JP5289179B2 - ロボットハンドならびにその制御システム、制御方法および制御プログラム - Google Patents
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Description
ここで、ハンド1の構成について説明する。
第1指機構11は、図2に模式的に示されているように手の平部10に固定されているリンク部材からCM1関節、CM2関節、MP関節およびIP関節を順に介して接続されている複数の指リンク部材を備えている。
指機構11〜15のそれぞれは、図2に模式的に示されているように手の平部10に固定されているリンク部材からMP1関節、MP2関節、PIP関節およびDIP関節を順に介して接続されている複数の指リンク部材を備えている。
指機構11〜15のそれぞれは、図3および図4または図5に示されているように、6軸力センサS1を備えている。6軸力センサS1は、各指機構の指先部材に傾斜する姿勢で取付けられている。6軸力センサS1は、各指機構の指先部材に作用する6軸力、すなわち、互いに直交する3軸(x軸、y軸、z軸)方向の並進力と各軸回りのモーメントとを測定する。そして、6軸力センサS1から出力される6軸力の測定値に基づいて各指機構における力の強弱および向き等が制御される。
5つの指機構11〜15は能動的な動きの自由度の高低に応じて第1種の指機構と、第2種の指機構とに区分されている。第1指機構11、第2指機構12および第3指機構13は当該自由度が高い「第1種の指機構」に区分されている。第4指機構14および第5指機構15は第1種の指機構よりも当該自由度が低い「第2種の指機構」に区分されている。
〔第1指機構の構成〕
第1種の指機構に区分されている第1指機構11は、図4に示されているように、CM2関節の回動軸CM21(手首中手関節機構の第2の回動軸)を回動させる第1の従動流体圧シリンダ32(CM2)と、MP関節の回動軸MP1を回動させる第2の従動流体圧シリンダ32(MP)とを備えている。
第2指機構12は、図5に示されているようにMP2関節の回動軸MP21(中手指節関節の第1の回動軸)を回動させる第1の従動流体圧シリンダ32(MP2)と、PIP関節の回動軸PIP1を回動させる第2の従動流体圧シリンダ32(PIP)とを備えている。
第2種の指機構に区分されている第4指機構14および第5指機構15のそれぞれは、第2指機構12の上述した構成のうち、第3の従動流体圧シリンダ32(MP1)が省略されていることを除き、第2指機構12と同じ構成である。第4指機構14および第5指機構15は、第3の従動流体圧シリンダ32(MP1)が省略されているため、MP1関節が力動作に応じて自在に回動し、MP1関節のコイルばねMP12の付勢により所定位置に自然復帰するようになっている。すなわち、第2種の指機構はこの分だけ能動的な動きの自由度が第1種の指機構よりも低くなっている。
ハンド1の駆動機構の構成について説明する。駆動機構は、図6に示されている複数の駆動流体圧シリンダ(マスタシリンダ)31と、複数の従動流体圧シリンダ(スレーブシリンダ)32(i)(i=CM1,CM2,MP,MP1,MP2,PIP)とを構成要素としている(図3、図4および図5参照)。駆動流体圧シリンダ31は従動流体圧シリンダ32(i)のそれぞれに対応して合計13個設けられている。駆動流体圧シリンダ31とハンド1の従動流体圧シリンダ32(i)とは流体圧伝達管33(配管)を介して各別に接続される。流体圧伝達管33は流体圧力に応じて径または断面積が変化しうる程度の柔軟性を有している。
制御装置2はコンピュータ(CPU、ROMおよびRAM等のメモリ、ならびに、A/D回路およびI/O回路等の回路により構成されている。)により構成されている。制御装置2によれば、CPUによりメモリから制御プログラムが適宜読み出され、読み出されたプログラムにしたがってハンド1の動作が制御される。
指機構11〜15のそれぞれの各関節における回動角度(スレーブ関節角度)θslvは、エンコーダS3および流体圧力センサS4のそれぞれの出力信号に基づき、第1演算処理要素21により関係式(1)〜(6)にしたがって測定される。
φ=cos-1{(Px2+(L2)2+h2−(L1)2)/(2L(Px2+h2)1/2)}−θ0 ‥(1)
「h」はクランクオフセットであり、指リンク部材の揺動軸と、ロッド323(i)の後端揺動軸とのY方向の間隔である。「L1」はロッド323(i)の後端揺動軸と先端揺動軸との間隔(ロッド長)である。「L2」は指リンク部材の揺動軸と、ロッド323(i)の先端揺動軸との間隔(クランク長)である。クランクオフセットh、ロッド長L1およびクランク長L2の値はメモリに保存されている。
「P0」はスレーブピストン322(i)の基準位置である。
「Smst」はマスタピストン312の断面積である。「Sslv」はスレーブピストン322(i)の断面積である。「StrkOffsetmst」はマスタピストン312のオフセット(マスタストロークオフセット)である。断面積SmstおよびSslvまたはその比率(Smst/Sslv)、ならびに、マスタストロークオフセットStrkOffsetmstの値はメモリに保存されている。
「Rr」はプーリ301,303およびベルト302により構成されている減速機構(図6参照)の減速比であり、メモリにあらかじめ保存されている。
「Exppip」は配管膨張量(体積変化量)であり、流体圧力センサS4の出力信号に応じた測定流体圧Prsactに加えて、油圧目標値Prscmd、配管33の柔軟性の高低を表わす係数Kpipおよび配管33の長さLpipに基づき、関係式(6)にしたがって表現される。油圧目標値Prscmd、配管33の柔軟性の高低を表わす係数Kpipおよび配管33の長さLpipはメモリに保存されている。
第1演算処理要素21により前記のように測定されたスレーブ関節角度θslvに加えて、後述するように6軸力センサS1および圧力センサS2のそれぞれの出力信号に基づき、第2演算処理要素22により指機構11〜15のそれぞれの動きまたは力が制御される。
第1演算処理要素21により、手の平部10の位置および姿勢、ならびに、ハンド1を用いた把持対象である物体の位置、姿勢、形状およびサイズ等、当該物体を把持するために必要な情報が認識される(図9/STEP002)。
また、図10(c)に示されているように手の平部10の一部を物体に当接させられる。手の平部10において物体に最初に当接させられる部分は、断面視で手の平面に連続しており、対象物の多少の誤差または対象物の計測誤差があっても好適に接触を検出することができるように丸みを帯びた形状とされている(図10(c)参照)。
Claims (9)
- 手の平部と、前記手の平部から延設されている複数の指機構とを備えているロボットハンドの制御システムであって、
前記手の平部の位置および姿勢、ならびに、物体の位置および姿勢を認識する第1演算処理要素と、
前記第1演算処理要素による認識結果に基づき、前記手の平部の位置および姿勢ならびに前記複数の指機構の動きを制御する第2演算処理要素とを備え、
前記第2演算処理要素が、前記複数の指機構のうち2本以上の第1種の指機構の動きを制御することにより、ある箇所に載置されている前記物体を前記第1種の指機構につまませ、
前記手の平部の位置および姿勢ならびに前記第1種の指機構の動きのうち一部または全部を制御することにより、前記物体が前記第1種の指機構によりつままれた状態で、前記物体の一部が前記箇所に当接している一方、他の部分が前記箇所から浮くように前記物体の姿勢を変化させるとともに前記手の平部の一部を前記物体に当接させ、
前記複数の指機構のうち前記第1種の指機構と区分されている第2種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構に前記物体の前記箇所から浮いている部分をつかませ、
前記手の平部の位置、姿勢または位置および姿勢を制御することにより、前記第2種の指機構により前記物体がつかまれている状態で前記手の平部と前記物体との当接箇所の面積を増加させ、かつ、
前記第1種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構に加えて前記第1種の指機構に前記物体を握らせることを特徴とする制御システム。 - 請求項1記載の制御システムにおいて、
前記第1演算処理要素が、前記物体における質量中心位置をはさんで質量密度が高い重量部分と、前記重量部分よりも質量密度が低い軽量部分との区分を認識し、
前記第2演算処理要素が前記第1種の指機構の動きを制御することにより、前記箇所に載置されている前記物体の前記軽量部分を前記第1種の指機構につまませ、
前記手の平部の位置および姿勢ならびに前記第1種の指機構の動きのうち一部または全部を制御することにより、前記物体の軽量部分が前記第1種の指機構によりつままれた状態で、前記物体が前記重量部分において前記箇所に当接している一方、前記軽量部分が前記箇所から浮くように前記物体の姿勢を変化させるとともに前記手の平部を部分的に前記物体に当接させることを特徴とする制御システム。 - 請求項1または2記載の制御システムにおいて、
前記第2演算処理要素が、前記第2種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構に前記物体の前記箇所から浮いている部分をつかませた後、前記第1種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構により前記物体がつかまれている状態で前記第1種の指機構を前記物体から離した上で、前記手の平部の位置、姿勢または位置および姿勢を制御することにより、前記手の平部と前記物体との当接箇所の面積を増加させることを特徴とする制御システム。 - 請求項3記載の制御システムにおいて、
2本以上の前記第2種の指機構が存在し、
前記第2演算処理要素が、一部の前記第2種の指機構の動きを制御することにより、前記一部の第2種の指機構に前記物体の前記箇所から浮いている部分をつかませた後、前記第1種の指機構の動きを制御することにより、前記一部の第2種の指機構により前記物体がつかまれている状態で前記第1種の指機構を前記物体から離した上で、残りの前記第2種の指機構の動きを制御することにより、前記一部の第2種の指機構に加えて前記残りの第2種の指機構に前記物体の前記箇所から浮いている部分をつかませることを特徴とする制御システム。 - 請求項1〜4のうち1つに記載の制御システムにおいて、
前記複数の指機構に能動的な動きの自由度の高低差が存在し、当該自由度が高い指機構を前記第1種の指機構としてその動きを制御するとともに、当該自由度が低い指機構を前記第2種の指機構としてその動きを制御することを特徴とする制御システム。 - 請求項1〜5のうち1つに記載の制御システムにおいて、
前記手の平部の縁の一部が手の平面に連続する丸みを帯びた形状に形成され、
前記第2演算処理要素が、前記手の平部の位置および姿勢ならびに前記第1種の指機構の動きのうち一部または全部を制御することにより、前記手の平部の縁の丸みを帯びた形状に形成されている一部を前記物体に最初に当接させた後、前記手の平部の位置、姿勢または位置および姿勢を制御することにより、前記第2種の指機構により前記物体がつかまれている状態で前記手の平部の前記手の平面と前記物体との当接箇所の面積を増加させることを特徴とする制御システム。 - 手の平部と、前記手の平部から延設されている複数の指機構と、請求項1〜6のうちいずれか1つに記載の制御システムとを備えていることを特徴とするロボットハンド。
- コンピュータを請求項1〜6のうちいずれか1つに記載の制御システムとして機能させることを特徴とするロボットハンドの制御プログラム。
- 手の平部と、前記手の平部から延設されている複数の指機構とを備えているロボットハンドの制御方法であって、
前記手の平部の位置および姿勢、ならびに、物体の位置および姿勢を認識し、
前記認識結果に基づき、前記複数の指機構のうち2本以上の第1種の指機構の動きを制御することにより、ある箇所に載置されている前記物体を前記第1種の指機構につまませ、
前記手の平部の位置および姿勢ならびに前記第1種の指機構の動きのうち一部または全部を制御することにより、前記物体が前記第1種の指機構によりつままれた状態で、前記物体の一部が前記箇所に当接している一方、他の部分が前記箇所から浮くように前記物体の姿勢を変化させるとともに前記手の平部の一部を前記物体に当接させ、
前記複数の指機構のうち前記第1種の指機構と区分されている第2種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構に前記物体の前記箇所から浮いている部分をつかませ、
前記手の平部の位置、姿勢または位置および姿勢を制御することにより、前記第2種の指機構により前記物体がつかまれている状態で前記手の平部と前記物体との当接箇所の面積を増加させ、かつ、
前記第1種の指機構の動きを制御することにより、前記第2種の指機構に加えて前記第1種の指機構に前記物体を握らせることを特徴とする制御方法。
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