JP3143261B2 - ロボットハンドの制御方法 - Google Patents
ロボットハンドの制御方法Info
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- JP3143261B2 JP3143261B2 JP05126551A JP12655193A JP3143261B2 JP 3143261 B2 JP3143261 B2 JP 3143261B2 JP 05126551 A JP05126551 A JP 05126551A JP 12655193 A JP12655193 A JP 12655193A JP 3143261 B2 JP3143261 B2 JP 3143261B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fingertip
- force
- gripping
- target
- robot hand
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- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の指を具えたロボ
ットハンドによって物体を把持する際の各指先の把持動
作を制御する方法に関するものである。
ットハンドによって物体を把持する際の各指先の把持動
作を制御する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ロボットハンドの制御において
は、把持対象物の視覚情報に基づいて把持対象物の形状
や位置を認識して、把持対象物の把持が可能な位置まで
ハンド先端部を移動させた状態で、複数の指を閉じて、
これらの指によって把持対象物を把持する。
は、把持対象物の視覚情報に基づいて把持対象物の形状
や位置を認識して、把持対象物の把持が可能な位置まで
ハンド先端部を移動させた状態で、複数の指を閉じて、
これらの指によって把持対象物を把持する。
【０００３】複数の指による把持動作の制御において
は、各指に設けた力センサによって把持力の現在値を検
知し、該把持力の目標値との偏差に応じて、指先位置が
制御される。
は、各指に設けた力センサによって把持力の現在値を検
知し、該把持力の目標値との偏差に応じて、指先位置が
制御される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
位置制御による把持動作においては、ロボットハンドの
指が把持対象物に接触した後、把持を完了するまでの過
程で、対象物に作用する把持力が過大となったり、把持
力が変動して、安定した把持が困難である問題があっ
た。本発明の目的は、迅速且つ安定した把持動作を実現
出来るロボットハンドの制御方法を提供することであ
る。
位置制御による把持動作においては、ロボットハンドの
指が把持対象物に接触した後、把持を完了するまでの過
程で、対象物に作用する把持力が過大となったり、把持
力が変動して、安定した把持が困難である問題があっ
た。本発明の目的は、迅速且つ安定した把持動作を実現
出来るロボットハンドの制御方法を提供することであ
る。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】本発明に係るロボットハン
ドの制御方法においては、指先が物体に接触するまでの
期間は、指先の現在位置と目標位置の差に応じた指先力
を出力する剛性要素演算手段を設定して、剛性要素演算
手段が出力する指先力を指先位置に変換し、該指先位置
を目標値として把持動作を制御し、指先が物体に接触し
た後は、前記剛性要素演算手段に加えて、指先の現在速
度と目標速度差に応じた指先力を出力するダンパー要素
演算手段を設定して、剛性要素演算手段が出力する指先
力とダンパー要素演算手段が出力する指先力とを加算
し、該指先力の合計値を指先位置に変換し、該指先位置
を目標値として把持動作を制御する。
ドの制御方法においては、指先が物体に接触するまでの
期間は、指先の現在位置と目標位置の差に応じた指先力
を出力する剛性要素演算手段を設定して、剛性要素演算
手段が出力する指先力を指先位置に変換し、該指先位置
を目標値として把持動作を制御し、指先が物体に接触し
た後は、前記剛性要素演算手段に加えて、指先の現在速
度と目標速度差に応じた指先力を出力するダンパー要素
演算手段を設定して、剛性要素演算手段が出力する指先
力とダンパー要素演算手段が出力する指先力とを加算
し、該指先力の合計値を指先位置に変換し、該指先位置
を目標値として把持動作を制御する。
【０００６】
【作用】剛性要素演算手段は仮想的なバネ要素であっ
て、指先の現在位置と目標位置の差を入力することよっ
て、その差だけバネを変形させたときの弾性力が、指先
力として出力される。一方、ダンパー要素演算手段は仮
想的なダンパー要素であって、指先の現在速度と目標速
度の差を入力することによって、その差だけダンパーを
動作させるときの抵抗力が出力される。
て、指先の現在位置と目標位置の差を入力することよっ
て、その差だけバネを変形させたときの弾性力が、指先
力として出力される。一方、ダンパー要素演算手段は仮
想的なダンパー要素であって、指先の現在速度と目標速
度の差を入力することによって、その差だけダンパーを
動作させるときの抵抗力が出力される。
【０００７】ロボットハンドの制御においては、指先が
物体に接触するまでの期間、剛性要素演算手段に対し
て、指先の現在位置と目標位置の差が入力されて、その
差に比例する指先力が出力される。該指先力は、対応す
るバネの変形量を自然長に加算することによって指先位
置に変換され、該指先位置を目標値として把持動作が制
御される。従って、剛性要素に大きなバネ定数を与える
ことによって、大きな指先力が出力され、これに応じて
目標値となる指先位置が大きく移動して、高速の把持動
作が実現される。
物体に接触するまでの期間、剛性要素演算手段に対し
て、指先の現在位置と目標位置の差が入力されて、その
差に比例する指先力が出力される。該指先力は、対応す
るバネの変形量を自然長に加算することによって指先位
置に変換され、該指先位置を目標値として把持動作が制
御される。従って、剛性要素に大きなバネ定数を与える
ことによって、大きな指先力が出力され、これに応じて
目標値となる指先位置が大きく移動して、高速の把持動
作が実現される。
【０００８】その後、指先が物体に接触した時点は、指
先力の現在値が零から正の値に変化する時点を検出する
ことによって判断出来る。
先力の現在値が零から正の値に変化する時点を検出する
ことによって判断出来る。
【０００９】指先が物体に接触した後、剛性要素演算手
段に加えてダンパー要素演算手段が設定され、剛性要素
演算手段に対しては、指先の現在位置と目標位置の差が
入力されて、その差に比例する指先力が出力される。
又、ダンパー要素演算手段に対しては、指先の現在速度
と目標速度の差が入力されて、その差に比例する粘性抵
抗力が出力される。そして、出力された前記２つの力が
互いに加算され、その合計値が前記同様に指先位置に変
換されて、該指先位置を目標値として把持動作が制御さ
れる。従って、ダンパー要素に適度な粘性係数を与える
ことによって、バネ要素による指先力にダンパー要素に
よる粘性抵抗が加わり、指先位置の変動が抑制される。
段に加えてダンパー要素演算手段が設定され、剛性要素
演算手段に対しては、指先の現在位置と目標位置の差が
入力されて、その差に比例する指先力が出力される。
又、ダンパー要素演算手段に対しては、指先の現在速度
と目標速度の差が入力されて、その差に比例する粘性抵
抗力が出力される。そして、出力された前記２つの力が
互いに加算され、その合計値が前記同様に指先位置に変
換されて、該指先位置を目標値として把持動作が制御さ
れる。従って、ダンパー要素に適度な粘性係数を与える
ことによって、バネ要素による指先力にダンパー要素に
よる粘性抵抗が加わり、指先位置の変動が抑制される。
【００１０】
【発明の効果】本発明に係るロボットハンドの制御方法
によれば、バネ要素とダンパー要素を組み込んだ力制御
の採用によって、迅速且つ安定した把持動作が実現され
る。
によれば、バネ要素とダンパー要素を組み込んだ力制御
の採用によって、迅速且つ安定した把持動作が実現され
る。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例につき、図面に沿っ
て詳述する。図４は、本発明を実施すべき物体把持シス
テムの装置構成を示している。該システムは、ベルトコ
ンベア(５)上の把持対象物(６)を、マニピュレータ(３)
に取り付けた３指３関節ハンド(４)によって把持するも
のである。
て詳述する。図４は、本発明を実施すべき物体把持シス
テムの装置構成を示している。該システムは、ベルトコ
ンベア(５)上の把持対象物(６)を、マニピュレータ(３)
に取り付けた３指３関節ハンド(４)によって把持するも
のである。
【００１２】ベルトコンベア(５)の上方位置には単眼Ｃ
ＣＤカメラ(２)が配備され、該ＣＣＤカメラ(２)からの
画像信号は視覚情報処理装置(１)へ供給されて、画像認
識、把持動作の制御等が行なわれる。
ＣＤカメラ(２)が配備され、該ＣＣＤカメラ(２)からの
画像信号は視覚情報処理装置(１)へ供給されて、画像認
識、把持動作の制御等が行なわれる。
【００１３】上記物体把持システムにおいては、単眼Ｃ
ＣＤカメラ(２)によって撮影した把持対象物(６)の画像
に基づき、マニピュレータ(３)を制御して、ベルトコン
ベア(５)上の把持対象物(６)を追尾し、更に３指３関節
ハンド(４)を制御して、該把持対象物(６)を把持する。
ＣＤカメラ(２)によって撮影した把持対象物(６)の画像
に基づき、マニピュレータ(３)を制御して、ベルトコン
ベア(５)上の把持対象物(６)を追尾し、更に３指３関節
ハンド(４)を制御して、該把持対象物(６)を把持する。
【００１４】３指３関節ハンド(４)は図３に示す如く３
本の指(41)(41)(41)を開閉可能に具え、各指(41)は夫々
エンコーダ付ギアドモータ(43)によって独立に駆動され
る。これと同時に、各指の回転角度がエンコーダによっ
て測定される。又、各指(41)の関節部に作用するトルク
は、各指に連繋したトルクセンサによって測定される。
本の指(41)(41)(41)を開閉可能に具え、各指(41)は夫々
エンコーダ付ギアドモータ(43)によって独立に駆動され
る。これと同時に、各指の回転角度がエンコーダによっ
て測定される。又、各指(41)の関節部に作用するトルク
は、各指に連繋したトルクセンサによって測定される。
【００１５】各指の把持動作は、図１に示す制御ブロッ
ク図及び図２に示すフローチャートに従って実行され
る。図１において、基準指先位置Ｐstn(11)と指先位置
現在値Ｐnw(26)との差がスティフネス行列Ｋs(15)へ接
続されて、剛性要素についての力目標値Ｆkが下記数１
に基づいて計算される。ここで、基準指先位置Ｐstn(1
1)は、バネ要素の自然長に対応しており、弾性変形した
バネ要素の復元位置の目標値(スティフネス中心)、即ち
バネ復元力による把持力を出力する際の指先の目標位置
を表わすことになる。
ク図及び図２に示すフローチャートに従って実行され
る。図１において、基準指先位置Ｐstn(11)と指先位置
現在値Ｐnw(26)との差がスティフネス行列Ｋs(15)へ接
続されて、剛性要素についての力目標値Ｆkが下記数１
に基づいて計算される。ここで、基準指先位置Ｐstn(1
1)は、バネ要素の自然長に対応しており、弾性変形した
バネ要素の復元位置の目標値(スティフネス中心)、即ち
バネ復元力による把持力を出力する際の指先の目標位置
を表わすことになる。
【００１６】
【数１】Ｆk＝Ｋs×(Ｐstn−Ｐnw)
【００１７】又、指先速度目標値Ｖref(18)と指先速度
現在値Ｖnw(25)の差がダンピング行列Ｋd(19)へ接続さ
れて、ダンピング要素についての力目標値Ｆdが下記数
２に基づいて計算される。
現在値Ｖnw(25)の差がダンピング行列Ｋd(19)へ接続さ
れて、ダンピング要素についての力目標値Ｆdが下記数
２に基づいて計算される。
【００１８】
【数２】Ｆd＝Ｋd×(Ｖref−Ｖnw)
【００１９】上記２つの力目標値を互いに加算し、該合
計値(Ｆk＋Ｆd)から指先力現在値Ｆnw(22)を差し引い
て、力の偏差を算出する。該力偏差は、力フィードバッ
クゲイン行列Ｋf(16)に接続して、バネ要素の変位量に
変換し、更に該変位量を積分(17)することによって、バ
ネ要素の全変形量を算出する。該変形量は、前記基準指
先位置Ｐstn(11)に加算されて、バネ要素の変形後の位
置、即ち指先位置の目標値Ｐrefが算出される。
計値(Ｆk＋Ｆd)から指先力現在値Ｆnw(22)を差し引い
て、力の偏差を算出する。該力偏差は、力フィードバッ
クゲイン行列Ｋf(16)に接続して、バネ要素の変位量に
変換し、更に該変位量を積分(17)することによって、バ
ネ要素の全変形量を算出する。該変形量は、前記基準指
先位置Ｐstn(11)に加算されて、バネ要素の変形後の位
置、即ち指先位置の目標値Ｐrefが算出される。
【００２０】指先位置目標値Ｐrefは、関節座標変換(1
2)を経て、関節位置の目標値θrefに変換される。そし
て、該目標値θrefを関節位置サーボ系(13)へ入力し
て、制御対象(14)を駆動制御する。この際、関節位置の
目標値θrefと現在位置θnwとの偏差に応じて前記モー
タ(43)が駆動される。
2)を経て、関節位置の目標値θrefに変換される。そし
て、該目標値θrefを関節位置サーボ系(13)へ入力し
て、制御対象(14)を駆動制御する。この際、関節位置の
目標値θrefと現在位置θnwとの偏差に応じて前記モー
タ(43)が駆動される。
【００２１】制御対象(14)から得られる関節トルクの現
在値は不感帯処理(20)を経て平滑化された後、指先座標
変換(21)を経て、指先力の現在値Ｆnw(22)が算出され
る。該指先力現在値Ｆnw(22)は、前記力目標値の合計値
(Ｆk＋Ｆd)との偏差算出に供される。
在値は不感帯処理(20)を経て平滑化された後、指先座標
変換(21)を経て、指先力の現在値Ｆnw(22)が算出され
る。該指先力現在値Ｆnw(22)は、前記力目標値の合計値
(Ｆk＋Ｆd)との偏差算出に供される。
【００２２】一方、制御対象(14)から得られる関節位置
の現在値θnwは指先座標変換(23)を経て、指先位置の現
在値Ｐnw(26)が算出される。該指先位置現在値Ｐnw(26)
は、前記基準指先位置Ｐstn(11)との差の算出に供され
る。又、指先位置現在値Ｐnwは、差分処理(24)によって
指先速度の現在値Ｖnw(25)に変換された後、前記指先速
度目標値Ｖref(18)との差の算出に供される。
の現在値θnwは指先座標変換(23)を経て、指先位置の現
在値Ｐnw(26)が算出される。該指先位置現在値Ｐnw(26)
は、前記基準指先位置Ｐstn(11)との差の算出に供され
る。又、指先位置現在値Ｐnwは、差分処理(24)によって
指先速度の現在値Ｖnw(25)に変換された後、前記指先速
度目標値Ｖref(18)との差の算出に供される。
【００２３】図２は、上記制御ブロック図の動作の流れ
を示している。先ずステップＳ１の初期設定では、ステ
ィフネス行列Ｋs、ダンピング行列Ｋd、指先速度目標値
Ｖref、指先速度現在値Ｖnw、及び指先力現在値Ｆnwを
夫々零に設定する。このとき、指先位置目標値Ｐref及
び指先位置現在値Ｐnwは基準指先位置Ｐstnと等しくな
る。
を示している。先ずステップＳ１の初期設定では、ステ
ィフネス行列Ｋs、ダンピング行列Ｋd、指先速度目標値
Ｖref、指先速度現在値Ｖnw、及び指先力現在値Ｆnwを
夫々零に設定する。このとき、指先位置目標値Ｐref及
び指先位置現在値Ｐnwは基準指先位置Ｐstnと等しくな
る。
【００２４】次にステップＳ２において、基準指先位置
Ｐstn及びスティフネス行列Ｋsを適当な値に設定して、
剛性要素のみによって把持動作を開始する。その後、ス
テップＳ３にて、指先力現在値Ｆnwが０から正の値に変
化したか否かを判断することによって、指が把持対象物
に接触した時点を検知する。
Ｐstn及びスティフネス行列Ｋsを適当な値に設定して、
剛性要素のみによって把持動作を開始する。その後、ス
テップＳ３にて、指先力現在値Ｆnwが０から正の値に変
化したか否かを判断することによって、指が把持対象物
に接触した時点を検知する。
【００２５】指が把持対象物に接触した後は、ステップ
Ｓ４にて、下記数３が満足される様に基準指先位置Ｐst
nを再設定すると共に、ダンピング行列Ｋdを適当な値に
設定して、粘性要素の組込みを行なう。
Ｓ４にて、下記数３が満足される様に基準指先位置Ｐst
nを再設定すると共に、ダンピング行列Ｋdを適当な値に
設定して、粘性要素の組込みを行なう。
【００２６】
【数３】Ｋs×(Ｐstn−Ｐa)＞Ｆs ここでＦsは、対象物を安定して把持するために必要な
把持力、Ｐaは、指が対象物に接触したときの位置を表
わす。
把持力、Ｐaは、指が対象物に接触したときの位置を表
わす。
【００２７】数３を満たすことによって、対象物は、安
定把持力Ｆsよりも大きな力で把持されることになる。
これは、指が把持対象物を安定に把持するまでの期間に
振動が発生したとしても、対象物に充分な把持力を作用
せしめることによって、対象物の脱落を防止するためで
ある。
定把持力Ｆsよりも大きな力で把持されることになる。
これは、指が把持対象物を安定に把持するまでの期間に
振動が発生したとしても、対象物に充分な把持力を作用
せしめることによって、対象物の脱落を防止するためで
ある。
【００２８】その後、ステップＳ５にて、指先速度現在
値Ｖnwが０となったか否かを判断することによって、振
動成分が消失したかどうかを検知する。振動が納った
後、ステップＳ６にて、下記数４が満足される様に基準
指先位置Ｐstnを再設定し、指先力現在値Ｆnwが安定把
持力に一致したことを確認する。更にダンピング行列Ｋ
dを０に設定して粘性要素を切り離し、剛性要素のみに
よる把持に移行する。
値Ｖnwが０となったか否かを判断することによって、振
動成分が消失したかどうかを検知する。振動が納った
後、ステップＳ６にて、下記数４が満足される様に基準
指先位置Ｐstnを再設定し、指先力現在値Ｆnwが安定把
持力に一致したことを確認する。更にダンピング行列Ｋ
dを０に設定して粘性要素を切り離し、剛性要素のみに
よる把持に移行する。
【００２９】
【数４】Ｋs×(Ｐstn−Ｐa)＝Ｆs 数４を満たすことによって、対象物は安定把持力Ｆsに
等しい力で把持されることになる。
等しい力で把持されることになる。
【００３０】全ての指について、前記ステップＳ１〜Ｓ
６が実行されることによって、対象物は安定した把持力
で把持されることになる。
６が実行されることによって、対象物は安定した把持力
で把持されることになる。
【００３１】上述の如く本発明に係るロボットハンドの
制御方法によれば、指先が物体に接触するまでの期間
は、剛性要素のみの設定によって高速動作を実現出来、
指先が物体に接触した後は、ダンパー要素の追加によっ
て振動のない安定した把持動作を実現することが出来
る。
制御方法によれば、指先が物体に接触するまでの期間
は、剛性要素のみの設定によって高速動作を実現出来、
指先が物体に接触した後は、ダンパー要素の追加によっ
て振動のない安定した把持動作を実現することが出来
る。
【００３２】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。
【図１】本発明のロボットハンド制御方法を表わす制御
ブロック図である。
ブロック図である。
【図２】同上のフローチャートである。
【図３】ロボットハンドの斜視図である。
【図４】ロボットハンドによる物体把持システムの装置
構成を示す斜視図である。
構成を示す斜視図である。
(４) ３指３関節ハンド (41) 指 (42) トルクセンサ (43) エンコーダ付ギアドモータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B25J 3/00 - 3/10 B25J 9/10 - 9/22 B25J 13/00 - 13/08 B25J 19/02 - 19/06 G05D 3/00 - 3/20
Claims (1)
- 【請求項１】 複数の指を具えたロボットハンドによっ
て物体を把持する際の各指先の把持動作を制御する方法
であって、指先が物体に接触するまでの期間は、指先の
現在位置と目標位置の差に応じた指先力を出力する剛性
要素演算手段を設定して、剛性要素演算手段が出力する
指先力を指先位置に変換し、該指先位置を目標値として
把持動作を制御し、指先が物体に接触した後は、前記剛
性要素演算手段に加えて、指先の現在速度と目標速度の
差に応じた指先力を出力するダンパー要素演算手段を設
定して、剛性要素演算手段が出力する指先力とダンパー
要素演算手段が出力する指先力とを加算し、該指先力の
合計値を指先位置に変換して、把持動作を制御すること
を特徴とするロボットハンドの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05126551A JP3143261B2 (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | ロボットハンドの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05126551A JP3143261B2 (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | ロボットハンドの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06335886A JPH06335886A (ja) | 1994-12-06 |
| JP3143261B2 true JP3143261B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=14937976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05126551A Expired - Fee Related JP3143261B2 (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | ロボットハンドの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3143261B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3403774A1 (en) * | 2017-05-18 | 2018-11-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Robot hand, robot apparatus, and control method for robot hand |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5652261B2 (ja) * | 2011-03-01 | 2015-01-14 | トヨタ自動車株式会社 | ロボットハンドの制御装置 |
| JP7201313B2 (ja) * | 2017-09-25 | 2023-01-10 | 慶應義塾 | 食品移載システム及び食品把持装置 |
| GB2592411B (en) * | 2020-02-27 | 2022-08-17 | Dyson Technology Ltd | Force sensing device |
-
1993
- 1993-05-28 JP JP05126551A patent/JP3143261B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3403774A1 (en) * | 2017-05-18 | 2018-11-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Robot hand, robot apparatus, and control method for robot hand |
| US11267126B2 (en) | 2017-05-18 | 2022-03-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Robot hand, robot apparatus, and control method for robot hand |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06335886A (ja) | 1994-12-06 |
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