(57)【要約】【課題】把持力を広い調整範囲にわたり安定して正確な把持力で対象物を把持できる電動ハンドを提供すること。【解決手段】電動ハンドは、把持指令がオンになった場合に、位置制御部３７は位置センサ３０からの位置検出値による位置フィードバック制御を行って、駆動部３４に駆動指令を出力し、アクチュエータ３１を駆動し、設定された位置目標値に向かってフィンガー部３２を移動させ、接触判別部３６は力センサ３３からの力検出値が設定された力接触値を超えたことを検出して、フィンガー部３２が対象物に接触したことを判別すると、制御切替部３５は、駆動部３４に与える駆動指令を位置制御部３７から力制御部３９に切り替え、力制御部３９は力センサ３３からの力検出値による力フィードバック制御を行って、力検出値が設定された力目標値に一致するように駆動部３４に駆動指令を出力し、アクチュエータ３１を駆動する。【選択図】図３
2014108466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフィンガー部を持ち、その開閉動作により対象物を把持する電動ハンドにおいて、
前記フィンガー部を駆動するアクチュエータと、
前記フィンガー部に設けられ、前記フィンガー部の開閉方向に作用する力を検出する少なくとも１個の力センサと、
前記フィンガー部の移動量を検出する位置センサと、
前記アクチュエータを駆動する駆動部と、
把持指令がオンになった場合に、前記位置センサからの位置検出値による位置フィードバック制御を行って前記駆動部に駆動指令を出力し前記アクチュエータを駆動し、設定された位置目標値に向かって前記フィンガー部を移動させる位置制御部と、
前記力センサからの力検出値による力フィードバック制御を行って前記駆動部に駆動指令を出力し前記アクチュエータを駆動し、前記力検出値が設定された力目標値に一致するように前記アクチュエータを駆動する力制御部と、
前記力検出値が設定された力接触値を超えたことを検出して前記フィンガー部が前記対象物に接触したことを判別する接触判別部と、
前記接触判別部が接触したと判別した場合に前記駆動部に与える駆動指令を前記位置制御部から前記力制御部に切り替える制御切替部とを備えることを特徴とする電動ハンド。
【請求項２】
前記力制御部により前記アクチュエータを駆動しているときに、前記力検出値が前記力目標値に到達したことを判別して完了信号を出力する完了判別部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動ハンド。
【請求項３】
複数のフィンガー部を持ち、その開閉動作により対象物を把持する電動ハンドにおいて、
前記フィンガー部を駆動するアクチュエータと、
前記フィンガー部に設けられ、前記フィンガー部の開閉方向に作用する力を検出する少なくとも１個の力センサと、
前記フィンガー部の移動量を検出する位置センサと、
前記アクチュエータを駆動する駆動部と、
把持指令がオンになった場合に、前記位置センサからの位置検出値による位置フィードバック制御を行って前記駆動部に駆動指令を出力し前記アクチュエータを駆動し、設定された位置目標値に向かって前記フィンガー部を移動させる位置制御部と、
前記力センサからの力検出値が設定された力接触値を超えたことを検出して前記フィンガー部が前記対象物に接触したことを判別する接触判別部と、
前記接触判別部が接触したと判別した場合に前記位置制御部に停止指令を出して前記アクチュエータの動きを停止し、完了信号を出力する接触停止部とを備えることを特徴とする電動ハンド。
【請求項４】
前記位置制御部により前記フィンガー部が前記位置目標値に到達した場合、前記対象物を把持しなかったと判別してエラー信号を出力するエラー判別部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電動ハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータによりフィンガー部を開閉して対象物を把持し、把持する力を検出する力センサをフィンガー部に設けた電動ハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットの基本動作は対象物を把持して搬送することであり、対象物を把持するために、複数のフィンガー部で対象物を挟む構造のハンドが一般的に使用される。対象物を把持する際、把持力が大き過ぎると対象物をつぶしてしまい、小さ過ぎると搬送途中で対象物を落下させることがあるので、対象物の重さや硬さに応じて、把持力を調整できるハンドが要求される。  
ロボットは、ハンドの把持動作が完了してから搬送などの次の動作に移る必要があるので、把持動作の完了を確認するための完了信号が必要とされる。また、規定位置に対象物がないために対象物を把持できない場合は、ロボットは通常動作を中断してエラー対応処理をする必要があるので、対象物を把持できなかったことを示すエラー信号が必要とされる。
【０００３】
特許文献１には、電動モータにより開閉動作する一対のフィンガーを持った把持装置型の電動ハンドが示されており、モータの電流によって把持力を制御する制御装置が記載されている。  
特許文献２には、モータにより回転軸を駆動し、回転軸に沿って移動する直動部材と把持部材を連結し、連結部に弾性部材を備えて、弾性部材の変位量から力を検出してモータを制御する電動ハンドが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８３５１３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９４５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロボットハンドとしてエアシリンダを使ったタイプが広く使われている。このハンドは空気圧を調整することで把持力を調整できるが、エアシリンダの構造上、把持力の調整範囲は狭い。また、対象物の把持が正常に完了したか否かの判別は、近接スイッチが一般的に使われる。この方法は、ハンドの動作範囲の適切な位置に近接スイッチを設置して、その信号のオン、オフにより把持が正常に完了したかどうかを判別する。このタイプは、対象物の大きさに対応して近接スイッチの位置を調整する必要があるので、大きさの異なる複数種類の対象物に自動的に対応することはできない。
【０００６】
エアシリンダの代わりに電動モータを使ったロボットハンドがあり、特許文献１のようにモータの電流を調整することにより把持力を調整する。この把持力の調整方法では、減速機構などの摩擦がモータトルクの負荷になるので把持力が正確でなく、把持力の調整範囲を大きく取ることができない。特許文献２では、弾性部材の変位量から力を検出して把持力を制御する電動ハンドが示されている。弾性部材はゴムや発泡樹脂と記載されており、このような材質は温度により弾性率が変化し、また熱膨張係数も大きいので、検出した把持力は余り正確ではない。特許文献１、２共に、対象物の把持動作が完了したか、また把持が正常に行われたか否かの判別については何も記載されていない。
【０００７】
そこで、本発明は、把持力を広い調整範囲にわたり安定して正確な把持力で対象物を把持でき、対象物の把持動作が完了したか、また把持が正常に行われたか否かの判別を行って信号で出力する電動ハンドを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、対象物を把持するフィンガー部に力センサを設けることにより、把持力を広範囲に安定して正確に検出することを可能にしている。把持指令がオンになると、位置センサで検出された位置検出値による位置フィードバック制御を行って前記アクチュエータを駆動して設定された位置目標値に向かってフィンガー部を移動させる。フィンガー部が対象物に接触するとフィンガー部に加わった力が力センサにより検出される。力検出値が設定された力接触値を超えたことを判別すると、位置フィードバック制御から力フィードバック制御に切り替える。力フィードバック制御では、力検出値を設定された力目標値に一致するように前記アクチュエータを駆動するので、正確な把持力で対象物を把持できる。
【０００９】
力フィードバック制御に切り替えてから、力検出値が設定された力目標値に到達したことを判別すると、把持が完了したことを示す完了信号をオンにする。力目標値が非常に小さい場合、力接触値も更に小さくなるので接触の判別が困難になり、誤動作を起こし易い。また、力フィードバック制御では応答速度が極端に低下するなど不利な特性が現れる。そのような場合は、位置フィードバック制御により適切な速度でフィンガー部を移動させ、フィンガー部が対象物に接触した時に直ちに移動を停止することにより、安定した素早い把持動作を実現できる。  
位置制御手段の位置目標値は、対象物を把持した場合のフィンガー部の停止位置を越えた位置となるように設定する。対象物を正常に把持したとき、フィンガー部は位置目標値の手前で停止する。従って、把持指令に対応してフィンガー部が位置目標値に到達した場合、対象物を正常に把持できなかったことになるので、エラー信号をオンにする。
【００１０】
そして、本願の請求項１に係る発明は、複数のフィンガー部を持ち、その開閉動作により対象物を把持する電動ハンドにおいて、前記フィンガー部を駆動するアクチュエータと、前記フィンガー部に設けられ、前記フィンガー部の開閉方向に作用する力を検出する少なくとも１個の力センサと、前記フィンガー部の移動量を検出する位置センサと、前記アクチュエータを駆動する駆動部と、把持指令がオンになった場合に、前記位置センサからの位置検出値による位置フィードバック制御を行って前記駆動部に駆動指令を出力し前記アクチュエータを駆動し、設定された位置目標値に向かって前記フィンガー部を移動させる位置制御部と、前記力センサからの力検出値による力フィードバック制御を行って前記駆動部に駆動指令を出力し前記アクチュエータを駆動し、前記力検出値が設定された力目標値に一致するように前記アクチュエータを駆動する力制御部と、前記力検出値が設定された力接触値を超えたことを検出して前記フィンガー部が前記対象物に接触したことを判別する接触判別部と、前記接触判別部が接触したと判別した場合に前記駆動部に与える駆動指令を前記位置制御部から前記力制御部に切り替える制御切替部とを備えることを特徴とする電動ハンドである。  
請求項２に係る発明は、前記力制御部により前記アクチュエータを駆動しているときに、前記力検出値が前記力目標値に到達したことを判別して完了信号を出力する完了判別部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動ハンドである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、複数のフィンガー部を持ち、その開閉動作により対象物を把持する電動ハンドにおいて、前記フィンガー部を駆動するアクチュエータと、前記フィンガー部に設けられ、前記フィンガー部の開閉方向に作用する力を検出する少なくとも１個の力センサと、前記フィンガー部の移動量を検出する位置センサと、前記アクチュエータを駆動する駆動部と、把持指令がオンになった場合に、前記位置センサからの位置検出値による位置フィードバック制御を行って前記駆動部に駆動指令を出力し前記アクチュエータを駆動し、設定された位置目標値に向かって前記フィンガー部を移動させる位置制御部と、前記力センサからの力検出値が設定された力接触値を超えたことを検出して前記フィンガー部が前記対象物に接触したことを判別する接触判別部と、前記接触判別部が接触したと判別した場合に前記位置制御部に停止指令を出して前記アクチュエータの動きを停止し、完了信号を出力する接触停止部とを備えることを特徴とする電動ハンドである。  
請求項４に係る発明は、前記位置制御部により前記フィンガー部が前記位置目標値に到達した場合、前記対象物を把持しなかったと判別してエラー信号を出力するエラー判別部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電動ハンドである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明は、フィンガー部に設けた力センサの力検出値で力フィードバック制御を行うことにより、把持力を広範囲に安定して正確に制御することが可能であり、対象物とフィンガー部が接触するまでは位置制御を行い、接触以降は力制御に切り替えることにより、素早い把持動作を実現できる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、フィンガー部に設けた力センサの力検出値で対象物とフィンガー部が接触したことを検出し、対象物とフィンガー部が接触するまで位置制御による移動を行い、接触したことを検出してフィンガー部を停止することにより、安定して素早い把持動作を実現できる。
【００１４】
請求項２，３に係る発明は、把持動作が完了したことを示す完了信号を出力するので、電動ハンドが取り付けられたロボットはそれを確認することにより、対象物をつかみ損ねるなどの作業ミスを生じない。また、請求項４に係る発明は、把持動作が正常でないとき、エラー信号を出力するので、ロボットはそれを確認し、通常動作を中断してエラー対応処理ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の力センサ付き電動ハンドの一例を説明する概略構成図である。
【図２】本発明の力センサ付き電動ハンドの他の例を説明する概略構成図である。
【図３】本発明の第１、第２、第４の実施形態の構成図である。
【図４】本発明の第３、第４の実施形態の構成図である。
【図５】本発明の第１、第２、第４の実施形態に関するフローチャートである。
【図６】本発明の第３、第４の実施形態に関するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態について図を用いて説明する。図１は本発明の力センサ付き電動ハンドの一例を説明する概略構成図である。図２は本発明の力センサ付き電動ハンドの他の例を説明する概略構成図である。図３は本発明の第１、第２、第４の実施形態の構成図である。図４は本発明の第３、第４の実施形態の構成図である。図５は本発明の第１、第２、第４の実施形態に関するフローチャートである。図６は本発明の第３、第４の実施形態に関するフローチャートである。なお、第１の実施形態は特許請求の範囲の請求項１の発明に対応する。第２の実施形態は請求項２の発明に対応する。第３の実施形態は請求項３の発明に対応する。第４の実施形態は請求項４の発明に対応する。
【００１７】
図１は、本発明の力センサ付き電動ハンドを示す。この電動ハンド１は開閉式のフィンガー１４ａ，１４ｂを２本持つ。アクチュエータ１１は図示しないモータ、減速機、リニア駆動機構より成る。減速機は歯車で構成されるか、ないしは図示しないタイミングベルトで構成され、モータの回転を減速して図示しないリニア駆動機構に運動を伝達する。リニア駆動機構はモータの回転を直進動作に変換する機構であり、ラックピニオンや送りねじとナットやカム機構などと直線ガイド機構で構成される。
【００１８】
リニア駆動機構によりフィンガー１４ａ，１４ｂが直進移動して開閉動作するが、フィンガー１４ａ，１４ｂの基部に力センサ１３ａ，１３ｂが設置されており、力センサ１３ａ，１３ｂにフィンガー１４ａ，１４ｂが取り付く構造になっている。矢印１５ａはフィンガー１４ａの可動方向を示し、矢印１５ｂはフィンガー１４ｂの可動方向を示している。フィンガー１４ａ，１４ｂが開閉移動して対象物３を挟んで把持する。対象物３がリング状などで穴がある場合は、穴の中にフィンガー１４ａ，１４ｂを入れて、フィンガー１４ａ，１４ｂを開く方向で対象物３を把持することもできる。
【００１９】
位置センサ１２はアクチュエータ１１の移動量を検出するセンサであり、一般的には回転検出器を使用してモータの回転角度を検出する。力センサ１３ａ，１３ｂにフィンガー１４ａ，１４ｂを取り付ける構造にすることにより、対象物３の形状に合わせてフィンガー１４ａ，１４ｂを交換することが出来るので便利である。力センサ１３ａ，１３ｂは開閉方向直線軸の力成分を検出する機能を持つことが望ましい。フィンガー１４ａ，１４ｂの基部には、把持力とモーメントが作用する。モーメントはフィンガー１４ａ，１４ｂの基部から把持位置までの距離に把持力を掛けた回転力であり、把持力が同じであってもフィンガー１４ａ，１４ｂの長さが異なるとモーメントは異なる。把持力を制御するためには、モーメントの影響を受けずに、開閉方向直線軸の力成分を検出する必要がある。
【００２０】
制御装置１０は電動ハンド１を制御する装置である。制御装置１０は図示しないロボットの制御装置からの把持指令に基づいて、本発明に係る対象物の把持動作を実行する。対象物の把持が完了した場合には完了信号をロボットの制御装置に送信し、対象物の把持を失敗した場合にはエラー信号をロボットの制御装置に送信する。なお、制御装置１０は電動ハンド１内に設けることに限定されず、図示しないロボットの制御装置に内蔵してもよい。
【００２１】
図１では力センサ１３ａ，１３ｂが２個設置されているが、２本のフィンガー１４ａ，１４ｂには向きが異なるが大きさの等しい把持力が作用するので、力センサ１３ａ，１３ｂは片方だけでも良い。
【００２２】
図２は、本発明の力センサ付き電動ハンドの別の実施例を示す。この電動ハンド２の場合、フィンガー２６ａとフィンガー２６ｂの２本であるが、各フィンガー２６ａ，２６ｂは関節をそれぞれ２個持つ。フィンガー２６ａは、関節２７ａ，関節２８ａを持つ。フィンガー２６ｂは、関節２７ｂ，関節２８ｂを持つ。
【００２３】
各関節２７ａ，２８ａ，２７ｂ，２８ｂを駆動するアクチュエータがあり、関節２７ａはアクチュエータ２１ａによって回転し、関節２８ａはアクチュエータ２４ａによって回転し、関節２７ｂはアクチュエータ２１ｂによって回転し、関節２８ｂはアクチュエータ２４ｂによって回転する。このように、アクチュエータ２１ａ，２４ａ，２１ｂ，２４ｂによって関節２７ａ，２８ａ，２７ｂ，２８ｂが回転し、対象物３を電動ハンド２に備わったフィンガー２６ａ，２６ｂの先端で挟んで把持する。
【００２４】
各アクチュエータ２１ａ，２４ａ，２１ｂ，２４ｂは位置センサ（回転角度センサ２２ａ，２５ａ，２２ｂ，２５ｂ）を持っていて、関節の回転を検出できるようになっている。関節２７ａ，２８ａ，２７ｂ，２８ｂを基部側からフィンガー２６ａ，２６ｂに向かって、第１関節２７ａ，２７ｂ、第２関節２８ａ，２８ｂと呼ぶと、力センサ２３ａ，２３ｂは第１関節２７ａ，２７ｂと第２関節２８ａ，２８ｂの間に設置されている。力センサ２３ａ，２３ｂは第１関節２７ａ，２７ｂに作用するモーメント成分を検出する。この場合、対象物３の把持力は力センサ２３ａ，２３ｂにより直接検出できないが、力検出値と各関節の角度とフィンガー２６ａ，２６ｂの長さから把持力を計算して求められる。
【００２５】
制御装置２０は電動ハンド２を制御する装置である。制御装置２０は図示しないロボットの制御装置からの把持指令に基づいて、本発明に係る対象物の把持動作を実行する。対象物の把持が完了した場合には完了信号をロボットの制御装置に送信し、対象物の把持を失敗した場合にはエラー信号をロボットの制御装置に送信する。なお、制御装置２０は電動ハンド２内に設けることに限定されず、図示しないロボットの制御装置に内蔵してもよい。
【００２６】
図３に、本発明の第１、第２、第４の実施例の構成図を示す。アクチュエータ３１はフィンガー部３２を開閉移動して対象物を把持する。なおフィンガー部３２は、対象物３（図１，図２参照）に接触するフィンガー１４ａ，１４ｂ、２６ａ，２６ｂ、および、フィンガー１４ａ，１４ｂ、２６ａ，２６ｂがアクチュエータ３１によって駆動されるための構成（例えば、ラックやギヤなど）を含む構成を意味する。
【００２７】
フィンガー部３２の移動量は位置センサ３０で検出され、フィンガー部３２に作用した把持力は力センサ３３で検出される。アクチュエータ３１はモータ（図示せず）を内蔵し、モータは駆動部３４により駆動される。駆動部３４は具体的にはアンプである。
位置制御部３７は、指令位置の更新と位置フィードバック制御を行う。指令位置の更新は、単位周期、例えば４ｍｓ周期ごとに移動量を加算して新しい指令位置を算出し、指令位置が目標位置に到達すると移動量の加算を止めて、指令位置を目標位置に一致させるように、指令位置に対する移動量加算と停止を行う。位置フィードバック制御は位置センサ３０の検出位置が指令位置に追従するようにフィードバック制御して駆動部３４に駆動指令を出力し、アクチュエータ３１のモータの回転を制御する。  
力制御部３９は、力検出値が力目標値に追従するようにフィードバック制御して駆動部３４に駆動指令を出し、アクチュエータ３１に内蔵される図示しないモータの回転を制御する。接触判別部３６は、力検出値を監視して、力検出値が設定された力接触値以上になったとき、フィンガー部３２のフィンガーが対象物に接触したと判断する。
【００２８】
ここで言う力検出値に関して説明する。力センサ３３は、力が作用していない場合でも、力センサ３３からの読取値がゼロで無いことがあり、その読取値をオフセットと呼ぶ。フィンガー部３２のフィンガーが何も把持していないときに力センサ３３の読取値をオフセットとして記憶しておく。力検出値は力センサ３３の読取値から記憶したオフセットを差し引いた値を言う。このように、力検出値は、力センサ３３の読取値そのものではなく、力センサ３３に作用した外力を示す検出値である。
【００２９】
制御切替部３５は、対象物にフィンガー部３２のフィンガーが接触したと判別された場合に、駆動部３４への駆動指令を位置制御部３７から力制御部３９に切り替える。力フィードバック制御では、フィードバックループの力ゲインを高くすると制御が不安定化しやすいので、力ゲインを余り高く出来ない。一般的に、力フィードバック制御では力目標値から力検出値を差し引いた力偏差量に力ゲインを掛けた値を速度指令としてアクチュエータを駆動する。フィンガーが対象物に接触していない場合に力制御部３９でモータを駆動すると、力ゲインが小さく速度指令が小さいので移動速度が低速になる。さらに、力目標値に依存して速度が決まるので、力目標値が小さいと移動速度が極端に低速になる。従って、接触位置に到達するまで時間が掛かるという難点がある。一方、フィンガーが対象物に接触している場合、フィンガーが動くに従い、フィンガーと対象物に撓みが発生する。この撓み量と把持力は比例関係にあり、通常、わずかな撓み量で把持力は増大する。接触してからはモータのわずかな移動で把持力が増大するので、力制御部３９で短時間で力目標値に達して把持動作を完了できる。そこで、接触していないときは位置制御部３７でモータを駆動して速い速度でフィンガーを移動し、接触したと判別した時点で力制御部３９に切り替える方法が非常に有利である。この方法により、把持動作全体を素早く、短時間で実行することができる。
【００３０】
完了判別部４０は、力制御部３９によって力検出値が力目標値に到達したことを判別し、完了信号をオンにする。ロボットはこの信号を確認して、次の動作に進むようにすれば、把持途中で動いて対象物を落としたり、あるいは把持完了後もしばらく停止していて時間を無駄にするなどの動作を防止できる。対象物が存在しない場合、フィンガー部３２のフィンガーは位置制御部３７により目標位置まで移動して停止する。目標位置は対象物を把持した位置を越えた位置に設定しておく。正常に把持した場合は目標位置の手前で停止するが、把持できない場合は目標位置に到達して停止する。エラー判別部３８は、この状態を判別して、把持が正常に出来なかった場合にエラー信号をオンにする。ロボットはこの信号を確認することにより、通常の動作を中断してエラー対応処理を実行することができる。
【００３１】
図４に、本発明の第３、第４の実施例の構成図を示す。図３との違いは、力制御部３９がなく、その代わりに接触停止部５９が追加されている。接触判別部５６により、フィンガー部５２のフィンガーが対象物に接触したと判別されると、接触停止部５９は位置制御部５７に対して即時に移動を停止させる指令を出して、完了信号をオンにする。
【００３２】
図３を用いて説明した接触を判別すると力制御部３９に切り替える方法では、通常、力接触値を力目標値より小さく、例えば力目標値の２０％程度の値に設定する。そうすると、位置制御から力制御に早い時点で切り替わるので、力フィードバック制御の応答がスムーズになり、把持力が大きくオーバーシュートせずに力目標値に到達する。しかし、力目標値が非常に小さい場合、力接触値が更に小さくなるので、振動や検出ばらつきなどにより力検出値が力接触値を上回り、実際には接触していないのに接触したと判別する誤動作が起き易い。また、力フィードバック制御におけるモータの移動速度が遅くなり、応答時間が長くなる。これに対して、接触停止部５９では、力接触値を力目標値に近い値に設定することにより、接触判別の誤動作を防止できると共に、位置制御部５７により適切な速度を指定できる。この方法は、対象物が柔らかい場合の把持に特に有効である。
【００３３】
接触停止部５９により即時に移動を停止させる方法を説明する。一つの方法として、位置フィードバック制御に入力する指令位置を停止する方法があり、これはモータが実際に停止するまでの惰走量が大きい。一般的に位置フィードバック制御では、指令位置から検出位置を差し引いた位置偏差量に位置ゲインを掛けた値が移動速度になっており、指令位置を停止した場合、そのときの位置偏差量が惰走量になる。もう一つの方法として、モータ駆動電圧をゼロにする方法があり、これは惰走量がかなり小さくなるが、ゼロにはならない。別の方法として位置偏差量を一旦ゼロにクリアし、以後は通常の位置フィードバック制御にする方法がある。この方法は接触を判別した位置に最終的に停止するので惰走量がゼロになる。あるいは、位置偏差量をゼロにする代わりに、適当な惰走値をセットして、以後は通常の位置フィードバック制御にすると、接触を判別した位置に惰走値を加算した位置に最終的に停止する。停止するまでの惰走量が小さいほど、減速方向の加速度が大きいので、減速時のショックとアクチュエータに掛かる負荷が大きくなる。通常は、アクチュエータが耐えられる程度に応じて、適切な停止方法を採用する。
【００３４】
図５に、本発明の第１、第２、第４の実施例のフローを示す。把持指令がオンになると、単位周期ごとに移動量を加算して指令位置を更新し、指令位置を位置フィードバック制御に入力する。指令位置が目標位置に到達していない場合、力検出値が力接触値より小さければ指令位置の更新を行う。力検出値が力接触値以上であれば、フィンガーと対象物が接触したことになるので、位置制御から力制御に切り替える。力制御では力目標値に追従するようにフィードバック制御が行われており、力検出値が力目標値に到達するまで待つ。力検出値が力目標値に到達すれば、完了信号をオンにして把持指令に対する動作を終了する。指令位置の更新を行っているときに、目標位置に到達した場合、移動を停止し、把持が正常に出来なかったのでエラー信号をオンにして、把持指令に対する動作を終了する。
【００３５】
以下、各ステップに従って説明する。  
●［ステップＳＡ０１］把持指令がオンか否か判断し、把持指令がオンの場合（ＹＥＳ）ステップＳＡ０２へ移行し、オンではない場合（ＮＯ）には把持指令がオンになるのを待つ。  
●［ステップＳＡ０２］単位周期ごとに移動量を加算して指令位置を更新し、指令位置を位置フィードバック制御に入力する。  
●［ステップＳＡ０３］指令位置が目標位置に到達したか否か判断し、目標位置に到達した場合（ＹＥＳ）ステップＳＡ０４へ移行し、目標位置に到達していない場合（ＮＯ）ステップＳＡ０６へ移行する。  
●［ステップＳＡ０４］移動を停止する。つまり、指令位置を目標位置に一致させ、位置フィードバック制御によりモータは目標位置で停止する。  
●［ステップＳＡ０５］エラー信号をオンして、把持指令に対する動作を終了する。  
●［ステップＳＡ０６］力検出値が力接触値より小さければ（ＮＯ）ステップＳＡ０２に戻り、指令位置の更新を行う。力検出値が力接触値以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳＡ０７に移行する。  
●［ステップＳＡ０７］フィンガーと対象物が接触したことになるので、位置制御から力制御に切替える。  
●［ステップＳＡ０８］力検出値が力目標値に到達したか否か判断し、到達した場合（ＹＥＳ）、ステップＳＡ０９へ移行し、到達していない場合（ＮＯ）、力検出値が力目標値以上になるのを待って、ステップＳＡ０９へ移行する。  
●［ステップＳＡ０９］完了信号をオンにして把持指令に対する動作を終了する。
【００３６】
図６に、本発明の第３、第４の実施例のフローを示す。図５のフローとの相違は、力検出値が力接触値以上であれば、力制御に切り替えるのではなく、移動停止を実行する点にある。移動停止の方法には、前述したように幾つかの方法があり、そのうちの適切な方法を選択して実行すれば良い。
【００３７】
以下、各ステップに従って説明する。  
●［ステップＳＢ０１］把持指令がオンか否か判断し、把持指令がオンの場合（ＹＥＳ）ステップＳＢ０２へ移行し、オンではない場合（ＮＯ）には把持指令がオンになるのを待つ。  
●［ステップＳＢ０２］単位周期ごとに移動量を加算して指令位置を更新し、指令位置を位置フィードバック制御に入力する。  
●［ステップＳＢ０３］指令位置が目標位置に到達したか否か判断し、目標位置に到達した場合（ＹＥＳ）ステップＳＢ０４へ移行し、目標位置に到達していない場合（ＮＯ）ステップＳＢ０６へ移行する。  
●［ステップＳＢ０４］移動を停止する。つまり、指令位置を目標位置に一致させ、位置フィードバック制御によりモータは目標位置で停止する。  
●［ステップＳＢ０５］エラー信号をオンして、把持指令に対する動作を終了する。  
●［ステップＳＢ０６］力検出値が力接触値より小さければ（ＮＯ）ステップＳＢ０２に戻り、指令位置の更新を行う。力検出値が力接触値以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳＢ０７に移行する。  
●［ステップＳＢ０７］移動を停止する。つまり、フィンガーを移動させるアクチュエータに内蔵されるモータの駆動を停止する。  
●［ステップＳＢ０８］完了信号をオンにして把持指令に対する動作を終了する。
なお、図５，図６のフローチャートの処理は図１の制御装置１０や図２の制御装置２０において実行される。目標位置、力接触値、力目標値のデータは制御装置１０あるいは制御装置２０のメモリに予め格納しておくことで、図５，図６の処理を実行することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  電動ハンド
１０  制御装置
１１  アクチュエータ
１２  位置センサ
１３ａ，１３ｂ  力センサ
１４ａ，１４ｂ  フィンガー
１５ａ，１５ｂ  可動方向
２  電動ハンド
２０  制御装置
２１ａ，２１ｂ  アクチュエータ
２２ａ，２２ｂ  回転センサ
２３ａ，２３ｂ  力センサ
２４ａ，２４ｂ  アクチュエータ
２５ａ，２５ｂ  回転センサ
２６ａ，２６ｂ  フィンガー
２７ａ，２７ｂ  第１関節
２８ａ，２８ｂ  第２関節
３  対象物
３０  位置センサ
３１  アクチュエータ
３２  フィンガー部
３３  力センサ
３４  駆動部
３５  制御切替部
３６  接触判別部
３７  位置制御部
３８  エラー判別部
３９  力制御部
４０  完了判別部
５０  位置センサ
５１  アクチュエータ
５２  フィンガー部
５３  力センサ
５４  駆動部
５６  接触判別部
５７  位置制御部
５８  エラー判別部
５９  接触停止部
【図１】
2014108466.tif 000003
【図２】
2014108466.tif 000004
【図３】
2014108466.tif 000005
【図４】
2014108466.tif 000006
【図５】
2014108466.tif 000007
【図６】
2014108466.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月17日(2013.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
ロボットの基本動作は対象物を把持して搬送することであり、対象物を把持するために、複数のフィンガーで対象物を挟む構造のハンドが一般的に使用される。対象物を把持する際、把持力が大き過ぎると対象物をつぶしてしまい、小さ過ぎると搬送途中で対象物を落下させることがあるので、対象物の重さや硬さに応じて、把持力を調整できるハンドが要求される。  
ロボットは、ハンドの把持動作が完了してから搬送などの次の動作に移る必要があるので、把持動作の完了を確認するための完了信号が必要とされる。また、規定位置に対象物がないために対象物を把持できない場合は、ロボットは通常動作を中断してエラー対応処理をする必要があるので、対象物を把持できなかったことを示すエラー信号が必要とされる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本願の請求項１に係る発明は、開閉動作して対象物を把持する複数のフィンガーを有するフィンガー部と、前記フィンガー部を駆動するアクチュエータと、前記フィンガー部に設けられ、前記フィンガー部の開閉方向に作用する力を検出する少なくとも１個の力センサと、前記フィンガー部の移動量を検出する位置センサと、前記アクチュエータを駆動する駆動部と、把持指令がオンになった場合に、前記位置センサからの位置検出値による位置フィードバック制御を行って前記駆動部に駆動指令を出力し前記アクチュエータを駆動し、設定された位置目標値に向かって前記フィンガー部を移動させる位置制御部と、前記力センサからの力検出値による力フィードバック制御を行って前記駆動部に駆動指令を出力し前記アクチュエータを駆動し、前記力検出値が設定された力目標値に一致するように前記アクチュエータを駆動する力制御部と、前記力検出値が設定された力接触値を超えたことを検出して前記フィンガーが前記対象物に接触したことを判別する接触判別部と、前記接触判別部が接触したと判別した場合に前記駆動部に与える駆動指令を前記位置制御部から前記力制御部に切り替える制御切替部とを備えることを特徴とする電動ハンドである。  
請求項２に係る発明は、前記力制御部により前記アクチュエータを駆動しているときに、前記力検出値が前記力目標値に到達したことを判別して完了信号を出力する完了判別部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動ハンドである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項３に係る発明は、開閉動作して対象物を把持する複数のフィンガーを有するフィンガー部と、前記フィンガー部を駆動するアクチュエータと、前記フィンガー部に設けられ、前記フィンガー部の開閉方向に作用する力を検出する少なくとも１個の力センサと、  前記フィンガー部の移動量を検出する位置センサと、前記アクチュエータを駆動する駆動部と、把持指令がオンになった場合に、前記位置センサからの位置検出値による位置フィードバック制御を行って前記駆動部に駆動指令を出力し前記アクチュエータを駆動し、設定された位置目標値に向かって前記フィンガー部を移動させる位置制御部と、前記力センサからの力検出値が設定された力接触値を超えたことを検出して前記フィンガーが前記対象物に接触したことを判別する接触判別部と、前記接触判別部が接触したと判別した場合に前記位置制御部に停止指令を出して前記アクチュエータの動きを停止し、完了信号を出力する接触停止部とを備えることを特徴とする電動ハンドである。  
請求項４に係る発明は、前記位置制御部により前記フィンガー部が前記位置目標値に到達した場合、前記対象物を把持しなかったと判別してエラー信号を出力するエラー判別部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電動ハンドである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉動作して対象物を把持する複数のフィンガーを有するフィンガー部と、
前記フィンガー部を駆動するアクチュエータと、
前記フィンガー部に設けられ、前記フィンガー部の開閉方向に作用する力を検出する少なくとも１個の力センサと、
前記フィンガー部の移動量を検出する位置センサと、
前記アクチュエータを駆動する駆動部と、
把持指令がオンになった場合に、前記位置センサからの位置検出値による位置フィードバック制御を行って前記駆動部に駆動指令を出力し前記アクチュエータを駆動し、設定された位置目標値に向かって前記フィンガー部を移動させる位置制御部と、
前記力センサからの力検出値による力フィードバック制御を行って前記駆動部に駆動指令を出力し前記アクチュエータを駆動し、前記力検出値が設定された力目標値に一致するように前記アクチュエータを駆動する力制御部と、
前記力検出値が設定された力接触値を超えたことを検出して前記フィンガーが前記対象物に接触したことを判別する接触判別部と、
前記接触判別部が接触したと判別した場合に前記駆動部に与える駆動指令を前記位置制御部から前記力制御部に切り替える制御切替部とを備えることを特徴とする電動ハンド。
【請求項２】
前記力制御部により前記アクチュエータを駆動しているときに、前記力検出値が前記力目標値に到達したことを判別して完了信号を出力する完了判別部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動ハンド。
【請求項３】
開閉動作して対象物を把持する複数のフィンガーを有するフィンガー部と、
前記フィンガー部を駆動するアクチュエータと、
前記フィンガー部に設けられ、前記フィンガー部の開閉方向に作用する力を検出する少なくとも１個の力センサと、
前記フィンガー部の移動量を検出する位置センサと、
前記アクチュエータを駆動する駆動部と、
把持指令がオンになった場合に、前記位置センサからの位置検出値による位置フィードバック制御を行って前記駆動部に駆動指令を出力し前記アクチュエータを駆動し、設定された位置目標値に向かって前記フィンガー部を移動させる位置制御部と、
前記力センサからの力検出値が設定された力接触値を超えたことを検出して前記フィンガーが前記対象物に接触したことを判別する接触判別部と、
前記接触判別部が接触したと判別した場合に前記位置制御部に停止指令を出して前記アクチュエータの動きを停止し、完了信号を出力する接触停止部とを備えることを特徴とする電動ハンド。
【請求項４】
前記位置制御部により前記フィンガー部が前記位置目標値に到達した場合、前記対象物を把持しなかったと判別してエラー信号を出力するエラー判別部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電動ハンド。