JPH0673828B2 - 人間形ロボット指機構の制御方法 - Google Patents
人間形ロボット指機構の制御方法Info
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- JPH0673828B2 JPH0673828B2 JP33124589A JP33124589A JPH0673828B2 JP H0673828 B2 JPH0673828 B2 JP H0673828B2 JP 33124589 A JP33124589 A JP 33124589A JP 33124589 A JP33124589 A JP 33124589A JP H0673828 B2 JPH0673828 B2 JP H0673828B2
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- joint
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Description
【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は人間形ロボット指機構の制御方法に関し、仮想
指先の概念を導入することにより容易に位置決め制御を
なし得るよう工夫したものである。
指先の概念を導入することにより容易に位置決め制御を
なし得るよう工夫したものである。
<従来の技術> ロボット指機構の技術は、まだグリッパ(1自由度程
度)の域をでておらず、人間の指構造を持つものは少な
い。高機能ロボット指機構としては、米国ユタ大学ハン
ド,JPL/スタンフォードハンド等があり、また日本では
工技院電子技術総合研究所(3本指ハンド),機械技術
研究所(5本指ハンド),早稲田大学(ミュージシャン
ロボット、5本指ハンド),三菱重工極限作業ロボット
ハンド(4本指)等がある。
度)の域をでておらず、人間の指構造を持つものは少な
い。高機能ロボット指機構としては、米国ユタ大学ハン
ド,JPL/スタンフォードハンド等があり、また日本では
工技院電子技術総合研究所(3本指ハンド),機械技術
研究所(5本指ハンド),早稲田大学(ミュージシャン
ロボット、5本指ハンド),三菱重工極限作業ロボット
ハンド(4本指)等がある。
上記ロボットハンドの構造は、電動モータや油圧もしく
は空圧シリンダをアクチュエータとし、ワイヤ・プーリ
系にて指の駆動を行ない、自由度構成は、人間の指とほ
ぼ同等である。
は空圧シリンダをアクチュエータとし、ワイヤ・プーリ
系にて指の駆動を行ない、自由度構成は、人間の指とほ
ぼ同等である。
<発明が解決しようとする課題> 上述の如き、ロボット指機構の中で、力覚,圧覚等のセ
ンサを備えているものは少く、その制御は位置、速度の
制御が中心である。
ンサを備えているものは少く、その制御は位置、速度の
制御が中心である。
また、従来のロボット指機構の研究対象は3本なり4
本,5本の指を用いて握る対象へのアクセス方法、すなわ
ち、いかにして各指を協調させて、制御するかといった
ものでありどちらかというと、腕の制御手法として論じ
られていることが多い。
本,5本の指を用いて握る対象へのアクセス方法、すなわ
ち、いかにして各指を協調させて、制御するかといった
ものでありどちらかというと、腕の制御手法として論じ
られていることが多い。
更に詳言すると、人間の指構造を模倣したロボット指
は、第1図に示すように、その関節構造が4自由度とな
る。そこで、3次元空間において、指先の回転による姿
勢を無視し、単純に指先位置(Px,Py,Pz)より、各関
節の角度を決定しようとすると、 この場合、指先の位置と各関節角度の関係は式(1)の
ようになる。すなわち、Px=…,Py=…,Pz=…という
3つの式より、各関節角度θ1,θ2,θ3,θ4と4つの
変数を決定しなくてはならず、一意に関節角度θ1〜θ4
を決定することは不可能となる。よって、指先の姿勢を
示す。
は、第1図に示すように、その関節構造が4自由度とな
る。そこで、3次元空間において、指先の回転による姿
勢を無視し、単純に指先位置(Px,Py,Pz)より、各関
節の角度を決定しようとすると、 この場合、指先の位置と各関節角度の関係は式(1)の
ようになる。すなわち、Px=…,Py=…,Pz=…という
3つの式より、各関節角度θ1,θ2,θ3,θ4と4つの
変数を決定しなくてはならず、一意に関節角度θ1〜θ4
を決定することは不可能となる。よって、指先の姿勢を
示す。
を指先位置(Px,Py,Pz)に加えて指定して各関節角度
θ1〜θ4を求めざるを得ない。
θ1〜θ4を求めざるを得ない。
すなわち、複雑な計算をより多くする必要が生じる上、
回転による姿勢を考慮することは、指先指定(ティーチ
ング,作業計画)において著しく直観性を損なうもので
ある。
回転による姿勢を考慮することは、指先指定(ティーチ
ング,作業計画)において著しく直観性を損なうもので
ある。
したがって、指の本数が3本,4本と増えるに従って、指
全体の位置決めに対して、回転による姿勢が必要とな
り、位置指定も増々、複雑かつ、直観性のないものとな
る。
全体の位置決めに対して、回転による姿勢が必要とな
り、位置指定も増々、複雑かつ、直観性のないものとな
る。
したがって、ロボット指の作業の機能性を失わせること
なく回転姿勢による複雑さを解決すれば、指先の位置を
1本指当り、単純に(x,y,z)のみの指定にて決定で
き、位置決め制御の単純化が図れる。
なく回転姿勢による複雑さを解決すれば、指先の位置を
1本指当り、単純に(x,y,z)のみの指定にて決定で
き、位置決め制御の単純化が図れる。
更に、例えば第3図に示すように、円柱25を指20,21,2
2,23で持って回転させようとすると、円柱(対象物)25
の“かたさ”“表面の摩擦”等を考慮して指先位置を設
定する必要があり厳密な位置指定は不可能である。
2,23で持って回転させようとすると、円柱(対象物)25
の“かたさ”“表面の摩擦”等を考慮して指先位置を設
定する必要があり厳密な位置指定は不可能である。
本発明は、上記従来技術に鑑み、制御を容易に行なうこ
とができるようになる人間形ロボット指機構の制御方法
を提供することを目的とする。
とができるようになる人間形ロボット指機構の制御方法
を提供することを目的とする。
<課題を解決するための手段> 上記目的を達成する本発明の構成は下記の知見を基礎と
するものである。
するものである。
すなわち、人間の指における第1関節(θ4に相当)
は、第2関節(θ3)と連動して動くことが多く、ロボ
ット指の第1関節角度(θ4)を厳密に指定すること
は、人間の指の高機能な作業性を考えても、さほど必要
はないと思われる。
は、第2関節(θ3)と連動して動くことが多く、ロボ
ット指の第1関節角度(θ4)を厳密に指定すること
は、人間の指の高機能な作業性を考えても、さほど必要
はないと思われる。
そこで、本発明ではこの第1関節(θ4)の位置決めは
行わず、指先に付属した力覚もしくは圧覚センサより得
られる力情報を基にした指先の力制御もしくは、把持す
る対象物の“表面のかたさ(剛性)”を考慮して行う関
節の剛性を制御するのみにし、θ1,θ2,θ3から指先
位置を決定、すなわち回転を無視した指先位置(x,y,
z)よりθ1〜θ3を決定し、(x,y,z)平面での指のもつ
回転姿勢の複雑さの解決を実現する。
行わず、指先に付属した力覚もしくは圧覚センサより得
られる力情報を基にした指先の力制御もしくは、把持す
る対象物の“表面のかたさ(剛性)”を考慮して行う関
節の剛性を制御するのみにし、θ1,θ2,θ3から指先
位置を決定、すなわち回転を無視した指先位置(x,y,
z)よりθ1〜θ3を決定し、(x,y,z)平面での指のもつ
回転姿勢の複雑さの解決を実現する。
そこで、本発明の構成は、力制御が可能なアクチュエー
タにより駆動され、最高4自由度をもつ人間形ロボット
指機構の制御方法であって、人間形ロボット指における
最も指先側の関節である第1関節は関節剛性若しくは力
覚,圧覚を制御するとともに、残りの関節は仮想の指先
を設定した位置制御を行なうようにしたことを特徴とす
る。
タにより駆動され、最高4自由度をもつ人間形ロボット
指機構の制御方法であって、人間形ロボット指における
最も指先側の関節である第1関節は関節剛性若しくは力
覚,圧覚を制御するとともに、残りの関節は仮想の指先
を設定した位置制御を行なうようにしたことを特徴とす
る。
<作用> 上記構成の本発明によれば、未知数が最大3個の関節角
度θ1〜θ3となるので、指先位置(Px,Py,Pz)を指定
することで指先の位置制御が行なわれる。
度θ1〜θ3となるので、指先位置(Px,Py,Pz)を指定
することで指先の位置制御が行なわれる。
<実施例> 以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
本実施例は、第1図に示すように第1〜第4関節1〜4
を有する4自由度のロボット指に適用するもので、この
ロボット指において、下式(3)から指先位置(Px,
Py,Pz)を指定することで,各関節角度θ1〜θ3を決定
するものである。
を有する4自由度のロボット指に適用するもので、この
ロボット指において、下式(3)から指先位置(Px,
Py,Pz)を指定することで,各関節角度θ1〜θ3を決定
するものである。
ここで、仮想の指先位置を ▲l* 3▼=l3+α・l4 …(4) 0<α<1 として決定する。
ここで、▲l* 3▼は単純には指リンクl3と4の合成長
さであるが、αという重み係数を用い、前記式(4)で
与えられる。前記αの値は作業の種類により重み付けを
行ない、例えば下表のようにあらかじめ決定し、作業の
種類毎に値を定めておく。
さであるが、αという重み係数を用い、前記式(4)で
与えられる。前記αの値は作業の種類により重み付けを
行ない、例えば下表のようにあらかじめ決定し、作業の
種類毎に値を定めておく。
すなわち、このαの値により指先の把持対象物への仮想
の接触点を指定するものと考える。この時第1関節は、
対象物への押し付け力一定等、力に関する情報(剛性で
も可)を制御しておけばよい。
の接触点を指定するものと考える。この時第1関節は、
対象物への押し付け力一定等、力に関する情報(剛性で
も可)を制御しておけばよい。
ロボット指における作業動作を、前記αの関係表におけ
る作業に対応させて第2図〜第5図に示す。
る作業に対応させて第2図〜第5図に示す。
(a)にぎり(第2図;親指20,人指し指21,中指22,薬
指23で円柱25をにぎる場合) 第2関節部のリンク(指の腹)が円柱25に接触している
ことが多いと考えられる。第2図(a),(b)に示す
ように、にぎった際に大体接触すると考えられる点を指
定すればよい。例えば第1関節部は常に一定力
(fconst)で押し付けていれば円柱25との接触は常に保
たれることになる。
指23で円柱25をにぎる場合) 第2関節部のリンク(指の腹)が円柱25に接触している
ことが多いと考えられる。第2図(a),(b)に示す
ように、にぎった際に大体接触すると考えられる点を指
定すればよい。例えば第1関節部は常に一定力
(fconst)で押し付けていれば円柱25との接触は常に保
たれることになる。
(b)つまみ(第3図;親指20,人指し指21,中指22,薬
指23で円柱25をつまみ、回転する場合) 第1関節部のリンク(指の腹)が円柱25と接触してい
る。位置指定は先のにぎりに従うこととし、例えば、第
3図(a),(b)に示すように、円柱25を回転させよ
うとした場合、単純にPi(i=0,1,2,3)をPi′に0を
中心に回転させた位置に指定しておけば、指のねじれ等
を考慮せずとも常に円柱25との接触を保ったままの動き
が実現できる。引きこすり(第4図)、押しこすり(第
5図)も同様の考え方でよい。
指23で円柱25をつまみ、回転する場合) 第1関節部のリンク(指の腹)が円柱25と接触してい
る。位置指定は先のにぎりに従うこととし、例えば、第
3図(a),(b)に示すように、円柱25を回転させよ
うとした場合、単純にPi(i=0,1,2,3)をPi′に0を
中心に回転させた位置に指定しておけば、指のねじれ等
を考慮せずとも常に円柱25との接触を保ったままの動き
が実現できる。引きこすり(第4図)、押しこすり(第
5図)も同様の考え方でよい。
人間形ロボット指機構で三角柱を回転させる場合(つま
み動作を伴なう場合)を例に採り、本実施例を第6図
(a),(b)に基づき、更に詳細に説明する。
み動作を伴なう場合)を例に採り、本実施例を第6図
(a),(b)に基づき、更に詳細に説明する。
本例では説明を簡単にするため、三角柱24をx,y平面内
にZ軸回りに回転させる。この場合、x,y平面内での指
先(親指20,人指し指21,中指22,薬指23)の位置は、 Pi(xi,yi)→P′i(x′i,y′i)→P″i(x″i,
y″i)というように順次変化していく。
にZ軸回りに回転させる。この場合、x,y平面内での指
先(親指20,人指し指21,中指22,薬指23)の位置は、 Pi(xi,yi)→P′i(x′i,y′i)→P″i(x″i,
y″i)というように順次変化していく。
一方、指先と三角柱24の接触は第7図(a)に示す通り
である。同図において、第1関節1の関節角度θ4は厳
密に規定する必要はなく、指の腹部分が三角柱24に触れ
てさえいればよい(To点)。また、第7図(b)は、第
2関節2より長さlЕ3+αl4先にある仮想指先をT′点
(仮想接触点)に設定すると、第1関節1が一定力(f
const)で押し付けるような力制御をしていれば、必ず
三角柱24との接触点Tが実現できることの説明図であ
る。従って、第4図(a)と同様の作用が得られ、Z軸
上の座標も決まる。
である。同図において、第1関節1の関節角度θ4は厳
密に規定する必要はなく、指の腹部分が三角柱24に触れ
てさえいればよい(To点)。また、第7図(b)は、第
2関節2より長さlЕ3+αl4先にある仮想指先をT′点
(仮想接触点)に設定すると、第1関節1が一定力(f
const)で押し付けるような力制御をしていれば、必ず
三角柱24との接触点Tが実現できることの説明図であ
る。従って、第4図(a)と同様の作用が得られ、Z軸
上の座標も決まる。
このようにして決定されたx,y,z空間中での位置Pi(xi,
yi,zi)から、式(3)の連立方程式を解いて、各関節
角度θ1〜θ3を算出し、各関節駆動のアクチュエータへ
出力する。
yi,zi)から、式(3)の連立方程式を解いて、各関節
角度θ1〜θ3を算出し、各関節駆動のアクチュエータへ
出力する。
因に、第7図(a)のTo点もTo(x,y,z)で決まってい
るのであるが、前記<発明が解決しようとする課題>の
項でも述べた通り、4関節の場合、式(1)により、各
関節角度θ1〜θ4を求めようとしても3元連立に4つの
変数をもっているため、解が得られない。そこで、この
場合には回転による姿勢(ロール・ピッチ・ヨーやオイ
ラ角等の指定方式)を指定する必要がある〔式
(2)〕。
るのであるが、前記<発明が解決しようとする課題>の
項でも述べた通り、4関節の場合、式(1)により、各
関節角度θ1〜θ4を求めようとしても3元連立に4つの
変数をもっているため、解が得られない。そこで、この
場合には回転による姿勢(ロール・ピッチ・ヨーやオイ
ラ角等の指定方式)を指定する必要がある〔式
(2)〕。
かかる手法は、すでに確立されているものでTo点を決定
することはできるが、物体との摩擦による指のねじれ等
を考慮する必要があり、特に物体の繰りを扱う場合非常
に複雑化する難点がある。
することはできるが、物体との摩擦による指のねじれ等
を考慮する必要があり、特に物体の繰りを扱う場合非常
に複雑化する難点がある。
第8図は本実施例を適用するロボット指機構の駆動系の
一例を示す説明図である。同図に示すように、この駆動
系は、電気モータ10をアクチュエータとし、ワイヤ12を
介して指関節を構成する指リンク駆動プーリ17を駆動す
ることで、指の動きを実現するものである。このとき、
位置制御は、電気モータ10の回転角を検出する位置セン
サ11もしくは、関節の回転角を検出する位置センサ15等
の情報を利用して行なう。要するに、指関節の回転角を
自在に操れる手法であれば良い。また、力制御は指リン
ク16に取りつけた力センサ13もしくは、指リンク駆動プ
ーリ17にかけられたワイヤ12に設置した張力センサ14等
の情報を利用して行う。これも位置制御の場合と同様で
力を自在に操れるものであれば良い。関節の剛性制御は
位置フィードバックゲインもしくは、力フィードバック
ゲイン等を可変にすることで実施すれば良い。要するに
いずれも従来の制御手法を利用することで実現し得る。
一例を示す説明図である。同図に示すように、この駆動
系は、電気モータ10をアクチュエータとし、ワイヤ12を
介して指関節を構成する指リンク駆動プーリ17を駆動す
ることで、指の動きを実現するものである。このとき、
位置制御は、電気モータ10の回転角を検出する位置セン
サ11もしくは、関節の回転角を検出する位置センサ15等
の情報を利用して行なう。要するに、指関節の回転角を
自在に操れる手法であれば良い。また、力制御は指リン
ク16に取りつけた力センサ13もしくは、指リンク駆動プ
ーリ17にかけられたワイヤ12に設置した張力センサ14等
の情報を利用して行う。これも位置制御の場合と同様で
力を自在に操れるものであれば良い。関節の剛性制御は
位置フィードバックゲインもしくは、力フィードバック
ゲイン等を可変にすることで実施すれば良い。要するに
いずれも従来の制御手法を利用することで実現し得る。
<発明の効果> 以上実施例とともに具体的に説明したように、本発明に
よれば、一般に、x,y,z3次元空間での位置決めは、x,y,
zの位置と、各軸回りの回転、計6つの変数により指定
し、各関節角度を決定しなければならないのに対し、直
観性の良いx,y,z3つの位置により、人間形4自由度迄の
人間形ロボット指の指先の指定ができるばかりでなく、
回転の姿勢を考慮した効果と同等もしくはそれ以上の効
果が期待できる。
よれば、一般に、x,y,z3次元空間での位置決めは、x,y,
zの位置と、各軸回りの回転、計6つの変数により指定
し、各関節角度を決定しなければならないのに対し、直
観性の良いx,y,z3つの位置により、人間形4自由度迄の
人間形ロボット指の指先の指定ができるばかりでなく、
回転の姿勢を考慮した効果と同等もしくはそれ以上の効
果が期待できる。
第1図は本発明の実施例を適用する4自由度の人間形ロ
ボット指を示す説明図、第2図〜第5図は前記ロボット
指による作業を説明するための説明図、第6図(a)は
前記ロボット指で三角柱を回転させる場合の三角柱の把
持態様を示す説明図、第6図(b)はその把持される三
角柱を示す斜視図、第7図(a),(b)は前記把持態
様を指先部分を対象に拡大して示す説明図、第8図は本
発明の実施例を適用するロボット指機構の駆動系の一例
を示す説明図である。 図面中、 1は第1関節、 2は第2関節、 3は第3関節、 4は第4関節、 θ1,θ2,θ3,θ4は関節角度である。
ボット指を示す説明図、第2図〜第5図は前記ロボット
指による作業を説明するための説明図、第6図(a)は
前記ロボット指で三角柱を回転させる場合の三角柱の把
持態様を示す説明図、第6図(b)はその把持される三
角柱を示す斜視図、第7図(a),(b)は前記把持態
様を指先部分を対象に拡大して示す説明図、第8図は本
発明の実施例を適用するロボット指機構の駆動系の一例
を示す説明図である。 図面中、 1は第1関節、 2は第2関節、 3は第3関節、 4は第4関節、 θ1,θ2,θ3,θ4は関節角度である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川内 直人 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−217073(JP,A) 特開 昭62−120990(JP,A)
Claims (1)
- 【請求項1】力制御が可能なアクチュエータにより駆動
され、最高4自由度をもつ人間形ロボット指機構の制御
方法であって、人間形ロボット指における最も指先側の
関節である第1関節は関節剛性若しくは力覚,圧覚を制
御するとともに、残りの関節は仮想の指先を設定した位
置制御を行なうようにしたことを特徴とする人間形ロボ
ット指機構の制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33124589A JPH0673828B2 (ja) | 1989-12-22 | 1989-12-22 | 人間形ロボット指機構の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33124589A JPH0673828B2 (ja) | 1989-12-22 | 1989-12-22 | 人間形ロボット指機構の制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03196983A JPH03196983A (ja) | 1991-08-28 |
JPH0673828B2 true JPH0673828B2 (ja) | 1994-09-21 |
Family
ID=18241523
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33124589A Expired - Fee Related JPH0673828B2 (ja) | 1989-12-22 | 1989-12-22 | 人間形ロボット指機構の制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0673828B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4211701B2 (ja) * | 2004-07-21 | 2009-01-21 | トヨタ自動車株式会社 | ロボットハンドの把持制御装置 |
JP4715296B2 (ja) * | 2005-05-12 | 2011-07-06 | トヨタ自動車株式会社 | ロボットハンドの持ち替え把持制御方法。 |
DE102006006322B3 (de) * | 2006-02-11 | 2007-06-28 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Roboterhand |
US8489239B2 (en) * | 2010-11-01 | 2013-07-16 | GM Global Technology Operations LLC | Robust operation of tendon-driven robot fingers using force and position-based control laws |
JP6640792B2 (ja) * | 2017-06-30 | 2020-02-05 | ファナック株式会社 | ハンド制御装置、ハンド制御方法、およびハンドのシミュレーション装置 |
-
1989
- 1989-12-22 JP JP33124589A patent/JPH0673828B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03196983A (ja) | 1991-08-28 |
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