(57)【要約】【課題】対象物を把持した際にその把持状態を正確に認識することができる把持装置を提供することを目的とする。【解決手段】少なくとも第一指１１と第二指１２を有し、この第一指１１と第二指１２により対象物Ｍを把持する把持部２を備えて構成される把持装置であって、第一指１１及び第二指１２の表面における圧力分布を検出し（Ｓ１２）、取得された圧力分布と第一指１１及び第二指１２の表面の形状とに基づいて第一指１１及び第二指１２における対象物Ｍの把持状態を検出する（Ｓ２２）。これにより、画像認識の精度が高くなくても、対象物の把持状態を正確に認識することができる。【選択図】図６
2010064155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第一指部と第二指部を有し、この第一指部と第二指部により対象物を把持する把持部と、
前記第一指部及び前記第二指部における対象物との接触状態を取得する接触状態取得手段と、
前記接触状態取得手段により取得された接触状態に基づいて前記第一指部及び前記第二指部における前記対象物の把持状態を検出する把持状態検出手段と、
を備えた把持装置。
【請求項２】
前記接触状態取得手段は、前記第一指部及び前記第二指部における前記対象物との接触中心点の法線又は接線を取得し、
前記把持状態検出手段は、前記対象物との接触中心点の法線又は接線に基づいて前記対象物の把持状態を検出する、
請求項１に記載の把持装置。
【請求項３】
前記接触状態取得手段は、前記第一指部及び前記第二指部の表面における圧力分布を取得し、その圧力分布に基づいて前記第一指部及び前記第二指部における前記対象物との接触中心点の法線又は接線を取得する、
請求項２に記載の把持装置。
【請求項４】
前記接触状態取得手段は、前記第一指部及び前記第二指部の表面に沿って配される複数の圧力センサを備えて構成されている請求項３に記載の把持装置。
【請求項５】
前記対象物が円柱状部材又は球状部材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の把持装置。
【請求項６】
少なくとも第一指部と第二指部を有し、この第一指部と第二指部により対象物を把持する把持装置において、
前記第一指部及び第二指部に設けられ、モータの駆動によって作動し指先部を回動させる関節部と、
前記第一指部及び第二指部の一方又は双方に設けられ、前記関節部と前記指先部との間に配され、前記関節部に対し前記指先部の回動を許容する弾性部材と、
を備えた把持装置。
【請求項７】
前記指先部の回動の角度を検出する角度検出手段を更に備える請求項６に記載の把持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を把持する把持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物を把持する把持装置として、例えば特開２００５−７４８６号公報に記載されるように、複数の指部を有し、画像認識により物体を認識し、指部を作動させて物体を把持するものが知られている。その装置は、物体上における各指部の指先部と接する目標接触点を決定し、その目標接触点における法線ベクトルを求め、その目標接触点に指先部が移動する際の関節部の目標角度を求めて駆動制御を行って物体を効率よく確実に把持しようというものである。
【特許文献１】特開２００５−７４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した装置にあっては、対象物を把持した際にその把持状態を正確に認識することが困難である。例えば、画像認識により対象物の把持状態を認識することが考えられるが、指部と対象物の三次元的な接触状態を画像認識により正確に把握することは難しい。また、上述した装置にあっては、把持状態が不安定であると認識した場合に、操り動作によって安定した状態に把持し直すことが困難である。例えば、対象物を把持したまま、その把持状態を安定した状態に変更することが難しく、対象物を把持し損なう場合がある。
【０００４】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、対象物を把持した際にその把持状態を正確に認識することができる把持装置を提供することを目的とする。また、対象物の操り動作の際の把持安定性が図れる把持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明に係る把持装置は、少なくとも第一指部と第二指部を有し、この第一指部と第二指部により対象物を把持する把持部と、前記第一指部及び前記第二指部における対象物との接触状態を取得する接触状態取得手段と、前記接触状態取得手段により取得された接触状態に基づいて前記第一指部及び前記第二指部における前記対象物の把持状態を検出する把持状態検出手段とを備えて構成されている。
【０００６】
この発明によれば、第一指部及び第二指部における対象物との接触状態に基づいて第一指部及び第二指部における対象物の把持状態を検出することにより、画像認識の精度が高くなくても、接触状態によって対象物の把持状態を正確に認識することができる。また、対象物を把持した際にその把持状態が安定状態であるか不安定状態であるかを容易に検出することができる。このため、対象物の把持状態が不安定状態である場合には把持し直して安定状態に持ち直すことが円滑に行える。
【０００７】
また本発明に係る把持装置において、前記接触状態取得手段は、前記第一指部及び前記第二指部における前記対象物との接触中心点の法線又は接線を取得し、前記把持状態検出手段は、前記対象物との接触中心点の法線又は接線に基づいて前記対象物の把持状態を検出することが好ましい。
【０００８】
この発明によれば、第一指部及び第二指部における対象物との接触中心点の法線又は接線を取得し、その対象物との接触中心点の法線又は接線に基づいて対象物の把持状態を検出することにより、画像認識の精度が高くなくても、対象物との接触中心点の法線又は接線によって対象物の把持状態を正確に認識することができる。また、対象物を把持した際にその把持状態が安定状態であるか不安定状態であるかを容易に検出することができる。このため、対象物の把持状態が不安定状態である場合には把持し直して安定状態に持ち直すことが円滑に行える。
【０００９】
また本発明に係る把持装置において、前記接触状態取得手段は、前記第一指部及び前記第二指部の表面における圧力分布を取得し、その圧力分布に基づいて前記第一指部及び前記第二指部における前記対象物との接触中心点の法線又は接線を取得することが好ましい。
【００１０】
この発明によれば、第一指部及び第二指部の表面における圧力分布を取得し、その圧力分布に基づいて第一指部及び第二指部における対象物との接触中心点の法線又は接線を取得し、その対象物との接触中心点の法線又は接線に基づいて対象物の把持状態を検出する。これにより、画像認識の精度が高くなくても、第一指部及び第二指部の表面における圧力分布によって対象物の把持状態を正確に認識することができる。また、対象物を把持した際にその把持状態が安定状態であるか不安定状態であるかを容易に検出することができる。このため、対象物の把持状態が不安定状態である場合には把持し直して安定状態に持ち直すことが円滑に行える。
【００１１】
また本発明に係る把持装置において、前記接触状態取得手段は、前記第一指部及び前記第二指部の表面に沿って配される複数の圧力センサを備えて構成されていることが好ましい。
【００１２】
また本発明に係る把持装置において、前記対象物が円柱状部材又は球状部材であることが好ましい。
【００１３】
また本発明に係る把持装置は、少なくとも第一指部と第二指部を有し、この第一指部と第二指部により対象物を把持する把持装置において、前記第一指部及び第二指部に設けられ、モータの駆動によって作動し指先部を回動させる関節部と、前記第一指部及び第二指部の一方又は双方に設けられ、前記関節部と前記指先部との間に配され、前記関節部に対し前記指先部の回動を許容する弾性部材とを備えて構成されている。
【００１４】
この発明によれば、関節部と指先部との間に弾性部材を配して関節部に対し指先部の回動を許容することにより、第一指部と第二指部により対象物を把持し操り動作している際、その把持状態が不安定となった場合でも、弾性部材の変形によって指先部の方向を変えることによって把持状態を安定にすることが可能となる。このため、所望の操り動作を行うことができる。また、指部と対象物の動特性の解析や転がり及び滑りの微分方程式を解くなどの複雑な計算をせずに簡易な制御則によって安定した操り動作が行える。
【００１５】
また本発明に係る把持装置において、前記指先部の回動の角度を検出する角度検出手段を更に備えること好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、指部における対象物との接触状態を取得し、その接触状態に基づいて対象物の把持状態を検出することにより、対象物の把持状態を正確に認識することができる。また、関節部と指先部の間に弾性部材を配することにより、把持状態を安定させる方向へ指先部を向かせることができ、対象物の操り動作の際の把持安定性の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１に本発明の実施形態に係る把持装置の概略構成図を示す。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係る把持装置は、対象物を把持部２によって把持する装置であり、例えばロボットハンドに適用される。把持装置は、撮像部３、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４、モータ５、回転位置センサ６、圧力分布検出部７を備えている。
【００２０】
撮像部３は、把持の対象となる対象物を画像認識するための撮像手段又は撮像ユニットとして機能するものであり、例えばＣＣＤ（Charged Coupled Device）、Ｃ−ＭＯＳ（Complementary Metal OxideSemiconductor）などの撮像素子を備えたカメラが用いられる。なお、把持装置において、対象物の把持に際し高精度の画像認識を必要としないため、撮像部３は、高画質の撮像素子を備えてものでなくてもよい。また、対象物の大まかな位置が事前にわかっている場合や他の方法により与えられている場合には、撮像部３の設置を省略することも可能である。
【００２１】
ＥＣＵ４は、把持装置の装置全体の制御を行う電子制御ユニットであり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)を含むコンピュータを主体として構成されている。ＥＣＵ４は、把持部２に設けられる指部の圧力分布と指部の形状とに基づいて指部における対象物の把持状態を検出する把持状態検出手段又は把持状態検出ユニットとして機能する。また、ＥＣＵ４は、撮像部３が撮像した画像を入力し、画像処理することによって対象物の位置、形状及び大きさを認識する画像認識手段又は画像認識ユニットとして機能する。
【００２２】
なお、ＥＣＵ４は、撮像部３の撮像画像の画像処理を行う画像処理、モータ５の駆動制御を行うモータ制御、対象物の把持状態の検出を行う把持検出などを個別に行う複数の制御器により構成されていてもよい。
【００２３】
モータ５は、把持部２の指部の関節部に設けられ、関節部を回転作動させるアクチュエータとして機能するものである。モータ５は、ＥＣＵ４と接続され、ＥＣＵ４から出力される制御信号に応じて作動する。ＥＣＵ４は、把持部２にて対象物を把持し、操り動作する際にモータ５に適宜制御信号を出力する。
【００２４】
回転位置センサ６は、把持部２における関節角を検出する関節角検出手段として機能するものであり、例えばエンコーダやポテンションメータが用いられる。回転位置センサ６により検出された関節角情報は、ＥＣＵ４に入力される。ＥＣＵ４は、関節角情報に基づいて各指の位置を演算する。その際、回転位置センサ６及びＥＣＵ４は、指先の回動の角度を検出する角度検出手段として機能する。
【００２５】
圧力分布検出部７は、把持部２の指部の表面における圧力分布を取得する圧力分布取得手段又は圧力分布検出器として機能するものであり、例えば指部の表面に沿って配される複数の圧力センサにより構成されている。圧力分布検出部７における圧力センサの出力信号は、ＥＣＵ４に入力される。ＥＣＵ４では、圧力分布検出部７の出力信号に基づいて対象物の接触による圧力分布状態を演算し、対象物の接触中心位置を演算する。また、圧力分布検出部７は、その圧力分布から対象物との接触状態を取得することができ、接触状態取得手段として機能する。
【００２６】
この圧力分布検出部７の圧力センサの表面側には、シリコンゴムのような柔軟部材を設けることが好ましい。柔軟部材を設けることにより、接触面積が増大して把持を安定化でき、対象物を把持する際に生ずる衝撃などから圧力センサを保護することができる。また、対象物と接触部分との間に摩擦を生じさせ、対象物を把持しやすくすることができる。
【００２７】
ＥＣＵ４は、回転位置センサ６から出力された指部の各リンクの関節角と把持姿勢のために算出された目標関節角に基づいて、フィードバック制御を行っている。このフィードバック制御により、把持部２の各関節に設けられたモータを駆動している。
【００２８】
図２は本実施形態に係る把持装置のロボットハンドの側面図であり、図３は本実施形態に係る把持装置のロボットハンドの正面図である。
【００２９】
図２、３に示すように、ロボットハンド１は、把持装置の把持部２として機能するものであって、対象物を把持するための少なくとも二つの指部を有している。ロボットハンド１は、例えば、親指に相当する第一指１１、人差し指に相当する第二指１２、中指に相当する第三指１３、および薬指に相当する第四指１４を備えて構成されている。
【００３０】
また、第一指１１には、第一指第一関節１１Ａ、第一指第二関節１１Ｂ、および第一指第三関節１１Ｃが設けられており、第二指１２には、第二指第一関節１２Ａ、第二指第二関節１２Ｂ、および第二指第三関節１２Ｃが設けられている。さらに、第三指１３には、第三指第一関節１３Ａ、第三指第二関節１３Ｂ、および第三指第三関節１３Ｃが設けられており、第四指１４には、第四指第一関節１４Ａ、第四指第二関節１４Ｂ、および第四指第三関節１４Ｃが設けられている。
【００３１】
第一指１１における付け根部分には、第一指１１を第二指１２ないし第四指１４に対向させる第一指対向関節１１Ｇが設けられている。対向関節１１Ｇは、後述の掌部１６に平行する鉛直方向を挟んで、第一指１１を第二指１２ないし第四指１４に対向可能としている。
【００３２】
第二指１２における付け根部分には、第二指１２を揺動させる第二指揺動関節１２Ｇが設けられている。揺動関節１２Ｇは、掌部１６に直交する水平軸周りに第二指１２を揺動可能としている。また、第三指１３および第四指１４におけるそれぞれの付け根部分には、第三指１３および第四指１４を揺動させる第三指揺動関節１３Ｇおよび第四指揺動関節１４Ｇが設けられている。
【００３３】
揺動関節１３Ｇ、１４Ｇは、第三指１３および第四指１４を掌部１６に直交する水平軸周りにそれぞれ揺動させる。これらの第二指１２ないし第四指１４の第三関節１２Ｃ〜１４Ｃを除く各関節１１Ａ〜１１Ｃ、１２Ａ〜１２Ｂ、１３Ａ〜１３Ｂ、１４Ａ〜１４Ｂ、対向関節１１Ｇ、および揺動関節１２Ｇ〜１４Ｇには、図１に示すモータ５が設けられている。
【００３４】
また、第一指１１における第一指第一関節１１Ａと第一指第二関節１１Ｂとの間には、第一指第一リンク１１Ｄが設けられ、第一指第二関節１１Ｂと第一指第三関節１１Ｃとの間には、第一指第二リンク１１Ｅが設けられ、第一指第三関節１１Ｃの先端には、指先部（第一指第三リンク）１１Ｆが設けられている。第二指１２における第二指第一関節１２Ａと第二指第二関節１２Ｂとの間には、第二指第一リンク１２Ｄが設けられ、第二指第二関節１２Ｂと第二指第三関節との間には、第二指第二リンク１２Ｅが設けられ、第二指第三関節１２Ｃの先端には、指先部（第二指第三リンク）１２Ｆが設けられている。
【００３５】
さらに、第三指１３における第三指第一関節１３Ａと第三指第二関節１３Ｂとの間には、第三指第一リンク１３Ｄが設けられ、第三指第二関節１３Ｂと第三指第三関節１３Ｃとの間には、第三指第二リンク１３Ｅが設けられ、第三指第三関節１３Ｃの先端には、指先部（第三指第三リンク）１３Ｆが設けられている。第四指１４における第四指第一関節１４Ａと第四指第二関節１４Ｂとの間には、第四指第一リンク１４Ｄが設けられ、第四指第二関節１４Ｂと第四指第三関節１４Ｃとの間には、第四指第二リンク１４Ｅが設けられ、第四指第三関節１４Ｃの先端には、指先部（第四指第三リンク）１４Ｆが設けられている。
【００３６】
さらに、第一指対向関節１１Ｇと第一指第一関節１１Ａとの間には、第一指対向リンク１１Ｈが設けられている。第二指揺動関節１２Ｇと、第二指第一関節１２Ａとの間には、第二指揺動リンク１２Ｈが設けられている。同様に、第三指揺動関節１３Ｇと、第三指第一関節１３Ａとの間、および第四指揺動関節１４Ｇと、第四指第一関節１４Ａとの間には、それぞれ図示しない第三指揺動リンクおよび第四指揺動リンクが設けられている。
【００３７】
また、ロボットハンド１は、掌部材である拇指球１５および掌部１６を有している。拇指球１５には、第一指１１が取り付けられている。また、拇指球１５は、鉛直軸周りに回転可能とされており、拇指球１５とともに第一指１１が鉛直軸周りに回転可能とされている。掌部１６には、第二指１２〜第四指１４が取り付けられている。また、第一指１１〜第四指１４の各リンク１１Ｄ〜１１Ｆ，１２Ｄ〜１２Ｆ，１３Ｄ〜１３Ｆ，１４Ｄ〜１４Ｆ、および拇指球１５、掌部１６には、それぞれ柔軟部材（柔軟肉）１７が取り付けられている。
【００３８】
ロボットハンド１は、第二指１２〜第四指１４の関節のうち、第二関節と第三関節とが連動関節３０となっている。連動関節３０は、第二関節１２Ｂ〜１４Ｂと第三関節１２Ｃ〜１４Ｃとの間に、リンク部材３１が設けられている。
【００３９】
また、第二関節１２Ｂ〜１４Ｂには、モータが設けられているが、第三関節１２Ｃ〜１４Ｃには、モータが設けられていない。そして、第二関節１２Ｂ〜１４Ｂに設けられたモータが回転駆動することにより、第二関節１２Ｂ〜１４Ｂが回転する。また、第二関節１２Ｂ〜１４Ｂが回転することにより、その回転がリンク部材３１を介して第三関節１２Ｃ〜１４Ｃに伝達される。こうして、第三関節１２Ｃ〜１４Ｃも第二関節１２Ｂ〜１４Ｂとともに回転するようになっている。
【００４０】
なお、図２、３のロボットハンド１は把持部２の一例を示すものであり、本発明の把持部は、対象物を把持するための少なくとも第一指部と第二指部を有するものであればよく、図２、３に示すロボットハンド１以外のものを用いる場合もある。
【００４１】
図４は、圧力分布検出部の概要図である。
【００４２】
図４に示すように、第一指１１の指先部１１Ｆには、その表面の圧力分布を検出する圧力分布検出部７が設けられている。圧力分布検出部７は、指先部１１Ｆの表面に沿って配される複数の圧力センサ７１により構成されている。この圧力分布検出部７は、物体（対象物）を把持する際に物体に接触する側、すなわち指先部１１Ｆの掌側に設けられている。指先部１１Ｆの手の甲側には、爪部７２が設けられている。
【００４３】
圧力センサ７１は、例えば縦横の格子状に配列されている。圧力センサ７１としては、対象物の接触を感知できるものであれば、いずれのタイプのものを用いてもよい。圧力分布検出部７の検出信号は、ＥＣＵ４に出力される。なお、圧力分布検出部７の表面側には柔軟部材１７が設けられるが、説明の便宜上、図４ではその図示を省略している。また、  図４は圧力分布検出部の概要図であり、圧力分布検出部７における圧力センサ７１のセル数を多くしセル配置間隔を細かくすることが好ましい。この場合、対象物の接触中心位置、把持状態を精度よく認識することができる。
【００４４】
また、図４に示す第一指１１の指先部１１Ｆと同様に、第二指１２の指先部１２Ｆ、第三指１３の指先部１３Ｆ、第四指１４の指先部１４Ｆにも圧力分布検出部７が設けられている。
【００４５】
図５は、指に配設される弾性部材の概要説明図である。
【００４６】
図５に示すように、第二指１２の指先部１２Ｆと第二指第三関節１２Ｃの間には、弾性部材１２Ｊが配設されている。弾性部材１２Ｊは、第二指第三関節１２Ｃに対し指先部１２Ｆの回動を許容する部材であり、例えばコイルバネが用いられる。弾性部材１２Ｊは、その弾性変形により第二指第三関節１２Ｃに対して指先部１２Ｆを揺動させる。図５の場合、弾性部材１２Ｊであるコイルバネの捻れにより、第二指第三関節１２Ｃに対し指先部１２Ｆが揺動可能となっている。
【００４７】
この弾性部材１２Ｊとしては、指先部１２Ｆの回動を許容する部材であれば、コイルバネ以外のものであってもよく、例えば板バネ、ゴム部材、樹脂材など所定値以上の弾性変形をする部材を用いてもよい。
【００４８】
このような弾性部材１２Ｊを設けることにより、モータ駆動により決められる指先部１２Ｆの角度や姿勢に対し指先部１２Ｆを傾かせることができる。これにより、対象物を把持して操り動作している際、その把持状態が不安定となった場合でも、弾性部材１２Ｊの変形によって指先部１２Ｆの姿勢を変えることによって把持状態を安定にすることが可能となる。
【００４９】
また、上述した第二指１２と同様に、第三指１３及び第四指１４にも弾性部材が設けられている。さらに、第一指１１にも弾性部材を設ける場合もある。
【００５０】
次に、本実施形態に係る把持装置の動作について説明する。
【００５１】
図６は、本実施形態に係る把持装置による把持動作を示すフローチャートである。図７は、本実施形態に係る把持装置による操り動作を示すフローチャートである。図６、７における制御処理は、例えばＥＣＵ４によって所定の周期で繰り返し実行される。
【００５２】
図８〜１３は、把持装置による把持動作、操り動作の説明図である。図８〜１３においては、円柱形状の対象物Ｍを把持して操り動作する場合について図示している。
【００５３】
図８に示すように、第一指１１〜第四指１４によって対象物Ｍを握ろうとする場合、まずは第一指１１と第二指１２により対象物Ｍをつまんで把持し、対象物Ｍを掌部１６側へ引き寄せた後、第一指１１〜第四指１４によって対象物Ｍを握ることとなる。このときの第一指１１と第二指１２により対象物Ｍを把持する把持動作、および掌部１６側へ引き寄せる際の操り動作について説明する。第一指１１と第二指１２により対象物Ｍを把持した後、掌部１６側へ引き寄せる際、把持状態が不安定になりやすいが、本実施形態に係る把持装置では指先の圧力分布に基づいて把持状態を認識し、把持状態を不安定にならないように把持状態を調整して操り動作が行える。
【００５４】
まず本実施形態に係る把持装置による把持動作について説明する。
【００５５】
図６のＳ１０に示すように、指部の屈曲動作が行われる。この屈曲動作は、対象物Ｍを第一指１１と第二指１２により指頭つまみによって把持しようとする動作であって、第一指１１の関節１１Ｂ、１１Ｃと第二指１２の関節１２Ａ〜１２Ｃを回転させて、第一指１１と第二指１２を屈曲させる動作である。撮像部３にて対象物Ｍの位置を認識し、対象物Ｍに第一指１１の指先部１１Ｆと第二指１２の指先部１２Ｆを接近させる。
【００５６】
そして、Ｓ１２に移行し、圧力信号の読み込み処理が行われる。圧力信号の読み込み処理は、圧力分布検出部７の検出信号を読み込む処理である。この検出信号を読み込み、所定以上の圧力を生じたことで第一指１１と第二指１２により対象物Ｍを把持したことを認識することができる。
【００５７】
そして、Ｓ１４に移行し、第一指１１と第二指１２が対象物Ｍに接触したか否かが判断される。この判断処理は、第一指１１と第二指１２における圧力分布検出部７の検出信号に基づいて行われる。
【００５８】
Ｓ１４にて第一指１１と第二指１２が対象物Ｍに接触していないと判断された場合には、Ｓ１０に戻る。一方、Ｓ１４にて第一指１１と第二指１２が対象物Ｍに接触したと判断された場合には、接触中心点の演算処理が行われる（Ｓ１６）。接触中心点の演算処理は、第一指１１と第二指１２の指先部１１Ｆ、１２Ｆにおける接触範囲の中心点を演算する処理である。例えば、複数の圧力センサ７１で接触を感知した場合、その中心に位置する圧力センサ７１の位置が接触中心点として演算される。また、複数の圧力センサ７１で接触を感知した場合、最も圧力が大きい位置を接触中心点として演算してもよい。
【００５９】
そして、Ｓ１８に移行し、法線の演算処理が行われる。この法線の演算処理は、接触中心点における法線及び接線を演算する処理である。例えば、指先部１１Ｆ、１２Ｆの形状についてのモデルを設定しておき、その指先部１１Ｆ、１２Ｆの姿勢状態情報及び指先部１１Ｆ、１２Ｆにおける接触点を入力することにより接触面の法線の方程式を算出して、法線が演算される。また、指先部１１Ｆ、１２Ｆの姿勢状態情報及び指先部１１Ｆ、１２Ｆにおける接触点を入力することにより接触面の接線又は接触面の方程式を算出して、接線が演算される。
【００６０】
そして、Ｓ２０に移行し、対象物演算処理が行われる。この対象物演算処理は、対象物Ｍの位置及び大きさを演算する処理である。例えば、図９に示すように、指先部１１Ｆにおける接触点ｐ１１における法線と指先部１２Ｆにおける接触点ｐ１２における法線の交点により対象物Ｍの中心位置Ｏｍが演算され、接触点ｐ１１、ｐ１２と中心位置Ｏｍとの距離により対象物Ｍの半径Ｒｍが演算される。そして、対象物Ｍの中心位置Ｏｍと半径Ｒｍにより対象物Ｍの位置及び大きさが演算され認識される。
【００６１】
そして、Ｓ２２に移行し、把持状態の検出処理が行われる。この把持状態の検出処理は、第一指１１及び第二指１２の表面の圧力分布とその表面の形状に基づいて第一指１１及び第二指１２による対象物Ｍの把持状態、すなわち把持安定状態を検出する処理である。例えば、第一指１１及び第二指１２の表面の圧力分布とその表面の形状に基づいて演算される対象物Ｍとの接触点における接線方向もしくは法線方向に基づいて第一指１１及び第二指１２による対象物Ｍの把持安定状態が検出される。より具体的には、指先部１１Ｆ、１２Ｆにおける接触点の接線同士の傾き又は接触点における法線同士の方向一致状態に基づいて対象物Ｍの把持状態が安定状態であるか不安定状態であるかが判断される。
【００６２】
図１０（ａ）に示すように、指先部１１Ｆ、１２Ｆにおける接触点の接線同士が平行であり傾きが所定値より小さい場合、又は接触点における法線同士の方向の傾きが所定値より小さい場合には、対象物Ｍの把持状態が安定状態であると判断される。
【００６３】
図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、指先部１１Ｆ、１２Ｆにおける接触点の接線同士が平行でなく傾きが所定値以上に大きい場合、又は接触点における法線同士の方向の傾きが所定値以上に大きい場合には、対象物Ｍの把持状態が不安定状態であると判断される。Ｓ２２の処理を終えたら一連の制御処理を終了する。
【００６４】
このように把持動作処理を行うことにより、第一指１１及び第二指１２の表面の圧力分布とその表面の形状に基づいて第一指１１及び第二指１２における対象物Ｍの把持状態を検出することにより、画像認識の精度が高くなくても、対象物Ｍの把持状態を正確に認識することができる。また、対象物Ｍを把持した際にその把持状態が安定状態であるか不安定状態であるかを容易に検出することができる。このため、対象物Ｍの把持状態が不安定状態である場合には把持し直して安定状態に持ち直すことが円滑に行える。
【００６５】
また、対象物Ｍを把持した際の第一指１１及び第二指１２の表面の圧力分布とその表面の形状に基づいて対象物Ｍの接触中心点における法線を演算し、その接触点位置及び法線に基づいて対象物Ｍの大きさ及び位置を認識することができる。このため、画像認識によることなく、対象物Ｍの姿勢状態を正確に認識することができる。
【００６６】
なお、対象物Ｍが円柱状部材である場合について説明したが、球状部材のものに対しても適用することができる。また、円筒部材、断面多角形の棒状部材などのほぼ円柱状部材、ほぼ球状部材などに適用することもできる。さらに、直方体や三角錐などのような円形断面以外の対象物に適用することもでき、この場合には、第三指１３、第四指１４を使用したり、接触動作の回数を増やして更に多くの接触点及び法線を得ることにより対象物の大きさや位置を認識して対象物の把持動作を行えばよい。
【００６７】
次に本実施形態に係る把持装置による操り動作について説明する。
【００６８】
図７のＳ３０に示すように、指部の屈曲動作が行われる。この屈曲動作は、対象物Ｍを第一指１１と第二指１２により指頭つまみした状態（例えば、図１１（ａ））から指尖つまみする状態（例えば、図１１（ｂ））に移行する操り動作であって、例えば、第一指１１の関節１１Ｂ、１１Ｃと第二指１２の関節１２Ａ〜１２Ｃを回転させて、第一指１１と第二指１２を屈曲させる動作である。対象物Ｍを第一指１１の指先部１１Ｆと第二指１２の指先部１２Ｆで把持した状態で掌部１６側へ引き寄せる。
【００６９】
そして、Ｓ３２に移行し、圧力信号の読み込み処理が行われる。圧力信号の読み込み処理は、圧力分布検出部７の検出信号を読み込む処理である。
【００７０】
そして、Ｓ３４に移行し、把持状態の検出処理が行われる。把持状態の検出処理は、第一指１１及び第二指１２の表面の圧力分布とその表面の形状に基づいて第一指１１及び第二指１２による対象物Ｍの把持状態、すなわち把持安定状態を検出する処理である。例えば、第一指１１及び第二指１２の表面の圧力分布とその表面の形状に基づいて演算される対象物Ｍとの接触点における接線方向もしくは法線方向に基づいて第一指１１及び第二指１２による対象物Ｍの把持安定状態が検出される。より具体的には、指先部１１Ｆ、１２Ｆにおける接触点の接線同士の傾き又は接触点における法線同士の方向一致状態に基づいて対象物Ｍの把持状態が安定状態であるか不安定状態であるかが判断される。このＳ３４の把持状態の検出処理は、図６のＳ１６〜Ｓ２２の処理と同様にして行えばよい。
【００７１】
そして、Ｓ３６に移行し、対象物Ｍの把持状態が不安定状態であるか否かが判断される。例えば、Ｓ３４の把持状態検出処理の検出結果に基づいて判断すればよい。このＳ３６にて対象物Ｍの把持状態が不安定状態でないと判断された場合には、操り動作に問題がないとして一連の制御処理を終了する。一方、Ｓ３６にて対象物Ｍの把持状態が不安定状態であると判断された場合には、関節角度の目標値修正処理が行われる（Ｓ３８）。
【００７２】
関節角度の目標値修正処理は、対象物Ｍの把持状態が安定状態になるように関節角度の目標値を修正する処理である。例えば、図１１、１２に示すように、指先部１２と指先部１１Ｆにより対象物Ｍを把持して手前に引き寄せようとする際、指先部１２と指先部１１Ｆにおける接触点の接線同士が平行でなく不安定な把持状態となっている場合（図１１（ａ）、図１２（ａ））、指先部１２と指先部１１Ｆにおける接触点の接線同士が平行になるように又は平行に近づくように（図１１（ｂ）、図１２（ｂ））、関節の目標値が修正される。例えば、図１１では、図１１（ａ）の状態から関節１２Ｂを屈曲する方向（紙面に対し時計回りの方向）に回転させることで、関節１２Ｃが伸展（紙面に対し反時計回りに回転）し、接触点の接線同士が平行に近づくようになる。同様に、図１２では、図１２（ａ）の状態から関節１２Ｂを伸展する方向（紙面に対し反時計回りの方向）に回転させることで、関節１２Ｃが屈曲（紙面に対し時計回りに回転）し、接触点の接線同士が平行に近づくようになる。Ｓ３８の処理を終えたら一連の制御処理を終了する。
【００７３】
このような把持装置の操り動作処理によれば、対象物Ｍを把持している時の圧力分布と指先部１１Ｆ、１２Ｆの形状によって安定した把持状態であるか否かが正確に認識できるため、把持状態をフィードバックさせて適切な操り動作が行える。
【００７４】
また、関節部１２Ｃと指先部１２Ｆとの間に弾性部材１２Ｊを配して関節部１２Ｃに対し指先部１２Ｆの回動を許容するように構成することにより、第一指１１と第二指１２により対象物Ｍを把持し操り動作している際、その把持状態が不安定となった場合でも、弾性部材１２Ｊの変形によって指先部１２Ｆの方向を変えることによって把持状態を安定にすることが可能となる。このため、所望の操り動作を行うことができる。また、第一指１１、第二指１２と対象物Ｍの動特性の解析や転がり及び滑りの微分方程式を解くなどの複雑な計算をせずに簡易な制御則によって安定した操り動作が行える。
【００７５】
例えば、図１３に示すように、弾性部材１２Ｊを設けていない場合には、指頭つまみ状態で安定して対象物Ｍを把持していても（図１３（ａ））、指尖つまみ状態へ移行すると把持状態が不安定になってしまう（図１３（ｂ））。この場合、対象物Ｍを把持した状態で安定した状態とすることが困難である。
【００７６】
これに対し、本実施形態に係る把持装置では、指先部１２Ｆが関節１２Ｃに対し対象物Ｍとの接線を平行とするように回動するため、安定した状態に把持状態を移行することができる。
【００７７】
また、その際、弾性部材１２Ｊの柔軟性により制御誤差を吸収できるため、指部１２と対象物Ｍの動特性の解析や転がり及び滑りの微分方程式を解くなどの複雑な計算をせずに簡易な制御則によって安定した操り動作が行える。
【００７８】
以上のように、本実施形態に係る把持装置によれば、第一指１１及び第二指１２における対象物Ｍとの接触状態に基づいて第一指１１及び第二指１２における対象物Ｍの把持状態を検出することにより、画像認識の精度が高くなくても、接触状態によって対象物の把持状態を正確に認識することができる。また、対象物Ｍを把持した際にその把持状態が安定状態であるか不安定状態であるかを容易に検出することができる。このため、対象物の把持状態が不安定状態である場合には把持し直して安定状態に持ち直すことが円滑に行える。
【００７９】
また、本実施形態に係る把持装置によれば、第一指１１及び第二指１２における対象物Ｍとの接触中心点の法線又は接線を取得し、その対象物Ｍとの接触中心点の法線又は接線に基づいて第一指１１及び第二指１２における対象物Ｍの把持状態を検出することにより、画像認識の精度が高くなくても、接触中心点の法線又は接線によって対象物の把持状態を正確に認識することができる。また、対象物Ｍを把持した際にその把持状態が安定状態であるか不安定状態であるかを容易に検出することができる。
【００８０】
また、本実施形態に係る把持装置によれば、第一指１１及び第二指１２の表面の圧力分布とその表面の形状に基づいて第一指１１及び第二指１２における対象物Ｍの把持状態を検出することにより、画像認識の精度が高くなくても、対象物Ｍの把持状態を正確に認識することができる。また、対象物Ｍを把持した際にその把持状態が安定状態であるか不安定状態であるかを容易に検出することができる。このため、対象物Ｍの把持状態が不安定状態である場合には把持し直して安定状態に持ち直すことが円滑に行える。特に、対象物Ｍが円柱状部材又は球状部材である場合に有用である。
【００８１】
また、圧力分布検出部７により取得された圧力分布と第一指１１及び第二指１２の表面の形状に応じて対象物の接触中心点における法線又は接線を演算し、その法線又は接線に基づいて対象物の把持状態を検出することにより、画像認識の精度が高くなくても、対象物の把持状態を正確に認識することができる。
【００８２】
また、関節部と指先部との間に弾性部材１２Ｊを配して関節部に対し指先部の回動を許容することにより、第一指１１と第二指１２により対象物Ｍを把持し操り動作している際、その把持状態が不安定となった場合でも、弾性部材１２Ｊの変形によって指先部の方向を変えることによって把持状態を安定にすることが可能となる。このため、所望の操り動作を行うことができる。また、第一指１１、第二指１２と対象物Ｍの動特性の解析や転がり及び滑りの微分方程式を解くなどの複雑な計算をせずに簡易な制御則によって安定した操り動作が行える。
【００８３】
なお、上述した実施形態は本発明に係る把持装置の一例を説明したものであり、本発明に係る把持装置は本実施形態に記載したものに限定されるものではない。本発明に係る把持装置は、各請求項に記載した要旨を変更しないように実施形態に係る把持装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００８４】
例えば、上述した本実施形態では、対象物を把持した際の圧力分布及び指先の形状に基づいて接触中心点の法線又は接線を算出し対象物の把持状態を検出するものについて説明したが、指先に設けられた力学センサ（例えば、６軸の力覚センサ）によりモーメント及び力の情報を取得して対象物の接触状態を検出し、その接触状態に基づいて対象物の把持状態を検出するものであってもよい。また、圧力センサや力学センサ以外のセンサなどを用いて対象物との接触状態を検出して接触状態に基づいて対象物の把持状態を検出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施形態に係る把持装置の構成概要図である。
【図２】図１の把持装置における把持部の説明図である。
【図３】図１の把持装置における把持部の説明図である。
【図４】図１の把持装置における圧力分布検出部の説明図である。
【図５】図１の把持装置における弾性部材の概要説明図である。
【図６】図１の把持装置における把持動作処理を示すフローチャートである。
【図７】図１の把持装置における操り動作処理を示すフローチャートである。
【図８】図１の把持装置における把持動作の説明図である。
【図９】図１の把持装置における把持動作の説明図である。
【図１０】図１の把持装置における把持動作の説明図である。
【図１１】図１の把持装置における操り動作の説明図である。
【図１２】図１の把持装置における操り動作の説明図である。
【図１３】図１の把持装置に対する比較例の説明図である。
【符号の説明】
【００８６】
１…ロボットハンド、２…把持部、３…撮像部、４…ＥＣＵ、５…モータ、６…回転位置センサ、７…圧力分布検出部、１１…第一指、１２…第二指、Ｍ…対象物。
【図１】
2010064155.tif 000003
【図２】
2010064155.tif 000004
【図３】
2010064155.tif 000005
【図４】
2010064155.tif 000006
【図５】
2010064155.tif 000007
【図６】
2010064155.tif 000008
【図７】
2010064155.tif 000009
【図８】
2010064155.tif 000010
【図９】
2010064155.tif 000011
【図１０】
2010064155.tif 000012
【図１１】
2010064155.tif 000013
【図１２】
2010064155.tif 000014
【図１３】
2010064155.tif 000015