, a base to which one end of the fingers is connected, a motor for driving the fingers, and a control unit for controlling the operation of the motor. The fingers comprise a bone portion made of a rod-shaped rigid body, and a flexible portion made of an elastic body and in contact with the object to be grasped. The control unit causes the fingers to perform a predetermined action given in advance during a fitting operation for fitting the object to be grasped into the fitting portion.
本発明による組立作業ロボットシステムは、本発明による前記ロボットハンドと、前記ロボットハンドの前記基部に接続されているロボットアームと、前記ロボットアームの制御装置とを備える。 The assembly robot system according to the present invention comprises the robot hand according to the present invention, a robot arm connected to the base of the robot hand, and a control device for the robot arm.
本発明によると、簡易な構成で高速に嵌合作業を行うことができるロボットハンドと、このロボットハンドを備える組立作業ロボットシステムを提供することができる。 The present invention provides a robot hand that can perform fast fitting operations with a simple configuration, and an assembly robot system equipped with this robot hand.
本発明によるロボットハンドは、独立して駆動される複数の指部を備え、この指部によって様々な形状の被把持物を把持することができ、例えば、嵌合部を有する嵌合部材に被把持物を嵌合させる嵌合作業を行うことができる。本発明によるロボットハンドは、部品の嵌合作業や搬送作業など、組立作業で実施される様々な作業に用いることができる。以下に説明する実施例では、一例として、被把持物が丸軸（円筒形の部材）であり、嵌合部材の嵌合部が穴であり、ロボットハンドが、指部が把持する被把持物を穴に嵌め込む嵌合作業（例えば、軸をベアリングに嵌め込む作業）を行う例を説明する。 The robot hand according to the present invention has multiple independently driven fingers that can grasp objects of various shapes, for example, by performing a fitting operation in which the object is fitted into a fitting member having a fitting portion. The robot hand according to the present invention can be used for various operations performed in assembly operations, such as fitting parts and transporting operations. In the embodiment described below, as an example, the object is a round shaft (cylindrical member), the fitting portion of the fitting member is a hole, and the robot hand performs a fitting operation in which the object grasped by the fingers is fitted into the hole (for example, fitting a shaft into a bearing).
以下、本発明の実施例によるロボットハンドと組立作業ロボットシステムについて、図面を用いて説明する。なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。 The following describes a robot hand and an assembly robot system according to an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that in the drawings used in this specification, identical or corresponding components are given the same reference numerals, and repeated explanations of these components may be omitted.
本発明の実施例１によるロボットハンドと組立作業ロボットシステムを説明する。 This section describes the robot hand and assembly robot system according to the first embodiment of the present invention.
図２Ａは、本実施例によるロボットハンドを示す斜視図である。本実施例によるロボットハンド１は、嵌合部材に嵌合させる被把持物を把持する複数の指部を備える。図２Ａには、一例として、３本の指部を備えるロボットハンド１を示している。
Figure 2A is a perspective view showing a robot hand according to this embodiment. The
ロボットハンド１は、基部１０と、基部１０に接続された３本の指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを備える。３本の指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃのそれぞれは、互いに異なる１つのモータによって独立して駆動され、全体としてロボットハンド１を構成する。
The
基部１０には、ロボットアーム２が接続されている。ロボットハンド１は、ロボットアーム２によって、様々な位置に移動し、様々な姿勢を取ることが可能である。基部１０には、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの一端部が接続されている。
A
指部１１Ａは、骨部１１Ａ０、リニアガイド１１Ａ１、歯車１１Ａ２、ラック１１Ａ２１、柔軟部１１Ａ３、指用モータ１１Ａ４、及び回転位置センサ１１Ａ５を備える。
The
骨部１１Ａ０は、棒状の剛体（例えば、ステンレス）で構成されており、リニアガイド１１Ａ１と指用モータ１１Ａ４を介して基部１０に接続されている。骨部１１Ａ０は、指用モータ１１Ａ４の回転運動が、歯車１１Ａ２と歯部を持つラック１１Ａ２１を介して伝達され、リニアガイド１１Ａ１に沿って直線移動をする。骨部１１Ａ０は、このように指用モータ１１Ａ４に駆動されて、リニアガイド１１Ａ１に沿って直線移動をする。
The bone part 11A0 is made of a rod-shaped rigid body (e.g., stainless steel) and is connected to the
柔軟部１１Ａ３は、指部１１Ａの他端部（先端部）にて、骨部１１Ａ０の表面に設けられており、被把持物に接する。柔軟部１１Ａ３は、ゴムやバネ等の弾性体（例えば、ウレタンゴム）で構成されている。
The flexible portion 11A3 is provided on the surface of the bone portion 11A0 at the other end (tip) of the
指用モータ１１Ａ４は、基部１０に設けられ、指部１１Ａを駆動する駆動部であり、骨部１１Ａ０を直線移動させる。指用モータ１１Ａ４の内部には、回転位置センサ１１Ａ５が備えられている。回転位置センサ１１Ａ５は、指用モータ１１Ａ４の回転角（回転位置）を検出する。
The finger motor 11A4 is provided on the
指部１１Ｂと指部１１Ｃも、指部１１Ａと同様の構成を備える。指部１１Ｂは、骨部１１Ｂ０、リニアガイド１１Ｂ１、歯車１１Ｂ２、ラック１１Ｂ２１、柔軟部１１Ｂ３、指用モータ１１Ｂ４、及び回転位置センサ１１Ｂ５を備える。指部１１Ｃは、骨部１１Ｃ０、リニアガイド１１Ｃ１、歯車１１Ｃ２、ラック１１Ｃ２１、柔軟部１１Ｃ３、指用モータ１１Ｃ４、及び回転位置センサ１１Ｃ５を備える。３本の指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、それぞれ指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４により独立して駆動される。
図２Ｂは、ロボットハンド１の平面図であり、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを示す図である。指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、駆動されると、それぞれ図２Ｂに示す矢印に沿って移動する。
Figure 2B is a plan view of the
図２Ｃは、図２Ｂと同様のロボットハンド１の平面図であり、３本の指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの位置が互いに異なる様子を示す図である。図２Ｃには、指部１１Ａが最大まで閉じ（すなわち、移動範囲の最も内側まで移動し）、指部１１Ｂが最大まで開き（すなわち、移動範囲の最も外側まで移動し）、指部１１Ｃが半分閉じた（すなわち、移動範囲の中央部に移動した）様子を示している。
Figure 2C is a plan view of the
本実施例では、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの運動軌道（移動範囲）は、１２０度ずつずれており、それぞれの軌道の延長線がロボットハンド１の中心を通るように配置されている。指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの運動軌道は、互いに等間隔の角度で離れていなくてもよく、ロボットハンド１の中心を通らなくてもよい。
In this embodiment, the motion trajectories (movement ranges) of the
この構成を備えるロボットハンド１は、３本の指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃによって様々な形状の物体を把持することができ、部品の嵌合作業に限らず、部品の搬送作業などの、組立作業で行われる様々な作業を実施することができる。また、骨部１１Ａ０、１１Ｂ０、１１Ｃ０は、図２Ａに示すように細長い形状であると、狭所に入り込む作業を行うことも可能である。
The
なお、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの骨部１１Ａ０、１１Ｂ０、１１Ｃ０は、リニアガイド１１Ａ１、１１Ｂ１、１１Ｃ１に沿って直線移動しなくてもよく、例えば、指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４と直接接続したりリンク構造を介して接続したりしてもよい。このような構成では、リニアガイド１１Ａ１、１１Ｂ１、１１Ｃ１が不要であり、ロボットハンド１の軽量化と省スペース化を図ることができる。また、骨部１１Ａ０、１１Ｂ０、１１Ｃ０のそれぞれを、複数の指用モータで駆動してもよい。このような構成では、本実施例よりも更に高度に被把持物を操作することができる。
The bones 11A0, 11B0, and 11C0 of the
ロボットハンド１は、回転位置センサ１１Ａ５、１１Ｂ５、１１Ｃ５以外のセンサを備えることができ、これらのセンサを制御に活用することも可能である。
The
ロボットハンド１は、指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の動作を制御する制御部を備える。ロボットハンド１の制御部は、基部１０の内部、またはロボットハンド１の外部に設置される。
The
図３は、ロボットハンド１の制御部３の構成図である。ロボットハンド１の制御部３は、ハンドコントローラ３０、指サーボ系３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、及び記憶装置３２を備える。
Figure 3 is a configuration diagram of the
ハンドコントローラ３０は、指サーボ系３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに回転角の指令、回転速度の指令、または電流値の指令を与える。
The
指サーボ系３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、それぞれ指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の回転角、回転速度、または電流値を制御して、ロボットハンド１を駆動することができる。また、指サーボ系３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、それぞれ回転位置センサ１１Ａ５、１１Ｂ５、１１Ｃ５から指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の回転角のフィードバックを受けて、指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４を制御することもできる。
The
記憶装置３２は、ロボットハンド１の制御に必要な様々な情報、例えば、被把持物の幾何形状などを記憶する。
The
次に、ロボットハンド１が、制御部３によって被把持物を操作する方法を説明する。以下では、一例として、被把持物が丸軸（円筒形の部材）であるとする。
Next, we will explain how the
図４Ａと図４Ｂは、ロボットハンド１の指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを図２Ｂと同方向から見た断面概略図であり、ロボットハンド１が丸軸４を操作する様子を示す図である。図４Ａと図４Ｂには、丸軸４の中心Ｐ０を示している。
Figures 4A and 4B are schematic cross-sectional views of the
例えば、図４Ａに示すように、ロボットハンド１が丸軸４を把持した状態で、制御部３は、指部１１Ａを方向Ｄ１Ａへ移動させ、指部１１Ｂを方向Ｄ１Ｂへ移動させ、指部１１Ｃを方向Ｄ１Ｃへ移動させるように、指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の回転角を制御する。すると、図４Ｂに示すように、ロボットハンド１は、丸軸４を方向Ｄ１へ移動させることができる。
For example, as shown in Fig. 4A, when the
この過程で、丸軸４の中心Ｐ０が方向Ｄ１へ移動し、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと丸軸４は、相対位置に変位を生じる。しかし、柔軟部１１Ａ３、１１Ｂ３、１１Ｃ３がせん断変形をすることで、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと丸軸４との接触が維持される。このようにして、ロボットハンド１は、被把持物である丸軸４を操作することができる。
During this process, the center P0 of the
次に、図５、図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃを用いて、ロボットハンド１が、把持している丸軸４を所望の目標位置へ微小移動させる方法を説明する。丸軸４の目標位置は、ユーザーが定めて、予めロボットハンド１に与える。丸軸４の目標位置は、例えば、後述するように、螺旋曲線上の位置とすることができる。すなわち、ロボットハンド１は、丸軸４の嵌合作業中に、例えば螺旋曲線に沿って、丸軸４を移動させることができる。
Next, a method for the
図５は、ロボットハンド１の制御部３が、被把持物である丸軸４を所望の目標位置へ移動させるための制御過程を示すフローチャートである。図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃは、この制御過程における計算を表現した概念図である。
Figure 5 is a flow chart showing the control process by which the
初めに、ハンドコントローラ３０は、図５のＳ１からＳ５までの計算をシミュレーション上で行う。ハンドコントローラ３０は、このシミュレーションにより、丸軸４を目標位置へ移動させるための指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の回転角を予め求める。
First, the
Ｓ１で、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを最大まで開いた場所（指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが互いに最も離れた場所）に配置するとともに、丸軸４を目標位置に配置する。このときに使用する丸軸４の幾何形状は、制御部３が備える記憶装置３２に記憶されている。
In S1, the
図６Ａは、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが最大まで開いた場所に配置され、丸軸４が目標位置に配置された様子を示している。
Figure 6A shows the state in which the
Ｓ２で、指部１１Ａが丸軸４に近づくように、指部１１Ａを移動範囲に沿って微小距離ｄずつ移動させる。
In S2, the
Ｓ３で、指部１１Ａが丸軸４に接触したら、指部１１Ａの移動をやめ、指部１１Ａの移動距離ＸＡを得る。
In S3, when the
図６Ｂは、指部１１Ａが方向Ｄ５へ移動して丸軸４に接触し、指部１１Ａの移動距離ＸＡが得られた様子を示している。
FIG. 6B shows a state in which the
Ｓ２とＳ３の計算を全ての指部について行う。本実施例では、指部１１Ｂ、１１Ｃが丸軸４に接触するための移動距離ＸＢ、ＸＣも得る。
The calculations of S2 and S3 are performed for all the fingers. In this embodiment, the movement distances XB and XC for the
Ｓ４で、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが丸軸４に接触した状態から、更に距離ｄ’だけ丸軸４に近づくように指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを移動させる。距離ｄ’は、任意に定めることができる。この距離ｄ’の移動は、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの柔軟性（柔軟部１１Ａ３、１１Ｂ３、１１Ｃ３）を考慮して、丸軸４をしっかりと把持するための移動である。
In S4, from the state where
図６Ｃは、距離ＸＡ、ＸＢ、ＸＣだけ移動して丸軸４に接触した指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが、更に距離ｄ’だけ移動した様子を示している。
FIG. 6C shows a state in which the
Ｓ５で、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの移動距離ＸＡ＋ｄ’、ＸＢ＋ｄ’、ＸＣ＋ｄ’から得られた指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの位置を、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの目標位置とする。そして、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが、それぞれの目標位置に到達するような指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の回転角を計算して求める。
In S5, the positions of
本実施例では、歯車１１Ａ２、１１Ｂ２、１１Ｃ２のピッチ半径をそれぞれｒＡ、ｒＢ、ｒＣとすると、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃをそれぞれの目標位置に到達させるための指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の回転角θＡ、θＢ、θＣは、それぞれ式（１）、式（２）、式（３）で計算できる。
In this embodiment, if the pitch radii of gears 11A2, 11B2, and 11C2 are rA , rB , and rC , respectively, the rotation angles θA , θB , and θC of finger motors 11A4, 11B4, and 11C4 for causing
Ｓ１からＳ５までの計算（シミュレーション）により、ハンドコントローラ３０は、丸軸４を目標位置へ移動させるための指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の回転角θＡ、θＢ、θＣを得ることができる。
Through the calculations (simulations) from S1 to S5, the
最後に、実際のロボットハンド１が指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを駆動させる。
Finally, the
Ｓ６で、実際のロボットハンド１において、制御部３のハンドコントローラ３０は、Ｓ５で求めた回転角θＡ、θＢ、θＣを指サーボ系３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに指令し、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを駆動させる。これにより、ロボットハンド１は、丸軸４をおおよその目標位置に移動させることができる。
In S6, in the
図５に示した制御過程は、柔軟部１１Ａ３、１１Ｂ３、１１Ｃ３の弾性特性を厳密に考慮していない。このため、図５に示した制御過程に従って丸軸４を移動させると、丸軸４の目標位置と実際の位置には誤差が生じる。しかし、本実施例では、丸軸４を螺旋曲線に沿って移動させ続けて嵌合作業を行うので、このような誤差が生じても嵌合作業に支障が生じない。
The control process shown in FIG. 5 does not strictly take into account the elastic properties of the flexible sections 11A3, 11B3, and 11C3. For this reason, when the
なお、被把持物は、丸軸４でなくてもよい。本実施例によるロボットハンド１は、任意の形状の被把持物を操作することができる。また、本実施例によるロボットハンド１は、被把持物を移動（並進運動）させることだけでなく、回転させることも可能である。
The object to be grasped does not have to be a
図７Ａと図７Ｂは、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが、被把持物である直方体形状の物体５を把持し、回転させている様子を示す図である。
Figures 7A and 7B show how the
図７Ａは、直方体形状の物体５を把持している指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを示す図である。制御部３は、指用モータ１１Ａ４を制御して指部１１Ａを方向Ｄ２Ａへ移動させ、指用モータ１１Ｃ４を制御して指部１１Ｃを方向Ｄ２Ｃへ移動させる。
Figure 7A shows
図７Ｂは、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃにより、直方体形状の物体５が回転している様子を示す図である。図７Ａに示したように、指部１１Ａが方向Ｄ２Ａへ移動し、指部１１Ｃが方向Ｄ２Ｃへ移動することで、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、直方体形状の物体５を回転方向Ｄ３の向きに回転させることができる。
Figure 7B is a diagram showing how the
以上に示したように、本実施例によるロボットハンド１は、被把持物を回転させることができるので、部品の嵌合作業の際に部品の角度のずれも補正することが可能である。また、本実施例によるロボットハンド１は、様々な軸まわりの回転を考慮して指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの移動方向を調節することで、平面上の角度のずれだけでなく、三次元空間における角度のずれも補正することができる。
As described above, the
また、本実施例では、被把持物についての幾何情報（例えば、丸軸４の幾何形状）を既知とし、この幾何情報として記憶装置３２に記憶された情報を用いている。被把持物についての幾何情報には、例えば、組立作業ロボットシステムがカメラを備えるとし、このカメラが撮影した画像から抽出した幾何形状を用いることもできる。このようにして幾何情報を得ると、幾何情報が未知の被把持物を操作することもできる。
In addition, in this embodiment, the geometric information of the object to be grasped (e.g., the geometric shape of the round shaft 4) is assumed to be known, and the information stored in the
図１Ａ、図１Ｂ、及び図８を用いて、本実施例による組立作業ロボットシステムのロボットハンド１が嵌合作業を行う方法を説明する。
The method in which the
図１Ａと図１Ｂは、本実施例による組立作業ロボットシステムを示す概略図である。本実施例による組立作業ロボットシステムは、本実施例によるロボットハンド１と、ロボットアーム２と、ロボットアーム２の制御装置９を備える。ロボットアーム２は、ロボットハンド１を支持し移動させる支持部材であり、ロボットハンド１の基部１０に接続されている。ロボットアーム２は、腕部分（リンク）を接続する関節を備え、関節を動かすことで腕部分を移動させて、ロボットハンド１を移動させる。制御装置９は、ロボットアーム２を制御する。なお、ロボットハンド１の支持部材として、ロボットアーム２に替えて、ステージ機構を用いることもできる。
Figures 1A and 1B are schematic diagrams showing an assembly robot system according to this embodiment. The assembly robot system according to this embodiment includes a
図１Ａと図１Ｂには、ロボットハンド１が被把持物である丸軸４を、嵌合部材８の穴６へ嵌合させる様子を示している。嵌合部材８の嵌合部である穴６の縁には、テーパ面６Ａが設けられている。図１Ａには、ロボットアーム２によって、ロボットハンド１が把持している丸軸４を穴６の前へ移動させている様子を示している。図１Ｂには、ロボットアーム２によって、ロボットハンド１が把持している丸軸４を穴６に嵌合させた様子を示している。なお、図１Ａと図１Ｂでは、簡略化のために、ロボットハンド１は、互いに対向して配置されている２本の指部１１Ａ、１１Ｂが開閉して丸軸４を把持するものとして描いている。指部１１Ａ、１１Ｂは、図１Ａに示す矢印の向きに移動して開閉する。
Figures 1A and 1B show how the
ロボットハンド１は、丸軸４を穴６に嵌合させる嵌合作業を行うときには、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを用いて丸軸４を把持し、図１Ａに示すように丸軸４を穴６の前へ移動させる。この際、丸軸４と穴６の位置合わせは、画像認識や事前の教示操作を利用することにより行う。丸軸４と穴６の間には、部品の供給位置のばらつきや画像認識の誤差により、位置や姿勢のずれが生じていることがある。すなわち、丸軸４と穴６は、必ずしも互いに正対しているとは限らない。
When performing a fitting operation to fit the
図１Ａに示した状態で、ロボットアーム２は、ロボットハンド１を動かして、丸軸４を穴６に向かって略一定の力で押し付ける。丸軸４を穴６に向かって押し付ける力は、厳密に一定でなくてもよい。また、丸軸４を少しずつ穴６の方へ移動させてもよい。
In the state shown in FIG. 1A, the
次に、ロボットハンド１は、丸軸４を穴６に向かって押し付けた状態で、丸軸４の径方向の中心が所定の目標位置に従って移動するように、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを移動させる。以下では、「径方向の中心」を単に「中心」と呼ぶ。本実施例では、丸軸４の中心の目標位置は、螺旋曲線上の位置とする。すなわち、ロボットハンド１は、丸軸４を穴６に向かって押し付けた状態で、丸軸４の中心が螺旋曲線を描くように指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを移動させる。
Next, while pressing the
図８は、ロボットハンド１の指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを図２Ｂと同方向から見た断面概略図であり、丸軸４の中心が螺旋曲線を描くように指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが移動している様子を示す図である。
Figure 8 is a schematic cross-sectional view of the
丸軸４の目標位置である螺旋曲線は、時刻ｔに対して、式（４）、式（５）、式（６）で表されるように設定される。
The spiral curve, which is the target position of the
式（４）、式（５）、式（６）において、丸軸４の穴６への嵌合方向（挿入方向）に垂直な面での、ロボットハンド１の中心（ロボットハンドの指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの中心）を原点に設定した。ｘ（ｔ）とｙ（ｔ）は、この面における、丸軸４の中心の位置の座標である。ｒ（ｔ）は、丸軸４の中心の位置の、原点からの距離である。Ｒは、丸軸４の中心の位置の、原点からの最大距離、すなわち螺旋曲線の最大半径である。ｆ１は、丸軸４の中心が螺旋曲線を描くときの、回転の周波数である。ｆ２は、丸軸４の中心が螺旋曲線を描くときの、螺旋曲線の径の変化の周波数である。
In equations (4), (5), and (6), the center of the robot hand 1 (centers of the
式（４）、式（５）、式（６）で表される螺旋曲線は、ユーザーが予め定めて、ロボットハンド１の制御部３に与えることができる。式（４）、式（５）、式（６）中のパラメータは、ユーザーが任意に定めることができる。例えば、ユーザーは、Ｒを丸軸４の位置の想定した誤差の大きさを基に定め、ｆ１とｆ２を指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの可能な移動速度を基に定めることができる。ユーザーは、嵌合部材８によらずにこれらのパラメータを定めることもでき、嵌合部材８に応じてこれらのパラメータを調整することもできる。
The spiral curves represented by equations (4), (5), and (6) can be determined in advance by the user and given to the
図９Ａは、式（４）、式（５）、式（６）で求められる丸軸４の目標位置の軌跡の例を描いたグラフである。図９Ａのグラフには、螺旋曲線の中心（ｘ０，ｙ０）が時刻ｔ＝０で原点に位置し（すなわち、（ｘ０，ｙ０）＝（０，０）とし）、ｆ１＝５［Ｈｚ］、ｆ２＝０．４［Ｈｚ］、Ｒ＝１［ｍｍ］として、ｔ＝０［秒］からｔ＝２．５［秒］までの丸軸４の目標位置の軌跡（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））を描いた。丸軸４の目標位置は、ｔ＝０［秒］からｔ＝１．２５［秒］までは、原点から回転しながら外側へ向かい、ｔ＝１．２５［秒］からｔ＝２．５［秒］までは、同じ向きに回転しながら外側から原点に戻る。
Fig. 9A is a graph showing an example of the trajectory of the target position of the
ロボットハンド１は、上述した、丸軸４を目標位置へ移動させる制御（図５）を逐次行って、丸軸４の中心を目標位置の軌跡（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））である螺旋曲線に沿って移動させる。
The
図９Ｂは、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの位置ＸＡ、ＸＢ、ＸＣの時間変化の例を示すグラフである。図９Ｂのグラフは、ｄ’＝０．３［ｍｍ］とし、丸軸４の直径が１０［ｍｍ］であるとして、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの移動距離ＸＡ、ＸＢ、ＸＣを指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの位置ＸＡ、ＸＢ、ＸＣとして計算することで求めた。図９Ｂに示すようにロボットハンド１の指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを動作させることで、丸軸４の中心は、図９Ａに示した螺旋曲線を描くことができる。
Fig. 9B is a graph showing an example of time-dependent change in positions XA , XB , and XC of
ロボットハンド１は、丸軸４の中心を、丸軸４の目標位置の軌跡に合わせて移動させることで、丸軸４を穴６に嵌合させる嵌合作業を行う。本実施例では、ロボットハンド１は、丸軸４の中心が丸軸４の目標位置の軌跡である螺旋曲線に従って移動するように、丸軸４を螺旋状に移動させて、丸軸４を穴６に嵌合させる。上述した、丸軸４の中心を、丸軸４の目標位置の軌跡に合わせて移動させる動作を「探り動作」と呼ぶ。
The
ロボットハンド１の制御部３は、丸軸４を穴６に嵌合させる嵌合作業中に、予め与えられた所定の動作である探り動作を指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃに行わせる。すなわち、ロボットハンド１の制御部３は、例えば、式（４）、式（５）、式（６）で表される螺旋曲線に沿って丸軸４を移動させる探り動作を、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃに行わせる。
The
従来のロボットハンドは、この探り動作を行わず、嵌合作業中に、センサを使ってフィードバック制御を行い、嵌合のための指部の運動を毎回全く異なる運動に変えている。このため、従来のロボットハンドでは、嵌合作業の制御に時間がかかるとともに、装置構成が複雑で高価になるという課題がある。 Conventional robotic hands do not perform this probing motion, but instead use sensors to perform feedback control during the mating operation, changing the movement of the fingers for mating to a completely different movement each time. As a result, conventional robotic hands have the problem that it takes a long time to control the mating operation, and the device configuration is complex and expensive.
本実施例によるロボットハンド１は、嵌合のための指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの運動に、センサにより嵌合部材から得た情報を用いるフィードバック制御を行わずに探り動作を行わせるので、簡易な装置構成で高速に嵌合作業を行うことができる。
The
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、及び図１０Ｄは、丸軸４の移動中の時刻ｔにおける、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと丸軸４の位置の例を示す図である。図１０Ａは、時刻ｔ＝１．０での位置を、図１０Ｂは、時刻ｔ＝１．０５での位置を、図１０Ｃは、時刻ｔ＝１．１での位置を、図１０Ｄは、時刻ｔ＝１．１５での位置を、それぞれ示している。図１０Ａから図１０Ｄには、丸軸４の中心Ｐ０と、中心Ｐ０が描く軌跡である螺旋曲線を示している。
Figures 10A, 10B, 10C, and 10D are diagrams showing examples of the positions of the
ロボットハンド１は、丸軸４の中心を丸軸４の目標位置の軌跡（螺旋曲線）に合わせて移動させる探り動作を行うことにより、丸軸４と穴６の初期の位置や姿勢のずれを吸収し、丸軸４を穴６に押し込むことができ、丸軸４を穴６に嵌合させることができる。指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの先端部（柔軟部１１Ａ３、１１Ｂ３、１１Ｃ３）は、ロボットアーム２の全体よりも軽量で慣性が小さいため、ロボットハンド１は、探り動作を高速に行うことができる。また、ロボットハンド１は、探り動作で螺旋曲線を描くと、丸軸４が穴６に嵌合する位置を探索する範囲を徐々に広げながら、多くの位置と姿勢を網羅することができるため、効率的に嵌合位置を探索しながら嵌合作業を行うことができる。
The
なお、丸軸４の目標位置の軌跡は、式（４）、式（５）、式（６）で表される軌跡や螺旋曲線に限られず、任意に定めることができる。また、丸軸４は、予め定められた目標位置の軌跡に合わせて移動しなくてもよく、例えば、電流値の指令の変化に従って移動してもよい。
The trajectory of the target position of the
丸軸４を穴６に嵌合させる嵌合作業の様子を詳述する。一般的に、軸や穴の縁にはテーパ加工がされている。本実施例では、図１Ａに示すように、穴６の縁にテーパ面６Ａがあるとする。
The fitting operation of fitting the
図１Ａに示す状態において、丸軸４と穴６の中心軸の位置が大きくずれているときには、探り動作により、丸軸４は、穴６を有する嵌合部材８の表面を滑りながら移動する。探り動作を続けることで、丸軸４は、穴６のテーパ面６Ａへ達する。
In the state shown in FIG. 1A, when the positions of the central axes of the
図１１Ａは、丸軸４が穴６のテーパ面６Ａに達した様子を示す概略断面図である。丸軸４が穴６のテーパ面６Ａと接点７で接しているとき、探り動作によって丸軸４と穴６の中心軸が近づく方向Ｄ４ｘへ丸軸４が移動すると、接点７における摩擦力は減少する。この摩擦力が一定の大きさ以下になれば、ロボットアーム２が丸軸４を穴６へ押し込んでいるため、丸軸４は、接点７で滑り、穴６への嵌合方向（挿入方向）に移動する。ロボットハンド１は、この探り動作を繰り返して丸軸４を穴６へ挿入し、丸軸４を穴６の内部に押し込んで、丸軸４を穴６に嵌合させる。
Figure 11A is a schematic cross-sectional view showing the state when the
しかし、穴６のテーパ面６Ａと接点７で接している丸軸４が、丸軸４と穴６の中心軸が離れる方向Ｄ４ｙへ移動すると、接点７における摩擦力は増加する。このため、丸軸４は、接点７で滑らず、単に接点７を中心に回転するのみである。
However, when the
図１１Ｂは、丸軸４が穴６に挿入された様子を示す概略断面図である。一般に、丸軸４と穴６の嵌合公差は、非常に小さい。このため、丸軸４が穴６に挿入された後、ロボットハンド１によって丸軸４を穴６の内部に押し込もうとすると、丸軸４がロボットハンド１から受けるラジアル力Ｆａ（丸軸４に径方向に加わる力Ｆａ）と、丸軸４と穴６との間の垂直抗力Ｆｂが増大し、丸軸４と穴６との間の摩擦力Ｆｃも増大する。このため、通常は、丸軸４を穴６の内部に押し込んで嵌合作業を進行させることが困難である。
Figure 11B is a schematic cross-sectional view showing the state in which the
しかし、丸軸４が穴６に挿入された後でもロボットハンド１が探り動作を続けると、摩擦力Ｆｃが変動するため、摩擦力Ｆｃが小さくなった瞬間に丸軸４を穴６の内部に押し込むことができる。これを繰り返すことにより、丸軸４を穴６の内部に押し込んで嵌合作業を進行させることができる。
However, if the
また、ロボットハンド１は、指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の電流値の情報を基に穴６の位置を推定し、探り動作を変化させることで、丸軸４を穴６に嵌合させる作業をより高速に行うことができる。探り動作を変化させるとは、例えば、探り動作の位置（螺旋曲線の位置）を移動させることである。
The
指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の電流値の情報を基に穴６の位置を推定する方法について、図１２を用いて説明する。
The method for estimating the position of
図１２は、ロボットハンド１の指部を図２Ｂと同方向から見た断面概略図であり、指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の電流値の情報を基に穴６の位置を推定する方法を説明するための図である。図１２には、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが丸軸４に与える力ベクトルＦＡ、ＦＢ、ＦＣも描いてある。
Figure 12 is a schematic cross-sectional view of the fingers of the
例えば、ロボットハンド１が、丸軸４の中心を螺旋曲線（丸軸４の目標位置の軌跡）に合わせて移動させる制御を行っているときに、式（４）、式（５）、式（６）で表される螺旋曲線の中心（ｘ０，ｙ０）が点Ｐ１に位置し、穴６の中心軸が点Ｐ１から離れた点Ｐ２に位置するとする。このとき、ロボットハンド１が探り動作を行って丸軸４を穴６の内部に押し込むと、ロボットハンド１は、平均して点Ｐ１から点Ｐ２に向かう方向（図１２で上方向）の力を穴６から受ける。
For example, when the
この状態で、ロボットハンド１の指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、丸軸４の中心を丸軸４の目標位置の軌跡である螺旋曲線に従って移動させる。すると、ロボットハンド１が点Ｐ１から点Ｐ２に向かう方向の力を穴６から受けないときと比べて、指用モータ１１Ａ４の電流値は、増加し、指用モータ１１Ｂ４、１１Ｃ４の電流値は、減少する。
In this state, the
この指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の電流値の変化の情報を基に、ロボットハンド１の制御部３は、穴６の中心軸の位置である点Ｐ２が、螺旋曲線の中心の点Ｐ１よりも指部１１Ａに近い位置（図１２で、点Ｐ１よりも上の位置）にあると推定することができる。従って、ロボットハンド１は、探り動作の螺旋曲線を指部１１Ａに近い位置に移動させることで、丸軸４を穴６に嵌合させる作業をより高速に行うことができる。
Based on the information on the changes in the current values of the finger motors 11A4, 11B4, and 11C4, the
図１３は、ロボットハンド１が、指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の電流値の情報を基に穴６の位置を推定し、丸軸４を穴６に嵌合させる制御の過程を示すフローチャートである。
Figure 13 is a flowchart showing the control process in which the
Ｓ１１で、制御部３のハンドコントローラ３０は、時刻ｔごとに、丸軸４の中心が丸軸４の目標位置の軌跡である螺旋曲線に従って移動するように、指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４に回転角を指令する。
In S11, the
Ｓ１２で、ハンドコントローラ３０は、指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の電流値ＩＡ、ＩＢ、ＩＣを取得する。
In S12, the
Ｓ１３で、ハンドコントローラ３０は、丸軸４が穴６から受けている力ベクトルＦ’を推定する。
In S13, the
指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４において、電流値ＩＡ、ＩＢ、ＩＣは、トルクにおおよそ比例する。このため、指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の電流値ＩＡ、ＩＢ、ＩＣと、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが丸軸４に与える力ベクトルＦＡ、ＦＢ、ＦＣ（図１２）との関係は、式（７）、式（８）、式（９）で表すことができる。
In the finger motors 11A4, 11B4, and 11C4, the current values I , I , and I are roughly proportional to the torque. Therefore, the relationship between the current values I , I, and I of the finger motors 11A4, 11B4 , and 11C4 and the force vectors FA, FB, and FC ( FIG. 12 ) that the
但し、ＫＡ、ＫＢ、ＫＣは、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの動作する方向ベクトルとトルク定数の積である定ベクトルであり、ｒＡ、ｒＢ、ｒＣは、歯車１１Ａ２、１１Ｂ２、１１Ｃ２のピッチ半径である。
Here, K A , K B and K C are constant vectors which are products of the directional vectors of the
ロボットハンド１が丸軸４に与える力ベクトルＦは、ＦＡ＋ＦＢ＋ＦＣである。従って、ハンドコントローラ３０は、丸軸４が穴６から受けている力ベクトルＦ’が、この力ベクトルＦの反対方向の力である（Ｆ’＝－Ｆ）と推定する。すなわち、ハンドコントローラ３０は、Ｆ’＝－（ＦＡ＋ＦＢ＋ＦＣ）であると推定する。
The force vector F that the
Ｓ１４で、ハンドコントローラ３０は、丸軸４の穴６への嵌合作業が完了しているか否かを判定する。この判定には、既存の方法（例えば、丸軸４が予め定められた長さだけ穴６に挿入されたか否かを判断する方法）を用いることができる。丸軸４の穴６への嵌合作業が完了していなければ、Ｓ１５の処理を実行する。
In S14, the
Ｓ１５で、ハンドコントローラ３０は、力ベクトルＦ’の推定精度を高めるため、予め定めた時間Ｔの間だけ力ベクトルＦ’の推定を繰り返す。力ベクトルＦ’の推定を時間Ｔの間繰り返したら、Ｓ１６の処理を実行する。
In S15, the
Ｓ１６で、ハンドコントローラ３０は、時間Ｔの間に推定した複数の力ベクトルＦ’の平均Ｆａｖｅを求め、求めたＦａｖｅに予め定めた任意の係数ｋをかけて、探り動作の螺旋曲線の中心の点Ｐ１と穴６の中心軸の位置である点Ｐ２との位置のずれをｋＦａｖｅと推定する。
In S16, the
Ｓ１７で、ハンドコントローラ３０は、探り動作の螺旋曲線の中心の点Ｐ１をｋＦａｖｅだけ移動させ、点Ｐ１を穴６の中心軸の位置（点Ｐ２）に近づける。すなわち、ハンドコントローラ３０は、探り動作の螺旋曲線を穴６の中心軸に近づける。
In S17, the
Ｓ１８で、ハンドコントローラ３０は、これまでに推定した力ベクトルＦ’をリセットする。この後、ハンドコントローラ３０は、Ｓ１４で嵌合作業が完了していると判定されるまで、Ｓ１１からＳ１８までの処理を繰り返す。
In S18, the
ロボットハンド１は、このようにして、指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の電流値ＩＡ、ＩＢ、ＩＣの情報を基に、穴６の位置を推定し、探り動作の螺旋曲線を穴６の中心軸の位置（点Ｐ２）に徐々に近づけ、丸軸４を穴６に嵌合させる作業をより高速に行うことができる。
In this way, the
なお、点Ｐ１と点Ｐ２との位置のずれの推定には、指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の回転角の時系列情報や、基部１０や指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが備えた力覚センサの情報など、指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４の電流値ＩＡ、ＩＢ、ＩＣの情報以外の情報を用いることもできる。また、位置のずれの推定や探り動作の螺旋曲線の制御には、上述した方法に機械学習を用いた方法を組み合わせることもできる。
Note that, to estimate the positional deviation between points P1 and P2, information other than the information on the current values I A , I B , and I C of the finger motors 11A4, 11B4, and 11C4 can be used, such as time-series information on the rotation angles of the finger motors 11A4, 11B4, and 11C4, or information on the force sensors provided in the
また、本実施例による組立作業ロボットシステムは、丸軸４の穴６への挿入量を検出する構成を備え、この挿入量に応じて丸軸４の探り動作を変化させることで、丸軸４が穴６に嵌合する位置の探索を効率的に行うこともできる。丸軸４の穴６への挿入量は、ロボットアーム２の制御装置９が、ロボットアーム２の関節角（腕部分の関節での角度）についての情報から検出することができる。ロボットアーム２の制御装置９は、検出した丸軸４の穴６への挿入量を、制御部３のハンドコントローラ３０に送信する。
The assembly robot system according to this embodiment is also equipped with a configuration for detecting the amount of insertion of the
図１４は、丸軸４の穴６への挿入量に応じて丸軸４の探り動作を変化させる処理の一例を示すフローチャートである。
Figure 14 is a flowchart showing an example of a process for changing the probing operation of the
Ｓ２１で、制御部３のハンドコントローラ３０は、図１３のＳ１１での処理と同様に、時刻ｔごとに、丸軸４の中心が丸軸４の目標位置の軌跡である螺旋曲線に従って移動するように、指用モータ１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４に回転角を指令する。
In S21, the
Ｓ２２で、ハンドコントローラ３０は、丸軸４の穴６への挿入量が増加したか否かを判定する。ハンドコントローラ３０は、ロボットアーム２の制御装置９から送信された挿入量を用いて判定する。挿入量が増加していれば、Ｓ２３の処理を実行し、挿入量が増加していなければ、Ｓ２４の処理を実行する。
In S22, the
Ｓ２３で、ハンドコントローラ３０は、図１３のＳ１４での処理と同様に、丸軸４の穴６への嵌合作業が完了しているか否かを判定する。丸軸４の穴６への嵌合作業が完了していなければ、Ｓ２５の処理を実行する。
In S23, the
Ｓ２５で、ハンドコントローラ３０は、丸軸４の穴６への挿入量が増加しているので、現時点では丸軸４と穴６の位置のずれ（すなわち、探り動作の螺旋曲線の中心の点Ｐ１と穴６の中心軸の位置である点Ｐ２との位置のずれ）が小さいと推定できる。そこで、ハンドコントローラ３０は、式（４）、式（５）、式（６）で表される探り動作の螺旋曲線の中心（ｘ０，ｙ０）を、現時点での丸軸４の位置へ移動させる。さらに、螺旋曲線の最大半径Ｒを減少させて、丸軸４が穴６に嵌合する位置を探索する範囲を狭め、現時点での丸軸４の中心の位置の周辺を探索する。
In S25, the
Ｓ２４は、Ｓ２２の処理で、丸軸４の穴６への挿入量が増加していないと判定された場合の処理である。Ｓ２４で、ハンドコントローラ３０は、丸軸４と穴６の間に位置のずれがあると推定し、螺旋曲線の最大半径Ｒを徐々に増加させて、丸軸４が穴６に嵌合する位置を探索する範囲を広げていく。
S24 is a process performed when it is determined in the process of S22 that the insertion amount of the
ロボットハンド１が、穴６の入口を探索しているときと、丸軸４が穴６に挿入されて嵌合作業を行っているときとでは、必要な探索範囲が大きく異なる。しかし、上述した方法を用いると、丸軸４の穴６への挿入量の変化に応じて、螺旋曲線の最大半径Ｒを変化させて丸軸４の探り動作を変えることで、探索範囲を自動的に好ましく変化させることができる。
The required search range is significantly different when the
なお、図１４に示したこの方法と図１３に示した方法とを組み合わせることもできる。また、丸軸４の穴６への挿入量は、ロボットアーム２の関節角についての情報以外にも、組立作業ロボットシステムが備えるカメラで丸軸４の穴６への挿入状態を撮影して得られた情報や、丸軸４を穴６へ押し付ける掌部（図１５を用いて後述する）の位置についての情報などを用いて検出することもできる。
The method shown in FIG. 14 can be combined with the method shown in FIG. 13. The insertion amount of the
また、ロボットハンド１は、掌部を備えることもできる。
The
図１５は、掌部１２を備えるロボットハンド１の構成例を示す断面概略図である。掌部１２は、３本の指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの中央部に設けられ、掌用モータ１２０と、掌本体１２１を備える。なお、図１５には、簡略化のために、３本の指部のうち２本の指部１１Ａ、１１Ｂのみを描いている。
Figure 15 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a
掌用モータ１２０は、基部１０に設置され、掌本体１２１に接続されている。掌用モータ１２０は、例えばリニアモーターであり、丸軸４の嵌合方向（挿入方向）である方向Ｄ６に直線運動をし、これにより掌本体１２１を方向Ｄ６に駆動する。
The
掌本体１２１は、丸軸４に嵌合方向（挿入方向）への力を加える部材であり、丸軸４に接触可能な面を備え、掌用モータ１２０に接続されている。掌本体１２１は、掌用モータ１２０に駆動されて方向Ｄ６に移動して丸軸４に接触し、丸軸４を穴６や嵌合部材８に押し付けることができる。
The
ロボットハンド１の制御部３は、嵌合作業中に、丸軸４に嵌合方向（挿入方向）へ力を加える動作を掌部１２にさせ、丸軸４を穴６や嵌合部材８に押し付けることができる。ロボットハンド１は、掌部１２を備えることで、探り動作の間に、ロボットアーム２によって丸軸４を穴６へ押し付ける代わりに、掌部１２によって丸軸４を穴６へ押し付けることで、丸軸４の穴６への嵌合作業を行うことができる。このため、本実施例による組立作業ロボットシステムは、ロボットアーム２を固定したまま嵌合作業を行うことができ、例えば、ロボットアーム２の運動が制限されているような狭所でも、嵌合作業を容易に実施することができる。
During the fitting operation, the
また、ロボットアーム２を固定せずに探り動作を行う場合でも、丸軸４が、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの柔軟部１１Ａ３、１１Ｂ３、１１Ｃ３に対して滑り、基部１０に向かって移動して穴６から遠ざかってしまう場合がある。このときには、掌部１２を用いて、丸軸４を穴６に向かって押しながら探り動作を行うことができる。
Even when the
また、掌部１２は、掌本体１２１が着脱可能であり、掌本体１２１は、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが把持する被把持物の形状や大きさに応じて交換可能な構成を備えることもできる。これにより、複雑な形状の被把持物や大きさが微小な被把持物に対しても、被把持物を穴６へ押し付けることができる。例えば、被把持物の中央部に穴が開いていたら、掌本体１２１を、被把持物のこの形状に合う形状を持つものに交換することができる。
The
以上説明したように、本実施例によるロボットハンド１は、簡易な構成を備え、被把持物に対して探り動作を行うことで、高速に嵌合作業を行うことができる。
As described above, the
本発明の実施例２によるロボットハンド１を説明する。以下では、本実施例によるロボットハンド１について、実施例１によるロボットハンド１と異なる点を主に説明する。本実施例によるロボットハンド１は、指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃのうち少なくとも１つの指部が、骨部に回転部材を備える。
A
図１６は、本実施例によるロボットハンド１を示す斜視図である。本実施例によるロボットハンド１は、指部１１Ａの骨部１１Ａ０の先端部に、ベアリング１１Ａ６と、回転部材であるローラ１１Ａ７を備える。
Figure 16 is a perspective view showing the
ローラ１１Ａ７は、ベアリング１１Ａ６を介して、骨部１１Ａ０に接続されている。ベアリング１１Ａ６の内輪は、骨部１１Ａ０に接続されており、ベアリング１１Ａ６の外輪は、ローラ１１Ａ７に接続されている。 The roller 11A7 is connected to the bone portion 11A0 via the bearing 11A6. The inner ring of the bearing 11A6 is connected to the bone portion 11A0, and the outer ring of the bearing 11A6 is connected to the roller 11A7.
ローラ１１Ａ７は、骨部１１Ａ０の長さ方向の回りに回転可能であり、円筒状または球状の回転部材である。図１６には、一例として、円筒状のローラ１１Ａ７を示している。ローラ１１Ａ７は、中空部材と、この中空部材の表面に接着された柔軟部１１Ａ３を備える。中空部材は、剛体（例えば、アルミニウム）で構成されている。柔軟部１１Ａ３は、ゴムやバネ等の弾性体（例えば、ウレタンゴム）で構成されており、ローラ１１Ａ７の表面に設けられていて、被把持物である丸軸４に接する。
The roller 11A7 is a cylindrical or spherical rotating member that can rotate around the length of the bone portion 11A0. FIG. 16 shows a cylindrical roller 11A7 as an example. The roller 11A7 comprises a hollow member and a flexible portion 11A3 bonded to the surface of the hollow member. The hollow member is made of a rigid body (e.g., aluminum). The flexible portion 11A3 is made of an elastic body such as rubber or a spring (e.g., urethane rubber), is provided on the surface of the roller 11A7, and comes into contact with the
指部１１Ｂも、指部１１Ａと同様に、骨部１１Ｂ０の先端部に、ベアリング１１Ｂ６とローラ１１Ｂ７を備える。ローラ１１Ｂ７は、表面に柔軟部１１Ｂ３を備える。指部１１Ｃも、指部１１Ａと同様に、骨部１１Ｃ０の先端部に、ベアリング１１Ｃ６とローラ１１Ｃ７を備える。ローラ１１Ｃ７は、表面に柔軟部１１Ｃ３を備える。
Like
また、指部１１Ａは、回転数センサを備えるローラ回転用モータ１１Ａ８と、タイミングベルトとタイミングプーリを備える動力伝達部１１Ａ９を備える。ローラ回転用モータ１１Ａ８は、骨部１１Ａ０に設置されている。動力伝達部１１Ａ９は、ローラ回転用モータ１１Ａ８とローラ１１Ａ７に接続され、ローラ回転用モータ１１Ａ８の回転をローラ１１Ａ７に伝達する。
ローラ１１Ａ７は、ローラ回転用モータ１１Ａ８の作用により、骨部１１Ａ０に対して能動的に回転する。ローラ回転用モータ１１Ａ８は、動力伝達部１１Ａ９を介してローラ１１Ａ７を回転させる。ローラ回転用モータ１１Ａ８は、指用モータ１１Ａ４と同様に、指サーボ系３１Ａによって回転角、回転速度、または電流値が制御される。
The roller 11A7 actively rotates relative to the bone portion 11A0 due to the action of the roller rotation motor 11A8. The roller rotation motor 11A8 rotates the roller 11A7 via the power transmission unit 11A9. The roller rotation motor 11A8 has its rotation angle, rotation speed, and current value controlled by the
ローラ１１Ｂ７とローラ１１Ｃ７は、それぞれ骨部１１Ｂ０と骨部１１Ｃ０に対して受動的に回転する。例えば、ローラ１１Ｂ７とローラ１１Ｃ７は、丸軸４の回転や変形に従って回転する。
Rollers 11B7 and 11C7 rotate passively relative to bone portions 11B0 and 11C0, respectively. For example, rollers 11B7 and 11C7 rotate in accordance with the rotation and deformation of
なお、ロボットハンド１は、能動的に回転する回転部材（本実施例ではローラ１１Ａ７）を２つ以上備えることもできる。例えば、本実施例において、ローラ１１Ａ７とローラ１１Ｂ７が、ローラ回転用モータの作用により能動的に回転する回転部材であってもよい。
The
図１７Ａと図１７Ｂは、本実施例によるロボットハンド１の指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを図２Ｂと同方向から見た断面概略図であり、ロボットハンド１が丸軸４を把持して操作する様子を示す図である。図１７Ａには、ロボットハンド１が、丸軸４を把持した状態で、指部１１Ａを方向Ｄ１Ａへ移動させ、指部１１Ｂを方向Ｄ１Ｂへ移動させ、指部１１Ｃを方向Ｄ１Ｃへ移動させている様子を示している。図１７Ｂには、図１７Ａに示した操作により、ロボットハンド１が、丸軸４を方向Ｄ１へ移動させた様子を示している。なお、図１７Ａと図１７Ｂには、丸軸４の中心Ｐ０を示している。
Figures 17A and 17B are schematic cross-sectional views of the
図４Ａと図４Ｂに示したように、実施例１のロボットハンド１は、丸軸４を移動させることができる。しかし、柔軟部１１Ａ３、１１Ｂ３、１１Ｃ３がせん断方向に変形するため、実施例１のロボットハンド１には、丸軸４の移動範囲が限られることや、柔軟部１１Ａ３、１１Ｂ３、１１Ｃ３が骨部１１Ａ０、１１Ｂ０、１１Ｃ０から剥がれてしまうことがある。
As shown in Figures 4A and 4B, the
この剥がれを防止するには、柔軟部１１Ａ３、１１Ｂ３、１１Ｃ３をより厚くするか、より柔軟にする必要がある。しかし、柔軟部１１Ａ３、１１Ｂ３、１１Ｃ３を厚くすると、骨部１１Ａ０、１１Ｂ０、１１Ｃ０が狭所に入ることができなくなる。柔軟部１１Ａ３、１１Ｂ３、１１Ｃ３を柔軟にすると、耐久性が低下するとともに丸軸４の把持が不安定になる。
To prevent this peeling, it is necessary to make the flexible parts 11A3, 11B3, and 11C3 thicker or more flexible. However, if the flexible parts 11A3, 11B3, and 11C3 are made thicker, the bone parts 11A0, 11B0, and 11C0 will not be able to enter narrow spaces. If the flexible parts 11A3, 11B3, and 11C3 are made flexible, the durability will decrease and the grip of the
本実施例によるロボットハンド１では、図１７Ａと図１７Ｂに示すように、ローラ１１Ａ７、１１Ｂ７、１１Ｃ７が回転することで、ローラ１１Ａ７、１１Ｂ７、１１Ｃ７の表面の柔軟部１１Ａ３、１１Ｂ３、１１Ｃ３がせん断変形を起こさずに、丸軸４を操作することができる。従って、本実施例によるロボットハンド１は、嵌合作業で探り動作を行うときに、実施例１によるロボットハンド１よりも広い範囲で、丸軸４が穴６に嵌合する位置を探索することができる。
As shown in Figures 17A and 17B, in the
図１７Ｃは、本実施例によるロボットハンド１の指部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを図２Ｂと同方向から見た断面概略図であり、ロボットハンド１が丸軸４を回転させている様子を示す図である。
Figure 17C is a schematic cross-sectional view of the
実施例１によるロボットハンド１は、図７Ａと図７Ｂに示すように被把持物（直方体形状の物体５）を回転させることができるが、可能な回転量は僅かである。
The
本実施例によるロボットハンド１では、ローラ回転用モータ１１Ａ８によってローラ１１Ａ７を回転させることで、被把持物（丸軸４）を所望の回転量だけ回転させることができる。このため、本実施例によるロボットハンド１は、丸軸４を穴６に嵌合させる嵌合作業を行うときに、丸軸４を回転させて丸軸４と穴６との間の摩擦力Ｆｃ（図１１Ｂ）を小さくすることができ、より容易に嵌合作業を行うことができる。
In the
また、丸軸４がねじである場合には、丸軸４は、回転させて穴６に嵌合させる必要がある。本実施例によるロボットハンド１では、丸軸４を任意の回転量だけ回転させることができるので、丸軸４がねじであっても容易に嵌合作業を行うことができる。一方、丸軸４を回転させずに穴６に嵌合させる必要がある場合には、ローラ１１Ａ７が回転しないようにローラ回転用モータ１１Ａ８を制御することで、丸軸４を回転させずに嵌合作業を行うことができる。
If the
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-mentioned examples, and various modifications are possible. For example, the above-mentioned examples have been described in detail to clearly explain the present invention, and the present invention is not necessarily limited to an embodiment having all of the configurations described. It is also possible to replace part of the configuration of one example with the configuration of another example. It is also possible to add the configuration of another example to the configuration of one example. It is also possible to delete part of the configuration of each example, or to add or replace other configurations.
１…ロボットハンド、２…ロボットアーム、３…制御部、４…丸軸、５…直方体形状の物体、６…穴、６Ａ…テーパ面、７…接点、８…嵌合部材、９…制御装置、１０…基部、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ…指部、１１Ａ０、１１Ｂ０、１１Ｃ０…骨部、１１Ａ１、１１Ｂ１、１１Ｃ１…リニアガイド、１１Ａ２、１１Ｂ２、１１Ｃ２…歯車、１１Ａ２１、１１Ｂ２１、１１Ｃ２１…ラック、１１Ａ３、１１Ｂ３、１１Ｃ３…柔軟部、１１Ａ４、１１Ｂ４、１１Ｃ４…指用モータ、１１Ａ５、１１Ｂ５、１１Ｃ５…回転位置センサ、１１Ａ６、１１Ｂ６、１１Ｃ６…ベアリング、１１Ａ７、１１Ｂ７、１１Ｃ７…ローラ、１１Ａ８…ローラ回転用モータ、１１Ａ９…動力伝達部、１２…掌部、３０…ハンドコントローラ、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ…指サーボ系、３２…記憶装置、１２０…掌用モータ、１２１…掌本体。 1...Robot hand, 2...Robot arm, 3...Control unit, 4...Round shaft, 5...Rectangular parallelepiped object, 6...Hole, 6A...Tapered surface, 7...Contact point, 8...Fitting member, 9...Control device, 10...Base, 11A, 11B, 11C...Finger portion, 11A0, 11B0, 11C0...Bone portion, 11A1, 11B1, 11C1...Linear guide, 11A2, 11B2, 11C2...Gear, 11A21, 11B21, 11C21...Rack, 11A3, 11B3 , 11C3... flexible part, 11A4, 11B4, 11C4... finger motor, 11A5, 11B5, 11C5... rotational position sensor, 11A6, 11B6, 11C6... bearing, 11A7, 11B7, 11C7... roller, 11A8... roller rotation motor, 11A9... power transmission part, 12... palm part, 30... hand controller, 31A, 31B, 31C... finger servo system, 32... storage device, 120... palm motor, 121... palm body.
Claims (10)
前記指部の一端部が接続されている基部と、
前記指部を駆動するモータと、
前記モータの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記指部は、棒状の剛体で構成された骨部と、弾性体で構成され前記被把持物に接する柔軟部とを備え、
前記制御部は、前記被把持物を前記嵌合部に嵌合させる嵌合作業中に、予め与えられた所定の動作を前記指部に行わせ、
前記所定の動作は、前記被把持物を螺旋曲線に沿って移動させる動作であり、
前記制御部は、前記所定の動作を前記指部に行わせているときに、前記モータの電流値が変化すると前記螺旋曲線を移動させて前記嵌合部に近づける、
ことを特徴とするロボットハンド。 A plurality of fingers for gripping an object to be gripped that is to be fitted into the fitting portion of the fitting member;
a base portion to which one end of the finger portion is connected;
A motor that drives the finger portion;
A control unit for controlling the operation of the motor;
Equipped with
The finger portion includes a bone portion formed of a rod-shaped rigid body and a flexible portion formed of an elastic body and contacting the object to be grasped,
The control unit causes the finger unit to perform a predetermined action during a fitting operation of fitting the object to be grasped into the fitting portion ,
the predetermined motion is a motion of moving the object to be grasped along a spiral curve,
the control unit, when causing the finger unit to perform the predetermined operation, moves the spiral curve to approach the fitting portion when a current value of the motor changes.
A robot hand characterized by
請求項１に記載のロボットハンド。 The control unit changes the predetermined operation based on information on a rotation angle of the motor.
The robot hand according to claim 1 .
前記制御部は、前記挿入量に応じて、前記所定の動作を変化させる、
請求項１に記載のロボットハンド。 A configuration for detecting an insertion amount of the object to be grasped into the fitting portion,
The control unit changes the predetermined operation depending on the insertion amount.
The robot hand according to claim 1 .
複数の前記指部のそれぞれは、複数の前記モータのうちの互いに異なる１つのモータに駆動される、
請求項１に記載のロボットハンド。 A plurality of the motors are provided,
Each of the plurality of finger portions is driven by a different one of the plurality of motors.
The robot hand according to claim 1 .
前記制御部は、前記被把持物に前記嵌合方向へ力を加える動作を前記掌部にさせる、
請求項１に記載のロボットハンド。 a palm portion having a palm body that applies a force to the object to be grasped in a fitting direction,
The control unit causes the palm portion to apply a force to the object to be grasped in the fitting direction.
The robot hand according to claim 1 .
請求項５に記載のロボットハンド。 The palm body is detachable from the palm portion.
The robot hand according to claim 5 .
前記回転部材は、前記骨部の長さ方向の回りに回転可能である、
請求項１に記載のロボットハンド。 At least one of the plurality of finger portions includes a rotating member on the bone portion, and the soft portion is provided on a surface of the rotating member,
The rotating member is rotatable about the length of the bone portion.
The robot hand according to claim 1 .
請求項７に記載のロボットハンド。 At least one of the fingers having the rotating member includes a motor in the bone portion for rotating the rotating member.
The robot hand according to claim 7 .
前記モータは、前記モータの回転角を検出する回転位置センサを備え、
前記骨部は、前記モータの回転駆動が前記歯車と前記ラックを介して伝達され、前記リニアガイドに沿って直線移動をする、
請求項１に記載のロボットハンド。 The finger portion includes a gear, a rack, and a linear guide,
the motor includes a rotational position sensor that detects a rotation angle of the motor;
The bone portion is moved linearly along the linear guide by transmitting the rotational drive of the motor via the gear and the rack.
The robot hand according to claim 1 .
前記ロボットハンドの前記基部に接続されているロボットアームと、
前記ロボットアームの制御装置と、
を備えることを特徴とする組立作業ロボットシステム。 The robot hand according to any one of claims 1 to 9 ;
a robot arm connected to the base of the robot hand;
A control device for the robot arm;
An assembly robot system comprising:
Priority Applications (1)
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| JP2020110334A JP7461809B2 (en) | 2020-06-26 | 2020-06-26 | Robot hand and assembly robot system |
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