WO2019065426A1 - 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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WO2019065426A1
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gripping surface
gripping
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tactile
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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
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • 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 Documents 2 to 5 disclose a robot hand which detects a gripping state and a slip by providing a planar pressure sensor on the gripping surface.
  • the present invention has been made in consideration of the above, and in a robot hand which holds an object by bringing an opposing surface maintained at a predetermined angle close to each other, the shape and the number of objects held are various. Also, it is an object of the present invention to provide a robot hand and a robot hand control method which can be coped with.
  • the robot hand includes a first finger, a second finger, a control unit, and a computing unit, and the first finger is a first joint and a second joint that perform rotational motion; A first grip surface provided at the tip of the finger and a first tactile sensor provided on the first grip surface, wherein the second finger performs a third joint and a fourth joint performing rotational motion A joint, a second grip surface provided at the tip of the second finger, and a second tactile sensor provided on the second grip surface, wherein the rotation axes of the first to fourth joints are Parallel to each other.
  • the control unit rotates the first to fourth joints, and holds one or a plurality of objects while maintaining the first holding surface and the second holding surface at a predetermined angle.
  • the distance between the two gripping surfaces is narrowed, and the calculation unit determines the shape and / or the number of objects held by analysis by analyzing the tactile image acquired by the first tactile sensor and the second tactile sensor, and the control is performed.
  • the unit rotates the first to fourth joints according to the determination result of the calculation unit, and changes the angle formed by the first holding surface and the second holding surface.
  • this configuration it is possible to grip an object having a non-uniform shape and / or size by narrowing the distance between the two gripping surfaces while maintaining the first and second gripping surfaces at a predetermined angle. Furthermore, when it is determined by the calculation unit that the plurality of objects are gripped or in an unstable gripping state, the angle formed by the first gripping surface and the second gripping surface is changed from the predetermined angle. This makes it possible to release extra objects or to move to a more stable gripping surface angle.
  • control unit changes an angle formed by the first gripping surface and the second gripping surface such that the tactile image is maximized, in accordance with the determination result of the computing unit. This makes it possible to move to a gripping surface angle that can grip the object more stably.
  • 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 in parallel.
  • 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 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 performing rotational motion with an axis perpendicular to the rotation axis of the first to fourth joints as a rotation axis.
  • the first gripping surface and / or the second gripping surface can be inclined in two directions.
  • the control unit torque-controls the first joint when narrowing an interval between the first holding surface and the second holding surface to hold the object, and at least the second joint is Following the movement of the first joint, position control is performed to maintain the first grip surface and the second grip surface at the predetermined angle.
  • position control is performed to maintain the first grip surface and the second grip surface at the predetermined angle.
  • the robot hand control method includes the steps of: holding a target object by bringing a pair of holding surfaces provided on the tip of two fingers and provided with a tactile sensor on the surface at a predetermined angle.
  • a process of the tactile sensor acquiring a tactile image, a process of analyzing the tactile image to determine the shape and / or the number of the held objects, and the pair of grips according to the result of the determination
  • And V. changing the angle formed by the faces.
  • 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. Therefore, it is possible to grip an object whose shape and / or size is not constant. Furthermore, since the tactile sensor detects the gripping state and the computing unit determines the number of objects held by gripping, when a plurality of objects are gripped, an angle formed by the first gripping surface and the second gripping surface By changing the angle from the predetermined angle, it is possible to release the extra object. Alternatively, a stable gripping state can be maintained by changing the angle of the gripping surface in accordance with the shape of the object.
  • FIGS. 1 to 5 A first embodiment of a robot hand according to the present invention will be described based on FIGS. 1 to 5.
  • a robot hand 11 includes a base 12, a first finger 21, a second finger 41, a controller 13, and a calculator 14.
  • 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 an inter-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 preferably 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 position controllable and torque controllable
  • 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.
  • the motor current 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 normal position control is incorporated as a function of the motor.
  • a first tactile sensor 30 is provided on the surface of the first grip surface 27.
  • the first tactile sensor is a planar sensor in which elements for acquiring pressure and displacement are arranged in a matrix.
  • the first tactile sensor detects the pressure acting on the first grip surface when the robot hand 11 grips the object, and acquires the distribution as a tactile image.
  • the type of the first tactile sensor is not particularly limited, and various known sensors such as a conductive rubber type, a conductive paint type, and an optical waveguide type can be used.
  • the first tactile sensor is preferably provided on the entire surface of the first gripping surface. This is because it is possible to detect an object by any part of the first holding surface.
  • 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.
  • a second tactile sensor 50 is provided on the surface of the second grip surface 47.
  • the second tactile sensor is preferably provided on the entire surface of the second gripping surface.
  • 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 control unit 13 controls the operation of the entire robot hand 11. An example of a specific operation will be described later.
  • the arithmetic unit 14 reads the tactile image acquired by the first tactile sensor 30 and the second tactile sensor 50, analyzes the tactile image, and determines the shape and the number of objects held. In addition, the computing unit may also determine the gripping state such as the position of the gripped object.
  • 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 47.
  • the required angle of the first joint 23, the second joint 25, the third joint 43 and the fourth joint 45 is calculated by the control unit 13, and the first joint 23, the second joint 25, the third joint 43 and the fourth The joints 45 are all position controlled by the controller to take a required angle.
  • the distance between both gripping surfaces is narrowed while maintaining the first joint 23 such that the first gripping surface 27 and the second gripping surface 47 are substantially parallel.
  • the first joint 23 is rotated by torque control in a direction in which the distance between both gripping surfaces is narrowed, and the angle of the first joint is detected by an encoder or the like incorporated in the servomotor.
  • the controller calculates the target positions of the second joint 25, the third joint 43, and the fourth joint 45 for keeping the two parallel, and controls the positions of the second to fourth joints to the target positions.
  • the first joint stops rotating when the torque and the reaction force of the first joint 23 are balanced.
  • the second joint 25, the third joint 43 and the fourth joint 45 that follow the first joint also stop.
  • 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.
  • FIG. 3 shows an example of a tactile image by the first tactile sensor 30 (left side in FIG. 3) and a tactile image by the second tactile sensor 50 (right side in FIG. 3).
  • the arithmetic unit 14 reads this tactile image, and determines the number of objects held by the number and shape of islands of the tactile image.
  • a known method can be used for analysis by the operation unit. For example, it is possible to binarize the tactile image as a gray-scale image while gradually increasing the threshold and count the number of islands that have appeared. Further, if the positions of the centers of gravity of the islands of the tactile image by the first tactile sensor and the tactile image from the second tactile sensor substantially correspond to each other, it can be determined that the islands are due to the same object.
  • the angle formed by the first grip surface 27 and the second grip surface 47 is changed from parallel with reference to FIG. 2D.
  • the angle is changed so that both gripping surfaces are in a wedge shape as viewed from the side (the front or the back in FIG. 2D).
  • the first joint 23 is rotated by torque control in a direction to narrow the distance between the two gripping surfaces, and both the gripping surfaces form a predetermined angle.
  • the control unit may calculate the target positions of the 2-joint 25, the third joint 43 and the fourth joint 45, and control the positions of the second to fourth joints to the target position. As a result, it is possible to hold only one object W1 and release the extra object W2. If it is difficult to determine the number of objects held, the distance between the first and second holding surfaces can be increased to release all the objects.
  • the angle between the first gripping surface and the second gripping surface can be changed to maximize the tactile image.
  • the area of the tactile image by the first tactile sensor 30 left side in FIG. 5A
  • the tactile image by the second tactile sensor 50 right side in FIG. 5A
  • the area of the tactile image is changed while changing the angle formed by the first gripping surface and the second gripping surface.
  • the determination as to whether the tactile image is maximum is not limited to the area of the tactile image, and it may be determined that the tactile image is maximum when the distribution range of the tactile image is the widest.
  • the angle formed by the first gripping surface and the second gripping surface may be changed so that the distance between the two furthest two points PQ is maximized.
  • the angle formed by the two gripping surfaces may be changed to maximize the area of the smallest rectangle R.
  • the tactile image may be regarded as a set of tactile points, and the spread of the distribution range of the tactile image may be determined by calculating statistics such as deviation or dispersion of the tactile points.
  • the robot hand 11 grips an object by narrowing the distance between the two gripping surfaces while keeping the first gripping surface 27 and the second gripping surface 47 substantially parallel, and gripping a plurality of objects
  • a more stable gripping state can be realized.
  • the first joint becomes constant after gripping the object.
  • the torque is maintained to hold the object.
  • 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 same effect can be obtained even if the third joint and the fourth joint are fixed by position control, the first joint is subjected to torque control, and only the second joint follows the movement of the first joint.
  • the robot hand 19 of the present embodiment differs from the robot hand 11 of the first embodiment in that the first finger 21 has a joint 32 and the second finger 41 has a joint 52.
  • the joint 32 rotates about a rotation axis perpendicular to the rotation axes of the first to fourth joints.
  • the joint 52 rotates about an axis of rotation that coincides with the center line of the connecting links 46, 53.
  • the angles of the first gripping surface 27 and the second gripping surface 47 may be changed so as to be in a wedge shape when both gripping surfaces are viewed from the proximal end or the distal end (upper or lower in FIG. 6). It becomes possible.
  • the number of joints included in each finger is two, but the first finger 21 and / or the second finger 41 may be parallel to the first to fourth joints by position control. It may further have a joint that performs rotational movement about the rotation axis.
  • FIG. 7A when the number of joints of each finger is two, the first gripping surface 27 and the second gripping surface 47 can face each other at only one point.
  • FIG. 7B 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 both gripping surfaces to face and contact within an area extending in the X and Y directions.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
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Abstract

［課題］所定の角度に維持した対向面を接近させて対象物を把持するロボットハンドにおいて、把持された対象物の形状や個数が様々な場合にも対応可能な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）と制御部（１３）と演算部（１４）とを有し、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、前記第１リンク構造の先端部（２９）に設けられた第１把持面（２７）と、該第１把持面に設けられた第１触覚センサ（３０）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、前記第２リンク構造の先端部（４９）に設けられた第２把持面（４７）と、該第２把持面に設けられた第２触覚センサ（５０）とを有する。そして、把持された前記対象物の形状および／または個数に応じて、前記第１把持面と前記第２把持面の成す角度を変化させる。

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２～５には、把持面に面状の圧力センサを設けて、把持状態や滑りを検出するロボットハンドが記載されている。
特開２０１２－１７６４６１号公報 特開２０１３－０８６１８６号公報 特開２０１１－２２４６９５号公報 特開２００７－２５４２６６号公報 特開２００６－４２１０１５号公報
　特許文献１に記載されたロボットハンドによれば形状や大きさ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、このように略平行な対向面を接近させて対象物を把持すると、例えば山積みされた状態から対象物取り上げる際に複数の対象物が把持されることがあり、対象物が１個ずつ供給されることを前提に後工程が設計されている場合に不都合が生じる。
　また、特許文献２～５によれば、不安定な把持状態を検出することができる。しかしながら、形状や大きさが一定でない対象物の場合、単純に把持力を増加させたり、把持動作をリトライしたりするだけでは、対象物の安定した搬送は実現できない。
　本発明は、上記を考慮してなされたものであり、所定の角度に維持した対向面を接近させて対象物を把持するロボットハンドにおいて、把持された対象物の形状や個数が様々な場合にも対応可能な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指部と制御部と演算部とを有し、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指部の先端部に設けられた第１把持面と、該第１把持面に設けられた第１触覚センサとを有し、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２指部の先端部に設けられた第２把持面と、該第２把持面に設けられた第２触覚センサとを有し、前記第１ないし第４関節の回転軸が互いに平行である。そして、前記制御部は、前記第１ないし第４関節を回転運動させて、前記第１把持面と前記第２把持面を所定の角度に維持しながら、１または複数の対象物を把持するまで両把持面の間隔を狭め、前記演算部は前記第１触覚センサおよび前記第２触覚センサが取得した触覚像の解析により、把持された前記対象物の形状および／または個数を判定し、前記制御部は、前記演算部の判定結果に応じて、前記第１ないし第４関節を回転運動させて、前記第１把持面と前記第２把持面の成す角度を変化させる。
　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把持面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、演算部により複数の対象物を把持した、または不安定な把持状態である、と判定された場合には、第１把持面と第２把持面が成す角度を前記所定の角度から変化させることによって、余分な対象物を解放したり、より安定な把持面角度に移動することが可能となる。
　好ましくは、前記制御部は、前記演算部の判定結果に応じて、前記触覚像が最大となるように前記第１把持面と前記第２把持面の成す角度を変化させる。これにより、対象物をより安定に把持できる把持面角度に移動することが可能となる。
　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指部は、前記第１ないし第４関節の回転軸と垂直をなす軸を回転軸として回転運動を行う関節をさらに有する。これにより、第１把持面および／または第２把持面を２方向に傾けることができる。
　好ましくは、前記制御部は、前記対象物を把持するために前記第１把持面と前記第２把持面の間隔を狭めるときに、前記第１関節をトルク制御し、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把持面および前記第２把持面を前記所定の角度に維持するように位置制御する。これにより、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た場合で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。
　本発明のロボットハンド制御方法は、２本の指の先端部に設けられ、表面に触覚センサが設けられた一対の把持面を所定の角度に維持しながら接近させて対象物を把持する工程と、前記触覚センサが触覚像を取得する工程と、前記触覚像を解析して、把持した前記対象物の形状および／または個数を判定する工程と、前記判定の結果に応じて、前記一対の把持面の成す角度を変化させる工程とを有する。
　本発明のロボットハンドによれば、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、触覚センサが把持状態を検知し、演算部が把持された対象物の個数を判定するので、複数の対象物が把持された場合には、第１把持面と第２把持面が成す角度を前記所定の角度から変化させることによって、余分な対象物を解放することが可能となる。あるいは、対象物の形状に合わせて把持面の角度を変化させることで、安定した把持状態を維持できる。
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。 図２Ｃの状態で触覚センサが取得する触覚像である。 第１実施形態のロボットハンドによる他の把持動作を説明する図である。 図４Ａおよび図４Ｂの状態で触覚センサが取得する触覚像である。 第２実施形態のロボットハンドの構造を示す図である。 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～図５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、第２指部４１、制御部１３および演算部１４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と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と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、好ましくは、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。
　好ましくは、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、具体的にはモータの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。
　第１把持面２７の表面には、第１触覚センサ３０が設けられている。第１触覚センサは、圧力・変位を取得する要素がマトリクス状に配列された面状のセンサである。第１触覚センサは、ロボットハンド１１が対象物を把持したときに、第１把持面に作用する圧力を検出して、その分布を触覚像として取得する。第１触覚センサの種類は特に限定されず、導電性ゴム型、導電性ペイント型、光導波路型など、各種公知のセンサを用いることができる。第１触覚センサは、好ましくは、第１把持面の全面に設けられる。第１把持面のどの部分で対象物を把持しても検知できるからである。
　図１において、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２把持面４７の表面には、第２触覚センサ５０が設けられている。第２触覚センサは、好ましくは第２把持面の全面に設けられる。
　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。
　制御部１３はロボットハンド１１全体の動作を制御する。具体的な動作の例は後述する。
　演算部１４は、第１触覚センサ３０および第２触覚センサ５０が取得した触覚像を読み込み、触覚像を解析して把持した対象物の形状や個数を判定する。また、演算部は、それ以外に、把持した対象物の位置などの把持状態を求めてもよい。
　次に、本実施形態のロボットハンド１１の動作を説明する。ここでは、第１関節をトルク制御し、第２～第４関節を第１関節の動きに追随させて位置制御する方法を説明する。
　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４７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の所要の角度は制御部１３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を略平行に維持しながら、両把持面の間隔を狭める。具体的には、例えば第１関節２３を、両把持面の間隔を狭める方向にトルク制御により回転させ、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関節２５、第３関節４３および第４関節４５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２Ｃ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。
　次いで、第１触覚センサ３０および第２触覚センサ５０によって、触覚像が取得される。図３に、第１触覚センサ３０による触覚像（図３左側）と第２触覚センサ５０による触覚像（図３右側）の例を示す。両把持面に複数の対象物（例えばＷ１とＷ２）が把持された場合には、触覚像の島が複数に分裂して現れる。演算部１４がこの触覚像を読み込み、触覚像の島の数や形状から、把持した対象物の個数を判断する。演算部による解析には、公知の方法を用いることができる。例えば、触覚像を濃淡画像として、閾値を徐々に大きくしながら二値化し、現れた島の数を数えることができる。また、第１触覚センサによる触覚像と第２触覚センサからの触覚像の島の重心位置がほぼ対応していれば、それらの島は同一の対象物によるものと判断できる。
　演算部１４により複数の対象物が把持されていると判断された場合は、図２Ｄを参照して、第１把持面２７と第２把持面４７の成す角度を平行から変化させる。本実施形態では、両把持面を側方（図２Ｄの手前または奥）から見てくさび型となるように角度を変化させる。両把持面の成す角度を変化させるには、例えば図２Ｄでは、第１関節２３を、両把持面の間隔を狭める方向にトルク制御により回転させ、両把持面が所定の角度を成すための第２関節２５、第３関節４３および第４関節４５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ればよい。これにより、１個の対象物Ｗ１だけを把持し続け、余分の対象物Ｗ２を解放することができる。なお、把持した対象物の個数の判断が難しい場合は、第１把持面と第２把持面の間隔を広げて、すべての対象物を解放することもできる。
　あるいは、多くの突状部を有する対象物を把持する場合に、図４Ａ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Ｗ３をその突状部で挟んだ場合には、触覚像が最大となるように第１把持面と第２把持面の成す角度を変化させることができる。図４Ａの把持状態では、図５Ａを参照して、第１触覚センサ３０による触覚像（図５Ａ左側）と第２触覚センサ５０による触覚像（図５Ａ右側）の面積が小さくなる。これに対しては、第１関節２３、第２関節２５、第３関節４３および第４関節４５を制御して第１把持面と第２把持面の成す角度を変化させながら触覚像の面積を解析し、２つの触覚像の面積が最大となる角度で第１～第４関節を停止させる。図５Ｂを参照して、２つの触覚像の面積が最大となると、図４Ｂを参照して、第１把持面および第２把持面は対象物Ｗ３をより安定に把持できる。
　触覚像が最大かどうかの判定は、触覚像の面積に限らず、触覚像の分布範囲が最も広くなったときを触覚像が最大と判断してもよい。例えば、図５Ａ左側の触覚像において、最も遠い２点ＰＱの距離が最大となるように第１把持面と第２把持面の成す角度を変化させてもよいし、触覚像の全体を内包する最も小さな長方形Ｒの面積が最大となるように両把持面の成す角度を変化させてもよい。または、触覚像を触覚点の集合と考え、触覚点の偏差や分散等の統計値を計算することで触覚像の分布範囲の広がりを判断してもよい。
　このように、本実施形態のロボットハンド１１は、第１把持面２７と第２把持面４７を略平行に保ちながら両把持面の間隔を狭めて対象物を把持し、複数の対象物が把持された場合は、両把持面の成す角度を変化させて余分な対象物を解放することが可能であり、対象物の把持状態が不安定な場合は、両把持面の成す角度を変化させてより安定な把持状態を実現可能である。
　また、第１関節２３をトルク制御し、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ることにより、対象物を把持した後は第１関節が一定のトルクを維持し、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。なお、第３関節および第４関節を位置制御により固定して、第１関節をトルク制御し、第２関節のみを第１関節の動きに追随させても同様の効果が得られる。
　次に、本発明のロボットハンドの第２実施形態を図６に基づいて説明する。
　図６において、本実施形態のロボットハンド１９は、第１指部２１に関節３２を有し、第２指部４１に関節５２を有する点で第１実施形態のロボットハンド１１と異なる。
　関節３２は、第１ないし第４関節の回転軸と垂直をなす回転軸の回りに回転運動する。関節５２は、連結するリンク４６、５３の中心線と一致する回転軸の回りに回転運動する。これにより、第１把持面２７および第２把持面４７を、両把持面を基端側または先端側（図６の上方または下方）から見てくさび型となるように、角度を変化させることも可能となる。
　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が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７Ａを参照して、各指部の関節の数が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７Ｂ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７Ｃ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
　１３　制御部
　１４　演算部
　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
　３０　第１触覚センサ
　３２　関節
　３３　リンク
　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
　５０　第２触覚センサ
　５２　関節
　５３　リンク
　５４　関節
　９０　ロボットアーム
　Ｗ、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３　対象物
　θ１、θ２、θ３、θ４　リンク間角度

Claims (7)

  1. 　第１指部と第２指部と制御部と演算部とを有し、
    　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指部の先端部に設けられた第１把持面と、該第１把持面に設けられた第１触覚センサとを有し、
    　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２指部の先端部に設けられた第２把持面と、該第２把持面に設けられた第２触覚センサとを有し、
    　前記第１ないし第４関節の回転軸が互いに平行であり、
    　前記制御部は、前記第１ないし第４関節を回転運動させて、前記第１把持面と前記第２把持面を所定の角度に維持しながら、１または複数の対象物を把持するまで両把持面の間隔を狭め、
    　前記演算部は前記第１触覚センサおよび前記第２触覚センサが取得した触覚像の解析により、把持された前記対象物の形状および／または個数を判定し、
    　前記制御部は、前記演算部の判定結果に応じて、前記第１ないし第４関節を回転運動させて、前記第１把持面と前記第２把持面の成す角度を変化させる、
    ロボットハンド。
  2. 　前記制御部は、前記演算部の判定結果に応じて、前記触覚像が最大となるように前記第１把持面と前記第２把持面の成す角度を変化させる、
    請求項１に記載のロボットハンド。
  3. 　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または２に記載のロボットハンド。
  4. 　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１～３のいずれか一項に記載のロボットハンド。
  5. 　前記第１指部および／または前記第２指部は、前記第１ないし第４関節の回転軸と垂直をなす軸を回転軸として回転運動を行う関節をさらに有する、
    請求項１～４のいずれか一項に記載のロボットハンド。
  6. 　前記制御部は、前記対象物を把持するために前記第１把持面と前記第２把持面の間隔を狭めるときに、前記第１関節をトルク制御し、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把持面および前記第２把持面を前記所定の角度に維持するように位置制御する、
    請求項１～５のいずれか一項に記載のロボットハンド。
  7. 　２本の指の先端部に設けられ、表面に触覚センサが設けられた一対の把持面を所定の角度に維持しながら接近させて対象物を把持する工程と、
    　前記触覚センサが触覚像を取得する工程と、
    　前記触覚像を解析して、把持した前記対象物の形状および／または個数を判定する工程と、
    　前記判定の結果に応じて、前記一対の把持面の成す角度を変化させる工程と、
    を有するロボットハンド制御方法。
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