JP2023163876A - robot hand - Google Patents
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Abstract
Description
この明細書における開示は、ロボットハンドに関する。 The disclosure in this specification relates to a robot hand.
特許文献1は、ロボットハンドを開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
特許文献1に開示されたロボットハンドは、操作性に劣る。上記した観点において、または言及されていない他の観点において、ロボットハンドにはさらなる改良が求められている。
The robot hand disclosed in
開示されるひとつの目的は、操作性を向上できるロボットハンドを提供することにある。 One purpose of the disclosure is to provide a robot hand that can improve operability.
ここに開示されたロボットハンドは、
基部(21)と、
複数の関節(231,232)を有し、基部に支持された指部(22)と、
関節の少なくともひとつを駆動する駆動部(30)と、
駆動部を用いて関節の駆動を制御する制御部(40)と、
を備え、
駆動部は、互いに共通の関節である共通関節に対して物体に力を加える向きに作用する第1駆動部(31)および第2駆動部(32)を含み、
第1駆動部は、第2駆動部よりもバックドライブし易い構成とされ、
制御部は、物体の操作に応じて駆動部を選択して用いる。
The robot hand disclosed here is
a base (21);
A finger portion (22) having a plurality of joints (231, 232) and supported by a base;
a drive unit (30) that drives at least one of the joints;
a control unit (40) that controls the drive of the joint using the drive unit;
Equipped with
The drive unit includes a first drive unit (31) and a second drive unit (32) that act in a direction to apply a force to the object with respect to a common joint that is a mutual joint,
The first drive section is configured to be easier to backdrive than the second drive section,
The control section selects and uses the drive section according to the operation of the object.
開示されたロボットハンドによれば、バックドライブのし易さが第1駆動部と第2駆動部とで異なる。制御部は、共通関節を駆動する駆動部を物体の操作に応じて選択する。物体の操作に適した駆動部を用いるため、操作性を向上することができる。 According to the disclosed robot hand, the ease of backdriving is different between the first drive section and the second drive section. The control unit selects a drive unit that drives the common joint in response to an operation of the object. Since a drive unit suitable for manipulating the object is used, operability can be improved.
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。 The multiple aspects disclosed in this specification employ different technical means to achieve their respective objectives. The claims and the reference numerals in parentheses described in this section exemplarily indicate correspondence with parts of the embodiment described later, and are not intended to limit the technical scope. The objects, features, and advantages disclosed in this specification will become more apparent by reference to the subsequent detailed description and accompanying drawings.
以下、図面に基づいて複数の実施形態を説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。 Hereinafter, a plurality of embodiments will be described based on the drawings. Note that redundant explanation may be omitted by assigning the same reference numerals to corresponding components in each embodiment. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the configuration of the other embodiments previously described can be applied to other parts of the configuration. Furthermore, in addition to the combinations of configurations specified in the description of each embodiment, it is also possible to partially combine the configurations of multiple embodiments even if the combinations are not explicitly stated. .
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係るロボットハンドの概略構成を示す図である。図1に示すように、ロボットハンド10は、ハンド部20と、駆動部30と、制御部40を備えている。図1ではハンド部20を簡素化し、後述する指部22を1本のみ示している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a robot hand according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the
ロボットハンド10は、ハンド装置、ロボットハンドシステムなどと称されることがある。ロボットハンド10は、物体を操作する。ロボットハンド10は、図示しないロボットアームの先端に取り付けられてもよいし、単体で使用してもよい。
The
<ハンド部>
図2は、ハンド部20を示す上面図である。図3は、ハンド部20を示す側面図である。X方向、Y方向、およびZ方向は、互いに直交する位置関係にある。図2および図3は、ハンド部20の一例を示している。
<Hand part>
FIG. 2 is a top view showing the
ハンド部20は、基部21と、基部21に支持された指部22を備えている。基部21は、掌部と称されることがある。指部22は、第1指部221と、第2指部222と、第3指部223を含んでいる。3つの指部22は、それぞれ基部21に支持されている。第1指部221および第2指部222は、屈曲状態において互いに対向するように、X方向に並んで配置されている。X方向において、第1指部221は基部21の一端に連なり、第2指部222は基部21の他端に連なっている。Y方向において、第3指部223は、基部21の一端に連なっている。
The
指部22のそれぞれは、2つの関節23と、2つのリンク24を備えている。指部22は、リンク機構を備えて構成されている。関節23は、回転軸を有している。関節23は、回転軸周りの回転が可能に構成されている。関節23は、第1関節231と、第1関節231よりも指先側に設けられた第2関節232を含んでいる。リンク24は、第1関節231と第2関節232とを連結する第1リンク241と、第2リンク242を含んでいる。
指部22は、第1関節231を介して基部21に連結されている。第1リンク241は、第1関節231を介して、基部21に連結されている。基部21および第1リンク241は、第1関節231の回転軸周りに相対的に回動可能となっている。回動により、基部21に対する第1リンク241のなす角度(後述の角度θ1)が変化する。
Each
The
第2リンク242は、第2関節232を介して第1リンク241に連結されている。第1リンク241および第2リンク242は、第2関節232の回転軸周りに相対的に回動可能となっている。回動により、第1リンク241に対する第2リンク242のなす角度(後述の角度θ2)が変化する。第2リンク242は、指部22の先端をなしている。
The
共通(単一)の指部22において、第1関節231の回転軸と第2関節232の回転軸とは、互いに略平行である。略平行とは、完全に平行のみならず、概ね平行も含む。たとえば第1指部221において、第1関節231の回転軸と第2関節232の回転軸は、Y方向に略平行である。
In the common (single)
各指部22は、関節23を除く表面部分の少なくとも一部に、図示しない弾性部材を有してもよい。ゴム、ウレタンなどの弾性部材を設けることで、たとえば物体との摩擦が増加し、操作を安定化することができる。
Each
ハンド部20が備える指部22の本数は、3つに限定されない。ハンド部20は、指部22を少なくともひとつ備えればよく、好ましくは複数備えるとよい。ハンド部20は、2つの指部22を備えてもよいし、4つ以上の指部22を備えてもよい。
The number of
指部22が2つの関節23を備える例を示したが、これに限定されない。指部22は、関節23を3つ以上備えてもよい。3つ以上の関節23を備える場合、たとえばZ方向に略平行な回転軸を有する関節23を、基部21に対してもっとも近い位置に設けてもよい。これにより、指部22は、図2に一点鎖線の矢印で示すように、側方への開閉動作が可能になる。つまり、屈曲動作と開閉動作が可能な指部22を提供することができる。なお、すべての指部22が開閉動作可能に設けられてもよいし、一部の指部22のみが開閉動作可能に設けられてもよい。
Although the example in which the
3つ以上の関節23を備える構成において、第1関節231は第2関節232よりも基部21に近い位置に設けられ、第2関節232は第1関節231よりも指先に近い位置に設けられる。たとえば、基部21にもっとも近い関節23を第1関節231としてもよいし、2番目に近い関節23を第1関節231としてもよい。たとえば、指先にもっとも近い関節23を第2関節232としてもよいし、2番目に近い関節23を第2関節232としてもよい。
In a configuration including three or more joints 23, the first joint 231 is provided at a position closer to the base 21 than the second joint 232, and the second joint 232 is provided at a position closer to the fingertip than the first joint 231. For example, the joint 23 closest to the base 21 may be the first joint 231, or the joint 23 second closest to the base 21 may be the first joint 231. For example, the joint 23 closest to the fingertip may be the second joint 232, or the joint 23 second closest to the fingertip may be the
<駆動部>
図1は、駆動部30の一例を示している。駆動部30は、駆動機構、アクチュエータなどと称されることがある。便宜上、図1では、駆動部30のうち、第1指部221の第1関節231に対応する要素のみを示している。第1指部221の第1関節231を、以下では単に第1関節231と示すことがある。
<Drive section>
FIG. 1 shows an example of the
駆動部30は、第1関節231を駆動する要素として、第1駆動部31と、第2駆動部32を含んでいる。第1駆動部31および第2駆動部32は、互いに共通の第1関節231を駆動する。第1関節231が、共通関節に相当する。第1駆動部31および第2駆動部32は、第1関節231に対して、少なくとも物体に力を加える向きに作用する。第1駆動部31と第2駆動部32とは、バックドライブのし易さが異なる。第1駆動部31は、第2駆動部32よりもバックドライブしやすい構成である。第2駆動部32は、第1駆動部31よりもバックドライブし難い構成である。
The
一例として、第1駆動部31は、モータ311と、減速機312と、ワイヤ313を備えている。第2駆動部32は、モータ321と、減速機322と、ワイヤ323を備えている。図1では、モータ311をM1、モータ321をM2と示している。減速機312をG1、減速機322をG2と示している。減速機312の減速比は、減速機322の減速比よりも小さい。たとえば、減速機312の減速比は1~5程度、減速機322の減速比は30~60程度である。減速比が異なることで、第1駆動部31と第2駆動部32とは、バックドライブのし易さが異なっている。
As an example, the
駆動部30により駆動される関節23は、たとえば図示しないプーリを同軸に備えている。第1駆動部31のワイヤ313は、第1関節231のプーリに巻き付けられている。モータ311は、減速機312により調整した動力を、ワイヤ313を介してプーリに伝達する。モータ311は、減速機312を介してワイヤ313に引っ張り力を加えることで、第1関節231を駆動する。モータ311は、ワイヤ313に引っ張り力を加えることで、第1関節231に対して回転軸周りの一方向に回転するトルクを加える。第1関節231は、モータ311の引っ張り力により、物体100に力を加える向きに回転する。図1に示す例において、第1関節231は反時計周りに回転する。
The joint 23 driven by the
第2駆動部32のワイヤ323は、第1関節231のプーリに巻き付けられている。モータ321は、減速機322により調整した動力を、ワイヤ323を介してプーリに伝達する。モータ321は、減速機322を介してワイヤ323に引っ張り力を加えることで、第1関節231を駆動する。モータ321は、ワイヤ323に引っ張り力を加えることで、第1関節231に対して回転軸周りの一方向に回転するトルクを加える。第1関節231は、ワイヤ323を介したモータ321の引っ張り力により、物体100に力を加える向きに回転する。図1に示す例において、第1関節231は反時計周りに回転する。
The
第2駆動部32は、さらにワイヤ324を備えている。ワイヤ324も、第1関節231のプーリに巻き付けられている。モータ321は、減速機322により調整した動力を、ワイヤ324を介してプーリに伝達する。モータ321は、減速機322を介してワイヤ324に引っ張り力を加えることで、第1関節231に対して一方向とは逆向きに回転するトルクを加える。第1関節231は、ワイヤ324を介したモータ321の引っ張り力により、物体100に力を加える向きと逆向きに回転する。図1に示す例において、第1関節231は時計周りに回転する。一方向への回転を正回転、一方向とは逆向きの回転を逆回転と称することがある。
The
一例として、駆動部30のうち、第1指部221の第2関節232や他の指部22の関節23に対応する要素も、同様の構成である。つまり、すべての関節23に対して、第1駆動部31および第2駆動部32を個別に設けている。これに代えて、関節23の一部のみに、第1駆動部31および第2駆動部32を個別に設けてもよい。たとえば関節23の一部に対して第1駆動部31および第2駆動部32の両方を設け、残りの関節23に対して第1駆動部31および第2駆動部32の一方のみを設けてもよい。たとえば関節23の一部が駆動部30によって駆動されない関節、たとえばフリーの関節の場合、残りの関節23に対して第1駆動部31および第2駆動部32を設けてもよい。
As an example, elements of the
駆動部30は、上記した構成に限定されない。ワイヤ313、323、324の代わりにVベルトを用いてもよい。モータ311、321は、関節23やリンク24に内蔵されてもよい。たとえばモータ311のみによって出力トルクが十分に得られるのであれば、減速比が小さい減速機312を排除した構成としてもよい。
The
<制御部>
図1に示すように、制御部40は、制御回路41と、駆動回路42を備えている。制御回路41は、コントローラと称されることがある。制御回路41は、図示しないカメラやセンサなどから物体の動作に影響を与える情報を取得し、取得した情報に基づいて、物体に目標動作をさせるために必要な各関節23の目標トルクを設定する。制御回路41は、目標トルクに応じた駆動指令を駆動回路42に出力する。
<Control unit>
As shown in FIG. 1, the
制御回路41は、たとえばプロセッサ411と、メモリ412を備えている。メモリ412は、たとえばRAM、ROMを備えている。RAMは、Random Access Memoryの略称である。ROMは、Read Only Memoryの略称である。プロセッサ411は、RAMを一時的な記憶領域として用いつつROMに記憶されたプログラムを実行することで、所定の処理(制御)を実行する。プロセッサ411は、プログラムに含まれる複数の命令を実行することで、複数の機能部を構築する。プログラムの保存媒体は、ROMに限定されない。たとえばHDDやSSDなど、多様な記憶媒体を採用可能である。HDDは、Hard-disk Driveの略称である。SSDは、Solid State Driveの略称である。
The
プロセッサ411は、たとえばCPU、MPU、GPU、DFPなどである。CPUは、Central Processing Unitの略称である。MPUは、Micro-Processing Unitの略称である。GPUは、Graphics Processing Unitの略称である。DFPは、Data Flow Processorの略称である。制御回路41は、CPU、MPU、GPUなど、複数種類の演算処理装置を組み合わせて実現されてもよい。
The
制御回路41は、SoCとして実現されてもよい。SoCは、System on Chipの略称である。制御回路41は、ASICやFPGAを用いて実現されてもよい。ASICは、Application Specific Integrated Circuitの略称である。FPGAは、Field-Programmable Gate Arrayの略称である。
駆動回路42は、モータドライバと称されることがある。駆動回路42は、駆動指令に応じた駆動電流をモータ311、321に付与し、モータ311、321を動作させる。
Drive
<トルク決定処理>
図4は、制御部40が実行するトルク決定処理を示すフローチャートである。図5は、物体に加える力を説明するための図である。図6は、第1関節231および第2関節232に加えるトルクを説明するための図である。以下では、物体100の端部のひとつを壁などの固定物に押し当てて、ひとつの指部22で物体100をめくり上げる操作の例を用いて説明する。
<Torque determination process>
FIG. 4 is a flowchart showing the torque determination process executed by the
たとえばユーザにより、制御部40に対して物体動作の目標範囲およびパラメータのばらつき範囲が入力されると、制御部40は図4に示す処理を実行する。目標範囲は、時間、位置などで規定される。目標範囲の一例として、ユーザは、物体100の所定位置を0.5s以内に0.5cm以上浮かせることを入力する。所定位置は、たとえば物体100における作用点でもよいし、指部22が接触する接触面(端面)の上端でもよい。接触面の下端でもよい。
For example, when a user inputs a target range of object motion and a parameter variation range to the
パラメータとは、物体100の動作に影響を与えるパラメータ、具体的にはハンド部20に関するパラメータ、物体100に関するパラメータ、環境に関するパラメータである。ハンドパラメータは、J1g、J2g、L1、L2、Tc、Tg、Trなどである。JIgは第1リンク241の慣性モーメント、J2gは第2リンク242の慣性モーメントである。L1は第1リンク241の長さ、L2は第2リンク242の長さである。Tcは遠心力・コリオリ力起因のトルク、Tgは重力起因のトルク、Trは粘性、ばね、摩擦などの抵抗力起因のトルクである。
The parameters are parameters that affect the operation of the
物体パラメータは、物体100のサイズ、質量、最大摩擦係数、柔らかさ、重心位置などである。サイズは、物体100の長さL、物体100の慣性モーメントJに影響する。長さLとは、変位する部分の長さである。質量は、物体回転時のばね定数k、慣性モーメントJに影響する。最大摩擦係数は、摩擦係数μに影響する。柔らかさは、長さL、ばね定数k、物体回転時の粘性係数cに影響する。重心位置は、慣性モーメントJに影響する。環境パラメータは、物***置と固定位置との距離などである。物***置と固定位置との距離は、支点101の座標(x3、z3)に影響する。固定位置とは、壁などの固定物の位置である。物体の柔らかさにより支点101の位置は変化し、柔らかいほど変位する部分の長さLが短くなる。
The object parameters include the size, mass, maximum friction coefficient, softness, center of gravity position, etc. of the
ユーザは、上記したパラメータの少なくともひとつについて、ばらつき範囲を入力する。ばらつき範囲の一例として、ユーザは、柔らかさが-50%~100%の範囲でばらつくと入力する。 The user inputs a variation range for at least one of the above parameters. As an example of the variation range, the user inputs that the softness varies between -50% and 100%.
物体動作の目標範囲およびパラメータのばらつき範囲が入力されると、制御部40の制御回路41は、目標動作を設定する(ステップS11)。制御回路41は、入力の範囲内で位置、速度、加速度などを設定する。たとえば制御回路41は、目標動作として、柔らかさばらつき0%の物体100の所定位置を0.5sのときに1.5cm浮かせることを設定する。目標動作の設定時に、制御回路41は、角度θを算出する。角度θは、基準面に対して物体100がなす角度である。
When the target range of object motion and the parameter variation range are input, the
次いで、制御回路41は、目標動作を実現するために物体100に加える力を算出する(ステップS12)。制御回路41は、逆運動学を解き、物体100に加える力を算出する。図5に示すように、物体100に加える力は、物体100を動かす力Fs(摩擦力)と、物体100を滑らせないための力Fd(垂直抗力)である。数式1は、摩擦力Fsの計算式である。数式1において、右辺の第1項は慣性抵抗、第2項は粘性抵抗、第3項は弾性抵抗を示す。たとえば慣性モーメントJに角度θ1の2階微分値である角加速度を乗算し、さらに長さLで除算してなる。粘性抵抗は、物体の長さL、粘性係数c、および角度θの1階微分値である角速度を乗算してなる。数式2は、垂直抗力Fdの要件式である。
Next, the
次いで、制御回路41は、各関節23に加える目標トルク(駆動力)を設定する(ステップS13)。制御回路41は、逆動力学を解き、第1関節231に加えるトルクT1および第2関節232に加えるトルクT2を設定する。
Next, the
ステップS13において、制御回路41は、まず数式3に示すように、垂直抗力Fdを設定する。kdは1以上の値である。制御回路41は、kdの初期値としてたとえば1.5を設定する。
In step S13, the
次いで制御回路41は、ハンド部20と物体100の位置関係を示す数式6および数式7より、角度θ1、θ2を算出する。角度θ1は、上記したように基部21に対する第1リンク241のなす角度である。角度θ2は、第1リンク241に対する第2リンク242のなす角度である。図6に示す(x1、z1)は第2関節232の座標であり、(x2、z2)は物体100の作用点102の座標である。(x3、z3)は、物体100における変位の支点101の座標である。
Next, the
次いで制御回路41は、数式8に示す第2関節232の運動方程式と、数式9に示す第1関節231の運動方程式とにより、トルクT1、T2を算出により設定する。制御回路41は、物体100に対して力を加える向きのトルクT1、T2を設定する。
Next, the
数式8において右辺の第1項は慣性抵抗トルク、第2項は物体100からの反力、第3項は遠心力・コリオリ力起因のトルク、第4項は重力起因のトルク、第5項は抵抗力起因のトルクである。第2項~第5項が、第2関節232に作用する外力である。数式9において右辺の第1項は慣性抵抗トルク、第2項は物体100からの反力、第4項は遠心力・コリオリ力起因のトルク、第5項は重力起因のトルク、第6項は抵抗力起因のトルクである。第2項~第6項が、第1関節231に作用する外力である。トルクT1、T2を算出する際に、制御回路41は、数式6、7を用いて算出した角度θ1、θ2、カメラやセンサなどから取得した情報(パラメータ)を用いる。制御回路41は、外力の推定値に基づいて、トルクT1、T2を設定する。
In Equation 8, the first term on the right side is the inertial resistance torque, the second term is the reaction force from the
数式9の第2項の反力を下記数式10に示す反力Teで置き換えて整理すると、数式11となる。
When the reaction force in the second term of Equation 9 is replaced with the reaction force Te shown in
トルクT1、T2を設定すると、次いで制御回路41は、パラメータがばらついても物体100が目標範囲内で動作可能か否かを判定する(ステップS14)。制御回路41は、たとえば柔らかさの設定を上記したばらつきの範囲内で変更し、ばらつきの範囲内において物体100が目標範囲内での動作が可能かを判定する。パラメータがばらついても目標範囲内で動作可能であると判定すると、制御回路41は、トルク決定処理を終了する。
After setting the torques T1 and T2, the
一方、ステップS14において目標範囲内での動作が不可であると判定すると、制御回路41は、数式4のkdが変更可能か否かを判定し(ステップS15)、可能な場合にkdの値を変更する(ステップS16)。そして、ステップS13、S14の処理を再び実行する。制御回路41は、kd変更後のステップS14において目標範囲内での動作が不可であると判定すると、ステップS15の処理を再び実行する。そして、変更可能であれば再度kdの値を変更する。
On the other hand, if it is determined in step S14 that the operation within the target range is not possible, the
たとえばkdの設定範囲において変更可能な値がない場合、制御回路41は、kdが変更不可と判定し、物体100の目標動作を目標範囲内において変更する(ステップS17)。そして、ステップS12、S13、S14の処理を再び実行する。つまり、物体100の動作が目標範囲から外れる場合にはまずkdの値を変更し、それでも目標範囲から外れる場合には物体100の目標動作を目標範囲内において変更する。このようにして、パラメータ(たとえば柔らかさ)がばらついても目標範囲内での動作が可能なトルクT1、T2を決定する。
For example, if there is no value that can be changed within the set range of kd, the
なお、ユーザがパラメータのばらつき範囲を入力する例を示したが、これに限定されない。制御部40がたとえば学習機能を有し、自律的にパラメータのばらつき範囲を設定してもよい。
Although an example has been shown in which the user inputs the parameter variation range, the present invention is not limited to this. The
制御部40(制御回路41)が実行する処理は、図4に示した例に限定されない。たとえばパラメータのばらつきを考慮しない構成としてもよい。この場合、ステップS14、S15、S16、S17の処理が不要となる。ユーザが、物体100の目標動作を入力してもよい。この場合、ステップS11、S14、S15、S16、S17の処理が不要となる。
The processing executed by the control unit 40 (control circuit 41) is not limited to the example shown in FIG. 4. For example, a configuration may be adopted that does not take parameter variations into account. In this case, the processes of steps S14, S15, S16, and S17 are unnecessary. A user may input a target motion of the
<バックドライブ>
図7および図8は、物体100の軌道と第1関節231の動きを説明するための図である。図7および図8に一点鎖線で示す仮想円は、物体100の変位前における第2関節232の回転軸を中心とし、指部22における物体100との接点(力点)まで、つまり第2リンク242を半径とする円である。図7および図8の破線は、変位後の状態を示している。
<Backdrive>
7 and 8 are diagrams for explaining the trajectory of the
上記した数式11の右辺のうち、トルクT1以外が第1関節231に作用する外力である。外力は、物体100からの反力Te、トルクT2、遠心力・コリオリ力起因のトルクTc1、重力起因のトルクTg1、抵抗力起因のトルクTr1の合計である。物体100の所定位置(たとえば作用点)の軌道は、硬く反力が大きいと近い軌道になり、柔らかく反力が小さいと遠い軌道になる。つまり、反力が大きい物体100の軌道は、仮想円の内側になりやすい。反力が小さい物体100の軌道は、仮想円の外側になりやすい。
Of the right-hand side of Equation 11 above, components other than the torque T1 are external forces acting on the first joint 231. The external force is the sum of the reaction force Te from the
図7に示すように、軌道が仮想円の内側となるように物体100を変位させるためには、第1関節231が物体100に力を加える向きとは逆向きに回転、つまり逆回転する必要がある。反力を含む外力がトルクT1よりも大きい場合、つまり第1関節231のトルクの合計値(数式11の右辺)がマイナスの場合、第1関節231は図7に示すように逆回転する。このように、反力を含む外力がトルクT1よりも大きいことで生じる逆回転がバックドライブである。
As shown in FIG. 7, in order to displace the
図8に示すように、軌道が仮想円の外側となるように物体100を変位させるためには、第1関節231が物体100に力を加える向きに回転、つまり正回転する必要がある。反力を含む外力がトルクT1よりも小さい場合、つまり第1関節231のトルクの合計値がプラスの場合、第1関節231は正回転する。
As shown in FIG. 8, in order to displace the
<操作方法とバックドライブ>
図9は、動的な操作とバックドライブとの関係を示す図である。図10は、静的な操作とバックドライブとの関係を示す図である。
<Operation method and back drive>
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between dynamic operations and backdrive. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between static operation and back drive.
物体の操作方法は、大別すると、動的な操作と静的な操作に分けることができる。動的な操作は、ハンド部20の指先を動かす操作である。静的な操作は、ハンド部20の指先を固定した操作である。
Object manipulation methods can be broadly divided into dynamic manipulation and static manipulation. The dynamic operation is an operation of moving the fingertips of the
動的な操作の一例は、図9に示すめくり上げである。図9に示す例では、第1指部221の先端が物体100の端部のひとつに接触し、第2指部222の先端が物体100の中間位置を押さえている。この状態で、第1指部221を動かして物体100をめくり上げる。反力を含む外力がトルクT1よりも大きいことで第1指部221の第1関節231がバックドライブすると、第2指部222で押さえた部分を支点101に物体100がめくり上がる。
An example of a dynamic operation is the flip-up shown in FIG. In the example shown in FIG. 9, the tip of the
よって動的な操作の場合、反力を含む外力がトルクT1よりも大きくなりやすい構成、つまりバックドライブし易い構成を採用することが好ましい。バックドライブし易い構成を採用すると、上記したように軌道が仮想円の内側の場合でも、指先が物体100に追従する。ロボットハンド10は、物体100の挙動に応じて指部22の軌道を自動調整する。これにより、ロバスト性を向上することができる。
Therefore, in the case of dynamic operation, it is preferable to adopt a configuration in which the external force including the reaction force is likely to be larger than the torque T1, that is, a configuration in which backdrive is likely to occur. If a configuration that facilitates backdriving is adopted, the fingertip will follow the
静的な操作の一例は、図10に示す摘まみ上げである。図10に示す例では、第1指部221の先端が物体100の端部のひとつに接触し、第2指部222の先端が物体100の端部の他のひとつに接触している。このように2つの指部22にて物体100を把持(挟持)した状態で、ハンド部20全体を上方に移動させ物体100を摘まみ上げる。反力を含む外力がトルクT1よりも大きくなりやすい構成の場合、図10に示すように第1指部221の第1関節231がバックドライブする虞がある。バックドライブにより、第1指部221の先端が物体100から離れ、把持状態が解除される。
An example of a static operation is the pick-up shown in FIG. In the example shown in FIG. 10, the tip of the
よって静的な操作の場合、トルクT1が反力を含む外力よりも大きくなりやすい構成、つまりバックドライブし難い構成を採用することが好ましい。バックドライブし難い構成を採用すると、ハンド部20の指先が固定され、物体100から離反するのを抑制できる。これにより、ロバスト性を向上することができる。
Therefore, in the case of static operation, it is preferable to adopt a configuration in which the torque T1 tends to be larger than the external force including the reaction force, that is, a configuration in which backdrive is difficult to occur. When a configuration that is difficult to backdrive is adopted, the fingertips of the
<制御方法>
図11は、物体100に目標動作をさせるために制御部40が実行する処理、つまりロボットハンド10の制御方法の一例を示すフローチャートである。図12は、動的な操作を行う際の動作を示す図である。図13は、静的な操作を行う際の動作を示す図である。図14は、移動時の動作を示す図である。図12、図13、図14についても、図1と同様に、駆動部30のうち、第1指部221の第1関節231に対応する要素のみを示している。図12では、動的な操作の一例としてめくり上げを示している。図13では、静的な操作の一例として摘まみ上げを示している。
<Control method>
FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a process executed by the
図11に示すように、制御部40の制御回路41は、まず物体100の操作方法を決定する(ステップS21)。制御回路41は、たとえば動的な操作と静的な操作のいずれであるのかを決定する。制御回路41は、より具体的な操作、たとえばめくり上げや摘まみ上げを決定してもよい。
As shown in FIG. 11, the
制御回路41は、たとえばユーザの入力に基づいて操作方法を決定する。一例として、ユーザが入力した操作方法を取得することで、制御回路41が操作方法を決定してもよい。制御回路41が、ユーザの入力に基づいて操作方法を判断し、決定してもよい。ユーザの入力の少なくとも一部は、トルク決定処理において用いるユーザ入力と重複してもよい。カメラやセンサなどの情報を取得し、取得した情報に基づいて制御回路41が操作方法を決定してもよい。
The
次いで、制御回路41は、操作方法に基づいてバックドライブが必要か否かを判定する(ステップS22)。上記したように、動的な操作の場合には、バックドライブしやすい構成を採用するのが好ましい。静的な操作の場合には、バックドライブし難い構成を採用するのが好ましい。制御回路41は、動的な操作の場合にバックドライブが必要と判定し、静的な操作の場合にバックドライブが不要と判定する。
Next, the
バックドライブが必要と判定すると、制御回路41は、優先的に用いる駆動部30として第1駆動部31を選択する(ステップS23)。上記したように、第1駆動部31は、第2駆動部32よりもバックドライブしやすい構成である。このため、バックドライブし難い構成の第2駆動部32が、第1関節231の駆動を妨げるのを抑制することが好ましい。制御回路41は、第1駆動部31を選択するとともに、物体100の操作に用いない第2駆動部32の動力伝達経路を遮断する。つまり、第1関節231を駆動しない第2駆動部32の動力伝達経路を遮断する。
When determining that backdrive is necessary, the
一例として制御回路41は、モータ321を制御して図12に示すように第2駆動部32のワイヤ323、324に緩みをもたせる。たとえばモータ321が原位置の状態で、ワイヤ323、324は緩み部323a、324aを有する。このようにワイヤ323、324に緩み部323a、324aを設けることで、第2駆動部32が第1関節231の駆動に影響を及ぼすのを抑制することができる。
As an example, the
一方、バックドライブが必要ではないと判定すると、制御回路41は、優先的に用いる駆動部30として第2駆動部32を選択する(ステップS24)。上記したように、第2駆動部32は、第1駆動部31よりもバックドライブし難い構成である。制御回路41は、物体100の操作に用いない、つまり第1関節231を駆動しない第1駆動部31の動力伝達経路を遮断してもよい。バックドライブし易い構成の第1駆動部31は、第1関節231の駆動に対してほとんど影響しないか、影響したとしても小さい。よって、制御回路41は、第1駆動部31の動力伝達経路を遮断しなくてもよい。
On the other hand, if it is determined that the back drive is not necessary, the
一例として制御回路41は、図13に示すように第1駆動部31のワイヤ313に緩みをもたせない。ワイヤ324が緩み部324aを有するため、ワイヤ324側の動力伝達経路が第1関節231の駆動に影響を及ぼすのを抑制することができる。ワイヤ313に緩みをもたせると、第1駆動部31が第1関節231の駆動に影響を及ぼすのを抑制することができる。
As an example, the
なお、物体100の非操作時に指部22(関節23)を駆動させる場合にも、制御回路41は、操作に応じて駆動部30を優先的に選択する。非操作時の駆動として、物体100を操作する前に指部22を初期位置に移動させる場合などがある。図14に示すように第1関節231を逆回転させる場合、制御回路41は、第2駆動部32を選択する。第2駆動部32は減速比が大きいため、指部22を移動させることができる。このとき、ワイヤ323が緩み部323aを有するため、ワイヤ323側の動力伝達経路が第1関節231の駆動に影響を及ぼすのを抑制することができる。これに代えて、ワイヤ324を介して第2駆動部32により第1関節231に一定の逆回転トルクを印加しつつ、ワイヤ313を緩めるように第1駆動部31を駆動させてもよい。これにより、第1指部221(22)を高速で移動させることができる。
Note that even when driving the finger portion 22 (joint 23) when the
次いで、制御回路41は、選択した駆動部30についてトルクを決定する(ステップS25)。このトルク決定処理は、図4に示した処理である。そして、制御回路41は、ステップS25で決定したトルクを対応する関節23に加えるように、制御を実行する(ステップS26)。そして、一連の処理を終了する。
Next, the
なお、数式11などに示した各種トルクは、減速比が1の状態、つまり減速比の影響がない状態のトルクを示している。減速比が1のときのトルクT1、T2は、モータトルクと称されることがある。たとえば減速比がRのときのトルクT1は、減速比が1のときのトルクT1、つまりモータトルクに、減速比を乗算したものとなる。また、外力についても、減速比の影響を受けるものについては、減速比によって除算したものとなる。たとえば反力Teは、Te/Rとなる。 Note that the various torques shown in Equation 11 and the like indicate torques when the reduction ratio is 1, that is, when there is no influence of the reduction ratio. The torques T1 and T2 when the reduction ratio is 1 are sometimes referred to as motor torques. For example, the torque T1 when the reduction ratio is R is the torque T1 when the reduction ratio is 1, that is, the motor torque multiplied by the reduction ratio. Furthermore, for external forces that are affected by the reduction ratio, they are divided by the reduction ratio. For example, the reaction force Te is Te/R.
減速比が大きいと、トルクT1が大きくなり、第1関節231に作用する外力は小さくなる。このため、物体100が重い場合など、物体100に大きな力が必要な操作に有利である。減速比が小さいと、トルクT1が小さくなり、第1関節231に作用する外力は大きくなる。これにより、第1関節231がバックドライブしやすくなる。このため、物体100が軽い場合や柔らかい場合など、物体100に小さな力を加える操作に有利である。
When the reduction ratio is large, the torque T1 becomes large and the external force acting on the first joint 231 becomes small. This is advantageous for operations that require a large force on the
ここで、第1駆動部31のモータトルクをTm1、第2駆動部32のモータトルクをTm2とする。また、減速機312の減速比を1、減速機322の減速比を50とする。便宜上、外力を反力Teのみとする。図12に示すように動的な操作の場合、第1駆動部31を選択し、減速機312を介してワイヤ313に引っ張り力を加えることで、第1関節231を駆動する。第1関節231に作用する正回転のトルクは、Tm1となる。第1関節231に作用する逆回転のトルクは、Teとなる。よって、第1関節231がバックドライブし易い。
Here, the motor torque of the
図13に示すように静的な操作の場合、第2駆動部32を選択し、減速機322を介してワイヤ323に引っ張り力を加えることで、第1関節231を駆動する。第1関節231に作用する正回転のトルクは、50×Tm2となる。第1関節231に作用する逆回転のトルクは、Te/50となる。減速比により逆回転トルクが1/50となるため、モータ321や減速機322の慣性、粘性、摩擦などのトルクに勝てず、第1関節231がバックドライブし難い。また、減速比により50倍の正回転トルクを得ることができるため、モータ321の出力を、たとえば1/50にすることができる。これにより、モータ321を小型化することができる。
As shown in FIG. 13, in the case of a static operation, the
図14に示す例の場合、第2駆動部32を選択し、減速機322を介してワイヤ324に引っ張り力を加えることで、第1関節231を駆動する。第1関節231に作用する逆回転のトルクは、50×Tm2となる。これにより、第1指部221を移動させることができる。
In the example shown in FIG. 14, the
図11では、トルク決定処理をステップS25で実施する例を示したが、これに限定されない。制御回路41は、ステップS26の実行前に、トルク決定処理を行えばよい。たとえば、ステップS23またはステップS24の処理において駆動部を選択するとともに、トルク決定処理を行ってもよい。ステップS21の処理において操作方法を決定するとともに、トルク決定処理を行ってもよい。制御回路41は、トルク決定処理を、図11に示す処理と並列に処理してもよい。
Although FIG. 11 shows an example in which the torque determination process is performed in step S25, the present invention is not limited to this. The
制御回路41は、第1駆動部31または第2駆動部32を選択する例を示したが、これに限定されない。第1駆動部31のみ、第2駆動部32のみ、第1駆動部31および第2駆動部32のいずれかを選択する構成としてもよい。第1駆動部31および第2駆動部32を選択することで、第2駆動部32のみを選択する構成に較べて、たとえば正回転トルクを増加させることができる。
Although an example has been shown in which the
<第1実施形態のまとめ>
本実施形態のロボットハンド10は、共通関節である第1関節231に対して物体100に力を加える向きに作用する駆動部30として、第1駆動部31および第2駆動部32を備えている。第1駆動部31はバックドライブし易い構成とされ、第2駆動部32はバックドライブし難い構成とされている。物体100の操作は、たとえばバックドライブが必要な操作、バックドライブする可能性がある操作、バックドライブが不要な操作がある。制御部40は、物体100の操作に適した駆動部30を選択する。これにより、操作性を向上することができる。
<Summary of the first embodiment>
The
制御部40は、物体100を静的に操作する場合、つまりハンド部20の指先を固定した操作の場合に、少なくとも第2駆動部32を選択する。上記したように第2駆動部32は、バックドライブし難い。よって、指先が物体100から離れ、所望の操作ができなくなるのを抑制することができる。このように、物体100を静的に操作する際の操作性を向上することができる。
The
制御部40は、物体100を動的に操作する場合、つまりハンド部20の指先を動かす操作の場合に、第1駆動部31を選択する。上記したように第1駆動部31は、バックドライブし易い。関節23は、反力を含む外力と駆動部30から印加されるトルクとの大小関係によって回転する。たとえば第1関節231に作用する外力がトルクT1よりも小さい場合、第1関節231は正回転する。これにより、指部22の先端の軌道は仮想円の外側になる。第1関節231に作用する外力がトルクT1よりも大きい場合、第1関節231は逆回転する。これにより、指部22の先端の軌道は仮想円の内側になる。このように、指部22が物体100に追従する。ロボットハンド10は、物体100の挙動に応じて指部22の軌道を自動調整する。このように、物体100を動的に操作する際の操作性を向上することができる。
The
動的な操作は、めくり上げに限定されない。第1駆動部31は、物体100へのアプローチや、比較的小物の操作に好適である。上記したように第1駆動部31の選択により、動きが正確に予測できない物体100に対して指部22を追従させることができる。たとえば把持位置を探しながら服、鞄、枕、布団などの柔軟な物体100をつかむ操作、物体100である柔軟な袋の口を開く操作にも好適である。物体100である柔らかいボールをつかむ操作、柔らかい物体100の表面にシールを貼る操作などにも好適である。曲面等の形状が複雑な物体100に対して指部22を追従させる必要がある操作にも好適である。
Dynamic manipulation is not limited to flipping. The
たとえば動力伝達経路のばね定数やダンパ定数によって、バックドライブのし易さを異ならせることができる。ばね定数が小さいと、トルクT1に対して、第1関節231をバックドライブさせるために必要な外力は小さくなる。よって、バックドライブし易くなる。ばね定数が大きいと、第1関節231をバックドライブさせるために必要な外力は大きくなる。よって、バックドライブし難くなる。同様に、ダンパ定数が小さいとバックドライブし易くなり、ダンパ定数が大きいとバックドライブし難くなる。 For example, the ease of backdriving can be varied depending on the spring constant and damper constant of the power transmission path. When the spring constant is small, the external force required to backdrive the first joint 231 with respect to the torque T1 becomes small. Therefore, it becomes easier to backdrive. When the spring constant is large, the external force required to backdrive the first joint 231 becomes large. Therefore, it becomes difficult to backdrive. Similarly, if the damper constant is small, it becomes easier to backdrive, and if the damper constant is large, it becomes difficult to backdrive.
本実施形態では、減速機の減速比が異なることで、バックドライブのし易さが異なっている。具体的には、第1駆動部31が備える減速機312(第1減速機)の減速比が、第2駆動部32が備える減速機322(第2減速機)の減速比よりも小さい。上記したように静的な操作を行う場合、減速機322の減速比R倍の正回転トルクを得ることができ、モータ321の出力を1/Rにすることができる。これにより、モータ321を小型化することができる。つまり、モータ321、ひいてはロボットハンド10の体格を小型化しつつ、操作性を向上することができる。
In this embodiment, the ease of backdriving differs due to the different reduction ratios of the speed reducers. Specifically, the reduction ratio of the reduction gear 312 (first reduction gear) included in the
上記したように、駆動部30は関節23などに内蔵されてもよい。つまり、ワイヤを備えない構成としてもよい。本実施形態では、第1駆動部31および第2駆動部32が、動力の伝達によって第1関節231(共通関節)を正回転させるワイヤ313、323を備えている。制御部40は、第1駆動部31および第2駆動部32のうち、物体100の操作に用いない駆動部30、つまり第1関節231を駆動しない駆動部30のワイヤに緩みをもたせる。たとえば第1駆動部31を選択して用いる場合に、第2駆動部32のワイヤ323に緩みをもたせる。これにより、ワイヤ323を通じて第2駆動部32が第1関節231の駆動に影響を及ぼすのを抑制することができる。よって、簡素な構成で操作性をさらに向上することができる。
As described above, the
第1駆動部31および第2駆動部32は、たとえば第1関節231を正回転させるワイヤ313、323を少なくとも備えればよい。つまり、第1駆動部31がワイヤ313のみを備え、第2駆動部32がワイヤ323のみを備えてもよい。本実施形態では、第2駆動部32が、たとえば第1関節231を逆回転させるワイヤ324を備えている。制御部40は、たとえば第1駆動部31を選択して用いる場合に、第2駆動部32のワイヤ324にも緩みをもたせる。これにより、ワイヤ324を通じて第2駆動部32が第1関節231の駆動に影響を及ぼすのを抑制することができる。よって、簡素な構成で操作性をさらに向上することができる。
The
(第2実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、ワイヤに緩みをもたせることで、使用しない駆動部が関節の駆動に影響を及ぼすのを抑制した。これに代えて、ばね定数やダンパ定数を切り替えることで使用しない駆動部が関節の駆動に影響を及ぼすのを抑制してもよい。
(Second embodiment)
This embodiment is a modification based on the previous embodiment, and the description of the previous embodiment can be used. In the preceding embodiment, the unused drive unit was prevented from affecting the drive of the joint by providing slack in the wire. Alternatively, the influence of an unused drive section on the drive of the joint may be suppressed by switching the spring constant or damper constant.
図15は、本実施形態に係るロボットハンド10の一部を示す図である。図15では、図1に対して、制御部40を簡素化して図示している。また、制御部40と駆動部30とのつながりを省略して図示している。ここでも、第1指部221の第1関節231を例に説明する。
FIG. 15 is a diagram showing a part of the
先行実施形態同様、第1駆動部31は、ワイヤ313を備えている。第2駆動部32は、ワイヤ323、324を備えている。ワイヤ313には、ばね機構315が設けられている。ワイヤ323には、ばね機構325が設けられている。ワイヤ324には、ばね機構326が設けられている。制御部40の制御回路41は、ばね機構315、325、326のばね定数を制御する。ばね機構315、325、326を備えることで、対応するワイヤ313、323、324のばね定数が可変可能である。
Like the previous embodiment, the
制御回路41は、第1駆動部31および第2駆動部32の少なくとも一方において、ばね定数を制御する。制御回路41は、第1駆動部31のワイヤ313(ばね機構315)のばね定数を、第1関節231の駆動に用いない場合において第1関節231の駆動に用いる場合よりも小さくしてもよい。たとえば動的な操作の場合には、ばね定数を大きくするため、ワイヤ313を通じて第1関節231に動力を伝達できる。静的な操作の場合には、ばね定数を小さくするため、第1駆動部31が第1関節231の駆動に影響を及ぼすのを抑制することができる。
The
制御回路41は、第2駆動部32のワイヤ323(ばね機構325)のばね定数を、第1関節231の駆動に用いない場合において第1関節231の駆動に用いる場合よりも小さくしてもよい。たとえば静的な操作の場合には、ばね定数を大きくするため、ワイヤ323を通じて第1関節231に動力を伝達できる。動的な操作の場合には、ばね定数を小さくするため、第2駆動部32が第1関節231の駆動に影響を及ぼすのを抑制することができる。
The
制御回路41は、第2駆動部32のワイヤ324(ばね機構326)のばね定数を、第1関節231の駆動に用いない場合において第1関節231の駆動に用いる場合よりも小さくしてもよい。たとえば物体100を操作せずに指部22を移動する場合には、ばね定数を大きくするため、ワイヤ324を通じて第1関節231に動力を伝達できる。物体100を操作する場合には、ばね定数を小さくするため、ワイヤ324を通じて第2駆動部32が第1関節231の駆動に影響を及ぼすのを抑制することができる。
The
その他の構成については、先行実施形態に記載の構成と同様である。 The other configurations are the same as those described in the preceding embodiment.
<第2実施形態のまとめ>
上記したように、制御部40は、第1駆動部31および第2駆動部32の少なくとも一方において、第1関節231(共通関節)の駆動に用いない場合のワイヤ313、323、324のばね定数を、第1関節231の駆動に用いる場合のワイヤ313、323、324のばね定数よりも小さくする。これにより、操作性をさらに向上することができる。
<Summary of the second embodiment>
As described above, the
制御部40がばね定数を制御する例を示したが、これに限定されない。制御部40は、ばね定数に代えて、ダンパ定数を制御してもよい。この場合、駆動部30は、上記したばね機構315、325、326に代えて、ダンパ定数を可変可能に構成された図示しないダンパ機構を備える。ダンパ機構は、対応するワイヤ313、323、324に設けられる。たとえば制御回路41は、第2駆動部32のワイヤ323(ダンパ機構)のダンパ定数を、第1関節231の駆動に用いない場合において第1関節231の駆動に用いる場合よりも小さくする。たとえば静的な操作の場合には、ダンパ定数を大きくするため、ワイヤ323を通じて第1関節231に動力を伝達できる。動的な操作の場合には、ダンパ定数を小さくするため、第2駆動部32が第1関節231の駆動に影響を及ぼすのを抑制することができる。よって、操作性をさらに向上することができる。
Although an example has been shown in which the
(第3実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、第1駆動部31が共通関節に対して物体100に力を加える向きに作用した。これに代えて、第1駆動部31が、共通関節に対して物体100に力を加える向きだけでなく、逆向きにも作用する構成としてもよい。
(Third embodiment)
This embodiment is a modification based on the previous embodiment, and the description of the previous embodiment can be used. In the previous embodiment, the
図16は、本実施形態に係るロボットハンド10の一部を示す図である。図16では、図1に対して、制御部40を省略して図示している。ここでも、第1指部221の第1関節231を例に説明する。
FIG. 16 is a diagram showing a part of the
第1駆動部31は、ワイヤ314を備えている。ワイヤ314は、第1関節231のプーリに巻き付けられている。モータ311は、減速機312により調整した動力を、ワイヤ314を介してプーリに伝達する。モータ311は、減速機312を介してワイヤ314に引っ張り力を加えることで、第1関節231に対して上記した一方向とは逆向きに回転するトルクを加える。第1関節231は、ワイヤ314を介したモータ311の引っ張り力により、逆回転する。
The
第1駆動部31は、ワイヤ313、314を備えている。第1駆動部31は、共通関節である第1関節231に対して正回転トルク、逆回転トルクのいずれも印加可能である。第2駆動部32は、先行実施形態同様、ワイヤ323、324を備えている。第2駆動部32は、共通関節である第1関節231に対して正回転トルク、逆回転トルクのいずれも印加可能である。
The
図17は、物体100に目標動作をさせるために制御部40が実行する処理を示すフローチャートである。図17に示すステップS21、S22、S23、S24、S25、S26の処理は、先行実施形態(図11参照)と同様である。
FIG. 17 is a flowchart showing the process executed by the
制御回路41は、ステップS25で決定したトルクを対応する関節23に加えるように、ステップS26の処理、つまり制御を実行する。次いで、制御回路41は、停止処理を実行する(ステップS27)。そして、一連の処理を終了する。
The
ステップS27において、制御回路41は、たとえば第1関節231が慣性で回り続けるのを抑制するために、ステップS26で印加したトルクとは逆向きのトルクを第1関節231に印加する。
In step S27, the
たとえば物体100の非操作時において、制御回路41は、第2駆動部32を駆動させ、ワイヤ323を介して第1関節231に正回転トルクを印加する。これにより、第1関節231が正回転する。つまり、第1指部221(22)が移動する。次いで制御回路41は、第1駆動部31を駆動させ、ワイヤ314を介して第1関節231に逆回転トルクを印加する。これにより、正回転している第1関節231を止める。これに代えて、ワイヤ324を緩めるように第2駆動部32を駆動させた状態で、ワイヤ313を介して第1駆動部31により第1関節231に正回転トルクを印加してもよい。第1駆動部31は、ワイヤ324が伸びきるまで正回転トルクを印加する。これにより、第1指部221(22)を高速で移動させることができる。
For example, when the
制御回路41は、第2駆動部32を駆動させ、ワイヤ324を介して第1関節231に逆回転トルクを印加する。これにより、第1関節231が逆回転する。つまり、第1指部221(22)が移動する。次いで制御回路41は、第1駆動部31を駆動させ、ワイヤ313を介して第1関節231に正回転トルクを印加する。これにより、逆回転している第1関節231を止める。これに代えて、ワイヤ324を介して第2駆動部32により第1関節231に一定の逆回転トルクを印加しつつ、ワイヤ313を緩めるように第1駆動部31を駆動させてもよい。この場合、第1指部221(22)を高速で移動させることができる。
The
<第3実施形態のまとめ>
本実施形態の第1駆動部31および第2駆動部32は、第1関節231(共通関節)に対して物体100に力を加える向きに作用可能である。第1駆動部31および第2駆動部32は、第1関節231に対して物体100に力を加える向きとは逆向きにも作用可能である。よって、操作性をさらに向上することができる。
<Summary of the third embodiment>
The
なお、第1駆動部31のみを、第1関節231に対して両方向に作用可能としてもよい。第2駆動部32のみを、第1関節231に対して両方向に作用可能としてもよい。いずれにおいても、正逆を問わず第1関節231を停止させることができる。
Note that only the
本実施形態に記載の構成は、第1実施形態に記載の構成、第2実施形態に記載の構成との組み合わせが可能である。 The configuration described in this embodiment can be combined with the configuration described in the first embodiment and the configuration described in the second embodiment.
(他の実施形態)
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品および/または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および/または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および/または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
(Other embodiments)
The disclosure in this specification, drawings, etc. is not limited to the illustrated embodiments. The disclosure includes the illustrated embodiments and variations thereon by those skilled in the art. For example, the disclosure is not limited to the combinations of parts and/or elements illustrated in the embodiments. The disclosure can be implemented in various combinations. The disclosure may have additional parts that can be added to the embodiments. The disclosure includes those in which parts and/or elements of the embodiments are omitted. The disclosure encompasses any substitutions or combinations of parts and/or elements between one embodiment and other embodiments. The disclosed technical scope is not limited to the description of the embodiments. The technical scope of some of the disclosed technical scopes is indicated by the description of the claims, and should be understood to include equivalent meanings and all changes within the scope of the claims.
明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。 The disclosure in the specification, drawings, etc. is not limited by the scope of the claims. The disclosure in the specification, drawings, etc. includes the technical ideas described in the claims, and further extends to a more diverse and broader range of technical ideas than the technical ideas described in the claims. Therefore, various technical ideas can be extracted from the disclosure of the specification, drawings, etc. without being restricted by the claims.
ある要素または層が「上にある」、「連結されている」、「接続されている」または「結合されている」と言及されている場合、それは、他の要素、または他の層に対して、直接的に上に、連結され、接続され、または結合されていることがあり、さらに、介在要素または介在層が存在していることがある。対照的に、ある要素が別の要素または層に「直接的に上に」、「直接的に連結されている」、「直接的に接続されている」または「直接的に結合されている」と言及されている場合、介在要素または介在層は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉は、同様のやり方で(例えば、「間に」対「直接的に間に」、「隣接する」対「直接的に隣接する」など)解釈されるべきである。この明細書で使用される場合、用語「および/または」は、関連する列挙されたひとつまたは複数の項目に関する任意の組み合わせ、およびすべての組み合わせを含む。 When an element or layer is referred to as being ``on'', ``coupled'', ``connected'' or ``coupled with'' another element or layer, it is referring to another element or layer. may be connected, connected, or bonded directly thereon, and intervening elements or layers may be present. In contrast, one element is "directly upon", "directly coupled to," "directly connected to," or "directly coupled to" another element or layer. , there are no intervening elements or layers present. Other words used to describe relationships between elements can be used in a similar manner (e.g., "between" vs. "directly between", "adjacent" vs. "directly adjacent", etc.). ) should be interpreted. As used herein, the term "and/or" includes any and all combinations of one or more of the associated listed items.
空間的に相対的な用語「内」、「外」、「裏」、「下」、「低」、「上」、「高」などは、図示されているような、ひとつの要素または特徴の他の要素または特徴に対する関係を説明する記載を容易にするためにここでは利用されている。空間的に相対的な用語は、図面に描かれている向きに加えて、使用または操作中の装置の異なる向きを包含することを意図することができる。例えば、図中の装置をひっくり返すと、他の要素または特徴の「下」または「真下」として説明されている要素は、他の要素または特徴の「上」に向けられる。したがって、用語「下」は、上と下の両方の向きを包含することができる。この装置は、他の方向に向いていてもよく(90度または他の向きに回転されてもよい)、この明細書で使用される空間的に相対的な記述子はそれに応じて解釈される。 Spatial relative terms such as "in", "out", "behind", "below", "low", "above", "high" etc. refer to a single element or feature as illustrated. It is used herein to facilitate descriptions that describe relationships to other elements or features. Spatially relative terms may be intended to encompass different orientations of the device during use or operation in addition to the orientation depicted in the figures. For example, when the device in the figures is turned over, elements described as being "below" or "beneath" other elements or features are oriented "above" the other elements or features. Thus, the term "bottom" can encompass both orientations, top and bottom. The device may be oriented in other directions (rotated 90 degrees or other orientations) and the spatially relative descriptors used in this specification shall be interpreted accordingly. .
(技術的思想の開示)
この明細書は、以下に列挙する複数の項に記載された複数の技術的思想を開示している。いくつかの項は、後続の項において先行する項を択一的に引用する多項従属形式(a multiple dependent form)により記載されている場合がある。さらに、いくつかの項は、他の多項従属形式の項を引用する多項従属形式(a multiple dependent form referring to another multiple dependent form)により記載されている場合がある。これらの多項従属形式で記載された項は、複数の技術的思想を定義している。
(Disclosure of technical ideas)
This specification discloses multiple technical ideas described in multiple sections listed below. Some sections may be written in a multiple dependent form, in which subsequent sections alternatively cite preceding sections. Additionally, some terms may be written in a multiple dependent form referring to another multiple dependent form. The terms written in these multiple dependent forms define multiple technical ideas.
<技術的思想1>
基部(21)と、
複数の関節(231,232)を有し、前記基部に支持された指部(22)と、
前記関節の少なくともひとつを駆動する駆動部(30)と、
前記駆動部を用いて前記関節の駆動を制御する制御部(40)と、
を備え、
前記駆動部は、互いに共通の前記関節である共通関節に対して物体に力を加える向きに作用する第1駆動部(31)および第2駆動部(32)を含み、
前記第1駆動部は、前記第2駆動部よりもバックドライブし易い構成とされ、
前記制御部は、前記物体の操作に応じて前記駆動部を選択して用いる、ロボットハンド。
<
a base (21);
a finger portion (22) having a plurality of joints (231, 232) and supported by the base;
a drive unit (30) that drives at least one of the joints;
a control unit (40) that controls driving of the joint using the drive unit;
Equipped with
The drive unit includes a first drive unit (31) and a second drive unit (32) that act in a direction to apply force to an object with respect to a common joint that is the common joint,
The first drive unit is configured to be easier to backdrive than the second drive unit,
The control unit is a robot hand that selects and uses the drive unit according to the operation of the object.
<技術的思想2>
前記第1駆動部は、第1減速機(312)を有し、
前記第2駆動部は、第2減速機(322)を有し、
前記第1減速機の減速比は、前記第2減速機の減速比よりも小さい、技術的思想1に記載のロボットハンド。
<Technical philosophy 2>
The first drive section includes a first reduction gear (312),
The second drive unit includes a second reduction gear (322),
The robot hand according to
<技術的思想3>
前記第1駆動部および前記第2駆動部は、動力の伝達によって前記共通関節を前記物体に力を加える向きに回転させるワイヤ(313、323)をそれぞれ有し、
前記制御部は、前記第1駆動部および前記第2駆動部のうち、前記共通関節の駆動に用いない前記駆動部の前記ワイヤに緩みをもたせる、技術的思想1または技術的思想2に記載のロボットハンド。
<Technical philosophy 3>
The first drive unit and the second drive unit each have a wire (313, 323) that rotates the common joint in a direction that applies force to the object by transmitting power,
According to
<技術的思想4>
前記第1駆動部および前記第2駆動部は、動力の伝達によって前記共通関節を前記物体に力を加える向きに回転させるワイヤ(313、323)をそれぞれ有し、
前記ワイヤは、ばね定数またはダンパ定数が可変可能であり、
前記制御部は、前記第1駆動部および前記第2駆動部の少なくとも一方において、前記共通関節の駆動に用いない場合の前記ワイヤのばね定数またはダンパ定数を、前記共通関節の駆動に用いる場合の前記ワイヤのばね定数またはダンパ定数よりも小さくする、技術的思想1または技術的思想2に記載のロボットハンド。
<Technical philosophy 4>
The first drive unit and the second drive unit each have a wire (313, 323) that rotates the common joint in a direction that applies force to the object by transmitting power,
The wire has a variable spring constant or damper constant,
In at least one of the first drive unit and the second drive unit, the control unit is configured to set a spring constant or a damper constant of the wire when not used to drive the common joint to a spring constant or a damper constant when used to drive the common joint. The robot hand according to
<技術的思想5>
前記制御部は、前記物体を静的に操作する場合に、少なくとも前記第2駆動部を選択する、技術的思想1~4いずれか1項に記載のロボットハンド。
<Technical philosophy 5>
The robot hand according to any one of
<技術的思想6>
前記制御部は、前記物体を動的に操作する場合に、前記第1駆動部を選択する、技術的思想1~4いずれか1項に記載のロボットハンド。
<Technical philosophy 6>
The robot hand according to any one of
<技術的思想7>
前記第1駆動部および前記第2駆動部の少なくともひとつは、前記共通関節に対して前記物体に力を加える向きとは逆向きに作用可能である、技術的思想1~6いずれか1項に記載のロボットハンド。
<
According to any one of
10…ロボットハンド、20…ハンド部、21…基部、22…指部、221…第1指部、222…第2指部、223…第3指部、23…関節、231…第1関節、232…第2関節、24…リンク、241…第1リンク、242…第2リンク、30…駆動部、31…第1駆動部、311…モータ、312…減速機、313、314…ワイヤ、315…ばね機構、32…第2駆動部、321…モータ、322…減速機、323、324…ワイヤ、323a、324a…緩み部、325,326…ばね機構、40…制御部、41…制御回路、411…プロセッサ、412…メモリ、42…駆動回路、50…仮想円、100…物体、101…支点、102…作用点
DESCRIPTION OF
Claims (7)
複数の関節(231,232)を有し、前記基部に支持された指部(22)と、
前記関節の少なくともひとつを駆動する駆動部(30)と、
前記駆動部を用いて前記関節の駆動を制御する制御部(40)と、
を備え、
前記駆動部は、互いに共通の前記関節である共通関節に対して物体に力を加える向きに作用する第1駆動部(31)および第2駆動部(32)を含み、
前記第1駆動部は、前記第2駆動部よりもバックドライブし易い構成とされ、
前記制御部は、前記物体の操作に応じて前記駆動部を選択して用いる、ロボットハンド。 a base (21);
a finger portion (22) having a plurality of joints (231, 232) and supported by the base;
a drive unit (30) that drives at least one of the joints;
a control unit (40) that controls driving of the joint using the drive unit;
Equipped with
The drive unit includes a first drive unit (31) and a second drive unit (32) that act in a direction to apply force to an object with respect to a common joint that is the common joint,
The first drive unit is configured to be easier to backdrive than the second drive unit,
The control unit is a robot hand that selects and uses the drive unit according to the operation of the object.
前記第2駆動部は、第2減速機(322)を有し、
前記第1減速機の減速比は、前記第2減速機の減速比よりも小さい、請求項1に記載のロボットハンド。 The first drive section includes a first reduction gear (312),
The second drive unit includes a second reduction gear (322),
The robot hand according to claim 1, wherein a reduction ratio of the first reduction gear is smaller than a reduction ratio of the second reduction gear.
前記制御部は、前記第1駆動部および前記第2駆動部のうち、前記共通関節の駆動に用いない前記駆動部の前記ワイヤに緩みをもたせる、請求項1または請求項2に記載のロボットハンド。 The first drive unit and the second drive unit each have a wire (313, 323) that rotates the common joint in a direction that applies force to the object by transmitting power,
The robot hand according to claim 1 or claim 2, wherein the control section causes slack in the wire of the drive section that is not used for driving the common joint among the first drive section and the second drive section. .
前記ワイヤは、ばね定数またはダンパ定数が可変可能であり、
前記制御部は、前記第1駆動部および前記第2駆動部の少なくとも一方において、前記共通関節の駆動に用いない場合の前記ワイヤのばね定数またはダンパ定数を、前記共通関節の駆動に用いる場合の前記ワイヤのばね定数またはダンパ定数よりも小さくする、請求項1または請求項2に記載のロボットハンド。 The first drive unit and the second drive unit each have a wire (313, 323) that rotates the common joint in a direction that applies force to the object by transmitting power,
The wire has a variable spring constant or damper constant,
In at least one of the first drive unit and the second drive unit, the control unit is configured to set a spring constant or a damper constant of the wire when not used to drive the common joint to a spring constant or a damper constant when used to drive the common joint. The robot hand according to claim 1 or 2, wherein the spring constant or damper constant is smaller than the spring constant or damper constant of the wire.
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