JPH04343691A - ロボットハンドの制御方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はサ−ビス業界や製造業界
等で一般に使われているロボットを利用した自動化シス
テムにおける、把持対象物の位置・姿勢・形状等にフレ
キシブルに対応可能なハンドの制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば久米，山田他「インテリジェント
ハンドの開発」第８回日本ロボット学会講演会予稿集Ｎ
ｏ．３，ｐｐ．９１１〜９１２，１９９０では把持対象
物を円板に円筒形台座を設けたものに限定し、下部２指
を円板底と台座との間隙に差し込み、位置決めし、もう
１本の上部指と前記下部２指とで底板を挟むことで把持
対象物を把持する技術が開示されている。

【０００３】この技術では把持対象物の形状が特定され
るばかりか、把持対象物の姿勢を検出することができな
いため、把持対象物に対してフレキシブルに対応するこ
とができないという問題点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来の技
術の問題点に鑑みてなされたものであり、把持できる対
象物の形状を拡大し、且つその対象物の設置されている
姿勢に対しても柔軟に対応できるロボットハンドの制御
方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、把持対象物の
位置・姿勢・形状を検出する少なくとも３本の指を備え
、これらの指は中央の探索指を中心に残りの開閉指が開
閉可能となされ、各指の先端には把持対象物との距離セ
ンサあるいは指関節に変位センサが配置されたロボット
ハンドの制御方法であって、該ロボットハンドは予め定
められた作業計画に基づいて前記開閉指を閉状態にして
把持対象物に接近し、探索指の把持対象物への近接と前
記開閉指の開動作による対象物表面のなぞりで該把持対
象物のエッジを検出し、前記探索指と開閉指との相対関
係及び検出されたエッジにより前記把持対象物の位置・
姿勢・形状を推定するものであり、この推定の後に前記
開閉指による把持動作を行わせるものである。

【０００６】

【作用】指を閉じた状態で把持対象物に近づき、探索指
が該把持対象物に近接した段階で把持対象物の傾き・姿
勢を推定し、この把持対象物の上面に対して各指を所望
の位置関係に保持するとともに、この後開閉指を開き、
把持対象物表面をなぞってそのエッジを検出する。探索
指及び開閉指の相対位置関係により、把持対象物の位置
・姿勢・形状が推定され、その後に開閉指による把持動
作が開始される。

【０００７】

【実施例】以下本発明のロボットハンドの制御方法をそ
の一実施例に基づき図面に即して詳細に説明する。

【０００８】図１は本実施例のロボットハンドの構成を
示す概念図であり、Ｐ１〜Ｐ３及び図示しないこれら以
外の関節軸から構成される従来周知の多関節マニピュレ
−タ１の先端に３つの動作可能な指２１〜２３を有する
ハンド２が取り付けられている。ここ　でハンド２の座
標系を原点Ｏｈを基準にしてＸｈ，Ｙｈ，Ｚｈとし、指
２１〜２３の座標系　をＸｆ，Ｙｆ，Ｚｆとする。また
ここで把持対象物として直方体Ｑを考える。

【０００９】前記指２１〜２３は中央の探索指２１を中
心として両側の開閉指２２，２３が開いたり閉じたり、
あるいは上下に上昇・下降したりすることができる。

【００１０】前記指２１〜２３の各指先端部には図２及
び図３の指２１〜２３先端部底面図及び側面図に示され
るように中央部にＬＥＤ等の発光素子３を配設し、周囲
に多数の光ファイ　バ４を設けている。またこの光ファ
イバ４の終端には図４の側面図に示されるようにフォト
センサ等の受光部５が設けられている。これら発光素子
３と受光部５とは近接センサを構成する。但し受光部５
を非常に小さい素子で構成でき、且つ直方体Ｑの把持に
支障を来さないように指先端部に設けることができるな
らば光ファイバ４は不要となる。

【００１１】前記直方体Ｑのエッジの検出は、前記発光
素子３から出た光が直方体Ｑに当って反射してどれだけ
の光が光ファイバ４に返ってくるかによって判断する。 例えば図２の状態において光ファイバ４１〜４２までは
直方体Ｑに掛かっており、光ファイバ４３〜４４までは
直方体Ｑ外にある。この場合発光素子３から出た光は直
方体Ｑ　の上面で反射して光ファイバ４１〜４２にのみ
返る。全光ファイバ４の数に占める光　の返ってきた光
ファイバの個数から前記直方体Ｑのエッジの位置と方向
とを判別する。

【００１２】尚、斯かるロボットハンドは前記指先端部
の発光素子３及び受光部５から構成される近接センサの
他に、図示はしないがＣＣＤカメラ等の遠隔センサを有
し、把持対象物である直方体Ｑの大まかな位置・形状・
姿勢を認識することができるものとする。

【００１３】一方前記ロボットハンドの制御を司るハ−
ドウエアの構成を図５のブロック回路図に示す。同図に
おいてロボットハンドは予め定められた作業計画に基づ
いてその動作を行う。この作業計画は対象物Ｑの位置・
姿勢に応じて逐次変更や計画可能性の検証をフレキシブ
ルに行う必要がある。このため作業計画は予定された作
業をセンサ情報により修正し、再計画する静的フィ−ド
バック経路とセンサ情報が即時に動作に結び付くような
定型行動のための動的フィ−ドバック経路により実行さ
れる。

【００１４】前者の場合、センサ情報によりセンサ処理
系Ｈ５は当初の作業計画が予定通り実行されているか否
かを検証し、その結果に従ってサブ計画Ｈ８で修正計画
を立てる。

【００１５】軌道プランナＨ２は計画に従って所要の動
作目標軌道を生成し、ロボットサ−ボ系Ｈ３はこの軌道
に追随するように目標トルク指令をトルクコントロ−ラ
Ｈ４に入力する。

【００１６】後者の場合はセンサ処理系Ｈ５はサ−ボ動
作のためにセンサ誤差信号をセンササ−ボ系Ｈ６に送り
、該センササ−ボ系Ｈ６は目標トルク指令をトルクコン
トロ−ラＨ４に入力する。ここでセンサ誤差信号はある
作業条件に対応して予測されるセンサ出力値と実際のセ
ンサ出力との差を示す。またセンサＨ７は前記遠隔セン
サ及び近接センサからなる。

【００１７】また前記トルクコントロ−ラＨ４はロボッ
ト（ここではロボットハンド）Ｈ９の動力源のトルクを
制御して対象物Ｈ１０の把持・移動を行う。

【００１８】前記ロボットハンドＨ９の運動に寄与する
動的フィ−ドバックル−プＨ１１，Ｈ１２は前記センサ
Ｈ７にフィ−ドバックされ、対象物Ｈ１０に対してこの
対象物Ｈ１０とロボットハンドＨ８との位置・姿勢の関
係を一定に保つように作用する。

【００１９】以上の構成を有するロボットハンドにおい
て図６の動作流れ図に沿って説明する。

【００２０】まずステップＳ１において上述した図示し
ない遠隔センサで把持対象物である直方体Ｑのラフな位
置及び姿勢を同定する。ここで求めたラフな位置に向か
ってロボットハンドはステップＳ２で対象物Ｑに対して
アプロ−チを行うが、この時中央の探索指２１に対して
開閉指２２，２３が閉じた状態でロボットハンドは進行
する（図７の概観斜視図を参照）。

【００２１】次にステップＳ３で前記各指２１〜２３の
先端部に設けられた近接センサの発光素子３の発した光
が対象物Ｑに反射して近接センサとしての光ファイバ４
に戻ってくるか否かをチェックする。そして前記ロボッ
トハンドの進行は光ファイバ４に光が入力され受光部５
でこれが所定の値になったことが確認されるまで続けら
れる。

【００２２】指２１〜２３がある程度対象物Ｑに近づく
とステップＳ４で該対象物Ｑに対する指２１〜２３の姿
勢制御をその先端部に設けられた光ファイバ４の光入力
量に基づく受光部５の入力値によって行う。即ちステッ
プＳ５にて全ての光ファイバ４に同量の光入力があれば
指２１〜２３は対象物Ｑの上面に対して全て垂直になっ
たものと判断　し、ステップＳ６の開閉指２２，２３の
探索指２１に対する開放動作を行い、これと並　列処理
にてステップＳ７で指２１〜２３の姿勢保持制御を行い
、開放動作中の指２１〜２３の対象物Ｑに対する姿勢を
一定に保持する。この制御によって対象物Ｑがその設置
面に対して傾斜している場合でも、指２１〜２３をガイ
対象物Ｑの上面に対して垂　直な位置関係で保持するこ
とが可能となる。

【００２３】この状態から開閉指２２，２３の片方をＸ
ｆ，Ｙｆ平面内で開いていくと先端部の光ファイバ４の
内、対象物Ｑの外側に出てしまったものについては光フ
ァイバ４に光が返ってこなくなる。従ってステップＳ８
において光入力のある光ファイバ４の全光ファイバ個数
に対する割合により対象物Ｑのエッジを検出する。そし
てエッジを検出した片方の指をステップＳ９でストップ
し、残りの指も同様にステップＳ６〜Ｓ９に沿って動作
させてエッジの検出を行い、前記図１の概観斜視図のよ
うに両方の開閉指２２，２３によるエッジの検出が終わ
った時点でステップＳ１０によって両開閉指２２，２３
の動作をストップさせる。

【００２４】このようにしてステップＳ１〜Ｓ１０の一
連の動作によって、把持対象物である直方体Ｑのより正
確な位置・形状・姿勢が推定され、ステップＳ１１にて
前記開閉指２２，２３のＸｆ，Ｙｆ，Ｚｆ空間内での移
動による対象物Ｑの把持動作が行われる（図８の概観斜
視図を参照）。

【００２５】

【発明の効果】本発明は以上の説明の如く、把持対象物
の位置・姿勢・形状を検出する少なくとも３本の指を備
え、これらの指は中央の探索指を中心に残りの開閉指が
開閉可能となされ、各指の先端には距離センサが配置さ
れたロボットハンドの制御方法であって、該ロボットハ
ンドは予め定められた作業計画に基づいて前記開閉指を
閉状態にして把持対象物に接近し、これらの指による対
象物の様々な姿勢に柔軟に対応できるとともに、探索指
の把持対象物への近接と前記開閉指の開動作による対象
物表面のなぞりで該把持対象物のエッジを検出し、前記
探索指と開閉指との相対関係及び検出されたエッジによ
り前記把持対象物の位置・姿勢・形状を推定するもので
あるから、正確な位置・姿勢が不明な直方体の位置・姿
勢同定が簡単なセンシング機能によって正確且つ瞬時に
行え、その後の把持動作が正確に行うことが可能になり
、ロボットを利用した自動化システムに対してフレキシ
ビリティに富んだマニピュレ−ションが可能となる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明制御方法の対象となるロボットハンドの
一実施例を示すエッジ検出状態の概観斜視図である。

【図２】ロボットハンドの指先端部を示す底面図である
。

【図３】ロボットハンドの指先端部を示す側面図である
。

【図４】光ファイバ及びその末端部の構成を示す概略図
である。

【図５】制御方法を実施するためのハ−ドウエアの一実
施例を示すブロック回路図である。

【図６】制御方法を説明する動作流れ図である。

【図７】ラフな位置検出をされた対象物に対する進行状
態のロボットハンドを示す概観斜視図である。

【図８】把持対象物を把持状態のロボットハンドを示す
概観斜視図である。

【符号の説明】

Ｑ　　　　　　　　把持対象物 ２１　　　　　　　　探索指 ２２，２３　　　　　開閉指 ３　　　　　　　　発光素子 ４　　　　　　　　受光部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　把持対象物の位置・姿勢・形状を検出
   する少なくとも３本の指を備え、これらの指は中央の探
   索指を中心に残りの開閉指が開閉可能となされ、各指の
   先端には距離センサが配置されたロボットハンドの制御
   方法であって、該ロボットハンドは予め定められた作業
   計画に基づいて前記開閉指を閉状態にして把持対象物に
   接近し、探索指の把持対象物への近接と前記開閉指の開
   動作による対象物表面のなぞりで該把持対象物のエッジ
   を検出し、前記探索指と開閉指との相対関係及び検出さ
   れたエッジにより前記把持対象物の位置・姿勢・形状を
   推定することを特徴とするロボットハンドの制御方法。
2. 【請求項２】　　上記請求項１において、前記把持対象
   物の位置・姿勢・形状を推定後、前記開閉指による把持
   動作を行わせることを特徴とするロボットハンドの制御
   方法。