JPH01205993A

JPH01205993A - ロボット

Info

Publication number: JPH01205993A
Application number: JP63029445A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Okabe; 岡部　弘高
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-02-09
Filing date: 1988-02-09
Publication date: 1989-08-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は産業用ロボットに関するものである。

（従来の技術）各種のロボットは省力化、自動化を目的として産業界で
広く用いられている。その構成は、人間の目や耳に相当
する感覚サブシステム、脳に当たる知能サブシステム、
手足に当たる運動サブシステムから成る。各種の物体を
取り扱う手を持つロボットでは、手先に人間の触覚に関
するセンサを必要とする。手先のセンサは効果器センサ
と呼ばれ、接点、スイッチなどの接触センサや、ストレ
インゲージ、半導体感圧素子などの把握力センサなどが
用いられる。

一般に広く用いられている接触センサと、把握力センサ
をもつロボットを、第５図に示す。即ち、接触センサ１
５と、把握力センサ１６の情報は記録部３に記録され、
その記録を解析部４が解析し、物体８に触れているのか
、触れていないのか、触れている場合は、把握力は予め
設定されていた値になっているかを調べ、制御部５へ結
果を送る。制御部５は、解析部４から送られてきた結果
によって、駆動部６によって動作部７を駆動する。

ロボットが扱う物体８は、把握力の調整によって、硬い
ものから軟らかいものまで対応可能であるが、物体によ
って適正な把握力は異なるので、適正な把握力は、人間
が事前に調べ設定していた。また、最近では、把握力を
徐々に強めつつ、物体との間に生ずる圧力を調べること
によって、ある程度把握力を調整できるロボットも現わ
れた。

（発明が解決しようとする問題点）この様な従来技術は実用に供されているが、次のような
問題を有していた。即ち、ロボットの把握力はロボット
の扱う物体によって人間が決定したものであり、予想外
の物体、例えば軟らかすぎるもの、変形するものなどを
扱うと、強すぎる把握力で物体を破壊したり、物体の変
形による接触の変化を、ロボットが物体を落としたと判
断し、無人状態では回復不可能な状態に陥ることもあっ
た。

本発明の目的は、以上のような問題点を克服し、ロボッ
トが物体に触れる以前に、適正な把握力をロボット自身
が決定し、より広範な物体を取り扱うことが可能なロボ
ットを提供することである。

（問題点を解決するための手段）本発明のロボットは、動作部である手の第１の指に超音
波送信部と超音波受信部が設置され、第１の指と対向す
る位置に配置された第２の指に超音波受信部が設置され
、送信部と受信部からのデータを記録する記録部と、記
録部からのデータを解析する解析部と、動作部を駆動す
る駆動部と、解析部からの情報によって、超音波送信部
と駆動部を制御する制御部を備えることを特徴としてい
る。

（作用）本発明においては、指の超音波送信部がら超音波を発し
、物体から反射される反射超音波を反射超音波受信部で
、物体を透過した透過超音波を透過超音波受信部でうけ
、そのデータを記録し、そのデータを解析部へ送る。解
析部では、反射超音波と透過超音波の強度と位相から物
体の硬さや状態を検知し、適正な把握力を決定し、制御
部へ適正把握力の情報を送る。このとき、適正把握力を
決定するためのデータが不足したときは、データが不足
したとゆう情報を、ロボットが持つことが出来ないほど
軟らかい場合や、脆い場合は取扱中止の情報を送る。制
御部では解析部から適正把握力の情報が送られてきた場
合には、適正把握力で物体を取り扱うが、データネ足の
場合には駆動部を制御して動作部を動かし、超音波の入
射角度や周波数などを変えて、さらにデータを集める。

また、取扱中止情報が送られてきたときには、取扱を止
めることができる。

以上のように、従来に比べ、より広い範囲の物体を取り
扱うことが可能になる。

（実施例）次に第１図から、第４図を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。

第１図は本発明の基本的構成を表わした図である。ロボ
ットの指に超音波送信部１があり、物体８を取り扱う前
に、超音波受信部１から物体８に対して超音波を送信す
る。物体８からの反射超音波と物体８を透過した透過超
音波は超音波受信部２によって受信される。超音波送信
部１と超音波受信部２からのデータと送信超音波の情報
は情報記録部３によって記録される。記録部３によって
記録されたデータは解析部４に送られて解析される。解
析部４からの情報により制御部５は駆動部６によって動
作部７を駆動する。

反射超音波と透過超音波の振幅と位相は、広い周波数で
測定する。第２図に可変周波数発振器を用いた場合の実
施例を示す。超音波送信部１は超音波変換素子１０と可
変周波数発振器１工を備え、記録部３で可変周波数発振
器１１の発振周波数と超音波受信部２からの振幅と位相
のデータを記録する。第３図にフーリエ変換を用いた実
施例を示す。超音波送信部１は超音波変換素子１０とパ
ルス発振器１２を備え、記録部３で超音波受信部２から
の振幅の時間変化を記録する。解析部４では、フーリエ
変換器１３によって位相と振幅の周波数スペクトルを計
算し、適正把握力計算部１４によって適正把握力を算出
する。

解析部４では、まず、各周波数での振幅と発振周波数の
周波数成分を比較し、反射超音波と透過超音波の物体８
による減衰を算出する。

第４図（ａ）に木材、金属、不均質物質による反射超音
波の例を示す。金属では減衰が小さく、超音波はほとん
ど反射されるが、木材では木材への超音波の吸収がある
ので、反射超音波は弱い。また、均質物質では、減衰が
周波数によって、−様に変化するのに対して、不均質物
質では、減衰の一様性が失われることが多い。

第４図（ｂ）に反射超音波の位相の例を示す。均質物質
では、周波数に比例した変化を示すが、不均質物質では
周波数に対する変化の一様性が失われる。

第４図（ｃ）に透過超音波の減衰を示す。空気中から金
属内に入射する場合、空気と金属の音響インピーダンス
は大きく異なるので、入射成分よりも反射成分が大きく
、−旦金属内に入射した超音波が、空気中にでるときに
も、金属内への反射成分が大きいため、金属内での減衰
は小さいが、超音波送信から受信まで減衰は大きくなる
。木材では、木材中の減衰は、金属に比べて大きいが、
木材と空気の音響インピーダンスは金属と空気はど違わ
ないので、超音波送信から受信までの減衰は、金属に比
べて小さくなる。不均質物質では、一般に内部での減衰
が大きく、結果として超音波送信から受信までの減衰は
大きくなる。

第４図（ｄ）に透過超音波の位相を示す。周波数に対す
る位相の傾きは、物体中の音速が大きいほど小さい。よ
って、物体中の音速からその物体の硬さ等が推定できる
。

以上のように、物体の硬さ、状態を解析部４で推定する
。推定にあたっては、木材、金属などの減衰、位相情報
を、以前に蓄えたデータと比較して、物体に対する最適
把握力を推定する。また、解析部４では、減衰の状態に
よっては、制御部５に物体を扱わない様にアラームを発
することも可能である。

制御部５では、解析部４から与えられた適正把握力によ
って動作部７が駆動されるように、駆動部６を制御する
。また、制御部５がアラームを受けたときは、動作部７
の駆動を中止するよう、駆動部６に支持する。

以上の実施例では、空気中の活動を想定したが、水中や
他の媒質中でも、解析部４の変更によって、対応は容易
である。

またロボットの指は２本のみでなく３本以上であっても
よい。

（発明の効果）１０ｋｇの金属物体を扱うためには、数１０ｋｇの把握
力が必要であるが、数１０ｋｇの把握力ではプラスチッ
クの小さな容器等は、変形するか、最悪の場合破壊を免
れない。しかし、超音波によって事前に適正把握力を算
出し、適正把握力で物体を把握する本発明のロボットは
、金属物体に混じったプラスチックの小さな容器でも対
応が可能である。

また、逆に、小さなプラスチック容器用に調整された把
握力では、重い金属は扱えず、落とすなどの事故を起こ
すが、本発明のロボットは、硬い物体と判断した場合に
は、適正把握力を大きくして対応できる。

このように、本発明によれば、ロボットが広い範囲の物
体を扱うことが可能になるという効果を得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本的構成を表す図。第２図、第３
図は、広い周波数範囲の減衰と位相を測定するための実
施例を示す図、第４図（ａ）、（ｂ）は反射超音波の減
衰と位相の周波数特性図、第４図（Ｃ）、（ｄ）は透過
超音波の減衰と位相の周波数特性図、第５図は従未技術
の説明図。図中において、１・・・超音波送信部、２・・・超音波受信部、３・・
・記録部、４・・・解析部、５・・・制御部、６・・・
駆動部、７・・、動作部、８・・・物体、９・・・超音
波、１０・・・超音波変換素子、１１０３．可変周波数
発振器、１２・・・パルス発振器、１３０１．フーリエ
変換器、１４・・・適正把握力計算部、１５１．・接触
センサ、１６・・・把握力センサ、である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）動作部である手の第１の指に超音波送信部と超音
波受信部が設置され、第１の指と対向する位置に配置さ
れた第２の指に超音波受信部が設置され、超音波送信部
と超音波受信部からのデータを記録する記録部と、記録
部からのデータを解析する解析部と、動作部を駆動する
駆動部と、解析部からの情報によって超音波送信部と駆
動部を制御する制御部を備えることを特徴とするロボッ
ト。
（２）超音波送信部として超音波変換素子と可変周波数
発振器を備え、記録部で可変周波数発振器の発振周波数
と超音波受信部からの振幅と位相のデータを記録する特
許請求の範囲第１項に記載のロボット。
（３）超音波送信部として超音波変換素子とパルス発振
器を備え、記録部で超音波受信部からの振幅の時間変化
を記録し、解析部にフーリエ変換器を備える特許請求の
範囲第１項に記載のロボット。