WO2023145675A1 - 把持装置、把持システム及び把持装置の制御方法 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a gripping device, a gripping system, and a control method for the gripping device.
- a gripping device called a manipulator or gripper is used to grip objects to be gripped, such as mechanical and electrical parts.
- Patent Literature 1 discloses a robot device capable of reliably gripping an object when the position information of the object contains an error.
- the gripping device grips the gripping target, for example, assuming that the workpiece (gripping target) is placed at a predetermined position (reference position). For example, the gripping device uses, as a reference position, the position of the workpiece (gripped object) where the center position of the workpiece (gripped object) and the center position of the gripping position where the workpiece (gripped object) is gripped by the gripping device match. Suppose. Then, the gripping device grips the workpiece (gripping target) assuming that the gripping target is placed at the reference position.
- the center position of the workpiece (gripping target) and the gripping device should be adjusted so that the gripped object is arranged at the reference position of the gripping device.
- a teaching operation is required to adjust the center position of the gripping position to be gripped. In the teaching work, it is usually necessary to adjust the center position in units of 0.1 mm, which requires a large number of man-hours. If operation is performed in a state in which the teaching is deviated, an unintended torque load may be applied to the workpiece (object to be gripped) or the gripping device, leading to damage.
- the present disclosure provides a grasping device capable of detecting deviation of a grasped object from a predetermined reference position.
- a motor that rotates according to an operation value, a first finger, and a second finger are provided, and the distance between the first finger and the second finger is adjusted by the motor.
- the first finger a force detection unit for detecting a gripping force with which the part and the second finger grip the object; and a control unit that outputs the A gripping device is provided for detecting deviation of the object from a defined reference position.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a gripping device according to this embodiment.
- FIG. 2 is a diagram illustrating the functional configuration of the gripping device according to this embodiment.
- FIG. 3 is a diagram for explaining the functional configuration of a processing calculation unit included in the control unit of the gripping device according to this embodiment.
- FIG. 4 is a diagram for explaining the functional configuration of the operation value calculation section of the processing calculation section included in the control section of the gripping device according to the present embodiment.
- FIG. 5 is a diagram for explaining the functional configuration of the admittance control calculation section of the processing calculation section of the control section of the gripping apparatus according to the present embodiment.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a gripping device according to this embodiment.
- FIG. 2 is a diagram illustrating the functional configuration of the gripping device according to this embodiment.
- FIG. 3 is a diagram for explaining the functional configuration of a processing calculation unit included in the control unit of the gripping device according to this embodiment.
- FIG. 4
- FIG. 6 is a diagram for explaining the functional configuration of the position/velocity calculation section of the processing calculation section of the control section of the gripping apparatus according to the present embodiment.
- FIG. 7 is a diagram for explaining the functional configuration of the current calculation section of the processing calculation section included in the control section of the gripping device according to the present embodiment.
- FIG. 8 is a flowchart for explaining the processing of the processing calculation unit of the control unit of the gripping device according to this embodiment.
- FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the gripping device according to this embodiment.
- FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the gripping device according to this embodiment.
- FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the gripping device of the reference example.
- FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of a gripping system using the gripping device according to this embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating the functional configuration of a gripping system using the gripping device according to this embodiment.
- FIG. 14 is a flowchart for explaining the processing of the gripping system using the gripping device according to this embodiment.
- FIG. 15 is a flowchart for explaining a modified example of processing of the gripping system using the gripping device according to this embodiment.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a gripping device 1 according to this embodiment.
- FIG. 2 is a diagram illustrating the functional configuration of the gripping device 1 according to this embodiment.
- FIG. 1 is set with a virtual three-dimensional coordinate system (XYZ orthogonal coordinate system) consisting of mutually orthogonal X-, Y-, and Z-axes (XYZ axes).
- XYZ orthogonal coordinate system consisting of mutually orthogonal X-, Y-, and Z-axes (XYZ axes).
- XYZ axes For example, with respect to the coordinate axes perpendicular to the plane of the drawing, if a black circle is shown inside the circle of the coordinate axis, it indicates that the front side of the plane of the drawing is the positive region of the coordinate axes.
- the coordinate system is defined for explanation and does not limit the orientation of the gripping device 1 .
- the X-axis direction is the direction in which the first finger portion 21a and the second finger portion 21b extend.
- the Y-axis direction is the direction in which the first finger portion 21a and the second finger portion 21b move.
- the Z-axis is a direction perpendicular to the X-axis and the Y-axis.
- the gripping device 1 for example, is attached to the tip of the arm of the robot and grips the gripping target TGT. Specifically, the gripping device 1 grips the gripping target TGT between the first finger portion 21a and the second finger portion 21b.
- the gripping device 1 includes a driving section 10 , a gripping section 20 , a force detecting section 30 , a motor driving section 40 and a control section 50 .
- the drive unit 10, the grip unit 20, and the force detection unit 30 may be collectively referred to as a mechanism unit 60 in some cases. Each element of the gripping device 1 will be described in detail.
- control unit 50 and the motor driving unit 40 are connected by a wiring Lm1. Further, the motor driving section 40 and the driving section 10, more specifically, the motor driving section 40 and the power section 11 (motor 11m) of the driving section 10 are connected by a wiring Lm2. Furthermore, the control unit 50 and the driving unit 10, more specifically, the power unit 11 (encoder 11e) of the driving unit 10 are connected by a wiring Lm3.
- the drive unit 10 changes the distance between the first finger 21a and the second finger 21b. Specifically, the drive unit 10 moves the first finger 21a and the second finger 21b in opposite directions in the Y-axis direction.
- the drive unit 10 includes a power unit 11 and a motion conversion unit 12. Details of each of the power unit 11 and the motion conversion unit 12 will be described.
- the power unit 11 rotates the rotary shaft based on electric power supplied from the motor drive unit 40 via the wiring Lm2.
- the power unit 11 converts the electric power into rotational motion and transmits it to the motion conversion unit 12 .
- the power unit 11 includes a motor 11m and an encoder 11e.
- the motor 11m is, for example, an AC (Alternating Current) motor or a stepping motor.
- the motor 11m rotates the rotating shaft based on the electric power (supplied power Pd) supplied from the motor driving section 40 .
- the supplied power Pd is determined based on the current manipulation value MVi. Therefore, the motor 11m rotates based on the current manipulation value MVi.
- the motor 11m has a configuration known as a motor such as a rotating shaft, a stator, and a rotor.
- the encoder 11e detects the position and rotation speed of the rotating shaft of the motor 11m.
- the encoder 11e outputs the detected result to the control section 50 via the wiring Lm3.
- the motion converter 12 converts the rotational motion transmitted from the motor 11m into linear motion in the Y-axis direction.
- the motion converter 12 is configured by mechanical parts such as gears, worm gears, and cams, for example.
- the motion converting section 12 includes a moving section 12a and a moving section 12b protruding from the housing 12c. Each of the moving part 12a and the moving part 12b is movable with respect to the housing 12c.
- the motion conversion unit 12 converts the rotary motion transmitted from the motor 11m into linear motion for moving the moving units 12a and 12b in the Y-axis direction with respect to the housing 12c.
- the moving part 12a moves in the +Y direction in the Y-axis direction.
- the moving part 12a moves in the -Y direction in the Y-axis direction.
- the moving portion 12b moves in the -Y direction in the Y-axis direction.
- the moving part 12b moves in the +Y direction in the Y-axis direction.
- the moving parts 12a and 12b move in opposite directions in the Y-axis direction, specifically, in directions away from each other in the Y-axis direction. Therefore, when the motor 11m rotates in one direction, the distance between the moving parts 12a and 12b increases. Further, when the motor 11m rotates in the opposite direction, the moving parts 12a and 12b move in opposite directions in the Y-axis direction, specifically, in directions in which they approach each other in the Y-axis direction. Therefore, when the motor 11m rotates in the opposite direction, the distance between the moving parts 12a and 12b becomes narrower.
- the driving section 10 can change the distance between the moving section 12a and the moving section 12b by rotating the motor 11m.
- the gripping part 20 grips the gripping object TGT between the first finger part 21a and the second finger part 21b by changing the distance between the moving part 12a and the moving part 12b by the driving part 10 .
- the grip portion 20 includes a first finger portion 21a and a first holding portion 22a that holds the first finger portion 21a on the +Y side in the Y-axis direction with respect to the center position Ac.
- the first finger portion 21a is fixed to the first holding portion 22a.
- the first holding portion 22a is fixed to the moving portion 12a via a first force sensor 31a, which will be described later.
- the gripping device 1 includes a fixing portion 15a for fixing the first force sensor 31a to the moving portion 12a.
- the center position Ac is the center position of the gripping position gripped by the gripping device 1 .
- a gripping position is a position at which the gripping device 1 grips the gripping target.
- the center position of the gripping position is the center position in the gripping direction (Y-axis direction) between the first finger portion 21a and the second finger portion 21b.
- the grip portion 20 includes a second finger portion 21b and a second holding portion 22b that holds the second finger portion 21b on the -Y side in the Y-axis direction with respect to the center position Ac.
- the second finger portion 21b is fixed to the second holding portion 22b.
- the second holding portion 22b is fixed to the moving portion 12b via a second force sensor 31b, which will be described later.
- the gripping device 1 includes a fixing portion 15b for fixing the second force sensor 31b to the moving portion 12b.
- the first finger portion 21a moves in the Y-axis direction together with the movement of the moving portion 12a in the Y-axis direction.
- the second finger 21b moves in the Y-axis direction together with the movement of the moving part 12b in the Y-axis direction. Therefore, when the distance between the moving parts 12a and 12b changes, the distance D between the first finger part 21a and the second finger part 21b changes. By narrowing the distance D between the first finger portion 21a and the second finger portion 21b, the gripping portion 20 grips the gripping target TGT with the first finger portion 21a and the second finger portion 21b.
- the gripping of the gripping target TGT by the gripping portion 20 is not limited to the case of sandwiching the gripping target TGT between the first finger portion 21a and the second finger portion 21b.
- a ring-shaped object to be grasped may be grasped by inserting fingers inside the ring and opening the fingers from the inside to the outside.
- the force detection unit 30 detects the force (gripping force) applied between the first finger portion 21a and the second finger portion 21b when the gripping portion 20 grips the gripping target TGT.
- the force detection unit 30 includes a first force sensor 31a and a second force sensor 31b.
- Each of the first force sensor 31a and the second force sensor 31b is, for example, a six-axis force sensor.
- the first force sensor 31a is connected to the control unit 50 via wiring La. Also, the second force sensor 31b is connected to the control unit 50 via the wiring Lb.
- the force detection unit 30 uses the detection result regarding the force in the Y-axis direction in the output of the 6-axis force sensor.
- the first force sensor 31a is fixed to the first holding portion 22a that holds the first finger portion 21a. Further, the first force sensor 31a is fixed to the moving portion 12a via the fixing portion 15a. The first force sensor 31a detects the force with which the gripping object TGT presses the first finger portion 21a when the gripping portion 20 grips the gripping object TGT.
- the second force sensor 31b is fixed to the second holding portion 22b that holds the second finger portion 21b. Also, the second force sensor 31b is fixed to the moving portion 12b via the fixing portion 15b. The second force sensor 31b detects the force with which the gripping object TGT presses the second finger portion 21b when the gripping portion 20 grips the gripping object TGT.
- the gripping device 1 includes the force detection unit 30 between the driving unit 10 and the gripping unit 20.
- the force detection unit 30 is provided between the driving unit 10 and the gripping unit 20 is not limited to
- the gripping device 1 may include the first force sensor 31a and the second force sensor 31b at the tips of the first finger portion 21a and the second finger portion 21b, respectively.
- the type of force sensor is not limited as long as it can detect the gripping force applied between the first finger portion 21a and the second finger portion 21b.
- a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensor capable of detecting force may be used, or a piezoelectric element or a strain gauge may be used.
- a MEMS sensor or a strain gauge a strain-generating body that generates strain by an external force may be used in order to detect the sense of force, or a part of the grip part 20 may be used as the strain-generating body.
- the force detection unit 30 includes the first force sensor 31a and the second force sensor 31b, but only one of the first force sensor 31a and the second force sensor 31b is used. You may prepare. That is, only one of the first finger portion 21a and the second finger portion 21b may be provided with the force sensor.
- the motor drive unit 40 supplies power (supplied power Pd) to the drive unit 10, more specifically, the motor 11m based on an operation command (current control signal Ip) from the control unit 50.
- the driving section 10 is driven by electric power supplied from the motor driving section 40 .
- the drive unit 10 is driven by the electric power supplied from the motor drive unit 40 , so that the drive unit 10 operates according to the operation command from the control unit 50 .
- the motor driving unit 40 outputs the current value (driving current value Im) of the power supplied to the driving unit 10 to the control unit 50 .
- the control unit 50 controls the driving unit 10 using the current value of the current supplied to the driving unit 10 by the motor driving unit 40 .
- Control unit 50 controls the drive unit 10 so that the gripping force (the first gripping force value Fma and the second gripping force value Fmb) detected by the force detection unit 30 becomes a desired gripping force. Further, the control unit 50 uses the position (position information ⁇ m) and rotation speed (speed information vm) of the rotary shaft detected by the encoder 11e and the current signal (drive current value Im) from the motor drive unit 40. to control.
- the control unit 50 is composed of, for example, a microprocessing unit including a CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), and ROM (Read Only Memory).
- the control unit 50 performs processing by having the CPU expand a program recorded in the ROM into the RAM and execute the program.
- the control unit 50 includes an arithmetic processing unit 51, a motor control unit 52, a motor operation data acquisition unit 53, and a force measurement data acquisition unit 54.
- the arithmetic processing unit 51 outputs the current manipulation value MVi to the motor control unit 52 .
- the motor operation data acquisition unit 53 obtains a current detection value PVi that is the current value of the drive current supplied from the motor drive unit 40 to the power unit 11 (motor 11m), a position detection value PV ⁇ of the rotating shaft of the motor 11m, and a position of the rotating shaft
- the speed detection value PVv is output to the arithmetic processing unit 51 .
- the force measurement data acquisition unit 54 outputs the gripping force detection value PVf of the gripping force F received from the gripping object TGT detected by the force detection unit 30 to the arithmetic processing unit 51 . Further, the force measurement data acquisition unit 54 outputs to the arithmetic processing unit 51 a first gripping force detection value PVfa indicating the first gripping force value Fma and a second gripping force detection value PVfb indicating the second gripping force value Fmb. . Details of each element are described below.
- the arithmetic processing unit 51 calculates an operation amount for operating the driving unit 10 so that the control value becomes the target value. Specifically, the arithmetic processing unit 51 calculates the current manipulation value MVi so that the gripping force detection value PVf, which is the control value, becomes the gripping force value of the target value. Details of the arithmetic processing unit 51 will be described later. In addition, in the arithmetic processing unit 51 according to the present embodiment, the current manipulation value MVi is output as the manipulation value.
- the motor control unit 52 outputs an operation value for operating the power unit 11, specifically the motor 11m, to the motor driving unit 40.
- the motor control unit 52 may output an analog signal such as a voltage signal or a current signal, or may output a digital signal as long as it can be input to the motor driving unit 40. .
- the motor driving section 40 supplies the power supply Pd to the motor 11m of the power section 11 based on the current control signal Ip.
- the motor operation data acquisition unit 53 acquires motor operation data regarding the operating state of the power unit 11 from the power unit 11 and the motor drive unit 40 . Specifically, the motor operation data acquisition unit 53 acquires from the motor drive unit 40 the drive current value Im of the supply power Pd supplied to the power unit 11 by the motor drive unit 40 . Further, the motor operation data acquisition unit 53 acquires position information ⁇ m and speed information vm of the rotating shaft of the motor 11m from the encoder 11e.
- the motor operation data acquisition unit 53 may acquire the drive current value Im from the motor drive unit 40, for example, as an analog signal or as a digital signal. Similarly, the motor operation data acquisition unit 53 may acquire each of the position information ⁇ m and the speed information vm from the encoder 11e using, for example, analog signals or digital signals.
- the motor operation data acquisition unit 53 outputs the current detection value PVi to the arithmetic processing unit 51 based on the acquired driving current value Im. Further, the motor operation data acquisition unit 53 outputs the position detection value PV ⁇ to the arithmetic processing unit 51 based on the acquired position information ⁇ m. Furthermore, the motor operation data acquisition unit 53 outputs the speed detection value PVv to the arithmetic processing unit 51 based on the acquired speed information vm.
- the force measurement data acquisition unit 54 acquires measurement data of the gripping force F from the force detection unit 30 . Specifically, the force measurement data acquisition unit 54 acquires the first gripping force value Fma from the first force sensor 31a. The force measurement data acquisition unit 54 also acquires the second gripping force value Fmb from the second force sensor 31b.
- the force measurement data acquisition unit 54 may acquire the first gripping force value Fma from the first force sensor 31a, for example, as an analog signal or as a digital signal. Similarly, the force measurement data acquisition unit 54 may acquire the second gripping force value Fmb from the second force sensor 31b as an analog signal or a digital signal, for example.
- the force measurement data acquisition unit 54 outputs the gripping force detection value PVf to the arithmetic processing unit 51 based on the acquired first gripping force value Fma and second gripping force value Fmb. For example, the force measurement data acquisition unit 54 may output an average gripping force value of the first gripping force value Fma and the second gripping force value Fmb as the detected gripping force value PVf.
- the force measurement data acquisition unit 54 outputs the first gripping force detection value PVfa to the arithmetic processing unit 51 based on the first gripping force value Fma. Similarly, the force measurement data acquisition unit 54 outputs the second gripping force detection value PVfb to the arithmetic processing unit 51 based on the second gripping force value Fmb.
- FIG. 3 is a diagram illustrating the functional configuration of the arithmetic processing section 51 included in the control section 50 of the gripping device 1 according to this embodiment. Note that in FIG. 3 , constituent elements outside the arithmetic processing unit 51 are collectively shown as an object OBJ controlled by the arithmetic processing unit 51 .
- the controlled object OBJ includes, for example, the drive unit 10, the force detection unit 30, the motor drive unit 40, the motor control unit 52, the motor operation data acquisition unit 53, and the force measurement data acquisition unit .
- the arithmetic processing unit 51 determines the force command value SVf of the gripping force F. Further, the arithmetic processing unit 51 calculates the current manipulation value MVi so that the gripping force detection value PVf becomes the force command value SVf. Note that the arithmetic processing unit 51 uses the current detection value PVi, the position detection value PV ⁇ , and the speed detection value PVv to calculate the current manipulation value MVi.
- the calculation processing unit 51 includes an operation value calculation unit 51a, a force command generation unit 51b, and a determination unit 51c.
- the operation value calculation unit 51a calculates the current operation value MVi so that the gripping force detection value PVf becomes the force command value SVf set by the force command generation unit 51b.
- FIG. 4 is a diagram illustrating the functional configuration of the operation value calculation section 51a of the calculation processing section 51 included in the control section 50 of the gripping device 1 according to this embodiment.
- "1/s" means integration.
- the operation value calculator 51a includes an admittance control calculator 51a1, an integral calculator 51a2, a position/velocity calculator 51a3, and a current calculator 51a4. Each calculation unit will be described.
- FIG. 5 is a diagram illustrating the functional configuration of the admittance control calculation section 51a1 of the calculation processing section 51 of the control section 50 of the gripping device 1 according to this embodiment.
- the admittance control calculation unit 51a1 adjusts the parameters of the model of the virtual spring-mass-damper system by solving the differential equation shown in Equation 1.
- ⁇ F is the difference between the force command value SVf and the grip force detection value PVf
- M is the mass
- C is the damper damping coefficient
- K is the spring constant of the spring
- x is the displacement.
- the admittance control calculation unit 51a1 includes an addition/subtraction block A11, an addition/subtraction block A12, an addition/subtraction block A13, an integration block B11, an integration block B12, a gain block B13, and a gain block B14.
- the addition/subtraction block outputs the result of adding or subtracting multiple inputs.
- the integration block outputs the result of integrating the input.
- the gain block outputs the result of multiplying the input by the gain. The same applies to the following.
- the addition/subtraction block A11 calculates the difference between the force command value SVf and the grip force detection value PVf.
- the addition/subtraction block A11 outputs the calculation result to the addition/subtraction block A12.
- the addition/subtraction block A12 adds the output of the addition/subtraction block A11 and the output of the gain block B14.
- the addition/subtraction block A12 outputs the calculation result to the addition/subtraction block A13.
- the addition/subtraction block A13 adds the output of the addition/subtraction block A12 and the output of the gain block B13.
- the addition/subtraction block A13 outputs the calculation result to the integration block B11.
- the integration block B11 integrates the output from the addition/subtraction block A13 and multiplies the integrated result by the gain K11.
- the integration block B11 outputs the calculation result to the integration block B12 and the gain block B13.
- the integration block B12 integrates and outputs the output from the integration block B11.
- the integration block B12 outputs the displacement command value SVd, which is the calculation result, as the output of the admittance control calculation section 51a1. Also, the integration block B12 outputs the calculation result to the gain block B14.
- the gain block B13 multiplies the output of the integration block B11 by the gain K12 and outputs the result to the addition/subtraction block A13. Also, the gain block B14 multiplies the output of the integration block B12 by the gain K13 and outputs the result to the addition/subtraction block A12.
- the gain K11 corresponds to the mass M in Equation 1.
- Gain K12 corresponds to attenuation coefficient C in Equation (1).
- the gain K13 corresponds to the spring constant K in Equation (1).
- admittance control by the admittance control calculation unit 51a1 described above is an example of processing. may be controlled.
- the admittance control calculator 51a1 is an example of a force control calculator that converts the force command value SVf into the displacement command value SVd.
- the method of converting the force command value SVf into the displacement command value SVd in the force control calculation section is not limited to the admittance control calculation section 51a1, and various methods can be applied.
- the integration calculation section 51a2 integrates the displacement command value SVd output from the admittance control calculation section 51a1 and converts it into a position command value SV ⁇ .
- the positions of the first finger portion 21a and the second finger portion 21b are adjusted by the admittance control calculation section 51a1 and the integration calculation section 51a2 so that the gripping force detection value PVf balances with the force command value SVf.
- the position/velocity calculator 51a3 calculates and outputs a current command value SVi such that the first finger 21a and the second finger 21b are positioned at the position command value SV ⁇ output from the integral calculator 51a2.
- the position/velocity calculator 51a3 calculates (generates) the current command value SVi such that the position detection value PV ⁇ matches the position command value SV ⁇ .
- the position/velocity calculator 51a3 performs P (Proportional) control on position and PI (Proportional-Integral) control on velocity.
- FIG. 6 is a diagram for explaining the functional configuration of the position/velocity calculation section 51a3 of the calculation processing section 51 of the control section 50 of the gripping device 1 according to this embodiment.
- the position/velocity calculator 51a3 includes an addition/subtraction block A21, an addition/subtraction block A22, an addition/subtraction block A23, a gain block B21, a gain block B22, and an integration block B23.
- the addition/subtraction block A21 calculates the difference between the position command value SV ⁇ and the position detection value PV ⁇ .
- the addition/subtraction block A21 outputs the calculation result to the gain block B21.
- the gain block B21 multiplies the output of the addition/subtraction block A21 by the gain K21 and outputs the result to the addition/subtraction block A22.
- the addition/subtraction block A22 calculates the difference between the output of the gain block B21 and the speed detection value PVv.
- the addition/subtraction block A22 outputs the calculation result to the gain block B22 and the integration block B23.
- the gain block B22 multiplies the output of the addition/subtraction block A22 by the gain K22 and outputs the result to the addition/subtraction block A23.
- the integration block B23 integrates the output from the addition/subtraction block A22 and multiplies the integrated result by a gain K23.
- the integration block B23 outputs the calculation result to the addition/subtraction block A23.
- the addition/subtraction block A23 calculates the sum of the output of the gain block B22 and the output of the integration block B23. Then, the addition/subtraction block A23 outputs the current command value SVi as the output of the position/velocity calculator 51a3. Note that gains such as the gain K21 are appropriately determined in consideration of system response and the like.
- the current calculator 51a4 converts the current command value SVi output from the position/velocity calculator 51a3 into a current manipulation value MVi.
- the current calculator 51a4 calculates (generates) the current manipulation value MVi such that the current detection value PVi matches the current command value SVi.
- the current calculator 51a4 performs PI control on the current.
- FIG. 7 is a diagram illustrating the functional configuration of the current calculation section 51a4 of the calculation processing section 51 of the control section 50 of the gripping device 1 according to this embodiment.
- the current calculator 51a4 includes an addition/subtraction block A31, an addition/subtraction block A32, a gain block B31, and an integration block B32.
- the addition/subtraction block A31 calculates the difference between the current command value SVi and the current detection value PVi.
- the addition/subtraction block A31 outputs the calculation result to the gain block B31 and the integration block B32.
- the gain block B31 multiplies the output of the addition/subtraction block A31 by the gain K31 and outputs the result to the addition/subtraction block A32.
- the integration block B32 integrates the output from the addition/subtraction block A31 and multiplies the integrated result by a gain K32.
- the integration block B32 outputs the calculation result to the addition/subtraction block A32.
- the addition/subtraction block A32 calculates the sum of the output of the gain block B31 and the output of the integration block B32. Then, the addition/subtraction block A32 outputs the current manipulation value MVi as the output of the current calculation section 51a4. Note that gains such as the gain K31 are appropriately determined in consideration of system response and the like.
- the force command generator 51b generates a force command value SVf.
- the force command generator 51b outputs a force command value SVf corresponding to the assumed hardness of the object to be grasped.
- the determination unit 51c detects positional deviation of the gripping target TGT (deviation of the gripping target TGT).
- the gripping device 1 grips the gripping target TGT assuming that the gripping target TGT is arranged at a predetermined position (reference position).
- the reference position in the gripping device 1 is, for example, the gripping target TGT where the center position of the portion of the gripping target TGT gripped by the gripping device 1 coincides with the center position Ac of the gripping device 1 gripping the gripping target TGT. is the position of The portion of the gripping target TGT gripped by the gripping device 1 is the portion of the gripping target TGT gripped by the first finger portion 21a and the second finger portion 21b of the gripping device 1 .
- the displacement of the gripping target TGT means that the gripping target TGT is out of position with respect to the reference position in the gripping device 1 .
- the positional deviation of the gripping target TGT is, for example, the deviation in the gripping direction between the center position of the gripping target TGT that is gripped by the gripping device 1 and the center position Ac of the gripping device 1 that grips the gripping target TGT. be.
- the amount of positional deviation of the gripping target TGT is, for example, the amount of deviation between the center position of a portion of the gripping target TGT gripped by the gripping device 1 and the center position Ac of the gripping device 1 that grips the gripping target TGT. is. It should be noted that the amount of positional deviation of the gripping target TGT is the amount of deviation between the center position of the portion of the gripping target TGT gripped by the gripping device 1 and the center position Ac of the gripping device 1 that grips the gripping target TGT. is not limited to
- a specific part of the grasped object TGT is taken as the determination target.
- the position of the determination target assumed by the gripping device 1 is defined as a specified position. Then, when the gripping device 1 grips the gripping object TGT, the displacement amount of the actual position of the determination target in the gripping object TGT with respect to the specified position is defined as the displacement amount of the gripping object TGT.
- the end of the gripping target TGT on the +Y side in the Y-axis direction gripped by the gripping device 1 may be the determination target.
- the gripping device 1 grips the gripping target TGT the position of the +Y side end of the gripping target TGT assumed by the gripping device 1 in the Y-axis direction is the specified position.
- the gripping device 1 grips the gripping target TGT the actual position of the determination target, which is the end of the gripping target TGT on the +Y side in the Y-axis direction, is different from the specified position assumed by the gripping device 1.
- the amount of deviation may be used as the amount of deviation of the gripping object TGT.
- the determination target is not limited to the +Y side end of the gripping object TGT in the Y-axis direction. Any part of the gripping object TGT that is gripped by the gripping device 1 may be selected as the determination target as appropriate.
- the amount of deviation between the center position of the portion of the gripping object TGT gripped by the gripping device 1 and the center position Ac of the gripping device 1 gripping the gripping object TGT is used as the deviation amount of the gripping object TGT explain.
- the object to be determined is the center of the gripped object TGT.
- the position is the center position Ac of the gripping device 1 .
- a first grip force detection value PVfa indicating the first grip force value Fma and a second grip force detection value PVfb indicating the second grip force value Fmb are input from the force measurement data acquisition unit 54 to the determination unit 51c.
- the determination unit 51c detects positional deviation of the gripping target TGT based on the first gripping force detection value PVfa and the second gripping force detection value PVfb. Specifically, the determining unit 51c determines the amount of deviation ⁇ P between the center position of the portion of the gripping target TGT gripped by the gripping device 1 and the center position Ac of the gripping position at which the gripping device 1 grips the gripping target TGT. To detect.
- FIG. 8 is a flowchart for explaining the processing of the arithmetic processing section 51 of the control section 50 of the gripping device 1 according to this embodiment.
- the gripping device 1 is a gripping device with a force sensor that includes a first force sensor 31a and a second force sensor 31b.
- a gripping device with a force sensor such as the gripping device 1, originally detects minute changes in force when gripping the gripping target TGT, and performs delicate gripping by feeding back the detected detection value to gripping control.
- the gripping device 1 according to the present embodiment uses the delicate gripping mechanism as it is to detect the deviation between the gripping target TGT and the gripping device 1, and furthermore, detect the deviation amount between the gripping target TGT and the gripping device 1. To detect.
- Step S10 When starting processing, the arithmetic processing unit 51 performs initial setting.
- the initial setting includes moving the mechanism section 60 to the vicinity of the grasped object.
- FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the gripping device 1 according to this embodiment. Specifically, FIG. 9 shows a state in which the gripping device 1 is moved to the vicinity of the gripping target TGT2 before starting the gripping operation.
- W be the width of the gripping object TGT2.
- the gripping target TGT2 is a gripping target extending parallel to the X-axis direction, and the entire gripping target TGT2 is gripped between the first finger portion 21a and the second finger portion 21b in the Y-axis direction. and Therefore, the center position of the portion of the gripping object TGT2 gripped by the gripping device 1 is the center position At.
- Ac be the center position of the gripping position gripped by the gripping device 1 .
- L be the distance between the first finger portion 21a and the second finger portion 21b before the gripping device 1 starts the gripping operation, that is, the stroke length.
- the grasped object is not limited to a grasped object that is wholly grasped between the first finger portion 21a and the second finger portion 21b in the Y-axis direction.
- a part of the object to be grasped protrudes, and the projecting part may be grasped between the first finger portion 21a and the second finger portion 21b by the grasping device 1 to grasp the object to be grasped.
- a part of the object to be grasped has a concave portion or an opening, and the first finger portion 21a and the second finger portion 21b are inserted into the concave portion or the opening portion, and the first finger portion 21a and the second finger portion
- the object to be grasped may be grasped by widening the distance from 21b.
- the center position At of the gripping object TGT2 in the Y-axis direction is shifted from the center position Ac of the gripping position of the gripping device 1 toward the second finger portion 21b by a deviation amount ⁇ P.
- Step S20 The arithmetic processing unit 51 starts gripping operation. Specifically, the arithmetic processing unit 51 moves each of the first finger portion 21a and the second finger portion 21b at a constant speed in a direction to narrow the gap. Note that the arithmetic processing unit 51 starts a timer and starts time measurement at the same time when the gripping operation is started.
- the arithmetic processing unit 51 moves the first finger 21a and the second finger 21b at a speed v (unit: meters per second). Further, the arithmetic processing unit 51 adjusts the gain and the like so that gripping is performed with a low gripping force.
- the first force sensor 31a and the second force sensor 31b detect force components in the directions in which the first finger portion 21a and the second finger portion 21b move, respectively.
- the distance between the first finger 21a and the second finger 21b is the stroke length L.
- a certain state may be used.
- Step S30 the determination unit 51c of the arithmetic processing unit 51 detects whether or not the first finger 21a or the second finger 21b has come into contact with the gripping object TGT2. Based on the first gripping force value Fma detected by the first force sensor 31a and the second gripping force value Fmb detected by the second force sensor 31b, the determination unit 51c of the arithmetic processing unit 51 determines the first finger portion 21a. Alternatively, the contact of the second finger portion 21b to the gripping object TGT2 is detected.
- the determination unit 51c determines that the first finger 21a has contacted the gripping object TGT2. to decide. That is, for example, if the first gripping force detection value PVfa corresponding to the first gripping force value Fma is equal to or greater than a predetermined threshold, the determination unit 51c detects contact of the first finger 21a with the gripping object TGT2. .
- the determination unit 51c determines that the second finger portion 21b is gripping the gripping target object TGT2. Assess contact. That is, for example, if the second gripping force detection value PVfb corresponding to the second gripping force value Fmb is equal to or greater than a predetermined threshold value, the determination unit 51c detects contact of the second finger 21b with the gripping object TGT2. .
- the arithmetic processing unit 51 stops the timer, Measure the time from the start of movement to contact. Then, the arithmetic processing unit 51 advances the processing to step S40. If the determination unit 51c does not detect contact of either the first finger 21a or the second finger 21b with the grasped object TGT2 (NO in step S30), the arithmetic processing unit 51 returns to step S30. and repeat the process.
- FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the gripping device 1 according to this embodiment. Specifically, FIG. 10 shows a state in which the second finger portion 21b of the gripping device 1 is in contact with the gripping object TGT2. In FIG. 10, dotted lines indicate the first finger portion 21a and the second finger portion 21b before starting the gripping operation.
- each of the first finger 21a and the second finger 21b closes at the same speed v from both sides. Therefore, unless the center position At of the gripping object TGT2 in the Y-axis direction and the center position Ac of the gripping position of the gripping device 1 completely match, either the first finger portion 21a or the second finger portion 21b One comes into contact with the gripping object TGT2 first.
- the gripping target TGT is shifted toward the second finger portion 21b. Therefore, when the gripping device 1 starts the gripping operation, the second finger portion 21b contacts the gripping object TGT2 before the first finger portion 21a.
- the gripping device 1 includes force sensors on each of the first finger portion 21a and the second finger portion 21b. That is, the gripping device 1 includes a first force sensor 31a on the first finger portion 21a and a second force sensor 31b on the second finger portion 21b.
- the first force sensor 31a detects the force due to the contact between the first finger portion 21a and the gripping object TGT2.
- the first force sensor 31a detects the force due to the contact between the first finger 21a and the gripping object TGT2, so that the time until the first finger 21a contacts the gripping object TGT2 can be accurately measured. .
- the second force sensor 31b detects force due to contact between the second finger portion 21b and the gripping target TGT2.
- the second force sensor 31b detects the force due to the contact between the second finger 21b and the grasped object TGT2, so that the time until the second finger 21b contacts the grasped object TGT2 can be accurately measured. .
- the moving speed of each of the first finger portion 21a and the second finger portion 21b is a known speed v. Further, the distance between the first finger portion 21a and the second finger portion 21b before starting the gripping operation is the known stroke length L. As shown in FIG. If the contact time t from when the gripping device 1 starts the gripping operation until one of the first finger portion 21a and the second finger portion 21b contacts the gripped object TGT2 is known, the first finger portion 21a and the second finger portion 21b can be It is possible to detect the movement distance until any one of the finger portions 21b contacts the grasped object TGT2. For example, it is possible to detect, in units of millimeters, the moving distance until either one of the first finger portion 21a and the second finger portion 21b contacts the grasped object TGT2.
- the gripping device 1 From the movement distance d from when the gripping device 1 starts the gripping operation until the first finger portion 21a or the second finger portion 21b comes into contact with the gripped object TGT2 and the width W of the gripped object TGT2, the gripping device 1 can be A shift amount ⁇ P between the center position Ac of the gripping position and the center position At of the gripping target TGT2 can be calculated. Specifically, the shift amount ⁇ P can be calculated based on the movement distance d, the width W and the stroke length L or the velocity v, the contact time t, the width W and the stroke length L using Equation 2.
- the units of the deviation amount ⁇ P, the stroke length L, the width W, and the movement distance d are millimeters
- the units of the velocity v are millimeters per second
- the contact time t is seconds.
- the deviation amount ⁇ P is calculated based on the time from the start of the gripping operation until either the first finger portion 21a or the second finger portion 21b contacts the gripping object TGT2.
- the deviation amount ⁇ P is larger than a predetermined threshold value
- the gripping device 1 detects the displacement of the gripping object TGT2 based on the time from when the gripping operation is started until either the first finger portion 21a or the second finger portion 21b contacts the gripping object TGT2. do.
- the gripping device 1 can detect the deviation between the center position of the gripping object and the center position of the gripping position of the gripping device, that is, the deviation of the gripped object. amount can be detected.
- the gripping device 1 of the present embodiment it is possible to detect the deviation of the gripped object from the predetermined reference position, and to detect the amount of deviation of the gripped object from the reference position.
- Step S50 the arithmetic processing unit 51 performs post-processing based on the shift amount ⁇ P calculated by the determination unit 51c. For example, when the shift amount ⁇ P calculated by the determination unit 51c is smaller than a predetermined reference value, the gripping operation may be continued to grip the gripping target TGT2. Moreover, when the displacement amount ⁇ P calculated by the determination unit 51c is larger than a predetermined reference value, the gripping operation may be stopped.
- the gripping device 1 it is possible to detect the deviation between the center position of the gripping object and the center position of the gripping position gripped by the gripping device. Further, according to the gripping device 1 according to the present embodiment, it is possible to detect the amount of deviation between the center position of the gripping object and the center position of the gripping position gripped by the gripping device. In other words, according to the gripping device 1 of the present embodiment, it is possible to detect the deviation of the gripped object from the predetermined reference position and detect the amount of deviation of the gripped object from the reference position.
- the gripping device 1 by obtaining the amount of deviation ⁇ P, the teaching work of the device to which the gripping device 1 is attached, such as an articulated robot, can be carried out more efficiently, and the number of work steps can be reduced. can do.
- the gripping device 1 by performing control based on the obtained shift amount ⁇ P, the gripped object, the member holding the gripped object, the gripping device 1, and the device to which the gripping device 1 is attached are controlled. Such deformation and damage can be prevented.
- FIG. 11 is a diagram explaining the operation of the gripping device of the reference example. Specifically, FIG. 11 shows a state in which the gripping operation is continued after the second finger portion 21b contacts the gripping object TGT2 in the gripping device 1.
- FIG. 11 dotted lines indicate the first finger portion 21a and the second finger portion 21b before starting the gripping operation.
- the gripping object TGT2 when the gripping object TGT2 is fixed by a jig or the like, force is applied to the gripping object TGT2 from the second finger portion 21b in contact with the gripping object TGT2, thereby deforming or damaging the gripping object TGT2.
- the gripping target TGT2 is fixed by a jig or the like, the jig may be deformed or damaged due to the force applied to the jig from the second finger portion 21b in contact with the gripping target TGT2.
- the gripping target TGT2 is fixed by a jig or the like, the jig may be deformed or damaged due to the force applied to the jig from the second finger portion 21b in contact with the gripping target TGT2.
- the gripping target object and the gripping target object can be grasped by using the shift amount ⁇ P and stopping the gripping process when the shift amount ⁇ P is equal to or greater than a certain value, for example. It is possible to prevent deformation and breakage of the member to be held, the gripping device 1, and the device to which the gripping device 1 is attached.
- FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of a gripping system 100 using the gripping device according to this embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating the functional configuration of a gripping system 100 using the gripping device according to this embodiment.
- the gripping system 100 includes a gripping device 2 and a robot 5.
- the gripping device 2 includes a control unit 150 in place of the control unit 50 of the gripping device 1.
- Control unit 150 includes all the functions of control unit 50 . Also, the control unit 150 transmits a control signal to the robot 5 .
- the robot 5 includes a robot hand 70 and a robot control section 80.
- the robot hand 70 is, for example, a multi-joint robot hand.
- the mechanical part 60 of the gripping device 2 is attached to the tip of the robot hand 70 .
- the robot hand 70 moves the mechanism section 60 in three axial directions and rotates in three axial directions.
- FIG. 14 is a flowchart for explaining the processing of the gripping system 100 using the gripping device according to this embodiment. It is assumed that the width of the grasped object is known.
- the gripping device 2 is a gripping device with a force sensor that includes a first force sensor 31a and a second force sensor 31b.
- the gripping device 2 which is a gripping device with a force sensor, originally detects minute changes in force when gripping the gripping target TGT, and performs delicate gripping by feeding back the detected detection value to gripping control.
- the gripping system 100 using the gripping device 2 can appropriately process even if there is a deviation between the gripping target object TGT and the gripping device 2 by using the delicate gripping mechanism as it is.
- Step S110 The grasping system 100 is initialized.
- the robot control unit 80 of the gripping system 100 moves the mechanism unit 60 to the vicinity of the gripping target.
- the arithmetic processing unit 151 performs initial setting.
- the control unit 150 performs the same process as in step S10 of the control unit 50.
- Step S120 The arithmetic processing unit 151 starts the gripping operation of the gripping device 2 . Specifically, the arithmetic processing unit 151 moves each of the first finger portion 21a and the second finger portion 21b at a constant speed in a direction to narrow the gap. Note that the arithmetic processing unit 151 starts a timer at the same time when the gripping operation is started, and starts time measurement.
- the arithmetic processing unit 151 moves the first finger 21a and the second finger 21b at a speed v (unit: meters per second). Further, the arithmetic processing unit 151 adjusts the gain and the like so that the grip is performed with a low grip force.
- the first force sensor 31a and the second force sensor 31b detect force components in the directions in which the first finger portion 21a and the second finger portion 21b move, respectively.
- the distance between the first finger 21a and the second finger 21b is the stroke length L.
- a certain state may be used.
- Step S130 the determination unit 51c of the arithmetic processing unit 151 detects whether or not the first finger 21a or the second finger 21b has come into contact with the object to be grasped.
- the determination unit 51 c of the arithmetic processing unit 151 performs the same processing as the determination unit 51 c of the arithmetic processing unit 51 of the gripping device 1 .
- the arithmetic processing unit 151 stops the timer and starts the operation. Measure the time from the start of contact until contact. Then, the arithmetic processing unit 151 advances the processing to step S140. Note that the movement of the first finger portion 21a and the second finger portion 21b may be stopped when the determination portion 51c detects contact. If the determination unit 51c does not detect contact of either the first finger 21a or the second finger 21b with the grasped object (NO in step S130), the arithmetic processing unit 151 returns to step S130. Repeat process.
- Step S140 the determination unit 51c of the arithmetic processing unit 151 determines the shift amount of the gripped object, that is, the center position of the portion of the gripped object gripped by the gripping device 2 and the center position of the gripping position gripped by the gripping device 2. is calculated.
- the determination unit 51c of the arithmetic processing unit 151 calculates the shift amount of the gripped object in the same manner as the determination unit 51c of the gripping device 1 does.
- Step S150 the arithmetic processing unit 151 determines whether or not the shift amount of the grasped object is equal to or less than a predetermined threshold.
- the predetermined threshold value is, for example, an amount of deviation that does not damage the gripping target, the jig that holds the gripping target, the gripping device, etc. even if the gripping device 2 grips the gripping target as it is.
- step S150 If the displacement amount of the grasped object is equal to or less than the predetermined threshold (YES in step S150), the arithmetic processing unit 151 advances the process to step S170. If the displacement amount of the grasped object is greater than the predetermined threshold (NO in step S150), the arithmetic processing unit 151 advances the process to step S160.
- Step S160 The robot hand 70 moves the mechanism section 60 according to the amount of deviation calculated in step S140. Specifically, the arithmetic processing unit 151 outputs the calculated deviation amount to the robot control unit 80 .
- the robot control unit 80 reduces the amount of displacement of the mechanism unit 60 based on the input amount of displacement, and adjusts the center position of the portion of the object to be grasped gripped by the gripping device 1 and the gripping position gripped by the gripping device 2. move so that it matches the center position of That is, the position of the gripping device 2 can be corrected to a position where the center position of the portion of the gripping object gripped by the gripping device 1 coincides with the center position of the gripping position gripped by the gripping device 2 . Then, return to step 120 and repeat the process.
- Step S170 If the displacement amount of the grasped object is equal to or less than the predetermined threshold value (YES in step S150), the arithmetic processing unit 151 performs post-processing.
- the gripping operation may be continued to grip the gripping object.
- the center position of the gripping target and the center position of the gripping position gripped by the gripping device are aligned.
- the position of the gripper can be corrected.
- FIG. 15 is a flowchart for explaining a modification of the processing of the gripping system 100 using the gripping device according to this embodiment.
- Steps S110, S120, and S130 are the same processes as those described above, so descriptions thereof will be omitted. Note that if the determination unit 51c detects that either the first finger portion 21a or the second finger portion 21b touches the gripped object in step S130 (YES in step S130), the arithmetic processing unit 151 performs step S240. proceed to
- Step S240 the determination unit 51c of the arithmetic processing unit 151 calculates a movement amount for moving the mechanism unit 60 by a predetermined distance to either side of the contacting first finger 21a or second finger 21b.
- the amount of movement is determined as a ratio to the stroke length L, for example.
- the determination unit 51c shortens the movement amount as the process is repeated. That is, the amount of movement (distance of movement) becomes shorter as the process is repeated.
- the amount of movement is set to a distance that does not contact either the first finger portion 21a or the second finger portion 21b that is not in contact with the finger portion 21b.
- the arithmetic processing unit 151 outputs the movement amount to the robot control unit 80 . Based on the movement amount, the robot control section 80 moves the mechanism section 60 to either side of the contacting first finger portion 21a or second finger portion 21b by the movement amount.
- Step S250 the arithmetic processing unit 151 determines whether or not the amount of movement is equal to or less than a predetermined threshold.
- the predetermined threshold is, for example, a movement corresponding to a displacement amount that does not damage the grasped object, the jig that holds the grasped object, the grasping device, etc. even if the grasping device 2 grasps the grasped object as it is. quantity.
- the arithmetic processing unit 151 determines the center position of the portion of the gripping object gripped by the gripping device 1 and the center position of the gripping position gripped by the gripping device. is small, that is, the deviation is small. Then, the arithmetic processing unit 151 advances the process to step S260. If the amount of movement is greater than the predetermined threshold (NO in step S150), the arithmetic processing unit 151 determines that a deviation has been detected, and returns to step S120 to repeat the process.
- Step S260 If the displacement amount of the grasped object is equal to or less than the predetermined threshold value (YES in step S250), the arithmetic processing unit 151 performs post-processing.
- the gripping operation may be continued to grip the gripping object.
- the gripping target can be gripped correctly even when the width of the gripping target is unknown.
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Abstract
操作値に応じて回転するモータと、第1指部と、第2指部と、を備え、前記モータにより前記第1指部と前記第2指部との間隔を変えて、前記第1指部と前記第2指部とで対象物を把持する把持部と、前記第1指部と前記第2指部とで前記対象物を把持した時に、前記第1指部及び前記第2指部が前記対象物を把持する把持力を検出する力検出部と、前記力検出部が検出した前記把持力の力検出値が力指令値になるように前記操作値を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、把持動作を開始してから前記第1指部及び前記第2指部のいずれかが前記対象物に接触するまでの時間に基づいて、予め定められた基準位置からの前記対象物のずれを検出する把持装置。
Description
本開示は、把持装置、把持システム及び把持装置の制御方法に関する。
製品の製造ラインをロボット等により自動化する際に、機械部品や電気部品等の把持対象物を把持するために、マニピュレータ又はグリッパと呼ばれる把持装置が用いられる。
特許文献1には、対象物の位置情報に誤差が含まれる場合に、確実に対象物を把持することが可能なロボット装置が開示されている。
把持装置は、例えば、ワーク(把持対象物)が予め定められた位置(基準位置)に配置されていると想定して、把持対象物を把持する。例えば、把持装置は、ワーク(把持対象物)の中心位置と、把持装置がワーク(把持対象物)を把持する把持位置の中心位置とが一致するワーク(把持対象物)の位置を基準位置として想定する。そして、把持装置は、基準位置に把持対象物が配置されていると想定して、ワーク(把持対象物)を把持する。
多関節ロボット及びスカラロボット等の先端に把持装置を付けて運用する場合、把持対象物が把持装置の基準位置に配置されるように、例えば、ワーク(把持対象物)の中心位置と把持装置が把持する把持位置の中心位置とを調整する教示作業が必要となる。教示作業では通常、中心位置を0.1ミリメートル単位で調整する必要があり、作業工数が大きい。教示がずれた状態で運用を行った場合、ワーク(把持対象物)又は把持装置に意図せぬトルク負荷がかかり、破損につながる可能性がある。
本開示は、予め定められた基準位置からの把持対象物のずれを検出可能な把持装置を提供する。
本開示の一態様では、操作値に応じて回転するモータと、第1指部と、第2指部と、を備え、前記モータにより前記第1指部と前記第2指部との間隔を変えて、前記第1指部と前記第2指部とで対象物を把持する把持部と、前記第1指部と前記第2指部とで前記対象物を把持した時に、前記第1指部及び前記第2指部が前記対象物を把持する把持力を検出する力検出部と、前記力検出部が検出した前記把持力の力検出値が力指令値になるように前記操作値を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、把持動作を開始してから前記第1指部及び前記第2指部のいずれかが前記対象物に接触するまでの時間に基づいて、予め定められた基準位置からの前記対象物のずれを検出する把持装置が提供される。
本開示の把持装置によれば、予め定められた基準位置からの把持対象物のずれを検出できる。
≪把持装置≫
<把持装置1>
以下、図面を参照して、本実施形態に係る把持装置について詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る把持装置1の構成例を示す図である。図2は、本実施形態に係る把持装置1の機能構成を説明する図である。
<把持装置1>
以下、図面を参照して、本実施形態に係る把持装置について詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る把持装置1の構成例を示す図である。図2は、本実施形態に係る把持装置1の機能構成を説明する図である。
なお、図1には、説明の便宜のため、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸(XYZ軸)からなる仮想三次元座標系(XYZ直交座標系)が設定される。例えば、図面の紙面に対して垂直な座標軸について、座標軸の丸の中に黒丸印を示す場合は紙面に対して手前側が座標軸の正の領域であることを表している。ただし、当該座標系は、説明のために定めるものであって、把持装置1の姿勢について限定するものではない。
図1では、X軸方向は第1指部21a及び第2指部21bのそれぞれが延びる方向とする。また、Y軸方向は第1指部21a及び第2指部21bのそれぞれが移動する方向とする。Z軸は、X軸及びY軸に垂直な方向とする。
把持装置1は、例えば、ロボットのアームの先端に取り付けられ把持対象物TGTを把持する。具体的には、把持装置1は、第1指部21aと第2指部21bの間に把持対象物TGTを把持する。把持装置1は、駆動部10と、把持部20と、力検出部30と、モータ駆動部40と、制御部50と、を備える。なお、駆動部10、把持部20及び力検出部30をまとめて機構部60という場合がある。把持装置1の各要素について詳細を説明する。
なお、制御部50とモータ駆動部40とは、配線Lm1により接続されている。また、モータ駆動部40と駆動部10とは、より具体的には、モータ駆動部40と駆動部10の動力部11(モータ11m)とは、配線Lm2により接続されている。さらに、制御部50と駆動部10とは、より具体的には、制御部50と駆動部10の動力部11(エンコーダ11e)とは、配線Lm3により接続されている。
[駆動部10]
駆動部10は、第1指部21aと第2指部21bとの間の間隔を変更する。具体的には、駆動部10は、第1指部21a及び第2指部21bのそれぞれを、Y軸方向であって互いに逆向きに移動させる。
駆動部10は、第1指部21aと第2指部21bとの間の間隔を変更する。具体的には、駆動部10は、第1指部21a及び第2指部21bのそれぞれを、Y軸方向であって互いに逆向きに移動させる。
駆動部10は、動力部11と、運動変換部12と、を備える。動力部11及び運動変換部12のそれぞれの詳細について説明する。
(動力部11)
動力部11は、モータ駆動部40から配線Lm2を介して供給される電力に基づいて回転軸を回転する。動力部11は、電力を回転運動に変換して、運動変換部12に伝達する。
動力部11は、モータ駆動部40から配線Lm2を介して供給される電力に基づいて回転軸を回転する。動力部11は、電力を回転運動に変換して、運動変換部12に伝達する。
動力部11は、モータ11mと、エンコーダ11eと、を備える。モータ11mは、例えば、AC(Alternating Current)モータ又はステッピングモータ等である。モータ11mは、モータ駆動部40から供給される電力(供給電力Pd)に基づいて、回転軸を回転させる。後述するように、供給電力Pdは、電流操作値MViに基づいて定められる。したがって、モータ11mは、電流操作値MViに基づいて回転する。モータ11mは、回転軸、ステータ及びロータ等のモータとして周知の構成を備える。
エンコーダ11eは、モータ11mの回転軸の位置及び回転速度を検出する。エンコーダ11eは、検出した結果を、配線Lm3を介して制御部50に出力する。
(運動変換部12)
運動変換部12は、モータ11mから伝達された回転運動を、Y軸方向の直線運動に変換する。運動変換部12は、例えば、歯車、ウォームギヤ及びカム等の機構部品により構成される。運動変換部12は、筐体12cから突き出た移動部12a及び移動部12bを備える。移動部12a及び移動部12bのそれぞれは、筐体12cに対して移動可能になっている。運動変換部12は、モータ11mから伝達された回転運動を、筐体12cに対してY軸方向に移動部12a及び移動部12bを移動させる直線運動に変換する。
運動変換部12は、モータ11mから伝達された回転運動を、Y軸方向の直線運動に変換する。運動変換部12は、例えば、歯車、ウォームギヤ及びカム等の機構部品により構成される。運動変換部12は、筐体12cから突き出た移動部12a及び移動部12bを備える。移動部12a及び移動部12bのそれぞれは、筐体12cに対して移動可能になっている。運動変換部12は、モータ11mから伝達された回転運動を、筐体12cに対してY軸方向に移動部12a及び移動部12bを移動させる直線運動に変換する。
モータ11mが一方の方向に回ると、例えば、移動部12aがY軸方向における+Y向きに移動する。モータ11mが逆の方向に回ると、例えば、移動部12aがY軸方向における-Y向きに移動する。また、モータ11mが一方の方向に回ると、例えば、移動部12bがY軸方向における-Y向きに移動する。モータ11mが逆の方向に回ると、例えば、移動部12bがY軸方向における+Y向きに移動する。
すなわち、モータ11mが一方の方向に回ると、移動部12a及び移動部12bのそれぞれは、Y軸方向における互いに逆の向き、具体的には、Y軸方向に互いに離れる向き、に移動する。したがって、モータ11mが一方の方向に回ると、移動部12aと移動部12bとの間隔は広がる。また、モータ11mが逆の方向に回ると、移動部12a及び移動部12bのそれぞれは、Y軸方向における互いに逆の向き、具体的には、Y軸方向に互いに近づく向き、に移動する。したがって、モータ11mが逆の方向に回ると、移動部12aと移動部12bとの間隔は狭くなる。
上述のように、駆動部10は、モータ11mが回転することにより、移動部12aと移動部12bとの間隔を変更できる。
[把持部20]
把持部20は、駆動部10が移動部12aと移動部12bとの間隔を変更することにより、第1指部21aと第2指部21bとの間に把持対象物TGTを把持する。
把持部20は、駆動部10が移動部12aと移動部12bとの間隔を変更することにより、第1指部21aと第2指部21bとの間に把持対象物TGTを把持する。
把持部20は、中心位置Acに対してY軸方向の+Y側に、第1指部21aと、第1指部21aを保持する第1保持部22aと、を備える。第1指部21aは、第1保持部22aに固定される。第1保持部22aは、後述する第1力覚センサ31aを介して、移動部12aに固定される。なお、把持装置1では、移動部12aに第1力覚センサ31aを固定するために、固定部15aを備える。中心位置Acは、把持装置1が把持する把持位置の中心位置である。把持位置とは、把持装置1が把持対象物を把持する位置である。把持位置の中心位置は、第1指部21aと第2指部21bとの把持方向(Y軸方向)における中心の位置である。
把持部20は、中心位置Acに対してY軸方向の-Y側に、第2指部21bと、第2指部21bを保持する第2保持部22bと、を備える。第2指部21bは、第2保持部22bに固定される。第2保持部22bは、後述する第2力覚センサ31bを介して、移動部12bに固定される。なお、把持装置1では、移動部12bに第2力覚センサ31bを固定するために、固定部15bを備える。
第1指部21aは、移動部12aがY軸方向に移動すると、一緒にY軸方向に移動する。同様に、第2指部21bは、移動部12bがY軸方向に移動すると、一緒にY軸方向に移動する。したがって、移動部12a及び移動部12bの間隔が変化すると、第1指部21aと第2指部21bとの間隔Dが変化する。第1指部21aと第2指部21bとの間隔Dを狭くすることにより、把持部20は、把持対象物TGTを第1指部21a及び第2指部21bにより把持する。
なお、把持部20により把持対象物TGTを把持する場合には、第1指部21aと第2指部21bとの間に把持対象物TGTを挟む場合に限らない。例えば、リング状の把持対象物において、リング内側に指部を挿入し、内側から外側に向かって指部を開くことで把持してもよい。
[力検出部30]
力検出部30は、把持部20が把持対象物TGTを把持した時における第1指部21aと第2指部21bとの間にかかる力(把持力)を検出する。力検出部30は、第1力覚センサ31a及び第2力覚センサ31bを備える。第1力覚センサ31a及び第2力覚センサ31bのそれぞれは、例えば、6軸の力覚センサである。
力検出部30は、把持部20が把持対象物TGTを把持した時における第1指部21aと第2指部21bとの間にかかる力(把持力)を検出する。力検出部30は、第1力覚センサ31a及び第2力覚センサ31bを備える。第1力覚センサ31a及び第2力覚センサ31bのそれぞれは、例えば、6軸の力覚センサである。
第1力覚センサ31aは、配線Laを介して制御部50に接続される。また、第2力覚センサ31bは、配線Lbを介して制御部50に接続される。力検出部30においては、6軸の力覚センサの出力におけるY軸方向の力に関する検出結果を用いる。
第1力覚センサ31aは、第1指部21aを保持する第1保持部22aに固定される。また、第1力覚センサ31aは、固定部15aを介して移動部12aに固定される。第1力覚センサ31aは、把持部20が把持対象物TGTを把持する際に、把持対象物TGTが第1指部21aを押す力を検出する。
第2力覚センサ31bは、第2指部21bを保持する第2保持部22bに固定される。また、第2力覚センサ31bは、固定部15bを介して移動部12bに固定される。第2力覚センサ31bは、把持部20が把持対象物TGTを把持する際に、把持対象物TGTが第2指部21bを押す力を検出する。
なお、本実施形態に係る把持装置1は、駆動部10と把持部20との間に力検出部30を備えるが、力検出部30を備える場所は、駆動部10と把持部20との間に限らない。例えば、把持装置1は、第1力覚センサ31a及び第2力覚センサ31bを、それぞれ第1指部21a及び第2指部21bのそれぞれの先端に備えてもよい。
また、力覚センサの種類は、第1指部21aと第2指部21bとの間にかかる把持力を検出できれば限定されない。力覚センサとして、例えば、力覚を検出可能なMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサを用いてもよいし、圧電素子又はひずみゲージを用いてもよい。なお、例えば、MEMSセンサ又はひずみゲージを用いる場合は、力覚を検出するために、外力により歪を発生させる起歪体を用いてもよいし、把持部20の一部を起歪体として用いてもよい。
なお、本実施形態に係る力検出部30は、第1力覚センサ31a及び第2力覚センサ31bを備えるが、第1力覚センサ31a及び第2力覚センサ31bのいずれか一方をのみを備えるようにしてもよい。すなわち、第1指部21a及び第2指部21bのいずれか一方のみに力覚センサを備えるようにしてもよい。
[モータ駆動部40]
モータ駆動部40は、制御部50からの動作指令(電流制御信号Ip)に基づいて、駆動部10、より具体的にはモータ11m、に電力(供給電力Pd)を供給する。駆動部10は、モータ駆動部40から供給された電力により駆動される。駆動部10がモータ駆動部40から供給された電力により駆動されることにより、駆動部10は、制御部50からの動作指令にそった動作を行う。
モータ駆動部40は、制御部50からの動作指令(電流制御信号Ip)に基づいて、駆動部10、より具体的にはモータ11m、に電力(供給電力Pd)を供給する。駆動部10は、モータ駆動部40から供給された電力により駆動される。駆動部10がモータ駆動部40から供給された電力により駆動されることにより、駆動部10は、制御部50からの動作指令にそった動作を行う。
モータ駆動部40は、駆動部10に供給した電力の電流値(駆動電流値Im)を制御部50に出力する。制御部50は、モータ駆動部40が駆動部10に供給した電流の電流値を用いて、駆動部10の制御を行う。
[制御部50]
制御部50は、力検出部30で検出された把持力(第1把持力値Fma及び第2把持力値Fmb)が所望の把持力になるように、駆動部10を制御する。また、制御部50は、エンコーダ11eで検出された回転軸の位置(位置情報θm)及び回転速度(速度情報vm)と、モータ駆動部40からの電流信号(駆動電流値Im)と、を用いて制御する。
制御部50は、力検出部30で検出された把持力(第1把持力値Fma及び第2把持力値Fmb)が所望の把持力になるように、駆動部10を制御する。また、制御部50は、エンコーダ11eで検出された回転軸の位置(位置情報θm)及び回転速度(速度情報vm)と、モータ駆動部40からの電流信号(駆動電流値Im)と、を用いて制御する。
制御部50は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)を備えるマイクロプロセッシングユニットにより構成される。制御部50は、CPUがROMに記録されているプログラムをRAMに展開して実行することにより処理を行う。
制御部50は、演算処理部51と、モータ制御部52と、モータ稼働データ取得部53と、力計測データ取得部54と、を備える。演算処理部51は、モータ制御部52に電流操作値MViを出力する。モータ稼働データ取得部53は、モータ駆動部40から動力部11(モータ11m)に供給する駆動電流の電流値である電流検出値PViと、モータ11mの回転軸の位置検出値PVθ及び回転軸の速度検出値PVvを、演算処理部51に出力する。力計測データ取得部54は、力検出部30で検出した把持対象物TGTから受ける把持力Fの把持力検出値PVfを、演算処理部51に出力する。また、力計測データ取得部54は、第1把持力値Fmaを示す第1把持力検出値PVfaと第2把持力値Fmbを示す第2把持力検出値PVfbとを演算処理部51に出力する。各要素の詳細について以下に説明する。
(演算処理部51)
演算処理部51は、制御値が目標値になるように、駆動部10を操作するための操作量を算出する。具体的には、演算処理部51は、制御値である把持力検出値PVfが、目標値の把持力値になるように、電流操作値MViを算出する。演算処理部51の詳細については、後述する。なお、本実施形態に係る演算処理部51においては、電流操作値MViを操作値として出力しているが、制御対象に応じて電流に限らず電力、電圧等を操作値としてもよい。
演算処理部51は、制御値が目標値になるように、駆動部10を操作するための操作量を算出する。具体的には、演算処理部51は、制御値である把持力検出値PVfが、目標値の把持力値になるように、電流操作値MViを算出する。演算処理部51の詳細については、後述する。なお、本実施形態に係る演算処理部51においては、電流操作値MViを操作値として出力しているが、制御対象に応じて電流に限らず電力、電圧等を操作値としてもよい。
(モータ制御部52)
モータ制御部52は、動力部11、具体的には、モータ11m、を操作するための操作値をモータ駆動部40に出力する。具体的には、モータ制御部52は、演算処理部51が出力した電流操作値MViに基づいて、モータ駆動部40に入力可能な電流制御信号Ipに変換する。そして、モータ制御部52は、変換した電流制御信号Ipをモータ駆動部40に出力する。
モータ制御部52は、動力部11、具体的には、モータ11m、を操作するための操作値をモータ駆動部40に出力する。具体的には、モータ制御部52は、演算処理部51が出力した電流操作値MViに基づいて、モータ駆動部40に入力可能な電流制御信号Ipに変換する。そして、モータ制御部52は、変換した電流制御信号Ipをモータ駆動部40に出力する。
モータ制御部52は、電流制御信号Ipとして、モータ駆動部40に入力可能であれば、例えば、電圧信号、電流信号等のアナログ信号を出力してもよいし、デジタル信号を出力してもよい。モータ駆動部40は、電流制御信号Ipに基づいて、動力部11のモータ11mに供給電力Pdを供給する。
(モータ稼働データ取得部53)
モータ稼働データ取得部53は、動力部11及びモータ駆動部40から、動力部11の稼働状態に関するモータ稼働データを取得する。具体的には、モータ稼働データ取得部53は、モータ駆動部40から、モータ駆動部40が動力部11に供給した供給電力Pdの駆動電流値Imを取得する。また、モータ稼働データ取得部53は、エンコーダ11eからモータ11mの回転軸の位置情報θm及び速度情報vmのそれぞれを取得する。
モータ稼働データ取得部53は、動力部11及びモータ駆動部40から、動力部11の稼働状態に関するモータ稼働データを取得する。具体的には、モータ稼働データ取得部53は、モータ駆動部40から、モータ駆動部40が動力部11に供給した供給電力Pdの駆動電流値Imを取得する。また、モータ稼働データ取得部53は、エンコーダ11eからモータ11mの回転軸の位置情報θm及び速度情報vmのそれぞれを取得する。
モータ稼働データ取得部53は、駆動電流値Imを、モータ駆動部40から、例えば、アナログ信号により取得してもよいし、デジタル信号により取得してもよい。同様に、モータ稼働データ取得部53は、位置情報θm及び速度情報vmのそれぞれを、エンコーダ11eから、例えば、アナログ信号により取得してもよいし、デジタル信号により取得してもよい。
モータ稼働データ取得部53は、取得した駆動電流値Imに基づいて、電流検出値PViを演算処理部51に出力する。また、モータ稼働データ取得部53は、取得した位置情報θmに基づいて、位置検出値PVθを演算処理部51に出力する。さらに、モータ稼働データ取得部53は、取得した速度情報vmに基づいて、速度検出値PVvを演算処理部51に出力する。
(力計測データ取得部54)
力計測データ取得部54は、力検出部30から、把持力Fの計測データを取得する。具体的には、力計測データ取得部54は、第1力覚センサ31aから第1把持力値Fmaを取得する。また、力計測データ取得部54は、第2力覚センサ31bから第2把持力値Fmbを取得する。
力計測データ取得部54は、力検出部30から、把持力Fの計測データを取得する。具体的には、力計測データ取得部54は、第1力覚センサ31aから第1把持力値Fmaを取得する。また、力計測データ取得部54は、第2力覚センサ31bから第2把持力値Fmbを取得する。
力計測データ取得部54は、第1把持力値Fmaを、第1力覚センサ31aから、例えば、アナログ信号により取得してもよいし、デジタル信号により取得してもよい。同様に、力計測データ取得部54は、第2把持力値Fmbを、第2力覚センサ31bから、例えば、アナログ信号により取得してもよいし、デジタル信号により取得してもよい。
力計測データ取得部54は、取得した第1把持力値Fma及び第2把持力値Fmbに基づいて、把持力検出値PVfを演算処理部51に出力する。例えば、力計測データ取得部54は、第1把持力値Fmaと第2把持力値Fmbとの平均の把持力値を、把持力検出値PVfとして出力してもよい。
また、力計測データ取得部54は、第1把持力値Fmaに基づいて、第1把持力検出値PVfaを演算処理部51に出力する。同様に、力計測データ取得部54は、第2把持力値Fmbに基づいて、第2把持力検出値PVfbを演算処理部51に出力する。
<演算処理部51の処理の詳細>
演算処理部51の処理、いいかえると、把持装置1の制御方法において実行される各工程の詳細について説明する。図3は、本実施形態に係る把持装置1の制御部50が有する演算処理部51の機能構成を説明する図である。なお、図3では、演算処理部51の外部の構成要素をまとめて、演算処理部51の制御対象OBJとして示す。制御対象OBJは、例えば、駆動部10、力検出部30及びモータ駆動部40と、モータ制御部52、モータ稼働データ取得部53及び力計測データ取得部54と、を含む。
演算処理部51の処理、いいかえると、把持装置1の制御方法において実行される各工程の詳細について説明する。図3は、本実施形態に係る把持装置1の制御部50が有する演算処理部51の機能構成を説明する図である。なお、図3では、演算処理部51の外部の構成要素をまとめて、演算処理部51の制御対象OBJとして示す。制御対象OBJは、例えば、駆動部10、力検出部30及びモータ駆動部40と、モータ制御部52、モータ稼働データ取得部53及び力計測データ取得部54と、を含む。
演算処理部51は、把持力Fの力指令値SVfを決定する。また、演算処理部51は、把持力検出値PVfが力指令値SVfとなるように、電流操作値MViを算出する。なお、演算処理部51は、電流操作値MViを算出するのに、電流検出値PVi、位置検出値PVθ及び速度検出値PVvを用いる。
演算処理部51は、操作値演算部51aと、力指令生成部51bと、判定部51cと、を備える。
[操作値演算部51a]
操作値演算部51aは、把持力検出値PVfが力指令生成部51bにより設定された力指令値SVfになるように、電流操作値MViを算出する。図4は、本実施形態に係る把持装置1の制御部50が有する演算処理部51の操作値演算部51aの機能構成を説明する図である。なお、ブロック図のブロックにおいて、「1/s」は積分を意味する。
操作値演算部51aは、把持力検出値PVfが力指令生成部51bにより設定された力指令値SVfになるように、電流操作値MViを算出する。図4は、本実施形態に係る把持装置1の制御部50が有する演算処理部51の操作値演算部51aの機能構成を説明する図である。なお、ブロック図のブロックにおいて、「1/s」は積分を意味する。
操作値演算部51aは、アドミタンス制御演算部51a1と、積分演算部51a2と、位置速度演算部51a3と、電流演算部51a4と、を備える。各演算部について説明する。
(アドミタンス制御演算部51a1)
アドミタンス制御演算部51a1は、力指令値SVfを変位指令値SVdに変換する。アドミタンス制御演算部51a1は、把持力検出値PVfが力指令値SVfと一致するように、変位指令値SVdを算出(生成)する。図5は、本実施形態に係る把持装置1の制御部50が有する演算処理部51のアドミタンス制御演算部51a1の機能構成を説明する図である。
アドミタンス制御演算部51a1は、力指令値SVfを変位指令値SVdに変換する。アドミタンス制御演算部51a1は、把持力検出値PVfが力指令値SVfと一致するように、変位指令値SVdを算出(生成)する。図5は、本実施形態に係る把持装置1の制御部50が有する演算処理部51のアドミタンス制御演算部51a1の機能構成を説明する図である。
アドミタンス制御演算部51a1は、式1に示す微分方程式を解くことにより、仮想バネ・マス・ダンパ系のモデルのパラメータを調整する。なお、ΔFは、力指令値SVfと把持力検出値PVfとの差分、Mは質量、Cはダンパの減衰係数、Kはバネのばね定数、xは変位である。
アドミタンス制御演算部51a1は、加減算ブロックA11、加減算ブロックA12、加減算ブロックA13、積分ブロックB11、積分ブロックB12、ゲインブロックB13及びゲインブロックB14を備える。なお、加減算ブロックは、複数の入力に対して、加算又は減算した結果を出力する。積分ブロックは、入力に対して積分を行った結果を出力する。ゲインブロックは、入力に対してゲインを乗算した結果を出力する。以下でも同様である。
加減算ブロックA11は、力指令値SVfと把持力検出値PVfとの差分を算出する。加減算ブロックA11は、加減算ブロックA12に演算結果を出力する。加減算ブロックA12は、加減算ブロックA11の出力とゲインブロックB14の出力とを加算する。加減算ブロックA12は、加減算ブロックA13に演算結果を出力する。加減算ブロックA13は、加減算ブロックA12の出力とゲインブロックB13の出力とを加算する。加減算ブロックA13は、積分ブロックB11に演算結果を出力する。
積分ブロックB11は、加減算ブロックA13からの出力を積分し、積分した結果にゲインK11を乗算する。積分ブロックB11は、積分ブロックB12及びゲインブロックB13に演算結果を出力する。
積分ブロックB12は、積分ブロックB11からの出力を積分して出力する。積分ブロックB12は、アドミタンス制御演算部51a1の出力として、演算結果である変位指令値SVdを出力する。また、積分ブロックB12は、ゲインブロックB14に演算結果を出力する。
ゲインブロックB13は、積分ブロックB11の出力にゲインK12を乗算して、加減算ブロックA13に出力する。また、ゲインブロックB14は、積分ブロックB12の出力にゲインK13を乗算して、加減算ブロックA12に出力する。
ゲインK11は、式1における質量Mに対応する。ゲインK12は、式1における減衰係数Cに対応する。ゲインK13は、式1におけるばね定数Kに対応する。
なお、上述したアドミタンス制御演算部51a1によるアドミタンス制御は処理の一例であって、上述の制御以外にも、例えば、ばね定数Kのみを用いて把持力検出値PVfから変位指令値SVdを演算する力制御を行ってもよい。
アドミタンス制御演算部51a1は、力指令値SVfを変位指令値SVdに変換する力制御演算部の一例である。力制御演算部における、力指令値SVfを変位指令値SVdに変換する方法については、アドミタンス制御演算部51a1に限らず、様々な方法を適用可能である。
(積分演算部51a2)
積分演算部51a2は、アドミタンス制御演算部51a1から出力された変位指令値SVdを積分して、位置指令値SVθに変換する。アドミタンス制御演算部51a1と積分演算部51a2により、把持力検出値PVfが力指令値SVfと釣り合うところに、第1指部21a及び第2指部21bの位置が調整される。
積分演算部51a2は、アドミタンス制御演算部51a1から出力された変位指令値SVdを積分して、位置指令値SVθに変換する。アドミタンス制御演算部51a1と積分演算部51a2により、把持力検出値PVfが力指令値SVfと釣り合うところに、第1指部21a及び第2指部21bの位置が調整される。
(位置速度演算部51a3)
位置速度演算部51a3は、積分演算部51a2から出力された位置指令値SVθの位置に第1指部21a及び第2指部21bが配置されるような電流指令値SViを演算して出力する。位置速度演算部51a3は、位置検出値PVθが位置指令値SVθと一致するように電流指令値SViを算出(生成)する。具体的には、位置速度演算部51a3は、位置に関してP(Proportional)制御、速度に対してPI(Proportional-Integral)制御を行う。図6は、本実施形態に係る把持装置1の制御部50が有する演算処理部51の位置速度演算部51a3の機能構成を説明する図である。
位置速度演算部51a3は、積分演算部51a2から出力された位置指令値SVθの位置に第1指部21a及び第2指部21bが配置されるような電流指令値SViを演算して出力する。位置速度演算部51a3は、位置検出値PVθが位置指令値SVθと一致するように電流指令値SViを算出(生成)する。具体的には、位置速度演算部51a3は、位置に関してP(Proportional)制御、速度に対してPI(Proportional-Integral)制御を行う。図6は、本実施形態に係る把持装置1の制御部50が有する演算処理部51の位置速度演算部51a3の機能構成を説明する図である。
位置速度演算部51a3は、加減算ブロックA21、加減算ブロックA22、加減算ブロックA23、ゲインブロックB21、ゲインブロックB22及び積分ブロックB23を備える。
加減算ブロックA21は、位置指令値SVθと位置検出値PVθとの差分を算出する。加減算ブロックA21は、ゲインブロックB21に演算結果を出力する。ゲインブロックB21は、加減算ブロックA21の出力にゲインK21を乗算して、加減算ブロックA22に出力する。加減算ブロックA22は、ゲインブロックB21の出力と速度検出値PVvとの差分を算出する。加減算ブロックA22は、ゲインブロックB22及び積分ブロックB23に演算結果を出力する。
ゲインブロックB22は、加減算ブロックA22の出力にゲインK22を乗算して、加減算ブロックA23に出力する。積分ブロックB23は、加減算ブロックA22からの出力を積分し、積分した結果にゲインK23を乗算する。積分ブロックB23は、加減算ブロックA23に演算結果を出力する。
加減算ブロックA23は、ゲインブロックB22の出力と積分ブロックB23の出力との和を演算する。そして、加減算ブロックA23は、位置速度演算部51a3の出力として、電流指令値SViを出力する。なお、ゲインK21等のゲインについては、システムの応答等を考慮して適宜定める。
(電流演算部51a4)
電流演算部51a4は、位置速度演算部51a3から出力された電流指令値SViを電流操作値MViに変換する。電流演算部51a4は、電流検出値PViが電流指令値SViと一致するように電流操作値MViを算出(生成)する。具体的には、電流演算部51a4は、電流に対してPI制御を行う。図7は、本実施形態に係る把持装置1の制御部50が有する演算処理部51の電流演算部51a4の機能構成を説明する図である。
電流演算部51a4は、位置速度演算部51a3から出力された電流指令値SViを電流操作値MViに変換する。電流演算部51a4は、電流検出値PViが電流指令値SViと一致するように電流操作値MViを算出(生成)する。具体的には、電流演算部51a4は、電流に対してPI制御を行う。図7は、本実施形態に係る把持装置1の制御部50が有する演算処理部51の電流演算部51a4の機能構成を説明する図である。
電流演算部51a4は、加減算ブロックA31、加減算ブロックA32、ゲインブロックB31及び積分ブロックB32を備える。
加減算ブロックA31は、電流指令値SViと電流検出値PViとの差分を算出する。加減算ブロックA31は、ゲインブロックB31及び積分ブロックB32に演算結果を出力する。
ゲインブロックB31は、加減算ブロックA31の出力にゲインK31を乗算して、加減算ブロックA32に出力する。積分ブロックB32は、加減算ブロックA31からの出力を積分し、積分した結果にゲインK32を乗算する。積分ブロックB32は、加減算ブロックA32に演算結果を出力する。
加減算ブロックA32は、ゲインブロックB31の出力と積分ブロックB32の出力との和を演算する。そして、加減算ブロックA32は、電流演算部51a4の出力として、電流操作値MViを出力する。なお、ゲインK31等のゲインについては、システムの応答等を考慮して適宜定める。
[力指令生成部51b]
力指令生成部51bは、力指令値SVfを生成する。力指令生成部51bは、想定される把持対象物の硬さに応じた力指令値SVfを出力する。
力指令生成部51bは、力指令値SVfを生成する。力指令生成部51bは、想定される把持対象物の硬さに応じた力指令値SVfを出力する。
[判定部51c]
判定部51cは、把持対象物TGTの位置ずれ(把持対象物TGTのずれ)を検出する。把持装置1は、把持対象物TGTが予め定められた位置(基準位置)に配置されていると想定して把持対象物TGTを把持する。把持装置1における基準位置は、例えば、把持対象物TGTにおける把持装置1に把持される部分の中心位置と、把持対象物TGTを把持する把持装置1の中心位置Acとが一致する把持対象物TGTの位置である。把持対象物TGTにおける把持装置1に把持される部分とは、把持対象物TGTにおける把持装置1の第1指部21a及び第2指部21bにより把持される部分である。
判定部51cは、把持対象物TGTの位置ずれ(把持対象物TGTのずれ)を検出する。把持装置1は、把持対象物TGTが予め定められた位置(基準位置)に配置されていると想定して把持対象物TGTを把持する。把持装置1における基準位置は、例えば、把持対象物TGTにおける把持装置1に把持される部分の中心位置と、把持対象物TGTを把持する把持装置1の中心位置Acとが一致する把持対象物TGTの位置である。把持対象物TGTにおける把持装置1に把持される部分とは、把持対象物TGTにおける把持装置1の第1指部21a及び第2指部21bにより把持される部分である。
把持対象物TGTの位置ずれとは、把持装置1における基準位置に対して把持対象物TGTの位置がずれていることである。把持対象物TGTの位置ずれは、例えば、把持対象物TGTにおける把持装置1に把持される部分の中心位置と、把持対象物TGTを把持する把持装置1の中心位置Acとの把持方向におけるずれである。
把持対象物TGTの位置ずれのずれ量は、例えば、把持対象物TGTにおける把持装置1に把持される部分の中心位置と、把持対象物TGTを把持する把持装置1の中心位置Acとのずれ量である。なお、把持対象物TGTの位置ずれのずれ量は、把持対象物TGTにおける把持装置1に把持される部分の中心位置と、把持対象物TGTを把持する把持装置1の中心位置Acとのずれ量に限らない。
例えば、把持対象物TGTの特定の部位を判定対象とする。また、把持装置1が把持対象物TGTを把持する際に、把持装置1が想定している当該判定対象の位置を規定位置とする。そして、把持装置1が把持対象物TGTを把持する際に、規定位置に対して把持対象物TGTにおける判定対象の実際の位置がずれているずれ量を、把持対象物TGTの位置ずれのずれ量としてもよい。
より具体的に説明すると、例えば、把持対象物TGTにおける把持装置1に把持されるY軸方向の+Y側の端を判定対象としてもよい。その場合には、把持装置1が把持対象物TGTを把持する際に、把持装置1が想定する把持対象物TGTのY軸方向の+Y側の端の位置を規定位置とする。そして、把持装置1が把持対象物TGTを把持する際に、把持対象物TGTのY軸方向の+Y側の端である判定対象の実際の位置が、把持装置1が想定する規定位置に対してずれている量を把持対象物TGTのずれ量としてもよい。
なお、判定対象は、上記把持対象物TGTのY軸方向の+Y側の端に限らない。判定対象は、把持対象物TGTにおける把持装置1に把持される部分の任意の部分を、判定対象として適宜選択してもよい。
上述の把持対象物TGTにおける把持装置1に把持される部分の中心位置と、把持対象物TGTを把持する把持装置1の中心位置Acとのずれ量を把持対象物TGTのずれ量とする場合について説明する。把持装置1に把持される部分の中心位置と、把持装置1の中心位置Acとのずれ量を把持対象物TGTのずれ量とする場合は、判定対象が把持対象物TGTの中心であり、規定位置は、把持装置1の中心位置Acである。
判定部51cには、力計測データ取得部54から、第1把持力値Fmaを示す第1把持力検出値PVfaと第2把持力値Fmbを示す第2把持力検出値PVfbが入力される。判定部51cは、第1把持力検出値PVfa及び第2把持力検出値PVfbに基づいて、把持対象物TGTの位置ずれを検出する。具体的には、判定部51cは、把持対象物TGTにおける把持装置1に把持される部分の中心位置と把持装置1が把持対象物TGTを把持する把持位置の中心位置Acとのずれ量ΔPを検出する。
<把持装置1の処理>
本実施形態に係る把持装置1の動作について説明する。図8は、本実施形態に係る把持装置1の制御部50が有する演算処理部51の処理を説明するフロー図である。
本実施形態に係る把持装置1の動作について説明する。図8は、本実施形態に係る把持装置1の制御部50が有する演算処理部51の処理を説明するフロー図である。
本実施形態に係る把持装置1は、第1力覚センサ31a及び第2力覚センサ31bを備える力覚センサ付き把持装置である。把持装置1のような力覚センサ付きの把持装置は、本来、把持対象物TGTを把持した際の微小な力変化を検出し、検出した検出値を把持制御へフィードバックすることで繊細把持を行う。本実施形態に係る把持装置1は、繊細把持の仕組みをそのまま利用することで、把持対象物TGTと把持装置1とのずれを検出し、さらに把持対象物TGTと把持装置1とのずれ量を検出する。
(ステップS10)
演算処理部51は、処理を開始すると、初期設定を行う。初期設定には、機構部60を把持対象の近傍に移動させることが含まれる。図9は、本実施形態に係る把持装置1の動作を説明する図である。具体的には、図9は、把持装置1が把持動作を開始する前に、把持対象物TGT2の近傍に移動された状態を示す。
演算処理部51は、処理を開始すると、初期設定を行う。初期設定には、機構部60を把持対象の近傍に移動させることが含まれる。図9は、本実施形態に係る把持装置1の動作を説明する図である。具体的には、図9は、把持装置1が把持動作を開始する前に、把持対象物TGT2の近傍に移動された状態を示す。
把持対象物TGT2の幅をWとする。把持対象物TGT2のY軸方向における中心位置をAtとする。なお、把持対象物TGT2は、X軸方向に平行に延びる把持対象物として、Y軸方向において、把持対象物TGT2の全体が第1指部21aと第2指部21bとの間に把持されるとする。したがって、把持対象物TGT2において、把持装置1に把持される部分の中心位置は、中心位置Atとなる。把持装置1が把持する把持位置の中心位置をAcとする。把持装置1が把持動作を開始する前の第1指部21aと第2指部21bとの間隔、すなわち、ストローク長をLとする。
なお、把持対象物については、Y軸方向において、把持対象物の全体が第1指部21aと第2指部21bとの間に把持される把持対象物に限らない。例えば、把持対象物の一部分が突出し、当該突出する部分を把持装置1により第1指部21aと第2指部21bとの間に把持して、把持対象物を把持してもよい。また、例えば、把持対象物の一部分に凹部又は開口を有し、当該凹部又は開口する部分に第1指部21aと第2指部21bとを挿入し、第1指部21aと第2指部21bとの間隔を広げることにより把持して、把持対象物を把持してもよい。
図9において、把持対象物TGT2のY軸方向における中心位置Atは、把持装置1の把持位置の中心位置Acに対して、第2指部21b側にずれ量ΔPだけずれているとする。
(ステップS20)
演算処理部51は、把持動作を開始する。具体的には、演算処理部51は、第1指部21a及び第2指部21bのそれぞれを等速で間隔を狭くする向きに移動させる。なお、演算処理部51は、把持動作を開始すると同時にタイマを起動して、時間計測を開始する。
演算処理部51は、把持動作を開始する。具体的には、演算処理部51は、第1指部21a及び第2指部21bのそれぞれを等速で間隔を狭くする向きに移動させる。なお、演算処理部51は、把持動作を開始すると同時にタイマを起動して、時間計測を開始する。
演算処理部51は、例えば、第1指部21a及び第2指部21bを速度v(単位:メートル毎秒)で移動させる。また、演算処理部51は、低把持力で把持を行うようにゲイン等の調整を行う。
第1力覚センサ31a及び第2力覚センサ31bは、それぞれ第1指部21a及び第2指部21bが移動する方向の成分の力を検出する。
なお、ステップS20の開始前に、第1指部21aと第2指部21bのそれぞれを一番開いた状態、すなわち、第1指部21aと第2指部21bとの間隔がストローク長Lである状態、にしてもよい。
(ステップS30)
次に、演算処理部51の判定部51cは、第1指部21a又は第2指部21bが把持対象物TGT2に接触したかどうかを検出する。演算処理部51の判定部51cは、第1力覚センサ31aで検出した第1把持力値Fma及び第2力覚センサ31bで検出した第2把持力値Fmbに基づいて、第1指部21a又は第2指部21bの把持対象物TGT2への接触を検出する。
次に、演算処理部51の判定部51cは、第1指部21a又は第2指部21bが把持対象物TGT2に接触したかどうかを検出する。演算処理部51の判定部51cは、第1力覚センサ31aで検出した第1把持力値Fma及び第2力覚センサ31bで検出した第2把持力値Fmbに基づいて、第1指部21a又は第2指部21bの把持対象物TGT2への接触を検出する。
判定部51cは、例えば、第1把持力値Fmaに対応する第1把持力検出値PVfaが予め定められた所定の閾値以上であれば、第1指部21aが把持対象物TGT2に接触したと判断する。すなわち、判定部51cは、例えば、第1把持力値Fmaに対応する第1把持力検出値PVfaが所定の閾値以上であれば、第1指部21aの把持対象物TGT2への接触を検出する。
同様に、判定部51cは、例えば、第2把持力値Fmbに対応する第2把持力検出値PVfbが予め定められた所定の閾値以上であれば、第2指部21bが把持対象物TGT2に接触したと判断する。すなわち、判定部51cは、例えば、第2把持力値Fmbに対応する第2把持力検出値PVfbが所定の閾値以上であれば、第2指部21bの把持対象物TGT2への接触を検出する。
判定部51cが第1指部21a及び第2指部21bのいずれかの把持対象物TGT2への接触を検出した場合(ステップS30のYES)は、演算処理部51は、タイマを停止して、動作を開始してから接触するまでの時間を計測する。そして、演算処理部51は、ステップS40に処理を進める。判定部51cが第1指部21a及び第2指部21bのいずれかの把持対象物TGT2への接触を検出しなかった場合(ステップS30のNO)は、演算処理部51は、ステップS30に戻って処理を繰り返す。
(ステップS40)
次に、演算処理部51の判定部51cは、把持対象物TGT2のずれ量、すなわち、把持対象物TGT2のY軸方向における中心位置Atと把持装置1が把持する把持位置の中心位置Acとのずれ量ΔPを算出する。図10は、本実施形態に係る把持装置1の動作を説明する図である。具体的には、図10は、把持装置1の第2指部21bが把持対象物TGT2に接触した状態を示す。なお、図10において、点線は把持動作開始前の第1指部21a及び第2指部21bを示す。
次に、演算処理部51の判定部51cは、把持対象物TGT2のずれ量、すなわち、把持対象物TGT2のY軸方向における中心位置Atと把持装置1が把持する把持位置の中心位置Acとのずれ量ΔPを算出する。図10は、本実施形態に係る把持装置1の動作を説明する図である。具体的には、図10は、把持装置1の第2指部21bが把持対象物TGT2に接触した状態を示す。なお、図10において、点線は把持動作開始前の第1指部21a及び第2指部21bを示す。
把持装置1を用いて、把持対象物TGT2を把持しようとしたとき、第1指部21a及び第2指部21bのそれぞれは、両方から同じ速度vで閉じる。したがって、把持対象物TGT2のY軸方向における中心位置Atと、把持装置1の把持位置の中心位置Acとが完全に一致していない限り、第1指部21a及び第2指部21bのいずれか一方が先に、把持対象物TGT2に接触する。
図10では、把持対象物TGTは、第2指部21b側にずれている。したがって、把持装置1が把持動作を開始すると、第2指部21bが第1指部21aより先に、把持対象物TGT2に接触する。
把持装置1は、第1指部21a及び第2指部21bのそれぞれに力覚センサを備える。すなわち、把持装置1は、第1指部21aに第1力覚センサ31a、第2指部21bに第2力覚センサ31bを備える。
把持装置1において、第1力覚センサ31aは、第1指部21aと把持対象物TGT2との接触による力を検出する。第1力覚センサ31aが、第1指部21aと把持対象物TGT2との接触による力を検出することにより、第1指部21aが把持対象物TGT2に接触するまでの時間を正確に測定できる。
同様に、把持装置1において、第2力覚センサ31bは、第2指部21bと把持対象物TGT2との接触による力を検出する。第2力覚センサ31bが、第2指部21bと把持対象物TGT2との接触による力を検出することにより、第2指部21bが把持対象物TGT2に接触するまでの時間を正確に測定できる。
第1指部21a及び第2指部21bのそれぞれの移動速度は、既知の速度vである。また、把持動作開始前の第1指部21aと第2指部21bとの間の間隔は、既知のストローク長Lである。把持装置1が把持動作を開始してから第1指部21a及び第2指部21bのいずれかが把持対象物TGT2に接触するまでの接触時間tが分かれば、第1指部21a及び第2指部21bのいずれかが把持対象物TGT2に接触するまでの移動距離を検出できる。例えば、第1指部21a及び第2指部21bのいずれかが把持対象物TGT2に接触するまでの移動距離をミリメートル単位で検出できる。
把持対象物TGT2の幅Wは既知であるとする。把持装置1が把持動作を開始してから、第1指部21a又は第2指部21bが把持対象物TGT2に接触するまでの移動距離dと、把持対象物TGTの幅Wから把持装置1の把持位置の中心位置Acと把持対象物TGT2の中心位置Atとのずれ量ΔPを算出できる。具体的には、式2を用いて、移動距離d、幅W及びストローク長L又は速度v、接触時間t、幅W及びストローク長Lに基づいて、ずれ量ΔPを算出できる。
例えば、ずれ量ΔP、ストローク長L、幅W及び移動距離dの単位はミリメートル、速度vの単位はミリメートル毎秒、接触時間tの単位は秒である。
例えば、当該ずれ量ΔPは、把持動作を開始してから第1指部21a及び第2指部21bのいずれかが把持対象物TGT2に接触するまでの時間に基づいて算出される。当該ずれ量ΔPが、予め定められた所定の閾値より大きい場合は、把持対象物の中心位置と把持装置1の把持位置の中心位置とは、ずれているとしてずれを検出する。すなわち、把持装置1は、把持動作を開始してから第1指部21a及び第2指部21bのいずれかが把持対象物TGT2に接触するまでの時間に基づいて把持対象物TGT2のずれを検出する。
上述のように、本実施形態に係る把持装置1によれば、把持対象物の中心位置と把持装置の把持位置の中心位置とのずれ、すなわち、把持対象物のずれ、を検出できるとともに、ずれ量を検出できる。いいかえると、本実施形態に係る把持装置1によれば、把持対象物が予め定められた基準位置からのずれを検出できるとともに、当該基準位置に対する把持対象物のずれ量を検出できる。
(ステップS50)
次に、演算処理部51は、判定部51cが算出したずれ量ΔPに基づいて後処理を行う。例えば、判定部51cが算出したずれ量ΔPが、予め定められた所定の基準値より小さい場合には、そのまま把持動作を継続して、把持対象物TGT2を把持してもよい。また、判定部51cが算出したずれ量ΔPが、所定の基準値より大きい場合には、把持動作を停止してもよい。
次に、演算処理部51は、判定部51cが算出したずれ量ΔPに基づいて後処理を行う。例えば、判定部51cが算出したずれ量ΔPが、予め定められた所定の基準値より小さい場合には、そのまま把持動作を継続して、把持対象物TGT2を把持してもよい。また、判定部51cが算出したずれ量ΔPが、所定の基準値より大きい場合には、把持動作を停止してもよい。
<作用・効果>
本実施形態に係る把持装置1によれば、把持対象物の中心位置と把持装置が把持する把持位置の中心位置とのずれを検出できる。また、本実施形態に係る把持装置1によれば、把持対象物の中心位置と把持装置が把持する把持位置の中心位置とのずれ量を検出できる。いいかえると、本実施形態に係る把持装置1によれば、予め定められた基準位置からの把持対象物のずれを検出できるとともに、当該基準位置に対する把持対象物のずれ量を検出できる。さらに、本実施形態に係る把持装置1によれば、ずれ量ΔPを求めることにより、把持装置1が取り付けられる装置、例えば、多関節ロボット等、のティーチング作業をより効率よく進め、作業工数を削減することができる。
本実施形態に係る把持装置1によれば、把持対象物の中心位置と把持装置が把持する把持位置の中心位置とのずれを検出できる。また、本実施形態に係る把持装置1によれば、把持対象物の中心位置と把持装置が把持する把持位置の中心位置とのずれ量を検出できる。いいかえると、本実施形態に係る把持装置1によれば、予め定められた基準位置からの把持対象物のずれを検出できるとともに、当該基準位置に対する把持対象物のずれ量を検出できる。さらに、本実施形態に係る把持装置1によれば、ずれ量ΔPを求めることにより、把持装置1が取り付けられる装置、例えば、多関節ロボット等、のティーチング作業をより効率よく進め、作業工数を削減することができる。
また、本実施形態に係る把持装置1によれば、求めたずれ量ΔPに基づいて制御することにより、把持対象物、把持対象物を保持する部材、把持装置1及び把持装置1が取り付けられる装置等の変形や破損を防止できる。
図11は、参考例の把持装置の動作を説明する図である。具体的には、図11は、把持装置1において第2指部21bが把持対象物TGT2に接触してから把持動作を継続して行った状態を示す。なお、図11において、点線は把持動作開始前の第1指部21a及び第2指部21bを示す。
例えば、把持対象物TGT2のY軸方向における中心位置Atと把持装置1の把持位置の中心位置Acとのずれが大きい場合に、把持動作を継続すると、把持対象物TGT2及び把持対象物TGT2に接触した第2指部21bに大きな力が加わる。
把持対象物TGT2を例えば治具等で固定していると、把持対象物TGT2に接触した第2指部21bから力が把持対象物TGT2に加わることにより、把持対象物TGT2が変形したり、破損したりする可能性がある。また、把持対象物TGT2を例えば治具等で固定していると、把持対象物TGT2に接触した第2指部21bから当該治具に力が加わることにより、治具が変形したり、破損したりする可能性がある。
また、把持対象物TGT2を例えば治具等で固定していると、把持対象物TGT2から把持対象物TGT2に接触した第2指部21bに力が加わることにより、第2指部21bが変形したり、破損したりする可能性がある。さらに、把持対象物TGT2から把持対象物TGT2に接触した第2指部21bに力が加わることにより、機構部60が取り付けられているロボットハンド等の機器が変形したり、破損したりする可能性がある。
本実施形態に係る把持装置1によれば、ずれ量ΔPを用いて、例えば、ずれ量ΔPが一定の値以上である場合に、把持処理を停止することにより、把持対象物、把持対象物を保持する部材、把持装置1及び把持装置1が取り付けられる装置の変形や破損を防止できる。
≪把持システム≫
<把持システム100>
次に、本実施形態に係る把持装置を用いた把持システム100について説明する。図12は、本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム100の構成例を示す図である。図13は、本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム100の機能構成を説明する図である。
<把持システム100>
次に、本実施形態に係る把持装置を用いた把持システム100について説明する。図12は、本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム100の構成例を示す図である。図13は、本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム100の機能構成を説明する図である。
把持システム100は、把持装置2と、ロボット5と、を備える。
把持装置2は、把持装置1の制御部50に換えて、制御部150を備える。制御部150は、制御部50の機能をすべて含む。また、制御部150は、ロボット5に制御信号を送信する。
ロボット5は、ロボットハンド70と、ロボット制御部80と、を備える。ロボットハンド70は、例えば、多関節のロボットハンドである。ロボットハンド70の先端には、把持装置2の機構部60が取り付けられる。ロボットハンド70は、機構部60を三軸方向に移動するとともに、三軸方向に回転する。
<把持システム100の処理>
本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム100の動作について説明する。図14は、本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム100の処理を説明するフロー図である。なお、把持対象物の幅は既知であるとする。
本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム100の動作について説明する。図14は、本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム100の処理を説明するフロー図である。なお、把持対象物の幅は既知であるとする。
把持装置2は、把持装置1と同様に、第1力覚センサ31a及び第2力覚センサ31bを備える力覚センサ付き把持装置である。力覚センサ付きの把持装置である把持装置2は本来、把持対象物TGTを把持した際の微小な力変化を検出し、検出した検出値を把持制御へフィードバックすることで繊細把持を行う。把持装置2を用いる把持システム100は、繊細把持の仕組みをそのまま利用することで、把持対象物TGTと把持装置2とのずれがあっても適切に処理できる。
(ステップS110)
把持システム100は初期設定を行う。把持システム100のロボット制御部80は、機構部60を把持対象の近傍に移動させる。そして、演算処理部151は、処理を開始すると、初期設定を行う。制御部150は、制御部50のステップS10と同様の処理を行う。
把持システム100は初期設定を行う。把持システム100のロボット制御部80は、機構部60を把持対象の近傍に移動させる。そして、演算処理部151は、処理を開始すると、初期設定を行う。制御部150は、制御部50のステップS10と同様の処理を行う。
(ステップS120)
演算処理部151は、把持装置2の把持動作を開始する。具体的には、演算処理部151は、第1指部21a及び第2指部21bのそれぞれを等速で間隔を狭くする向きに移動させる。なお、演算処理部151は、把持動作を開始すると同時にタイマを起動して、時間計測を開始する。
演算処理部151は、把持装置2の把持動作を開始する。具体的には、演算処理部151は、第1指部21a及び第2指部21bのそれぞれを等速で間隔を狭くする向きに移動させる。なお、演算処理部151は、把持動作を開始すると同時にタイマを起動して、時間計測を開始する。
演算処理部151は、例えば、第1指部21a及び第2指部21bを速度v(単位:メートル毎秒)で移動させる。また、演算処理部151は、低把持力で把持を行うようにゲイン等の調整を行う。
第1力覚センサ31a及び第2力覚センサ31bは、それぞれ第1指部21a及び第2指部21bが移動する方向の成分の力を検出する。
なお、ステップS120の開始前に、第1指部21aと第2指部21bのそれぞれを一番開いた状態、すなわち、第1指部21aと第2指部21bとの間隔がストローク長Lである状態、にしてもよい。
(ステップS130)
次に、演算処理部151の判定部51cは、第1指部21a又は第2指部21bが把持対象物に接触したかどうかを検出する。演算処理部151の判定部51cは、把持装置1の演算処理部51の判定部51cと同じ処理を行う。
次に、演算処理部151の判定部51cは、第1指部21a又は第2指部21bが把持対象物に接触したかどうかを検出する。演算処理部151の判定部51cは、把持装置1の演算処理部51の判定部51cと同じ処理を行う。
判定部51cが第1指部21a及び第2指部21bのいずれかの把持対象物への接触を検出した場合(ステップS130のYES)は、演算処理部151は、タイマを停止して、動作を開始してから接触するまでの時間を計測する。そして、演算処理部151は、ステップS140に処理を進める。なお、判定部51cが接触を検出した場合には、第1指部21a及び第2指部21bの移動を停止してもよい。判定部51cが第1指部21a及び第2指部21bのいずれかの把持対象物への接触を検出しなかった場合(ステップS130のNO)は、演算処理部151は、ステップS130に戻って処理を繰り返す。
(ステップS140)
次に、演算処理部151の判定部51cは、把持対象物のずれ量、すなわち、把持対象物における把持装置2に把持される部分の中心位置と把持装置2が把持する把持位置の中心位置とのずれ量を算出する。演算処理部151の判定部51cは、把持装置1の判定部51cと同様の把持対象物のずれ量の算出を行う。
次に、演算処理部151の判定部51cは、把持対象物のずれ量、すなわち、把持対象物における把持装置2に把持される部分の中心位置と把持装置2が把持する把持位置の中心位置とのずれ量を算出する。演算処理部151の判定部51cは、把持装置1の判定部51cと同様の把持対象物のずれ量の算出を行う。
(ステップS150)
次に、演算処理部151は、把持対象物のずれ量が予め定められた所定の閾値以下かどうかについて判定する。当該所定の閾値とは、例えば、そのまま把持装置2が把持対象物を把持しても、把持対象物、把持対象物を保持する治具及び把持装置等が損傷しない程度のずれ量である。
次に、演算処理部151は、把持対象物のずれ量が予め定められた所定の閾値以下かどうかについて判定する。当該所定の閾値とは、例えば、そのまま把持装置2が把持対象物を把持しても、把持対象物、把持対象物を保持する治具及び把持装置等が損傷しない程度のずれ量である。
把持対象物のずれ量が所定の閾値以下である場合(ステップS150のYES)は、演算処理部151は、ステップS170に処理を進める。把持対象物のずれ量が所定の閾値より大きい場合(ステップS150のNO)は、演算処理部151は、ステップS160に処理を進める。
(ステップS160)
ロボットハンド70は、ステップS140で算出したずれ量に応じて機構部60を移動する。具体的に説明すると、演算処理部151は、算出したずれ量をロボット制御部80に出力する。ロボット制御部80は、入力されたずれ量に基づいて、機構部60のずれ量を減少させて、把持対象物における把持装置1に把持される部分の中心位置と把持装置2が把持する把持位置の中心位置とが一致するように移動する。すなわち、把持装置2の位置を把持対象物における把持装置1に把持される部分の中心位置と把持装置2が把持する把持位置の中心位置とが一致する位置に補正できる。そして、ステップ120に戻って、処理を繰り返す。
ロボットハンド70は、ステップS140で算出したずれ量に応じて機構部60を移動する。具体的に説明すると、演算処理部151は、算出したずれ量をロボット制御部80に出力する。ロボット制御部80は、入力されたずれ量に基づいて、機構部60のずれ量を減少させて、把持対象物における把持装置1に把持される部分の中心位置と把持装置2が把持する把持位置の中心位置とが一致するように移動する。すなわち、把持装置2の位置を把持対象物における把持装置1に把持される部分の中心位置と把持装置2が把持する把持位置の中心位置とが一致する位置に補正できる。そして、ステップ120に戻って、処理を繰り返す。
(ステップS170)
把持対象物のずれ量が所定の閾値以下である場合(ステップS150のYES)、演算処理部151は、後処理を行う。ここでは、把持対象物の中心位置と把持装置2が把持する把持位置の中心位置とのずれ量は小さいことから、そのまま把持動作を継続して、把持対象物を把持してもよい。
把持対象物のずれ量が所定の閾値以下である場合(ステップS150のYES)、演算処理部151は、後処理を行う。ここでは、把持対象物の中心位置と把持装置2が把持する把持位置の中心位置とのずれ量は小さいことから、そのまま把持動作を継続して、把持対象物を把持してもよい。
<作用・効果>
本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム100によれば、把持装置が有する作用・効果に加えて、把持対象物の中心位置と把持装置が把持する把持位置の中心位置とが一致する位置に把持装置の位置を補正できる。
本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム100によれば、把持装置が有する作用・効果に加えて、把持対象物の中心位置と把持装置が把持する把持位置の中心位置とが一致する位置に把持装置の位置を補正できる。
<把持システム100の処理の変形例>
把持システム100の処理の変形例として、把持対象物の幅が未知の場合について説明する。図15は、本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム100の処理の変形例を説明するフロー図である。
把持システム100の処理の変形例として、把持対象物の幅が未知の場合について説明する。図15は、本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム100の処理の変形例を説明するフロー図である。
ステップS110、ステップS120及びステップS130は、上述の処理と同じ処理であることから説明を省略する。なお、ステップS130で判定部51cが第1指部21a及び第2指部21bのいずれかの把持対象物への接触を検出した場合(ステップS130のYES)は、演算処理部151は、ステップS240に処理を進める。
(ステップS240)
次に、演算処理部151の判定部51cは、接触した第1指部21a及び第2指部21bのいずれか側に、機構部60を所定の距離移動させる移動量を算出する。移動量は、例えば、ストローク長Lに対する割合で定める。そして、判定部51cは、移動量を、処理を繰り返すにしたがって短くする。すなわち、移動量(移動する距離)は、処理を繰り返すにつれて短くなる。なお、当該移動量は、接触していない第1指部21a及び第2指部21bのいずれかに、移動しても接触しない程度の距離にする。
次に、演算処理部151の判定部51cは、接触した第1指部21a及び第2指部21bのいずれか側に、機構部60を所定の距離移動させる移動量を算出する。移動量は、例えば、ストローク長Lに対する割合で定める。そして、判定部51cは、移動量を、処理を繰り返すにしたがって短くする。すなわち、移動量(移動する距離)は、処理を繰り返すにつれて短くなる。なお、当該移動量は、接触していない第1指部21a及び第2指部21bのいずれかに、移動しても接触しない程度の距離にする。
演算処理部151は、当該移動量をロボット制御部80に出力する。ロボット制御部80は、当該移動量に基づいて、機構部60を、接触した第1指部21a及び第2指部21bのいずれか側に、当該移動量移動する。
(ステップS250)
次に、演算処理部151は、移動量が予め定められた所定の閾値以下かどうかについて判定する。当該所定の閾値とは、例えば、そのまま把持装置2が把持対象物を把持しても、把持対象物、把持対象物を保持する治具及び把持装置等が損傷しない程度のずれ量に相当する移動量である。
次に、演算処理部151は、移動量が予め定められた所定の閾値以下かどうかについて判定する。当該所定の閾値とは、例えば、そのまま把持装置2が把持対象物を把持しても、把持対象物、把持対象物を保持する治具及び把持装置等が損傷しない程度のずれ量に相当する移動量である。
演算処理部151は、移動量が所定の閾値以下である場合(ステップS250のYES)は、把持対象物における把持装置1に把持される部分の中心位置と把持装置が把持する把持位置の中心位置とのずれ量が小さい、すなわち、ずれが小さい、と判断する。そして、演算処理部151は、ステップS260に処理を進める。移動量が所定の閾値より大きい場合(ステップS150のNO)は、演算処理部151は、ずれを検出したとして、ステップS120に戻って処理を繰り返す。
(ステップS260)
把持対象物のずれ量が所定の閾値以下である場合(ステップS250のYES)、演算処理部151は、後処理を行う。ここでは、把持対象物の中心位置と把持装置2が把持する把持位置の中心位置とのずれ量は小さいことから、そのまま把持動作を継続して、把持対象物を把持してもよい。
把持対象物のずれ量が所定の閾値以下である場合(ステップS250のYES)、演算処理部151は、後処理を行う。ここでは、把持対象物の中心位置と把持装置2が把持する把持位置の中心位置とのずれ量は小さいことから、そのまま把持動作を継続して、把持対象物を把持してもよい。
<作用・効果>
本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム100の処理の変形例によれば、把持システム100が有する作用・効果に加えて、把持対象物の幅が未知の場合でも、正しく把持できる。
本実施形態に係る把持装置を用いる把持システム100の処理の変形例によれば、把持システム100が有する作用・効果に加えて、把持対象物の幅が未知の場合でも、正しく把持できる。
以上、把持装置を実施形態により説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
本願は、日本特許庁に2022年1月27日に出願された基礎特許出願2022-011148号の優先権を主張するものであり、その全内容を参照によりここに援用する。
1、2 把持装置
5 ロボット
100 把持システム
10 駆動部
11 動力部
20 把持部
21a 第1指部
21b 第2指部
30 力検出部
31a 第1力覚センサ
31b 第2力覚センサ
40 モータ駆動部
50 制御部
51 演算処理部
51a 操作値演算部
51a1 アドミタンス制御演算部
51a2 積分演算部
51a3 位置速度演算部
51a4 電流演算部
51b 力指令生成部
51c 判定部
60 機構部
70 ロボットハンド
80 ロボット制御部
PVf 把持力検出値
PVi 電流検出値
PVv 速度検出値
PVθ 位置検出値
SVf 力指令値
SVi 電流指令値
SVθ 位置指令値
TGT、TGT2 把持対象物
5 ロボット
100 把持システム
10 駆動部
11 動力部
20 把持部
21a 第1指部
21b 第2指部
30 力検出部
31a 第1力覚センサ
31b 第2力覚センサ
40 モータ駆動部
50 制御部
51 演算処理部
51a 操作値演算部
51a1 アドミタンス制御演算部
51a2 積分演算部
51a3 位置速度演算部
51a4 電流演算部
51b 力指令生成部
51c 判定部
60 機構部
70 ロボットハンド
80 ロボット制御部
PVf 把持力検出値
PVi 電流検出値
PVv 速度検出値
PVθ 位置検出値
SVf 力指令値
SVi 電流指令値
SVθ 位置指令値
TGT、TGT2 把持対象物
Claims (8)
- 操作値に応じて回転するモータと、
第1指部と、第2指部と、を備え、前記モータにより前記第1指部と前記第2指部との間隔を変えて、前記第1指部と前記第2指部とで対象物を把持する把持部と、
前記第1指部と前記第2指部とで前記対象物を把持した時に、前記第1指部及び前記第2指部が前記対象物を把持する把持力を検出する力検出部と、
前記力検出部が検出した前記把持力の力検出値が力指令値になるように前記操作値を出力する制御部と、
を備え、
前記制御部は、把持動作を開始してから前記第1指部及び前記第2指部のいずれかが前記対象物に接触するまでの時間に基づいて、予め定められた基準位置からの前記対象物のずれを検出する、
把持装置。 - 前記基準位置は、前記第1指部と前記第2指部との間の中心位置と、前記対象物における前記第1指部及ぶ前記第2指部により把持される部分の中心位置と、が一致する位置である、
請求項1に記載の把持装置。 - 前記制御部は、前記第1指部と前記第2指部の前記把持動作を開始する際の距離と、前記対象物の幅と、前記時間に基づいて、前記対象物の位置と前記基準位置とのずれ量を算出する、
請求項1又は請求項2のいずれかに記載の把持装置。 - 前記制御部は、前記ずれ量が閾値以下の場合に、前記把持動作を継続する、
請求項3に記載の把持装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の把持装置と、
前記把持装置を移動するロボットと、を備え、
前記ロボットは、前記制御部が前記対象物のずれを検出した場合に、前記把持装置を接触した前記第1指部及び前記第2指部のいずれかの側に移動する、
把持システム。 - 前記ロボットは、前記制御部が前記対象物のずれを検出した場合に、前記把持装置を接触した前記第1指部及び前記第2指部のいずれかの側に移動する処理を繰り返し、移動する距離は処理を繰り返すにつれて短くなる、
請求項5に記載の把持システム。 - 前記制御部は、前記移動する距離が閾値より大きい場合に、前記対象物のずれがあると検出する、
請求項6に記載の把持システム。 - 操作値に応じて回転するモータと、
第1指部と、第2指部と、を備え、前記モータにより前記第1指部と前記第2指部との間隔を変えて、前記第1指部と前記第2指部とで対象物を把持する把持部と、
前記第1指部と前記第2指部とで前記対象物を把持した時に、前記第1指部及び前記第2指部が前記対象物を把持する把持力を検出する力検出部と、
を備え、
前記力検出部が検出した前記把持力の大きさが力指令値になるように前記操作値を出力する把持装置の制御方法であって、
把持動作を開始してから前記第1指部及び前記第2指部のいずれかが前記対象物に接触するまでの時間に基づいて、予め定められた基準位置からの前記対象物のずれを検出する、
把持装置の制御方法。
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- 2022-01-27 JP JP2022011148A patent/JP2023109575A/ja active Pending
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- 2023-01-23 WO PCT/JP2023/001872 patent/WO2023145675A1/ja unknown
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