JPH04310388A - 物体把持装置および物体把持装置の制御方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ロボットハンドによ
る物体把持装置およびその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、図５は従来のロボットハンド１
による物体把持装置において、力制御により物体把持を
行う場合の制御ブロック図である。制御に絡む構成要素
は以下の通りである。この物体把持装置は、あらかじめ
設定された反力目標値と、センサ信号処理部３から取り
込まれた、実際にロボットハンド１が受けている反力か
ら、ロボットハンド１を動かすための指令値を計算する
制御計算機４、指令をロボットハンド１を駆動できるだ
けの電力に変換するための駆動部５、物体を把持するた
めのロボットハンド１、ロボットハンド１が物体把持を
行う際に受ける反力を検知する力センサ９、力センサ９
からの信号を制御計算機４に取り込める信号に変換する
センサ信号処理部３により構成される。

【０００３】上記のような従来のロボットハンド１によ
る物体把持装置は以下のように動作する。すなわち、制
御計算機４は、ロボットハンド１が把持対象物から受け
る反力が、あらかじめ設定された制御目標値になるよう
な指令値を計算し、駆動部５へ伝達する。この指令値は
、駆動部５を経て電力増幅され、これに従いロボットハ
ンド１が駆動される。ロボットハンド１が把持対象物か
ら受ける反力は、力センサ９により検知され、センサ信
号処理部３を通じて、制御計算機４へ送られる。以上の
ようなフィードバック制御ループにより、最終的にロボ
ットハンド１の受ける反力が制御目標値に整定し、物体
把持を達成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のロボットハンド
１による物体把持装置では、上記のように把持対象物の
硬さが既知であることを前提として構成されている。従
って未知の硬さの物体を把持する場合、必ずしも把持対
象物の硬さに適応した制御方式をとることはできず、ま
た把持対象物の把持状態に関する情報（把持対象物変形
量、把持対象物から受ける反力、把持対象物体との接触
状態など）が制御目標値を修正する方向に対してフィー
ドバックされないため、把持対象物の硬さに応じて自律
的に把持方法もしくは把持制御目標値を適応させて把持
することが困難であるという問題点があった。

【０００５】この発明の目的は、把持対象物の硬さが未
知の場合でも、これに応じて、把持制御方法もしくは制
御目標値を自律的に変化させることにより、把持対象物
を破壊することなく把持し、更に、把持対象物を完全に
把持することができないと判断した場合は、制御目標値
を変更し、繰り返し把持を試みることで最終的に完全に
対象物を把持することができる把持装置、及び把持装置
の制御方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明では、ロボット
ハンドに、対象物との接触を検知するための接触センサ
、対象物との接触時及び把持過程時での対象物の把持間
隔を与える位置センサ、把持対象物から受ける反力を計
測する力センサを３つ搭載し、制御計算機により、これ
らのセンサ信号から、ハンド駆動出力信号を生成し、さ
らに物体把持が達成されたかどうかを各センサの出力で
判断し、確実な把持を達成できるように装置を構成する
。

【０００７】この発明は硬さが未知の把持対象物を把持
するために、把持対象物との接触を接触センサの反応に
より判定し、同時に、把持対象物の把持方向の長さを位
置センサにより計測し、その値を制御初期値として制御
計算機に記憶する。制御計算機は、把持対象物との接触
後の把持過程において、把持対象物変形量、すなわち、
計測された把持対象物の把持方向の長さに関する変形目
標率と、把持対象物からロボットハンドの対象物把持部
構体の受ける反力目標値という２つの制御目標を持ち、
位置センサの信号と力センサの信号を両方モニタしなが
ら、そのうちの一方が達成されるまで制御を行う。この
ように位置制御と力制御を同時に行い、最終的に把持対
象物に適応した制御方法で把持を行う。

【０００８】この発明は把持対象物の変形目標率ないし
対象物把持部構体の受ける反力目標値のどちらか一方が
制御目標値に整定した時点で把持できたと判断し、ロボ
ットハンドを鉛直上方へわずかに移動し、その時の接触
センサの出力により把持対象物を完全に把持したかどう
かを判断し、把持対象物のずれ及び把持失敗（把持対象
物落下）を検知した場合は、ロボットアームによりロボ
ットハンドが再度把持対象物を把持できる位置へ移動し
た後、制御目標値を修正し、再び、物体把持の過程を行
うようなリトライ機能をもたせる。

【０００９】さらにこの発明はロボットハンド１におい
て、コンパクト、かつ、物体把持に対する適応性の高い
ロボットハンド１を構成するために、対象物把持部構体
へ３種のセンサ（接触センサ６、位置センサ、力センサ
９）を把持対象物の中心を接触センサ６及び力センサ９
の両方が捕らえることができ、かつ対象物の把持を位置
センサ８が妨げることのないように搭載したものである
。

【００１０】

【作用】この発明では、ロボットハンド１は、把持対象
物の硬さに応じて、位置制御系ないし、力制御系のどち
らかにより制御され、物体把持を行う。さらに接触セン
サ６の信号から物体把持が不完全であると判断した場合
は、制御計算機４により制御目標値を再設定して、再度
位置制御系ないし、力制御系のどちらかを実行して、最
終的に確実な物体把持を達成する。

【００１１】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明の装置全体の構成図である。 １〜１０は図の説明に示した通りである。対象物の把持
は、駆動部５、制御計算機４、センサ信号処理部３に電
源を投入し、制御計算機４へ物体把持を開始するための
指令を入力した後、開始される。まず、ロボットアーム
２が把持対象物体を把持できる位置まで移動し、対象物
を把持するまで図３の動作シークエンスに従って自動的
に制御がなされる。なお、この装置では、ロボットアー
ム２には、把持対象物体の位置を認識するためのセンサ
を搭載していないため把持対象物の位置は、あらかじめ
制御計算機４がわかっているものとしている。

【００１２】図２はロボットハンド１に実装した３種の
センサ（接触センサ６、位置センサ８、力センサ９）の
搭載例である。接触センサ６には、超高感度圧力センサ
を使用している。このセンサは、接触センサレバー７を
介して、間接的に把持対象物と接触するようにしている
。これは接触センサ６の耐荷重制約と防水のためである
。接触の検知は、把持対象物と接触センサレバー７との
接触により生ずる荷重変化を捕らえることにより判断す
る。位置センサ８には、トランスデューサを用いている
。対象物把持部構体の間隔に応じてトランスデューサか
らの電圧出力が変化するので、把持間隔を知ることがで
きる。力センサ９には、高感度歪ゲージを使用している
。３つの力センサ９のうち、一つは接触センサレバー７
の後ろにあたる部分に取り付けられ、把持対象物の中心
にかかる力を捕らえるように設置されている。把持対象
物から受ける力により、歪ゲージが変形するため抵抗値
が変化し、これを電圧変化として検知することで反力を
知ることができる。これら３種のセンサからの信号は、
すべてセンサ信号処理部３へ送られて、制御計算機４が
処理できるように変換される。

【００１３】図３は、硬さが未知の把持対象物の把持に
至るまでの動作シーケンスである。まず、ロボットアー
ム２により、ロボットハンド１を把持対象物が把持でき
る位置に移動する。これは、１１の過程に相当する。次
に、制御計算機４から対象物把握指令を出し、対象物把
持を開始する。この間は、ロボットハンド１の物体把持
部構体は一定速度で対象物に接近する。物体把持部構体
が把持対象物と接触（ステップ１２）すると、これを接
触センサ６が検知する。接触センサ６は、対象物把持部
構体１０の両側についており、両方の接触センサ６が把
持対象物との接触を検知したら、その時の位置センサ８
の値を把持対象物体の把持方向の長さとして記憶する。 次に、位置制御ａｎｄ力制御（ステップ１３）にはいる
。このステップ１３より、ロボットハンドは２つの制御
系により制御されることになる。１つは、把持対象物変
形率を目標とする位置制御である。これは把持対象物の
把持方向の長さに対する変形率のことである。もう１つ
は、把持対象物からロボットハンド１の対象把持部構体
１０の受ける反力目標値を制御目標とする力制御である
。制御計算機４は、これら２つの制御のうちどちらか一
方が整定するまで、位置センサ８、力センサ９の値と、
各制御目標値とを常に比較しながらロボットハンド１を
制御する。両制御モードの切り分けの例を簡単に示すと
次の通りである。例えば、把持対象物が豆腐のように、
柔らかい物体の時は、位置制御による変形目標率に制御
され、ベアリングボールのように硬い物体であれば、ほ
とんど変形が発生しないため、力制御による反力目標値
に制御される。

【００１４】位置制御で把持達成１８または、力制御で
把持達成１４と判断した時点で、ロボットアーム２によ
りわずかに鉛直上方へ把持対象物を持ち上げ１５、その
時、接触センサ６の出力により把持対象物のずれ及び把
持失敗（把持対象物落下１６）を検知した場合は、ロボ
ットハンド１を開き２１、ロボットアーム２によりロボ
ットハンド１が再度把持対象物を把持できる位置へ移動
し、再度１１のステップに戻り、制御目標値を修正し、
再び、物体把持を試みる。制御目標値の修正は、位置制
御達成１８により把持できたと判断した場合は、位置制
御の目標値を上げ１９、力制御達成１４により把持でき
たと判断した場合は、力制御の目標値を上げる１７こと
で対応する。なお、各制御における目標値の増分は、あ
らかじめ規定し、制御計算機に記憶させておく。以上の
ように制御目標値を修正しながら、最終的に把持達成２
０されるまでこの制御を繰り返す。

【００１５】図４はこの発明による物体把持の制御ブロ
ック図である。把持対象物の変形目標率を目標とする位
置制御と、反力目標値を目標とする力制御という２つの
フィードバック制御が平行して実行されることを示して
いる。また、センサ信号処理部３からの信号を制御計算
機４へフィードバックすることにより、把持達成が確実
に行われたかどうかを判断し、もし把持失敗した場合は
、目標変形率設定２２ないし、反力目標値設定２３を再
度行い、位置制御及び力制御を再度実行する。

【００１６】実施例２．３種のセンサのうち位置センサ
８にはトランスデューサのかわりに光、ないし、レーザ
などを用いた測距センサ、あるいは、ロボットハンド１
内蔵のモータにエンコーダをつけることでも同様の機能
を実現できる。

【００１７】

【発明の効果】この発明は、把持対象物の硬さが未知で
ある場合、または、把持対象物体が複数あり、その硬さ
に非常にばらつきがある場合効果的である。特に、他天
体（月、火星など）上のような極限環境における物体把
持作業においては、把持対象に関する硬さ情報はほとん
どない状況下で、物体を把持しなければならず、その際
に把持対象物に適応した把持を行うことができると考え
られる。

【００１８】また、逆に、制御情報により、対象物の物
理的情報を得ることができるという効果もある。すなわ
ち、どのような制御過程を経て把持されたかを知ること
により、対象物の硬さに関する判断基準が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１で示す物体把持装置の全体
構成図である。

【図２】この発明の実施例１で示すロボットハンド１に
搭載する３種のセンサの配置図である。

【図３】この発明の実施例１で示す物体把持に至るまで
の動作シーケンスを示す図である。

【図４】この発明の実施例１で示す物体把持装置の制御
ブロック図である。

【図５】従来の力制御による物体把持装置の制御ブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１　　ロボットハンド ２　　ロボットアーム ３　　センサ信号処理部 ４　　制御計算機 ５　　駆動部 ６　　接触センサ ７　　接触センサレバー ８　　位置センサ ９　　力センサ １０　　対象物把持部構体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　把持対象物との接触状態を判定できる
   少なくとも２個の接触センサと、把持対象物の把持間隔
   を計測できる位置センサと、把持の際、把持対象物より
   受ける反力を計測できる少なくとも２つの力センサを備
   えた１組の対象物把持部構体と、前記対象物把持部構体
   を把持方向で直線運動させるための駆動機構及びモータ
   からなるロボットハンドと、前記３種のセンサ（接触セ
   ンサ、位置センサ、力センサ）からの信号を計算機の処
   理できる信号に変換し、これを計算機に送るセンサ信号
   処理部と、前記センサ信号処理部からの対象物把持状態
   に関する信号を受けて、前記ロボットハンドの物体把持
   に関する運動を制御するための信号を生成する制御計算
   機と、前記制御計算機からの制御信号を前記ロボットハ
   ンドを駆動できるだけの電力に変換して、前記ロボット
   ハンドの駆動機構及びモータへ送り、更に前記３種のセ
   ンサ（接触センサ、位置センサ、力センサ）へ電力を供
   給するための駆動部と、前記ロボットハンドと接続し、
   これを移動させるためのロボットアームと、前記ロボッ
   トアームの運動を制御するための信号を生成する前記制
   御計算機と、前記制御計算機からの信号を前記ロボット
   アームを駆動できるだけの電力に変換し、これを前記ロ
   ボットアームへ送る前記駆動部とを具備した物体把持装
   置。
2. 【請求項２】　　請求項第１項記載の物体把持装置にお
   いて、ロボットアームにより、ロボットハンドが把持対
   象物を把持することのできる位置まで移動させ、ロボッ
   トハンドを把持対象物に接触するまで動かすためのステ
   ップ、把持対象物との接触を接触センサの反応により判
   定し、同時に、把持対象物の把持方向の長さを位置セン
   サにより計測し、その値を制御初期値として制御計算機
   に記憶させるステップ、把持対象物との接触後の把持過
   程において、把持対象物変形量、すなわち、計測された
   把持対象物の把持方向の長さに関する変形目標率と、把
   持対象物からロボットハンドの対象物把持部構体の受け
   る反力目標値という２つの制御目標を持ち、位置センサ
   の信号と力センサの信号を両方モニタしながら、そのう
   ちの一方が達成されるまで制御を行うステップを有し、
   位置制御系と力制御系を把持対象物体によって自律的に
   選択することを特徴とする物体把持装置の制御方法。
3. 【請求項３】　　請求項第１項記載の物体把持装置にお
   いて、把持対象物の変形目標率ないし対象物把持部構体
   の受ける反力目標値のどちらか一方が制御目標値に整定
   した時点で把持できたと判断するステップ、ロボットハ
   ンドを、鉛直上方へわずかに移動し、その時の接触セン
   サの出力により把持対象物を完全に把持したかどうかを
   判断するステップ、把持対象物のずれ及び把持失敗（把
   持対象物落下）を検知した場合は、ロボットアームによ
   りロボットハンドが再度把持対象物を把持できる位置へ
   移動した後、制御目標値を修正し、再び物体把持を行う
   ステップを有することを特徴とする物体把持装置の制御
   方法。
4. 【請求項４】　　ロボットハンドにおいて、対象物把持
   部構体へ接触センサ、位置センサ、力センサを、対象物
   の中心を接触センサ及び力センサの両方が捕らえること
   ができ、かつ対象物の把持を位置センサが妨げることの
   ないように搭載してロボットハンドを構成したことを特
   徴とする請求項第１項記載の物体把持装置。