JP2016022557A

JP2016022557A - ハンドの制御装置

Info

Publication number: JP2016022557A
Application number: JP2014148622A
Authority: JP
Inventors: 高橋　和幸; Kazuyuki Takahashi; 和幸高橋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-02-08
Anticipated expiration: 2034-07-22
Also published as: JP6254911B2

Abstract

【課題】ハンドに作用する物理量を検出するセンサの異常を精度よく判定することができるハンドの制御装置を提供する。【解決手段】ハンドを初期位置から所定の軌道に沿って目標物まで移動させる初期動作を実行させる初期動作実行手段（Ｓ１０）と、ハンドに初期動作を実行させたときのセンサの出力の最大値Ｆｍａｘ，Ｍｍａｘを検出し、最大値Ｆｍａｘ，Ｍｍａｘが検出されたときのハンドの所定の軌道における位置を算出する位置算出手段（Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ２０，Ｓ２２）と、算出された位置から目標物までの距離Ｄｆ，Ｄｍを算出する距離算出手段（Ｓ１４，Ｓ２２）と、算出された距離Ｄｆ，Ｄｍと検出された最大値Ｆｍａｘ，Ｍｍａｘに基づいてセンサが異常であるか否か判定するセンサ異常判定手段（Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２４，Ｓ２６）とを有する。【選択図】図４

Description

この発明はハンドの制御装置に関し、より具体的にはロボットのハンドに作用する物理量を検出するセンサの異常を判定することができるハンドの制御装置に関する。

従来より、ハンドに設けられた力センサなどの異常を判定することができるロボットとして、例えば特許文献１記載の技術が知られている。特許文献１記載の技術は、力センサなどの出力をモニタし、これらの出力が規定値を超えたとき、センサが異常であると判定するものである。

特開２００１−１５０３７４号公報

しかしながら、センサの出力が規定値を超えたか否かでセンサの異常を判定する場合、規定値が小さすぎると、本来センサの異常に起因するものではない、例えばハーネスの揺れなどの影響で生じたセンサの出力も異常と判定してしまうおそれがある。他方、規定値が大きすぎると、センサが異常値を出力しているにもかかわらず、それを検知できずに正常と判定してしまうおそれがある。このように、センサの出力が単に規定値を超えたか否かでセンサの異常を判定する手法ではセンサの異常を適切に判定できないといった不都合がある。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、ハンドに作用する物理量を検出するセンサの異常を精度よく判定することができるハンドの制御装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、駆動源の動力によって動作可能なハンドと、前記ハンドに作用する物理量を示す出力を生じるセンサと、前記駆動源の動作を制御する駆動源制御手段とを備えるロボットのハンドの制御装置において、前記駆動源制御手段は、前記ハンドを初期位置から所定の軌道に沿って目標物まで移動させる初期動作を実行させるように前記駆動源の動作を制御する初期動作実行手段と、前記ハンドに前記初期動作を実行させたときの前記センサの出力の最大値を検出すると共に、前記最大値が検出されたときの前記ハンドの前記所定の軌道における位置を算出する位置算出手段と、前記算出された位置から前記目標物までの距離を算出する距離算出手段と、前記算出された距離と前記検出された最大値に基づいて前記センサが異常であるか否か判定するセンサ異常判定手段とを有する如く構成した。

請求項２に係るハンドの制御装置にあっては、前記センサ異常判定手段は、前記算出された距離が規定値未満で、かつ前記検出された最大値が所定範囲外にあるとき、前記センサが異常であると判定する如く構成した。

請求項３に係るハンドの制御装置にあっては、前記センサ異常判定手段は、前記算出された距離が前記規定値以上のとき、前記センサが異常であると判定する如く構成した。

請求項４に係るハンドの制御装置にあっては、前記ハンドは、複数本の指機構を有し、前記センサは、前記複数本の指機構のうちの少なくともいずれかの指機構に設けられる如く構成した。

請求項５に係るハンドの制御装置にあっては、前記目標物は、前記複数本の指機構のうちのいずれかの指機構である如く構成した。

請求項６に係るハンドの制御装置にあっては、前記駆動源制御手段は、前記センサ異常判定手段によって前記センサが異常と判定されると共に、前記ハンドに把持動作を行わせるように前記駆動源の動作を制御するとき、前記異常と判定されたセンサが設けられる指機構以外の第２の指機構によって前記把持動作が可能か否か判断し、前記把持動作が可能と判断されるとき、前記第２の指機構によって前記把持動作を行わせるように前記駆動源の動作を制御する如く構成した。

請求項７に係るハンドの制御装置にあっては、前記駆動源制御手段は、前記把持動作が可能と判断されないとき、前記把持動作を行わせないように前記駆動源の動作を制御する如く構成した。

請求項１に係るハンドの制御装置あっては、ハンドに初期位置から所定の軌道に沿って目標物まで移動させる初期動作を実行させたときのセンサの出力の最大値を検出し、最大値が検出されたときのハンドの所定の軌道における位置およびその位置から目標物までの距離を算出すると共に、算出された距離と検出された最大値に基づいてセンサが異常であるか否か判定する如く構成したので、例えば算出された距離がゼロ近傍の値となり、ハンドが目標物に接触しているにもかかわらずセンサがそれに対応する本来の正常な値を出力していないとき、あるいは算出された距離が規定値以上であり、ハンドが目標物に接触していないにもかかわらずセンサの出力の最大値が検出されたときなどに、センサが異常であると判定することが可能となるため、センサの異常を精度よく判定することができる。

請求項２に係るハンドの制御装置にあっては、算出された距離が規定値未満で、かつ検出された最大値が所定範囲外にあるとき、センサが異常であると判定する如く構成、すなわち、ハンドを目標物に意図的に接触させ、そのときのセンサの出力を判定するようにしたので、上記した効果に加え、ハンドが目標物に接触したときの本来の正常な値をセンサが出力していなければセンサが異常であると判定することが可能となり、よってセンサの異常を一層精度よく判定することができる。

請求項３に係るハンドの制御装置にあっては、算出された距離が規定値以上のとき、センサが異常であると判定する如く構成したので、上記した効果に加え、算出された距離が規定値以上、つまりハンドが目標物に接触していないにもかかわらずセンサの出力の最大値が検出されたときもセンサが異常であると判定することが可能となり、よってセンサの異常を一層精度よく判定することができる。

請求項４に係るハンドの制御装置にあっては、ハンドは複数本の指機構を有し、センサは複数本の指機構のうちの少なくともいずれかの指機構に設けられる如く構成したので、上記した効果に加え、指機構に設けられるセンサの異常を判定することができるため、例えば判定結果に基づいて把持動作が適切に行えるか否か等を判断することができる。

請求項５に係るハンドの制御装置にあっては、目標物は複数本の指機構のうちのいずれかの指機構である如く構成したので、上記した効果に加え、例えば判定用に特別に用意された接触面（固定面）を有する部材（冶具）などを用いなくても、単に指機構を動かすだけでセンサの異常を判定することができる。

請求項６に係るハンドの制御装置にあっては、センサが異常と判定されると共に、ハンドに把持動作を行わせるように駆動源の動作を制御するとき、異常と判定されたセンサが設けられる指機構以外の第２の指機構によって把持動作が可能か否か判断し、把持動作が可能と判断されるとき、第２の指機構によって把持動作を行わせるように駆動源の動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、把持動作を行う際、センサが異常と判定された場合でも、センサが異常と判定されていない残りの指機構によって把持動作を行うことができる。

請求項７に係るハンドの制御装置にあっては、把持動作が可能と判断されないとき、把持動作を行わせないように駆動源の動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、把持動作が不可能にもかかわらず把持動作を行おうとして、ハンドが不測の動作をしたり、把持対象物を破損してしまうなどの不都合を回避することができる。

この発明の実施例に係るハンドの制御装置のハンドを備えるロボットの側面図である。図１に示すロボットのハンドの平面図である。図２に示すハンドの指機構のうちの示指機構の側面断面図である。図１に示すＥＣＵの動作を示すフロー・チャートである。図２に示す指機構の初期動作を説明する説明図である。図２に示す指機構に設けられるセンサが異常と判定される場合を説明する説明図である。異常と判定されたセンサが設けられる指機構以外の指機構によって把持動作を行う場合を説明する説明図である。初期動作の変形例を説明する、図５と同様の説明図である。図８に示す変形例における指機構の状態を説明する説明図である。

以下、添付図面に即してこの発明に係るハンドの制御装置を実施するための形態について説明する。

図１はこの発明の実施例に係るハンドの制御装置のハンドを備えるロボットの側面図である。

図示の如く、ロボット（符号１０で示す）は、左右２本の脚部１２を備える脚式移動ロボットとして構成される。

脚部１２は基体（上体）１４の下部に連結され、それぞれ大腿リンク１６と下腿リンク１８と足部２０を備える。大腿リンク１６は股関節を介して基体１４に連結される。股関節にはそれぞれＺ軸（ヨー軸）回り、Ｙ軸（ピッチ軸）回り（ロボット１０の前後方向）およびＸ軸（ロール軸）回り（ロボット１０の左右方向）の回転軸を有する３個の電動モータが配置される。

下腿リンク１８は膝関節を介して大腿リンク１６に連結され、足部２０は足首関節を介して下腿リンク１８に連結される。膝関節にはＹ軸回りの回転軸を有する電動モータが配置されると共に、足首関節にはＹ軸回りとＸ軸回りの回転軸を有する電動モータが配置される。

基体１４の上部には頭部２２が連結され、基体１４の側方には左右２本の腕部（リンク）２４が連結される。左右の腕部２４の先端には、それぞれハンド（エンドエフェクタ）２６が連結される。

左右の腕部２４は、それぞれ上腕リンク２８と下腕リンク３０を備える。上腕リンク２８は肩関節３２を介して基体１４に連結され、下腕リンク３０は肘関節３４を介して上腕リンク２８に連結される。ハンド２６は手首関節３６を介して下腕リンク３０に連結される。

肩関節３２にはＺ軸回り、Ｙ軸回りおよびＸ軸回りの回転軸を有する３個の電動モータが配置され、肘関節３４にはＹ軸回りの回転軸を有する電動モータが配置される。また、手首関節３６にはＺ軸回り、Ｙ軸回りおよびＸ軸回りの回転軸を有する３個の電動モータが配置される。

基体１４の背部には格納部３８が設けられ、その内部にはＥＣＵ（Electronic Control Unit（電子制御ユニット））４０やバッテリ（図示せず）などが収容される。ＥＣＵ４０は図示しないＣＰＵや入出力回路、ＲＯＭ，ＲＡＭなどを備えたマイクロコンピュータからなり、脚部１２の電動モータなどの動作を制御してロボット１０を移動させると共に、腕部２４の電動モータなどの動作を制御する。

図２はロボット１０のハンド２６の平面図、図３はハンド２６の指機構４４のうちの示指機構４４Ｂの側面断面図である。

図２に示すように、ハンド２６は、人間の手を模倣して製作され、手の平や手の甲に相当する手の平部４２と、手の平部４２から延びる油圧式の５本の指機構４４、具体的には、拇指機構４４Ａ、示指機構４４Ｂ、中指機構４４Ｃ、環指機構４４Ｄおよび小指機構４４Ｅを備える。

以下指機構４４について説明するが、各指機構４４はそれぞれ同様の構造を備えるため、以下では示指機構４４Ｂについてのみ説明する。

図３に示すように、示指機構４４Ｂは、指先側から順に示指機構４４Ｂを手の平側に向かう方向に回転させる１軸の回転軸からなるＤＩＰ関節（遠位指節間関節）４４Ｂ１とＰＩＰ関節（近位指節間関節）４４Ｂ２とＭＰＩ関節（中手指節関節）４４Ｂ３を備える。

ＭＰＩ関節４４Ｂ３の指先側と手の平側にはそれぞれスレーブ側流体圧シリンダ４６ａ１，４６ａ２が配置される。スレーブ側流体圧シリンダ４６ａ１，４６ａ２は流体圧伝達管４８ａ１，４８ａ２（流体圧伝達管４８ａ１は図示せず）を介してマスタ側流体圧シリンダ５０ａ１，５０ａ２（マスタ側流体圧シリンダ５０ａ１は図示せず）に接続される。マスタ側流体圧シリンダ５０ａ１，５０ａ２はロボット１０の腕部２４の肩関節３２付近に設置される。

ＭＰＩ関節４４Ｂ３に対して手の平側に設置されるスレーブ側流体圧シリンダ４６ａ２のシリンダ本体４６ａ２１は手の平部４２に固定されると共に、ピストン４６ａ２２に取り付けられるロッド４６ａ２３は中手指節に接続される。

また、ＭＰＩ関節４４Ｂ３に対して指先側に設置されるスレーブ側流体圧シリンダ４６ａ１のシリンダ本体４６ａ１１は中手指節に固定されると共に、ピストン４６ａ１２に取り付けられるロッド４６ａ１３は先端の近位指節と遠位指節に連結部材４６ａ１４とリンク部材４６ａ１５を介して接続される。

以上の構成においてマスタ側流体圧シリンダ５０ａ２の前進方向への移動に伴って作動流体圧が流体圧伝達管４８ａ２を介してスレーブ側流体圧シリンダ４６ａ２に供給されると、ピストン４６ａ２２も前進方向に移動し、中手指節から先端側の部位をＭＰＩ関節４４Ｂ３回りに屈曲させる。

また、図示しないマスタ側流体圧シリンダ５０ａ１の前進方向への移動に伴って作動流体圧がＭＰＩ関節４４Ｂ３回りに配置される流体圧伝達管４８ａ１を介してスレーブ側流体圧シリンダ４６ａ１に供給されると、ピストン４６ａ１２も前進方向に移動し、近位指節をＰＩＰ関節４４Ｂ２回りに屈曲させると共に、連結部材４６ａ１４とリンク部材４６ａ１５を介して遠位指節を屈曲させる。

他方、マスタ側流体圧シリンダ５０ａ１，５０ａ２の後退方向への移動に伴って作動流体圧がスレーブ側流体圧シリンダ４６ａ１，４６ａ２から流体圧伝達管４８ａ１，４８ａ２を介してマスタ側流体圧シリンダ５０ａ１，５０ａ２に排出されると、示指機構４４Ｂは逆に伸長するように動作する。

図２の説明に戻ると、各指機構４４の指先、より具体的には指先内側のいわゆる指の腹またはその近傍には、６軸力センサ（センサ。以下「力センサ」という）５４が取り付けられる。力センサ５４は、指先で物を把持した場合や指先に物が接触した場合などを検知することができ、指先に作用する力とモーメントの３方向の成分を示す出力を生じる。なお、力センサ５４の出力はＥＣＵ４０に入力される。

このように、ハンド２６の指機構４４にあっては、マスタ側流体圧シリンダ５０ａからスレーブ側流体圧シリンダ４６ａへの作動油（作動流体圧）の給排に対応して関節が屈伸（屈曲・伸長）させられ、例えば物を把持する、あるいは適宜な方向を指差すなどの動作が実行可能とされる。

ところで、ロボット１０では、上記した力センサ５４などの出力値に基づいて腕部２４の電動モータや流体圧シリンダ５０ａなどが制御され、物を把持するなどの動作が行われる。従って、力センサ５４からは常に正常な値が出力される必要があり、仮に力センサ５４に異常があると、物を把持するといった動作を正確に行うことができない。そこで、この発明では、力センサ５４の異常を精度よく判定（検出）することを目的とする。以下、これについて図４を参照して説明する。

図４はＥＣＵ４０の動作を示すフロー・チャート、図５は指機構４４の初期動作を説明する説明図、図６は力センサ５４が異常と判定される場合を説明する説明図である。図４のプログラムはロボット１０が起動された後、力センサ５４の異常判定が行われるときに実行される。なお、図４においてＳはプログラムの処理ステップを示す。

以下説明すると、Ｓ１０において指機構４４に初期動作を実行させる。具体的には、図５に示すように、異常判定の対象となっている指機構４４（指機構４４Ａから４４Ｅのいずれか）を予め定められた初期位置から所定の軌道に沿って目標物６０に接触する位置（接触想定位置）まで移動させる。

目標物６０は、ロボット１０とは別に用意された部位または部材であって、所定の位置に固定され、接触面６０ａを有する壁や床などの部位、あるいは板状または直方体状などの部材からなる。初期位置および目標物６０の位置は指機構４４や目標物６０を事前に所定の位置に配置させることで既知となっているため、初期動作を実行させるときは初期動作用に予め定められた所定の軌道上の各ポイントでの目標関節角度に従って指機構４４を動作させればよい。なお、初期動作実行中は、指機構４４の関節角度と、関節角度に対応する力センサ５４の出力値（力成分とモーメント成分）を所定時間ごとに順次保存する。

次いでＳ１２に進み、初期動作実行中に保存した力センサ５４の出力値に基づいて力成分の大きさＦを算出すると共に、算出された力成分の大きさＦの中からＦの最大値（センサの出力の最大値）Ｆｍａｘを検索（検出）する。

なお、力成分の大きさＦは、力センサ５４から出力されたｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の力成分の値Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを用いて以下の式（１）により算出される。
Ｆ＝（Ｆｘ^２＋Ｆｙ^２＋Ｆｚ^２）^１／２・・・式（１）

次いでＳ１４に進み、最大値Ｆｍａｘが検出されたときの指機構４４の所定の軌道における位置およびその位置から目標物６０までの距離Ｄｆを算出する。

最大値Ｆｍａｘが検出されたときの指機構４４の所定の軌道における位置は、具体的には最大値Ｆｍａｘが検出されたときの指機構４４の指先位置（より具体的には指機構４４が目標物６０に接触したときの目標物６０との接触点に相当する位置）を意味するが、この指先位置は、センサ座標観測における指先位置を原点座標観測における指先位置に変換することで求められる。ここで、センサ座標観測における指先位置は、力センサ５４から出力された力成分とモーメント成分に基づいて算出（推定）された指先位置であり、原点座標観測における指先位置は、ＭＰＩ関節４４Ｂ３等の回転中心位置を原点座標としたときの指先位置である。なお、センサ座標観測における指先位置を原点座標観測における指先位置に変換するのは、目標物６０の接触面６０ａの接触想定位置が原点座標を基準に記述されているためである。

センサ座標観測における指先位置から原点座標観測における指先位置への座標変換は、所定の行列式を用いた公知の座標変換により求めることができるため詳細な説明は省略するが、上記したセンサ座標観測における指先位置と、関節角度と関節間のリンク長に基づいて順運動学計算により算出された原点座標観測におけるセンサ座標位置とに基づいて行うことができる。

距離Ｄｆは、最大値Ｆｍａｘが検出されたときの指機構４４の所定の軌道における位置（指先位置）の座標を（Ｐｆｃｘ，Ｐｆｃｙ，Ｐｆｃｚ）、目標物６０の接触想定位置の座標を（Ｐｗｘ，Ｐｗｙ，Ｐｗｚ）としたとき、以下の式（２）により算出される。
Ｄｆ＝｛（Ｐｆｃｘ−Ｐｗｘ）^２＋（Ｐｆｃｙ−Ｐｗｙ）^２＋（Ｐｆｃｚ−Ｐｗｚ）^２｝^１／２・・・式（２）

次いでＳ１６に進み、距離Ｄｆが規定値Ｄｆｔ未満で、かつ最大値Ｆｍａｘが最小しきい値Ｆｔｍｉｎから最大しきい値Ｆｔｍａｘの範囲内（Ｆｔｍｉｎ＜Ｆｍａｘ＜Ｆｔｍａｘ）にあるか否か判断する。

距離Ｄｆが規定値Ｄｆｔ未満の場合とは、実質的に指機構４４が目標物６０に接触している状態を意味する。従って、規定値Ｄｆｔはゼロ近傍の値に設定される。なお、規定値Ｄｆｔをゼロではなくゼロ近傍の値としたのは、指機構４４が目標物６０に接触したときの算出された指機構４４の指先位置と、実際の目標物６０の接触想定位置とのずれ、または例えば指先に弾力があり、指先が目標物６０の接触面６０ａを押すことで指先が若干潰れる場合の影響などを考慮したためである。

また、最小しきい値Ｆｔｍｉｎと最大しきい値Ｆｔｍａｘは、予め実験等により定められた、指機構４４が目標物６０に接触したときの力センサ５４の正常な出力値の下限値と上限値を意味する。以上から、Ｓ１６は、指機構４４が目標物６０に接触したときに力センサ５４がそれに対応した正常な値を出力しているか否かを判断する処理である。

Ｓ１６で否定されるときはＳ１８に進んで力センサ５４が異常であると判定して処理を終了する。なお、Ｓ１６で否定される場合とは、距離Ｄｆが規定値Ｄｆｔ未満で、最大値Ｆｍａｘが最小しきい値Ｆｔｍｉｎから最大しきい値Ｆｔｍａｘの範囲外（Ｆｍａｘ≦ＦｔｍｉｎまたはＦｍａｘ≧Ｆｔｍａｘ（所定範囲外））にある場合、つまり指機構４４が目標物６０に接触しているが、力センサ５４が異常値を出力している場合（例えば断線等によって力センサ５４の出力値がゼロまたは何らかの値に張り付いてしまう場合など）、または距離Ｄｆが規定値Ｄｆｔ以上の場合、つまり図６に示すように、指機構４４が目標物６０に接触していないにもかかわらず力センサ５４の出力値から最大値Ｆｍａｘが検索された場合を意味する。従って、このような場合には力センサ５４が異常であると判定する。

一方、Ｓ１６で肯定されるときはＳ２０以降に進み、力センサ５４の出力値のうち、モーメント成分について上記した力成分と同様の処理（Ｓ１２からＳ１６）を行う。すなわち、モーメント成分に基づいて力センサ５４が異常であるか否か判定する。力成分のみならずモーメント成分についても判断を行うことで、より精度よく力センサ５４の異常を判定することができる。

以下説明すると、Ｓ２０において初期動作実行中に保存した力センサ５４の出力値に基づいてモーメント成分の大きさＭを算出すると共に、算出されたモーメント成分の大きさＭの中からＭの最大値（センサの出力の最大値）Ｍｍａｘを検索する。

なお、モーメント成分の大きさＭは、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のモーメント成分の値Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを用いて以下の式（３）により算出される。
Ｍ＝（Ｍｘ^２＋Ｍｙ^２＋Ｍｚ^２）^１／２・・・式（３）

次いでＳ２２に進み、最大値Ｍｍａｘが検出されたときの指機構４４の所定の軌道における位置およびその位置から目標物６０までの距離Ｄｍを算出する。

距離Ｄｍは、最大値Ｍｍａｘが検出されたときの指機構４４の所定の軌道における位置（指先位置）の座標を（Ｐｍｃｘ，Ｐｍｃｙ，Ｐｍｃｚ）としたとき、以下の式（４）により算出される。
Ｄｍ＝｛（Ｐｍｃｘ−Ｐｗｘ）^２＋（Ｐｍｃｙ−Ｐｗｙ）^２＋（Ｐｍｃｚ−Ｐｗｚ）^２｝^１／２・・・式（４）

次いでＳ２４に進み、距離Ｄｍが規定値Ｄｍｔ未満で、かつ最大値Ｍｍａｘが最小しきい値Ｍｔｍｉｎから最大しきい値Ｍｔｍａｘの範囲内（Ｍｔｍｉｎ＜Ｍｍａｘ＜Ｍｔｍａｘ）にあるか否か判断する。距離Ｄｍが規定値Ｄｍｔ未満の場合は、Ｓ１６と同様、実質的に指機構４４が目標物６０に接触している状態を意味すると共に、最小しきい値Ｍｔｍｉｎと最大しきい値Ｍｔｍａｘについても、最小しきい値Ｆｔｍｉｎと最大しきい値Ｆｔｍａｘと同様、予め実験等により定められた、指機構４４が目標物６０に接触したときの力センサ５４の正常な出力値の下限値と上限値を意味する。以上から、Ｓ２４は、指機構４４が目標物６０に接触したときに力センサ５４がそれに対応した正常な値を出力しているか否かを判断する処理である。

Ｓ２４で否定されるときはＳ１８に進んで力センサ５４が異常であると判定して処理を終了する一方、肯定されるときはＳ２６に進んで力センサ５４は正常であると判定して処理を終了する。

次に、５本の指機構４４（４４Ａ〜４４Ｅ）のうち、いずれかの指機構４４で力センサ５４が異常と判定された場合の把持動作について説明する。

図７は異常と判定された力センサ５４が設けられる指機構４４以外の指機構４４によって把持動作を行う場合を説明する説明図である。

力センサ５４の異常を判定する初期動作は、主として電源投入直後のシステムチェック時、ロボット１０の特定の動作の合間、オペレータからの指示があった時または物を把持する直前等に行われる。

この実施例では、力センサ５４が異常と判定されたのが上記いずれの場合であっても、ＥＣＵ４０は力センサ５４が異常と判定された指機構４４以外の指機構（第２の指機構）４４で把持が可能か否か判断する。

具体的には、例えば環指機構４４Ｄや小指機構４４Ｅの力センサ５４が異常と判定されたとき、残りの拇指機構４４Ａ、示指機構４４Ｂ、中指機構４４Ｃで把持対象物を把持可能か否か判断する。把持可能と判断されたときは拇指機構４４Ａ、示指機構４４Ｂ、中指機構４４Ｃの３本の指機構４４で把持動作を続行する。なお、把持可能か否かは、把持対象物の大きさや形状、残りの指機構４４の配置や可動域などに基づいて判断される。

また、力センサ５４が異常と判定された指機構４４が存在し、力センサ５４が正常と判定された残りの指機構４４のみでは把持が困難な場合、残りの指機構４４の少なくともいずれかの指機構４４の把持を行うときの指先位置を本来の位置とは異なる位置に変更することで把持が可能か否か判断する。その結果、把持可能と判断されたときは力センサ５４が正常と判定された指機構４４の指先位置を変更した上で把持動作を続行する。なお、本来の位置とは、例えば把持動作プログラムにおいて定められる各指機構４４の間隔が予め考慮された基本把持位置、あるいは把持動作開始時に生成された把持軌道上の最終目標位置等を意味する。

具体的には、図７に示すように（図７では説明の便宜上、３本の指機構４４を図面上から第１指、第２指、第３指とする）、第１指の力センサ５４が異常と判定され、第２指と第３指の力センサ５４が正常と判定された場合、本来の第１指の指先位置に、第２指の指先位置を移動させて把持動作を行う。これにより、図示の例では、第１指を使用しなくても、第２指と第３指で把持対象物を把持することができる。

他方、力センサ５４が正常と判定された指機構４４が例えば１本しかない場合、あるいは２本以上あるが、これらの指機構４４の指先位置を変更しても依然把持が困難な場合には把持不可能と判断し、把持動作を行わない。

このように、把持対象物を把持しようとするときに、力センサ５４が異常と判定された指機構４４以外の指機構４４で把持が可能か否か判断し、把持が可能な場合に限って把持動作を行う一方、把持が不可能の場合には把持動作を行わないようにすることで、可能な限り把持動作を行えるようにする一方、把持動作が不可能にもかかわらず把持動作を行おうとすることで、ハンドが不測の動作をしたり、把持対象物を破損するなどの不都合が生じないようにした。

なお、電源投入直後のシステムチェック時、ロボット１０の特定の動作の合間またはオペレータからの指示があった時等のいずれかの場合であって、力センサ５４が異常と判定されたときは以降のロボット１０の動作を一旦中止し、警報等により力センサ５４が異常である旨をオペレータに報知するようにしてもよい。すなわち、上記したように必ずしも把持動作を続行させずに、報知のみを行うようにしてもよい。この場合、警報を受けたオペレータはロボット１０の電源を一旦遮断するなどして異常のある力センサ５４の修理、取替え等を行った後に改めてロボット１０を起動させることができる。

次に、初期動作の変形例について説明する。図８は初期動作の変形例を説明する説明図、図９は変形例における指機構４４の状態を説明する説明図である。

上記した実施例では、初期動作を行うときの目標物６０として、ロボット１０とは別に用意された例えば所定の壁や床などの部位、あるいは板状または直方体状などの部材を示したが、変形例では、目標物６０として、異常判定の対象となっている指機構４４以外の指機構４４、具体的には拇指機構４４Ａを用いる。

図８，９に示すように、変形例では、異常判定の対象となっている指機構４４（図９では示指機構４４Ｂ）と目標物６０である拇指機構４４Ａがそれぞれ初期位置から所定の軌道に沿って動かされ、最終的に指機構４４と拇指機構４４Ａの指先同士が接触想定位置で接触するまで動かされる（図９（ａ）の状態から（ｂ）（ｃ）の状態）。指機構４４の力センサ５４が正常ならば指機構４４が拇指機構４４Ａに接触したときに力センサ５４の出力は正常な値を示すことになる。従って、この変形例の場合も上記した実施例と同様、指機構４４が目標物６０である拇指機構４４Ａに接触したときの力センサ５４の出力をモニタすることで、力センサ５４の異常を判定することができる。

なお、変形例では、指機構４４と拇指機構４４Ａの両方を接触想定位置に向けて動かすようにしたが、拇指機構４４Ａは動かさずに固定させておき、指機構４４のみを動かすようにしてもよい。また、変形例では、示指機構４４Ｂ、中指機構４４Ｃ、環指機構４４Ｄ、小指機構４４Ｅを、順次拇指機構４４Ａと接触させ、それぞれの指機構４４の力センサ５４の異常を判定する。

上記した如く、この発明の実施例にあっては、駆動源（電動モータや流体圧シリンダ５０ａ等）の動力によって動作可能なハンド２６と、前記ハンドに作用する物理量を示す出力を生じるセンサ（力センサ）５４と、前記駆動源の動作を制御する駆動源制御手段（ＥＵＣ）４０とを備えるロボット１０のハンド２６の制御装置において、前記駆動源制御手段は、前記ハンドを初期位置から所定の軌道に沿って目標物６０まで移動させる初期動作を実行させるように前記駆動源の動作を制御する初期動作実行手段（ＥＣＵ４０。Ｓ１０）と、前記ハンドに前記初期動作を実行させたときの前記センサの出力の最大値Ｆｍａｘ，Ｍｍａｘを検出（検索）すると共に、前記最大値が検出されたときの前記ハンドの前記所定の軌道における位置を算出する位置算出手段（ＥＣＵ４０。Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ２０，Ｓ２２）と、前記算出された位置から前記目標物までの距離Ｄｆ，Ｄｍを算出する距離算出手段（ＥＣＵ４０。Ｓ１４，Ｓ２２）と、前記算出された距離と前記検出された最大値に基づいて前記センサが異常であるか否か判定するセンサ異常判定手段（ＥＣＵ４０。Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２４，Ｓ２６）とを有する如く構成したので、例えば算出された距離Ｄｆ，Ｄｍがゼロ近傍の値となり、ハンド２６が目標物６０に接触しているにもかかわらず力センサ５４がそれに対応する本来の正常な値を出力していないとき、あるいは算出された距離Ｄｆ，Ｄｍが規定値Ｄｆｔ，Ｄｍｔ以上であり、ハンド２６が目標物６０に接触していないにもかかわらず力センサ５４の出力の最大値Ｆｍａｘ，Ｍｍａｘが検出されたときなどに、力センサ５４が異常であると判定することが可能となるため、力センサ５４の異常を精度よく判定することができる。

また、前記センサ異常判定手段は、前記算出された距離が規定値Ｄｆｔ，Ｄｍｔ未満で、かつ前記検出された最大値が所定範囲外（Ｆｍａｘ（Ｍｍａｘ）≦Ｆｔｍｉｎ（Ｍｔｍｉｎ）またはＦｍａｘ（Ｍｍａｘ）≧Ｆｔｍａｘ（Ｍｔｍａｘ））にあるとき、前記センサが異常であると判定する如く構成、すなわち、ハンド２６を目標物６０に意図的に接触させ、そのときの力センサ５４の出力を判定するようにしたので（ＥＣＵ４０。Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２４）、ハンド２６が目標物６０に接触したときの本来の正常な値を力センサ５４が出力していなければ力センサ５４が異常であると判定することが可能となり、よって力センサ５４の異常を一層精度よく判定することができる。

また、前記センサ異常判定手段は、前記算出された距離が前記規定値以上のとき、前記センサが異常であると判定する如く構成したので（ＥＣＵ４０。Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２４）、算出された距離Ｄｆ，Ｄｍが規定値Ｄｆｔ，Ｄｍｔ以上、つまりハンド２６が目標物６０に接触していないにもかかわらず力センサ５４の出力の最大値Ｆｍａｘ，Ｍｍａｘが検出されたときも力センサ５４が異常であると判定することが可能となり、よって力センサ５４の異常を一層精度よく判定することができる。

また、前記ハンドは、複数本の指機構４４（４４Ａ〜４４Ｅ）を有し、前記センサは、前記複数本の指機構のうちの少なくともいずれかの指機構に設けられる如く構成したので、指機構４４に設けられる力センサ５４の異常を判定することができるため、例えば判定結果に基づいて把持動作が適切に行えるか否か等を判断することができる。

また、前記目標物は、前記複数本の指機構のうちのいずれかの指機構である如く構成したので、例えば判定用に特別に用意された接触面（固定面）６０ａを有する部材（冶具）などを用いなくても、単に指機構４４、具体的には、拇指機構４４Ａとそれ以外の指機構４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ，４４Ｅのいずれかを動かすだけで、力センサ５４の異常を判定することができる。

また、前記駆動源制御手段は、前記センサ異常判定手段によって前記センサが異常と判定されると共に、前記ハンドに把持動作を行わせるように前記駆動源の動作を制御するとき、前記異常と判定されたセンサが設けられる指機構以外の第２の指機構によって前記把持動作が可能か否か判断し、前記把持動作が可能と判断されるとき、前記第２の指機構によって前記把持動作を行わせるように前記駆動源の動作を制御する如く構成したので、把持動作を行う際、力センサ５４が異常と判定された場合でも、力センサ５４が異常と判定されていない残りの指機構４４によって把持動作を行うことができる。

また、前記駆動源制御手段は、前記把持動作が可能と判断されないとき、前記把持動作を行わせないように前記駆動源の動作を制御する如く構成したので、把持動作が不可能にもかかわらず把持動作を行おうとして、ハンド２６が不測の動作をしたり、把持対象物を破損してしまうなどの不都合を回避することができる。

なお、上記において、指機構４４に設けられるセンサ５４として、６軸力センサを示したが、６軸力センサに代わって３軸力センサと圧力分布センサを用いてもよい。

また、ロボット１０として、脚式移動ロボットを示したが、このようないわゆる人型ロボット以外に、例えば工場の生産ラインなどに設置される産業用固定式ロボット（アーム）などでもよい。

１０ロボット、２６ハンド、４０ＥＣＵ（電子制御ユニット）、４２手の平部、４４（４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ，４４Ｅ）指機構、４６ａ（４６ａ１，４６ａ２）スレーブ側流体圧シリンダ、５０ａ（５０ａ１，５０ａ２）マスタ側流体圧シリンダ、５４６軸力センサ（センサ）、６０目標物

Claims

駆動源の動力によって動作可能なハンドと、前記ハンドに作用する物理量を示す出力を生じるセンサと、前記駆動源の動作を制御する駆動源制御手段とを備えるロボットのハンドの制御装置において、前記駆動源制御手段は、前記ハンドを初期位置から所定の軌道に沿って目標物まで移動させる初期動作を実行させるように前記駆動源の動作を制御する初期動作実行手段と、前記ハンドに前記初期動作を実行させたときの前記センサの出力の最大値を検出すると共に、前記最大値が検出されたときの前記ハンドの前記所定の軌道における位置を算出する位置算出手段と、前記算出された位置から前記目標物までの距離を算出する距離算出手段と、前記算出された距離と前記検出された最大値に基づいて前記センサが異常であるか否か判定するセンサ異常判定手段とを有することを特徴とするハンドの制御装置。
前記センサ異常判定手段は、前記算出された距離が規定値未満で、かつ前記検出された最大値が所定範囲外にあるとき、前記センサが異常であると判定することを特徴とする請求項１記載のハンドの制御装置。
前記センサ異常判定手段は、前記算出された距離が前記規定値以上のとき、前記センサが異常であると判定することを特徴とする請求項２記載のハンドの制御装置。
前記ハンドは、複数本の指機構を有し、前記センサは、前記複数本の指機構のうちの少なくともいずれかの指機構に設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のハンドの制御装置。
前記目標物は、前記複数本の指機構のうちのいずれかの指機構であることを特徴とする請求項４記載のハンドの制御装置。
前記駆動源制御手段は、前記センサ異常判定手段によって前記センサが異常と判定されると共に、前記ハンドに把持動作を行わせるように前記駆動源の動作を制御するとき、前記異常と判定されたセンサが設けられる指機構以外の第２の指機構によって前記把持動作が可能か否か判断し、前記把持動作が可能と判断されるとき、前記第２の指機構によって前記把持動作を行わせるように前記駆動源の動作を制御することを特徴とする請求項４または５記載のハンドの制御装置。
前記駆動源制御手段は、前記把持動作が可能と判断されないとき、前記把持動作を行わせないように前記駆動源の動作を制御することを特徴とする請求項６記載のハンドの制御装置。