(57)【要約】【課題】  それぞれに関節を有する複数の指を備えた把握型ハンドで、３軸や６軸の力覚センサを用いることなく、個々の指に加わる荷重に対応して把握力を制御できるようにする。【解決手段】  把握型ハンド１０は、指関節１２、指関節を駆動するアクチュエータ１４、及び指関節に支持され、アクチュエータの駆動力下で動作するリンク１６をそれぞれに有する複数の指機構１８と、複数の指機構のそれぞれのアクチュエータを、互いに独立して制御可能な動作制御部２０と、複数の指機構のそれぞれの指関節の作動位置を検出する位置検出部２２と、複数の指機構の各々に設けられ、指機構に加わる力によりリンクに生ずるひずみを検出するひずみ検出部２４とを備える。動作制御部は、位置検出部が検出した指関節の作動位置と、ひずみ検出部が検出したリンクのひずみとに基づき、複数の指機構のアクチュエータを協調制御して、複数の指機構による把握力を調整する。【選択図】      図１
2006102920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指関節と、該指関節を駆動するアクチュエータと、該指関節に支持され、該アクチュエータの駆動力下で動作するリンクとをそれぞれに備えた複数の指機構を具備する把握型ハンドにおいて、
前記複数の指機構のそれぞれの前記アクチュエータを、互いに独立して制御可能な動作制御部と、
前記複数の指機構のそれぞれの前記指関節の作動位置を検出する位置検出部と、
前記複数の指機構の各々に設けられ、該指機構に加わる力により前記リンクに生ずるひずみを検出するひずみ検出部とを具備し、
前記動作制御部は、前記位置検出部が検出した前記指関節の作動位置と、前記ひずみ検出部が検出した前記リンクのひずみとに基づき、前記複数の指機構の前記アクチュエータを協調制御して、該複数の指機構による把握力を調整すること、
を特徴とする把握型ハンド。
【請求項２】
前記位置検出部が検出した前記指関節の前記作動位置と、前記ひずみ検出部が検出した前記リンクの前記ひずみとに基づいて、前記複数の指機構の各々が把握対象物に接触する該指機構上の接触位置を求める接触位置演算部をさらに具備する、請求項１に記載の把握型ハンド。
【請求項３】
前記接触位置演算部は、前記ハンドが前記把握対象物を把握している間に、前記指機構上での前記接触位置の経時変化量を求め、前記動作制御部は、該接触位置の該変化量に基づき前記把握力を調整する、請求項２に記載の把握型ハンド。
【請求項４】
前記接触位置演算部は、前記ハンドが前記把握対象物を把握している間に、前記指機構上での前記接触位置の経時変化量を求め、前記動作制御部は、該接触位置の該変化量に基づき、前記複数の指機構の各々の形態を調整する、請求項２に記載の把握型ハンド。
【請求項５】
前記接触位置演算部は、前記ハンドが前記把握対象物を把握している間に、前記指機構上での前記接触位置の経時変化量を求め、前記動作制御部は、該接触位置の該変化量に基づき、前記複数の指機構の各々と前記把握対象物との相対位置関係を調整する、請求項２に記載の把握型ハンド。
【請求項６】
前記接触位置演算部は、前記ハンドが前記把握対象物を把握している間に、前記指機構上での前記接触位置の経時変化量を求め、前記動作制御部は、該接触位置の該変化量に基づき、前記複数の指機構を動作制御する際の着目的として前記把握対象物上に設定された制御点の位置を調整する、請求項２に記載の把握型ハンド。
【請求項７】
前記位置検出部が検出した前記指関節の前記作動位置と、前記ひずみ検出部が検出した前記リンクの前記ひずみとに基づいて、前記ハンドが把握対象物から受ける荷重を求める荷重演算部をさらに具備する、請求項１に記載の把握型ハンド。
【請求項８】
前記複数の指機構の各々が、複数の前記指関節及び複数の前記リンクを備え、少なくとも１つの該リンクが平行リンク機構を有し、前記アクチュエータは、該平行リンク機構を支持する１つの該指関節を駆動することにより、該平行リンク機構を動作させると同時に他の該リンクを該平行リンク機構に追従して動作させる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の把握型ハンド。
【請求項９】
前記複数の指機構が取り付けられる台座と、少なくとも１つの該指機構の該台座への取付部を、該台座上で移動させる第２アクチュエータとをさらに具備する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の把握型ハンド。
【請求項１０】
前記動作制御部は、前記位置検出部が検出した前記指関節の作動位置と、前記ひずみ検出部が検出した前記リンクのひずみとに基づき、前記第２アクチュエータを制御して、前記複数の指機構による把握力を調整する、請求項９に記載の把握型ハンド。
【請求項１１】
複数の指関節、それら指関節に支持され、少なくとも１つが平行リンク機構を有する複数のリンク、及び該平行リンク機構を動作させ、それにより他の該リンクを該平行リンク機構に追従して動作させるアクチュエータを、それぞれに備えた複数の指機構と、
前記複数の指機構のそれぞれの前記アクチュエータを、互いに独立して制御する動作制御部と、
前記複数の指機構のそれぞれの前記アクチュエータの作動位置を検出する位置検出部と、
前記複数の指機構の各々に設けられ、該指機構に加わる力により前記リンクに生ずるひずみを検出するひずみ検出部とを具備し、
前記動作制御部は、前記位置検出部が検出した前記アクチュエータの作動位置と、前記ひずみ検出部が検出した前記リンクのひずみとに基づいて、前記複数の指機構による把握力を制御すること、
を特徴とする把握型ハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、把握型ハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットでワークやツールをハンドリングする際に、複数（一般に２〜３本程度）の指を備えたハンドをアーム先端に装着し、それら指を空気圧により開閉動作させてワークやツールを把持する構成が知られている。この構成では、指の駆動源としてサーボモータを使用し、ボールねじ機構を介してサーボモータの回転出力を直線運動に変換して指を開閉する、いわゆるサーボハンドも実用化されている。さらに、多くは研究段階であるが、人間の手を模したハンドとして、それぞれに関節を有する複数（一般に３本以上）の指機構を備え、それら指機構を様々に動作させて対象物を把握する多指ハンドも提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１は、各々に力センサを備えた複数の多関節指を有する多指ハンドを開示する。この多指ハンドは、物体を把握する際に、各指に加わる外力を力センサで監視しながら複数の指を動作させ、個々の指が対象物に接触したことを検知した時点で指の動作を停止させ、その状態で把握力を発生させて物体を把握するものである。また特許文献１には、力センサが検出した外力に応じて、ハンドの把握力を制御することも記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１０００８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来のハンドにおいて、指を空気圧により動作させる構成では、把握力は空気圧シリンダの断面積と作動空気圧とによって決まる。空気圧シリンダは通常、一定の空気圧を生じるように作動するので、把持対象物の質量に応じて最適寸法のシリンダを選択する必要がある。また、シリンダによる指の開閉距離はそれほど大きくないので、把持できる対象物の大きさはシリンダと指との組み合わせでほぼ決まる。つまり、大きさの異なる対象物を把握するためには、それに対応したシリンダ及び指を有するハンドに適宜交換する必要がある。したがって、１台のロボットで複数のワークをハンドリングするロボットシステムの場合、ハンドを頻繁に交換することが予測され、システムのコストアップ、サイクルタイムの増大、ハンド格納エリア面積の増床等が懸念される。
【０００６】
これに対し、前述したサーボハンドは、指の開閉距離を大きく取ることができるので、把持可能な対象物の寸法範囲が拡大する。また、サーボモータをトルク制御することで、把持力を容易に調節することもできる。しかし、例えば３個の指を有するサーボハンドでは、それら指は一般に、等間隔（中心角１２０度毎）に配置されているので、対象物上の把持位置が特定されている場合や対象物の形状によっては、３個の指で把持し難い場合がある。そのような場合には、指の個数や配置の異なるハンドを用意しなければならない。また、この種のハンドは通常、対象物を把持している間に、例えば外力により対象物が指に対し滑りを生じたときに、それを検出する手段を有していない。したがって例えば、ハンドを用いて把持対象物と他の物体とを嵌め合う作業において、円滑な嵌め合いが困難になる場合がある。
【０００７】
さらに、前述した特許文献１の多指ハンドに代表される従来の多指ハンドは、各指の自由度を向上させることを主眼としているものが多く、結果として、構造が複雑になり、動作制御が煩雑になる傾向があった。また、特許文献１に記載されるように、ハンドに作用する荷重を力センサにより検出して把持力を制御するシステムでは、力センサとして一般に、検出対象の荷重を、３次元の力及びモーメントの計６成分に分けて検出可能な６軸力覚センサや、３次元の力を検出可能な３軸力覚センサ等が用いられる。一般に力覚センサは、小型の構造でもって３成分乃至６成分の荷重を検出するため、複雑でデリケートな機構を持ち、安定して高精度な測定を行なうためには、その製造、校正、取扱いが難しい。したがって、安定して高精度な把持力制御を行なうためには、力覚センサの取扱いに細心の注意が必要である。力覚センサの性能低下や故障が起きた場合には、期待する把持力の制御が困難になる。しかも、力覚センサは一般に高価であり、ハンドの製造コストを増加させる懸念がある。なお本願で用いる「荷重」という用語は、外部から受ける力及びモーメントを意味する。
【０００８】
本発明の目的は、それぞれに関節を有する複数の指を備えた把握型ハンドであって、力覚センサを用いることなく、個々の指に加わる荷重に対応して把握力を制御可能な把握型ハンドを提供することにある。
本発明の他の目的は、それぞれに関節を有する複数の指を備えた把握型ハンドであって、構造が単純で動作制御が容易な把握型ハンドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、指関節と、指関節を駆動するアクチュエータと、指関節に支持され、アクチュエータの駆動力下で動作するリンクとをそれぞれに備えた複数の指機構を具備する把握型ハンドにおいて、複数の指機構のそれぞれのアクチュエータを、互いに独立して制御可能な動作制御部と、複数の指機構のそれぞれの指関節の作動位置を検出する位置検出部と、複数の指機構の各々に設けられ、指機構に加わる力によりリンクに生ずるひずみを検出するひずみ検出部とを具備し、動作制御部は、位置検出部が検出した指関節の作動位置と、ひずみ検出部が検出したリンクのひずみとに基づき、複数の指機構のアクチュエータを協調制御して、複数の指機構による把握力を調整すること、を特徴とする把握型ハンドを提供する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の把握型ハンドにおいて、位置検出部が検出した指関節の作動位置と、ひずみ検出部が検出したリンクのひずみとに基づいて、複数の指機構の各々が把握対象物に接触する指機構上の接触位置を求める接触位置演算部をさらに具備する把握型ハンドを提供する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の把握型ハンドにおいて、接触位置演算部は、ハンドが把握対象物を把握している間に、指機構上での接触位置の経時変化量を求め、動作制御部は、接触位置の変化量に基づき把握力を調整する把握型ハンドを提供する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の把握型ハンドにおいて、接触位置演算部は、ハンドが把握対象物を把握している間に、指機構上での接触位置の経時変化量を求め、動作制御部は、接触位置の変化量に基づき、複数の指機構の各々の形態を調整する把握型ハンドを提供する。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の把握型ハンドにおいて、接触位置演算部は、ハンドが把握対象物を把握している間に、指機構上での接触位置の経時変化量を求め、動作制御部は、接触位置の変化量に基づき、複数の指機構の各々と把握対象物との相対位置関係を調整する把握型ハンドを提供する。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の把握型ハンドにおいて、接触位置演算部は、ハンドが把握対象物を把握している間に、指機構上での接触位置の経時変化量を求め、動作制御部は、接触位置の変化量に基づき、複数の指機構を動作制御する際の着目点として把持対象物上に設定された制御点の位置を調整する把握型ハンドを提供する。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の把握型ハンドにおいて、位置検出部が検出した指関節の作動位置と、ひずみ検出部が検出したリンクのひずみとに基づいて、ハンドが把握対象物から受ける荷重を求める荷重演算部をさらに具備する把握型ハンドを提供する。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の把握型ハンドにおいて、複数の指機構の各々が、複数の指関節及び複数のリンクを備え、少なくとも１つのリンクが平行リンク機構を有し、アクチュエータは、平行リンク機構を支持する１つの指関節を駆動することにより、平行リンク機構を動作させると同時に他のリンクを平行リンク機構に追従して動作させる把握型ハンドを提供する。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の把握型ハンドにおいて、複数の指機構が取り付けられる台座と、少なくとも１つの指機構の台座への取付部を、台座上で移動させる第２アクチュエータとをさらに具備する把握型ハンドを提供する。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の把握型ハンドにおいて、動作制御部は、位置検出部が検出した指関節の作動位置と、ひずみ検出部が検出したリンクのひずみとに基づき、第２アクチュエータを制御して、複数の指機構による把握力を調整する把握型ハンドを提供する。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、複数の指関節、それら指関節に支持され、少なくとも１つが平行リンク機構を有する複数のリンク、及び平行リンク機構を動作させ、それにより他のリンクを平行リンク機構に追従して動作させるアクチュエータを、それぞれに備えた複数の指機構と、複数の指機構のそれぞれのアクチュエータを、互いに独立して制御する動作制御部と、複数の指機構のそれぞれのアクチュエータの作動位置を検出する位置検出部と、複数の指機構の各々に設けられ、指機構に加わる力によりリンクに生ずるひずみを検出するひずみ検出部とを具備し、動作制御部は、位置検出部が検出したアクチュエータの作動位置と、ひずみ検出部が検出したリンクのひずみとに基づいて、複数の指機構による把握力を制御すること、を特徴とする把握型ハンドを提供する。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、それぞれに指関節を有する複数の指機構を互いに独立して動作制御可能に構成したから、様々な寸法及び形状を有する物体を、複数の指機構の多様な動作により把握することができる。しかも、各指機構に設けたひずみ検出部が、各指機構のリンクに生じるひずみを検出し、動作制御部が、検出したひずみデータを用いて複数の指機構による把握力を調整する構成であるから、把持対象物から個々の指機構に加わる荷重に対応して、それら指機構を協調動作させつつ把握力を最適に制御することができる。特にこの構成によれば、ひずみ検出部として、比較的安価なひずみゲージをリンクの外表面に貼り付けたり内装したりして使用できるので、力覚センサを用いる構成に比べて、把握型ハンドの製造コストを削減することができる。またこの場合、ひずみゲージが直接的にリンクのひずみを検出するから、取扱いに細心の注意が必要な力覚センサを用いる構成とは異なり、把握力制御がセンサの性能低下や故障に影響される危惧は無い。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、動作制御部は、把握対象物に対する個々の指機構上の接触位置を監視することにより、対象物を把握している間に、例えば外力により対象物が指機構に対し滑りを生じたときに、それを即座に検出することができる。
【００２２】
請求項３〜６に記載の発明によれば、対象物が指機構に対して生じた滑りを確実に補正することができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明によれば、荷重演算部は、全ての指機構においてひずみ検出部が検出したひずみデータを用いて、ハンドが把握対象物から受ける荷重を、３次元の力及びモーメントの計６成分に分けて演算することができる。したがってこの構成では、動作制御部は、荷重演算部によって求められた６成分の荷重データを用いて、６軸力覚センサを用いた場合と同等の力制御を実行することができる。
【００２４】
請求項８に記載の発明によれば、各指機構に設置するアクチュエータの個数を削減して、構造及び制御を簡略化できる。
【００２５】
請求項９に記載の発明によれば、把握対象物の形状に応じて最適な把握位置を選定して、複数の指機構により対象物を把握することができる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明によれば、指機構の開閉方向と直交する方向についても、把握力を調整することができる。
【００２７】
請求項１１に記載の発明によれば、それぞれに関節を有する複数の指を備えた把握型ハンドであって、力覚センサを用いることなく、個々の指に加わる荷重に対応して把握力を制御可能であり、しかも構造が単純で動作制御が容易な把握型ハンドが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図面を参照すると、図１は、本発明に係る把握型ハンド１０の基本構成を示す制御ブロック図である。図１に示すように、本発明に係る把握型ハンド１０は、指関節１２と、指関節１２を駆動するアクチュエータ１４と、指関節１２に支持され、アクチュエータ１４の駆動力下で動作するリンク１６とをそれぞれに有する複数の指機構１８を備える。さらに把握型ハンド１０は、複数の指機構１８のそれぞれのアクチュエータ１４を、互いに独立して制御可能な動作制御部２０と、複数の指機構１８のそれぞれの指関節１２の作動位置を検出する位置検出部２２と、複数の指機構１８の各々に設けられ、各指機構１８に加わる力によりリンク１６に生ずるひずみを検出するひずみ検出部２４とを備える。動作制御部２０は、位置検出部２２が検出した個々の指機構１８の指関節１２の作動位置と、ひずみ検出部２４が検出した個々の指機構１８のリンク１６のひずみとに基づき、複数の指機構１８のアクチュエータ１４を協調制御して、それら指機構１８による把握力を調整する。
【００２９】
上記構成を有する把握型ハンド１０は、それぞれに指関節１２を有する複数の指機構１８を互いに独立して動作制御可能に構成したから、様々な寸法及び形状を有する物体を、複数の指機構１８の多様な動作により把握することができる。しかも、各指機構１８に設けたひずみ検出部２４が、各指機構１８のリンク１６に生じるひずみを検出し、動作制御部２０が、検出したひずみデータを用いて複数の指機構１８による把握力を調整する構成であるから、把持対象物から個々の指機構１８に加わる荷重に対応して、それら指機構１８を協調動作させつつ把握力を最適に制御することができる。特にこの構成によれば、ひずみ検出部２４として、比較的安価なひずみゲージをリンク１６の外表面に貼り付けたり内装したりして使用できるので、力覚センサを用いる構成に比べて、把握型ハンド１０の製造コストを削減することができる。またこの場合、ひずみゲージが直接的にリンク１６のひずみを検出するから、取扱いに細心の注意が必要な力覚センサを用いる構成とは異なり、把握力制御がセンサの性能低下や故障に影響される危惧は無い。なお、リンク１６のひずみデータを用いた把握力の制御方法については後述する。
【００３０】
把握型ハンド１０においては、位置検出部２２が検出した指関節１２の作動位置と、ひずみ検出部２４が検出したリンク１６のひずみとに基づいて、複数の指機構１８の各々が把握対象物に接触する指機構１８上の接触位置を求める接触位置演算部２６をさらに備えることができる（図１）。この構成によれば、動作制御部２０は、把握対象物に対する個々の指機構１８上の接触位置を監視することにより、対象物を把握している間に、例えば外力により対象物が指機構１８に対し滑りを生じたときに、それを即座に検出することができる。したがって例えば、ハンド１０を用いて把握対象物と他の物体とを嵌め合う作業において、指機構１８に対する滑りによって把握対象物にハンド内で位置ずれが生じたときに、動作制御部２０が各指機構１８の動作を適当に制御して位置ずれを補正し、以って円滑な嵌め合いを可能にすることができる。
【００３１】
また、把握型ハンド１０においては、位置検出部２２が検出した指関節１２の作動位置と、ひずみ検出部２４が検出したリンク１６のひずみとに基づいて、複数の指機構１８の各々が把握対象物から受ける荷重を求める荷重演算部２８をさらに備えることができる（図１）。この場合、荷重演算部２８は、全ての指機構１８においてひずみ検出部２４が検出したひずみデータを用いて、ハンド１０が把握対象物から受ける荷重を、３次元の力及びモーメントの計６成分に分けて演算することができる。したがってこの構成では、動作制御部２０は、荷重演算部２８によって求められた６成分の荷重データを用いて、６軸力覚センサを用いた場合と同等の力制御を実行することができる。
【００３２】
図２は、本発明の一実施形態による把握型ハンド３０の概略正面図である。把握型ハンド３０は、図１に示す把握型ハンド１０の基本構成を有するものであり、対応する構成要素には共通の参照符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
把握型ハンド３０は、共通の台座３２に取り付けられる３本の指機構１８を備える。それら指機構１８は、個々に専用のアクチュエータ１４を有し、動作制御部２０（図１）の制御下でそれぞれに独立して動作することができる。３本の指機構１８は、いずれも同一の構成を有し、台座３２に対し、ハンド３０の中心軸線に関して所定の等間隔配置（すなわち中心角１２０度毎）で取り付けられる。把握型ハンド３０は、図３に示すように、３本の指機構１８を一様に動作させることにより、比較的小径の把握対象物Ｗ１（図３（ａ））でも、比較的大径の把握対象物Ｗ２（図３（ｂ））でも、３本の指機構１８によって安定して正確に把握することができる。
【００３４】
図４は、本発明の他の実施形態による把握型ハンド４０の概略正面図である。把握型ハンド４０は、少なくとも１つの指機構１８を台座３２に移動可能に取り付けた点以外は、図２に示す把握型ハンド３０と実質的同一の構成を有するものであり、対応する構成要素には共通の参照符号を付してその説明を省略する。
【００３５】
把握型ハンド４０では、２つの指機構１８が、台座３２に移動可能に取り付けられている。そして、把握型ハンド４０には、それら移動可能な指機構１８の台座３２への取付部４２を、台座３２上で適宜位置に移動させるための第２アクチュエータ４４が設けられる。したがって、３本の指機構１８は、ハンド３０の中心軸線に関して所望の間隔（すなわち中心角）で配置できる。このような構成により、把握型ハンド４０は、図５（ａ）に示すような円形輪郭を有する対象物Ｗ３に限らず、図５（ｂ）に示すような対向２方向への把握力を必要とする対象物Ｗ４や、図５（ｃ）に示すような異形輪郭を有する対象物Ｗ５をも、３本の指機構１８によって安定して正確に把握することができる。また、図５（ｄ）に示すように、指機構１８の本数に対応しない個数の穴を有する対象物Ｗ６に対し、適当な穴を選択して指機構１８の先端を挿入することにより、対象物Ｗ６を安定して把握することもできる。さらに、図６に示すように、長方形輪郭を有する対象物Ｗ７に対し、所望の指機構１８を対向させて把握する方法（図６（ａ））や、より長物の長方形輪郭を有するＷ８に対し、３方向から把握する方法（図６（ｂ））を選択することもできる。
【００３６】
上記した各実施形態による把握型ハンド３０、４０においては、動作制御部２０（図１）は、例えば図示しないハンド制御装置又はロボット制御装置のＣＰＵ（中央処理装置）及びメモリから構成できる。また、位置検出部２２（図１）は、各アクチュエータ１４に設けられる角度検出センサ（図示せず）から構成できる。この場合、位置検出部２２は、アクチュエータ１４によって駆動される指関節１２の角度を検出し、それにより動作制御部２０が、複数の指機構１８の開き具合や個々の指機構１８の配置を認識する。なお、アクチュエータ１４としてサーボモータを用いる場合は、角度検出センサとして光学式や磁気式のパルスエンコーダが用いられる。
【００３７】
さらに、ひずみ検出部２４（図１）は、図２及び図４に示すように、各指機構１８の所望のリンク１６に対し複数個ずつ設置されるひずみゲージ５０から構成できる。ひずみゲージ５０には、比較的高感度の半導体構造のものを採用できる。それらひずみゲージ５０は、リンク１６の外表面の所望位置に貼り付けたり内部の所望位置に設置したりすることができ、１つの指機構１８に複数のひずみゲージ５０を設置することにより、指機構１８が把握対象物に接触する指機構１８上の接触位置を求めることができる。以下、前述した接触位置演算部２６（図１）が実行する演算方法を、図７を参照して説明する。
【００３８】
図７に示すように、例えば把握型ハンド３０の各指機構１８が、末端のリンク１６の一点Ｐを把握対象物Ｗに接触させて、対象物Ｗを把握したとき（図７（ａ））の、接触点Ｐの位置は、次のようにして求めることができる。なお、ハンド３０の把握動作制御に際しては、個々の指機構１８に関して、それぞれ固有の座標系（指座標系）を例えば図示のように定める（図７（ｂ））。まず、各指機構１８のリンク１６は、ハンド中心軸線３０ａから見て最も内側の一点Ｐで把握対象物Ｗに接触するので、点ＰのＹ座標及びＺ座標は、指機構１８の現在の位置及び形態（姿勢）並びにリンク１６の寸法から求められる。すなわち、未知パラメータは、図７で上下方向に相当するＸ軸上の座標のみであり、それを、リンク１６上で同様に上下方向に分散して設置した複数のひずみゲージ５０のリンク１６上での位置と、それらひずみゲージ５０から出力されるひずみデータとから演算で求める。
【００３９】
両ひずみゲージ５０のＸ軸方向の位置成分をそれぞれｘ１、ｘ２とし、またそれぞれが検出したひずみの値をε１、ε２とする。ｘ１、ｘ２は、既知の値として、例えば動作制御部２０のメモリに予め格納されている。ε１、ε２は、接触点Ｐにおいて把握対象物Ｗからリンク１６に加えられる力Ｆによって生じる曲げモーメントに比例するので、次の式が成り立つ。
ε１＝Ｃ１×Ｆ×（ｘ−ｘ１）
ε２＝Ｃ２×Ｆ×（ｘ−ｘ２）
ここで、Ｃ１、Ｃ２は、リンク１６の材質や形状によって決まる既知の係数である。
これら２式を連立して解けば、力Ｆと接触点ＰのＸ座標ｘとを求めることができる。
【００４０】
接触位置演算部２６が求めた指機構１８と把握対象物Ｗとの接触位置Ｐは、次のような状況で有効に利用される。例えば、ロボットによって物体同士の嵌め合い作業を行なう場合、図８に示すように、ハンド３０上に予め定めた図示の座標系（エンドエフェクタ座標系）において、把握対象物Ｗの嵌め合い方向先端面の中心に対象物Ｗの位置や姿勢を変化させるための制御点Ｃ（すなわち指機構１８を動作制御する際の着目点）を設定し、この制御点Ｃを中心として、Ｘ軸及びＹ軸を中心に対象物Ｗを微妙に回転させながらＺ軸方向に移動させることにより、対象物Ｗを相手物体の穴Ｈに円滑に嵌め込むことができる。しかし、ハンド３０が対象物Ｗを把握している間に、対象物Ｗに加わる外力等によりリンク１６と対象物Ｗとの間に滑りが生じて把握位置がずれると、制御点Ｃが実際の対象物Ｗの先端面の中心位置からずれてしまうので、嵌め合い作業を狙い通りに遂行することが困難になる懸念がある。
【００４１】
そこで、接触位置演算部２６（図１）は、ハンド３０が対象物Ｗを把握している間、全ての指機構１８に設けた複数のひずみセンサ５０の出力を所定の短周期で監視（記憶）して、指機構１８上での上記した接触位置Ｐの経時変化量Δｘを求める。そして、動作制御部２０は、接触位置Ｐの変化量Δｘに基づき（つまりΔｘが零でないときに対象物Ｗの滑りが生じたと判断し）、全ての指機構１８を協調制御して、把握力を調整する（この例では、さらなるずれを防止するために把握力を増加させる）。
【００４２】
上記のようにして把握位置（接触位置Ｐ）のずれを検出して把握力を調整したとしても、一旦把握位置がずれてしまうと、やはり嵌め合い作業を狙い通りに遂行できなくなる惧れがある。この問題は、例えば図９に示すように、動作制御部２０（図１）が、接触位置演算部２６（図１）によって求められた接触位置Ｐの変化量Δｘに基づき、個々の指機構１８の形態（姿勢）を調整することにより、解決できる。すなわち、初期把握状態（図９（ａ））から、把握対象物Ｗが各指機構１８に対し位置ずれを生じたとき（図９（ｂ））には、動作制御部２６が個々の指機構１８の形態（姿勢）を調整して、接触位置Ｐの変化量Δｘに相当する距離だけ把握対象物Ｗを空間上で移動させる（図９（ｃ））。それにより、エンドエフェクタ座標系における制御点Ｃが、最初に定めた把握対象物Ｗの表面上の位置に復帰する。
【００４３】
把握位置（接触位置Ｐ）のずれを解消する方法としては、図１０に示すように、ハンド３０が対象物Ｗの持ち替えを行なうことも有効である。この場合、動作制御部２０（図１）は、接触位置演算部２６（図１）によって求められた接触位置Ｐの変化量Δｘに基づき、個々の指機構１８を動作制御して、各指機構１８と把握対象物Ｗとの相対位置関係を調整する。すなわち、初期把握状態（図１０（ａ））から、把握対象物Ｗが各指機構１８に対し位置ずれを生じたとき（図１０（ｂ））には、ハンド３０の動作制御により把握対象物Ｗを一旦適当な静止面Ｓ上に置き（図１０（ｃ））、その状態で動作制御部２６が個々の指機構１８を適宜動作させて、接触位置Ｐの変化量Δｘに相当する距離だけ各指機構１８を把握対象物Ｗに対して移動させる（或いはハンド３０の動作制御によりハンド３０を把握対象物Ｗに対して移動させる）（図１０（ｄ））。それにより、エンドエフェクタ座標系における制御点Ｃが、最初に定めた把握対象物Ｗの表面上の位置に復帰する。
【００４４】
把握位置（接触位置Ｐ）のずれを解消するさらに他の方法として、図１１に示すように、制御点Ｃの位置を変更することも有効である。この場合、動作制御部２０（図１）は、接触位置演算部２６（図１）によって求められた接触位置Ｐの変化量Δｘに基づき、各指機構１８を動作制御するための予め定めた制御点Ｃの位置を調整する。すなわち、初期把握状態（図１１（ａ））から、把握対象物Ｗが各指機構１８に対し位置ずれを生じたとき（図１１（ｂ））には、動作制御部２６は、指機構１８を動作させることなく、接触位置Ｐの変化量Δｘに相当する距離だけ、制御点Ｃをエンドエフェクタ座標系上で移動させる（図１１（ｃ））。それにより、エンドエフェクタ座標系における制御点Ｃが、最初に定めた把握対象物Ｗの表面上の位置に復帰する。
【００４５】
個々の指機構１８の所望リンク１６に対してひずみゲージ５０を複数個ずつ設置した上記実施形態の構成では、荷重演算部２８（図１）は、下記のようにして、ハンド３０、４０が把握対象物から受ける荷重を、３次元の力及びモーメントの計６成分に分けて演算することができる。まず、各指機構１８を駆動するアクチュエータ１４の作動位置を、内蔵した角度検出センサすなわち位置検出部２２（図１）により検出し、荷重演算部２８が、その作動位置（角度）データに基づいて、各指機構１８の形態（姿勢）を演算で求める。次いで荷重演算部２８は、各指機構１８の形態（姿勢）と、予め記憶した指機構１８上での複数のひずみゲージ５０の位置とに基づいて、ハンド３０上に予め設定した座標系（エンドエフェクタ座標系）におけるそれらひずみゲージ５０の位置をそれぞれ算出する。そして荷重演算部２８は、各ひずみゲージ５０が検出したひずみデータに基づき、６成分の荷重（力及びモーメント）を算出する。このような構成により、ハンド３０、４０は、精密嵌合作業等の、ロボットのコンプライアンス制御が要求される用途において、有効に利用される。なお、空間的に分布する複数のひずみゲージ５０のデータから６成分の荷重（力及びモーメント）を算出する式は、既知であるから説明を省略する。
【００４６】
前述した各実施形態による把握型ハンド３０、４０では、図２及び図４に示すように、複数の指機構１８の各々が、複数（図では２個）の指関節１２及び複数（図では２個）のリンク１６を備え、そのうち１つのリンク１６が平行リンク機構（平行クランク機構とも称する）を有するように構成される。このような構成は、ハンド３０、４０の把握作業に際し、複数の指機構１８がそれらの末端のリンク１６を鉛直下方に向けた形態（姿勢）を維持することが許容又は要求される場合に、アクチュエータ１４の個数を減少させる利点を有する。つまり、図４に関連して説明すれば、ハンド４０の各指機構１８は、台座３２への取付部４２（図４）に隣接する基端側の関節１２にアクチュエータ１４を設置しており、この関節１２に支持されるリンク１６が平行リンク機構を有している。平行リンク機構の他端の末端側の関節１２には、アクチュエータ１４は設置されていない。
【００４７】
指機構１８を模式図的に示す図１２を参照して詳述すると、基端側の関節１２１に設置したアクチュエータ１４は、関節１２１を駆動して、平行リンク機構を有するリンク１６１の一方のリンク要素５２を、関節１２１を中心に旋回させる。すると、このリンク要素５２の旋回動作に追従して、平行リンク機構の他方のリンク要素５４が、関節１２１上の軸受５６を中心に旋回するとともに、末端側の関節１２２を介して両リンク要素５２、５４に連結された末端のリンク１６２が平行移動する。その結果、末端のリンク１６２が常に鉛直下方を向いた状態で、ハンド３０、４０の各指機構１８の開閉動作が遂行される。
【００４８】
上記した平行リンク機構は、指機構１８のリンク１６の個数によっては、１つの指機構１８を構成する複数のリンク１６に適用することもできる。このような構成を有する本発明に係る把握型ハンドの特徴を整理すると、複数の指関節、それら指関節に支持され、少なくとも１つが平行リンク機構を有する複数のリンク、及び平行リンク機構を動作させ、それにより他のリンクを平行リンク機構に追従して動作させるアクチュエータを、それぞれに備えた複数の指機構と、複数の指機構のそれぞれのアクチュエータを、互いに独立して制御する動作制御部と、複数の指機構のそれぞれのアクチュエータの作動位置を検出する位置検出部と、複数の指機構の各々に設けられ、指機構に加わる力によりリンクに生ずるひずみを検出するひずみ検出部とを具備する把握型ハンドであって、動作制御部が、位置検出部が検出したアクチュエータの作動位置と、ひずみ検出部が検出したリンクのひずみとに基づいて、複数の指機構による把握力を制御するものである。
【００４９】
以上、本発明の幾つかの好適な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲の記載範囲内で様々な修正を施すことができる。例えば、少なくとも１つの指機構１８の取付部４２が台座３２上で移動可能な把握型ハンド４０（図４）においては、動作制御部２０（図１）は、位置検出部２２（図１）が検出した指関節１２の作動位置と、ひずみ検出部２４（図１）が検出したリンク１６のひずみとに基づき、第２アクチュエータ４４を制御して、複数の指機構１８による把握力を調整するように構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る把握型ハンドの基本構成を示す制御ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による把握型ハンドの正面図である。
【図３】図２の把握型ハンドの把握動作を説明する図で、（ａ）小径物、及び（ｂ）大径物の把握形態を示す。
【図４】本発明の他の実施形態による把握型ハンドの斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、図４の把握型ハンドによる種々の把握動作を説明する図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、図４の把握型ハンドによる、長手方向寸法や形状が異なる対象物に対する異なる把握動作を説明する図で、（ａ）長手方向寸法がハンドの指開閉ストローク以内の場合、及び（ｂ）長手方向寸法がハンドの指開閉ストロークを超える場合、をそれぞれ示す。
【図７】本発明に係る把握型ハンドの把握力制御方法を説明する図で、（ａ）及び（ｂ）は、対象物の滑りの検出手法を示すものであって、（ｂ）は（ａ）の破線部分の拡大図である。
【図８】本発明に係る把握型ハンドの把握力制御方法を説明する図で、ハンドを用いた嵌め合い作業を示す。
【図９】本発明に係る把握型ハンドの把握力制御方法を説明する図で、（ａ）〜（ｃ）は、対象物の滑りの補正手法を示す。
【図１０】本発明に係る把握型ハンドの把握力制御方法を説明する図で、（ａ）〜（ｄ）は、対象物の滑りの他の補正手法を示す。
【図１１】本発明に係る把握型ハンドの把握力制御方法を説明する図で、（ａ）〜（ｃ）は、対象物の滑りのさらに他の補正手法を示す。
【図１２】図２及び図４の把握型ハンドの指機構を模式図的に示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０、３０、４０    把握型ハンド
１２    指関節
１４    アクチュエータ
１６    リンク
１８    指機構
２０    動作制御部
２２    位置検出部
２４    ひずみ検出部
２６    接触位置演算部
２８    荷重演算部
３２    台座
４２    取付部
４４    第２アクチュエータ
５０    ひずみゲージ
【図１】
2006102920.tif 000003
【図２】
2006102920.tif 000004
【図３】
2006102920.tif 000005
【図４】
2006102920.tif 000006
【図５】
2006102920.tif 000007
【図６】
2006102920.tif 000008
【図７】
2006102920.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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