(57)【要約】【課題】アームと多指ハンドの動作を協調させて把持物体の位置姿勢を制御すると同時に、アームと多指ハンドの自由度を活用して動作させる方法を提供する。【解決手段】アーム１３と、アーム先端に装着された複数の関節軸を有するハンド１４から成るマニピュレータにて対象物体１５を把持し、ハンド１４の掌部にて動作させるマニピュレータの制御方法において、対象物体１５の位置姿勢が指令されると、アーム１３のツール座標変換行列によってアーム１３の位置姿勢を算出してアーム１３を制御すると同時に、ハンド１４に設けられたハンド座標系における対象物体１５の位置姿勢に基づいてハンド１４を制御することで対象物体１５を把持およびハンド１４の掌部にて動作させ、アーム１３の位置姿勢とツール座標変換とによって得られる対象物体１５の位置姿勢と、ハンド座標系における対象物体１５の位置姿勢とが、同一の位置姿勢を指し示すよう制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アームと、該アーム先端に装着された複数の関節軸を有するハンドから成るマニピュレータにて対象物体を把持し、前記ハンドの掌部にて動作させるマニピュレータの制御方法において、
前記対象物体の位置姿勢が指令されると、前記アームのツール座標変換行列によって前記アームの位置姿勢を算出して前記アームを制御すると同時に、
前記ハンドに設けられたハンド座標系における前記対象物体の位置姿勢に基づいて前記ハンドを制御することで前記対象物体を把持および前記ハンドの掌部にて動作させ、
前記アームの位置姿勢と前記ツール座標変換とによって得られる前記対象物体の位置姿勢と、前記ハンド座標系における前記対象物体の位置姿勢とが、同一の位置姿勢を指し示すよう制御することを特徴とするマニピュレータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータの制御方法に関し、特にアームと複数の関節軸を有する多指ハンドとから成るマニピュレータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アームとアーム先端に取り付けられたハンドとから成るマニピュレータで物体を把持して作業を行う際の制御方法においては、把持を行うハンド部とアーム部とを別個に制御し、ハンド部で生じる位置誤差をアーム部で補正するという方法がとられていた（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−９２５２３号公報第（第１３頁、図２）
【特許文献２】特開平６−１７５７１６号公報第（第６頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ハンド部に多関節の多指ハンドを採用した場合、多関節のハンドの持つ自由度を使って位置姿勢を補正することも可能になる。しかしながら、従来の方法ではアームとハンドの動作を協調させることができず、把持物体の位置姿勢を制御できないという新たな問題も生じる。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、アームと多指ハンドの動作を協調させて把持物体の位置姿勢を制御すると同時に、アームと多指ハンドの自由度を活用して動作させる方法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】
上記問題を解決するため、本発明は次のようにしたのである。
アームと、該アーム先端に装着された複数の関節軸を有するハンドから成るマニピュレータにて対象物体を把持し、前記ハンドの掌部にて動作させるマニピュレータの制御方法において、前記対象物体の位置姿勢が指令されると、前記アームのツール座標変換行列によって前記アームの位置姿勢を算出して前記アームを制御すると同時に、前記ハンドに設けられたハンド座標系における前記対象物体の位置姿勢に基づいて前記ハンドを制御することで前記対象物体を把持および前記ハンドの掌部にて動作させ、前記アームの位置姿勢と前記ツール座標変換とによって得られる前記対象物体の位置姿勢と、前記ハンド座標系における前記対象物体の位置姿勢とが、同一の位置姿勢を指し示すよう制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、アームまたは多指ハンドの一方が位置姿勢を変えても、他方が協調して動作し、把持物体の位置姿勢を一定に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明の方法を実施するマニピュレータの制御装置内の構成を模式的に示す制御ブロック図である。また、図２は本発明の方法を実施するマニピュレータの構成を示す概略図である。
図１において、１は多指ハンド制御部、２はアーム制御部であり、３は両者へ位置姿勢の指令を出力する指令生成部である。
図２において、Ｒａはアーム１３の先端部に設定された制御点の座標系、Ｒｆは多指ハンド１４の座標系、Ｒｏは把持物体１５の座標系である。
通常、アームの制御点は図２のようにアーム先端部とする。また制御点の先にあるアーム先端にツールを取り付けて作業を行うことが多いため、制御点を原点とする座標系はツール座標系とも呼ばれる。
また、図２ではグローバル座標系をアーム１３の据付部に設定している。
【０００９】
ハンド制御部１は、多指ハンド座標Ｒｆから見た把持物体１５の位置姿勢を示すＴ１を指令として指令生成部３から受け取り、把持制御部４にて、Ｔ１に従って物体を把持するように多指ハンドの各関節の角度指令５を生成し、多指ハンドの運動制御部部６にて多指ハンド１４の各関節を動作させる。
アーム制御部２は、グローバル座標系から見たＲａの位置姿勢を指令生成部３から指令として受け取り、運動学演算部７にて、アーム１３の各関節の角度指令８を生成し、アームの運動制御部９でアーム１３の各関節を動作させる。
以下では、多指ハンド１４にて把持物体１５を把持したまま、多指ハンド１４の各関節を動作させてアーム先端部と多指ハンド１４先端との間（掌部）にて把持物体１５の位置姿勢を調整する例について述べる。
【００１０】
指令生成部３には、グローバル座標系から見たＲｏの位置姿勢、Ｒｆから見た把持物体１５の位置姿勢を示すＴ１、およびＲａから見た把持物体１５の位置姿勢を示すＴ２が指令として入力され、Ｒｆから見た把持物体の位置姿勢を示すＴ１と、グローバル座標系における Ｒａの位置姿勢を、それぞれハンド制御部１、アーム制御部２に指令として送出する。図２を見れば明らかなように、Ｔ１とＴ２は独立でなく、次式の関係が成り立つように、Ｔ１が入力されるとＴ２が、Ｔ２が入力されるとＴ１が、それぞれ更新される。Ｔhについては後述する。
【００１１】
Ｔ２＝Ｔh・Ｔ１          ・・・  （１）
【００１２】
図２を用いてＴ１、Ｔ２、Ｔh、Ｒｏ、Ｒａについて説明する。
マニピュレータのアーム１３の先端部には制御点に座標系 Ｒａがあり、さらにその先端に多指ハンド１４が設置され、多指ハンド座標系 Ｒfは、ＲａをＴhで座標変換した位置姿勢に設定されている。すなわち、ＴｈはＲｆとＲａとの関係を示す。
Ｔ１は多指ハンド座標系Ｒｆから見た把持物体１５の位置姿勢を示し、ＲfをＴ１で座標変換した結果が Ｒｏとなっている。ここで式（１）を適用すると、ＲａをＴ２で座標変換した結果が Ｒｏとなる。
なお、これらＴ１、Ｔ２、Ｔh、Ｒａ、Ｒｏはすべて、位置姿勢の座標変換を表す同次変換行列である。
これらの関係によって、Ｒａの位置姿勢は、
【００１３】
Ｒａ ＝ inv(Ｔ２)・Ｒｏ  ・・・  （２）
【００１４】
として求められる。ここで、invは逆変換を表す。
【００１５】
前述のように、制御装置内ではＴ１またはＴ２によって多指ハンド１４またはアーム１３の姿勢を指令する。
Ｔ１は多指ハンド１４から見た把持物体１５の位置姿勢を指令するときに使用し、Ｔ２はアーム１３の位置姿勢を指令するときに使用する。Ｔ１を変更すると、式（１）に従って同時にＴ２が変更される。一方、Ｔ２を変更してアームの位置姿勢を変更すると、式（１）の逆変換を使用して同時にＴ１も変更される。
これにより多指ハンド１４の把持の位置姿勢が変わる際には同時にアーム１３が連動して動作し、また、アーム１３の位置姿勢が変わる際には同時に多指ハンド１４が連動して動作する。
従って、グローバル座標系から見た把持物体１５の座標系Ｒｏの位置姿勢に対する指令を一定に保てば、把持物体１５の位置姿勢を変えずに、多指ハンド１４やアーム１３の位置姿勢を調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明は、アームと多指ハンドを組み合わせたマニピュレータの冗長自由度を活かして、多指ハンドにて把持した物体の位置を固定したままアームおよび多指ハンドの位置姿勢を微調整するといった動作を行う用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の方法を適用するマニピュレータの制御方法を示す制御ブロック図
【図２】本発明の方法を適用するマニピュレータで使用する座標系の説明図
【符号の説明】
【００１８】
１  多指ハンド制御部
２  アーム制御部
３  指令生成部
４  多指ハンドの把持制御
５  多指ハンドの関節角度指令
６  多指ハンドの運動制御
７  アームの運動学演算
８  アームの関節角度指令
９   アームの運動制御
１０  式（１）の演算部
１１  式（２）の演算部
１２  把持物体位置姿勢の送出部
１３  アーム
１４  多指ハンド
【図１】
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【図２】
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