JPH0469184A - ロボットハンドの把持制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、ロボットハンドの把持制御方法に係わり、さ
らに詳しくはロボットハンドが把持しようとする対象物
が予め教示された位置とは異なる位置に位置している場
合であっても正しく対象物を把持することを可能とする
ロボットハンドの把持制御方法に関する。

［従来の技術］ 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。

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
とが多く各種の子指多関節型ロボットハンドが使用され
ている。

例えば特開昭６２−１２４８９１　ｒ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。

しかしながらこの発明によるロボットハンドにおいては
、把持の対象物の位置が予め教示された位置からずれた
場合には、対象物を正確な位置・正確な姿勢で把持する
ことはできず、対象物およびロボットハンド自身を損傷
する可能性がある。

このように予め教示された位置から把持の対象物がずれ
ていても、確実な把持を可能とするための方法として、
例えば特開昭６２−１３９００６「ロボット制御装置」
がある。

この発明によれば、第６図に示すようにロボットハンド
に対象物とロボットハンドの相対位置を検出するセンサ
を設け、対象物の位置の偏差にもとづき適宜ロボットハ
ンドの位置を修正することにより、正確な把持が可能と
なる。

さらに他の方法として、第７図に示すようにテレビカメ
ラにより対象物とロボットハンドの位置を計測し、ロボ
ットハンドの修正動作を行うことも可能である。

［発明が解決しようとする課Ｍ］ しかしながら上記の方法においては、センサあるいはテ
レビカメラおよび画像処理装置が必要となるが、微小位
置ずれを正確に計測するためには装置が複雑となるばか
りでなく、経済的な問題が生じる。

従って本発明は、上記問題点に鑑み把持対象物の位置が
予め教示された位置から偏差を有する場合であっても安
価な装置によって、ロボットハンドおよび把持対象物を
損傷することなく正確に把持することを可能とする多指
型ロボットハンドの把持制御方法を提供することを目的
とする。

Ｃ課題を解決するための手段］ 本発明は自動生産ラインにおいては隣接のロボットある
いはベルトコンベアによりロボットハンドの把持対象物
が設置される場合が多いことに着目してなされたもので
、ロボットハンドの指の動作範囲内であれば、把持対象
物の位置が予め教示された位置に対し偏差を有していて
も正確な把持を可能とするものである。

即ち１以上の関節を有する指を複数本有する多指型ロボ
ットハンドの１以上の関節を有する指が予め教示された
複数段階の把持力の各段階に到達する毎に順次次の段階
の把持力を発生させる。

［作　用コ このようなロボットハンドの把持制御方法は、予め教示
された位置にアームを動かした後、複数の指を、各指が
受ける把持力検出器の出力を監視しながら、予め定めた
複数段階の把持力のうち第１の把持力が検出されるまで
作動し、全指が第１の把持力に到達した後、次の段階の
把持力の設定値に切り替えて把持動作を行う。したがっ
て最初に把持対象物に接触した指は、他の指が所定の把
持力を検出するまで待機することとなり、予め教示した
姿勢で把持対象物を正確に把持する。

［実施例］ 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。

このロボットハンドはそれぞれ３つの関節２１１．２１
２．２１３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。

第２図に、上記のロボットハンドの各指２１．２２．２
３の各関節２１１．２１２．２１３の制御装置の構成を
示す。

また第３図に第１Ｉ！ｌに示すロボットハンド全体の制
御装置の構成を示す。

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
置はモジニール化されており、第２図に示す関節制御装
！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。

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
れたジヨイントプーリ７４に伝達される。

ジヨイントプーリ７４が受ける把持力は、駆動プーリ７
２とジヨイントプーリ７４のほぼ中間に設置されたアイ
ドルプーリ７６を固定する梁状鋼片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
はジヨイントプーリ７４に取り付けられた角度センサ７
８で検出される。

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。

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。

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、梁状鋼片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に人力される。

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ａカする。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。

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。

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。

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１ｍ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６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−ａ　・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。

本発明に係るロボットハンドの把持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鋼片７７に取り付けられたトルク検
出器の出力を入力とし、上記の各関節制御装置に対し角
度目標値８３およびトルク目標値８５を出力する把持制
御装置１６が追設される。

第４図は、本発明に係るロボットハンドの位置決めの原
理図を示した図である。

即ち指の初期位置をＰ。、ロボットハンドに動作を教示
したときの把持位置をＰ、とすると、把持対象物を把持
するための動作を開始する前にＰ。

Ｐ３に基づいて仮想把持位置Ｐ、を算出する。

例えばＰｏとＰ３を結ぶ直線上で指が最も閉じた位置を
Ｐ４とすることができる。

またロボットハンドと把持対象物との偏移が大であり指
を移動させても把持対象物に接触しない場合には、Ｐａ
を頂点とし、ＰｏとＰ３を結ぶ直線を軸とする円錐の底
面の他の点を仮想把持位置Ｐ４に置き換えて、再度指を
Ｐｏから仮想把持位置Ｐ、に向かって動かすようにする
こともできる。

なおＰｌおよびＰ２はそれぞれ指の現在位置、指が把持
対象物と接触する位置を示す。

指を動作させながらトルク検出器の出力を監視し、検出
トルクが第１のトルク目標値と等しくなったときに把持
対象物に接触したと判断し、トルク目標値を第２のトル
ク目標値に変更し、把持対象物を確実に把持する。

第５図は把持制御装置１６で１つの関節にたいして実行
される把持制御のためのルーチンを示す図である。

ステップ４０１でロボットハンドの初期性ｆ！ｆＰ。

と予め教示された把持位置Ｐ３に基づき仮想把持位置Ｐ
４の座標を算出する。なおＰ４の座標は予め教示された
把持位置Ｐ３よりもロボットハンドを閉じた方向に定め
られ、把持対象物が予め教示された把持位置Ｐ３より指
を開いた方向あるいは閉じた方向のいずれの側に変位し
た場合にも把持可能なように定められる。

ステップ４０２で関節制御系の回転角度目標値８３とし
て初期位置Ｐ。から仮想把持位置Ｐ４までの移動に対応
した回転角度が設定され、トルク目標値８５として予め
定められた第１のトルク目標値が与えられロボットハン
ドの指が閉方向に動作する。ステップ４０３で梁状鋼片
７７に設置されたトルク検出器の出力を読み取り、ステ
ップ４０４でトルク検出器の検出した現トルクが予め設
定された第１のトルク目標値より大であるか否かが判定
される。ステップ４０４で否定判定された場合は、把持
対象物にロボットハンドが接触していないものと判断し
てステップ４０２にもどり指の閉方向動作を続ける。ス
テップ４０４で肯定判定された場合はステップ４０５で
全指が第１のトルク目標値に到達したか否かを判定する
。

第１のトルク目標値に到達していない指に対してステッ
プ４０２からステップ４０４を実行し、第１のトルク目
標値に到達した指に対してはステップ４０６で指の閉方
向動作を停止する。そしてステップ４０７で把持対象物
を確実に把持するために予め定められた第２のトルク目
標値がトルク目標値に設定され把持トルクを発生させる
。

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。

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
とが可能であり、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である。このため教示段階に要する
時間を大幅に短縮することが可能となる。

なお本実施例においてはトルク目標値を２段階に切り替
えることとしたが、３段階以上の目標値に順次切り替え
るようにすることもできる。

またトルク目標値は把持対象物の重心との関連で各指各
関節毎に異なった目標値に設定することも可能である。

さらに本実施例においては各指各関節が受ける把持力を
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
ジ等によっても把持力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。

［発明の効果コ 本発明によれば、把持対象物が予め教示した位置から変
位している場合であっても、ロボットハンドの指を仮想
把持位置に向かって移動させ、ロボットハンドの各部が
受ける把持力を複数段階設定された目標値と順次比較し
、各部がこの目標値に到達する毎に次の目標値に切り替
えることによってロボットハンドや把持対象物を損傷す
ることなく、把持対象物を確実に把持することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

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図は本発明の把持制御の原理を示す図、第５図は把
持制御操作を示すフローチャート、第６図は従来の把持
制御方法の第１の例を示す図、 第７図は従来の把持制御方法の第２の例を示す図である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１以上の関節を有する指を複数本有する多指型ロボ
   ットハンドで把持対象物を把持する場合における各指の
   把持制御方法であって、 該１以上の関節を有する指の把時力が予め教示された複
   数段階の把持力の各段階に到達する毎に順次次の段階の
   把持力を発生させるようにしたことを特徴とする多指型
   ロボットハンドの把持制御方法。