JPH01310882A

JPH01310882A - 把持装置

Info

Publication number: JPH01310882A
Application number: JP14134488A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kawasaki; 川崎　義浩; Hide Kimura; 秀木村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-06-08
Filing date: 1988-06-08
Publication date: 1989-12-14

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、宇宙開発、原子力、海洋開発などにおいて遠
隔操作によって物体をパン１〜リンクするための把持装
置に係り、特に直置の自動化によって、オペレータの負
担軽減及び作業内容の高度化、迅速化に好適な把持装置
に関する。

〔従来の技術〕

従来の把持装置は、ＣＰＵ及び信号処理装置を把持装置
独自に有しているものは少なく、有している場合でも、
特開昭５１−７３２８８のように設定された把持力を実
現するように歪センサからの情報を元にザー水制御して
いた。又、ＣＰＵ及び信号処理装置の搭載場所について
は規定しておらず、必然的に搭載場所を規定することに
よって得られる機能、特徴については何ら示唆されてい
ない。

以下に示す公知例は、ＣＰＵの存在を示す記述はなく、
単一的な感覚機能を有する把持装置を記載しているもの
である。

特開昭５７−２７６９２は、近接覚（光学的）センサを
有し、把持する際にアームの修正位置決めを実施するも
のである。

特開昭５７−１．４４６８７は、ソフトな把持部により
把持するものに損傷を与えない感覚機能を有するラフ１
〜グリツパである。

特開昭５７−１４４６８８は、接触を感知して、運搬開
始や把持力の決定を行う、接触センサを有するグリッパ
である。

特開昭５７−１４４６８９は、把持挙動センサにより、
把持対象物の損傷を防止する、把持機構の把持挙動セン
サである。

特開昭５７−２０１１９０は、圧覚センサにかかる力の
バランスから、把持対象物の芯すれを検知するメカニカ
ルハンドである。

特開昭５９−１０７８８９は、果実をもぎ取ることを目
的とする弾性指を有するロボットハンドである。

特開昭５１−１０７８９０は、果実をもぎ取るなめに、
感圧性導電ゴムからなる接触センサーを有するロボット
ハンドである。

特開昭５８−１３２４８３は、ハンド指部のギャップに
歪ゲージを取付け、把持力を検知する把持力検知装置で
ある。

特開昭５８−１３２４８４は、マニピュレータハンドの
指部に力センサを取付け、把持力を検出するマニピュレ
ータである。

特開昭５９＝５９３７７は、指のどの位置で物体を把持
しても、正確にその加重を検出することかできる、ロボ
ッ）〜の荷重検出装置である。

特開昭５９−１０７８８８は、把持力、荷重側センサに
より、ワークの荷重に応しな把持力を発生ずるセンサ付
把持装置である。

特開昭６０−５２２８３は、ＤＣモータの出力により把
持力を制御する、ワーク把持機構の把持力制御方法であ
る。

特開昭５８−１５５１９２は、視覚装置（センサ）によ
り、把持対象物の形状、表面状態に応じた把持を行うロ
ボットハンドである。

特開昭６０−９６９０は、先センザの案内によって、物
体を所定箇所に移動する作業を行うロボットハンドであ
る。

特開昭６０−２９２９３は、停電時にヂャック開放のな
いハンド制御機構である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、宇宙機器等て要求される様に、オペレ
ータか操作して作業を実施する場合に、把持装置自体が
ある程度自律的に判断、動作して、オペレータの支援及
び負担軽減を行うという点について配慮がされておらず
、把持装置として使用した場合に使いつらいという問題
かあった。

具体的に述べると、上記従来技術は、把持装置（グリッ
パ）が把持する為に必要なザーボ制御の機能を有し、把
持力を検知する力センサの類や把持する物体の位置を検
知する位置センサの類の情報を元にして、把持装置をコ
ントロールする制御装置が判断を行ない、把持装置に対
して指令を与えることによって、把持装置が一定の動作
をするものである。

換言ずれはこれらの技術は、サーボ技術であるとか、把
持力制御であるとか、物体の位置検出など機械の自動化
の為の１つ１つの要素技術をとりあげたものであり、把
持装置システムとして、上記の問題点を解決するもので
はない本発明の目的は、把持及び開放に係わる複数の機能を、
１つの把持装置の中で満足し、オペレータの作業を支援
することができる把持の自律的な機能を実現する把持装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、把持装置内にＣＰＵと信号処理装置を有し
、さらに、同じく把持装置内に、近接覚センサ、圧覚セ
ンサ、すべり覚センサ、存在センサ、ＴＶカメラ、把持
力センサ、把持位置／速度センサ、加速度センサ、モー
タ位置／速度センサ、対象物検知センサ（光学的又は磁
気的）を設置することによって達成される。

〔作用〕

把持装置のコネクタからは、電源の供給を受ける。この
電源の供給によって、同じ把持装置内にあるＣＰＵ、信
号処理装置、各種のセンサが機能する。

ＣＰＵ内には、各種センサからの情報と、上位の制御装
置から指定されるマクロな命令とによって、把持装置が
どの様な動作を行うべきかを処理するプログラムが入っ
ており、逐次処理を進めてゆく。このプログラムの内容
によって、把持装置自体が周囲の状況に応じた自律的な
判断を行い、オペレータの負担を軽減する様な動作を行
う。

又、信号処理装置は、ＣＰＵからの入出力信号と各セン
サからの入出力信号からなる並列信号を直列信号に変換
し、コネクタを介し、数少ない信号点数で信号の授受を
行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図において、把持装置はクリッパ本体１６を有し、
クリッパ本体１６には、他より電源の供給を受け、又入
出力信号の授受を行うコネクタ１と、このコネクタから
の電源供給を受けて動作するＣＰＵ２、信号処理装置３
、加速度センサ４、把持位置／速度センサ５、把持力セ
ンサ６、モータ位置／速度センサ７、モータ８か設置さ
れている。

ＣＰＵ２は、各種センサから得られる情報と、上位の制
御装置から指定されるマクロな命令とによって、把持装
置かどの様な動作を行うべきかを処理するものである。

処理する手順と考え方はあらかしめグログラムとして記
憶されている。

信号処理装置３は、上位の制御装置との間で授受する入
出力信号を、直列信号から並列信号に変換し、把持装置
から上位の制御装置間のケーブル本数を極力減少させる
ことを可能とする。

加速度センサ４は把持装置にかかる加速度を検知するも
のである。把持位置／速度センサ５は、物体を把持する
把持部１５の開き位置と動いているときの開き速度を検
出するものである。把持力センサ６は、把持部で物体を
把持している場合などに、把持部１５にかかる力を検出
するものである。モータ位置／速度センサ７は、把持部
１５を駆動するモータ８の回転位置及び回転速度を検出
するものである。

又、クリッパ本体１６につながる把持部１５には、圧覚
センサ１０、ずべり覚センサ１１、存在センサ１２、近
接覚センサ１３を有する。

圧覚センサ１０は把持部１６にかかる接触圧力を検出す
るものである。すべり覚センサ１１は、把持部１５で物
体を把持している場合に物体がずべっているかどうがを
定量的に検出するものである。存在センサ１２は、把持
部１５に把持している物体が存在していることを検出す
るセンサである。近′接覚センサ１３は、把持する物体
と把持部１５との距離を検出するものである。

又、クリッパ本体１６から突き出して取付けられるもの
として、′「■カメラ９と把持対象物検知センサ１４が
ある。ＴＶカメラ９は周囲の情況や把持する物体の形状
情報を得るものである。把持対象物検知センサ１４は、
近接覚センサ１３より大きな範囲で、把持する物体と把
持装置との位置関係を検出するものである。

第２図にＣＰＵ２と信号処理装置３を搭載した状態を示
す。第３図に各種センサを搭載した状態を示す。第４図
は、ＣＰＵと信号処理装置とを搭載していない従来形の
把持装置を示すものであるか、第２図と比較のから分か
るように、コネクタが大きく又信号点数も多い。しなが
って、把持装置をアームなどに取付ける場合には配線方
法からくる制約が大きいという問題があった。この問題
〜　　１２　− は本発明によって解決される。

第５図は、ＣＰＵ２内に有する１つのプログラムによっ
て実行される、ソフトタッチ機能のフロー図である。近
接覚センザ１３によって、把持部１５と、把持する物体
との距離がある一定の範囲内にあることを検出し、緩や
かに物体を把持できる様に、把持力を調整するものであ
る。

第６図は、（１）Ｕ２内に有する１つのプログラムによ
って実行される、すべり把持機能のフロー図である。圧
覚センサ１０によって、把持部１５が把持する物体に接
触したことを確認した後で、ずべり覚センサ１１によっ
てすべり状態を検出し、適当な設定把持力で把持を行う
ものである。

第７図は、ＣＰＵ２内に有する１つのプログラムによっ
て実行される、摩擦係数補償機能のフロー図である。把
持する物体の摩擦係数を、」二値の制御装置より収り込
み、さらに物体を移動する時の加速度を検出し、すべら
せずに把持、移動させることのできる適当な設定把持力
で把持を行うものである。

第８図は、ＣＰＵ２内に有する１つのプログラムによっ
て実行される、柔軟物把持機能のフロー図である。把持
部１５が把持する物体に接触したことを確認した後で、
把持位置／速度センサ５により物体の変形量を検出しな
がら、物体を一定量変形させながら把持するものである
。

第９図は、ＣＰＵ２内に有する１つのプログラムによっ
て実行される、マスタ・スレーブ機能のフロー図である
。把持部の開き位置と把持力とを制御するもので、マス
タ側から位置の指令を得て、スレーブ側である把持装置
で発生した力をマスタ側に帰還する処理を行うものであ
る。

第１０図は、ＣＰＵ２内に有する１つのプログラムによ
って実行される定把持力機能のフロー図である。上位か
ら与えられた把持力に対して、把持力センサで把持力を
検出しながら、所定の把持力を実現しようとするもので
ある。

第１１図は、ＣＰＵ２内に存する１つのプログラムによ
って実行される、目的位置開放機能のフロー図である。

開放したい位置と、遠投時などに＝　１４− 必要となる加速度の情報を得て、最適な位置及び加速度
に達してから開放を行うものである。

第１２図は、ＣＰＵ２内に有する１つのプログラムによ
って実行される、静止開放機能のフロー図である。把持
装置本体１６が移動している時に開放しない為の機能で
、静止状態すなわち加速度−〇の状態で開放を行うもの
である。

第１３図は、ＣＰ　Ｕ　’２内に有する１つのプログラ
ムによって実行される、形状認識機能のフロー図である
。ＴＶ右カメラにより把持の対象となる物体の形状を読
取り、把持部の形状・寸法などから、最適な把持部を見
い出し、把持できる位置に移動する為の情報を」１位の
制御装置に対して行うものである。

第１４図は、ＣＰＵ２内に有する１つのプログラムによ
って実行される、対象物追尾機能の７１７−図である。

対象物検知センサにより、把持位置と把持の対象とする
物体との距離及び相対位置を検出し、把持できる位置に
移動する為の情報を上位の制御装置に対して行うもので
ある。

−１５〜〔発明の効果〕本発明によれは、把持装置を操作するオペレータが、始
終、作業を行う為に把持装置を操作していなくとも、周
囲の情況に応じて適切な判断、処理を行うことができ、
オペレータにかかる負担を大幅に軽減することがてきる
と共に、作業の速度及び信頼性が向上する。

又、把持装置から上位の制御装置までの配線量が減少す
ることから、一般にアームなどの可動部分に取付けられ
ることが多い把持装置にとって、実装上配線の巻き込み
等の問題が解決され、機器の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による把持装置を示すブロッ
ク図である。第２図は把持装置のＣＰＵ、信号処理装置
、コネクタを示す斜視図である。第３図は把持装置の各
センサを示す斜視図である。第４図は従来形の把持装置のコネクタを示す斜視図であ
る。第５図〜１４図は把持装置の各種機能を示すフロー
図である。符号の説明１・・・コネクタ　　　　　２・・・ＣＰＵ３・・・信
号処理装置　　　４・・・加速度センサ５・・・把持装
置／速度センサ６・・・把持力センサ７・・・モータ位置／速度センサ８・・・モータ　　　　　　９・・・ＴＶ右カメラ０・
・・圧覚センサ　　　１１・・・すべり覚センザ１２・
・・存在センサ　　　１３・・・近接覚センサ１４・・
・対象物検知センサ１５・・・把持部　　　　　１６・・・把持装置本体出
願人　　株式会社　日立製作所代理人　　弁理士　春　日　　譲第５図第６図第１０図第１１図第１２図第１３図対象物追尾機能　；第１４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）把持装置本体及び把持部に取付けられた複数個の
センサと、把持装置本体に搭載され、当該センサーの出
力に基づき、駆動部を制御するＣＰＵ及び信号処理装置
とを有することを特徴とする把持装置。
（２）前記ＣＰＵは、前記複数個のセンサから得られる
情報を元に、与えられた情況の下で、他から直接動作を
指示する信号を与えられることなく、ＣＰＵ内で所定の
プログラムに基づいた処理を実施し、把持又は開放を行
なわせることを特徴とする請求項１記載の把持装置。
（３）前記信号処理装置は、複数個の並列信号を直列信
号に変換し、これにより複数個のセンサの全部の信号点
数分以下の、極めて少ない信号点数で信号の受授が可能
であることを特徴とする請求項１記載の把持装置。
（４）前記ＣＰＵは、ＣＰＵ内に有する１つのプログラ
ムの機能によって、把持の対象とする物体に対し、接触
後緩やかに把持を行うよう把持部を制御することを特徴
とする請求項２記載の把持装置。
（５）前記ＣＰＵは、ＣＰＵ内に有する１つのプログラ
ムの機能によって、把持の対象とする物体と把持部とで
、相対的なすべりを発生させながら、把持を行うよう把
持部を制御することを特徴とする請求項２記載の把持装
置。
（６）前記ＣＰＵは、ＣＰＵ内に有する１つのプログラ
ムの機能によって、把持の対象とする物体の摩擦係数及
び物体を移動する際の加速度に応じて、把持力を調整す
るよう把持部を制御することを特徴とする請求項２記載
の把持装置。
（７）前記ＣＰＵは、ＣＰＵ内に有する１つのプログラ
ムの機能によって、把持の対象とする物体が柔軟な物体
である場合に、把持の確実性を高める為に、特体をある
程度変形させて把持するよう把持部を制御することを特
徴とする請求項２記載の把持装置。
（８）前記ＣＰＵは、ＣＰＵ内に有する１つのプログラ
ムの機能によって、マスタ側の指令と、前記複数個のセ
ンサから得られる情報とによって、マスタ・スレーブシ
ステムを構成することを特徴とする請求項２記載の把持
装置。
（９）前記ＣＰＵは、ＣＰＵ内に有する１つのプログラ
ムの機能によって、一定把持力での把持が可能なよう把
持部を制御することを特徴とする請求項２記載の把持装
置。
（１０）前記ＣＰＵは、ＣＰＵ内に有する１つのプログ
ラムの機能によって、ある一定の位置情報を得て、目標
とする位置において、把持している物体を開放するよう
把持部を制御することを特徴とする把持装置。
（１１）前記ＣＰＵは、ＣＰＵ内に有する１つのプログ
ラムの機能によって、物体を把持している把持部が、静
止していることを確認して物体を開放するよう把持部を
制御することを特徴とする請求項２記載の把持装置。
（１２）前記ＣＰＵは、ＣＰＵ内に有する１つのプログ
ラムの機能によって、把持の対象とする物体の形状情報
を得ることによつて、最適な把持部分を見出だして、上
位の制御装置に最適な把持位置を指令し、把持するよう
把持部を制御することを特徴とする請求項２記載の把持
装置。
（１３）前記ＣＰＵは、ＣＰＵ内に有する１つのプログ
ラムの機能によって、把持の対象とする物体と把持装置
との距離を把握し、物体が移動している場合でも、上位
の制御装置に対して把持可能な位置に移動する為の指令
を行い、把持するよう把持部を制御することを特徴とす
る請求項２記載の把持装置。