JP2689702B2 - Robot hand grip control method - Google Patents
Robot hand grip control methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ロボットハンドの握り込み制御方法に係わ
り、さらに詳しくは多関節多指型ロボットハンドで対象
物を握り込んで把持させる場合であっても動作教示時間
を短縮することを可能とするロボットハンドの握り込み
制御方法に関する。The present invention relates to a gripping control method for a robot hand, and more particularly to a case of gripping and gripping an object with an articulated multi-fingered robot hand. Even if it relates to a grasping control method of a robot hand, it is possible to shorten the operation teaching time.
ロボットに一定の動作をおこなわしめる場合、予め動
作順序および動作内容を教示し制御装置内の記憶装置に
記憶させ、その記憶内容を順次読み出す方法を採用する
ことが一般的である。しかしながらロボットが行う仕事
の対象物の存在位置は必ずしも教示段階と同一ではな
く、幾分かの偏差を有する場合が多い。特に自動生産ラ
インにおけるように、隣接するロボットあるいはベルト
コンベアにより仕事の対象物が搬入される場合には、あ
る程度の偏差を考慮し対応可能な装置としておくこと
は、生産性向上の観点からも重要である。In order to perform a certain motion to the robot, it is common to teach the motion order and motion contents in advance, store them in a storage device in the control device, and read the stored contents sequentially. However, the position of the object of the work performed by the robot is not always the same as the teaching stage, and often has some deviation. Especially when an object to be worked is carried in by an adjacent robot or belt conveyor, as in an automatic production line, it is important from the viewpoint of productivity improvement to have a device that can handle a certain degree of deviation and that can handle it. It is.
またロボットの利用方法としては、対象物を把持し移
動加工する、いわゆるハンドロボットとして使用される
ことが多く各種の多指多関節型ロボットハンドが使用さ
れている。As a method of using the robot, various types of multi-finger articulated robot hands are often used as a so-called hand robot that grips and moves an object.
例えば特開昭62−124891「自動把持装置」には、２等
辺３角形の各頂点に３本の指を配し、種々の形状の対象
物を把持することを可能としたロボットハンドが開示さ
れている。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-124891, "Automatic gripping device" discloses a robot hand capable of gripping objects of various shapes by arranging three fingers at each vertex of an isosceles triangle. ing.
しかしながら、上述したロボットハンドで握り込んで
把持する場合には、動作を教示するために多くの時間を
要するという課題を生じる。However, in the case of grasping by grasping with the robot hand, there is a problem that it takes a lot of time to teach the operation.
即ち対象物をロボットハンドで把持する方法としては
ロボットハンドの指先で“つまむ”方法と、指の中に
“握り込む”方法があり、確実に把持するためには“握
り込む”ことが優利であることは周知であるが、上述の
ロボットハンドにおいては各指の各関節毎に動作を教示
することが必要となり、教示に要する時間は長くなる。In other words, there are two methods for gripping an object with the robot hand: the “pinching” method with the fingertips of the robot hand and the “gripping” method within the finger. As is well known, it is necessary to teach the operation for each joint of each finger in the above-mentioned robot hand, and the time required for teaching becomes long.
さらに、把持対象物の存在位置が教示した位置から偏
移した場合には正確な姿勢で把持対象物の定められた部
分を把持できないだけでなく、ロボットハンドあるいは
把持対象物を損傷する可能性も生じる。Furthermore, when the existing position of the grasped object deviates from the taught position, it is not possible to grasp the defined portion of the grasped object in an accurate posture, and also the robot hand or the grasped object may be damaged. Occurs.
従って本発明は上記問題点に鑑み、把持対象物を握り
込んで把持する場合であっても、教示時間が短く、かつ
正しい姿勢で対象物を把持することが可能な多関節多指
型ロボットハンドの握り込み制御方法を提供することを
目的とする。Therefore, in view of the above problems, the present invention is a multi-joint multi-fingered robot hand capable of holding an object in a correct posture with a short teaching time even when the object is grasped. It is an object of the present invention to provide a method for controlling the grip of the vehicle.
本発明は対象物の位置が教示した位置から偏移してい
る場合であっても、ロボットハンドの指が対象物に倣っ
て軽く握り込んだ後に次の段階のトルクを加えるように
するものであって、各指の掌に近い関節のトルクが予め
教示された複数段階のトルクの中の第１のトルクに到達
する度に次の関節を動作させる制御を繰り返し、各指の
全関節が各指の全関節に対応して予め教示された複数段
階のトルクの中の第１のトルクに到達した後に各指の全
関節に次の段階のトルクを発生せしめ、この動作を繰り
返すことにより、最終的に所定のトルクを発生せしめ
る。According to the present invention, even when the position of the object deviates from the taught position, the finger of the robot hand imitates the object lightly and then the torque of the next stage is applied. Therefore, every time the torque of the joint near the palm of each finger reaches the first torque of the pre-teached torque of multiple stages, the control to operate the next joint is repeated, and all the joints of each finger After reaching the first torque of the pre-taught torques corresponding to all the joints of the fingers, the next-stage torque is generated in all the joints of each finger, and this operation is repeated to obtain the final torque. To generate a predetermined torque.
このような多関節多指型ロボットハンドの握り込み制
御方法は、予め教示された位置にアームを動かした後、
各指の第１の関節を、第１の関節が受けるトルクを監視
しながら予め定められた複数段階のトルクのうち第１の
把持力に到達するまで動かす。Such a grip control method for an articulated multi-fingered robot hand is such that after moving the arm to a position taught in advance,
The first joint of each finger is moved until the first gripping force is reached among a plurality of predetermined levels of torque while monitoring the torque received by the first joint.
全ての指の第１の関節が受けるトルクが第１のトルク
に到達後、各指の第２の関節が第１のトルクに到達する
まで動かす。After the torque received by the first joints of all the fingers reaches the first torque, the second joints of the respective fingers are moved until they reach the first torque.
以下同様の動作により各指の全関節が第１のトルクに
到達した後、第２のトルクに切り替えて同様の動作を繰
り返す。After all the joints of each finger reach the first torque by the same operation, the operation is switched to the second torque and the same operation is repeated.
そしてさらにこの動作を全指の全関節で最終のトルク
が検知されるまで繰り返す。Then, this operation is further repeated until the final torque is detected at all joints of all fingers.
従って第１のトルクを対象物に接触したことを検知で
きる程度の値に設定することにより最初に把持対象物に
接触した指は、残りの指が全て接触して第１のトルクを
検知するまで待機し、その後順次トルクを増加すること
によって対象物を確実に握り込むことができる。Therefore, by setting the first torque to a value at which it is possible to detect the contact with the target object, the finger that first contacts the gripped target object remains until all the remaining fingers contact and the first torque is detected. The object can be reliably grasped by waiting and then increasing the torque sequentially.
第１図はロボットのアームＡの先端に取り付けられた
ロボットハンドの１例を示す図である。FIG. 1 is a view showing an example of a robot hand attached to the tip of an arm A of a robot.
このロボットハンドはそれぞれ３つの関節211,212,21
3を有する３本の指21,22,23からなり、第１指21と第２
指22は相互の中心軸が平行となり、第３指23を挟み込む
ように配置され、第３指は中心軸が第１指および第２指
の中心軸と20〜60度をなし指先が第１指および第２指の
指先と対向するように配置される。This robot hand has three joints 211,212,21
It consists of three fingers 21,22,23 having three, the first finger 21 and the second
The center axes of the fingers 22 are parallel to each other, and the fingers 22 are arranged so as to sandwich the third finger 23. The center axes of the third fingers are 20 to 60 degrees with the center axes of the first and second fingers, and the fingertips are the first. It is arranged so as to face the fingertips of the finger and the second finger.
第２図に、上記のロボットハンドの各指21,22,23の各
関節211,212,213の制御装置の構成を示す。FIG. 2 shows the configuration of the control device for the joints 211, 212, 213 of the fingers 21, 22, 23 of the robot hand.
また第３図に第１図に示すロボットハンド全体の制御
装置の構成を示す。FIG. 3 shows a configuration of a control device for the entire robot hand shown in FIG.
即ち第１図に示すロボットハンドはそれぞれ３つの関
節を有する３本の指で構成されているが、各関節の制御
装置はモジュール化されており、第２図に示す関節制御
装置３つで１本の指に対応する指制御装置が構成され、
この指制御装置３つとロボットハンド制御装置でロボッ
トハンド全体の制御装置が構成されている。That is, the robot hand shown in FIG. 1 is composed of three fingers each having three joints, but the control device for each joint is modularized, and the three joint control devices shown in FIG. A finger control device corresponding to two fingers is configured,
The three finger control devices and the robot hand control device constitute a control device for the entire robot hand.
各関節の制御装置は第２図に示すように、電動機70の
駆動力は電動機70の軸上に減速機71を介して取り付けら
れた駆動プーリ72から駆動力伝達手段であるワイヤーロ
ープ73により、関節のリンク機構75に固定されたジョイ
ントプーリ74に伝達される。As shown in FIG. 2, the control device for each joint controls the driving force of the electric motor 70 from a driving pulley 72 mounted on the shaft of the electric motor 70 via a speed reducer 71 by a wire rope 73 as a driving force transmission means. It is transmitted to the joint pulley 74 fixed to the joint link mechanism 75.
ジョイントプーリ74が受けるトルクは、駆動プーリ72
とジョイントプーリ74のほぼ中間に設置されたアイドル
プーリ76を固定する梁状綱片77に設置された例えばスト
レインゲージのようなトルク検出器（図示せず）によっ
て検出され、関節のリンク機構75の回転角度はジョイン
トプーリ74に取り付けられた角度センサ78で検出され
る。The torque received by the joint pulley 74 is
Of the joint link mechanism 75, which is detected by a torque detector (not shown) such as a strain gauge installed on the beam-shaped rope 77 that fixes the idle pulley 76 installed approximately in the middle of the joint pulley 74. The rotation angle is detected by an angle sensor 78 attached to the joint pulley 74.
この角度センサ78の出力は角度目標値83と比較され、
両者の偏差に仮想バネ定数が乗算器84において乗算され
仮想トルク指令92となる。The output of this angle sensor 78 is compared with an angle target value 83,
The deviation between the two is multiplied by the virtual spring constant in the multiplier 84 to form the virtual torque command 92.
即ち関節の角度とトルクを同時に制御するために、角
度制御とトルク制御の比率を調節する仮想バネ定数が設
けられる。That is, in order to simultaneously control the angle and torque of the joint, a virtual spring constant for adjusting the ratio of the angle control and the torque control is provided.
仮想トルク指令はトルク目標値85と加算されてトルク
指令86となり、梁状綱片77に取り付けられたトルク検出
器出力との偏差から修正トルク指令87が演算され、補償
器88に入力される。The virtual torque command is added to the target torque value 85 to form a torque command 86, and a corrected torque command 87 is calculated from the deviation from the output of the torque detector attached to the beam-shaped rope 77, and is input to the compensator 88.
補償器88では、修正トルク指令87と推定電動機回転速
度91に基づき電流指令値80を出力する。この電流指令値
80に基づき可変定電流源79の出力電流が制御され、電動
機の駆動力が制御される。The compensator 88 outputs a current command value 80 based on the corrected torque command 87 and the estimated motor rotation speed 91. This current command value
The output current of the variable constant current source 79 is controlled based on 80, and the driving force of the electric motor is controlled.
補償器88は電動機電圧89と電流指令値80から下記に基
づき推定電動機回転数を演算する。The compensator 88 calculates an estimated motor speed from the motor voltage 89 and the current command value 80 based on the following.
電動機の回転子インダクタンスが無視できるとき、次
式がなりたつ。When the rotor inductance of the motor is negligible, the following equation is obtained.
Nm＝（Vg−Im・Rm）/Kv （１） ただし Nm:推定電動機回転数 Vg:実測電動機端子電圧 Im:可変電流源出力電流 Rm:電動機のロータ抵抗 Kv:電動機の逆起電力定数 ここで可変電流源出力電流Imは、可変電流源79が定電
流特性を有するため、電動機の負荷が変動しても電流指
令値80（Imt）に比例した一定電流値に維持され、さら
に電動機のロータ抵抗Rm、電動機の逆起電力定数Kvは既
知であるため次式から推定電動機回転数を演算すること
が可能となる。Nm = (Vg-Im ・ Rm) / Kv (1) where Nm: Estimated motor speed Vg: Measured motor terminal voltage Im: Variable current source output current Rm: Motor rotor resistance Kv: Motor back electromotive force constant where Since the variable current source 79 has a constant current characteristic, the variable current source output current Im is maintained at a constant current value proportional to the current command value 80 (Imt) even if the load of the motor changes, and the rotor resistance of the motor is further increased. Since Rm and the back electromotive force constant Kv of the electric motor are known, it is possible to calculate the estimated electric motor rotation speed from the following equation.
Nm＝（Vg−α・Imt・Rm）/K （２） ただし α：可変定電流源の比例定数 この補償器88の使用により、従来使用していたタコメ
ータのような回転数センサを使用することなく、関節制
御系にダンピングをあたえ、安定な制御系を構成するこ
とが可能となる。Nm = (Vg-α ・ Imt ・ Rm) / K (2) where α: proportional constant of variable constant current source By using this compensator 88, use a rotation speed sensor such as a tachometer which has been used conventionally. Instead, damping can be applied to the joint control system to form a stable control system.
本発明に係るロボットハンドの握り込み制御装置にお
いてはロボットハンド制御装置５から出力される各関節
の回転角度指令、および各指の各関節に対する例えば２
段階のトルク目標値、即ち把持対象物に接触したことを
検知するための第１のトルク目標値、把持対象物を確実
に把持するための第２のトルク目標値および梁状綱片77
に取り付けられたトルク検出器の出力を入力とし、各関
節の上記制御装置に対し角度目標値83およびトルク目標
値85を出力する握り込み制御装置16が追設される。In the robot hand grasping control device according to the present invention, the rotation angle command of each joint output from the robot hand control device 5 and, for example, 2 for each joint of each finger
Step torque target value, that is, a first torque target value for detecting contact with the gripping target object, a second torque target value for securely gripping the gripping target object, and the beam-like rope 77.
A gripping control device 16 is additionally provided, which receives the output of the torque detector attached to the input device and outputs an angle target value 83 and a torque target value 85 to the control device of each joint.
第４図は、本発明に係る多関節多指型ロボットハンド
の握り込み制御の原理を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing the principle of grip control of the articulated multi-fingered robot hand according to the present invention.
即ち第４図は第１図に示すロボットハンドの３本の指
のうち第１指21をとりだして握り込みの動作を示したも
のである。That is, FIG. 4 shows an operation of taking out the first finger 21 out of the three fingers of the robot hand shown in FIG.
第１工程において指21を第１の関節（最も内側の関
節）211を中心として、反時計方向（あるいは反時計方
向）に初期位置P0から第１の関節211に対応するトルク
検出器が第１の関節に対する第１のトルク目標値を検出
する位置P1まで旋回させる。In the first step, the torque detector corresponding to the first joint 211 from the initial position P 0 in the counterclockwise direction (or counterclockwise direction) around the first joint (innermost joint) 211 with the finger 21 is the first step. Rotate to the position P 1 at which the first target torque value for the joint 1 is detected.
第２工程において指21を第２の関節212を中心として
第１工程と同方向に第２の関節212に対応するトルク検
出器が第２の関節に対する第１のトルク目標値を検出す
る位置P2まで旋回させる。In the second step, the position where the torque detector corresponding to the second joint 212 detects the first torque target value for the second joint in the same direction as the first step with the finger 21 as the center of the second joint 212. Turn to 2 .
第３工程においても同様に第３の関節213を中心とし
て指21を位置P2からP3まで旋回させ、第４工程で握り込
み動作を完了する。Similarly to pivot the fingers 21 from the position P 2 about a third joint 213 to P 3 in the third step, the operation comes to narrowing grip in the fourth step.
第５図は握り込み制御装置で実行される握り込み制御
ルーチンであって、一定周期毎に実行される。FIG. 5 shows a grip control routine executed by the grip control device, which is executed at regular intervals.
ステップ501でロボットハンドに指の動作方向、速度
を指示する。この指示は予じめ教示しておく方法、人が
その都度指示する方法等により与えられ適当な方法を使
用することができる。In step 501, the robot hand is instructed about the finger movement direction and speed. This instruction can be given by a method of giving advance instruction, a method of giving an instruction each time by a person, or the like, and an appropriate method can be used.
ステップ502でｎ＝１に設定し、第１関節（最も内側
の関節）の動作を開始する。In step 502, n = 1 is set and the operation of the first joint (innermost joint) is started.
ステップ503で第ｎ関節を中心に指を指定された方向
に旋回しステップ504で第ｎ関節に対応するトルク検出
器の出力を読み込みステップ505に進む。In step 503, the finger is turned around the nth joint in the designated direction, and in step 504, the output of the torque detector corresponding to the nth joint is read and the process proceeds to step 505.
ステップ505で検出された現状トルクが第ｎ関節に対
して定められた第１のトルク目標値以上か否かを判定
し、否定判定された場合はステップ503に戻り指の旋回
を続行する。It is determined whether or not the current torque detected in step 505 is equal to or greater than the first torque target value set for the nth joint. If a negative determination is made, the process returns to step 503 to continue turning the finger.
ステップ505で肯定判定された場合はステップ506で第
ｎ関節を中心とする指の旋回を停止しステップ507に進
む。If an affirmative decision is made in step 505, the turning of the finger centering on the nth joint is stopped in step 506 and the operation proceeds to step 507.
ステップ507で全関節（本実施例では３つの関節）に
対して第１のトルク目標値に到達しているか否かを判定
し、否定判定された場合はステップ508でｎをインクリ
メントしてステップ503に戻り、次の関節を中心とした
指の旋回を行う。In step 507, it is determined whether or not the first torque target value has been reached for all joints (three joints in this embodiment). If a negative determination is made, n is incremented in step 508 and step 503 is performed. Return to and perform the turning of the finger around the next joint.
ステップ507で肯定判定された場合はステップ509に進
み、トルク目標値を第２のトルク目標値に変更し、ロボ
ットハンドに握り込み把持力を発生せしめる。If an affirmative decision is made in step 507, the routine proceeds to step 509, where the torque target value is changed to the second torque target value, and a gripping force is generated in the robot hand.
なお上記第１のトルク目標値と第２のトルク目標値は
以下のように定める。The first target torque value and the second target torque value are determined as follows.
即ちロボットハンドに動作を教示する段階で把持対象
物を確実に把持するために必要としたトルクを第２のト
ルク目標値とし、この値に接触したことを確実に検出で
き、かつ接触したときに把持対象物を損傷しないように
一定の割合を乗算して第１のトルク目標値として定める
ことが可能である。That is, the torque required to securely grasp the grasped object at the stage of teaching the robot hand the movement is set as the second torque target value, and the contact with this value can be reliably detected and when the contact is made. It is possible to determine the first torque target value by multiplying by a certain ratio so as not to damage the grasped object.
このためロボットハンドが作動中にこの割合を修正す
ることも可能となり教示段階に要する時間を大幅に短縮
することができる。Therefore, this ratio can be corrected during the operation of the robot hand, and the time required for the teaching step can be greatly reduced.
通常把持対象物を握り込んで把持する場合のトルク目
標値の設定は２段階で十分実用的であり、各指の全関節
が第１のトルク目標値を検知していれば、各指各関節の
位置決めは完了していると考えられるため、各指の各関
節に同時に第２のトルク目標値を発生させるように制御
することも可能であり、握り込み動作に要する時間を短
縮することができる。Normally, the setting of the torque target value when grasping and grasping an object to be grasped is sufficiently practical in two steps. If all joints of each finger detect the first torque target value, each joint of each finger Since it is considered that the positioning has been completed, it is possible to control so that the second torque target value is simultaneously generated in each joint of each finger, and the time required for the grasping operation can be shortened. .
なおトルク目標値の設定を３段階以上とし、各指の各
関節が前段階のトルク目標値に到達する度に次の段階の
トルク目標値に切り替えることも可能である。It is also possible to set the torque target value in three or more steps and switch to the torque target value of the next step each time each joint of each finger reaches the torque target value of the previous step.
またトルク目標値は把持対象物の重心との関連で各指
の各関節毎に異なった値に設定することも可能である。Further, the target torque value can be set to a different value for each joint of each finger in relation to the center of gravity of the grasped object.
さらに本実施例においては各指各関節が受けるトルク
をトルク検出器で検出することとしているが、指先に取
り付けた圧力センサあるいは各部の応力を検出する歪ゲ
ージ等によってもトルクを検出することができ、この場
合にも本発明を同様に適用することができる。Further, in the present embodiment, the torque received by each finger joint is detected by the torque detector.However, the torque can also be detected by a pressure sensor attached to the fingertip or a strain gauge that detects the stress of each part. In this case, the present invention can be similarly applied.
本発明によれば、ロボットハンドで把持対象物を握り
込んで把持する場合に、対象物の位置と各指、関節の握
り込み動作と、複数段階のトルクを教示すれば、把持対
象物の位置が教示位置から偏移していても、全指を把持
対象物を予かじめ教示された位置姿勢で接触させその後
にトルクを発生させることができるため、ロボットハン
ドまたは対象物を損傷することがなく、かつ教示を簡単
なものとすることができる。According to the present invention, when a robot hand grasps a grasped object by grasping the position of the object, the grasping operation of each finger or joint, and a plurality of stages of torque, the position of the grasped object is Even if is deviated from the taught position, it is possible to damage the robot hand or the object because all fingers can pre-clamp the grasped object in the taught position and posture and generate torque after that. The teaching can be simplified without it.
第１図はロボットハンドの１例を示す図、 第２図は実施例の関節制御装置の構成を示す図、 第３図は実施例のロボットハンド全体の制御装置の構成
を示す図、 第４図は本発明の握り込み制御の原理を示す図、 第５図は握り込み制御操作を示すフローチャートであ
る。FIG. 1 is a diagram showing an example of a robot hand, FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a joint control device of an embodiment, and FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a control device of an entire robot hand of the embodiment. The figure shows the principle of the grip control of the present invention, and FIG. 5 is a flow chart showing the grip control operation.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−286731（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−139192（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−143992（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−256382（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−124891（ＪＰ，Ａ)Continuation of the front page (56) Reference JP-A 63-286731 (JP, A) JP-A 2-139192 (JP, A) JP-A 58-143992 (JP, A) JP-A 63-256382 (JP , A) JP-A-62-124891 (JP, A)
Claims (1)
関節多指型ロボットハンドにより、各指の掌に近い関節
から順次屈曲動作をさせて、把持対象物を握り込んで把
持する場合における各指および各関節の握り込み制御方
法であって、 該各指の掌に近い関節のトルクが予め教示された複数段
階のトルクの中の第１のトルクに到達する度に次の関節
を動作させる制御を繰り返し、各指の全関節が該各指の
全関節に対応して予め教示された複数段階のトルクの中
の第１のトルクに到達した後に該各指の全関節に次の段
階のトルクを発生せしめ、この動作を繰り返すことによ
り、最終的に各指の各関節に所定のトルクを発生せしめ
ることを特徴とする多関節多指型ロボットハンドに握り
込み制御方法。1. A case where a multi-joint multi-fingered robot hand having a plurality of fingers having two or more joints sequentially bends from a joint close to the palm of each finger to grasp and grasp a grasped object. In the control method for gripping each finger and each joint in step 1, each time the torque of the joint close to the palm of each finger reaches the first torque of the pre-taught plural-stage torque, the next joint is opened. The operation control is repeated, and after all the joints of each finger reach the first torque among the pre-taught torques of a plurality of stages corresponding to all the joints of each finger, A gripping control method for an articulated multi-fingered robot hand, characterized in that a predetermined torque is finally generated in each joint of each finger by generating a stepwise torque and repeating this operation.
Priority Applications (1)
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| JP2196299A JP2689702B2 (en) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | Robot hand grip control method |
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| JPH0482683A JPH0482683A (en) | 1992-03-16 |
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1990
- 1990-07-26 JP JP2196299A patent/JP2689702B2/en not_active Expired - Fee Related
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