JPH04189484A - ロボットハンドの把持制御方法 - Google Patents

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、ロボットハンドの把持制御方法に係わり、さ
らに詳しくは把持対象物を比較的小さい把持力で把持し
た場合にも把持対象物が滑り落ちることを防止すること
ができる把持制御方法に関する。

［従来の技術］ ロボットに−・定の動作をおこなわしめる場合、予め動
作順序および動作内容を教示し制御装置内の記憶装置に
記憶させ、その記憶内容を順次読み出す方法を採用する
ことが一般的である。

しかしながらロボットが行う仕事の対象物の存在位置は
必ずしも教示段階と同一ではなく、幾分かの偏差を有す
る場合が多い。

このように予め教示された位置から把持の対象物がずれ
ていても確実な把持を可能とするための方法として、本
出願人は各指毎に順次大となる複数の把持力を設定し１
つの把持力に到達する毎に次の段階の把持力を発生させ
る把持制御方法を提案した（特願平２−１７９４３０）
。

即ち第６図は先に提案したロボットハンドの把持制御方
法の原理図であり、指の初期位置をＰｏ、ロボットハン
ドに動作を教示したときの把持位置をＰ３とすると、把
持対象物を把持するための動作を開始する前にＰ。、Ｐ
３に基づいて仮想把持位置Ｐ４を算出する。

例えばＰ。とＰ３を結ぶ直線上で指が最も閉じた位置を
Ｐ４とすることができる。

またロボットハンドと把持対象物との相対位置の偏移が
大であり指を最も閉じた位置まで移動させても把持対象
物に接触しない場合は、Ｐｏを頂点としＰ。とＰ３を結
ぶ直線を軸とする円錐の底面の他の点を新たな仮想把持
位置Ｐ４として、再度指をＰｏから仮想把持位置Ｐ４に
向かって動かすようにすることも可能である。

なお第６図においてＰ、およびＰ２はそれぞれ指の現在
位置、指が把持対象物と接触する位置を示す。

指を動作させなから把持力検出器の出力を監視し、検出
把持力が第１の把持力目標値と等しくなったときに把持
対象物に接触したと判断する。全指が第１の把持力に到
達した後把持力目標値を第２の把持力目標値に変更し、
把持対象物を確実に把持するものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記提案方法においては、把持対象物の位
置が予め教示された位置からずれた場合であっても把持
対象物を把持することが可能となるものの、ロボットハ
ンドの指と把持対象物の重心との相対位置が教示時と相
違するために、把持力が小さい場合は把持対象物が滑り
易いという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑み、比較的小さな把持力であっ
ても把持対象物が滑り落ちることを防止できる把持制御
方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、ロボットハンドの指先に把持対象物の滑りを
検出するセンサを設置し把持対象物の把持中に、多指多
関節型ロボットハンドの指先で把持対象物の滑りが検知
された場合は当該指の把持力を所定量増加することによ
り、把持対象物を最小限の把持力で確実に把持できるよ
うにしたものである。

［作　用コ このようなロボットハンドの把持制御方法によれば、初
期把持力を比較的小さな値に設定しても把持対象物を把
持している間に、指先に設置したセンサにより把持対象
物の滑りを検出した場合には、把持力を所定量増加する
ことによって滑りを防止することができ、適切な把持力
で把持することが可能となる。

［実施例］ 第１図はロボットのアームＡの先端に取り付けられたロ
ボットハンドの１例を示す構造図である。

このロボットハンドはそれぞれ３つの関節２１１．２１
２．２１３を有する３本の指２１．２２．２３からなり
、第１指２１と第２指２２は相互の中心軸が平行となり
、第３指２３を挟み込むように配置され、第３指は中心
軸が第１指および第２指の中心軸と２０〜６０度をなし
指先が第１指および第２指の指先と対向するように配置
される。

また名指の指先には、分布型接触センサ２２０が取り付
けられ、この分布型接触センサの出力は把持力制御装置
１６に入力される。

第２図は上記のロボットハンドの名指２１．２２．２３
の各関節２１１．２１２．２１３の制御装置の構成図、
第３図は第１図に示すロボットハンド全体の制御装置の
構成図である。

即ち第１図に示すロボットハンドはそれぞれ３つの関節
を有する３本の指で構成されているが、各関節の制御装
置はモジエール化されており、第２図に示す関節制御装
置３つで１本の指に対応する制御装置が構成され、この
指制御装置３つとロボットハンド制御装置でロボットハ
ンド全体の制御装置が構成される。

各関節の制御装置は第２図に示すように、電動機７０の
駆動力は電動機７０の軸上に減速機７１を介して取り付
けられた駆動プーリ７２から駆動力伝達手段であるワイ
ヤーロープ７３により、関節のリンク機構７５に固定さ
れたジヨイントプーリ７４に伝達される。

ジヨイントブー１Ｊ７４が受ける把持力は、駆動プーリ
７２とジヨイントプーリ７４のほぼ中間に設置されたア
イドルプーリ７６を固定する梁状鋼片７７に設置された
例えばストレインゲージのような把持力検出器（図示せ
ず）によって検出され、関節のリンク機構７５の回転角
度はジヨイントプーリ７４に取り付けられた角度センサ
７８で検出される。

この角度センサ７８の出力は角度目標値８３と比較され
、両者の偏差に仮想バネ定数ｋが乗算器８４において乗
算され仮想把持力指令９２となる。

即ち関節の角度と把持力を同時に制御するために、角度
制御と把持力制御の比率を制御する仮想バネ定数が設け
られている。

仮想把持力指令９２は把持力目標値８５と加算されて把
持力指令８６になり、梁状鋼片７７に取り付けられた把
持力検出器出力との偏差から修正把持力指令８７が演算
され、補償器８８に入力される。

補償器８８では、修正把持力指令８７と推定電動機回転
速度９１に基づき電流指令値８０を出力する。この電流
指令値８０に基づき可変定電流源７９の出力電流が制御
され、電動機の駆動力が制御される。

補償器８８は電動機電圧８９と電流指令値８０から下記
に基づき推定電動機回転数を演算する。

電動機の回転子インダクタンスが無視できるとき、次式
がなりたつ。

Ｎｍ＝　（Ｖｇ−１ｍ−Ｒｍ）／Ｋｖ　　　　（１）た
だし　Ｎｍ：推定電動機回転数 ■ｇ：実測電動機端子電圧 １ｍ＝可変電流源出力電流 Ｒｍ：電動機のロータ抵抗 ＫＶ：電動機の逆起電力定数 ここで可変電流源出力電流１ｍは、可変電流源７９が定
電流特性を有するため、電動機の負荷が変動しても電流
指令値８０　（Ｉｍｔ）に比例した一定電流値に維持さ
れ、さらに電動機のロータ抵抗Ｒｍ、電動機の逆起電力
定数Ｋｖは既知であるため次式から推定電動機回転数を
演算することが可能となる。

Ｎｍ＝　（Ｖｇ−ｒｘ　・　Ｉｍｔ−Ｒｍ）／Ｋ　（２
）ただし　α：可変定電流源の比例定数 この補償器８８の使用により、従来使用していたタコメ
ータのような回転数センサを使用することなく、関節制
御系にダンピングをあたえ、安定な制御系を構成するこ
とが可能となる。

さらに名指の指先には把持対象物の移動中に把持物体と
指先の相対的変位を検出するために分布型接触センサ２
２０が設置され、この分布型接触センサ２２０の出力は
把持制御装置１６に入力される。

第４図は本発明に適用可能な分布型接触センサの例を原
理図であって、（ａ）は感圧型センサ、（ｂ）は光学式
センサである。

即ち（ａ）の感圧型センサにおいては、感圧型ゴムシー
トの両面に櫛形の電極を相互に直行するように配置し、
各電極に順次電圧を印加し、２つの電極の交点の変位を
抵抗の変化として検出する。

この交点の抵抗値を例えばマイクロコンピュータで構成
された把持制御装置１６で処理して２次元のパターンと
して表し、このパターンの変化から把持対象物の滑りを
検出することが可能となる。

また（ｂ）の光学式センサにおいては、透明なアクリル
板の側面から光を照射すると、アクリル板の表面で光は
全反射して、その内部を進行する。

アクリル板の表面に白色シートを置き、シー１−に物体
が押し付けられると、その場所で光は下方に散乱する。

この散乱強度は物体とシートの接触面積番こ比例するた
め、例えば本図に示す如く接触面に凹凸をつけて物体と
シートが接触したときに面積が変化するようにしておけ
ば、フォトトランジスタで光量の変化を検出することに
より、接触状態を検出することができる。

分布型接触センサとしてはそのほかに磁気抵抗素子、ピ
エゾ素子あるいは圧電フィルムを使用したものが開発さ
れており、いずれも本発明に適用することが可能である
（例えば「省力と自動化」１９８９年１０月号７１−７
３頁参照）。

把持制御装置１６は上記の分布型接触センサ出＜１０） 力が入力されるほか、ロボットハンド制御装置５から出
力される各関節の回転角度指令、把持対象物に接触した
ことを検知するための第１の把持力目標値あるいは把持
対象物を確実に把持するための第２の把持力目標値およ
び梁状鋼片７７に取り付けられた把持力検出器の出力が
入力され、各関節制御系に対して角度目標値８３および
把持力目標（ｉ８５を出力する。

把持対象物を把持した後、その状態で把持対象物を移動
中に３本の指の指先に設置した分布型接触センサが把持
対象物の滑りを検出した場合には、名指の把持力を予め
設定した所定量増加し把持対象物が滑り落ちることを防
止する。

第５図は把持位置制御手段１６で実行される本発明に係
る把持制御方法のフローチャートである。

ステップ５０１でロボットハンドの初期位置Ｐ。

と予め教示された把持位置Ｐ３に基づき仮想把持位置Ｐ
４の座標を算出する。なおＰ４の座標は予め教示された
把持位置Ｐ、よりもロボットハンドの指を閉じた方向に
定められ、把持対象物が予め教示された把持位置Ｐ３よ
り指を開いた方向あるいは閉じた方向のいずれの側に偏
移した場合にも把持可能なように定められる。

ステップ５０２で関節制御系の回転角度目標値８３とし
て初期位置Ｐ０から仮想把持位置Ｐ４までの移動に対応
した回転角度が設定され、把持力目標値８５として予め
定められた第１の把持力目標値が与えられロボットハン
ドの指が閉方向に動作する。

ステップ５０３で梁状鋼片７７に設置された把持力検出
器の出力を読み取り、ステップ５０４で把持力検出器の
検出した現把持力が予め設定された第１の把持力目標値
より大であるか否かが判定される。

ステップ５０４で否定判定された場合は、把持対象物に
ロボットハンドが接触していないものと判断してステッ
プ５０２にもどり指の閉方向動作を続ける。

ステップ５０４で肯定判定された場合はステップ５０５
で指の閉方向動作を停止し、ステップ５０６で把持対象
物を確実に把持するために予め定められた第２の把持力
目標値が把持力目標（ｆｉ８５に設定され、所定の把持
力を発生させる。

そしてステップ５０８において分布型接触センサ２２０
で把持対象物と各指先の接触位置を検出し初期接触位置
として記憶する。

この状態でステップ５０９において把持対象物の移動を
開始する。

ステップ５１０で移動完了であるか否かを判定し、肯定
判定された場合は制御を終了する。

ステップ５１０で否定判定された場合はステップ５１１
で分布型接触センサ２２０で把持対象物の接触位置を検
出する。

ステップ５１２で初期接触位置とステップ５１１で検出
された接触位置に変化があるか否か、即ち把持対象物に
滑りが発生したか否かを判定する。

ステップ５１２で否定判定された場合はステップ５１０
に戻り、移動を続行する。

一方ステップ５１２で肯定判定された場合はステップ５
１３で把持力を増加し、ステップ５１０に戻る。

なお上記第１の把持力目標値と第２の把持力目標値は以
下のように定めることができる。

即ちロボットハンドに動作を教示する段階で把持対象物
を確実に把持するために必要とした把持力を第２の把持
力目標値とし、この値に接触したことを確実に検出でき
、かつ接触したときに把持対象物を損傷しないように１
以下の一定の割合を乗算して第１のトルク目標値として
定めることが可能であり、ロボットハンドが作動中にこ
の割合を修正することも可能である。

さらに把持対象物移動中に滑りが検出された場合は第２
の把持力目標値に１以上の一定割合を乗算することによ
り把持力を増加することができる。

なお本実施例においては把持力目標値を２段階に設定す
ることとしているが、３段階以上の目標値を順次切り替
えるようにすることも可能である。

また把持力目標値は、把持対象物の重心との関連で各指
各関節毎に異なる目標値を設定することもできる。

さらに本実施例においては各指名関節の把持力をプーリ
がうける反力により検出することとしているが、把持部
材の応力、指先に設置した圧力センサあるいは駆動モー
タに流れる電流から把持力を検出することも可能である
。

［発明の効果］ 本発明によれば、把持対象物を把持して移動中滑りが発
生したときには把持対象物が滑り落ちることを防止する
のに必要なだけ把持力を増加することにより把持対象物
が滑り落ちることを防止できる。

さらに過剰に把持力が増大することが抑制され把持対象
物を損傷することも防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はロボットハンドの１例を示す構造図、第２図は
関節制御装置の構成図、 第３図はロボットハンド全体の制御装置構成図、第４図
は分布型接触センサの原理図、 第５図は本発明に係る把持制御を実行するためのフロー
チャー１・、 第６図は従来の把持制御の原理図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１つの関節を有する指を複数本有し、各
   指の把持力が予め教示された複数段階の１つの把持力に
   到達する毎に、順次次の段階の把持力を発生させる多指
   多関節型ロボットハンドの把持制御方法であって、 把持対象物を把持中に、該多指多関節型ロボットハンド
   の指先で該把持対象物の滑りが検知された場合は、各指
   の把持力を所定量増加することを特徴とする多指多関節
   型ロボットハンドの把持制御方法。