JPH09300258A - Control device for multi-finger and multi-joint hand - Google Patents
Control device for multi-finger and multi-joint handInfo
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- JPH09300258A JPH09300258A JP8147992A JP14799296A JPH09300258A JP H09300258 A JPH09300258 A JP H09300258A JP 8147992 A JP8147992 A JP 8147992A JP 14799296 A JP14799296 A JP 14799296A JP H09300258 A JPH09300258 A JP H09300258A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、物体を把持する多
指多関節を有するロボットハンドの制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a controller for a robot hand having multiple fingers and multiple joints for holding an object.
【０００２】[0002]
【従来の技術】多指多関節ハンドは、１自由度の開閉し
かできないグリッパ型のハンドとは異なり、多関節構造
を流用した多様な動作が可能なので、汎用的なハンドと
して使うことができる。従来、ロボット多指多関節ハン
ドを指先で物体を把持したままで動作させる場合、把持
状態を考慮して指先軌道を計算し、制御装置にそれぞれ
の指先の軌道指令を入力する。［以下、これを『従来
例』という］。2. Description of the Related Art Unlike a gripper type hand that can only open and close with one degree of freedom, a multi-fingered and multi-jointed hand can perform a variety of operations utilizing a multi-jointed structure, and thus can be used as a general-purpose hand. Conventionally, when a robot multi-fingered multi-joint hand is operated while holding an object with a fingertip, a fingertip trajectory is calculated in consideration of the grasped state, and a trajectory command for each fingertip is input to the control device. [Hereinafter, this is referred to as "conventional example"].
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来例では
ロボット多指多関節ハンドの各指先の位置を指令として
制御装置に入力しようとすると、物体を把持するための
位置指令をそれぞれの指について計算してから入力しな
ければならない。また、指の本数が多くなると、入力す
る指先位置指令の数が多くなるという問題もある。さら
に、従来例は多指多関節ハンドを動作させようとする
と、動作を指定する変数が多いので、操作しにくいとい
う問題があった。例えば３関節指３本のハンドでは、単
純な関節角度制御でも９関節の変数を指定しなければな
らない。さらに、物体を掴んだり掴んだ物体の移動や回
転を行うような協調動作では、複数の指を、各指の相対
的な動作を考慮しながら同時に動作させる必要があり、
直感的に動作を指令することが困難である。ここにおい
て、本発明は、物体を把持するロボット多指多関節ハン
ドの制御装置において、少数の変数のみの操作による簡
潔な手法手順に基づいて、多指多関節ハンドを指令した
位置姿勢を執るように移動させる手段を備えた、すなわ
ち多指多関節ハンドへの動作指令が容易に行える機能を
備えた多指多関節ハンドの制御装置を提供することを目
的とする。However, in the conventional example, when the position of each fingertip of the robot multi-fingered articulated hand is input as a command to the control device, a position command for gripping an object is calculated for each finger. You must then enter it. There is also a problem that the number of fingertip position commands to be input increases as the number of fingers increases. Further, in the conventional example, when trying to operate the multi-fingered and multi-jointed hand, there is a problem that it is difficult to operate because there are many variables that specify the operation. For example, in a hand with three joints and three fingers, variables of nine joints must be specified even by simple joint angle control. Furthermore, in coordinated movements such as grasping an object or moving or rotating the grasped object, it is necessary to move a plurality of fingers at the same time while considering the relative movements of the fingers,
It is difficult to intuitively command the operation. Here, according to the present invention, in a control device for a robot multi-fingered articulated hand that grips an object, a multi-fingered multi-joint hand is commanded to take a position and orientation based on a simple procedure by operating only a small number of variables. It is an object of the present invention to provide a control device for a multi-fingered joint hand, which is provided with a means for moving the hand, that is, a function for easily issuing an operation command to the multi-fingered joint hand.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、物体を把持するロボット多指多関節ハンド
の制御装置において、装置内に設けた移動座標系上でハ
ンドの各指先位置をベクトルで記述し、そのベクトルを
一定に保ったままで移動座標系の位置姿勢を制御装置へ
入力するように構成した多指多関節ハンドの制御装置で
ある。これにより、各指先の相対的な位置関係を変える
こよなく多指多関節ハンドを動作させることができ、従
って物体を把持したまま多指多関節ハンドを動作させる
ことができるように構成した多指多関節ハンドの制御装
置が得られる。In order to solve this problem, the present invention relates to a robot multi-fingered multi-joint hand control device for gripping an object, and the position of each fingertip of the hand on a moving coordinate system provided in the device. Is described as a vector, and the vector and position are kept constant, and the position and orientation of the moving coordinate system are input to the controller. As a result, the multi-fingered multi-joint hand can be operated without changing the relative positional relationship of the fingertips, and thus the multi-fingered multi-joint hand can be operated while gripping an object. A control device for the joint hand is obtained.
【０００５】[0005]
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、物体を把持するロボットの多指多関節ハンドの制御
装置において、固定された作業座標系と、その作業座標
系内で並進および回転する一つの移動座標系を設け、そ
の移動座標系上で記述するベクトルによって指先の相対
的な位置関係を表し、そのベクトルを作業座標系に座標
変換して指先の目標位置とする機能を備え、前記ベクト
ルを一定に保ったままで、前記移動座標系の目標位置お
よび姿勢を指令入力とすることを特徴とする多指多関節
ハンドの制御装置としたものであり、これにより前記ベ
クトルを一定に保つことから、各指先の相対的な位置関
係を変えることなく多指多関節ハンドを動作させるるこ
とができ、従って物体を把持したままで多指多関節ハン
ドを動作させることができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention according to claim 1 of the present invention is, in a control device for a multi-fingered and multi-jointed hand of a robot for gripping an object, a fixed work coordinate system and a translation in the work coordinate system. And a single moving coordinate system that rotates, the relative positional relationship of the fingertip is expressed by the vector described on the moving coordinate system, and the function of converting the vector to the working coordinate system and setting the target position of the fingertip. The control device for a multi-fingered articulated hand is characterized in that the target position and the posture of the moving coordinate system are input as commands while keeping the vector constant. Therefore, the multi-fingered articulated hand can be operated without changing the relative positional relationship of the fingertips. Therefore, the multi-fingered articulated hand can be operated while holding an object. It can be.
【０００６】本発明の請求項２に記載の発明は、特定の
一つの指先の新たな位置，姿勢への運動を指令する入力
が与えられる移動座標系部と、前記指先の移動座標系に
おいて記述されるベクトルを記憶するベクトル記憶部
と、前記移動座標系部の出力と前記ベクトル記憶部の情
報を導入し座標変換を演算する座標変換部と、前記座標
変換部から制御目標値を受けて移動制御するように多指
多関節ハンドの指先へ出力する制御部とを設けたことを
特徴とする請求項１記載の多指多関節ハンドの制御装置
としたものであり、これにより記憶させた動作様式から
目的の動作を選択し、少数の変数を操作すると、選択し
た動作様式に基づいて、多指多関節ハンドの制御装置内
部でハンドの各関節の制御目標値が自動的に生成される
ので、多指多関節ハンドを動作させるための指令が簡単
になるという作用を有する。The invention according to claim 2 of the present invention is described in a moving coordinate system section to which an input for instructing the movement of one specific fingertip to a new position and posture is given, and the moving coordinate system of the fingertip. A vector storage unit that stores a vector to be stored, a coordinate conversion unit that calculates the coordinate conversion by introducing the output of the moving coordinate system unit and the information of the vector storage unit, and moves by receiving a control target value from the coordinate conversion unit. The control device for outputting to a fingertip of a multi-fingered multi-joint hand so as to control the multi-fingered multi-joint hand according to claim 1, wherein the operation is stored. If you select the desired motion from the mode and operate a small number of variables, the control target value of each joint of the hand is automatically generated inside the controller of the multi-fingered articulated hand based on the selected motion mode. , Polydactyl joint Such an action command can be simplified for operating the de.
【０００７】請求項３に記載の発明は、前記移動座標系
の上で前記ハンドの規範となる動作様式を複数記憶させ
て選択できるようにし、前記移動座標系と前記動作様式
とから前記ハンドの制御目標値を算出することとし、前
記移動座標系と前記動作様式を規定する変数のうち一部
の変数のみを操作して動作を指令するこを特徴とする多
指多関節ハンドの制御装置としたものであり、これによ
り動作様式または移動変数の選択と１個程度の変数の操
作のみで動作指令が可能になるという作用を有する。According to a third aspect of the present invention, a plurality of reference motion patterns of the hand are stored and selected on the moving coordinate system, and the hand pattern can be selected from the moving coordinate system and the motion pattern. A control device for a multi-fingered and multi-jointed hand, characterized in that a control target value is calculated, and a motion is instructed by operating only some of the variables that define the moving coordinate system and the motion pattern. This has the effect of making it possible to issue a motion command only by selecting a motion pattern or movement variable and manipulating about one variable.
【０００８】請求項４に記載の発明は、複数個の動作様
式を記憶しておきこれを選択する入力に応じて特定の動
作様式を出力する動作様式記憶部と、移動変数指定に基
づいて移動座標系位置姿勢を表す変数のうち動作指令変
数として指令される変数が与えられる移動座標系と、移
動指令変数の入力と前記移動様式記憶部からの入力と前
記移動座標系とからの移動指令変数として指令される変
数とを受入れ制御目標値を演算導出する指令変換部と、
前記制御目標値を受入れて多指多関節ハンドを制御する
制御部から構成されるこを特徴とする請求項４記載の多
指多関節ハンドの制御装置としたものであり、これによ
り動作を指令するための入力が簡便化され得るという作
用を有する。According to a fourth aspect of the present invention, a plurality of operation modes are stored and an operation mode storage unit for outputting a specific operation mode in response to an input for selecting the operation mode, and movement based on a movement variable designation. A moving coordinate system to which a variable to be commanded as a motion command variable is given among variables representing the coordinate system position and orientation, an input of a moving command variable, an input from the moving mode storage unit, and a moving command variable from the moving coordinate system. A command conversion unit that accepts a variable commanded as and calculates and derives a control target value,
5. The control device for a multi-fingered articulated hand according to claim 4, wherein the control unit is configured to receive the control target value and control the multi-fingered articulated hand. This has the effect that the input for doing can be simplified.
【０００９】請求項５に記載の発明は、制御する多指多
関節ハンドを３本の３関節指から成り、各指先を空間３
自由度で位置制御することし、前記３本の３関節指の指
先で物体を掴む時に、指を開いたり閉じたりする動作様
式として前記移動座標系の下で、円周上に指先が配置さ
れるときはその半径を変数とし、三角形の頂点に指先が
配置されるときは二等辺三角形の頂点の高さをそれぞれ
変化させることによって、指の開閉移動を規定するこを
特徴とする請求項５記載の多指多関節ハンドの制御装置
としたものであり、これにより最も簡潔な変数入力で物
体を把持しての移動ができるという作用を有する。According to a fifth aspect of the present invention, a multi-fingered multi-joint hand to be controlled is composed of three three-joint fingers, and each fingertip has a space 3
By controlling the position with a degree of freedom, when grasping an object with the fingertips of the three joints, the fingertips are arranged on the circumference of the circle under the moving coordinate system as an operation mode of opening and closing the fingers. The opening and closing movement of the finger is defined by changing the radius of the finger when the fingertip is placed at the apex of the triangle and changing the height of the apex of the isosceles triangle when the fingertip is placed at the apex of the triangle. This is a control device for the described multi-fingered and multi-jointed hand, which has the effect that an object can be gripped and moved with the simplest variable input.
【００１０】請求項６に記載の発明は、前記多指多関節
ハンドの指先に力センサーを備え、その力検出情報を前
記制御部へ帰還して把持物体と前記指先との位置ずれを
調整することを特徴とする請求項１ないし請求項５のい
ずれかの項に記載の多指多関節ハンドの制御装置とした
ものであり、これにより把持物体への力情報を利用して
インピーダンス制御のような力帰還制御を行い、把持物
体とロボット指との位置ずれを補償するという作用を有
する。以下、本発明を、図面に示す実施の形態に基づい
て説明する。なお、全ての図面において、同一符号は同
一若しくは相当部材とする。According to a sixth aspect of the present invention, a force sensor is provided at the fingertip of the multi-fingered articulated hand, and the force detection information is returned to the control unit to adjust the positional deviation between the grasped object and the fingertip. The control device for a multi-fingered and multi-joint hand according to any one of claims 1 to 5, wherein impedance control is performed by using force information to a grasped object. The force feedback control is performed to compensate for the positional deviation between the gripped object and the robot finger. Hereinafter, the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings. In all the drawings, the same reference numerals denote the same or corresponding members.
【００１１】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１の回路構成を示すブロック図である。制御装置１へ
多指多関節ハンドの運動を指令する入力２は、制御装置
１内で設定する移動座標系での位置および姿勢である。
移動座標系変数出力部３は入力された指令に従って位置
姿勢が変化する制御装置１において、物体を把持するた
めのハンドの指の相対的な位置関係を表すベクトルと変
数出力が、それぞれの指に関してベクトルＶ1 記憶部９
a などで設定されており、これらのベクトルと変数出力
は座標変換部５a で座標変換され、物体を把持した状態
で一定に保つ。(First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of a first embodiment of the present invention. The input 2 for commanding the movement of the multi-fingered and multi-joint hand to the control device 1 is the position and posture in the moving coordinate system set in the control device 1.
The moving coordinate system variable output unit 3 is a controller 1 in which the position and orientation change according to an input instruction, and a vector and a variable output indicating a relative positional relationship of fingers of a hand for grasping an object are output for each finger. Vector V 1 storage unit 9
a like is set, the variable output and these vectors are coordinate transformation by the coordinate transformation unit 5 a, kept constant while gripping the object.
【００１２】ロボット指制御部４a ，４b …は、ロボッ
ト指の共通する基底に固定して設定された作業座標系に
座標変換手段５a ，５b …で座標変換され、それぞれの
ロボット指の位置指令としてロボット指制御部３a ，３
b … に送られる。このベクトルは、制御装置１内で移
動座標系から作業座標系に座標変換演算され、それぞれ
のロボット指の位置指令としてロボット指制御部４a ，
４b …に送られる。ロボット指制御部４a ，４b …は、
ロボット指６a ，６b …の共通する基底に固定して設定
された作業座標系の位置指令に従ってロボット指６a ，
６b…の位置姿勢の制御を行う。The robot finger control units 4 a , 4 b, ... Are coordinate-converted by the coordinate conversion means 5 a , 5 b, ... To the work coordinate system fixedly set on the common base of the robot fingers, and the respective robot fingers are controlled. As a position command of the robot finger control units 3 a , 3
sent to b ... This vector is subjected to coordinate conversion calculation from the moving coordinate system to the working coordinate system in the control device 1, and the robot finger control units 4 a ,
Sent to 4b ... The robot finger control units 4 a , 4 b ...
The robot fingers 6 a , 6 b, ... According to the position command of the work coordinate system fixedly set to the common base, the robot fingers 6 a , 6 b ,.
6b ... Controls the position and orientation.
【００１３】図２は、この実施の形態１において制御装
置内に設定する座標系とベクトルの説明図である。ロボ
ット指の共通する基底には固定された作業座標系Σb が
設定してあり、ロボット指制御部４a ，４b …はこの作
業座標系Σb に基づいてロボット指６a ，６b …を制御
する。Σo は作業座標系Σb 内で移動する移動座標系で
位置と姿勢を表す。Ｖ1 およびＶ2 は、移動座標系Σo
において例えばペンダント，パソコン等で記述されるベ
クトルで、ロボット指６a および６b …の移動座標系Σ
o 上における相対位置を表す。例えば、ベクトルＶ1 は
３次元の直交座標として（Ｘ1,Ｙ1,Ｚ1)と表わせる。FIG. 2 is an explanatory diagram of the coordinate system and the vector set in the control unit in the first embodiment. A fixed work coordinate system Σb is set on the common base of the robot fingers, and the robot finger control units 4 a , 4 b ... Control the robot fingers 6 a , 6 b ... Based on this work coordinate system Σb. To do. Σo is a moving coordinate system that moves within the work coordinate system Σb, and represents position and orientation. V1 and V2 are moving coordinate system Σo
In the moving coordinate system Σ of the robot fingers 6 a and 6 b ...
o Represents the relative position above. For example, the vector V1 can be expressed as (X1, Y1, Z1) as three-dimensional Cartesian coordinates.
【００１４】座標変換によって作業座標系Σb における
ロボット指６a ，６b …の目標位置Ｐ1 およびＰ2 は、
ベクトルＶ1 およびＶ2 と移動座標系Σo の位置姿勢を
表すＶo およびＲo によって、 Ｐi ＝Ｖo ＋Ｒo ・Ｖi ただし、i ＝１，２… と、座標変換することによって得られる。以上の説明で
は、多指多関節ハンドは２本指で示してあったが、指の
本数が増加したときも、同様な方法で適用でき、運動を
指令する入力は移動座標系Σo の位置姿勢を決める６変
数［図２に矢印で表したベクトルで示している、移動座
標系の位置に係るベクトルＶo と、回転行列Ｒo の各３
自由度の計６変数］だけでよい。また、移動座標系Σo
を多指多関節ハンドによって把持する物体に設定すれ
ば、移動座標系Σo の運動はそのまま把持物体の運動を
表すことになり、把持物体の動作を直接制御装置に指令
できる。[0014] robot finger 6 a, 6 b ... target position P1 and P2 in the working coordinate system Σb by the coordinate transformation,
Pi = Vo + Ro.Vi, where i = 1, 2, ... Is obtained by the coordinate conversion of the vectors V1 and V2 and Vo and Ro representing the position and orientation of the moving coordinate system .SIGMA.o. In the above description, the multi-fingered and multi-jointed hand is shown with two fingers, but it can be applied in the same manner even when the number of fingers increases, and the input for instructing the movement is the position and orientation of the moving coordinate system Σo. 6 variables that determine the [vector Vo relating to the position of the moving coordinate system, which is shown by the vector represented by the arrow in FIG. 2, and 3 of each of the rotation matrix Ro.
6 variables in total freedom] Also, the moving coordinate system Σo
If is set as an object to be gripped by a multi-fingered articulated hand, the motion of the moving coordinate system Σo directly represents the motion of the gripped object, and the motion of the gripped object can be directly instructed to the control device.
【００１５】（実施の形態２）図３は本発明の他の実施
の形態における制御装置の回路構成を示すブロック図、
図４と図５はロボット指先で把持物体を把持している状
態を表す説明図である。このロボット指制御部４a ，４
b …では、指先が確実に把持物体９を捉えるために、ロ
ボット指に取り付けられた力センサ７a ，７b …の力情
報８a ，８b …を利用してインピーダンス制御のような
力帰還制御を行い、把持物体とロボット指との位置ずれ
を補償する。このような多指多関節ハンド６a ，６b の
指先によって物体９を把持するときの力センサ７a ，７
b による力帰還制御の態様を図４と図５に示している。
すなわち、多指多関節ハンドがワークを把持してそれを
動作させる具体例の説明図を、図４と図５に示す。図４
は、多指多関節ハンドを適用してボルトやナット10の螺
子回しを行う状態を表す。図５は把持したペン11等の先
端位置の制御を行う状態を示す説明図を表している。(Embodiment 2) FIG. 3 is a block diagram showing a circuit configuration of a control device according to another embodiment of the present invention.
4 and 5 are explanatory views showing a state in which a gripping object is gripped by the fingertip of the robot. This robot finger control unit 4a , 4
In b ..., for fingertip capture reliably grip the object 9, the force feedback, such as by using a force sensor 7 is attached to the robot finger a, 7 b ... force information 8 a, 8 b ... Impedance Control Control is performed to compensate for the positional deviation between the grasped object and the robot finger. Force sensors 7 a , 7 when gripping the object 9 with the fingertips of the multi-fingered, multi-joint hands 6 a , 6 b
The mode of force feedback control by b is shown in FIGS. 4 and 5.
That is, FIGS. 4 and 5 are explanatory views of a specific example in which the multi-fingered multi-joint hand grips the work and operates it. FIG.
Represents a state in which a multi-fingered and multi-joint hand is applied to screw the bolts and nuts 10. FIG. 5 shows an explanatory view showing a state in which the tip position of the gripped pen 11 or the like is controlled.
【００１６】（実施の形態３）図６は本発明の別の実施
の形態における回路構成を示すブロック図、図７はこの
別の実施の形態で動作する多指多関節ハンドと移動座標
系の模式図、図８はこの別の実施の形態における動作様
式の例を示す説明図である。図６において、60は制御装
置、61は制御される多指多関節ハンド、62は制御部へ制
御目標値を出力する移動指令部、63は移動座標系位置姿
勢を表す変数のうち動作指令変数として指令される変数
を選択する手段、64は多指多関節ハンド61の動作様式の
態様を決めておきそれを予め設定しておく動作様式記憶
部である。(Embodiment 3) FIG. 6 is a block diagram showing a circuit configuration in another embodiment of the present invention, and FIG. 7 shows a multi-fingered and multi-joint hand operating in this another embodiment and a moving coordinate system. FIG. 8 is a schematic diagram, and FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of an operation mode in this another embodiment. In FIG. 6, reference numeral 60 is a control device, 61 is a multi-fingered and multi-joint hand to be controlled, 62 is a movement command unit that outputs a control target value to the control unit, and 63 is a motion command variable among variables that represent the position and orientation of the moving coordinate system. Is a means for selecting a variable to be instructed as, and 64 is an operation mode storage section for determining the mode of the operation mode of the multi-fingered and multi-joint hand 61 and presetting it.
【００１７】65は指令変換部で、動作様式記憶部64から
選択された動作様式と移動座標系の変数の出力手段63の
出力とをそれぞれ導入し、動作指令変数68から多指多関
節ハンド61に適した制御目標値56を出力する手段であ
る。制御目標値66を受け入れた制御部67は、制御される
多指多関節ハンドの一つの61を目的の位置姿勢になるよ
うに駆動制御する。なお、この別の実施の形態で制御す
る多指多関節ハンドの指先61a,61b,61c …は、図７に示
すように３本の３関節指から成り、各指先61a,61b,61c
を空間３自由度で位置制御できるものである。A command conversion unit 65 introduces the motion pattern selected from the motion pattern storage unit 64 and the output of the output unit 63 of the variable of the moving coordinate system, respectively, and converts the motion command variable 68 from the multi-fingered articulated hand 61. Is a means for outputting a control target value 56 suitable for The control unit 67 that has received the control target value 66 drives and controls one of the controlled multi-fingered and multi-jointed hands 61 so as to have a target position and orientation. Note that the fingertips 61a, 61b, 61c, ... Of the multi-fingered, multi-jointed hand controlled in this other embodiment are each composed of three three-joint fingers as shown in FIG. 7, and each fingertip 61a, 61b, 61c.
The position can be controlled with three degrees of freedom in space.
【００１８】図８では、３本指ハンドの指先で物体を掴
む時に、指を開いたり閉じたりする動作様式の２つの例
を示し、こでの各指先61a,61b,61c は各指先の位置を表
している。図７に示すような移動座標系の下で、図８
(a) は円周上に指先が配置され、図８(b) では三角形の
頂点に指先が配置される。いずれも変数ｆ1,ｆ2 …を変
化させることによって、指の開閉動作を規定できる。つ
まり、図８(a) では、円の半径を表す変数ｆ1 でそれぞ
れの指先が縁の中心に向かい、あるいは中心から遠ざか
る動作を規定する。図８(b) では、三角形の高さを表す
変数ｆ2 で、指61a が指61b と指61c に向き合って互い
に近づく、あるは遠ざかる動作を規定する。FIG. 8 shows two examples of the operation patterns of opening and closing the finger when grasping an object with the fingertips of the three-fingered hand. The fingertips 61a, 61b, 61c are the positions of the fingertips. Is represented. Under the moving coordinate system as shown in FIG.
In (a), the fingertip is placed on the circumference, and in Fig. 8 (b), the fingertip is placed at the apex of the triangle. In either case, the opening / closing motion of the finger can be defined by changing the variables f 1, f 2, ... That is, in FIG. 8A, the movement of each fingertip toward or away from the center of the edge is defined by the variable f 1 representing the radius of the circle. In FIG. 8B, a variable f 2 representing the height of the triangle defines the movement of the finger 61a facing the finger 61b and the finger 61c toward each other or moving away from each other.
【００１９】なお、動作様式を規定する補助変数とし
て、図８(a) では角度変数θ1 とθ 2、図８(b) では三
角形の底辺長変数ｒ1 とｒ2 があり、これによって指の
配置を調整できるので、多指多関節ハンドの持つ自由度
性を活用して、把持物体の形状に対応することも可能で
ある。ただし、これらは動作様式の目的である指の開閉
動作中には変化させる必要はない。動作指令部62には図
８で示したような動作様式が64に記憶されており、操作
者や上位装置( 不図示) からの入力に従って、記憶され
た動作様式を選択し、移動変数指定の入力に応じてこの
場合は移動座標系変数出力部63で移動座標系に対する指
令変数を指定する。As auxiliary variables that define the motion pattern, there are angle variables θ 1 and θ 2 in FIG. 8 (a) and triangle base length variables r 1 and r 2 in FIG. 8 (b). Since it is possible to adjust the arrangement, it is possible to utilize the flexibility of the multi-fingered and multi-jointed hand to accommodate the shape of the grasped object. However, these do not need to be changed during the opening / closing operation of the finger, which is the purpose of the operation mode. The motion command unit 62 stores the motion pattern shown in FIG. 8 in 64. According to the input from the operator or a higher-level device (not shown), the stored motion pattern is selected to specify the movement variable. In this case, in accordance with the input, the moving coordinate system variable output unit 63 specifies the command variable for the moving coordinate system.
【００２０】動作座標系と選択された動作様式から、指
令変換部65が制御目標値66となる多指多関節ハンド61の
指先位置を算出する。制御部67は、制御目標値66に従っ
て指先位置制御を行い、多指多関節ハンド61を移動させ
る。図８で示した移動様式によれば、ｆ1,ｆ2 …という
変数を変化させるだけで、指の開閉移動を行わせること
ができ、事前に図８(a) または図８(b) の移動様式を選
択することによって、異なる開閉移動が実行可能であ
る。同様に、移動座標系63は６個（位置，姿勢各３個の
自由度）の変数で規定できるが、この中から１方向の移
動または回転を表す変数を取り出し、これを変化させこ
とで、各多指多関節ハンドの指先を協調させながら規定
の方向に移動または回転させることもできる。From the operation coordinate system and the selected operation mode, the command conversion unit 65 calculates the fingertip position of the multi-fingered and multi-jointed hand 61 which becomes the control target value 66. The control unit 67 controls the fingertip position according to the control target value 66 and moves the multi-fingered, multi-joint hand 61. According to the movement mode shown in FIG. 8, the fingers can be opened and closed by simply changing the variables f 1, f 2, ..., In advance, as shown in FIG. 8 (a) or 8 (b). Different opening and closing movements can be performed by selecting the movement mode. Similarly, the moving coordinate system 63 can be defined by 6 variables (3 degrees of freedom for each of position and orientation), but by extracting a variable that represents movement or rotation in one direction from among these, and changing this, The fingertips of the multi-fingered and multi-jointed hands can be moved or rotated in a prescribed direction while cooperating with each other.
【００２１】例えば、移動であればＸ座標変数のみを変
化させ、他の５変数（Ｙ，Ｚ座標の２変数と回転角度の
３変数）および動作様式の全変数は一定値に固定すれば
良い。このような、動作様式または移動座標系を選定す
る変数の中から、目的の動作を規定する変数のみを取り
出し、動作指令変数68として制御装置60に入力できるよ
うにしている。こうすることによって、この制御装置60
を使う操作者は、１個程度の変数を操作するだけで、多
指多関節ハンドの機能的な動作を行わせることができ
る。なお、制御部67は指先位置制御だけでなく、関節角
度制御または力制御やコンプライアンス制御等の制御手
法を使っても良く、制御部67の機能に応じた制御目標値
を生成する機能を、指令変換部65に具備させれば良い。For example, in the case of movement, only the X coordinate variable may be changed, and the other 5 variables (2 variables of Y and Z coordinates and 3 variables of rotation angle) and all variables of the motion pattern may be fixed to constant values. . From such variables for selecting the operation mode or the moving coordinate system, only the variable that defines the desired operation can be taken out and input to the control device 60 as the operation command variable 68. By doing this, this control device 60
An operator who uses can operate the multi-fingered, multi-jointed hand by operating only one variable. The control unit 67 may use not only the fingertip position control but also a control method such as joint angle control, force control, or compliance control, and commands the function of generating a control target value according to the function of the control unit 67. It may be provided in the conversion unit 65.
【００２２】ところで、多指多関節ハンドの指先61a,61
b,61c が把持する物体は、把持される度に多指多関節ハ
ンドの指間の相対的な位置関係は変わるけれども、先の
いずれの実施の形態でも同一のワークの把持ということ
であり、把持する状態が変わると、ベクトルＶ1,Ｖ2 …
を把持状態に合わせて調整するが、把持状態が一旦確定
すれば、滑りや転がりは無視して、ベクトルＶ1,Ｖ2 …
は一定としている。By the way, the fingertips 61a, 61 of the multi-fingered and multi-jointed hand
Although the object gripped by b and 61c changes the relative positional relationship between the fingers of the multi-fingered articulated hand each time it is gripped, it means that the same workpiece is gripped in any of the above embodiments, When the gripping state changes, the vectors V 1, V 2 ...
Is adjusted according to the gripping state, but once the gripping state is confirmed, slippage and rolling are ignored, and the vectors V 1, V 2 ...
Is constant.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、多指
多関節ハンドの制御装置内に設けた移動座標系上でハン
ドの各指先位置をベクトルで記述し、そのベクトルを一
定に保ったままで移動座標系の位置姿勢を制御装置へ入
力としたので、各指先の相対的な位置関係を変えること
なく多指多関節ハンドの指をを動作させることができ、
従って物体を把持したままで多指多関節ハンドを動作さ
せることもできる。また、物体を把持するための前記ベ
クトルを一旦設定してしまえば、運動を指令する入力変
数の数は、指の本数が多くなった場合にも、移動座標系
の位置姿勢を示す６変数で済み、指令入力を簡素化でき
る効果もある。さらに、移動座標系と動作様式を規定し
て、目的とする移動において変化させる変数を極く少数
の動作指令変数に集約させたので、多指多関節ハンドが
多自由度を有するにも関わらず、動作中に指令する変数
は少数で済み、動作指令が簡略化されるという特段の効
果を奏することができる。さらにまた、動作様式は制御
装置内に複数記憶させて選択することができるので、簡
略な指令で多種類の動作を使い分けることができるとい
う有利な効果が得られる。As described above, according to the present invention, each fingertip position of the hand is described by a vector on the moving coordinate system provided in the controller of the multi-fingered and multi-joint hand, and the vector is kept constant. Since the position and orientation of the moving coordinate system was input to the control device as it is, it is possible to operate the fingers of the multi-fingered articulated hand without changing the relative positional relationship of each fingertip.
Therefore, it is possible to operate the multi-fingered articulated hand while holding the object. In addition, once the vector for gripping an object is set, the number of input variables for commanding movement is 6 variables indicating the position and orientation of the moving coordinate system even when the number of fingers increases. Also, there is an effect that the command input can be simplified. Furthermore, since the movement coordinate system and the movement pattern are specified and the variables to be changed in the intended movement are aggregated into a very small number of movement command variables, the multi-fingered and multi-jointed hand has many degrees of freedom. It is possible to achieve a special effect that the number of variables to be commanded during operation is small and the operation command is simplified. Furthermore, since a plurality of operation modes can be stored and selected in the control device, there is an advantageous effect that various kinds of operations can be selectively used with a simple command.
【図１】本発明の一実施の形態における回路構成を示す
ブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施の形態の制御装置における座標
系とベクトルの説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of a coordinate system and a vector in the control device according to the embodiment of the present invention.
【図３】本発明の他の実施の形態における回路構成を示
すブロック図FIG. 3 is a block diagram showing a circuit configuration according to another embodiment of the present invention.
【図４】ロボット指先で第１の把持物体（ボルトやナッ
ト）を把持している状態を表す説明図FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state in which a first gripping object (bolt or nut) is gripped by a robot fingertip.
【図５】ロボット指先で第１の把持物体（ボルトやナッ
ト）を把持している状態を表す説明図FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which a first gripping object (bolt or nut) is gripped by a robot fingertip.
【図６】本発明の別の実施の形態における回路構成を示
すブロック図FIG. 6 is a block diagram showing a circuit configuration according to another embodiment of the present invention.
【図７】本発明の別の実施の形態で移動する多指多関節
ハンドと移動座標系の模式図FIG. 7 is a schematic diagram of a multi-fingered and multi-jointed hand and a moving coordinate system according to another embodiment of the present invention.
【図８】本発明の別の実施の形態おける動作様式の例を
示し(a) は動作様式を選択するのは円の半径を表す変数
ｆ1 でそれぞれの指先が円の中心に向かい、あるいは中
心から遠ざかる動作を規定する説明図(b) は動作様式を
選択するのは三角形の高さを表す変数ｆ2 で指51a が指
51b と指51c に向き合って互いに近づく、あるは遠ざか
る動作を規定する説明図FIG. 8 shows an example of a motion pattern according to another embodiment of the present invention. (A) shows that the motion pattern is selected by a variable f 1 that represents the radius of the circle so that each fingertip moves toward the center of the circle, or In the explanatory diagram (b) that defines the motion away from the center, the motion mode is selected by the variable f 2 that represents the height of the triangle and the finger 51a is the finger.
51b and finger 51c facing each other to move toward or away from each other
１,60 制御装置 ２ 制御装置に設定した移動座標系の位置姿勢入力指令 ３ 制御装置に設定した移動座標系変数出力部 ４a ，４b ,67a ロボット指制御部 ５a ，５b ロボット指制御部４a ，４b に送られるロ
ボット指の作業座標系における目標位置 ６a ，６b ,61 a ，61 b ,61 c ロボット指 ７a ，７b 力センサ ８a ，８b 力情報 ９a ベクトルＶ1 の記憶部 ９b ベクトルＶ2 の記憶部 10 把持物体（ボルトやナット） 11 把持物体（ペン） 61 多指多関節ハンド 62 動作指令部 63 移動座標系変数出力部 64 動作様式記憶部 65 指令変換部 66 制御目標値 Ｖ1,Ｖ2 ベクトル Σ0 回転行列 Σb 作業座標系 Ｒ0 移動座標系1,60 controller 2 controller movement coordinate set to the position and orientation input command 3 control apparatus for a mobile coordinate system set based variable output section 4 a, 4 b, 67a robot finger control units 5 a, 5 b robot finger control part 4 a, 4 target position 6 a in the working coordinate system of the robot finger sent to b, 6 b, 61 a, 61 b, 61 c robot fingers 7 a, 7 b force sensor 8 a, 8 b force information 9a vector V1 storage unit 9b Vector V2 storage unit 10 Gripping object (bolt or nut) 11 Gripping object (pen) 61 Multi-fingered articulated hand 62 Motion command unit 63 Moving coordinate system variable output unit 64 Motion pattern storage unit 65 Command conversion unit 66 Control target value V 1, V 2 vector Σ 0 rotation matrix Σ b working coordinate system R 0 moving coordinate system
Claims (6)
ドの制御装置において、固定された作業座標系と、その
作業座標系内で並進および回転する一つの移動座標系を
設け、その移動座標系上で記述するベクトルによって指
先の相対的な位置関係を表し、そのベクトルを作業座標
系に座標変換して指先の目標位置とする機能を備え、前
記ベクトルを一定に保ったままで、前記移動座標系の目
標位置および姿勢を指令入力とすることを特徴とする多
指多関節ハンドの制御装置。1. A controller for a multi-fingered, multi-joint hand of a robot that grips an object, wherein a fixed working coordinate system and one moving coordinate system that translates and rotates within the working coordinate system are provided, and the moving coordinates thereof are provided. The relative position relationship of the fingertip is represented by a vector described on the system, and the vector is provided with a function of converting the vector into a working coordinate system to obtain the target position of the fingertip. A control device for a multi-fingered and multi-jointed hand, characterized in that a target position and posture of a system are inputted as commands.
運動を指令する入力が与えられる移動座標系部と、前記
指先の移動座標系において記述されるベクトルを記憶す
るベクトル記憶部と、前記移動座標系部の出力と前記ベ
クトル記憶部の情報を導入し座標変換を演算する座標変
換部と、前記座標変換部から制御目標値を受けて移動制
御するように多指多関節ハンドの指先へ出力する制御部
とを設けたことを特徴とする請求項１記載の多指多関節
ハンドの制御装置。2. A moving coordinate system section to which an input for instructing a movement to a new position and posture of one specific fingertip is given, and a vector storage section for storing a vector described in the moving coordinate system of the fingertip. , A coordinate conversion unit that introduces the output of the moving coordinate system unit and the information of the vector storage unit to calculate coordinate conversion, and a multi-fingered articulated hand that receives a control target value from the coordinate conversion unit and performs movement control. The control device for a multi-fingered and multi-jointed hand according to claim 1, further comprising: a control unit for outputting to a fingertip.
なる動作様式を複数記憶させて選択できるようにし、前
記移動座標系と前記動作様式とから前記ハンドの制御目
標値を算出することとし、前記移動座標系と前記動作様
式を規定する変数のうち一部の変数のみを操作して動作
を指令するこを特徴とする多指多関節ハンドの制御装
置。3. A control target value for the hand is calculated based on the moving coordinate system and the operation mode so that a plurality of reference motion modes of the hand can be stored and selected on the moving coordinate system. The control device for a multi-fingered and multi-joint hand, wherein only a part of the variables that define the moving coordinate system and the motion pattern are operated to instruct a motion.
択する入力に応じて特定の動作様式を出力する動作様式
記憶部と、移動変数指定に基づいて移動座標系位置姿勢
を表す変数のうち動作指令変数として指令される変数が
与えられる移動座標系と、移動指令変数の入力と前記移
動様式記憶部からの入力と前記移動座標系とからの移動
指令変数として指令される変数とを受入れ制御目標値を
演算導出する指令変換部と、前記制御目標値を受入れて
多指多関節ハンドを制御する制御部から構成されるこを
特徴とする請求項４記載の多指多関節ハンドの制御装
置。4. A motion mode storage unit that stores a plurality of motion modes and outputs a specific motion mode in response to an input for selecting the motion modes, and a variable that represents the position and orientation of the moving coordinate system based on the specified moving variables. A movement coordinate system to which a variable to be instructed as an operation instruction variable is given, and an input from the movement instruction variable, an input from the movement mode storage unit, and a variable to be instructed as a movement instruction variable from the movement coordinate system. 5. The multi-fingered articulated hand according to claim 4, comprising a command conversion section for calculating and deriving an acceptance control target value, and a control section for receiving the control target value and controlling the multi-fingered articulated hand. Control device.
指から成り、各指先を空間３自由度で位置制御すること
し、前記３本の３関節指の指先で物体を掴む時に、指を
開いたり閉じたりする動作様式として前記移動座標系の
下で、円周上に指先が配置されるときはその半径を変数
とし、三角形の頂点に指先が配置されるときは二等辺三
角形の頂点の高さをそれぞれ変化させることによって、
指の開閉移動を規定するこを特徴とする請求項５記載の
多指多関節ハンドの制御装置。5. A multi-fingered multi-joint hand to be controlled comprises three three-joint fingers, each finger tip being position-controlled in three spatial degrees of freedom, and when grasping an object with the three three-joint finger tips. , When the fingertip is placed on the circumference of the moving coordinate system as the motion pattern of opening and closing the finger, the radius is taken as a variable, and when the fingertip is placed at the apex of the triangle, an isosceles triangle By changing the height of each vertex of
The control device for a multi-fingered and multi-jointed hand according to claim 5, wherein opening / closing movement of a finger is defined.
ーを備え、その力検出情報を前記制御部へ帰還して把持
物体と前記指先との位置ずれを調整することを特徴とす
る請求項１ないし請求項５のいずれかの項に記載の多指
多関節ハンドの制御装置。6. The force sensor is provided at a fingertip of the multi-fingered articulated hand, and the force detection information is returned to the control unit to adjust the positional deviation between the grasped object and the fingertip. The control device for a multi-fingered, multi-joint hand according to any one of claims 1 to 5.
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