JPH06241925A - Finger for robot and detector for its holding force - Google Patents
Finger for robot and detector for its holding forceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はワーク把持用の把持部を
有するロボット用フィンガ及びその把持力を検出する把
持力検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a finger for a robot having a gripping part for gripping a work and a gripping force detecting device for detecting the gripping force.
【０００２】ロボットのハンドでワークを把持する場
合、その把持力を検出して制御することで、柔らかいも
の等も安全に把持可能となる。したがって、ロボットハ
ンドのフィンガの把持力を検出し制御することはロボッ
トを動作させる上で重要な要素となる。When gripping a work with a robot hand, by detecting and controlling the gripping force, a soft object can be safely gripped. Therefore, detecting and controlling the gripping force of the fingers of the robot hand is an important factor in operating the robot.
【０００３】[0003]
【従来の技術】図１１は従来例のロボット用フィンガを
示す図である。図において、ロボット用フィンガ１００
は、モータ１０、リンク３０及び把持部２０から構成さ
れる。2. Description of the Related Art FIG. 11 is a diagram showing a conventional robot finger. In the figure, a finger 100 for a robot is shown.
Is composed of a motor 10, a link 30, and a grip portion 20.
【０００４】モータ１０はロボット用フィンガ全体を駆
動軸まわりに回転駆動させ、その駆動軸１１０の回転角
度はエンコーダ１２０によって検出される。駆動軸１１
０には剛体のリンク３０が取り付けられ、そのリンク３
０の他端側にはワーク把持用の把持部２０が固定して設
けられる。把持部２０の軸と駆動軸１１０とは互いに平
行な関係にある。把持部２０の位置はエンコーダ１２０
で知ることができる。The motor 10 rotates the entire robot finger around a drive shaft, and the rotation angle of the drive shaft 110 is detected by an encoder 120. Drive shaft 11
A rigid link 30 is attached to 0, and the link 3
A gripping part 20 for gripping a work is fixedly provided on the other end side of 0. The axis of the grip portion 20 and the drive shaft 110 are in parallel with each other. The position of the grip 20 is the encoder 120
Can be found at.
【０００５】リンク３０の中央部分には四角形状の穴３
１０が設けられる。穴３１０によってリンク３０の肉厚
が薄くなった部分に曲げ歪みを検出するストレインゲー
ジ３１０ｓが設けられている。図では１カ所のみにスト
レインゲージ３１０ｓを設けているが、実際は、その肉
厚が薄くなった部分でリンク３０側面側及び穴３１０の
内周面側の合計４カ所にストレインゲージが設けられて
いる。ストレインゲージ３１０ｓ以外の３個のストレイ
ンゲージの図示は省略する。これらのストレインゲージ
３１０ｓ等は、その部分でのリンク３０の曲げ歪みを検
出し、その検出結果を演算装置５０に送る。A square hole 3 is formed at the center of the link 30.
10 are provided. A strain gauge 310s for detecting bending strain is provided in a portion where the thickness of the link 30 is thinned by the hole 310. Although the strain gauges 310s are provided only at one location in the figure, in reality, the strain gauges are provided at a total of four locations on the side surface of the link 30 and the inner peripheral surface side of the hole 310 in the thinned portion. . Illustration of three strain gauges other than the strain gauges 310s is omitted. These strain gauges 310s and the like detect bending strain of the link 30 at that portion, and send the detection result to the arithmetic unit 50.
【０００６】図１２はロボット用フィンガによる把持方
法を示す図である。ワーク６を把持する場合は、上記の
ロボット用フィンガ１００及びそのロボット用フィンガ
１００と対になるロボット用フィンガ１００ａを用意
し、各々のモータ１０及び１０ａを図に示す矢印方向に
回転させて把持部２０及び２０ａでワーク６の把持を行
なう。なお、この１対のロボット用フィンガ１００及び
１００ａによってロボットハンドが構成される。このよ
うにワーク６を把持したとき、リンク３０は、把持部２
０に掛かる反力Ｆのリンク軸と直交する成分ｆに比例し
て、リンク軸に垂直な方向に微小に曲げ変形する。リン
ク３０ａについても同様の曲げ変形が起こる。その曲げ
変形による歪みをストレインゲージ３１０ｓで検出す
る。その検出結果は上記演算装置５０に送られ、演算装
置５０は、その検出結果等に基づいて力成分ｆを求め、
さらにその力成分ｆ等を用いてＦを求め、モータ１０、
１０ａの回転制御を行なう。ここで、反力Ｆを、把持の
際に把持部２０に働くワーク６表面からの垂直抗力とす
る。把持部２０とワーク６間に摩擦力が働かないとすれ
ば上記反力Ｆが把持力となる。次にＦを求める手順を図
１３を用いて説明する。FIG. 12 is a diagram showing a gripping method by a finger for a robot. When the workpiece 6 is gripped, the robot finger 100 and the robot finger 100a paired with the robot finger 100 are prepared, and the respective motors 10 and 10a are rotated in the arrow direction shown in the drawing to grasp the gripping portion. The work 6 is gripped by 20 and 20a. The pair of robot fingers 100 and 100a constitutes a robot hand. When the work 6 is gripped in this way, the link 30 is
In proportion to the component f of the reaction force F applied to 0, which is orthogonal to the link axis, a slight bending deformation is caused in the direction perpendicular to the link axis. Similar bending deformation also occurs in the link 30a. The strain due to the bending deformation is detected by the strain gauge 310s. The detection result is sent to the arithmetic unit 50, and the arithmetic unit 50 obtains the force component f based on the detection result and the like,
Further, F is obtained by using the force component f, etc., and the motor 10,
The rotation control of 10a is performed. Here, the reaction force F is a vertical reaction force from the surface of the work 6 that acts on the gripping portion 20 during gripping. If the frictional force does not work between the gripping portion 20 and the work 6, the reaction force F becomes the gripping force. Next, the procedure for obtaining F will be described with reference to FIG.
【０００７】図１３は反力Ｆを求める手順の説明図であ
る。図において、反力Ｆは、エンコーダ１２０で検出し
た駆動軸１１０の回転角度θ、すなわち指２０の位置θ
と、現在のロボット用フィンガ１００の姿勢やリンク３
０の長さ等のデータベースから推定されるワーク６のロ
ボット用フィンガ座標系Ｏ−ＸＹにおける相対姿勢αを
用いて、幾何学的な力成分ｆとの関係を記述した次式
（１）から算出する。FIG. 13 is an explanatory diagram of a procedure for obtaining the reaction force F. In the figure, the reaction force F is the rotation angle θ of the drive shaft 110 detected by the encoder 120, that is, the position θ of the finger 20.
And the current posture of the robot finger 100 and the link 3
Calculated from the following equation (1) that describes the relationship with the geometrical force component f using the relative posture α of the robot finger coordinate system O-XY of the workpiece 6 estimated from the database such as the length of 0. To do.
【０００８】[0008]
【数１】Ｆ＝ｆ／ｓｉｎ（α−θ）・・・・・（１） このようにして求めた反力Ｆをロボット用フィンガ１０
０の把持力としている。## EQU1 ## F = f / sin (α-θ) (1) The reaction force F thus obtained is applied to the robot finger 10
The gripping force is 0.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記式（１）
から算出した反力Ｆをロボット用フィンガ１００の把持
力とすると、以下のような問題点が存する。先ず、把持
部２０はリンク３０の先端に固定して取り付けられてい
るため、把持部２０とワーク６との間には、図１４に示
すように、摩擦力ｆF が生じる。この場合、上記の力成
分ｆに基づいて反力Ｆを求めても、その反力Ｆは実際の
把持力ＦC と一致せず、実際の把持力ＦCの正確な検出
は困難であった。However, the above equation (1)
If the reaction force F calculated from the above is used as the gripping force of the robot finger 100, there are the following problems. First, since the grip 20 is fixedly attached to the tip of the link 30, a frictional force f F is generated between the grip 20 and the work 6, as shown in FIG. In this case, also be determined reaction force F based on the force component f, the reaction force F does not match the actual gripping force F C, the actual accurate detection of the gripping force F C is difficult .
【００１０】また、ほとんど摩擦力ｆF がなく反力Ｆと
把持力ＦC が等価な場合でも図１３においてリンク３０
と反力Ｆとの成す角度（α−θ）が零に近づくにつれ、
力成分ｆは値が小さくなるため、ストレインゲージ３１
０ｓがその力成分ｆを検出する際の感度が劣化する。そ
のため、反力Ｆを精度良く検出することができなくな
る。特に、（α−θ）＝０の場合は、特異点となるた
め、反力Ｆの検出は不可能になる。Further, even if the reaction force F and the gripping force F C are almost equal to each other with almost no frictional force f F , the link 30 in FIG.
As the angle (α−θ) formed by the reaction force F approaches zero,
Since the force component f has a small value, the strain gauge 31
The sensitivity when 0s detects the force component f deteriorates. Therefore, the reaction force F cannot be detected accurately. Particularly, when (α−θ) = 0, the reaction point F cannot be detected because it becomes a singular point.
【００１１】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、把持部に働く把持力を正確に求めることがで
きるロボット用フィンガ及びその把持力検出装置を提供
することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a finger for a robot and a gripping force detecting device for the robot, which can accurately obtain the gripping force acting on the gripping portion.
【００１２】また、本発明の第２の目的は、把持部の位
置に関係なく安定した把持力検出が可能なロボット用フ
ィンガ及びその把持力検出装置を提供することである。A second object of the present invention is to provide a finger for a robot and a gripping force detecting device for the robot which can stably detect the gripping force regardless of the position of the gripping portion.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のロボット用フィンガ１０は、図１に示すよ
うに、把持部２の軸回りに回転自在な自由度を持たせる
ように構成される。In order to achieve the above object, the robot finger 10 of the present invention, as shown in FIG. 1, has a degree of freedom of rotation around the axis of the grip portion 2. Composed.
【００１４】また、本発明のロボット用フィンガの把持
力検出装置は、図５に示すように、ロボット用フィンガ
１０ａの全体を回転させるリンク回転軸１１ａと、その
リンク回転軸１１ａに設けられた屈曲リンク３ａと、屈
曲リンク３ａの先端に設けられ軸回りに回転自在な自由
度を持つワーク把持用の把持部２ａと、屈曲リンク３ａ
で軸線方向が互いに異なる部位に設けられ曲げ歪みを検
出する曲げ歪み検出部センサ３１１ａ等と、その曲げ歪
み検出部３１１ａ等の検出信号に基づいて把持部２ａの
把持力を演算する演算部５ａと、から構成される。As shown in FIG. 5, the robot finger gripping force detecting apparatus of the present invention includes a link rotary shaft 11a for rotating the entire robot finger 10a and a bending provided on the link rotary shaft 11a. A link 3a, a gripping portion 2a provided at the tip of the bending link 3a and having a degree of freedom for rotating around an axis, for holding a workpiece, and the bending link 3a.
A bending strain detection unit sensor 311a or the like provided in the portions having different axial directions for detecting bending strain, and a calculation unit 5a that calculates the gripping force of the gripping unit 2a based on a detection signal of the bending strain detection unit 311a or the like. ,,.
【００１５】[0015]
【作用】ロボット用フィンガ１０の把持部２の軸回りに
回転自在な自由度を持たせるようにしたので、ワーク把
持時にワーク６と把持部２との間に生じる摩擦力を小さ
く抑えることができる。したがって、力成分ｆに基づい
て把持力Ｆを求めても、把持部２が実際に必要とする把
持力ＦC とほとんど誤差はなく、把持力を正確に求める
ことができるようになる。Since the robot finger 10 is provided with a degree of freedom of rotation about the axis of the grip portion 2, the frictional force generated between the work 6 and the grip portion 2 at the time of gripping the work can be suppressed. . Therefore, even if the gripping force F is calculated based on the force component f, there is almost no difference from the gripping force F C actually required by the gripping portion 2, and the gripping force can be accurately calculated.
【００１６】また、リンク回転軸１１ａと把持部２ａと
の間のリンクを屈曲リンク３ａとし、その屈曲リンク３
ａ上で軸線方向が互いに異なる部位に、曲げ歪みを検出
する曲げ歪み検出部３１１ａ等を設けた。このため、そ
の２カ所の曲げ歪み検出部３１１ａ等の検出信号に基づ
いて把持力を検出できるようになる。したがって、把持
部２ａの位置（リンク回転軸１１ａの回転角度）に関係
なく安定した把持力検出が可能となる。The link between the link rotating shaft 11a and the grip portion 2a is a bent link 3a, and the bent link 3 is formed.
A bending strain detection unit 311a for detecting bending strain and the like are provided on the portions of a where the axial directions are different from each other. Therefore, it becomes possible to detect the gripping force based on the detection signals of the bending strain detection units 311a at the two places. Therefore, stable gripping force detection can be performed regardless of the position of the grip portion 2a (the rotation angle of the link rotation shaft 11a).
【００１７】[0017]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明のロボット用フィンガの構成を示
す図である。図において、ロボット用フィンガ１０は、
モータ１、リンク３及び把持部２から構成される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a robot finger of the present invention. In the figure, the robot finger 10 is
It is composed of a motor 1, a link 3 and a grip 2.
【００１８】モータ１はロボット用フィンガ１０全体を
回転駆動させ、その駆動軸１１の回転角度はエンコーダ
１２によって検出される。駆動軸１１には剛体のリンク
３が取り付けられ、そのリンク３の他端側には軸回りに
回転自在な自由度を持つ円筒型の把持部２が設けられ
る。把持部２の軸と駆動軸１１とは互いに平行な関係に
ある。把持部２の位置はエンコーダ１２で知ることがで
きる。The motor 1 rotationally drives the entire robot finger 10, and the rotation angle of its drive shaft 11 is detected by the encoder 12. A rigid link 3 is attached to the drive shaft 11, and the other end of the link 3 is provided with a cylindrical grip portion 2 having a degree of freedom of rotation about the axis. The axis of the grip portion 2 and the drive shaft 11 are parallel to each other. The position of the grip portion 2 can be known by the encoder 12.
【００１９】リンク３の中央部分には四角形状の穴３１
が設けられる。穴３１によってリンク３の肉厚が薄くな
った部分に曲げ歪みを検出するストレインゲージ３１０
ａが設けられている。図では１カ所のみにストレインゲ
ージ３１０ａを設けているが、実際は、その肉厚が薄く
なった部分でリンク３側面側及び穴３１の内周面側の合
計４カ所にストレインゲージが設けられている。ストレ
インゲージ３１０ａ以外の３個のストレインゲージの図
示は省略する。これらのストレインゲージ３１０ａ等
は、その部分でのリンク３の曲げ歪みを検出し、その検
出結果を演算装置５に送る。A square hole 31 is formed in the center of the link 3.
Is provided. A strain gauge 310 for detecting bending strain in the portion where the thickness of the link 3 is reduced by the hole 31.
a is provided. Although the strain gauges 310a are provided only at one location in the figure, in reality, the strain gauges are provided at four locations on the side surface of the link 3 and the inner peripheral surface of the hole 31 in the portion where the wall thickness is thin. . Illustration of three strain gauges other than the strain gauge 310a is omitted. These strain gauges 310a and the like detect the bending strain of the link 3 at that portion, and send the detection result to the arithmetic unit 5.
【００２０】演算装置５は、その検出結果から求めた力
成分ｆやエンコーダ１２で検出した把持部２の位置等に
基づいて前記式（１）から反力Ｆを求め、その反力Ｆに
基づいてモータ１の回転を制御する。The arithmetic unit 5 obtains the reaction force F from the equation (1) based on the force component f obtained from the detection result, the position of the gripping portion 2 detected by the encoder 12, etc., and based on the reaction force F. Control the rotation of the motor 1.
【００２１】上記構成のロボット用フィンガ１０におい
て、把持部２は軸回りに回転自在な自由度を持つように
したので、図２に示すように、ワーク６と指２との間に
生じる摩擦力ｆF を小さく抑えることができる。したが
って、力成分ｆに基づいて反力Ｆを求めても、その反力
Ｆは把持部２で生ずる実際の把持力ＦC とほとんど誤差
はなく、把持力を正確に求めることができるようにな
る。In the robot finger 10 having the above-described structure, the grip portion 2 has a degree of freedom of rotation about the axis, so that the frictional force generated between the work 6 and the finger 2 as shown in FIG. It is possible to keep f F small. Therefore, even if the reaction force F is calculated based on the force component f, the reaction force F has almost no difference from the actual gripping force F C generated in the grip portion 2, and the gripping force can be accurately calculated. .
【００２２】なお実際にワーク６を支持する場合は、図
２及び３に示すように本ロボット用フィンガ１０と対と
なるロボット用フィンガ１０ｍを用意する。図２の場合
は、対となるロボット用フィンガ１０ｍとして従来型の
ロボット用フィンガを用いる。ロボット用フィンガ１０
ｍは図中Ｘ方向のすべりを押さえる役目も兼ね、把持部
２ｍにおいてあえてワークとの摩擦を生ずるような形式
としてある。When actually supporting the workpiece 6, as shown in FIGS. 2 and 3, a robot finger 10m which is paired with the robot finger 10 is prepared. In the case of FIG. 2, a conventional robot finger is used as the pair of robot fingers 10m. Robot finger 10
The symbol m also serves to hold down the slip in the X direction in the figure, and is designed to cause friction with the work at the gripping portion 2m.
【００２３】図３は、対となるロボット用フィンガ１０
ｎとして把持部２ｎを四角柱のパット型に変えたもので
ある。これによりワーク６との摩擦を増加させてより安
定な把持が可能となる。なお、この把持部２ｎのパッド
はワーク６との馴染みを良くするために、図３中の矢印
２０ｎで示したようにパッドの姿勢が所定の角度内で可
動できる自由度を持たせてある。FIG. 3 shows a pair of robot fingers 10.
As the n, the grip portion 2n is changed to a square pole pad type. This increases the friction with the work 6 and enables more stable gripping. Note that the pad of the grip portion 2n has a degree of freedom that the posture of the pad can be moved within a predetermined angle as indicated by an arrow 20n in FIG. 3 in order to improve familiarity with the work 6.
【００２４】なお、図１に示した演算装置５は、ロボッ
ト用フィンガ１０のモータ１の回転制御を行なうように
しているが、同時に他のロボット用フィンガの回転制御
を行なうように構成してもよい。Although the arithmetic unit 5 shown in FIG. 1 controls the rotation of the motor 1 of the robot finger 10, it may also be configured to control the rotation of other robot fingers at the same time. Good.
【００２５】図５は本発明の第２の実施例を示す図であ
る。本実施例では、把持部２ａは上記第１の実施例と同
様に、軸回りに回転自在に自由度を持つように構成され
ている。一方、ロボット用フィンガ１０ａのリンクはＬ
字型リンク３ａとして構成されている。そのＬ字型リン
ク３ａで軸線が互いに異なる部位に、四角形状の穴３１
ａ及び３２ａが設けられる。上記第１の実施例と同様
に、穴３１ａの部分に４個のストレインゲージ３１１ａ
等が設けられ、穴３２ａの部分に４個のストレインゲー
ジ３２１ａ等が設けられる。これらのストレインゲージ
３１１ａ、３２１ａ等は、その部分でのリンク３ａの曲
げ歪みを検出し、その検出結果を演算装置５ａに送る。FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the grip portion 2a is configured to have a degree of freedom so as to be rotatable about its axis, as in the first embodiment. On the other hand, the link of the robot finger 10a is L
It is configured as a letter-shaped link 3a. Square holes 31 are formed in the L-shaped links 3a where the axes are different from each other.
a and 32a are provided. Similar to the first embodiment, four strain gauges 311a are provided in the hole 31a.
Etc. are provided, and four strain gauges 321a etc. are provided in the portion of the hole 32a. These strain gauges 311a, 321a, etc. detect the bending strain of the link 3a at that portion and send the detection result to the arithmetic unit 5a.
【００２６】図６はロボット用フィンガ１０ａによりワ
ークを押し付けて把持したときの状態をモデル化した図
である。ここでは、穴３１ａにおける４個のストレイン
ゲージ３１１ａ等をストレインゲージＳ１で、穴３２ａ
における４個のストレインゲージ３２１ａ等をストレイ
ンゲージＳ２で表す。FIG. 6 is a model view of a state in which the work is pressed and grasped by the robot finger 10a. Here, the four strain gauges 311a and the like in the hole 31a are strain gauges S1 and the holes 32a
The four strain gauges 321a in FIG.
【００２７】ストレインゲージＳ１の出力電圧をＶ１、
ストレインゲージＳ２の出力電圧をＶ２とすれば、モデ
ル化した図４において次式（２）、（３）が成立する。The output voltage of the strain gauge S1 is V1,
If the output voltage of the strain gauge S2 is V2, the following equations (2) and (3) are established in the modeled FIG.
【００２８】[0028]
【数２】 Ｖ１＝ｋ1 ・Ｌ１・Ｆ・ｓｉｎβ ・・・・（２）[Formula 2] V1 = k 1 · L1 · F · sin β ··· (2)
【００２９】[0029]
【数３】 Ｖ２＝ｋ2 ・Ｌ２・Ｆ・ｃｏｓβ＋ｋ3 ・Ｌ３・Ｆ・ｓｉｎβ・・・（３） ただし、ｋ1 、ｋ2 、ｋ3 は出力特性定数であり、ｋ1
とｋ2 の比はアンプのゲインで調整可能である。また、
ｋ2 とｋ3 は構造上機械的に一定の比を持つ関係とな
り、[Formula 3] V2 = k 2 · L2 · F · cosβ + k 3 · L3 · F · sin β (3) where k 1 , k 2 and k 3 are output characteristic constants and k 1
The ratio of k 2 to k 2 can be adjusted by the gain of the amplifier. Also,
The structure of k 2 and k 3 has a mechanically constant ratio,
【００３０】[0030]
【数４】 ｋ2 ／ｋ3 ＝ｃｏｎｓｔ ・・・・・（４） である。検出電圧のスケール調整を行なえば、（２）式
より、## EQU00004 ## k 2 / k 3 = const (4) If the scale of the detection voltage is adjusted, from equation (2),
【００３１】[0031]
【数５】 ｓｉｎβ＝Ｖ１／（ｋ1 ・Ｌ１・Ｆ） ・・・・・（５） この（５）式のｓｉｎβを（３）式に代入して、(5) sinβ = V1 / (k 1 · L1 · F) (5) Substituting sin β in equation (5) into equation (3),
【００３２】[0032]
【数６】 ｃｏｓβ＝（１／ｋ2 ・Ｌ２・Ｆ）（Ｖ２−ｋ3 ・Ｌ３・Ｖ１／（ｋ1 ・Ｌ１ ）） ・・・・・（６） （５）式、（６）式と、[Equation 6] cos β = (1 / k 2 · L2 · F) (V2-k 3 · L3 · V1 / (k 1 · L1)) (6) Equation (5), Equation (6) When,
【００３３】[0033]
【数７】 ｓｉｎ2 β＋ｃｏｓ2 β＝１ ・・・・・（７） を用いて、反力Ｆについて解くと、## EQU00007 ## Solving for the reaction force F using sin 2 β + cos 2 β = 1 (7)
【００３４】[0034]
【数８】 Ｆ＝｛１／（ｋ1 ・Ｌ１・ｋ2 ・Ｌ２）｝× ｛（ｋ2 ・Ｌ２・Ｖ１）2 ＋（ｋ1 ・Ｌ１・Ｖ２−ｋ3 ・Ｌ３・Ｖ１）2 ｝0.5 ・・・・・（８） となり、ストレインゲージＳ１の出力電圧Ｖ１とストレ
インゲージＳ２の出力電圧Ｖ２とを用いて、反力Ｆを求
めることができる。すなわち、把持部２ａの位置と係わ
る角度θやβと関係なく、特異点のない安定した反力Ｆ
の検出が可能となり、把持部２ａの位置（モータ１ａの
回転角度）θを求めるエンコーダも不要となる。[Equation 8] F = {1 / (k 1 · L 1 · k 2 · L 2 )} × {(k 2 · L 2 · V 1 ) 2 + (k 1 · L 1 · V 2 −k 3 · L 3 · V 1) 2 } 0.5 (8), and the reaction force F can be obtained using the output voltage V1 of the strain gauge S1 and the output voltage V2 of the strain gauge S2. That is, regardless of the angles θ and β related to the position of the grip portion 2a, a stable reaction force F having no singular point is obtained.
Can be detected, and an encoder for determining the position of the grip portion 2a (rotation angle of the motor 1a) θ is unnecessary.
【００３５】また、（８）式をアナログ回路でハード化
すれば、その分、演算部５ａにおける計算負担が少なく
なり、高速に反力Ｆを検出することができるようにな
る。図６において、把持部２ａの位置（モータ１ａの回
転角度）θが分かるようにエンコーダを付加し、ストレ
インゲージＳ１、Ｓ２で出力電圧Ｖ１、Ｖ２を検出すれ
ば、ワーク６の位置姿勢も認識できるようになる。すな
わち、把持部２ａの位置θはエンコーダで検出し、把持
部２ａに対する反力Ｆの方向βは、上記（８）式で求め
た反力Ｆの値と、（５）式、（６）式とから逆算可能で
ある。このθ、βを用いてロボット用フィンガ座標系Ｏ
−ＸＹで見たワーク６表面の傾きαはFurther, if the equation (8) is hardened by an analog circuit, the calculation load on the arithmetic unit 5a is correspondingly reduced, and the reaction force F can be detected at high speed. In FIG. 6, the position and orientation of the work 6 can be recognized by adding an encoder so that the position (rotational angle of the motor 1a) θ of the grip portion 2a can be recognized and detecting the output voltages V1 and V2 by the strain gauges S1 and S2. Like That is, the position θ of the grip portion 2a is detected by the encoder, and the direction β of the reaction force F with respect to the grip portion 2a is the value of the reaction force F obtained by the above equation (8) and the equations (5) and (6). It can be calculated backward from and. Using these θ and β, the robot finger coordinate system O
-The inclination α of the surface of the work 6 viewed in XY is
【００３６】[0036]
【数９】 α＝θ＋β＋π／２ ・・・・・（９） で算出することができる。複数の把持部２ａ等から求め
たこのαを用いて、ワーク６の位置姿勢が推定可能とな
る。## EQU9 ## α = θ + β + π / 2 (9) can be calculated. The position and orientation of the work 6 can be estimated using this α obtained from the plurality of grips 2a and the like.
【００３７】図７は本発明の第３の実施例を示す図であ
る。本実施例では、把持部２ｂは上記第１及び第２の実
施例と同様に、軸回りに回転自在に自由度を持つように
構成されている。一方、ロボット用フィンガ１０ｂのリ
ンク３ｂは、リンク３０ｃとリンク３０ｄで構成されて
いる。リンク３０ｃは、その一端がモータ１ｂの駆動軸
１１ｂに取り付けられ、その一端から広がっていく形状
を有している。リンク３０ｃの幅広に形成された他端側
の側面中央に設けられた矩形状の穴３１ｂには、板バネ
３１ｃがその側面に沿って設けられている。FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the grip portion 2b is configured to have a degree of freedom so as to be rotatable about its axis, as in the first and second embodiments. On the other hand, the link 3b of the robot finger 10b is composed of a link 30c and a link 30d. One end of the link 30c is attached to the drive shaft 11b of the motor 1b, and the link 30c has a shape expanding from one end. A leaf spring 31c is provided along the side surface of a rectangular hole 31b formed in the center of the side surface of the link 30c on the other end side formed wide.
【００３８】上記リンク３０ｄは略直方体に形成され、
その一端が板バネ３１ｃの中央部分に固定して接続さ
れ、リンク３０ｄの他端側に上記把持部２ｂが設けられ
る。板バネ３１ｃには、図６（詳細は後述する）に示す
ように、その側面の裏表に４個のストレインゲージ３３
１ａ、３３１ｂ、３３１ｃ及び３３１ｄが設けられ、こ
れらのストレインゲージ３３１ａ等は、４個で１組とな
って図７に示すブリッジ回路Ｃ１を構成する。The link 30d is formed into a substantially rectangular parallelepiped,
One end thereof is fixedly connected to the central portion of the leaf spring 31c, and the grip portion 2b is provided on the other end side of the link 30d. As shown in FIG. 6 (details will be described later), the leaf spring 31c has four strain gauges 33 on the front and back sides thereof.
1a, 331b, 331c, and 331d are provided, and these strain gauges 331a and the like form a set of four strain gauges 331a and the like to configure the bridge circuit C1 shown in FIG.
【００３９】また、図８では図示していないが、実際に
は、上記４個のストレインゲージ３３１ａ等の各々に隣
接してもう一組の４個のストレインゲージが設けられ、
上記ストレインゲージ３３１ａ等と同様に、４個で１組
となって図１０に示すブリッジ回路Ｃ２を構成してい
る。その詳細は後述する。なお、図９のａ〜ｄは、スト
レインゲージ３３１ａ〜３３１ｄを示し、図１０のａ〜
ｄは、ストレインゲージ３３１ａ〜３３１ｄの各々に隣
接して設けられたもう一組の４個のストレインゲージを
示す。これらのストレインゲージ３３１ａ等は、その部
分での板バネ３０ｃの撓みや曲げ歪みを検出し、その検
出結果は上記ブリッジ回路Ｃ１、Ｃ２の出力信号となっ
て演算装置５ｂに送られる。Although not shown in FIG. 8, actually, another set of four strain gauges is provided adjacent to each of the four strain gauges 331a and the like.
Similar to the strain gauge 331a and the like, four pieces form one set to form the bridge circuit C2 shown in FIG. The details will be described later. 9A to 9D show strain gauges 331a to 331d, and a to d in FIG.
d shows another set of four strain gauges provided adjacent to each of the strain gauges 331a to 331d. These strain gauges 331a and the like detect bending and bending distortion of the leaf spring 30c at that portion, and the detection results are sent to the arithmetic unit 5b as output signals of the bridge circuits C1 and C2.
【００４０】図８はロボット用フィンガ１０ｂによりワ
ークを押し付けて把持したときの状態をモデル化した図
である。ここで、反力Ｆの算出方法を説明する。図にお
いて、把持力Ｆのｃｏｓθ成分は、板バネ３１ｃの撓み
となって現れる。上記のブリッジ回路Ｃ１は、板バネ３
１ｃの撓みを検出するように回路が組まれており、板バ
ネ３１ｃの撓みは、ブリッジ回路Ｃ１の検出電圧Ｖａ
（図９）に比例して現れる。FIG. 8 is a model view of a state in which the work is pressed and gripped by the robot finger 10b. Here, a method of calculating the reaction force F will be described. In the figure, the cos θ component of the gripping force F appears as the bending of the leaf spring 31c. The bridge circuit C1 is composed of the leaf spring 3
The circuit is assembled so as to detect the flexure of 1c, and the flexure of the leaf spring 31c depends on the detection voltage Va of the bridge circuit C1.
Appears in proportion to (Fig. 9).
【００４１】また、反力Ｆのｓｉｎθ成分は、板バネ３
１ｃの曲げとなって現れる。上記のブリッジ回路Ｃ２
は、板バネ３１ｃの曲げを検出するように回路が組まれ
ており、板バネ３１ｃの曲げは、ブリッジ回路Ｃ２の検
出電圧Ｖｂ（図１０）に比例して現れる。The sin θ component of the reaction force F is the leaf spring 3
Appears as a 1c bend. The above bridge circuit C2
Has a circuit configured to detect the bending of the leaf spring 31c, and the bending of the leaf spring 31c appears in proportion to the detection voltage Vb (FIG. 10) of the bridge circuit C2.
【００４２】ｋa 、ｋb を出力特性定数として検出電圧
のスケール調整を行なえば、If the scale of the detected voltage is adjusted with k a and k b as output characteristic constants,
【００４３】[0043]
【数１０】 Ｆ・ｃｏｓθ＝ｋa ・Ｖa ・・・・・（１０）[Equation 10] F · cos θ = k a · V a (10)
【００４４】[0044]
【数１１】 Ｆ・ｓｉｎθ＝ｋb ・Ｖb ・・・・・（１１） となる。[Equation 11] F · sin θ = k b · V b (11)
【００４５】[0045]
【数１２】 ｓｉｎ2 θ＋ｃｏｓ2 θ＝１ ・・・・・（１２） と連立させて反力Ｆについて解けば、[Equation 12] sin 2 θ + cos 2 θ = 1 (12)
【００４６】[0046]
【数１３】 Ｆ＝（ｋa ・Ｖa ＋ｋb ・Ｖb ）0.5 ・・・・・（１３） で、反力Ｆを求めることができる。The reaction force F can be calculated by F = (k a · V a + k b · V b ) 0.5 (13)
【００４７】このように、本実施例ではリンク３ｂに板
バネ３１ｃを設け、その板バネ３１ｃの撓みと曲げ歪み
を検出して把持部２ｂの反力Ｆを求めるようにした。そ
のときの反力Ｆの算出式（１３）は簡単な式となるの
で、第１の実施例に比べて、さらに高速に反力Ｆを検出
することができるようになる。As described above, in this embodiment, the link 3b is provided with the leaf spring 31c, and the flexure and bending strain of the leaf spring 31c are detected to obtain the reaction force F of the grip portion 2b. Since the formula (13) for calculating the reaction force F at that time is a simple formula, it becomes possible to detect the reaction force F at a higher speed than in the first embodiment.
【００４８】なお、上記の第１〜第３の実施例におい
て、把持部自身の回転をエンコーダ等で検出するように
すれば、把持部とワークとの間のすべりが演算装置で検
出可能となる。その演算装置において、検出したすべり
に基づいてモータの回転トルクを制御するようにすれ
ば、最小の把持力でワークを把持することができる。例
えば、２本の把持部の内、一方を固定支持用とし、他方
を軸回りに回転自在に構成したとき、その回転自在の把
持部の回転を検出することで、常時最小の把持力でその
ワークを掴むことができるようになる。In the first to third embodiments described above, if the rotation of the gripper itself is detected by an encoder or the like, the slip between the gripper and the work can be detected by the arithmetic unit. . In the arithmetic unit, if the rotation torque of the motor is controlled based on the detected slip, the work can be gripped with the minimum gripping force. For example, when one of the two gripping portions is fixedly supported and the other is configured to be rotatable about an axis, the rotation of the rotatable gripping portion is detected, so that the minimum gripping force is always maintained. You will be able to grab the work.
【００４９】また、上記の第１〜第３の実施例でのロボ
ット用フィンガ１０等を用いた応用例として、例えば紙
送り機の紙押さえ装置がある。演算装置（把持力検出装
置）５等を用いて紙押さえ力を常に理想的な状態に保つ
制御が可能になる。Further, as an application example using the robot finger 10 or the like in the above-mentioned first to third embodiments, for example, there is a paper pressing device of a paper feeder. It is possible to control the paper pressing force to be always in an ideal state by using the calculation device (grip force detection device) 5 and the like.
【００５０】[0050]
【発明の効果】以上説明したように本発明では、ロボッ
ト用フィンガの把持部の軸回りに回転自在な自由度を持
たせるように構成した。このため、ワーク把持時にワー
クと指との間に生じる摩擦力を小さく抑えることができ
る。したがって、リンク軸と垂直な方向の力成分に基づ
いて把持力を求めても、把持部で生ずる実際の把持力と
ほとんど誤差はなく、把持力を正確に求めることができ
るようになる。As described above, according to the present invention, the robot fingers are configured to have a degree of freedom of rotation around the axis of the grip portion. Therefore, the frictional force generated between the work and the finger when gripping the work can be suppressed to be small. Therefore, even if the gripping force is calculated based on the force component in the direction perpendicular to the link axis, there is almost no difference from the actual gripping force generated at the gripping portion, and the gripping force can be accurately calculated.
【００５１】また、把持部を軸回りに回転自在に構成す
ると共に、リンク回転軸と把持部との間のリンクを屈曲
リンクとし、その屈曲リンク上で軸線方向が互いに異な
る部位に、曲げ歪みを検出する曲げ歪み検出部を設け
た。このため、その２カ所の曲げ歪み検出部の検出信号
に基づいて把持力を検出できるようになる。すなわち、
把持部の位置に関係なく、特異点のない安定した把持力
の検出が可能となり、把持部の位置（リンク回転軸の回
転角度）を求めるエンコーダも不要となる。In addition, the grip portion is configured to be rotatable about its axis, and the link between the link rotating shaft and the grip portion is a bending link, and bending strain is applied to portions of the bending link whose axial directions are different from each other. A bending strain detecting section for detecting is provided. For this reason, the gripping force can be detected based on the detection signals of the bending strain detecting sections at the two places. That is,
Regardless of the position of the grip, it is possible to detect a stable gripping force without a singular point, and an encoder for obtaining the position of the grip (the rotation angle of the link rotation shaft) is also unnecessary.
【図１】本発明のロボット用フィンガの構成を示す図で
ある。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a robot finger of the present invention.
【図２】ロボット用フィンガによりワークを押し付けて
把持したときの状態をモデル化した図である。FIG. 2 is a diagram modeling a state in which a work is pressed and grasped by a robot finger.
【図３】２指把持によるワーク固定支持。（その１）[Fig. 3] Workpiece fixed support by gripping with two fingers. (Part 1)
【図４】２指把持によるワーク固定支持。（その２）[Fig. 4] Workpiece fixed support by gripping with two fingers. (Part 2)
【図５】本発明の第２の実施例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図６】ロボット用フィンガによりワークを押し付けて
把持したときの状態をモデル化した図である。FIG. 6 is a diagram modeling a state in which a work is pressed and gripped by a robot finger.
【図７】本発明の第３の実施例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
【図８】ロボット用フィンガによりワークを押し付けて
把持したときの状態をモデル化した図である。FIG. 8 is a diagram modeling a state in which a work is pressed and gripped by a robot finger.
【図９】把持力Ｆのｃｏｓθ成分を検出するブリッジ回
路を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a bridge circuit for detecting a cos θ component of a gripping force F.
【図１０】把持力Ｆのｓｉｎθ成分を検出するブリッジ
回路を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a bridge circuit that detects a sin θ component of a gripping force F.
【図１１】従来例のロボット用フィンガを示す図であ
る。FIG. 11 is a diagram showing a conventional robot finger.
【図１２】ロボット用フィンガによる把持方法を示す図
である。FIG. 12 is a diagram showing a gripping method by a finger for a robot.
【図１３】把持部にかかる反力Ｆを求める手順の説明図
である。FIG. 13 is an explanatory diagram of a procedure for obtaining a reaction force F applied to a grip portion.
【図１４】把持部とワークとの間の摩擦力を説明するた
めの図である。FIG. 14 is a diagram for explaining a frictional force between a grip portion and a work.
１，１ａ，１ｂ モータ ２，２ａ，２ｂ 把持部 ３，３ａ，３ｂ，３０ｃ，３０ｄ リンク ５，５ａ，５ｂ 演算装置 １０，１０ａ，１０ｂ ロボット用フィンガ １１，１１ａ，１１ｂ 駆動軸 ３１，３１ａ，３１ｂ 穴 ３１ｃ 板バネ ３１０ａ，３１１ａ，３１２ａ，３３１ａ ストレイン
ゲージ1, 1a, 1b Motors 2, 2a, 2b Grips 3, 3a, 3b, 30c, 30d Links 5, 5a, 5b Arithmetic devices 10, 10a, 10b Robot fingers 11, 11a, 11b Drive shafts 31, 31a, 31b Hole 31c leaf spring 310a, 311a, 312a, 331a strain gauge
Claims (6)
ボット用フィンガ（１０）において、 前記把持部（２）の軸回りに回転自在な自由度を持たせ
たことを特徴とするロボット用フィンガ。1. A finger (10) for a robot having a gripping part (2) for gripping a work, characterized by having a degree of freedom of rotation around an axis of the gripping part (2). Fingers.
ロボット用フィンガの把持力検出装置において、 前記ロボット用フィンガの全体を回転駆動させるリンク
回転軸と、 前記リンク回転軸に一端が取り付けられ前記リンク回転
軸の回転に応じて回転する屈曲リンクと、 前記屈曲リンクの他端に取り付けられ軸回りに回転自在
な自由度を持つワーク把持用の把持部と、 前記屈曲リンク中で軸線の方向が互いに異なる部位に設
けられ曲げ歪みを検出する曲げ歪み検出部と、 前記曲げ歪み検出部の検出信号に基づいて前記把持部の
把持力を演算する演算部と、 を有することを特徴とするロボット用フィンガの把持力
検出装置。2. A gripping force detection device for a robot finger that detects a gripping force of a robot finger, and a link rotation shaft that rotationally drives the entire robot finger, and one end of which is attached to the link rotation shaft. A bending link that rotates according to the rotation of the rotating shaft, a gripping part that is attached to the other end of the bending link and has a degree of freedom that allows it to rotate around the axis, and the axes of the bending link have mutually different directions. A finger for robot characterized by comprising: a bending strain detection unit provided at different parts for detecting bending strain; and a calculation unit calculating a gripping force of the gripping unit based on a detection signal of the bending strain detection unit. Gripping force detection device.
り、前記演算部は演算した前記把持部の把持力に基づい
て前記モータ駆動軸の回転トルクを制御することを特徴
とする請求項２記載のロボット用フィンガの把持力検出
装置。3. The link rotation shaft is a motor drive shaft, and the calculation unit controls the rotation torque of the motor drive shaft based on the calculated gripping force of the gripping unit. Robot finger gripping force detection device.
角度検出器を設け、前記演算部は前記角度検出器の検出
信号に基づいて前記ワークの位置及び姿勢を求めること
を特徴とする請求項３記載のロボット用フィンガの把持
力検出装置。4. An angle detector for detecting a rotation angle of the link rotation shaft is provided, and the arithmetic unit obtains a position and a posture of the work based on a detection signal of the angle detector. The robot finger gripping force detection device according to item 3.
る角度検出器を設け、前記演算部は前記角度検出器の検
出信号に基づいて前記把持部のすべりを検出すると共に
前記すべりのない最小把持力となるように前記駆動軸の
回転トルクを制御することを特徴とする請求項３記載の
ロボット用フィンガの把持力検出装置。5. An angle detector is provided for detecting a rotation angle of the grip portion about an axis, and the arithmetic unit detects a slip of the grip portion based on a detection signal of the angle detector and is free from the slip. 4. The gripping force detecting device for a robot finger according to claim 3, wherein the rotation torque of the drive shaft is controlled so as to obtain a minimum gripping force.
ロボット用フィンガの把持力検出装置において、 前記ロボット用フィンガの全体を回転駆動させるリンク
回転軸と、 前記リンク回転軸に設けられた第１のリンクと、 前記第１のリンクの前記回転軸とは反対側端面に設けら
れた板バネと、 前記板バネに固定された第２のリンクと、 前記第２のリンクの先端に設けられ軸回りに回転自在な
自由度を持つワーク把持用の把持部と、 前記板バネに設けられ撓みと曲げ歪みを検出する曲げ歪
み検出部と、 前記曲げ歪み検出部の検出信号に基づいて前記把持部の
把持力を演算する演算部と、 を有することを特徴とするロボット用フィンガの把持力
検出装置。6. A robot finger gripping force detection device for detecting a robot finger gripping force, comprising: a link rotary shaft for rotationally driving the entire robot finger; and a first link provided on the link rotary shaft. A link, a leaf spring provided on an end surface of the first link opposite to the rotary shaft, a second link fixed to the leaf spring, and a shaft provided at a tip of the second link. A gripping part for gripping a workpiece having a freely rotatable degree, a bending strain detecting part provided on the leaf spring for detecting bending and bending strain, and a gripping part of the gripping part based on a detection signal of the bending strain detecting part. A gripping force detection device for a finger for a robot, comprising: a calculation unit that calculates a gripping force.
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|---|---|---|---|
| JP03327193A JP3187191B2 (en) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | Robot finger grip force detection device |
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1993
- 1993-02-23 JP JP03327193A patent/JP3187191B2/en not_active Expired - Fee Related
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