JPH05337860A

JPH05337860A - ロボットハンドの教示装置およびロボットハンド

Info

Publication number: JPH05337860A
Application number: JP4171568A
Authority: JP
Inventors: Senji Mimura; 宣治三村
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1992-06-05
Filing date: 1992-06-05
Publication date: 1993-12-21

Abstract

(57)【要約】【目的】多指多自由度型ロボットハンドにおいて、動
作教示のための操作を効率的且つ簡単にするとともに教
示された動作を正確に実行すること。【構成】３の自由度を有する３個の操作棒１１〜１３
と１の自由度を有する９個の設定器１４Ａ〜１６Ｃを配
備した操作卓１と、操作棒と設定器による操作量に基づ
き各指の各関節の角度、スティフネスの教示目標値を演
算する第１の演算装置２と、教示時および実行時におい
てロボットハンドＲＨの各指の各関節を回転駆動するリ
ンク駆動系３Ａと９個のドライバ回路３１〜３９で構成
されるドライバ回路３Ｂとから成る駆動装置３と、教示
目標値と教示目標値に従い動作させた時の各関節の角度
およびトルクの実測値を記憶する記憶装置４と、記憶装
置によって記憶した各教示目標値と実測値からロボット
ハンドＲＨの実行時における目標値を演算する第２の演
算装置５とから成るロボットハンドおよびその教示装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人間が手作業で行う各
種作業を代替して行う人間類似型ロボットハンドの教示
装置およびその教示内容に従い作業を行うロボットハン
ドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】第１の従来の技術としては、実用に供さ
れている産業用ロボットの教示装置の大部分のもので、
複数個のキーにより構成されたキーボードを使用し、各
キーがロボットの自由度と対応しており、教示内容をそ
れぞれ設定するものであった。

【０００３】第２の従来技術としては、操作者の手の各
部にセンサを取り付け、操作者の手の動きとロボットハ
ンドの動きが対応するように教示するものがあった。

【０００４】第３の従来技術としては、ハンドの各操作
量をある基準座標で表し、直接数値データとしてプログ
ラム中に記述し、動作プログラムとして与えて教示する
ものがあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記第１の従来技術
は、多指多自由度構造のロボットハンドにおいては相互
に関連する複数の指および複数の関節の動作を同時に教
示する必要があるため、操作が非常に煩雑となり、実用
的で無いばかりか教示が困難な場合も有るという問題が
有った。

【０００６】上記第２の従来技術は、人の手の構造およ
び大きさとロボットハンドのそれとが殆どの場合一致し
ていないため、うまく教示が出来ないとともに、教示装
置自体が大掛かりで複雑なため工業用としては適さない
という問題があった。

【０００７】上記第３の従来技術は、一般の工業部品の
ように形状および配置が複雑な対象物を取り扱う場合、
前記各操作量のデータが膨大となり、殆どの場合実用上
困難であるという問題があった。

【０００８】そこで本発明者は、ロボットハンドの複数
の自由度の教示値の設定を一度の操作により行えば教示
が簡単になるという本発明の技術的思想に着眼し、研究
開発を重ねた結果、複数の自由度を有する複数の操作棒
と複数の設定器によりロボットハンドの教示のための設
定を行う本発明に到達し、教示のための操作および準備
作業が簡単であり、大掛かりな装置が不要であるという
目的を実現するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載
の第１発明）のロボットハンドの教示装置は、複数の自
由度を有し、各指の各関節の角度に関連する量を設定す
る操作棒と、各指の各関節のスティフネスに関連する量
を設定する設定器と、設定された各指の各関節の角度お
よびスティフネスに関連する量に基づき各指の各関節の
角度およびスティフネスの教示目標値を演算する演算装
置と、演算された各指の各関節の教示目標値に基づき各
指を駆動する駆動装置と、前記各指の各関節の教示目標
値と、駆動装置により駆動した時の各指の各関節の角度
およびトルクとを記憶する記憶装置とから成るものであ
る。

【００１０】本発明（請求項２に記載の第２発明）のロ
ボットハンドの教示装置は、複数の自由度を有し、各指
の各関節の角度を設定する操作棒と、各指の各関節のス
ティフネスを設定する設定器と、設定された各指の各関
節の角度およびスティフネスに基づき各指の各関節の角
度およびスティフネスの教示目標値を演算する演算装置
と、演算された各指の各関節の教示目標値に基づき各指
の各関節を駆動する駆動装置と、前記各指の各関節の角
度およびスティフネスの教示目標値と、駆動装置により
駆動した時の各指の各関節の角度およびトルクの実測値
とを記憶する記憶装置とから成るものである。

【００１１】本発明（請求項３に記載の第３発明）のロ
ボットハンドの教示装置は、複数の自由度を有し、各指
の指先目標位置を設定する操作棒と、各指の各関節のス
ティフネスを設定する設定器と、設定された各指の指先
目標位置および各関節のスティフネスに基づき各指の各
関節の角度およびスティフネスの教示目標値を演算する
演算装置と、演算された各指の各関節の教示目標値に基
づき各指先目標位置を教示された状態にすべく各指の各
関節を駆動する駆動装置と、前記各指の各関節の角度お
よびスティフネスの教示目標値と、駆動装置により駆動
した時の各指の各関節の角度およびトルクの実測値とを
記憶する記憶装置とから成るものである。

【００１２】本発明（請求項４に記載の第４発明）のロ
ボットハンドの教示装置は、ハンド近傍の任意の位置に
想定する座標系の原点位置を複数の自由度における各設
定値により設定する第１の操作棒と、前記原点を原点と
する座標軸の方向を複数の自由度における各設定値によ
り設定する第２の操作棒と、前記座標系における各指先
位置を複数の自由度における各設定値により設定する第
３の操作棒と、各設定器をハンドの各関節または指先座
標軸に対応させて各指の各関節または指先のスティフネ
スを設定する設定器と、設定された座標系の原点位置、
各座標軸方向、各指先位置、および各指の各関節の角度
または指先のスティフネスに基づき各指の各関節の角度
およびスティフネスの教示目標値を演算する演算装置
と、演算された各指の各関節の角度およびスティフネス
の教示目標値に基づき設定された座標における各指先位
置と各関節の角度およびスティフネスとを教示された状
態にすべく各関節を駆動する駆動装置と、前記各指の各
関節の角度およびスティフネスの教示目標値と、駆動装
置により駆動した時の各指の各関節の角度およびトルク
の実測値とを記憶する記憶装置とから成るものである。

【００１３】本発明（請求項５に記載の第５発明）のロ
ボットハンドは、第１発明に対して記憶装置に記憶され
た各指の各関節の角度およびスティフネスの教示目標値
と上記教示目標値に基づきロボットハンドを駆動した時
の各指の各関節の角度およびトルクの実測値とに基づ
き、ロボットハンドの実行時における実行目標値を演算
する第２の演算装置を付加したものである。

【００１４】

【作用】上記構成より成る第１発明のロボットハンドの
教示装置は、各指の各関節の角度およびスティフネスに
関連する量が設定され、設定に基づき演算装置により各
指の各関節の教示目標値が演算され、演算された各指の
各関節の教示目標値に基づき駆動装置により各指の各関
節を駆動し、前記各指の各関節の教示目標値と教示目標
値に基づき駆動された時の各指の各関節の角度およびト
ルクとを記憶装置により記憶する。

【００１５】上記構成より成る第２発明のロボットハン
ドの教示装置は、各指の各関節の角度が設定棒により設
定されるとともに、各指の各関節のスティフネスが設定
され、設定された各指の各関節の角度およびスティフネ
スに基づき演算装置により各指の各関節の教示目標値が
演算され、演算された各指の各関節の教示目標値に基づ
き駆動装置により各指の各関節を駆動し、前記各指の各
関節の教示目標値と教示目標値に基づき駆動された時の
各指の各関節の角度およびトルクとを記憶装置により記
憶する。

【００１６】上記構成より成る第３発明のロボットハン
ドの教示装置は、各指の指先目標位置が設定棒により設
定されるとともに、各指の各関節のスティフネスが設定
され、設定された各指の指先目標値および各関節のステ
ィフネスに基づき演算装置により各指の各関節の角度お
よびスティフネスの教示目標値が演算され、演算された
各指の各関節の教示目標値に基づき駆動装置により各指
の各関節を駆動し、前記各指の各関節の角度およびステ
ィフネスの教示目標値と、教示目標値に基づき駆動され
た時の各指の各関節の角度およびトルクとを記憶装置に
より記憶する。

【００１７】上記構成より成る第４発明のロボットハン
ドの教示装置は、ハンド近傍の任意の位置に想定する座
標系の原点位置を第１の操作棒により設定し、前記原点
を原点とする座標軸の方向を第２の操作棒により設定
し、座標系における各指先位置を第３の操作棒により設
定するとともに各指の各関節軸または指先のスティフネ
スを設定器により設定し、設定された座標系の原点位
置、各座標軸方向、各指先位置および各指の各関節の角
度または指先のスティフネスに基づき各指の各関節の教
示目標値を演算装置により演算し、演算された各指の各
関節の教示目標値に基づき駆動装置により各指の各関節
を駆動し、前記各指の各関節の角度およびスティフネス
の教示目標値と、教示目標値に基づき駆動された各指の
各関節の角度およびトルクを記憶装置により記憶する。

【００１８】上記構成より成る第５発明のロボットハン
ドは、記憶装置に記憶した各指の各関節の角度およびス
ティフネスの教示目標値と教示目標値に基づきロボット
ハンドを駆動した時の各関節の角度およびトルクの実測
値とを読み出し、これらに基づきロボットハンドの実行
時の実行目標値を演算し、この実行目標値に基づき駆動
装置によって各指の各関節を駆動し、教示された動作を
実行する。

【００１９】

【発明の効果】上記作用を奏する第１発明のロボットハ
ンドの教示装置は、操作棒と設定器による設定に対応し
て各指の各関節の角度およびスティフネスを教示するこ
とができるので、簡単な操作により教示を可能にすると
いう効果を奏する。

【００２０】上記作用を奏する第２発明のロボットハン
ドの教示装置は、操作棒と設定器による設定により各指
の各関節の角度およびスティフネスを直接的に教示する
ことができるので、物体の把持動作のように、関節角度
とトルクを同時に教示する必要がある場合、操作棒の角
度の教示動作のみによって、関節角度とトルクを同時に
教示することができるとともに、対象物の安定な把持や
材質に応じた把持を教示することができるという効果を
奏する。

【００２１】上記作用を奏する第３発明のロボットハン
ドの教示装置は、操作棒と設定器による設定により各指
の指先目標位置および各関節のスティフネスを教示する
ことができるので、簡単で短時間の教示操作により複数
の関節の動作を同時に教示することができるという効果
を奏する。第２発明では関節毎に角度（位置）とトルク
（力）を同時に教示できたが、本第３発明では、指毎に
位置と力を教示することが可能となるため、教示がより
簡単になるという作用効果を有する。

【００２２】上記作用を奏する第４発明のロボットハン
ドの教示装置は、操作棒と設定器による設定により、任
意の座標系における各指先位置および各関節のスティフ
ネスを同時に教示することができるので、第２および第
３発明に比べ簡単で短時間の教示操作により複数の指の
位置と力の動作を同時に教示することができるという効
果を奏する。

【００２３】上記作用を奏する第５発明のロボットハン
ドは、記憶装置に記憶した教示目標値と教示目標値に基
づきロボットハンドを駆動した時の各関節の角度および
トルクの実測値により、ロボットハンドを駆動するの
で、教示時と全く同じ対象物に関しては、教示された位
置と力の動作を正確に実行することができるという効果
を奏する。また、教示時の角度・トルクの実測値を参照
データとして用いることにより、指先の接触検出、把持
状態の確認、把持位置・力の補正を容易に行うことがで
きるという実用上多大な作用効果を有する。

【００２４】

【実施例】次に本発明の実施例について、図面を用いて
説明する。

【００２５】（第１実施例の構成）第１実施例のロボッ
トハンドおよびその教示装置（以下単に教示装置と言
う）は、図１ないし図５に示すようにそれぞれが３の自
由度を有する３個の操作棒１１、１２、１３と１の自由
度を有する９個の設定器１４Ａ〜１４Ｃ、１５Ａ〜１５
Ｃ、１６Ａ〜１６Ｃとを配設した操作卓１と、操作棒１
１〜１３、設定器１４Ａ〜１６Ｃの操作量に基づき各指
の各関節の関節角、トルクおよびスティフネスの教示目
標値を演算する第１の演算装置２と、教示時および実行
時においてロボットハンドＲＨの各指の各関節を回転駆
動する９個のドライバ回路３１〜３９を有す駆動装置３
と、教示目標値と教示目標値に従い動作させた時の各関
節角およびトルクの実測値を記憶する記憶装置４と、記
憶装置４によって記憶した各教示目標値と実測値からロ
ボットハンドＲＨの実行時における実行目標値を演算す
る第２の演算装置５とから成る。

【００２６】操作棒１１〜１３は、図２に示すように３
個のパルスエンコーダ１１ＡＥ〜１３ＣＥが装着されて
おり、ハンドの各教示関節角目標値として設定された３
つの自由度の操作方向の操作量θ_i1、θ_i2、θ_i3 ( i＝
1,2,3)を電気的に検出する構成になっている。

【００２７】設定器１４ＡＥ〜１６ＣＥは、図２に示す
ようにそれぞれパルスエンコーダ１４ＡＥ〜１６ＣＥに
機械的に連結した設定つまみで構成され、ハンドの各関
節の教示スティフネス値として設定された操作量を電気
的に検出する構成になっている。

【００２８】第１の演算装置２は、図１に示すように操
作棒１１〜１３および設定器１４Ａ〜１６Ｃの操作量を
読み込むとともにディジタル量に変換するＡ−Ｄ変換器
２１と、ディジタル量に変換された操作量に基づきハン
ドの各指の各関節を駆動するための関節角、関節トルク
および関節スティフネスの教示目標値を演算する演算回
路２２とから成る。

【００２９】上記第１の演算装置２において、各操作棒
１１〜１３の各自由度の設定値θ₁₁、θ₁₂、θ₁₃をハン
ドの各教示時関節角目標値とし、各設定器１４Ａ〜１６
Ａの設定値をハンドの各教示時関節スティフネス値とす
るように構成したことが特徴である。

【００３０】第１実施例における教示原理は、図２に示
すように各操作棒１１〜１３の自由度とハンドの関節角
目標値とが一対一に対応するため、ハンドの指が外部環
境に接触していない場合は、教示時において各操作棒を
操作すると、その操作量に応じ対応する関節が変位し、
関節変位量を教示することができる。また、上記関節変
位を与えた結果指が外部環境と接触した場合、さらに操
作棒を指が外部環境の方向に操作すると、以下に示す数
１のように操作棒の外部環境に接触してからの操作量で
ある教示時関節角目標値θ_tijおよび関節トルク目標値
Ｔ_tijと対応する関節の設定器によって予め設定されて
いる関節スティフネス値Ｋ_ijにより関節トルクが発生
し、関節トルク値Ｔ_ijを教示することができる。θ
_ijは、実際の関節角度である。

【００３１】

【数１】

【００３２】駆動装置３は、図３に示すように各関節毎
のリンク駆動系ユニットで構成されるリンク駆動系３Ａ
とドライバ回路３Ｂとから成り、ドライバ回路３Ｂは各
指の各関節に対応するドライバ回路３１〜３９で構成さ
れる。

【００３３】リンク駆動系３Ａの各リンク駆動系ユニッ
トは、電動機３Ｍと、電動機３Ｍの回転を減速する減速
機３Ｇと、減速機３Ｇの出力軸の先端に固着した駆動プ
ーリ３Ｐと、駆動プーリ３Ｐの動力舵取装置を伝達する
ワイヤロープ３Ｗと、ワイヤロープ３Ｗによりアイドル
プーリ３Ｉを介して動力が伝達されるジョイントプーリ
３Ｊと、ジョイントプーリ３Ｊに固着したリンク３Ｌ
と、アイドルプーリ３Ｉを一端に形成し他端を固着した
片持梁構造の部材３Ｎと、部材３Ｎに配設されアイドル
プーリ３Ｉに作用しているトルクに応じて生ずる歪を検
出することによりリンク３Ｌに作用しているジョイント
トルクを検出するトルクセンサ３Ｔと、ジョイントプー
リ３Ｊに配設されリンク３Ｌの回転角度を検出する角度
センサ３Ｒとから成る。

【００３４】ドライバ回路３Ｂの各ドライバ回路３１〜
３９は、角度センサ３Ｒによって検出した各リンク間の
角度θ_ijと設定された角度目標値θ_tijとの偏差（θ
_tij−θ_ij）に仮想バネ定数を乗算して仮想トルクを出
力する乗算器３Ｋと、仮想トルクにトルク目標値を加え
たトルク指令Ｔ_tijとトルクセンサ３Ｔが検出したジョ
イントトルクＴ_ijとの偏差（Ｔ_tij−Ｔ_ij）による修正
トルク指令と後述する推定電動機回転速度とから電流指
令値を出力する補償器３Ｃと、電流指令値に基づき電動
機３Ｍに供給する電動機電圧を制御する可変定電流源３
Ｄと、電動機電圧と電流指令値とから推定電動機回転速
度を推定し、前記補償器３Ｃに出力する速度オブザーバ
ー３Ｏとから成る回路３１ないし３９で構成される。電
動機３Ｍのロータインダクタンスが非常に小さく殆ど無
視できるとき、電動機３Ｍの推定電動機回転数Ｎｍに関
して、つぎの数２が成立する。ただし数２中Ｖｇは、実
測した電動機電圧であり、Ｉｍは、可変定電流電源出力
電流であり、Ｒｍは、電動機のロータ抵抗であり、Ｋｖ
は、電動機の逆比電力常数である。

【００３５】

【数２】

【００３６】可変定電流源３Ｄへの電流指令値をＩｍｔ
とすると、可変定電流源３Ｄは、定電流特性を有するの
で、電動機３Ｍの負荷や回転数が変動しても、可変定電
流源３Ｄの出力電流は、電流指定値と常に等しくなるよ
うに制御されている。したがって、上記数２は、以下の
数３のように示すことができる。

【００３７】

【数３】

【００３８】数３において、電動機ロータ抵抗Ｒｍと逆
起電力常数Ｋｖは電動機固有で既知であるから、可変定
電流電源３Ｄへの電流指令値Ｉｍｔと電動機電圧Ｖｇと
が分かれば、電動機回転速度Ｎｍを求めることができ
る。上述のように、速度オブザーバー３Ｏは、数３によ
って構成され、数３に従い電動機回転数を推定し、補償
器３Ｃヘフィードバックするものである。記憶装置４
は、教示目標値に基づき上述した駆動装置３によるロボ
ットハンドの動作後の各関節角度およびトルクの実測値
を教示目標値とともに記憶する。

【００３９】第２の演算装置５は、記憶装置４に記憶し
た教示目標値とロボットハンドの動作後の各関節角度お
よびトルクの実測値に基づき、ハンドの実行時の動作の
ための実行時の目標値を演算する。

【００４０】（第１実施例の教示手順）第１実施例装置
における教示手順は、図５に示すようにまず第１指に対
応する第１番目（ｉ＝１）の操作棒１１の設定値
（Ｘ₁、Ｙ₁、Ｚ₁）を読み込むとともに、設定器１４
ＡＥ〜１４ＣＥの設定値であるＫ_ij,( j＝1,2,3)を第１
指関節スティフネス値とする。

【００４１】（Ｘ₁、Ｙ₁、Ｚ₁）を第１指関節角目標
値θ_tijすなわちθ_t11、θ_t12、θ_t13とするととも
に、第１番目の設定器１４ＡＥ〜１４ＣＥの設定値
Ｋ_ij、すなわちＫ₁₁、Ｋ₁₂、Ｋ₁₃を読み込む。

【００４２】このθ_t11〜θ_t13、Ｋ₁₁〜Ｋ₁₃を目標値
として第１指を駆動するとともに、各関節角度θ_ijすな
わちθ₁₁〜θ₁₃、トルクＴ_ijすなわちＴ₁₁〜Ｔ₁₃を角度
センサ３Ｒおよびトルクセンサ３Ｔにより計測する。

【００４３】次に第２指および第３指について同様の教
示を行い、各指の現在位置を教示点とするときは、θ
_tij、θ_ij、Ｔ_ij、Ｋ_ij（ｉ＝1,2,3 、j ＝1,2,3)を記
憶装置4 に記憶して、教示を終了する。

【００４４】（第１実施例の作用・効果）上記構成の第
１実施例装置は、各操作棒のみによって各指の各関節変
位と、指が外部環境に接触したときの関節トルクを教示
することができるとともに、教示時間を著しく短縮する
という作用効果を奏する。

【００４５】一般に多指構造のハンドによって物体を把
持する場合、対象物に対する指の位置と把持力を指定す
る必要が有るが、第１実施例装置によれば、操作棒の操
作のみによって指の位置の設定が可能であり、指の位置
を設定する時に、指が外部環境に接触しても各設定器に
よって設定された関節スティフネス値によって過大なト
ルクの発生を防止できるため、指の位置設定すなわち対
象物の形状に応じた把持、対象物の姿勢、位置の教示が
容易に行えるという作用効果を奏する。

【００４６】さらに本第１実施例装置は、上述のように
予め関節スティフネス値Ｋ_ijを設定しておくことによっ
て、各操作棒の操作のみによって指の位置と把持力の設
定が可能となり、対象物の種類に応じた安定な把持の教
示が比較的簡単に行うことができるという実用上の作用
効果を奏する。

【００４７】即ち、把持作業では、従来のロボットアー
ムによる位置決め動作のように単に位置のみ教示するだ
けでなく、対象物によっては把持力をも教示しなければ
ならない。しかし把持力は位置と異なり直接指定するこ
とが困難であるため、何故なら人は位置に関しては視覚
情報により容易に確認できるが、把持力に関しては確認
する手段がなく通常行っている作業に関しても把持力を
具体的に示すことができないので、実際と同様の把持作
業により上述の如く教示するのが最も実用的であり、且
つ効率的である。

【００４８】上記構成の第１実施例のロボットハンド
は、作業実行時においては教示目標値を実行時の目標値
としているため、ハンドと外部環境との相対的位置関係
が教示時と同一であれば、教示時と同じ把持位置および
把持力を実行時において再現することが出来るという作
用効果を奏する。さらに、教示時における角度とトルク
の実測値とを記憶しているので、それらの実測値を参照
データとして用いることにより、指先の接触検出、把持
状態の確認、把持位置・力の補正等を容易に行うことが
できるという作用効果を有する。

【００４９】また本第１実施例のロボットハンドは、教
示時に把持作業を行いたい実部品を用いて指と実部品と
の位置関係を教示者が目で確認し、更に実部品の把持力
と適切な把持状態を関節毎に直接教示するので、対象物
の把持教示の修正に適しており、実行時において最適な
把持状態を容易に再現することができるという効果を奏
する。

【００５０】（第２実施例）第２実施例のロボットハン
ドおよびその教示装置は、上述の第１実施例装置に対し
て設定方法および教示目標値の演算方法が異なり、すな
わち設定棒による設定量および教示目標値を演算する第
１の演算装置２３が異なる。

【００５１】図６は、第２実施例における目標値演算原
理を説明するための図で、ロボットハンドＲＨの各指の
第１関節に固定した座標系Σi （ｉ＝1,2,3)を予め定義
しておく。各操作棒とこの座標系Σi と対応させ各操作
棒１１〜１３の各自由度の設定値（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）
により、座標系Σi で表した指先の点の３つの座標値を
決定する。

【００５２】第１の演算装置２３は、次に各指先位置が
上記操作棒による設定点と一致させるための各関節角度
を演算する演算手段を有し、この各関節角度値を教示時
関節目標値として、第１実施例と同様にハンドの各指を
駆動する。尚、設定器等の構成については第１実施例と
同様のため説明を省略する。

【００５３】記憶装置４は、第１実施例と同様に演算装
置２３によって生成した各教示時目標値と教示時目標値
に従い実際にハンドが到達したときの各関節角度および
トルクの実測値に加え各操作棒で設定したΣi 直交座標
系における指先の点の座標値（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）を記
憶する。

【００５４】実行時の目標値を生成する第２の演算装置
５は、第１実施例と同様に教示時に生成したハンドの教
示時の各関節角、トルクおよび設定器で設定したスティ
フネスの教示目標値を実行時の目標値とする。

【００５５】（第２実施例の教示手順）第２実施例装置
における教示手順は、図７に示すようにまず第１指に対
応する第１番目（ｉ＝１）の操作棒１１の設定値
（Ｘ₁、Ｙ₁、Ｚ₁）を読み込むとともに、Ｋ_ij,( j＝
1,2,3)を第１指関節スティフネス値とする。

【００５６】（Ｘ₁、Ｙ₁、Ｚ₁）を座標系Σ１で表し
た第１指指先座標値とするとともに、この（Ｘ₁、
Ｙ₁、Ｚ₁）により第１指関節角θ_tijすなわち
θ_t11、θ_t12、θ_t13を演算し、第１番目の設定器１
４ＡＥ〜１４ＣＥの設定値Ｋ_ijすなわちＫ₁₁〜Ｋ₁₃を読
み込む。

【００５７】このθ_t11〜θ_t13、Ｋ₁₁〜Ｋ₁₃を目標値
として第１指を駆動するとともに、各関節角度θ_ijすな
わちθ₁₁〜θ₁₃、トルクＴ_ijすなわちＴ₁₁〜Ｔ₁₃を角度
センサ３Ｒおよびトルクセンサ３Ｔにより計測する。

【００５８】次に第２指および第３指について同様の教
示を行い、各指の現在位置を教示点とするときは
θ_tij、θ_ij、Ｔ_ij、Ｋ_ij,( j＝1,2,3)を記憶装置４に
記憶して、教示を終了する。

【００５９】上記構成の第２実施例装置は、複数の教示
時の指先の点の座標値（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）の間を指先
が移動する場合に、点在する座標間を滑らかにつなぐ必
要があるが、新しい座標値を容易に補間できるため、よ
り少ない教示点で滑らかな動作を実現するという作用効
果を奏する。

【００６０】また第２実施例装置は、第１実施例装置の
ように操作棒の操作によって関節毎に動かすのではな
く、指先の位置を直接操作棒によって設定教示できるた
め、第１実施例装置に比べ指先の動作教示が迅速且つ簡
単になるという作用効果を奏する。

【００６１】（第３実施例）第３実施例のロボットハン
ドおよびその教示装置は、図８ないし図１０に示すよう
に上述の第１実施例装置に対して設定方法および教示目
標値の演算方法が異なり、すなわち設定棒による設定量
および教示目標値を演算する第１の演算装置２４が異な
る。

【００６２】図８は、第３実施例における目標値演算原
理を説明するための図で、ロボットハンドの任意の位置
に固定した座標系Σh ともう一つ別の座標系Σf を設定
する。

【００６３】第１番目の操作棒１１の各自由度と座標系
Σh で表した座標系Σf の原点座標（Ｘ_f、Ｙ_f、
Ｚ_f）を対応させる。第２番目の操作棒１２の各自由度
と座標系Σh で表した座標系Σf の座標軸の方向を座標
系Σh の座標軸からのオイラー回転角（ξ_f、η_f、ζ
_f）によって対応させる。第３番目の操作棒１３の各自
由度（Ａ、Ｂ、Ｃ）と３つの各指先位置と対応させる。

【００６４】３つの指先ＲＨ１、ＲＨ２、ＲＨ３を含む
平面を座標系Σf のＸｆＹｆ平面とする。この平面内で
各指先の相対関係を設定する。このようにすると、第１
番目と第２番目の操作棒１１、１２によって前記指先を
含む平面（座標系Σf のＸｆＹｆ平面）の位置と方向
（６自由度）を設定できるので、各指先の相対位置関係
を保ったまま任意の６自由度の動作を設定できる。即
ち、物体を把持したままの状態における物体の６自由
度、いわゆる６自由度の操り動作の設定が可能になる。

【００６５】第３番目の操作棒１３による指先位置の設
定方法を図９により説明する。図８に示すように各指先
は、座標系Σf のＸｆＹｆ平面上で三角形（ハンドの把
握三角形）を構成する。従って、各指先の相対関係を設
定することは、座標系Σf のＸｆＹｆ平面上で任意の三
角形を設定することに相当する。座標系Σf の原点と前
記三角形の相対関係は任意であるので、即ち前記のよう
に第１操作棒により座標系Σf の原点位置を移動できる
ので、座標系Σf の原点を基準として三角形を設定す
る。まず、第１自由度の設定値をＡとし第１および第２
指の指先ＲＨ１およびＲＨ２間距離Ａ′に対応させる。
第２自由度の設定値をＢとし図９に示す距離Ｂ′に対応
させる。これにより任意の形状の三角形を設定できる。
ただし上記の操作によっては、三角形の大きさを指定で
きないので、第３番目の自由度により三角形の大きさを
設定する。即ち、第３番目の自由度の設定値をＣとし
て、数４に示すように座標系Σf における各指先位置を
設定する。

【００６６】

【数４】

【００６７】上記数４からも明らかなように、正三角形
の重心を座標系Σf の原点としており、三角形を正三角
形からのずれで表現するとともに、第３番目の自由度の
操作による設定値Ｃにより、相似形状的に指先を移動さ
せるものである。

【００６８】第１の演算装置は、上記操作棒１１〜１３
の設定による各指先位置を実現する各関節角度を演算す
る演算手段を有し、教示時の関節角目標値とする。他は
上述の実施例と同様であり、説明を省略する。

【００６９】（第３実施例の教示手順）第３実施例装置
における教示手順は、図１０に示すように、最初第１の
操作棒１１の設定値を読み込むとともに、設定器１４Ａ
Ｅ〜１４ＣＥの設定値Ｋ_ijすなわちＫ₁₁〜Ｋ₁₃を読み込
み、操作棒１１による設定値により座標系Σｆで表した
把握三角形を計算する。

【００７０】この把握三角形より座標系Σｈで表した第
１指指先座標値（Ｘ₁、Ｙ₁、Ｚ₁）を演算するととも
に、この座標値（Ｘ₁、Ｙ₁、Ｚ₁）より第１指関節角
θ_tijすなわちθ_t11、θ_t12、θ_t13を演算する。

【００７１】上記設定値Ｋ₁₁、Ｋ₁₂、Ｋ₁₃を第１指関節
スティフネス値として、関節角θ_t11、θ_t12、θ_t13
およびスティフネス値Ｋ₁₁、Ｋ₁₂、Ｋ₁₃を目標値として
指を駆動し、関節角度θ_ijすなわちθ₁₁〜θ₁₃、トルク
Ｔ_ijすなわちＴ₁₁〜Ｔ₁₃を角度センサ３Ｒおよびトルク
センサ３Ｔにより計測する。

【００７２】次に第２指および第３指について同様の教
示を行い、各指の現在位置を教示点とするときは、θ
_tij、θ_ij、Ｔ_ij、Ｋ_ij,(ｉ＝1,2,3 、 j＝1,2,3)を記
憶装置に記憶して、教示を終了する。

【００７３】上記構成より成る第３実施例装置は、第３
の操作棒１３の第３番目の自由度であるＣの操作設定に
より、前記ハンドの把握三角形が相似的に拡大縮小する
ように、各指先を協調的に動かすことが可能となるた
め、円筒形状等の対象物の把持教示において、他の教示
方法よりも教示し易いという作用効果を奏する。

【００７４】また第３実施例装置は、上記数４における
Ａ′をＡと、Ｂ′をＢと、Ｃ′をＣと等しく設定するこ
とも可能であるとともに、第３の操作棒１３の第３番目
の自由度であるＣを操作することにより、指１および２
と指３との相対距離が変化するように各指先を協調的に
動かすことが可能であるため、例えば板状の対象物の把
持教示において、他の教示方法よりも教示し易いという
作用効果を奏する。

【００７５】さらに第３実施例装置は、第１実施例装置
のように関節毎に動かすのではなく、また第２実施例の
ように指毎に動かすのではなく、複数の指先の位置を直
接直交座標系で動かし教示できるため、第１実施例装置
に比べ動作教示が迅速且つ簡単になるという作用効果を
奏する。なお、本実施例教示法は、把握三角形を複数個
定義することにより、４本以上の指を有するハンドの教
示にも適用できる。

【００７６】（第４実施例）第４実施例のロボットハン
ドおよび教示装置は、図１１および図１２に示すように
第１、第２、第３実施例装置の各Ａ−Ｄ変換器および第
１の演算装置２２〜２４をそれぞれ並設し、スイッチコ
ントローラＳＣからの指令に従い切換スイッチＳ１およ
びＳ２により、把持対象物あるいは把持方法に応じた第
１の演算装置２２〜２４に切り換えて、最適な教示目標
値を演算し、それに基づくロボットハンドの駆動を実現
するものである。

【００７７】図１２に示すように、対象物を指の腹を使
ってしっかり握る動作を教示する場合を考えると、まず
全ての指を広げた後対象物を握るために適当と考えられ
る状態に近い位置までは第３実施例の教示法により教示
する。

【００７８】上記近い位置まで到達してから、第２実施
例の教示方法に切り換えて、各指毎に教示を行い各指先
位置の微調整を行い、より対象物の近くまで各指の指先
位置を教示する。

【００７９】図１２に示すような握り把持では、第１実
施例の教示方法に切り換えて、指を構成するできるだけ
多くのリンクが対象物に接するようにして、微調整を行
い最適な握り把持姿勢を教示する。

【００８０】上記構成の第４実施例装置は、指を広げた
後近づくまでの間は第３実施例の教示法により教示する
ので、３つの指を同時に移動させることができるため、
３つの指の相対位置関係を比較的容易かつ迅速に設定で
きるという作用効果を奏する。

【００８１】また第４実施例装置は、第３実施例の教示
方法から第２実施例の教示方法に切り換えて各指毎に教
示を行い、指先位置の教示を行うので、第３実施例の教
示方法では全ての指が同時に動くため、全ての指が対象
物に同時に接するような教示が困難であるのに対し、対
象物の近くまでの各指の指先位置の微調整を行うことが
できるという作用効果を奏する。

【００８２】さらに第４実施例装置は、握り把持におい
ては第１実施例の教示方法で行うので、第２および第３
実施例の教示方法は指を迅速に動かすには適当である
が、握り把持においては複数のリンクが同時に動くため
教示が困難であるのに対し、リンク毎の動作が可能であ
り、対象物から指の腹が離れている場合においてもそれ
を修正することが容易であるので、把持教示に適してお
り、微調整を行い最適な握り把持姿勢の教示を可能と
し、その姿勢での実行時における実行を可能にするとい
う作用効果を奏する。

【００８３】また第４実施例装置は、状況に応じ最も適
当と考えられる教示方法を選択することが可能になるの
で、把持教示時間を短縮するとともに、最適な把持およ
び把持姿勢を教示することができるという実用上多大の
作用効果を奏する。

【００８４】上述の実施例は、説明のために例示したも
ので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲の記載から当業者が認識することが
できる本発明の技術思想に反しない限り変更および付加
が可能である。

【００８５】上述の実施例の教示装置において、操作棒
と設定器により設定する量について代表例を示したが、
対象物の種類、形状、把持姿勢、把持力その他必要に応
じ実施例に例示していない量について設定することが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例装置全体を示すシステム図
である。

【図２】第１実施例装置の教示原理を説明するための説
明図である。

【図３】第１実施例装置の駆動装置を示すブロック図で
ある。

【図４】第１実施例装置の記憶装置とドライバ回路との
接続関係を示すブロック図である。

【図５】第１実施例装置の教示手順を示すフローチャー
ト図である。

【図６】第２実施例装置の教示原理を説明するための説
明図である。

【図７】第２実施例装置の教示手順を示すフローチャー
ト図である。

【図８】第３実施例装置の教示原理を説明するための説
明図である。

【図９】第３実施例装置の指先位置の設定方法を説明す
るための説明図である。

【図１０】第３実施例装置の教示手順を示すフローチャ
ート図である。

【図１１】第４実施例の装置全体を示すシステム図であ
る。

【図１２】第４実施例装置による把持態様を説明するた
めの説明図である。

【符号の説明】

１操作卓２第１の演算装置３駆動装置４記憶装置５第２の演算装置１１、１２、１３操作棒 14A 、14B 、14C 、15A 、15B 、15C 、16A 、16B 、16
C 設定器２１Ａ−Ｄ変換器２２、２３、２４演算回路３Ａリンク駆動系３Ｂドライバ回路 31、32、33、34、35、36、37、38、39 各関節に対応す
るドライバ回路３Ｍ減速機３Ｐ駆動プーリ３Ｗワイヤロープ３Ｉアイドルプーリ３Ｊジョイントプーリ３Ｌリンク３Ｎ部材３Ｒ角度センサ３Ｔトルクセンサ３Ｋ乗算器３Ｃ補償器３Ｄ可変定電流源３Ｏ速度オブザーバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の自由度を有し、各指の各関節の角
度に関連する量を設定する操作棒と、各指の各関節のスティフネスに関連する量を設定する設
定器と、設定された各指の各関節の角度およびスティフネスに関
連する量に基づき各指の各関節の角度およびスティフネ
スの教示目標値を演算する演算装置と、演算された各指の各関節の教示目標値に基づき各指を駆
動する駆動装置と、前記各指の各関節の教示目標値と、駆動装置により駆動
した時の各指の各関節の角度およびトルクとを記憶する
記憶装置とから成ることを特徴とするロボットハンドの
教示装置。
【請求項２】複数の自由度を有し、各指の各関節の角
度を設定する操作棒と、各指の各関節のスティフネスを設定する設定器と、設定された各指の各関節の角度およびスティフネスに基
づき各指の各関節の角度およびスティフネスの教示目標
値を演算する演算装置と、演算された各指の各関節の教示目標値に基づき各指の各
関節を駆動する駆動装置と、前記各指の各関節の角度およびスティフネスの教示目標
値と、駆動装置により駆動した時の各指の各関節の角度
およびトルクの実測値とを記憶する記憶装置とから成る
ことを特徴とするロボットハンドの教示装置。
【請求項３】複数の自由度を有し、各指の指先目標位
置を設定する操作棒と、各指の各関節のスティフネスを設定する設定器と、設定された各指の指先目標位置および各関節のスティフ
ネスに基づき各指の各関節の角度およびスティフネスの
教示目標値を演算する演算装置と、演算された各指の各関節の教示目標値に基づき各指先目
標位置を教示された状態にすべく各指の各関節を駆動す
る駆動装置と、前記各指の各関節の角度およびスティフネスの教示目標
値と、駆動装置により駆動した時の各指の各関節の角度
およびトルクの実測値とを記憶する記憶装置とから成る
ことを特徴とするロボットハンドの教示装置。
【請求項４】ハンド近傍の任意の位置に想定する座標
系の原点位置を複数の自由度における各設定値により設
定する第１の操作棒と、前記原点を原点とする座標軸の
方向を複数の自由度における各設定値により設定する第
２の操作棒と、前記座標系における各指先位置を複数の
自由度における各設定値により設定する第３の操作棒
と、各設定器をハンドの各関節または指先座標軸に対応させ
て各指の各関節または指先のスティフネスを設定する設
定器と、設定された座標系の原点位置、各座標軸方向、各指先位
置、および各指の各関節の角度または指先のスティフネ
スに基づき各指の各関節の角度およびスティフネスの教
示目標値を演算する演算装置と、演算された各指の各関節の角度およびスティフネスの教
示目標値に基づき設定された座標における各指先位置と
各関節の角度およびスティフネスとを教示された状態に
すべく各関節を駆動する駆動装置と、前記各指の各関節の角度およびスティフネスの教示目標
値と、駆動装置により駆動した時の各指の各関節の角度
およびトルクの実測値とを記憶する記憶装置とから成る
ことを特徴とするロボットハンドの教示装置。
【請求項５】請求項１に対して、記憶装置に記憶された各指の各関節の角度およびスティ
フネスの教示目標値と上記教示目標値に基づきロボット
ハンドを駆動した時の各指の各関節の角度およびトルク
の実測値とに基づき、ロボットハンドの実行時における
実行目標値を演算する第２の演算装置を付加したことを
特徴とするロボットハンド。