JP7313868B2

JP7313868B2 - ロボットハンド、ロボットシステム、生産システム、物品の製造方法、制御方法、端末装置、制御プログラム、および記録媒体

Info

Publication number: JP7313868B2
Application number: JP2019071920A
Authority: JP
Inventors: 秀忠浅野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2023-07-25
Anticipated expiration: 2039-04-04
Also published as: JP2020168686A

Description

本発明は、対象物を把持するための複数の指を備えたロボットハンド、ロボット装置、生産システム、物品の製造方法、制御方法、および入力装置に関する。

近年、カメラ、プリンタなどのように、小型、ないし複雑な構造を有する工業製品などの物品の組立、加工作業などの自動化が進められている。この種の物品の製造の自動化には、ワークや、ロボット装置などの自動装置で構成された生産機器に関して、精密な位置決めや複雑な制御などが必要となる。

一方で、生産機器の動作位置や動作順序などは技術者が教示作業によってプログラミングする必要があり、この教示作業は生産装置を用いた物品の製造の自動化を実施するうえで不可欠な作業となっている。この教示作業は一般的に自動化を行う工程量に応じて増減するが、精密さや複雑さが伴う場合には繰返しの調整作業が必要となり、教示作業の時間が増加する。

このことは、例えば、生産機器を構成するロボット装置のロボットハンドやグリッパなどのような把持装置の教示作業でも例外ではなく、その教示作業の簡略化や所要時間の短縮が求められている。

この種の把持装置、例えば、下記の特許文献１などに記載されるようなロボットハンドは、２本の個別に動作可能な指を備えている。特許文献１のロボットハンドは、ハンドの一方の指を所望の位置に位置決めした後、他方の指を力制御で移動させてワークを挟持するよう制御される。また、特許文献２には、ロボットハンドの教示方式が開示されている。特許文献２の方式では、複数の自由度を持つ複数の指に対して、各指の関節角を設定するための複数の操作手段（操作棒）を同時に操作することにより、各指を同時に教示する。

特開２００４－５０３２１号特開平５－３３７８６０号

特許文献１の構成によると、ロボットハンドの一方の指に力制御機能が必要であり、装置全体が複雑化ないし大型化する可能性がある。また、特許文献２のロボットハンドはハンドの自由度が大きく、扱うワークが同じであっても種々の複数の把持姿勢が取れる可能性がある。そのため、教示作業では、最適な把持姿勢を探索するために各指の位置を繰返し操作し直す複雑な操作が必要であり、作業時間が長くなりがちな問題がある。特許文献２の実施例では、各指の関節角を設定するジョイスティックのような操作棒は３本あり、その操作は容易ではなく、このような操作棒を用いた教示作業に習熟するには長い時間がかかると考えられる。

本発明の課題は、上記の諸問題に鑑み、装置全体を複雑化、大型化させることなく、ロボットハンドの教示作業を短時間で容易に行えるようにすることにある。

本発明の第１の態様は、対象物を把持可能な複数の指と、前記指の位置に関する情報を取得する取得部と、を備えたロボットハンドにおいて、ユーザにより前記対象物の移動の指示が行われた場合、前記取得部の取得結果に基づき、前記対象物を把持した状態における前記指の相対的な位置関係を維持するように、かつ前記ユーザの指示による前記対象物の移動を実行できるように前記指を制御する制御部を備えており、前記制御部は、表示部に前記対象物に対応する情報を表示させ、前記表示部に表示された前記対象物に対応する情報を前記ユーザが操作することで、前記対象物の移動に対応する前記指の制御を行う、ことを特徴とするロボットハンドである。
本発明の第２の態様は、対象物を把持可能な複数の指と、前記指の位置に関する情報を取得する取得部と、制御部とを備えたロボットハンドの制御方法において、前記制御部は、ユーザにより前記対象物の移動の指示が行われた場合、前記取得部の取得結果に基づき、前記対象物を把持した状態における前記指の相対的な位置関係を維持するように、かつ前記ユーザの指示による前記対象物の移動を実行できるように前記指を制御し、表示部に前記対象物に対応する情報を表示させ、前記表示部に表示された前記対象物に対応する情報を前記ユーザが操作することで、前記対象物の移動に対応する前記指の制御を行う、ことを特徴とする制御方法である。
本発明の第３の態様は、対象物を把持可能な複数の指を備えたロボットハンドに所定情報の入力を行う端末装置において、表示部に、ユーザにより前記対象物の移動の指示が行われた場合、前記対象物を把持した状態における前記指の相対的な位置関係を維持するように、かつ前記ユーザの指示による前記対象物の移動を実行できる前記指の位置に対応する情報を表示する処理部を備え、前記処理部は、前記表示部に、前記対象物に対応する情報を表示させ、前記表示部に表示された前記対象物に対応する情報を前記ユーザが操作することで、前記対象物の移動に対応する前記指の位置に対応する情報の表示を行う、ことを特徴とする端末装置である。
本発明の第４の態様は、対象物を把持可能な複数の指を備えたロボットハンドに所定情報の入力を行う端末装置の制御方法において、前記端末装置は処理部を備えており、前記処理部は表示部に、ユーザにより前記対象物の移動の指示が行われた場合、前記対象物を把持した状態における前記指の相対的な位置関係を維持するように、かつ前記ユーザの指示による前記対象物の移動を実行できる前記指の位置に対応する情報を表示し、前記処理部は、前記表示部に、前記対象物に対応する情報を表示させ、前記表示部に表示された前記対象物に対応する情報を前記ユーザが操作することで、前記対象物の移動に対応する前記指の位置に対応する情報の表示を行う、ことを特徴とする制御方法である。

上記構成によれば、指定した補正量だけ、対象物の基部に対する位置を変更した場合の複数の指の基部に対する位置を演算することができる。このため、対象物の位置を変更する場合でも改めて各指の教示操作を行う必要がなく、装置全体を複雑化、大型化させることなく、ロボットハンドの教示作業を短時間で容易に行える、という優れた効果がある。

本発明の実施形態に係るロボットハンドの斜視図である。本発明の実施形態に係るロボットハンドの上面図である。本発明の実施形態に係る構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る教示作業のフロー図である。（ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態に係るロボットハンドの把持姿勢の補正方法を示した説明図である。（ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態に係るロボットハンドの指先形状が角型の場合の異なる把持状態を示した説明図である。（ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態に係るロボットハンドの指先形状がワーク側に凸形状の曲面である場合の異なる把持状態を示した説明図である。本発明の実施形態に係るロボットシステムの概略構成を示した説明図である。本発明の実施形態に係る制御装置の構成を示したブロック図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す構成はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。

図１、図２に本実施形態のロボットハンドの構成を示す。図示のように、本実施形態のロボットハンド１００は３つの指機構部１１０、１２０、１３０を備えている。指機構部１１０、１２０、１３０は、下記のように、指先１１４、１２４、１３４の位置姿勢を基部１４０に対して変更可能に構成される。なお、指先１１４、１２４、１３４は、この分野では、指、フィンガなどと呼ばれることもある。

指機構部はそれぞれ、指先１１４、１２４、１３４を直線的（直進的）に前進、後退させるためのモータ１１１、１２１、１３１を備えている。これらモータ１１１、１２１、１３１の出力軸は、指機構部１１０、１２０、１３０の根元部１１２、１２２、１３２に配置された不図示のギアトレインなどから成る減速装置（不図示）の入力軸に結合されている。この減速装置の出力軸は各指機構部の後方リンク１１３Ａ、１２３Ａ、１３３Ａに結合され、これら後方リンクに減速された駆動力が伝達される。

後方リンク１１３Ａ、１２３Ａ、１３３Ａは、一方の端に軸が設けられ、根元部１１２、１２２、１３２の軸芯周りに回転可能に取り付けられており、もう一方の端に設けられた軸には指先１１４、１２４、１３４が回動自在に取り付けられている。また、根元部１１２、１２２、１３２には両端に設けられた軸間の長さが後方リンクと同じ長さの前方リンク１１３Ｂ、１２３Ｂ、１３３Ｂが一方の端の軸周りに回転可能に取り付けられている。また、前方リンク１１３Ｂ、１２３Ｂ、１３３Ｂのもう一方の端の軸周りに回転可能に指先１１４、１２４、１３４が取り付けられている。

以上のように、本実施形態のロボットハンド１００の指機構部１１０、１２０、１３０は、平行リンク機構を構成する。そして、制御装置２００（図１、図３）からの指令に従ってモータ１１１、１２１、１３１を回転駆動させることにより、指先１１４、１２４、１３４を前進、後退させ、開閉させることができる。ロボットハンド１００は、このような指先１１４、１２４、１３４の開閉動作によって、対象物、例えばロボット装置（図８）で取り扱うワークを把持し、また開放することができる。

なお、以上では、モータ１１１、１２１、１３１の駆動力を、減速装置を介して後方リンク１１３Ａ、１２３Ａ、１３３Ａに伝達するよう説明したが、この構成は本発明を限定するものではない。例えば、モータ１１１、１２１、１３１の駆動力を、平行リンク機構を構成する前方リンク１１３Ｂ、１２３Ｂ、１３３Ｂに伝達する構成であっても構わない。

図２は本実施形態のロボットハンド１００を上面から示しており、同図のようにロボットハンド１００は、３つの指機構部１１０、１２０、１３０が基部１４０に取り付けられている。これらの内、第２、第３の指機構部１２０と指機構部１３０は、各々に設けられた周回軸Ｏ２およびＯ３を軸に旋回可能に支持されている。基部１４０に設けたモータ１４１を把持制御部２２０（図３）からの指令によって回転させることで、第２の指機構部１２０は周回軸Ｏ２を中心にＴ２方向に周回させることができる。これにより指先１２４の前進後退方向をＰ２軸方向とＱ２軸方向の間で変更することができる。同様に、第３の指機構部１３０は、周回軸Ｏ３を中心にＴ３方向に周回させることができる。これにより指先１３４の前進後退方向をＰ３軸方向とＱ３軸方向の間で変更することができる。一方、本実施形態では、第１の指機構部１１０は第２、第３の指機構部１２０、１３０とは異なり、その開閉方向が基部１４０に対して変化しないように、基部１４０に対して固定的に装着される。

図１、図２に示すように、モータ１１１、１２１、１３１、１４１には、それぞれ位置検出部１１５、１２５、１３５、１４５が設けられている。これら位置検出部１１５、１２５、１３５、１４５は、例えばロータリーエンコーダなどから構成され、それぞれの位置検出部を介してモータ１１１、１２１、１３１、１４１の例えば出力軸の回転角度情報を検出することができる。なお、位置検出部１１５、１２５、１３５、１４５はモータの出力軸のみならず指機構部１１０、１２０、１３０の駆動系の任意の位置に配置されていてよい。いずれにしても、制御装置２００（図３、図９）は、位置検出部１１５、１２５、１３５、１４５の回転角度情報を用いて、例えば指機構部１１０、１２０、１３０の指先１１４、１２４、１３４の位置、姿勢を計算することができる。

また、本実施形態のロボットハンドでは、第２、第３の指機構部１２０、１３０を図２のように周回させたときに、相互に干渉することを防ぐため、周回領域を制限する補正量制限手段（不図示）が基部１４０に備えられているものとする。この周回領域を制限する補正量制限手段は、例えば図２の第２、第３の指機構部１２０、１３０の周回動作を周回範囲（Ｐ２～Ｑ２、Ｐ３～Ｑ３）内に制限するストッパなどの機械的手段によって構成することができる。

図１、図２に示した本実施形態のロボットハンド１００は、例えば図８に示すようなロボット装置１において、把持装置として、例えばロボットアーム３の手先部に装着して用いることができる。図８のロボットアーム３は、例えば６軸の垂直多関節形式のアーム３１と、エンドエフェクタとして、例えば上述のように構成されたロボットハンド１００とを有している。ロボットハンド１００は、上述のように基部１４０に対して指機構部（１１０、１２０、１３０）を介して可動支持された指先１１４、１２４、１３４を備える。

なお、図８ではアーム３１として６軸、シリアルリンクの多関節アームを例示しているが、軸（関節）数は用途や目的に応じて適宜変更してもよく、また、リンクの結合方式は他の方式、例えばパラレルリンク方式などであってもよい。図８のアーム３１は、６軸の垂直多関節形式で、７つのリンクと、これら各リンクを揺動または回動可能に連結する６つの関節とを備えている。説明を容易にするため、各リンクとしては、固定長のリンクを用いるものとするが、例えば、一部ないし全部のリンクが直動アクチュエータにより伸縮可能なリンクであってもよい。

図８のロボット装置１は、少なくともロボットハンド１００、あるいはさらにロボットアーム３を制御する制御装置２００と、を備えている。ロボット装置１を含むロボットシステムは、例えば工業製品ないしその部品などの物品を製造する生産機器として、その物品の生産ライン（生産システム）に配置される。ロボットアーム３が部品を製造するために操作するワーク６は、例えば供給トレイ７上に配置される。

図３、図９は、本実施形態のロボットハンド１００の動作を制御する制御装置２００の構成を示している。図３は、この制御装置２００の機能的な構成を示している。図９は、図３のような機能構成を実現するための制御装置２００の構成、例えばＣＰＵ１６０１、ＲＯＭ１６０２、ＲＡＭ１６０３のような制御手段および記憶手段を含む、より具体的な構成を示している。

図３に示すように、指機構部１１０、１２０、１３０は上記のモータ１１１、１２１、１３１、１４１を含む駆動部２０１によって駆動される。駆動される指機構部１１０、１２０、１３０の位置、姿勢は位置検出部２０５によって常時、検出可能であるものとする。例えば、把持制御部２２０は位置検出部２０５から得た位置情報に基づき、指機構部１１０、１２０、１３０が所望の位置、姿勢を取るよう、駆動部２０１を制御する。

把持制御部２２０には、演算部２３０が接続され、演算部２３０は位置関係記憶部２４０および移動量記憶部２５０からの情報に基づき、把持位置および把持姿勢を演算する。演算部２３０の演算結果は、把持制御部２２０から参照され、これにより把持制御部２２０は演算部２３０の演算結果に基づき指機構部１１０、１２０、１３０の位置、姿勢を制御する。

位置関係記憶部２４０（把持幅記憶部）は、位置検出部２０５と接続され、駆動部２０１の位置、姿勢を任意のタイミングで記憶することができ、その情報は演算部２３０から参照することができる。移動量記憶部２５０は外部から入力された把持姿勢の補正量を記憶することが出来、その情報は演算部２３０から参照することができる。

図９の制御系は、図１、図８の制御装置２００の具体的な構成の一例であって、主制御手段としてのＣＰＵ１６０１、記憶装置としてのＲＯＭ１６０２、およびＲＡＭ１６０３を備えたＰＣハードウェアなどによって構成することができる。ＲＯＭ１６０２には、後述する製造手順を実現するためのＣＰＵ１６０１の制御プログラムや定数情報などを格納しておくことができる。また、ＲＡＭ１６０３は、その制御手順を実行する時にＣＰＵ１６０１のワークエリアなどとして使用される。ＲＡＭ１６０３には、例えば上記の位置関係記憶部２４０、移動量記憶部２５０などの記憶領域を割り当てることができる。

また、図９の制御系には、外部記憶装置１６０６が接続されている。外部記憶装置１６０６は、本発明の実施には必ずしも必要ではないが、ＨＤＤやＳＳＤ、ネットワークマウントされた他のシステムの外部記憶装置などから構成することができる。

本実施形態のロボットハンドの教示に係る制御を実現するためのＣＰＵ１６０１の制御プログラムは、上記の外部記憶装置１６０６や、ＲＯＭ１６０２（例えばＥＥＰＲＯＭ領域）のような記憶部に格納しておくことができる。その場合、本実施形態の制御手順を実現するためのＣＰＵ１６０１の制御プログラムは、ネットワークインターフェース１６０７を介して、上記の各記憶部に供給し、また新しい（別の）プログラムに更新することができる。あるいは、後述の制御手順を実現するためのＣＰＵ１６０１の制御プログラムは、各種の磁気ディスクや光ディスク、フラッシュメモリなどの記憶手段と、そのためのドライブ装置を経由して、上記の各記憶部に供給し、またその内容を更新することができる。本実施形態の制御手順を実現するためのＣＰＵ１６０１の制御プログラムを格納した状態における各種の記憶手段、記憶部、ないし記憶デバイスは、本発明の制御手順を格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を構成することになる。

ネットワークインターフェース１６０７は、例えばＩＥＥＥ８０２．３のような有線通信、ＩＥＥＥ８０２．１１、８０２．１５のような無線通信による通信規格を用いて構成することができる。ＣＰＵ１６０１は、ネットワークインターフェース１６０７、ネットワーク１６０８を介して、他の装置１１０４と通信することができる。この装置１１０４は、例えば、物品の製造に係るＰＬＣのような統轄制御装置や、管理サーバなどに相当し、図８に示すロボット装置１ないしロボットアーム３が配置された生産ラインに係る制御やロギングを行う。インターフェース１６０５は図８に示すロボット装置１ないしロボットアーム３の動作を制御するために用いられる。

また、図９の制御装置は、ユーザインターフェース装置４００（ＵＩ装置）を備える。ユーザインターフェース装置４００としては、例えばキーボードやジョグダイヤルなどの操作部および表示装置などから構成されたティーチングペンダントを配置することができる。このティーチングペンダントは、例えばワークの把持位置の移動量を数値入力するための入力装置として用いることができる。また、ユーザインターフェース装置４００としては、ＬＣＤディスプレイ、キーボード、ポインティングデバイス（マウス、ジョイスティックなど）などから成るＧＵＩ装置を配置してもよい。本実施形態では、このＧＵＩ装置は、基部に対する位置を変更可能な複数の指により対象物を把持するロボットハンドに所定の情報を入力する入力装置を構成する。

以下では、図４を参照して本実施形態におけるロボットハンド１００の制御手順の一例につき説明する。図４は本実施形態におけるロボットハンド１００の制御手順の流れの一例を示している。図示の制御手順は、図９の制御装置２００の構成であれば、ＣＰＵ１６０１の制御プログラムとして、例えばＲＯＭ１６０２や外部記憶装置１６０６に格納しておくことができる。

教示作業では、作業者が、各指機構部１１０、１２０、１３０を動作させ、対象物としてのワーク６（図８）を基部１４０に対する任意の位置、姿勢で把持させる（Ｓ１０）。例えば、このステップＳ１０の教示作業では、ユーザインターフェース装置４００（図９）として設けられているティーチングペンダントなどを用いて、各指機構部１１０、１２０、１３０を動作させて、対象物としてのワーク６（図８）を把持させる。

次に、把持をした状態での各々の指先１１４、１２４、１３４の間の相対距離に相当する把持幅（位置関係）を、位置検出部２０５の検出情報に基づき取得し、位置関係記憶部２４０（把持幅記憶部）に記憶させる（Ｓ１１）。そして、一旦、ワークを解放する（Ｓ１２）。

その後、ロボットアーム３に行わせる工程作業の都合などによって、対象物としてのワーク６（図８）の基部１４０に対する把持位置を変更する必要が生じた場合、ステップＳ１３以降の制御を行う。その場合、作業者は、ワーク６（図８）の基部１４０に対する把持位置の移動量を、ユーザインターフェース装置４００（図９）を用いて、入力する（Ｓ１３）。この場合の把持位置の移動量は、ステップＳ１０で教示した把持位置からの移動量で、例えば、基部１４０と平行な平面内におけるＸＹ座標の差分などである。

この時、把持位置の移動量の指定は、例えば、ユーザインターフェース装置４００（図９）として設けられているティーチングペンダントなどから数値入力する。あるいは、ユーザインターフェース装置４００（図９）として、ＧＵＩ装置を利用できる場合には、下記のようにそのＧＵＩを介して把持位置の移動量を入力させてもよい。一般に、この種のＧＵＩ装置は表示部としてのＬＣＤディスプレイ、キーボード、ポインティングデバイス（マウス、ジョイスティックなど）などから構成される。

その場合、例えば図５（ａ）、（ｂ）に示すような基部１４０、指先１１４、１２４、１３４と、ワーク３００（上記のワーク６と同等）を模した表示をユーザインターフェース装置４００（図９）のＧＵＩを介して出力する。図５の例は、例えば図５（ａ）がステップＳ１０で教示した把持位置、図５（ｂ）が、ワーク３００の基部１４０に対する把持位置の移動量ｄを作用させた後の把持位置に相当する。また、図５（ａ）、（ｂ）では、基部１４０の中心を原点とするＸＹ座標系を１点鎖線によって示している。

図５（ａ）、図５（ｂ）の移動量ｄのユーザ指定は、上記の距離などを単位とする数値入力によって行うことができる。また、ユーザインターフェース装置４００（図９）のＧＵＩであれば、移動量ｄのユーザ指定は、作業者がワーク３００を基部１４０に対して相対移動させる操作を行うことにより実現できる。例えば、このワーク３００の相対移動操作は、ワーク３００をＧＵＩの画面上でポインティングデバイス（マウス、ジョイスティックなど）によりドラッグする（引きずる）ような操作によって行わせることができる。この時、例えば図５（ａ）から図５（ｂ）の状態へのワーク３００の相対移動操作中は、指先１１４、１２４、１３４のワーク３００に対する把持状態は維持する、というルールを適用することにしておけば簡単に移動量ｄを入力できる。なお、指先１１４、１２４、１３４、およびワーク３００のＧＵＩ画面におけるメタファの表示を独立してドラッグし、図５（ａ）から図５（ｂ）の状態へ移行させるような表示を採用しても構わない。つまり、ワーク３００のメタファを移動させれば、それに追従して、指先１１４、１２４、１３４のメタファが、ワーク３００を把持した位置関係を維持したまま、移動する、といったような表示である。

図５（ａ）から図５（ｂ）の状態へとワーク３００のメタファを移動したら、作業者は例えば適当なボタン操作などを介してワーク３００の移動後の位置、姿勢を確定する。この確定操作は、例えばＧＵＩ上のボタンのメタファや、キーボードなどに設けられた不図示のボタンの操作などによって行う。このような操作方式により、移動前後のワーク３００の位置姿勢から、移動量ｄを演算させることができる。この移動量ｄの演算例の詳細については後述する。

上記のような操作方式によって、ワーク３００の基部１４０に対する把持位置の移動量ｄが指定されると、制御主体の例えばＣＰＵ１６０１は、移動量ｄを移動量記憶部２５０に記憶させる。

次に位置関係記憶部２４０に記憶された情報と移動量記憶部２５０に記憶させた移動量ｄだけ把持位置を変更した時の指機構部１１０、１２０、１３０の指先１１４、１２４、１３４の位置、姿勢を演算部２３０で演算する（Ｓ１４：図４）。本実施形態の指機構部１１０、１２０、１３０は、指先１１４のみが前進後退のみ、指先１２４、１３４が前進後退と周回（旋回）とが可能な機構によって構成されている。そのため、指先１１４、１２４、１３４の位置、姿勢は、これらの機構の持つ自由度の範囲内で、図５（ａ）の状態から図５（ｂ）の状態となるよう、演算部２３０によって演算される（Ｓ１４：図４）。

その後、演算部２３０が演算した演算結果を参照して把持制御部２２０が駆動部２０１を駆動し、再演算した位置で指機構部１１０、１２０、１３０がワーク（不図示）を把持する（Ｓ１５）。そして、再演算後の位置で把持した状態が所望の位置か教示作業者が確認する（Ｓ１６）。確認の結果、再度修正が必要な場合には、ステップＳ１２に復帰して、再びワークを解放して改めてワーク３００の移動量を入力し直し（Ｓ１３）、把持姿勢を再演算（Ｓ１４）させ、再度把持（Ｓ１５）させる作業を繰り返す。

以上のようにして、従来は、指機構部１１０、１２０、１３０の位置、姿勢を個別に指令しなければならなかった作業が、ワーク３００の移動量を入力する（Ｓ１３）だけで、ワーク３００を移動した位置での把持状態を形成できる。そのため、半自動化された簡易な教示作業でロボットハンド１００の指先１１４、１２４、１３４の、ワーク（対象物）を把持する位置、姿勢を変更することができ、教示時間を著しく短縮することができる。次に、図５（ａ）、（ｂ）で示したワーク３００の把持位置の変更による、指機構部１１０、１２０、１３０の制御値の演算の一例を詳細に説明する。

前述のように、図５（ａ）は、ワーク３００の把持位置の変更を行う前のワーク３００を把持（Ｓ１０：図４）させた際のロボットハンド１００の状態を示している。基部１４０に移動可能に支持された指機構部１１０、１２０、１３０の図５（ａ）と、補正後の図５（ｂ）では、各々の指先１１４、１２４、１３４は、いずれもワーク３００に接触しワーク３００を保持した状態を形成している。また、図５（ａ）、（ｂ）では、基部１４０の中心を原点とするＸＹ座標系を割り当てているが、説明を容易にするため、この座標系のＹ軸方向と、前進後退のみ可能な指先１１４の移動方向とを一致させてある。また、以下では、便宜上、指先１１４と指先１２４間の距離を把持幅Ｌ１１と呼び、指先１２４と指先１３４間の距離を把持幅Ｌ１２と呼び、指先１３４と指先１１４間の距離を把持幅Ｌ１３と呼ぶ。

図５（ｂ）は変更を行った後のワーク３００を把持したロボットハンド１００の状態を示している。変更前と比べて変更後は、ワーク３００と指先（１１４、１２４、１３４）の相対的な位置関係は同じであるが、基部１４０の基準位置、例えばＸＹ座標系の原点に対するワーク３００の位置がＹ方向へ移動量ｄ（補正量）だけ移動している。なお、ここでは、説明を容易にするため、Ｘ方向への移動量が０である例を示しているが、Ｘ方向への移動量が０ではない場合でも、以下の説明は同様に適用される。

ワーク３００を移動させる教示を行う場合、まず教示作業者はワーク３００の把持をさせたい位置を指先１１４、１２４、１３４で把持させる（Ｓ１０：図４）。把持をさせる方法は指機構部を教示作業者が直接手で動かして位置を決める手法によっても、あるいは、上述のようにティーチングペンダントなどを用いて操作してハンド駆動部を動作させて位置を決める手法によってもよい。ワーク３００を把持した状態での各指機構部１１０、１２０、１３０の位置姿勢を位置検出部２０５の検出量を介して検出し、把持幅Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３を計算する。計算した把持幅Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３は位置関係記憶部２４０に記憶させる。

その後、教示作業者はワーク３００の把持を解放（Ｓ１２：図４）し、ロボット装置１の動作を考慮して、ワーク３００の移動量ｄを決定し、移動量記憶部２５０に入力する（Ｓ１３：図４）。移動量ｄが入力されると、演算部２３０は移動量ｄと把持幅Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３を用いて移動後の指先１１４、１２４、１３４の姿勢を演算する。この時、移動前の把持幅Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３と、移動後の把持幅Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３が等しくなる事を制約条件として演算を行う。即ち、基部１４０に対する複数の指の位置を、基部１４０に対する前進または後退する方向に平行な面内における、演算前の各指の間の距離と、演算後の各指の間の距離と、が一致するように演算する。例えば、この演算は、次の３式が成り立つように行われる。

(x12 - x11)^2+(y12 - y11)^2=(x22 - x21)^2+(y22 - y21)^2 …（１）
(x13 - x12)^2+(y13 - y12)^2=(x23 - x22)^2+(y23 - y22)^2 …（２）
(x11 - x13)^2+(y11 - y13)^2=(x21 - x23)^2+(y21 - y23)^2 …（３）

上式（１）～（３）において、移動前の指先１１４の前記Ｘ、Ｙ座標は（ｘ１１、ｙ１１）、指先１２４の前記Ｘ、Ｙ座標は（ｘ１２、ｙ１２）、指先１３４の前記Ｘ、Ｙ座標は（ｘ１３、ｙ１３）である。また、移動後の指先１１４の前記Ｘ、Ｙ座標は（ｘ２１、ｙ２１）、指先１２４の前記Ｘ、Ｙ座標は（ｘ２２、ｙ２２）、指先１３４の前記Ｘ、Ｙ座標は（ｘ２３、ｙ２３）である。また記号「＾」はべき乗を表す。

上記のように演算部２３０が演算した演算結果を参照して把持制御部２２０が駆動部２０１を駆動することにより、指機構部１１０、１２０、１３０はワーク３００を移動した別の位置で把持することになる。即ち、ワーク３００の移動後の指先１１４、１２４、１３４の姿勢を自動的に演算させることができ、作業者の教示作業に必要な所要時間を大幅に短縮することができる。

また、ワーク３００を把持した状態で、少しだけワーク３００を移動させたい場合にも有効である。場合によってはワーク３００の組付けを行う際に、少しだけワーク３００を移動させたい場合がある。その際、ロボットアームを用いずに、ワーク３００を把持した際の各指の位置関係を維持したままワーク３００を移動させることができる。一般的にロボットアームによるワーク操作は振動が問題となるが、ロボットハンドの指でワーク３００を移動させることができるので、ロボットアームの振動の問題を低減することができる。

次に、図６、図７を用いて、上記のようなロボットハンド制御を行う場合に適した指先１１４、１２４、１３４のワーク３００との接触面の形状につき説明する。本実施形態では、図７に示すようにワーク３００との接触面をワーク３００側に凸形状である曲面で構成する。

図６は指先１２４の形状が角型の場合のワーク３００把持時の把持状態図である。ここでは指先１２４についてのみ説明するが、他の指先１１４、１３４においても同様である。

図６（ａ）では角型の指先１２４の平面部でワーク３００を把持しているため指先１２４の角部１２４Ａがワーク３００に接触することは無い。しかし、図６（ｂ）の様に把持姿勢の補正を行った際に指先１２４をＴ２方向へ周回させて把持を行う場合には指先１２４の角部１２４Ａがワーク３００に接触するためワーク３００に傷を付けてしまう。ワーク３００に傷を付けてしまうと、ワーク３００の部品精度および美観を損ねてしまうため、望ましくない。そこで、図７の様に指先１２４のワーク３００との接触面がワーク３００側に凸形状の曲面にすることで、指先１２４を周回させて把持を行った場合でも角部がワーク３００に接触することが無くなる。そのため、ワーク３００を損傷することなく操作することができそれにより部品精度および美観を損ねる事なくワークの把持を行うことができる。

（その他の実施形態）
また上述した実施形態では、ロボット装置１が複数の関節を有する多関節ロボットアームを用いた場合を説明したが、関節の数はこれに限定されるものではない。ロボットアームの形式として、垂直多軸構成を示したが、パラレルリンク型など異なる形式の関節においても上記と同等の構成を実施することができる。

また上述した実施形態では、ロボット装置１の構成例を各実施形態の例図により示したが、これに限定されるものではなく、当業者において任意に設計変更が可能である。また、ロボット装置１に設けられる各モータは、上述の構成に限定されるものではなく、各関節を駆動する駆動源は例えば人工筋肉のようなデバイス等であってもよい。

また上述した種々の実施形態は、制御装置に設けられる記憶装置の情報に基づき、伸縮、屈伸、上下移動、左右移動もしくは旋回の動作またはこれらの複合動作を自動的に行うことができる機械に適用可能である。

１００…ロボットハンド、１１０、１２０、１３０…指機構部、１１１、１２１、１３１…モータ、１１４、１２４、１３４…指先、１４０…基部、２０１…駆動部、２０５…位置検出部、２２０…把持制御部、２３０…演算部、２４０…位置関係記憶部、２５０…移動量記憶部、３００…ワーク、４００…ユーザインターフェース装置、１６０１…ＣＰＵ、１６０２…ＲＯＭ、１６０３…ＲＡＭ。

Claims

対象物を把持可能な複数の指と、前記指の位置に関する情報を取得する取得部と、を備えたロボットハンドにおいて、
ユーザにより前記対象物の移動の指示が行われた場合、前記取得部の取得結果に基づき、前記対象物を把持した状態における前記指の相対的な位置関係を維持するように、かつ前記ユーザの指示による前記対象物の移動を実行できるように前記指を制御する制御部を備えており、
前記制御部は、表示部に前記対象物に対応する情報を表示させ、前記表示部に表示された前記対象物に対応する情報を前記ユーザが操作することで、前記対象物の移動に対応する前記指の制御を行う、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１に記載のロボットハンドにおいて、
前記ユーザによって前記対象物の移動を前記制御部に指示する端末装置を備えている、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項２に記載のロボットハンドにおいて、
前記端末装置は、前記対象物の移動量を数値によって入力可能である、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１から３のいずれか１項に記載のロボットハンドにおいて、
前記制御部は、前記表示部に前記対象物に対応する情報と共に前記指に対応する情報を表示する、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１から４のいずれか１項に記載のロボットハンドにおいて、
前記制御部は、前記表示部に、前記位置関係を維持するように、かつ前記対象物が移動するように制御された前記指の動作を表示する、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１から５のいずれか１項に記載のロボットハンドにおいて、
前記制御部は、前記表示部に、前記対象物に対応する情報を移動させると前記対象物に対応する情報に追従するように前記指に対応する情報を表示する、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１から６のいずれか１項に記載のロボットハンドにおいて、
前記制御部は、前記表示部に、前記対象物に対応する情報または前記指に対応する情報をＧＵＩとして表示する、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項７に記載のロボットハンドにおいて、
前記制御部は、前記表示部に、前記対象物に対応する情報または前記指に対応する情報をメタファにより表示する、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１から８のいずれか１項に記載のロボットハンドにおいて、
前記表示部に表示された前記対象物に対応する情報または前記指に対応する情報を、ポインティングデバイスにより移動させることができる、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項２または３に記載のロボットハンドにおいて、
前記端末装置によって、前記ユーザによる前記対象物の移動に関する前記指の動作を教示させることができる、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１から１０のいずれか１項に記載のロボットハンドにおいて、
前記ユーザによって前記指を直接動作させることで、前記指が前記対象物を把持する状態を教示できる、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１から１１のいずれか１項に記載のロボットハンドにおいて、
前記制御部は、
前記位置関係を維持したまま、前記ユーザにより変更された前記対象物の位置に対応する、前記指の位置を取得する、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１２に記載のロボットハンドにおいて、
前記制御部が、前記指の位置を、前記指が互いに接近または離間する方向に平行な面内における、取得前の前記指の間の距離と、取得後の前記指の間の距離と、が一致するように取得する、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１から１３のいずれか１項に記載のロボットハンドにおいて、
前記指として少なくとも３つの指が設けられ、少なくとも３つの前記指を動作させる機構部は、少なくとも３つの前記指の各々を互いに接近または離間させるよう、また、少なくとも３つの前記指のうち少なくとも２つの前記指の前記機構部は前記ロボットハンドの基部に対して旋回させるよう、構成されている、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１から１４のいずれか１項に記載のロボットハンドにおいて、
前記指における前記対象物と接触する面が、前記対象物に向かって凸形状の曲面を有している、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１から１５のいずれか１項に記載のロボットハンドにおいて、
前記指が設けられた基部を備え、
前記制御部は、前記基部に対して前記指を移動させることで前記対象物を移動させる、
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１から１６のいずれか１項に記載のロボットハンドと、前記ロボットハンドが設けられたロボットアームと、を備えたロボットシステムであって、
前記制御部は、前記ロボットアームを停止させた状態で前記指を移動させることで前記対象物を移動させる、
ことを特徴とするロボットシステム。
請求項１から１６のいずれか１項に記載のロボットハンドを、前記対象物の把持装置として備えたロボットシステム。
請求項１８に記載のロボットシステムにより、前記対象物を操作して物品の製造を行う製造工程を実行する生産システム。
請求項１８に記載のロボットシステムにより、前記対象物を操作して物品の製造を行う物品の製造方法。
対象物を把持可能な複数の指と、前記指の位置に関する情報を取得する取得部と、制御部とを備えたロボットハンドの制御方法において、
前記制御部は、
ユーザにより前記対象物の移動の指示が行われた場合、前記取得部の取得結果に基づき、前記対象物を把持した状態における前記指の相対的な位置関係を維持するように、かつ前記ユーザの指示による前記対象物の移動を実行できるように前記指を制御し、
表示部に前記対象物に対応する情報を表示させ、前記表示部に表示された前記対象物に対応する情報を前記ユーザが操作することで、前記対象物の移動に対応する前記指の制御を行う、
ことを特徴とする制御方法。
対象物を把持可能な複数の指を備えたロボットハンドに所定情報の入力を行う端末装置において、
表示部に、
ユーザにより前記対象物の移動の指示が行われた場合、前記対象物を把持した状態における前記指の相対的な位置関係を維持するように、かつ前記ユーザの指示による前記対象物の移動を実行できる前記指の位置に対応する情報を表示する処理部を備え、
前記処理部は、前記表示部に、前記対象物に対応する情報を表示させ、前記表示部に表示された前記対象物に対応する情報を前記ユーザが操作することで、前記対象物の移動に対応する前記指の位置に対応する情報の表示を行う、
ことを特徴とする端末装置。
請求項２２に記載の端末装置において、
前記対象物の移動量を数値によって入力可能である、
ことを特徴とする端末装置。
請求項２２または２３に記載の端末装置において、
前記処理部は、前記表示部に、前記対象物に対応する情報と共に前記指に対応する情報を表示する、
ことを特徴とする端末装置。
請求項２２から２４のいずれか１項に記載の端末装置において、
前記処理部は、前記表示部に、前記位置関係を維持するようにかつ前記対象物が移動するように制御された前記指の動作を表示する、
ことを特徴とする端末装置。
請求項２２から２５のいずれか１項に記載の端末装置において、
前記処理部は、前記表示部に、前記対象物に対応する情報を移動させると前記対象物に対応する情報に追従するように前記指に対応する情報を表示する、
ことを特徴とする端末装置。
請求項２２から２６のいずれか１項に記載の端末装置において、
前記処理部は、前記表示部に、前記対象物に対応する情報または前記指に対応する情報をＧＵＩとして表示する、
ことを特徴とする端末装置。
請求項２２から２７のいずれか１項に記載の端末装置において、
前記処理部は、前記表示部に、前記対象物に対応する情報または前記指に対応する情報をメタファにより表示する、
ことを特徴とする端末装置。
請求項２２から２８のいずれか１項に記載の端末装置において、
前記表示部に表示された前記対象物に対応する情報または前記指に対応する情報を、ポインティングデバイスにより移動させることができる、
ことを特徴とする端末装置。
請求項２２から２９のいずれか１項に記載の端末装置において、
前記ユーザによる前記対象物の移動に関する前記指の動作を前記ロボットハンドに教示させることができる、
ことを特徴とする端末装置。
請求項２２から３０のいずれか１項に記載の端末装置において、
前記処理部は、前記位置関係を維持したまま、前記ユーザにより変更された前記対象物の位置に対応する、前記指の位置を取得する、
ことを特徴とする端末装置。
請求項３１に記載の端末装置において、
前記処理部は、前記指の位置を、前記指が互いに接近または離間する方向に平行な面内における、取得前の前記指の間の距離と、取得後の前記指の間の距離と、が一致するように取得する、
ことを特徴とする端末装置。
請求項２２から３２のいずれか１項に記載の端末装置において、
前記ロボットハンドは、前記指が設けられた基部を備え、
前記処理部は、前記基部に対して前記指を移動させることで前記対象物を移動させる、
ことを特徴とする端末装置。
請求項２２から３３のいずれか１項に記載の端末装置において、
前記ロボットハンドはロボットアームに設けられており、
前記処理部は、前記ロボットアームを停止させた状態で前記指を移動させることで前記対象物を移動させる、
ことを特徴とする端末装置。
対象物を把持可能な複数の指を備えたロボットハンドに所定情報の入力を行う端末装置の制御方法において、
前記端末装置は処理部を備えており、前記処理部は表示部に、
ユーザにより前記対象物の移動の指示が行われた場合、前記対象物を把持した状態における前記指の相対的な位置関係を維持するように、かつ前記ユーザの指示による前記対象物の移動を実行できる前記指の位置に対応する情報を表示し、
前記処理部は、前記表示部に、前記対象物に対応する情報を表示させ、前記表示部に表示された前記対象物に対応する情報を前記ユーザが操作することで、前記対象物の移動に対応する前記指の位置に対応する情報の表示を行う、
ことを特徴とする制御方法。
請求項２１または３５に記載の制御方法を、コンピュータに実行させる制御プログラム。
請求項３６に記載の制御プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。