WO2019065425A1 - ロボットハンドおよびロボットハンド制御方法 - Google Patents

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WO2019065425A1
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WO
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joint
gripping surface
finger
robot hand
gripping
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PCT/JP2018/034706
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English (en)
French (fr)
Inventor
佐藤　寛之
Original Assignee
倉敷紡績株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members

Definitions

  • the present invention relates to a robot hand attached to and used at the tip of a robot arm.
  • Patent Document 1 includes a pair of slide portions sliding along a linear axis, and a grip portion fixed to each of the slide portions and having a gripping claw at a tip end portion, and the grip portion is the linear axis
  • a hand is described that includes an articulation that rotates about an axis of rotation that is orthogonal to a plane that includes the tip of the gripping claw and the tip of the gripping claw. Then, it is described that workpieces of different sizes and shapes can be reliably gripped by gripping workpieces by bringing gripping claws facing substantially in parallel to approach each other.
  • Patent Document 2 there are a plurality of palm plate portions connected via a palm joint so as to be capable of increasing or decreasing the included angle, and a plurality of finger joints supported by the palm plate portion and having rotation axes arranged in parallel.
  • a robot hand having a finger portion of it is described that the object to be grasped can be stably grasped in a wide dimension range by the structure.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 it is possible to grip an object whose shape is not constant. However, it has still been difficult to grip objects that are not uniform in shape and that are flexible and prone to deformation. For example, when holding food such as vegetables, fruits, fried hamburger or chicken with a robot hand with a robot hand, if the holding force is too strong, the shape collapses, so a mechanism that can adjust the holding force to an appropriate size is necessary. there were.
  • the present invention has been made in consideration of the above, and it is an object of the present invention to provide a robot hand and a robot hand control method suitable for gripping an object which is not uniform in shape and is flexible and easy to deform.
  • the robot hand has a first finger and a second finger, and the first finger carries a first joint and a second joint that perform rotational movement about an axis perpendicular to the link to be connected; An actuator for driving each of the first joint and the second joint, and a first gripping surface provided at the tip of the first finger, wherein the second finger is perpendicular to the link to be connected; Third joint and fourth joint that perform rotational movement about a vertical axis, an actuator that drives each of the third joint and the fourth joint, and a second grip provided at the tip of the second finger Having a face.
  • the rotation axes of the first to fourth joints are parallel to each other, and the first gripping surface and the second gripping surface are arranged to be able to face each other by the rotational motion of the first to fourth joints. Then, torque control is performed in a direction in which the first joint narrows the distance between the first gripping surface and the second gripping surface, and at least the second joint follows the movement of the first joint to perform the first gripping.
  • the object is gripped by position control such that the surface and the second gripping surface are maintained at a predetermined angle.
  • the torque control is control for rotating a joint or maintaining a constant torque for rotating the joint.
  • Position control is control to make the rotational position of a joint constant.
  • torque control is performed in a direction in which the first joint narrows the distance between the first gripping surface and the second gripping surface, and the second to fourth joints follow the movement of the first joint.
  • the object may be gripped by position control such that the first grip surface and the second grip surface are maintained at the predetermined angle.
  • the third joint and the fourth joint are fixed by position control, and the first joint is torque-controlled in a direction to narrow an interval between the first gripping surface and the second gripping surface.
  • the two joints may hold the object by being position-controlled so as to maintain the first holding surface and the second holding surface at the predetermined angle following the movement of the first joint. .
  • maintaining the first gripping surface and the second gripping surface at the predetermined angle maintains the first gripping surface and the second gripping surface substantially parallel. It is.
  • the angle formed by the first gripping surface and the second gripping surface can be determined according to the shape of the object, but by keeping the first gripping surface and the second gripping surface substantially parallel, it is possible to select objects of various shapes. It becomes easy to grip the object.
  • the actuator is a servomotor.
  • position control and torque control can be easily realized, and the robot hand can be made compact.
  • the first joint is provided closer to the fixed end of the first finger than the second joint.
  • the motion of each joint is more likely to be stable.
  • the first gripping surface and the second gripping surface are flat.
  • the gripping surface may not be a completely flat surface.
  • the surface may be provided with an uneven surface with non-slip, etc., and a flat surface may be formed as an overall shape.
  • the first finger portion and / or the second finger portion further includes a joint that performs rotational movement about a rotation axis parallel to the first to fourth joints by position control.
  • a joint that performs rotational movement about a rotation axis parallel to the first to fourth joints by position control.
  • a first grip surface provided at the tip of a first finger having a first joint and a second joint, and a tip of a second finger having a third joint and a fourth joint And a step of causing the second gripping surface provided on the part to approach a target object by extending the distance between the first gripping surface and the second gripping surface with the second gripping surface provided at a predetermined angle to a predetermined angle;
  • the torque control is performed in the direction to narrow the gap between the gripping surface and the second gripping surface, and at least the second joint follows the movement of the first joint to set the first gripping surface and the second gripping surface as the predetermined And holding the object by narrowing the distance between the first holding surface and the second holding surface by position control to maintain the angle.
  • the distance between the first grip surface and the second grip surface is narrowed while maintaining the first grip surface and the second grip surface at a predetermined angle.
  • the gripping state of the object is maintained.
  • the gripping force is determined by the torque of the first joint, setting the appropriate torque according to the object to the first joint will damage the object even if it is gripping a flexible and easily deformable object. I have not.
  • the robot hand and the robot hand control method according to the present invention by combining torque control and position control and controlling each joint in this manner, grips an object that is not uniform in shape and is flexible and easy to deform. Suitable for
  • FIG. 1 A first embodiment of a robot hand of the present invention will be described based on FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 A first embodiment of a robot hand of the present invention will be described based on FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 A first embodiment of a robot hand of the present invention will be described based on FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 A first embodiment of a robot hand of the present invention will be described based on FIGS. 1 and 2.
  • the robot hand 11 of the present embodiment has a base 12, a first finger 21 and a second finger 41.
  • the robot hand 11 is used by attaching the base 12 to the tip of the robot arm.
  • the first finger 21 has a proximal end side of the link 22 fixed to the base 12 (fixed end 28), and a first joint 23 connecting the link 22 and the link 24, and a second joint 25 connecting the link 24 and the link 26.
  • the first holding surface 27 is provided at the tip end portion 29.
  • the first joint 23 rotationally moves about an axis of rotation perpendicular to the connecting links 22 and 24 so as to increase or decrease the link angle ⁇ 1 between the links 22 and 24.
  • the second joint 25 rotationally moves about an axis of rotation perpendicular to the linking links 24 and 26 so as to increase or decrease the link angle ⁇ 2 between the links 24 and 26.
  • the first joint 23 and the second joint 25 are driven by independent actuators (not shown).
  • the actuator is a rotary actuator, preferably a servomotor. This is because position control and torque control to be described later can be easily realized.
  • the servomotor is preferably provided in the vicinity of the driven first joint or second joint. This is because the transfer mechanism can be omitted and the structure of the robot hand 10 can be simplified.
  • the first joint 23 is capable of position control and torque control
  • the second joint 25 is position controllable.
  • the torque control is control for rotating a joint or maintaining a constant torque for rotating the joint. Specifically, since the torque of the motor is correlated with the current, the current supplied to the motor is controlled to be constant.
  • Position control is control to make the rotational position (angle) of a joint constant, and after the joint reaches a target position, the position is maintained.
  • a mechanism for position control is incorporated as a function of the motor.
  • the rotation direction is made use of feedback from a force sensor or the like, a position controller, etc. adjust.
  • the second finger 41 has the same structure as the first finger 21.
  • the second finger 41 has a proximal end side of the link 42 fixed to the base 12 (fixed end 48), a third joint 43 connecting the link 42 and the link 44, and a fourth joint 45 connecting the link 44 and the link 46
  • the second grip surface 47 is provided at the tip end portion 49.
  • the third joint and the fourth joint rotate to increase or decrease the angles ⁇ 3 and ⁇ 4 between the adjacent links.
  • the third joint and the fourth joint are each driven by an independent actuator (not shown), and the actuator is a rotary actuator, preferably a servomotor.
  • the third joint and the fourth joint are position controllable.
  • the positional relationship between the first joint 23 and the second joint 25 is to provide the torque-controlled first joint closer to the fixed end 28 of the first finger 21 than the second joint following it.
  • Torque control is continuous control, and when torque control is performed on the joint near the fixed end, the torque always acts on the object regardless of the posture of the joint near the object. Thereby, the motion of each joint is stabilized at the time of the gripping operation described later.
  • position control is discontinuous control (the angle is periodically acquired from the torque control joint and commanded to the driven joint).
  • the position of the gripping surface may move rapidly due to the joint on the fixed end side that follows, and the time during which no torque acts on the object or the like with little elastic deformation It may occur intermittently.
  • torque fluctuations and disconnection are likely to occur also due to the difference in peripheral speed.
  • the first gripping surface 27 and the second gripping surface 47 grip the object by sandwiching the object therebetween.
  • the first and second gripping surfaces are preferably planar. This is because it is easy to hold an object of various shapes.
  • the first grip surface and the second grip surface are provided so as to be able to face each other by the rotational motion of the first to fourth joints.
  • the first gripping surface is achieved because the first finger 21 and the second finger 41 are on the same plane, and the rotation axes of the first to fourth joints are perpendicular to the plane and all are parallel.
  • the second gripping surface can be made to face each other.
  • the distance between the first gripping surface and the second gripping surface is changed, for example, while facing each other substantially in parallel while facing each other at a predetermined angle. It is possible.
  • the object W is recognized by a visual sensor or the like, and the first holding surface 27 and the second holding surface 47 are opened approximately a little wider than the width of the object while being substantially parallel.
  • the robot arm 90 is operated to move the robot hand 11 close to the object, and the robot hand is advanced so that the object W enters between the first gripping surface 27 and the second gripping surface 37.
  • the required angles of the first joint 23, the second joint 25, the third joint 43 and the fourth joint 45 are calculated by the control unit (not shown), and the first joint 23, the second joint 25, the third joint 43 and the third
  • the four joints 45 are all position controlled by the control unit to take a required angle.
  • the first joint 23 is rotated by torque control in the direction in which the distance between the first gripping surface 27 and the second gripping surface 47 is narrowed.
  • the parallel relationship between the first gripping surface 27 and the second gripping surface 47 breaks down, so referring to FIG. 2C, the second joint 25, the third joint 43 and the fourth joint 45 Following the movement of the joints, the parallel relationship between the two gripping surfaces 27, 47 is maintained.
  • the angle of the first joint is detected by an encoder or the like incorporated in the servomotor, and the control unit calculates the target positions of the second to fourth joints for keeping both gripping surfaces parallel, Position control of the second to fourth joints at the target position.
  • the rotation of the first joint is stopped when the torque and the reaction force of the first joint 23 are balanced.
  • the second joint 25 following the first joint, the third joint 43 and the fourth joint 45 are also stopped.
  • the object is held at a constant torque.
  • the reaction force decreases for some reason, the first joint rotates further in the direction to narrow the distance between the two gripping surfaces 27 and 47, and if the reaction force increases, the first joint receives both gripping surfaces 27 and 47. Set back in the direction to widen the gap.
  • torque control is performed in the direction in which the first joint 23 narrows the distance between the first gripping surface 27 and the second gripping surface 47, and the second joint 25, the third joint 43, and the third
  • the object W is gripped by the position control of the four joints 45 so as to keep the first grip surface and the second grip surface substantially parallel, following the movement of the first joint.
  • FIG. 3 the physical configuration of the robot hand 19 of the present embodiment is the same as that of the robot hand 11 of the first embodiment.
  • the reference numerals of the respective parts use the same reference numerals as in FIG.
  • the angles of the third joint 43 and the fourth joint 45 are fixed by position control, and the torque of the first joint 23 is controlled. Is different from the robot hand 11 according to the first embodiment in that only follows.
  • the second gripping surface 47 can be placed from under the object W, and the object can be gripped from above by the first gripping surface 27. Since the third joint 43 and the fourth joint 45 are fixed at a predetermined angle by position control, this method is suitable for placing and holding a relatively heavy object on the second gripping surface.
  • the number (degree of freedom) of joints possessed by each finger is two, but the first finger 21 and / or the second finger 41 is perpendicular to the link connected by position control
  • a joint that performs rotational movement about a rotation axis parallel to the first to fourth joints.
  • the degree of freedom of each finger is 2
  • the first gripping surface 27 and the second gripping surface 47 can face each other at only one point and make contact.
  • FIG. 5B when a joint 54 is added to one finger, both gripping surfaces can face and contact within a certain region extending in the substantially Y direction.
  • adding joints 34, 54 to both fingers allows the gripping surfaces to face and contact within a region extending in the X and Y directions.
  • Robot hand 12 base 21 first finger 22, 24, 26 link 23 first joint 25 second joint 27 first gripping surface 28 fixed end 29 tip 34 joint 41 second finger 42, 44, 46 link 43 third joint 45 fourth joint 47 second gripping surface 48 fixed end 49 tip 54 joint 90 robot arm W object ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4 link angle

Abstract

［課題］形状が一定でなく、かつ柔軟で変形しやすい対象物の把持に適したロボットハンドを提供する。 ［解決手段］ロボットハンド（１１）は、第１指部（２１）と第２指部（４１）を有し、前記第１指部は、回転運動を行う第１関節（２３）および第２関節（２５）と、該第１指部の先端部（２９）に設けられた第１把持面（２７）とを有し、前記第２指部は、回転運動を行う第３関節（４３）および第４関節（４５）と、該第２指部の先端部（４９）に設けられた第２把持面（４７）とを有する。そして、前記第１関節が前記第１把持面と前記第２把持面の間隔を狭める方向にトルク制御され、少なくとも前記第２関節が、前記第１関節の動きに追随して、前記第１把持面と前記第２把持面を所定の角度に維持するよう位置制御されることにより、対象物を把持する。

Description

ロボットハンドおよびロボットハンド制御方法
　本発明はロボットアームの先端に取り付けて用いられるロボットハンドに関する。
　産業用ロボットの適用範囲を拡大するために、様々な形状あるいは大きさの対象物を把持できるロボットハンドの開発が進んでいる。
　例えば、特許文献１には、直線軸に沿ってスライドする１組のスライド部と、スライド部のそれぞれに固定され、先端部分に把持爪を有する把持部とを備え、把持部は、前記直線軸と把持爪の先端を含む平面と直交する回転軸まわりに回転する関節部を備えるハンドが記載されている。そして、略平行に対向させた把持爪を接近させてワークを把持することにより、異なる大きさや形状のワークを確実に把持することができることが記載されている。
　また、特許文献２には、掌関節を介して挟角を増減可能に連結された２以上の掌板部と、掌板部に支持され、回転軸が平行に配置された指関節を有する複数の指部とを有するロボットハンドが記載されている。そして、その構造により、広い寸法範囲において把持対象物体を安定して把持できることが記載されている。
特開２０１２－１７６４６１号公報 特開２００８－１７８９３９号公報
　特許文献１や特許文献２に記載されたロボットハンドによれば、形状が一定でない対象物を把持することができる。しかしながら、形状が一定でなく、かつ柔軟で変形しやすい対象物を把持することは依然として難しかった。例えば、野菜、果物、ハンバーグや鳥のから揚げなどの食品をロボットハンドで把持する場合、把持力が強すぎると形が崩れてしまうので、把持力を適切な大きさに調整できる機構が必要であった。
　本発明は、上記を考慮してなされたものであり、形状が一定でなく、かつ柔軟で変形しやすい対象物の把持に適したロボットハンドおよびロボットハンド制御方法を提供することを目的とする。
　本発明のロボットハンドは、第１指部と第２指部を有し、前記第１指部は、連結するリンクに垂直な軸の回りに回転運動を行う第１関節および第２関節と、該第１関節および該第２関節のそれぞれを駆動するアクチュエータと、該第１指部の先端部に設けられた第１把持面とを有し、前記第２指部は、連結するリンクに垂直な軸の回りに回転運動を行う第３関節および第４関節と、該第３関節および該第４関節のそれぞれを駆動するアクチュエータと、該第２指部の先端部に設けられた第２把持面とを有する。そして、前記第１ないし第４関節の回転軸が互いに平行であり、前記第１把持面および前記第２把持面は、前記第１ないし第４関節の回転運動によって正対可能に配置される。そして、前記第１関節が前記第１把持面と前記第２把持面の間隔を狭める方向にトルク制御され、少なくとも前記第２関節が、前記第１関節の動きに追随して、前記第１把持面と前記第２把持面を所定の角度に維持するよう位置制御されることにより、対象物を把持する。
　ここでトルク制御とは、関節を回転させる、または回転させようとするトルクを一定に維持する制御である。位置制御とは、関節の回転位置を一定にする制御である。
　この構成により、第１把持面と第２把持面を所定の角度に保ちながら両者の間隔を狭めていくことによって、形状および／または大きさが一定でない対象物を把持できる。さらに、対象物を把持した後は第１関節が一定のトルクを維持するので、対象物を把持した状態が維持される。このとき、把持力は第１関節のトルクで決まるので、対象物に応じた適切なトルクを第１関節に設定することで、柔軟で変形しやすい対象物を把持しても対象物を損壊することがない。このようにトルク制御と位置制御を組み合わせて各関節を連動して制御することで不定形な柔軟物を安定的に把持することができる。
　上記ロボットハンドにおいて、前記第１関節が前記第１把持面と前記第２把持面の間隔を狭める方向にトルク制御され、前記第２ないし第４関節が、前記第１関節の動きに追随して、前記第１把持面と前記第２把持面を前記所定の角度に維持するよう位置制御されることにより、対象物を把持してもよい。
　あるいは、上記ロボットハンドにおいて、前記第３関節および第４関節が位置制御により固定され、前記第１関節が前記第１把持面と前記第２把持面の間隔を狭める方向にトルク制御され、前記第２関節が、前記第１関節の動きに追随して、前記第１把持面と前記第２把持面を前記所定の角度に維持するよう位置制御されることにより、対象物を把持してもよい。
　上記いずれかのロボットハンドにおいて、好ましくは、前記第１把持面と前記第２把持面を前記所定の角度に維持することが、前記第１把持面と前記第２把持面を略平行に維持することである。第１把持面と第２把持面の成す角度は対象物の形状に応じて決定することができるが、第１把持面と第２把持面を略平行に保つことで、より多様な形状の対象物の把持が容易となる。
　好ましくは、前記アクチュエータがサーボモータである。これにより、位置制御およびトルク制御を容易に実現でき、ロボットハンドをコンパクトにできる。
　好ましくは、前記第１関節が前記第２関節より前記第１指部の固定端に近い側に設けられる。これにより、対象物を把持するときに各関節の動作がより安定しやすい。
　好ましくは、前記第１把持面および前記第２把持面が平面である。これにより、対象物個々の形状が大きく異なる場合でも、安定して把持できる。なお、把持面は完全にフラットな面でなくてもよい。例えば、表面にすべり止めの凹凸加工等を設けてもよく、全体的な形状として平面を構成していればよい。
　好ましくは、前記第１指部および／または前記第２指部が、位置制御によって前記第１ないし第４関節と平行な回転軸の回りに回転運動を行う関節をさらに有する。指部の自由度を増やすことにより、より広い領域で対象物を把持できる。
　本発明のロボットハンド制御方法は、第１関節と第２関節を有する第１指部の先端部に設けられた第１把持面と、第３関節と第４関節を有する第２指部の先端部に設けられた第２把持面とを所定の角度に向けて、前記第１把持面と前記第２把持面の間隔を広げて対象物に接近させる工程と、前記第１関節を前記第１把持面と前記第２把持面の間隔を狭める方向にトルク制御し、少なくとも前記第２関節を、前記第１関節の動きに追随して、前記第１把持面と前記第２把持面を前記所定の角度に維持するよう位置制御することにより、前記第１把持面と前記第２把持面の間隔を狭めて対象物を把持する工程とを有する。
　本発明のロボットハンドまたはロボットハンド制御方法によれば、第１把持面と第２把持面を所定の角度に保ちながら両者の間隔を狭めていくので、形状および／または大きさが一定でない対象物を把持できる。さらに、対象物を把持した後は第１関節が一定のトルクを維持するので、対象物を把持した状態が維持される。このとき、把持力は第１関節のトルクで決まるので、対象物に応じた適切なトルクを第１関節に設定することで、柔軟で変形しやすい対象物を把持しても対象物を損壊することがない。このようにトルク制御と位置制御を組み合わせて各関節を連動して制御することで、本発明のロボットハンドおよびロボットハンド制御方法は、形状が一定でなく、かつ柔軟で変形しやすい対象物の把持に適する。
第１実施形態のロボットハンドの構造を示す図である。 第１実施形態のロボットハンドによる把持動作を説明する図である。 第２実施形態のロボットハンドの構造を示す図である。 第２実施形態のロボットハンドによる把持動作を説明する図である。 関節の数と把持位置の関係を説明する図である。
　本発明のロボットハンドの第１実施形態を図１および図２に基づいて説明する。
　図１において、本実施形態のロボットハンド１１は、基部１２、第１指部２１および第２指部４１を有する。ロボットハンド１１は基部１２をロボットアームの先端に取り付けて用いられる。
　第１指部２１は、リンク２２の基端側が基部１２に固定され（固定端２８）、リンク２２とリンク２４を連結する第１関節２３と、リンク２４とリンク２６を連結する第２関節２５を有し、先端部２９に第１把持面２７が設けられている。
　第１関節２３は、リンク２２とリンク２４のリンク間角度θ１を増減するように、連結するリンク２２、２４に垂直な回転軸の回りに回転運動する。同様に、第２関節２５は、リンク２４とリンク２６のリンク間角度θ２を増減するように、連結するリンク２４、２６に垂直な回転軸の回りに回転運動する。
　第１関節２３および第２関節２５は、それぞれが独立したアクチュエータ（図示せず）によって駆動される。アクチュエータは回転アクチュエータであり、好ましくはサーボモータである。後述する位置制御やトルク制御を容易に実現できるからである。また、サーボモータは、好ましくは、駆動する第１関節または第２関節の近傍に設けられる。伝達機構を省いてロボットハンド１０の構造を単純化できるからである。
　第１関節２３は位置制御およびトルク制御可能であり、第２関節２５は位置制御可能である。トルク制御とは、関節を回転させる、または回転させようとするトルクを一定に維持する制御である。モータのトルクは電流と相関があるので、具体的にはモータに供給される電流を一定にするように制御される。位置制御とは、関節の回転位置（角度）を一定にする制御であり、関節が目標位置まで到達した後は、その位置を維持する。サーボモータを用いる場合は、通常、位置制御の機構がモータの機能として組み込まれている。
　なお、サーボモータ以外の例えばステッピングモータを用いてトルク制御や位置制御を実現するには、モータを微小量ずつ回転させながら、力覚センサ等からのフィードバックや位置コントローラ等を利用して回転方向を調整する。
　第２指部４１は、第１指部２１と同様の構造を有する。第２指部４１は、リンク４２の基端側が基部１２に固定され（固定端４８）、リンク４２とリンク４４を連結する第３関節４３と、リンク４４とリンク４６を連結する第４関節４５を有し、先端部４９に第２把持面４７が設けられている。第３関節および第４関節は、隣接するリンク間の角度θ３、θ４を増減するように回転運動する。第３関節および第４関節は、それぞれが独立したアクチュエータ（図示せず）によって駆動され、アクチュエータは回転アクチュエータであり、好ましくはサーボモータである。第３関節および第４関節は位置制御可能である。
　第１関節２３と第２関節２５の位置関係は、図１のように、トルク制御される第１関節をそれに追随する第２関節より第１指部２１の固定端２８に近い側に設けることが好ましい。トルク制御は連続制御であり、固定端に近い側の関節をトルク制御すると、そのトルクは対象物に近い側の関節の姿勢に依らず常に対象物に対して作用する。これにより、後述する把持動作時に、各関節の運動が安定する。対して位置制御は不連続制御（トルク制御関節から角度を周期的に取得して従動関節に指令）となる。そのため、対象物に近い側の関節をトルク制御した場合、従動する固定端側の関節によって把持面の位置が急激に移動することがあり、弾性変形の少ない対象物等ではトルクが作用しない時間が断続的に生じることがある。特に、固定端側と先端側の関節に同じ角速度のモータを使用すると、周速の差によってもトルクの変動や断絶が発生しやすい。
　第１把持面２７および第２把持面４７は、対象物を両者の間に挟むことで把持する。第１把持面および第２把持面は好ましくは平面である。多様な形状の対象物を把持しやすいからである。また、第１把持面と第２把持面は、第１～第４関節の回転運動によって、正対可能に設けられている。本実施形態では、第１指部２１および第２指部４１が同一平面上にあり、第１ないし第４関節の回転軸が当該平面に垂直で、すべて平行であることにより、第１把持面と第２把持面が正対可能となっている。また、第１～第４関節を適切に動作させることにより、第１把持面と第２把持面を所定の角度で対向させたまま、例えば略平行に対向させたまま、両者の間隔を変化させることが可能である。
　次に、本実施形態のロボットハンド１１による対象物の把持動作を説明する。
　図２Ａを参照して、まず、視覚センサ等により対象物Ｗを認識し、第１把持面２７と第２把持面４７を略平行に保ちながら対象物の幅より少し広く開く。ロボットアーム９０を動作させて、ロボットハンド１１を対象物の近くに移動させ、対象物Ｗが第１把持面２７と第２把持面３７の間に入るようにロボットハンドを前進させる。この間、第１関節２３、第２関節２５、第３関節４３および第４関節４５の所要の角度は図示しない制御部により計算され、第１関節２３、第２関節２５、第３関節４３および第４関節４５はすべて制御部によって位置制御されて所要の角度を取る。
　図２Ｂを参照して、第１関節２３を、第１把持面２７と第２把持面４７の間隔を狭める方向に、トルク制御により回転させる。
　第１関節２３が回転すると、第１把持面２７と第２把持面４７の平行関係が崩れるので、図２Ｃを参照して、第２関節２５、第３関節４３および第４関節４５を第１関節の動きに追随させて、両把持面２７、４７の平行関係を維持する。具体的には、第１関節の角度を、サーボモータに組み込まれたエンコーダ等により検出して、両把持面を平行に保つための第２～第４関節の目標位置を制御部が計算し、第２～第４関節を目標位置に位置制御する。
　図２Ｄを参照して、第１把持面２７と第２把持面４７によって対象物Ｗが把持されると、第１関節２３のトルクと反力が釣り合った時点で第１関節は回転を停止し、第１関節に追随する第２関節２５、第３関節４３および第４関節４５も停止する。その後は、第１関節がトルク制御されているので、対象物を一定のトルクで把持した状態が維持される。ただし、何らかの原因で反力が小さくなれば、第１関節は両把持面２７、４７の間隔を狭める方向にさらに回転するし、反力が大きくなれば、第１関節は両把持面２７、４７の間隔を拡げる方向に後退する。
　このように、本実施形態のロボットハンド１１では、第１関節２３が第１把持面２７と第２把持面４７の間隔を狭める方向にトルク制御され、第２関節２５、第３関節４３および第４関節４５が第１関節の動きに追随して、第１把持面と第２把持面を略平行に維持するよう位置制御されることにより、対象物Ｗが把持される。
　次に、本発明のロボットハンドの第２実施形態を図３および図４に基づいて説明する。
　図３において、本実施形態のロボットハンド１９の物理的構成は第１実施形態のロボットハンド１１と同じである。以下の説明において、各部の符号は図１と同じ符号を用いる。
　本実施形態のロボットハンド１９は、対象物を把持するときに、第３関節４３および第４関節４５の角度が位置制御により固定され、トルク制御される第１関節２３の動きに第２関節２５だけが追随する点で、第１実施形態のロボットハンド１１と異なる。
　ロボットハンド１９によれば、図４を参照して、対象物Ｗの下から第２把持面４７をあてがい、上から第１把持面２７で押さえるようにして対象物を把持することができる。第３関節４３および第４関節４５は位置制御により所定の角度に固定されているので、この方法は比較的重量のある対象物を第２把持面に載せて把持するのに適している。
　本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で変形が可能である。
　例えば、上記各実施形態では、各指部が有する関節の数（自由度）は２であったが、第１指部２１および／または第２指部４１が、位置制御によって連結するリンクに垂直であって第１ないし第４関節と平行な回転軸の回りに回転運動を行う関節をさらに有していてもよい。図５Ａを参照して、各指部の自由度が２である場合、第１把持面２７と第２把持面４７は１点でのみ正対して接触できる。これに対して、図５Ｂを参照して、一方の指部に関節５４を追加すると、略Ｙ方向に延びるある領域内で両把持面が正対して接触できる。さらに、図５Ｃを参照して、両方の指部に関節３４、５４を追加すると、ＸおよびＹ方向に広がるある領域内で両把持面が正対して接触できる。
　１１、１９　ロボットハンド
　１２　基部
　２１　第１指部
　２２、２４、２６　リンク
　２３　第１関節
　２５　第２関節
　２７　第１把持面
　２８　固定端
　２９　先端部
　３４　関節
　４１　第２指部
　４２、４４、４６　リンク
　４３　第３関節
　４５　第４関節
　４７　第２把持面
　４８　固定端
　４９　先端部
　５４　関節
　９０　ロボットアーム
　Ｗ　対象物
　θ１、θ２、θ３、θ４　リンク間角度

Claims (9)

  1. 　第１指部と第２指部を有し、
    　前記第１指部は、回転運動を行う第１関節および第２関節と、該第１関節および該第２関節のそれぞれを駆動するアクチュエータと、該第１指部の先端部に設けられた第１把持面とを有し、
    　前記第２指部は、回転運動を行う第３関節および第４関節と、該第３関節および該第４関節のそれぞれを駆動するアクチュエータと、該第２指部の先端部に設けられた第２把持面とを有し、
    　前記第１ないし第４関節の回転軸が互いに平行であり、
    　前記第１把持面および前記第２把持面は、前記第１ないし第４関節の回転運動によって正対可能に配置され、
    　前記第１関節が前記第１把持面と前記第２把持面の間隔を狭める方向にトルク制御され、少なくとも前記第２関節が、前記第１関節の動きに追随して、前記第１把持面と前記第２把持面を所定の角度に維持するよう位置制御されることにより、対象物を把持する、
    ロボットハンド。
  2. 　前記第１関節が前記第１把持面と前記第２把持面の間隔を狭める方向にトルク制御され、前記第２ないし第４関節が、前記第１関節の動きに追随して、前記第１把持面と前記第２把持面を前記所定の角度に維持するよう位置制御されることにより、対象物を把持する、
    請求項１に記載のロボットハンド。
  3. 　前記第３関節および第４関節が位置制御により固定され、前記第１関節が前記第１把持面と前記第２把持面の間隔を狭める方向にトルク制御され、前記第２関節が、前記第１関節の動きに追随して、前記第１把持面と前記第２把持面を前記所定の角度に維持するよう位置制御されることにより、対象物を把持する、
    請求項１に記載のロボットハンド。
  4. 　前記第１把持面と前記第２把持面を前記所定の角度に維持することが、前記第１把持面と前記第２把持面を略平行に維持することである、
    請求項１～３のいずれか一項に記載のロボットハンド。
  5. 　前記アクチュエータがサーボモータである、
    請求項１～４のいずれか一項に記載のロボットハンド。
  6. 　前記第１関節が前記第２関節より前記第１指部の固定端に近い側に設けられた、
    請求項１～５のいずれか一項に記載のロボットハンド。
  7. 　前記第１把持面および前記第２把持面が平面である、
    請求項１～６のいずれか一項に記載のロボットハンド。
  8. 　前記第１指部および／または前記第２指部が、位置制御によって前記第１ないし第４関節と平行な回転軸の回りに回転運動を行う関節をさらに有する、
    請求項１～７のいずれか一項に記載のロボットハンド。
  9. 　第１関節と第２関節を有する第１指部の先端部に設けられた第１把持面と、第３関節と第４関節を有する第２指部の先端部に設けられた第２把持面とを所定の角度に向けて、前記第１把持面と前記第２把持面の間隔を広げて対象物に接近させる工程と、
    　前記第１関節を前記第１把持面と前記第２把持面の間隔を狭める方向にトルク制御し、少なくとも前記第２関節を、前記第１関節の動きに追随して、前記第１把持面と前記第２把持面を前記所定の角度に維持するよう位置制御することにより、前記第１把持面と前記第２把持面の間隔を狭めて対象物を把持する工程と、
    を有するロボットハンド制御方法。
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