JP2560832B2 - 物体の硬さ判別方法 - Google Patents
物体の硬さ判別方法Info
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- JP2560832B2 JP2560832B2 JP1114810A JP11481089A JP2560832B2 JP 2560832 B2 JP2560832 B2 JP 2560832B2 JP 1114810 A JP1114810 A JP 1114810A JP 11481089 A JP11481089 A JP 11481089A JP 2560832 B2 JP2560832 B2 JP 2560832B2
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- Japan
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- robot hand
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、物体の硬さ判別方法に関し、詳しくは、
ロボットハンドに装着された分布型圧覚センサにより、
好適に対象物の物体の硬さを判別する方法に関する。
ロボットハンドに装着された分布型圧覚センサにより、
好適に対象物の物体の硬さを判別する方法に関する。
〔従来の技術〕 近年、ロボットの知能化が進む中で多くの機能や多環
境に適応できることが要求され、多関節ロボットや各種
センサを装着したロボットが開発されつつある。これ
は、従来は１台のロボットが製造工程や組立工程におい
て１つの部品や工具を対象とした１つの工程だけを担当
し、複数のロボットによって製造工程あるいは組立工程
が成り立っていたのに対し、近年では１台のロボット
に、複数の部品や工具を用いて複数の工程をこなす必要
が生じてきたことによる。
境に適応できることが要求され、多関節ロボットや各種
センサを装着したロボットが開発されつつある。これ
は、従来は１台のロボットが製造工程や組立工程におい
て１つの部品や工具を対象とした１つの工程だけを担当
し、複数のロボットによって製造工程あるいは組立工程
が成り立っていたのに対し、近年では１台のロボット
に、複数の部品や工具を用いて複数の工程をこなす必要
が生じてきたことによる。
そこで、このようなロボットにおいては、エンドエフ
ェクターであるハンドが把持する対象物や接触する外部
環境に対して多くの特徴に関する情報（例えば物体の硬
さや形状）を検知できることが重要なポイントとなる。
ェクターであるハンドが把持する対象物や接触する外部
環境に対して多くの特徴に関する情報（例えば物体の硬
さや形状）を検知できることが重要なポイントとなる。
以下に、これらの把持対象物や外部環境に対して特に
硬さに関する情報を検知するために従来実施されてきた
方法について述べる。
硬さに関する情報を検知するために従来実施されてきた
方法について述べる。
第５図は第１の従来例として硬さ判別に適用される装
置の構成を示す。ここで、対をなすフィンガー12はフィ
ンガー駆動機構13により互いに相反する方向に駆動さ
れ、その間に対象の物体14を把持することができる。15
は各フィンガー12に取付けられた荷重検出器、16は各フ
ィンガー12を移動自在に支持するハンド、17はフィンガ
ー12の変位量を計測する変位計測器であり、本例では、
物体14を２つのフィンガー12の間に把持したときのフィ
ンガー12の移動変位に対するフィンガー12の負担荷重の
比率をパラメータとして把持物体14の硬さが判別される
（第６図参照）。なお第６図において、29は硬い物体の
荷重−変位特性、30は軟かい物体の同特性を示す。
置の構成を示す。ここで、対をなすフィンガー12はフィ
ンガー駆動機構13により互いに相反する方向に駆動さ
れ、その間に対象の物体14を把持することができる。15
は各フィンガー12に取付けられた荷重検出器、16は各フ
ィンガー12を移動自在に支持するハンド、17はフィンガ
ー12の変位量を計測する変位計測器であり、本例では、
物体14を２つのフィンガー12の間に把持したときのフィ
ンガー12の移動変位に対するフィンガー12の負担荷重の
比率をパラメータとして把持物体14の硬さが判別される
（第６図参照）。なお第６図において、29は硬い物体の
荷重−変位特性、30は軟かい物体の同特性を示す。
第７図は第２の従来例にかかる装置の構成を示し、こ
こで、18は物体の荷重を受ける受圧部19と受圧部19に伝
達された荷重を検出する荷重検出器20とを有する支持部
材、21は支持部材18と固定板22との間に介装されたベロ
ーズ、23は固定板22に穿設され、ベローズ21内に給気す
るための給気口であり、ベローズ21内には不図示のエア
ー圧力測定器が設けられている。そこで、本例では、受
圧部19に対象の物体が接触し、その荷重が伝達される
と、その接触後のエアー圧力に対する検出荷重の比率を
パラメータとして対象物体の硬さが判別される（第８図
参照）。第８図において、31は硬い物件の荷重−圧力特
性、32は軟かい物体の同特性を示す。
こで、18は物体の荷重を受ける受圧部19と受圧部19に伝
達された荷重を検出する荷重検出器20とを有する支持部
材、21は支持部材18と固定板22との間に介装されたベロ
ーズ、23は固定板22に穿設され、ベローズ21内に給気す
るための給気口であり、ベローズ21内には不図示のエア
ー圧力測定器が設けられている。そこで、本例では、受
圧部19に対象の物体が接触し、その荷重が伝達される
と、その接触後のエアー圧力に対する検出荷重の比率を
パラメータとして対象物体の硬さが判別される（第８図
参照）。第８図において、31は硬い物件の荷重−圧力特
性、32は軟かい物体の同特性を示す。
更に第９図は第３の従来例にかかる装置の構成を示
す。本例の支持部材18は受圧部19および荷重検出器20の
他に発光素子25を具えており、また、一方保持台26には
支持部材脚部18Aを介して支持部材18を駆動させるため
のボイスコイルマグネット27が設けられている。28は発
光素25に対向して保持台26に設けられた受光素子であ
り、発光素子25と受光素子28との間の光の授受により不
図示の変位測定手段を介して支持部材18の変位が検出さ
れる。よって、物体が受圧部19に接触すると、そのあと
の変位が検出され、その変位に対する検出荷重の比率を
パラメータとして第６図に示したような特性から対象物
体の硬さが判別される。
す。本例の支持部材18は受圧部19および荷重検出器20の
他に発光素子25を具えており、また、一方保持台26には
支持部材脚部18Aを介して支持部材18を駆動させるため
のボイスコイルマグネット27が設けられている。28は発
光素25に対向して保持台26に設けられた受光素子であ
り、発光素子25と受光素子28との間の光の授受により不
図示の変位測定手段を介して支持部材18の変位が検出さ
れる。よって、物体が受圧部19に接触すると、そのあと
の変位が検出され、その変位に対する検出荷重の比率を
パラメータとして第６図に示したような特性から対象物
体の硬さが判別される。
しかしながら、第１の従来例によるものは、荷重検出
器と変位検出器との双方のセンサの校正およびセンサ出
力の照合等が必要であり、その手順、手間がかかるのみ
ならず、駆動機構に発生する遊びや摩擦等が検出器の検
出精度に影響し、硬さの正確な検出が難しい。
器と変位検出器との双方のセンサの校正およびセンサ出
力の照合等が必要であり、その手順、手間がかかるのみ
ならず、駆動機構に発生する遊びや摩擦等が検出器の検
出精度に影響し、硬さの正確な検出が難しい。
また、第２の従来例によるものは、荷重検出器とエア
ー圧力測定器とを要し、装置が複雑な上、このような機
構をロボットハンドに装着するには小型化しなければな
らず、特にハンドと物体との間の接触点を確実なものと
するためには複数の上述した機構を具えることになり、
猶更に複雑な構造の装置を必要とする。
ー圧力測定器とを要し、装置が複雑な上、このような機
構をロボットハンドに装着するには小型化しなければな
らず、特にハンドと物体との間の接触点を確実なものと
するためには複数の上述した機構を具えることになり、
猶更に複雑な構造の装置を必要とする。
更にまた、第３の従来例によるものは、荷重検出器と
共に発光素子と受光素子とからなる変位測定器が必要で
あり、第２の従来例による場合と同様の問題点がある。
共に発光素子と受光素子とからなる変位測定器が必要で
あり、第２の従来例による場合と同様の問題点がある。
本発明の目的は、上述した従来の問題点に着目し、そ
の解決を図るべく、変位測定手段に頼ることなく単一な
構造の分布型圧覚センサを用いて容易に物体の硬さが判
別できる物体の硬さ判別方法を提案することにある。
の解決を図るべく、変位測定手段に頼ることなく単一な
構造の分布型圧覚センサを用いて容易に物体の硬さが判
別できる物体の硬さ判別方法を提案することにある。
かかる目的を達成するために、本発明の物体の硬さ判
別方法は、複数の荷重検出素子が配列された分布型圧覚
センサをロボットハンドに装着し、該ロボットハンドに
より物体を把持するかまたはロボットハンドを前記物体
に圧接させて前記複数の荷重検出素子から個々に荷重を
検出し、検出された複数の荷重値に基づいて個々の該荷
重値の荷重偏差値を演算し、当該荷重偏差値の分布特性
に基づいて前記物体の硬さを判別することを特徴とする
ものである。
別方法は、複数の荷重検出素子が配列された分布型圧覚
センサをロボットハンドに装着し、該ロボットハンドに
より物体を把持するかまたはロボットハンドを前記物体
に圧接させて前記複数の荷重検出素子から個々に荷重を
検出し、検出された複数の荷重値に基づいて個々の該荷
重値の荷重偏差値を演算し、当該荷重偏差値の分布特性
に基づいて前記物体の硬さを判別することを特徴とする
ものである。
対象物体がロボットハンドに装着された分布型圧覚セ
ンサに接触すると、物体がその硬さに応じて変形する
が、硬い場合ほど変形が少ないために、分布型圧覚セン
サを構成する荷重検出素子のうちの少ない荷重検出素子
と接触し、接触を保つ荷重検出素子の個々に加わる荷重
が軟かい場合に比して大きくなる。従って硬いほど、各
荷重検出素子からの出力の偏差が大きくなる。これに対
して、物体が軟かい場合は、多数の荷重検出素子が物体
に接触を保つことになり、接触力が分散するので、これ
ら多数の検出素子に加わる荷重は硬い場合に比較して小
さくなり、各検出素子からの出力の偏差が小さくなる。
よって、本発明によれば、上述の偏差を参照して物体の
硬さを判別することができる。
ンサに接触すると、物体がその硬さに応じて変形する
が、硬い場合ほど変形が少ないために、分布型圧覚セン
サを構成する荷重検出素子のうちの少ない荷重検出素子
と接触し、接触を保つ荷重検出素子の個々に加わる荷重
が軟かい場合に比して大きくなる。従って硬いほど、各
荷重検出素子からの出力の偏差が大きくなる。これに対
して、物体が軟かい場合は、多数の荷重検出素子が物体
に接触を保つことになり、接触力が分散するので、これ
ら多数の検出素子に加わる荷重は硬い場合に比較して小
さくなり、各検出素子からの出力の偏差が小さくなる。
よって、本発明によれば、上述の偏差を参照して物体の
硬さを判別することができる。
以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具
体的に説明する。
体的に説明する。
第１図は本発明を実施するための装置の概要を示し、
１はロボット２のハンド３に装着された分布型圧覚セン
サである。分布型圧覚センサ１としては、例えば、ここ
に図示しないが複数の半導体ストレンゲージが配設され
た単結晶シリコン板と、この単結晶シリコン板から突設
され、単結晶シリコン板に加えられた荷重を受圧する受
圧部とを有する荷重検出素子がマトリックス状に複数配
列されて構成され、受圧部を介して単結晶シリコン板に
加えられた荷重を半導体ストレンゲージの電気抵抗の変
化から検出することができる特開昭63−155674号公報に
開示されているものを使用することができる。
１はロボット２のハンド３に装着された分布型圧覚セン
サである。分布型圧覚センサ１としては、例えば、ここ
に図示しないが複数の半導体ストレンゲージが配設され
た単結晶シリコン板と、この単結晶シリコン板から突設
され、単結晶シリコン板に加えられた荷重を受圧する受
圧部とを有する荷重検出素子がマトリックス状に複数配
列されて構成され、受圧部を介して単結晶シリコン板に
加えられた荷重を半導体ストレンゲージの電気抵抗の変
化から検出することができる特開昭63−155674号公報に
開示されているものを使用することができる。
４は分布型圧覚センサ１からの荷重検出信号を処理す
るためのインターフェース、５はロボットハンド２の操
作と共に入力された荷重検出信号について後述するよう
な計算処理を行うコンピュータである。
るためのインターフェース、５はロボットハンド２の操
作と共に入力された荷重検出信号について後述するよう
な計算処理を行うコンピュータである。
いま、このようなロボットハンド３により対象の物体
を把持したときの状態を第２図および第３図に示す。第
２図は硬い物体６をハンド３の間に把持した状態であっ
て、硬い物体６の場合はこの図に示すように物体６が余
り変形せず、従って少数の荷重検出素子1Aが物体６の面
と接触を保つことによって、これらの荷重検出素子1Aか
ら矢印７で示すような大きさのセンサ出力が得られる。
一方これに対し第３図は軟かい物体８をハンド３の間に
把持した状態を示し、このような場合は、物体８が変形
し易いために、第２図に比して多くの荷重検出素子1Aが
物体８の面と接蝕を保つことになり、これらの荷重検出
素子1Aからは矢印９で示すように広く分散され、かつそ
れぞれが比較的に小さいセンサ出力が得られる。
を把持したときの状態を第２図および第３図に示す。第
２図は硬い物体６をハンド３の間に把持した状態であっ
て、硬い物体６の場合はこの図に示すように物体６が余
り変形せず、従って少数の荷重検出素子1Aが物体６の面
と接触を保つことによって、これらの荷重検出素子1Aか
ら矢印７で示すような大きさのセンサ出力が得られる。
一方これに対し第３図は軟かい物体８をハンド３の間に
把持した状態を示し、このような場合は、物体８が変形
し易いために、第２図に比して多くの荷重検出素子1Aが
物体８の面と接蝕を保つことになり、これらの荷重検出
素子1Aからは矢印９で示すように広く分散され、かつそ
れぞれが比較的に小さいセンサ出力が得られる。
そこで、本発明では上述したようにして得られるセン
サ出力から、これらのセンサ出力に基づいてその荷重偏
差σn-1をコンピュータ５内で演算するもので、その演
算の手順を下記に式（１）として示す。
サ出力から、これらのセンサ出力に基づいてその荷重偏
差σn-1をコンピュータ５内で演算するもので、その演
算の手順を下記に式（１）として示す。
ここで、 F:センサ出力総和,fm:センサ出力平均,i,j:センサ分布
位置指定,f（i,j）：各センサ出力，σn-1:荷重偏差値 第４図は上述の手順に従って実施した実験結果の一例
を示す。なお、この実験ではシェアＡ形硬度計〔ASTM D
2204〕によるHS値が18,29,35,45の４種類の硬さを持つ
試料を対象の把持物体としてそれぞれの荷重偏差値を求
めた。すなわち第４図の（Ａ）はHS値が18の物体、
（Ｂ）はHS値が29の物体、（Ｃ）はHS値が35の物体、
（Ｄ）はHS値が45の物体を対象としたときの荷重総和Ｆ
に対する荷重偏差値σn-1を示す。
位置指定,f（i,j）：各センサ出力，σn-1:荷重偏差値 第４図は上述の手順に従って実施した実験結果の一例
を示す。なお、この実験ではシェアＡ形硬度計〔ASTM D
2204〕によるHS値が18,29,35,45の４種類の硬さを持つ
試料を対象の把持物体としてそれぞれの荷重偏差値を求
めた。すなわち第４図の（Ａ）はHS値が18の物体、
（Ｂ）はHS値が29の物体、（Ｃ）はHS値が35の物体、
（Ｄ）はHS値が45の物体を対象としたときの荷重総和Ｆ
に対する荷重偏差値σn-1を示す。
これらの実験結果からも明らかなように、４種類の硬
さを持つ試料物体の荷重偏差値は破線で示す範囲内に分
布されており、また、それぞれの分布領域がほぼまとま
って分散していることが分る。従って、このような特性
の認識から荷重偏差値をパラメータとして参照し、物体
の硬さを判別することができる。
さを持つ試料物体の荷重偏差値は破線で示す範囲内に分
布されており、また、それぞれの分布領域がほぼまとま
って分散していることが分る。従って、このような特性
の認識から荷重偏差値をパラメータとして参照し、物体
の硬さを判別することができる。
以上説明してきたように、本発明によれば、ロボット
ハンドにより物体を把持するか、ロボットハンドを物体
に圧接させて、ハンドに設けた分布型圧覚センサの複数
の荷重検出素子によりそのときの荷重を個々に検出し、
その検出された複数の荷重値に基づいて個々に荷重偏差
値を演算し、これらの荷重偏差値の分布特性に基づいて
物体の硬さを判別するので、ロボットハンドに変位を計
測する機能を持たせなくとも物体の硬さを判別すること
が可能となり、また、簡単な計算式に従って硬さ判別の
ための荷重偏差値の演算ができるので、ハンドを物体に
接触させてから判別するまでに要する時間が短かくてす
む。
ハンドにより物体を把持するか、ロボットハンドを物体
に圧接させて、ハンドに設けた分布型圧覚センサの複数
の荷重検出素子によりそのときの荷重を個々に検出し、
その検出された複数の荷重値に基づいて個々に荷重偏差
値を演算し、これらの荷重偏差値の分布特性に基づいて
物体の硬さを判別するので、ロボットハンドに変位を計
測する機能を持たせなくとも物体の硬さを判別すること
が可能となり、また、簡単な計算式に従って硬さ判別の
ための荷重偏差値の演算ができるので、ハンドを物体に
接触させてから判別するまでに要する時間が短かくてす
む。
第１図は本発明を実施するための装置の概要を模式的に
示すブロック図、第２図および第３図は本発明の実施過
程において硬い物体および軟かい物体を把持したときの
センサ出力の状態をそれぞれ示す説明図、第４図は本発
明の方法により硬さ判別実験を行ったときの実験結果と
して荷重偏差値を分布特性を示すグラフ、第５図，第７
図および第９図は硬さを判別するための従来の各種の装
置の例を示す構成図、第６図は第５図および第９図の装
置により硬さ判別がなされるときに基準となる荷重−変
位の関係を示すグラフ、第８図は第７図の装置により硬
さ判別がなされるときに基準となる荷重−圧力の関係を
示すグラフである。 １……分布型圧覚センサ、1A……荷重検出素子、２……
ロボット、３……ハンド、４……インターフェース、５
……コンピュータ、6,8……物体、7,9……センサ出力。
示すブロック図、第２図および第３図は本発明の実施過
程において硬い物体および軟かい物体を把持したときの
センサ出力の状態をそれぞれ示す説明図、第４図は本発
明の方法により硬さ判別実験を行ったときの実験結果と
して荷重偏差値を分布特性を示すグラフ、第５図，第７
図および第９図は硬さを判別するための従来の各種の装
置の例を示す構成図、第６図は第５図および第９図の装
置により硬さ判別がなされるときに基準となる荷重−変
位の関係を示すグラフ、第８図は第７図の装置により硬
さ判別がなされるときに基準となる荷重−圧力の関係を
示すグラフである。 １……分布型圧覚センサ、1A……荷重検出素子、２……
ロボット、３……ハンド、４……インターフェース、５
……コンピュータ、6,8……物体、7,9……センサ出力。
Claims (1)
- 【請求項１】複数の荷重検出素子が配列された分布型圧
覚センサをロボットハンドに装着し、該ロボットハンド
により物体を把持するかまたはロボットハンドを前記物
体に圧接させて前記複数の荷重検出素子から個々に荷重
を検出し、検出された複数の荷重値に基づいて個々の該
荷重値の荷重偏差値を演算し、当該荷重偏差値の分布特
性に基づいて前記物体の硬さを判別することを特徴とす
る物体の硬さ判別方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1114810A JP2560832B2 (ja) | 1989-05-08 | 1989-05-08 | 物体の硬さ判別方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1114810A JP2560832B2 (ja) | 1989-05-08 | 1989-05-08 | 物体の硬さ判別方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02293643A JPH02293643A (ja) | 1990-12-04 |
| JP2560832B2 true JP2560832B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=14647252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1114810A Expired - Lifetime JP2560832B2 (ja) | 1989-05-08 | 1989-05-08 | 物体の硬さ判別方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2560832B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001105378A (ja) * | 1999-10-08 | 2001-04-17 | Aloka Co Ltd | ハンドリング装置 |
| JP4636745B2 (ja) * | 2001-08-17 | 2011-02-23 | 財団法人 中部科学技術センター | 固体表面の硬さ検出器 |
-
1989
- 1989-05-08 JP JP1114810A patent/JP2560832B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02293643A (ja) | 1990-12-04 |
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