JPH05297918A

JPH05297918A - ロボット装置

Info

Publication number: JPH05297918A
Application number: JP10659592A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Shiraishi; 満白石; Yasuyuki Nakada; 康之中田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-04-24
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1993-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】連動する複数の指により被作業物を把持する
ロボット装置に関し、被作業物に外力が作用してもこれ
を安定に把持する。【構成】アクチュエータ１３により指１４,1５を連動
して駆動し被作業物３４を把持する。指１４,1５に外部
より作用する力は第１の検出手段１６,1７で検出され
る。アーム１１は駆動信号ｈｄに応じ第１の制御部２２
に制御されてハンド１２を駆動する。比較部２０は指１
４,1５の第１の検出手段１６,1７よりの第１の検出信号
ｈ₁,ｈ₂を比較して第１の検出信号ｈ₁,ｈ₂のうちの最
小値検出信号ｈmin を選択出力する。第２の制御部２１
は最小値検出信号ｈmin が外部より指令される値ｈo と
なるようアクチュエータ１３を駆動制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロボット装置に係り、特
に、連動する複数の指により被作業物を把持するよう構
成されたロボット装置に関する。

【０００２】例えば情報機器の分野においては、近年、
製品の小型軽量化を図るために薄肉構造のプラスチック
製品が多く使用され、より厳しい寸法条件のもとで設計
がなされるようになってきている。このような状況にお
いて、薄肉構造の部品の信頼性の評価を行うためには、
充分な疲労試験が必要となる。例えば蓋等の疲労試験
は、従来、作業者の手作業により行われる場合が多かっ
た。しかし、同一の動作を繰り返し実施する疲労試験は
作業者にとって肉体的、精神的な負担が大きいため、そ
の自動化が強く要求されている。そこで、本発明装置に
よりこれらの疲労試験を自動的に行おうとするものであ
る。

【０００３】

【従来の技術】従来、ロボット装置による部品（被作業
物）の疲労試験は、被作業物に過大な力が加わって損傷
することのないようにその材料、形状に応じて予め設定
される一定の把持力をロボット装置の複数の指に付与し
て被作業物を把持することにより行われていた。しか
し、薄肉化されたプラスチック製品の場合は特に変形し
易く、把持力の設定が困難であった。

【０００４】図６は、ハンドの把持力を制御するための
従来のロボット装置１０をモデル的に示したものであ
る。

【０００５】図６において、ロボットアーム１（以下、
アームと称する）の先端にはハンド２が配設されてい
る。アーム１は、ロボットハンド２（以下、ハンドと称
する）をＸ，Ｙ，Ｚ３方向への直線移動とＺ軸の回りの
回転動作を自在に行えるよう構成された、所謂、直交座
標型ロボットのアームである。

【０００６】ハンド２の下方には、モータ３に駆動さ
れ、図中水平に相反する方向に連動して被作業物８を把
持するよう構成された棒状の指４，５が配設されてい
る。指４には把持力を検出する把持力センサ６が装着さ
れ、把持力センサ６の検出信号ｈはハンド制御部７に出
力される。

【０００７】一方、ハンド制御部７には外部より所望の
把持力指令値ｈ_Oが入力されている。ハンド制御部７
は、検出信号ｈに応じて指４，５による把持力を把持力
指令値ｈ_Oで指令される力とするようモータ３に流す駆
動電流Ｉd を制御する。

【０００８】上記のように構成したロボット装置１０に
より、指４，５による把持力を常に外部より指令した所
望の値に制御して被作業物を把持する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記構成
のロボット装置によれば、疲労試験の作業内容によって
は被作業物を安定に把持できない場合がある。

【００１０】図７は、図６に示したロボット装置１０の
問題点を説明するための図である。図７において、アー
ム１が被作業物８を把持した状態でＸ₁方向に駆動され
ていて、たとえば装置の固定台９に被作業物８が衝突し
た場合を考える。

【００１１】一点鎖線で示す位置で被作業物８が固定台
９に衝突して被作業物８のＸ₁方向への移動が固定台９
により規制されると、指４はハンド２とともにＸ₁方向
に駆動されているため把持力センサ６に被作業物８から
図中左向きの外力ｆが加わる。このとき把持力センサ６
には指令値ｈ_Oで指令した把持力ｆ₀と外力ｆが加わる
ので、ハンド制御装置7 は駆動電流Ｉd を減少させてこ
れらの合力を指令された把持力ｆ₀とするよう制御す
る。

【００１２】この結果、指４，５はハンド２のＸ₁方向
への移動とともに実線で示すように開かれ、指４は被作
業物８に当接するが他方の指５は被作業物８に当接しな
くなる。このように、被作業物８が他の部材に接触して
外力が作用すると、被作業物８の把持位置が不安定にな
ったり、被作業物８を把持できずに落下させてしまい、
試験を安定に遂行できなくなる問題があった。

【００１３】上記の点に鑑み本発明では、把持した被作
業物に外力が作用してもこれを安定に把持することので
きるロボット装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の問題は以下のとお
り構成することにより解決される。

【００１５】すなわち、請求項１の発明では図１の原理
構成図のとおり、外部より作用する力を検出する第１の
検出手段１６，１７を有する複数の指１４，１５と複数
の指１４，１５により被作業物３４を把持するよう複数
の指１４，１５を連動して駆動するアクチュエータ１３
とが配設されたハンド１２と、ハンド１２を少なくとも
複数の指１４，１５の開閉方向と平行方向に駆動可能に
配設されたアーム１１と、外部よりの駆動信号ｈｄに応
じた方向にハンド１２を駆動するようアーム１１を駆動
制御する第１の制御部２２と、複数の指１４，１５夫々
の第１の検出手段１６，１７よりの複数の第１の検出信
号ｈ₁、ｈ₂を比較して複数の第１の検出信号ｈ₁、ｈ
₂のうちの最小値検出信号ｈmin を選択出力する比較部
２０と、比較部２０よりの最小値検出信号ｈmin が外部
より指令される値ｈo となるようアクチュエータ１３を
駆動制御する第２の制御部２１とによりロボット装置３
１を構成した。

【００１６】また請求項２の発明では、複数の指夫々の
第１の検出手段よりの複数の第１の検出信号から所定の
演算によって得た演算値を第１の制御部に出力する演算
部を具備し、複数の指により被作業物を破損させること
なく把持すべく演算値が第１の制御部の外部より指令さ
れた値となるように第１の制御部によりアームを介して
ハンドを移動制御するよう構成した。

【００１７】また請求項３の発明では、ハンドに対して
外部から作用する力を検出する第２の検出手段を具備
し、複数の指により被作業物を破損させることなく把持
すべく第２の検出手段よりの第２の検出信号が第１の制
御部の外部より指令された値となるように第１の制御部
によりアームを介してハンドを移動制御するよう構成し
た。

【００１８】

【作用】上記請求項１の構成によれば、連動する複数の
指１４，１５により被作業物３４を把持したアーム１１
を第１の制御部２２によって駆動信号ｈｄに応じた方向
に駆動して被作業物３４がたとえば装置の固定台等に衝
突した時に複数の指１４，１５に作用する力が第１の検
出手段１６，１７により第１の検出信号ｈ₁、ｈ ₂とし
て検出される。ｈ₁、ｈ₂は比較部２０において大小を
比較され、最も小さい検出信号が最小値検出信号ｈmin
として選択出力される。

【００１９】第２の制御部２１には最小値検出信号ｈmi
n と外部より指令される値ｈo とが入力されてｈmin が
ｈo に追従するよう制御され、複数の指１４，１５に作
用する力のうち最小値が外部より指令される値ｈo とさ
れるよう作用する。

【００２０】また請求項２の構成によれば、演算部にお
いて第１の検出信号から所定の演算によって得られた演
算値が外部より指令された値となるよう第１の制御部に
よりハンドが移動制御されるよう作用する。

【００２１】すなわち、被作業物を把持したハンドを第
１の制御部によって駆動して被作業物が装置の固定台等
に衝突して複数の指に作用する力が不均一となった時
に、複数の指により被作業物を破損させることなく把持
すべく、たとえば複数の第１の検出信号のうち最大値か
ら最小値を減ずるよう設定した演算値が外部より指令さ
れた値零となるようハンドが制御されると複数の指に作
用する力が均一となるよう作用する。

【００２２】また請求項３の構成によれば、第２の検出
手段により第２の検出信号として検出された外部よりハ
ンドに作用する力が外部より指令された値となるよう第
１の制御部によりハンドが移動制御されるよう作用す
る。

【００２３】すなわち、被作業物を把持したハンドを第
１の制御部によって駆動して被作業物が装置の固定台等
に衝突してハンドに外力が作用した時に、複数の指によ
り被作業物を破損させることなく把持すべく、ハンド作
用する外力がたとえば外部より指令された値零となるよ
うハンドが制御されるよう作用する。

【００２４】

【実施例】図２は本発明の一実施例の構成図、図３は本
発明の一実施例におけるハンドの構成を具体的に示す二
面図、図４は本発明の一実施例による作業の一例を示す
図である。各図において、図１と同一構成部分には同一
符号を付し、以下図２乃至図４とともに本発明の一実施
例について説明する。

【００２５】初めに、ハンドの構成について説明する
に、図３において（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図であ
り、両図において本発明に直接関係のない部分は説明の
都合上一部簡略化して示してある。

【００２６】図中、ハウジング４０の右側には、回転位
置検出用のエンコーダを有するモータ１３（アクチュエ
ータ）が配設されている。モータ１３の回転運動は、中
間部４４の左右に同軸上に互いに逆方向に螺刻されたネ
ジ４２、４３に歯車４９、５０を介して伝達される。ネ
ジ４２には指１４の一端に配設されたナット４５が、ネ
ジ４３には指１５の一端に配設されたナット４６が夫々
螺合している。

【００２７】モータ１３が回転してネジ４２、４３が一
方に回転すると指１４がＸ₁方向、指１５がＸ₂方向に
移動する。以下、この状態を指１４，１５が閉じるとい
う。また、ネジ４２、４３が他方に回転すると指１４が
Ｘ₂方向、指１５がＸ₁方向に移動する。以下、この状
態を指１４，１５が開くという。

【００２８】ハウジング４０にネジ止めされたガイド部
材４７，４８の内部にはスライドベアリング（図示せ
ず）が装着され、指１４，１５が開閉する時にCW,CCW方
向に回転しないように、ナット４５，４６はＸ₁−Ｘ₂
方向に直線的に案内される。

【００２９】遮光板７１は指１４とともにＸ₁−Ｘ₂方
向に移動し、指１４がＸ₂方向に移動してナット４５が
左側のストッパ７３に当接する位置の近くになるとフォ
トセンサ７０の光信号を遮断する。これにより指１４の
原点位置を検出するよう構成されている。なおこの時、
指１５に装着されたナット４６は右側のストッパ７４に
当接する位置の近くとされている。

【００３０】指１４と指１５は図示のとおり左右対称の
構成であり，以下、指１５について説明する。指１５
（１４）はその中央の一部に「コ」の字状の切り欠き６
２（５２）を有し、肉厚の薄い部分は平行バネを構成す
るべく板バネ６３（５３）、６４（５４）を形成してい
る。これにより、指１５（１４）にＸ₁−Ｘ₂方向の力
が加わった時に板バネ６３（５３）、６４（５４）が撓
み、指１５（１４）の先端部はネジ４３（４２）に対し
て平行に移動する。

【００３１】板バネ６３（５３）にはひずみゲージ６５
（５５）、６６（５６）が配設されている。指１５（１
４）が被作業物を把持した時に指１５（１４）に作用す
る把持力とひずみゲージ６５（５５）、６６（５６）で
検出する板バネ６３（５３）のひずみ量とは比例するこ
とが知られている。

【００３２】したがって、予めひずみ量と把持力との関
係を求めておけばひずみ量から指１５（１４）に加わる
力を検出することが出来る。このように、板バネ６３
（５３）、６４（５４）とひずみゲージ６５（５５）、
６６（５６）とにより第１の検出手段である把持力セン
サ１６（１７）を構成している。

【００３３】なお、ひずみゲージ６５（５５）、６６
（５６）からの図示しないリード線は中継端子６７（５
７）に中継されてコネクタ７２より出力される。また、
６８（５８）は被作業物を柔軟に把持するためのたとえ
ばゴム製の接触部材である。

【００３４】つづいて図２に戻って装置の構成について
説明するに、同図において、ロボット装置３２には、ア
ーム１１とハンド１２との間に第２の検出手段である６
軸力センサ１８が設けられている。

【００３５】６軸力センサ１８はＸ，Ｙ，Ｚ方向に作用
する力を検出可能なセンサであるが、本実施例ではハン
ド１２に対して指１４、１５の開閉方向と同一方向に作
用する力ｆｈ（以下、この方向の力を水平力とする）を
第２の検出信号ｈ₃として検出して第１の制御部２４に
出力するよう構成されている。

【００３６】第１の制御部２４には前述のとおりアーム
１１を駆動するための駆動信号ｈｄが入力されるととも
に、６軸力センサ１８で検出する水平力ｆｈを外部より
指令する水平力信号Ｆｈが入力されている。そして、水
平力ｆｈが水平力信号Ｆｈで指令される値となるようア
ーム１１が第１の制御部２４により制御される。

【００３７】一方、第２の制御部２１は比較部２０より
の最小値検出信号ｈmin が外部より指令される把持力指
令値ｈo に追従するようにモータ１３に流す駆動電流Ｉ
ｄを可変制御する。

【００３８】以上の構成のロボット装置３１により、薄
肉化されたプラスチック製品等の被作業物３４を指１
４、１５により把持して疲労試験等の繰り返し作業を円
滑に行うことが可能となる。

【００３９】すなわち、図４に示すとおり、テーブル３
６に固着された固定治具３５により被作業物本体３３を
固定して被作業物本体３３に被作業物であるプラスチッ
ク製の蓋３４を繰り返し着脱する疲労試験において、本
実施例を適用することが考えられる。

【００４０】上記の疲労試験においては、蓋３４を一定
の把持力で把持しつつ着脱動作をするよう指１４，１５
の開閉（Ｘ₁−Ｘ₂の移動）及びアーム１１のＺ₁−Ｚ
₂方向の移動が制御される。指１４、１５の把持力は通
常は指令値ｈo に追従するよう制御されている。

【００４１】しかし、誤って他の部材が蓋３４に衝突
し、たとえば図２に示すとおり蓋３４に水平力ｆｈが作
用すると、把持力センサ１６には指令した把持力指令値
ｈo に応じた力ｆo と外部からの水平力ｆｈが加わり、
一方、把持力センサ１７に作用する力は弱まる。そし
て、比較部２０は把持センサ１７よりの弱まった検出信
号ｈ₂を最小値検出信号ｈmin として選択出力する。

【００４２】そして、第２の制御部２１は前記のとおり
最小値検出信号ｈmin が外部より指令される把持力指令
値ｈo に追従するように制御し、指１４、１５をさらに
閉じる方向に駆動電流Ｉｄを可変制御する。したがっ
て、蓋３４はしっかりと把持されて落下することがな
い。

【００４３】ところで一方、６軸力センサ１８は蓋３４
の衝突による外部からの水平力を第２の検出信号ｈ₃と
して検出する。また第１の制御部２４は、前述のとおり
６軸力センサ１８で検出する水平力ｆｈが外部より水平
力信号Ｆｈで指令される値となるようアーム１１を移動
制御する。

【００４４】たとえば、水平力ｆｈが零となるような水
平力信号Ｆｈを与えておくと、６軸力センサ１８の検出
出力が零となり指１４への外力が零となるようアーム１
１が移動制御される。すなわち、アーム１１がＸ₂方向
へ移動制御されて指１４には外部からの水平力が作用し
なくなる。

【００４５】この結果、指１４，１５に作用する力は等
しく指自身による把持力だけとなる。すなわち、蓋３４
への把持力は弱められ、把持力指令値ｈo で指令される
力となる。

【００４６】このように、蓋３４の衝突等により指１４
または１５に外部より水平力が作用すると、蓋３４を一
旦強く把持した後に速やかに材質に応じて予め指令され
た適当な把持力ｆo で把持するよう、モータ１３及びア
ーム１１が制御される。よって、蓋３４を落下させるこ
とがなく、また傷付けることもなく円滑に蓋３４の疲労
試験を行うことができる。

【００４７】図５は本発明の他の実施例の構成図であ
り、本実施例も図４に示した作業を行うことができる。
図５において、図１及び図２と同一構成部分には同一符
号を付した。

【００４８】図５に示すロボット装置３３には演算部２
３が設けられ、水平力を検出する６軸力センサは設けら
れていない。演算部２３は把持力センサ１６，１７より
の検出信号ｈ₁,ｈ₂の差ｈopを演算し、第１の制御部２
４へ出力する。第１の制御部２４は演算値ｈopに応じて
前記の一実施例と同様にアーム１１を制御し、同様の効
果が得られる。

【００４９】前記の６軸力センサはハンド１２の慣性力
や質量の影響を受けることがあるのに対し、本実施例で
はそのようなことがないので、水平力を高速で精度良く
制御することができ、作業を高速化することが可能にな
る。

【００５０】尚、図４の作業例では蓋３４を図中Ｚ₁−
Ｚ₂方向に上下させて着脱したが、作業の動作方向とし
てはＸ方向、Ｙ方向あるいはＺ軸回りの回転動作も可能
となるようアーム１１を制御できる。また、指１４，１
５により被作業物３４を直接把持して作業しなくとも、
作業に応じた治具を把持して上記の動作をさせることに
より種々の製品についての様々な作業をロボット装置に
より反復継続して行うことができる。

【００５１】したがって、たとえば携帯型パーソナル・
コンピュータやワードプロセッサ等の人手により操作さ
れる様々な機構部品の信頼性評価も自動化することが可
能であり、評価作業を人手によらず行えるのでひいては
製品の開発効率を高めることができる。

【００５２】なお、上記の各実施例では一対の指により
被作業物を把持する構成としたが、指の数はこれに限る
ものでなく、３本以上の連動する指に把持力センサを夫
々設けて構成しても良い。

【００５３】さらに、作業を反復継続しているときに、
把持センサの検出信号、６軸力センサの検出信号、演算
部による演算値を記録して定量的なデータを蓄積するよ
う構成すれば、測定データを比較分析して各種部品の信
頼性向上を図ることも可能である。

【００５４】

【発明の効果】上述の如く請求項１の発明によれば、被
作業物を把持した複数の指に作用する力のうち最小のも
のが最小値検出信号として選択出力されて外部より指令
される値に追従するよう制御されるので、被作業物に外
力が作用するとこの最小値は外部より指令される値に追
従し、他の指に作用する力は外力に応じて外部より指令
される値より大となるので被作業物を把持する力が強ま
り被作業物を落下させることなく確実に把持できる。

【００５５】また請求項２又は請求項３の発明によれ
ば、所定の演算によって得られた演算値又は第２の検出
信号が外部より指令された値となるようハンドが移動制
御されるため、これらの値を複数の指により被作業物を
破損させることなく把持すべく設定して被作業物を破損
せず安定的に把持することができる特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】本発明の一実施例の構成図である。

【図３】本発明の一実施例におけるハンドの構成図であ
る。

【図４】本発明の一実施例による作業の一例を示す図で
ある。

【図５】本発明の他の実施例の構成図である。

【図６】ロボット装置の一例の構成図である。

【図７】図６のロボット装置の問題点を説明するための
図である。

【符号の説明】

１１アーム１２ハンド１３アクチュエータ１４，１５指１６，１７把持力センサ（第１の検出手段）１８６軸力センサ（第２の検出手段）２０比較部２３演算部２１第２の制御部２２，２４第１の制御部３４被作業物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】夫々が外部より作用する力を検出する第１
の検出手段（１６，１７）を有する複数の指（１４，１
５）と該複数の指（１４，１５）により被作業物（３
４）を把持するよう該複数の指（１４，１５）を連動し
て駆動するアクチュエータ（１３）とが配設されたハン
ド（１２）と、該ハンド（１２）を少なくとも該複数の指（１４，１
５）の開閉方向と平行方向に駆動可能に配設されたアー
ム（１１）と、外部よりの駆動信号（ｈｄ）に応じた方向に該ハンド
（１２）を移動するよう該アーム（１１）を駆動制御す
る第１の制御部（２２，２４）と、該複数の指（１４，１５）夫々の第１の検出手段（１
６，１７）よりの複数の第１の検出信号（ｈ₁、ｈ₂）
を比較して該複数の第１の検出信号（ｈ₁、ｈ₂）のう
ちの最小値検出信号（ｈmin ）を選択出力する比較部
（２０）と、該比較部（２０）よりの最小値検出信号（ｈmin)が外部
より指令される値（ｈo ）となるよう該アクチュエータ
（１３）を駆動制御する第２の制御部（２１）とを具備
したことを特徴とするロボット装置。
【請求項２】前記複数の指夫々の第１の検出手段（１
６，１７）よりの複数の第１の検出信号（ｈ₁、ｈ₂）
から所定の演算によって得た演算値（ｈop）を前記第１
の制御部（２４）に出力する演算部（２３）を具備し、前記複数の指（１４，１５）により前記被作業物（３
４）を破損させることなく把持すべく該演算値（ｈop）
が前記第１の制御部（２４）の外部より指令された値
（Ｆｈ）となるよう、前記第１の制御部（２４）により
前記アーム（１１）を介して前記ハンド（１２）を移動
制御することを特徴とする請求項１記載のロボット装
置。
【請求項３】前記ハンド（１２）に対して外部から作用
する力を検出する第２の検出手段（１８）を具備し、前記複数の指（１４，１５）により前記被作業物（３
４）を破損させることなく把持すべく該第２の検出手段
（１８）よりの第２の検出信号（ｈ₃）が前記第１の制
御部（２４）の外部より指令された値（Ｆｈ）となるよ
う、前記第１の制御部（２４）により前記アーム（１
１）を介して前記ハンド（１２）を移動制御することを
特徴とする請求項１記載のロボット装置。