(57)【要約】【課題】画像認識装置などの高価なセンサ手段や予め位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持し、かつ、その把持対象物のチャックとの相対位置姿勢を検出可能なスライド式チャック及びその把持方法の提供を目的としている。【解決手段】把持対象物を把持させるために少なくとも３本のフィンガ１を直線移動させる移動手段と、上記すべてのフィンガの移動直線を含む平面に垂直な軸の周りに上記各フィンガの上記移動手段を旋回運動させて移動方向の転換を行う旋回手段と、個々のフィンガごとに上記移動手段と上記旋回手段を駆動するアクチュエータ手段と、アクチュエータの駆動力の伝達を上記移動手段あるいは上記旋回手段に切り替える切替手段８，１０と、上記移動手段と上記旋回手段とをそれぞれ本体ベースに固定された固定シャフト１９により旋回自在に保持する保持手段とを備えている。【選択図】    図３
2004195596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
把持対象物を把持させるために少なくとも３本のフィンガを直線移動させる移動手段と、
上記すべてのフィンガの移動直線を含む平面に垂直な軸の周りに上記各フィンガの上記移動手段を旋回運動させて移動方向の転換を行う旋回手段と、
上記個々のフィンガごとに上記移動手段と上記旋回手段を駆動するアクチュエータ手段と、
上記アクチュエータの駆動力の伝達を上記移動手段あるいは上記旋回手段に切り替える切替手段と、
上記移動手段と上記旋回手段とをそれぞれ本体ベースに固定された固定シャフトにより旋回自在に保持する保持手段とを備え、
上記旋回手段は、上記アクチュエータの駆動力が伝達されないときに、上記移動手段の旋回運動の角度を保持する旋回角度保持力を変化させる手段を備え、
上記各フィンガは、 摩擦力および拘束力が旋回方向には小さく旋回軸方向には大きい把持面を有し、
更に、上記各フィンガの移動手段による移動位置を検出する検出手段と旋回手段による旋回角度を検出する検出手段と、
把持持対象物の形状情報を記憶する記憶手段と、
上記各フィンガの位置旋回検出結果と把持対象物形状情報とに基づき把持対象物の把持位置姿勢を同定する演算手段とを備えていることを特徴とするスライド式チャック。
【請求項２】
上記フィンガ移動位置および旋回角度検出手段信号を入力とし、上記アクチュエータ、上記切替手段、上記旋回角度保持手段に駆動力を出力することにより、フィンガの位置姿勢および動作手順を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載のスライド式チャック。
【請求項３】
上記旋回角度保持手段をオン／オフする手段を有することを特徴とする請求項１に記載のスライド式チャック。
【請求項４】
上記旋回角度保持手段の保持力目標値を記憶する手段と、上記旋回角度保持手段の保持力を連続的な値に制御する手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のスライド式チャック。
【請求項５】
上記旋回角度保持手段の保持力目標値を、スライド式チャックが取り付けられたロボットの先端位置姿勢信号とスライド式チャックの質量情報を基に演算する演算手段を有することを特徴とする請求項１に記載のスライド式チャック。
【請求項６】
前記演算手段は、各フィンガ中心を頂点とする図形面と把持対象物形状面との相関係数の演算結果にもとづき把持対象物の把持位置姿勢を同定することを特徴とする請求項１に記載のスライド式チャック。
【請求項７】
前記演算手段は、各フィンガ中心を頂点とする図形の輪郭線と把持対象物形状の輪郭線との相関係数の演算結果にもとづき把持対象物の把持位置姿勢を同定することを特徴とする請求項１に記載のスライド式チャック。
【請求項８】
前記演算手段は、各フィンガ中心を頂点とする図形の輪郭線と把持対象物形状の輪郭線との直線部分の位置ベクトルが一致する位置姿勢における相関係数の演算結果にもとづき把持対象物の把持位置姿勢を同定することを特徴とする請求項１に記載のスライド式チャック。
【請求項９】
前記演算手段は、各フィンガの旋回中心からのベクトルと把持対象物形状の輪郭の法線ベクトルとの相関係数の演算結果にもとづき把持対象物の把持位置姿勢を同定することを特徴とする請求項１に記載のスライド式チャック。
【請求項１０】
上記各フィンガの把持面上に、旋回方向に稜線を有する山形弾性体を有することを特徴とする請求項１に記載のスライド式チャック。
【請求項１１】
上記各フィンガの把持面上に、旋回方向に切り込みが入った板バネを有することを特徴とする請求項１に記載のスライド式チャック。
【請求項１２】
旋回角度保持力を小さくした状態で把持動作を行う工程と、把持が完了した時点で旋回角度保持力を大きくする工程と、
各フィンガの位置情報と把持対称物形状情報にもとづき把持対称物の把持位置姿勢を同定する工程と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のスライド式チャックによって把持対象物を把持する把持方法。
【請求項１３】
旋回角度保持力を最小にした状態で把持動作を行う工程と、把持が完了した時点で旋回角度保持力を最大にする工程と、
各フィンガの位置情報と把持対称物形状情報にもとづき把持対称物の把持位置姿勢を同定する工程と、
を有することを特徴とする請求項１および請求項３に記載のスライド式チャックによって把持対象物を把持する把持方法。
【請求項１４】
旋回角度保持力を既知の外力を相殺する値にした状態で把持動作を行う工程と、
把持が完了した時点で旋回角度保持力を最大にする工程と、
各フィンガの位置情報と把持対称物形状情報にもとづき把持対称物の把持位置姿勢を同定する工程と、
を有することを特徴とする請求項１および請求項４に記載のスライド式チャックによって把持対象物を把持する把持方法。
【請求項１５】
ロボットの姿勢によりスライド式チャックにかかる重力を相殺する値を演算する工程と、
旋回角度保持力を上記演算結果の値にした状態で把持動作を行う工程と、
把持が完了した時点で旋回角度保持力を最大にする工程と、
各フィンガの位置情報と把持対称物形状情報にもとづき把持対称物の把持位置姿勢を同定する工程と、
を有することを特徴とする請求項１および請求項５に記載のスライド式チャックによって把持対象物を把持する把持方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製品の組み立ておよび分解に使用するロボットのハンドに関し、特に、一つのアクチュエータの駆動力を切り替えて伝達することにより、すべてのフィンガの移動と移動方向の転換を行い、各種の形状の把持対象物を把持することができるとともに、任意形状の把持対象物の位置決め、搬送等に用いる把持ハンドに応用ができるようにしたスライド式チャック及びその把持方法（制御方法）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロボット等の手先効果器（ロボットハンド）によって任意形状の把持対象物を把持し搬送および組み立てをするためには、あらかじめ把持対象物を専用治具に位置決めし位置および姿勢を固定しておくか、把持対象物の位置姿勢を画像認識装置などによって検出しておく必要があった。また、把持対象物に外力が加わった際にも位置ずれを起こさないよう確実に把持するため、把持対象物に対する拘束力を高める必要があった。
【０００３】
例えば、従来から知られる「ロボットハンド、及び、ロボットハンドによるワーク把持方法」では、３本のフィンガを備え、２本の対になったフィンガが旋回可能となっているため、任意形状の把持対象物を把持することが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、従来から知られる「ロボットハンド」では、任意の姿勢で置かれた把持対象物を確実に把持するために弾性体に支持された複数の爪を有する姿勢安定手段を設けている（例えば、特許文献２参照）。これは、把持対象物の側面形状に合った爪を有する場合は確実に把持することが可能である。
【０００５】
また、従来から知られる「ヘミング装置へのワーク投入方法及び装置」では、各把持具の軸線周りに旋回自在に軸支しているため、把持対象物の縁部が変形している場合も確実に把持することが可能である（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
また、従来から知られる「位置決め部を有する把持装置」では、複数の多関節フィンガが手のひら状の位置決め部に把持対象物を包み込むように把持する（例えば、特許文献４参照）。このため、任意の位置姿勢で置かれた把持対象物を確実に把持することができる。また、位置決めを機構的に行うことにより搬送および組立動作を直接行うことができる。
【０００７】
また、従来から知られる「ロボット用フィンガの把持力検出装置」では、フィンガを駆動する回転リンクの回転角度を検出し、把持した把持対象物の位置及び姿勢を求めることができる（例えば、特許文献５参照）。
【０００８】
また、３本のフィンガを旋回可能とし、任意形状の把持対象物を３点把持することができる「スライド式チャックおよびスライド式チャックの制御方法ならびにスライド式チャックの制御ソフトウェアの記録媒体」も提案されている。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２７３５１３６号
【特許文献２】
特開２００１−２０５５８４号公報
【特許文献３】
特開平１１−３３３５３５号公報
【特許文献４】
特開平９−２９６７５号公報
【特許文献５】
特許第３１８７１９１号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１では、あらかじめ把持対象となる把持対象物の形状に合わせてフィンガの相対的配置を決めておくために画像認識装置を用いている。また、構造上フィンガは円筒形状である必要があるため、把持対象物との摩擦力が大きくとれず、フィンガの長手軸線方向の拘束力が弱い。そのため搬送および組立時には把持対象物が位置ずれする可能性がある。
【００１１】
また、特許文献２では、把持対象物の側面形状に合った形状の爪を必要とするため、任意形状の把持対象物を把持するためには爪を交換しなければならず、爪交換のための時間と手間を必要とする。
【００１２】
また、特許文献３では、旋回可動範囲が各把持具の軸線周りに限定されているため、あらかじめ決まった姿勢に位置決めされた把持対象物しか把持することができない。
【００１３】
また、特許文献４では、任意の形状の把持対象物を把持するために位置決め部を複数用意する必要があり、その交換のための時間と手間を必要とする。
【００１４】
また、特許文献５では、同時に把持力の方向を検出しなければ、把持対象物の位置及び姿勢を求めることはできない。
【００１５】
また、前述した「スライド式チャックおよびスライド式チャックの制御方法ならびにスライド式チャックの制御ソフトウェアの記録媒体」では、あらかじめ把持対象となる把持対象物の形状に合わせてフィンガの相対的配置を決めておく必要があるため、把持対象物の形状認識手段を別途必要とするが、その手段を提供していない。
【００１６】
本発明は前記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、画像認識装置などの高価なセンサ手段やあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持し、かつ、その把持対象物のチャックとの相対位置姿勢を検出可能なスライド式チャック及びその把持方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載されたスライド式チャックは、把持対象物を把持させるために少なくとも３本のフィンガを直線移動させる移動手段と、上記すべてのフィンガの移動直線を含む平面に垂直な軸の周りに上記各フィンガの上記移動手段を旋回運動させて移動方向の転換を行う旋回手段と、上記個々のフィンガごとに上記移動手段と上記旋回手段を駆動するアクチュエータ手段と、上記アクチュエータの駆動力の伝達を上記移動手段あるいは上記旋回手段に切り替える切替手段と、上記移動手段と上記旋回手段とをそれぞれ本体ベースに固定された固定シャフトにより旋回自在に保持する保持手段とを備え、上記旋回手段は、上記アクチュエータの駆動力が伝達されないときに、上記移動手段の旋回運動の角度を保持する旋回角度保持力を変化させる手段を備え、上記各フィンガは、 摩擦力および拘束力が旋回方向には小さく旋回軸方向には大きい把持面を有し、更に、上記各フィンガの移動手段による移動位置を検出する検出手段と旋回手段による旋回角度を検出する検出手段と、把持持対象物の形状情報を記憶する記憶手段と、上記各フィンガの位置旋回検出結果と把持対象物形状情報とに基づき把持対象物の把持位置姿勢を同定する演算手段とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
この請求項１に記載されたスライド式チャックよれば、把持対象物把持動作中の旋回角度保持力を変化させることができるので、旋回角度保持力を小さくしておくと、各フィンガが把持対象物と接触した際に発生する回転モーメントにより各フィンガまたは把持対象物が旋回する。そのため最終把持結果としては各フィンガに回転モーメントが掛からない状態の把持となる。これは、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致していることを意味するため力学的に理想的な把持状態である。ここで旋回角度保持力を強くすることにより、把持対象物に外力が加わっても動きにくい確実な把持となる。また、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致することから、フィンガの移動位置検出手段と旋回角度検出手段より得られるフィンガの位置姿勢情報と，既知の把持対象物の形状情報とから把持対象物のチャック上での位置姿勢を演算し同定することができる。これにより画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持するとともに、把持対象物のチャック上における位置姿勢を検出することによって、次工程に把持対象物の位置姿勢決めをする手段を別途設けることを不要とすることができる。
【００１９】
また、請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、上記フィンガ移動位置および旋回角度検出手段信号を入力とし、上記アクチュエータ、上記切替手段、上記旋回角度保持手段に駆動力を出力することにより、フィンガの位置姿勢および動作手順を制御する制御手段を有することを特徴とする。
【００２０】
この請求項２に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、上記フィンガ移動位置および旋回角度検出手段信号を入力とし、上記アクチュエータ、上記切替手段，上記旋回角度保持手段に駆動力を出力することにより、フィンガの位置姿勢および動作手順を制御するため、請求項１のスライド式チャックによる把持対象物を把持する工程を自動的に制御することができる。
【００２１】
また、請求項３に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、上記旋回角度保持手段をオン／オフする手段を有することを特徴とする。
【００２２】
この請求項３に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、把持対象物把持動作中に上記旋回角度保持手段の保持力を最小にし、各フィンガに対する外力により旋回角度が自由に動ける状態とを作り出すことにより、各フィンガと把持対象物との間に発生するモーメントにより最適な把持状態へ移行することができる。これにより、画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持することができる。
【００２３】
また、請求項４に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、上記旋回角度保持手段の保持力目標値を記憶する手段と、上記旋回角度保持手段の保持力を連続的な値に制御する手段とを有することを特徴とする。
【００２４】
この請求項４に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、既知の外力を上記旋回角度保持手段の保持力目標値を記憶する手段に記憶しておき、把持対象物把持動作中に上記旋回角度保持手段の保持力を上記保持力目標値とすることにより、フィンガ部への既知の外力を相殺するため、請求項１のスライド式チャックが重力等の影響を受ける状態の際にも、把持対象物を確実に確実に把持することができる。
【００２５】
また、請求項５に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、上記旋回角度保持手段の保持力目標値を、スライド式チャックが取り付けられたロボットの先端位置姿勢信号とスライド式チャックの質量情報を基に演算する演算手段を有することを特徴とする。
【００２６】
この請求項５に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、把持対象物把持動作中に上記旋回角度保持手段の保持力を、本チャックの姿勢およびフィンガ部の質量から重力による旋回力を逐次演算することにより、重力によるフィンガ部の旋回力を相殺することができるため、把持対象物把持動作中に任意の姿勢となったチャックにおいても、重力による旋回運動を起こさないことができる。これにより、請求項１のスライド式チャックが任意の姿勢にあり、重力等の影響を受ける状態の際にも、把持対象物を確実に把持することができる。
【００２７】
また、請求項６に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記演算手段は、各フィンガ中心を頂点とする図形面と把持対象物形状面との相関係数の演算結果にもとづき把持対象物の把持位置姿勢を同定することを特徴とする。
【００２８】
この請求項６に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、各フィンガ中心を頂点とする図形面と把持対象物形状面との相関係数を演算する。図形面と把持対象物形状面との相関が高いものほど把持対象物位置姿勢と推定されるので、相関係数の最大値における把持対象物位置姿勢を把持対象物のチャック上における位置姿勢と同定することができる。
【００２９】
また、請求項７に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記演算手段は、各フィンガ中心を頂点とする図形の輪郭線と把持対象物形状の輪郭線との相関係数の演算結果にもとづき把持対象物の把持位置姿勢を同定することを特徴とする。
【００３０】
この請求項７に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、各フィンガ中心を頂点とする図形の輪郭線と把持対象物形状の輪郭線との相関係数を演算する。図形の輪郭線と把持対象物形状の輪郭線との相関が高いものほど把持対象物位置姿勢と推定される。また、輪郭線同士の相関係数は位置姿勢の一致度によって急激に変化するので、相関係数の最大値が認識しやすいため、把持対象物のチャック上における位置姿勢を高精度に同定することができる。
【００３１】
また、請求項８に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記演算手段は、各フィンガ中心を頂点とする図形の輪郭線と把持対象物形状の輪郭線との直線部分の位置ベクトルが一致する位置姿勢における相関係数の演算結果にもとづき把持対象物の把持位置姿勢を同定することを特徴とする。
【００３２】
この請求項８に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、各フィンガ中心を頂点とする図形の輪郭線と把持対象物形状の輪郭線との相関係数を演算する。その際、輪郭の直線部分のベクトルを一致させるよう回転変換することにより、相関係数の演算回数を減らすことができるので高速に演算することができる。図形の輪郭線と把持対象物形状の輪郭線との相関が高いものほど把持対象物位置姿勢と推定される。また、輪郭線同士の相関係数は位置姿勢の一致度によって急激に変化するので、相関係数の最大値が認識しやすいため、把持対象物のチャック上における位置姿勢を高精度に同定することができる。
【００３３】
また、請求項９に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記演算手段は、各フィンガの旋回中心からのベクトルと把持対象物形状の輪郭の法線ベクトルとの相関係数の演算結果にもとづき把持対象物の把持位置姿勢を同定することを特徴とする。
【００３４】
この請求項９に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、各フィンガの旋回中心からのベクトルと把持対象物形状の輪郭の法線ベクトルとは、形状の幾何学情報であるため，形状を表す数式を用いれば良く、そのためデータ量が少なくて済み、したがって記憶領域容量が少なくて済む。また、演算回数も少ないため同定速度が向上する。
【００３５】
また、請求項１０に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、上記各フィンガの把持面上に、旋回方向に稜線を有する山形弾性体を有することを特徴とする。
【００３６】
この請求項１０に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、上記各フィンガの把持面上に、旋回方向に稜線を有する山形弾性体を設けることにより、旋回方向には摩擦力が小さく、旋回軸方向には摩擦力が大きい性質を把持面に有することができる。このため、各フィンガと把持対象物が接触した際に、フィンガの旋回方向には動きやすく、フィンガの旋回軸方向には動きにくくすることができる。
【００３７】
また、請求項１１に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、上記各フィンガの把持面上に、旋回方向に切り込みが入った板バネを有することを特徴とする。
【００３８】
この請求項１１に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、上記各フィンガの把持面上に、旋回方向に切り込みが入った板バネを設けることにより、旋回方向には摩擦力が小さく。旋回軸方向には拘束力が大きい性質を把持面に有することができる。このため、各フィンガと把持対象物が接触した際に、フィンガの旋回方向には動きやすく、フィンガの旋回軸方向には動きにくくすることができる。
【００３９】
また、請求項１２に記載された発明は、請求項１に記載のスライド式チャックによって把持対象物を把持する把持方法において、旋回角度保持力を小さくした状態で把持動作を行う工程と、把持が完了した時点で旋回角度保持力を大きくする工程と、各フィンガの位置情報と把持対称物形状情報にもとづき把持対称物の把持位置姿勢を同定する工程とを有することを特徴とする。
【００４０】
この請求項１２に記載された発明によれば、把持対象物把持動作中の旋回角度保持力を小さくしておくと、各フィンガが把持対象物と接触した際に発生する回転モーメントにより各フィンガまたは把持対象物が旋回する。そのため最終把持結果としては各フィンガに回転モーメントが掛からない状態の把持となる。これは、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致していることを意味するため力学的に理想的な把持状態である。ここで旋回角度保持力を大きくすることにより，把持対象物に外力が加わっても動きにくい確実な把持となる。また、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致することから、フィンガの移動位置検出手段と旋回角度検出手段より得られるフィンガの位置姿勢情報と、既知の把持対象物の形状情報とから把持対象物のチャック上での位置姿勢を演算し同定することができる。これにより画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持するとともに、把持対象物のチャック上における位置姿勢を検出することによって、次工程に把持対象物の位置姿勢決めをする手段を別途設けることを不要とすることができる。
【００４１】
また、請求項１３に記載された発明は、請求項１および請求項３に記載のスライド式チャックによって把持対象物を把持する把持方法において、旋回角度保持力を最小にした状態で把持動作を行う工程と、把持が完了した時点で旋回角度保持力を最大にする工程と、各フィンガの位置情報と把持対称物形状情報にもとづき把持対称物の把持位置姿勢を同定する工程とを有することを特徴とする。
【００４２】
この請求項１３に記載された発明によれば、把持対象物把持動作中の旋回角度保持力を最小にしておくと、各フィンガが把持対象物と接触した際に発生する回転モーメントにより各フィンガまたは把持対象物が旋回する。そのため最終把持結果としては各フィンガに回転モーメントが掛からない状態の把持となる。これは、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致していることを意味するため力学的に理想的な把持状態である。ここで旋回角度保持力を最大にすることにより、把持対象物に外力が加わっても動きにくい確実な把持となる。また、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致することから、フィンガの移動位置検出手段と旋回角度検出手段より得られるフィンガの位置姿勢情報と、既知の把持対象物の形状情報とから把持対象物のチャック上での位置姿勢を演算し同定することができる。これにより画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持するとともに、把持対象物のチャック上における位置姿勢を検出することによって、次工程に把持対象物の位置姿勢決めをする手段を別途設けることを不要とすることができる。
【００４３】
また、請求項１４に記載された発明は、請求項１および請求項４に記載のスライド式チャックによって把持対象物を把持する把持方法において、旋回角度保持力を既知の外力を相殺する値にした状態で把持動作を行う工程と、把持が完了した時点で旋回角度保持力を最大にする工程と、各フィンガの位置情報と把持対称物形状情報にもとづき把持対称物の把持位置姿勢を同定する工程とを有することを特徴とする。
【００４４】
この請求項１４に記載された発明によれば、把持対象物把持動作中の旋回角度保持力を既知の外力を相殺する値にしておくと、各フィンガが把持対象物以外から受ける力による旋回運動を起こさないことができる。これにより、把持対象物と接触した際に発生する回転モーメントのみにより各フィンガまたは把持対象物が旋回する。そのため最終把持結果としては各フィンガに回転モーメントが掛からない状態の把持となる。これは、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致していることを意味するため力学的に理想的な把持状態である。ここで旋回角度保持力を最大にすることにより、把持対象物に外力が加わっても動きにくい確実な把持となる。また、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致することから、フィンガの移動位置検出手段と旋回角度検出手段より得られるフィンガの位置姿勢情報と、既知の把持対象物の形状情報とから把持対象物のチャック上での位置姿勢を演算し同定することができる。これにより画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持するとともに、把持対象物のチャック上における位置姿勢を検出することによって、次工程に把持対象物の位置姿勢決めをする手段を別途設けることを不要とすることができる。
【００４５】
また、請求項１５に記載された発明は、請求項１および請求項５に記載のスライド式チャックによって把持対象物を把持する把持方法において、ロボットの姿勢によりスライド式チャックにかかる重力を相殺する値を演算する工程と、旋回角度保持力を上記演算結果の値にした状態で把持動作を行う工程と、把持が完了した時点で旋回角度保持力を最大にする工程と、各フィンガの位置情報と把持対称物形状情報にもとづき把持対称物の把持位置姿勢を同定する工程とを有することを特徴とする。
【００４６】
この請求項１５に記載された発明によれば、把持対象物把持動作中の旋回角度保持力を各フィンガに対する重力を相殺する値にしておくと、各フィンガが重力から受ける力による旋回運動を起こさないことができる。これにより、把持対象物と接触した際に発生する回転モーメントのみにより各フィンガまたは把持対象物が旋回する。そのため最終把持結果としては各フィンガに回転モーメントが掛からない状態の把持となる。これは、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致していることを意味するため力学的に理想的な把持状態である。ここで旋回角度保持力を最大にすることにより、把持対象物に外力が加わっても動きにくい確実な把持となる。また、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致することから、フィンガの移動位置検出手段と旋回角度検出手段より得られるフィンガの位置姿勢情報と、既知の把持対象物の形状情報とから把持対象物のチャック上での位置姿勢を演算し同定することができる。これにより画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持するとともに、把持対象物のチャック上における位置姿勢を検出することによって、次工程に把持対象物の位置姿勢決めをする手段を別途設けることを不要とすることができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
【００４８】
図１〜図４は本発明の一実施形態に係るスライド式チャック１００の構成を示している。このうち、図１は、スライド式チャック１００の平面図、図２は側面図、図３は移動手段の一つを示す詳細側面図、図４は全体の構成を示す斜視図である。
【００４９】
まず、これらの図１〜図３を参照すると、図１はフィンガ１の移動と移動方向の転換の様子を示している。このフィンガ１は、移動手段に連結されることにより、図１の直線矢印Ｙ１ の方向に直線運動するとともに、旋回手段により弧状矢印Ｙ２の方向に旋回運動する。旋回手段により、フィンガ１の直線移動の方向が転換される。この旋回手段は本体３内に内蔵されている。本体３上には前記移動手段が取り付けられている。
【００５０】
次に、図３により移動手段、旋回手段、アクチュエータの構成について詳細に説明する。まず、本体３内には、モータ４が収納されている。モータ４は、本体３内に配置されている第３ベース２２と移動手段の底部となる第２ベース１６ に取り付けられている。
【００５１】
モータ４の回転軸は、第３ベース２２ の下部に延びており、この回転軸には、伝達ギア５が連結されている。これらのモータ４と伝達ギア５とにより、上記移動手段 と後述する旋回手段との駆動を行うアクチュエータを構成している。
【００５２】
伝達ギア５ には、回転シャフト６が取り付けられている。回転シャフト６は、上記第３ベース２２、移動手段の第２ベース１６ を貫通している。第３ベース２２上には、第２クラッチ（電磁クラッチ）１０ が配置されている。第２クラッチ１０ の中心部を回転シャフト６が貫通し、この回転シャフト６の外周面に第２クラッチ１０が取り付けられている。
【００５３】
第２クラッチ１０ の上部には、旋回用ギア９が配置されている。旋回用ギア９は、固定ギア２０に噛合している。固定ギア２０は本体ベース２３に固定された固定シャフト１９に固定されている。旋回用ギア９は、第２クラッチ１０により回転シャフト６に連結したり、連結が解除されたりするようになっている。
【００５４】
第２クラッチ１０は、旋回用ギア９と回転シャフト６とを連結することにより、アクチュエータの駆動力を旋回手段に伝達し、旋回用ギア９から離脱することによりアクチュエータの駆動力の伝達を中止する切替動作を行う切替手段となるものである。
【００５５】
旋回用ギア９の上部に移動手段２ の上記第２ベース１６ が位置している。この第２ベース１６上には、第１クラッチ（電磁クラッチ）８が載置されている。第１クラッチ８の中心部を回転シャフト６が貫通している。第１クラッチ８の上部にピニオンギア７が配置されている。ピニオンギア７の中心部を回転シャフト６が貫通している。
【００５６】
ピニオンギア７は、第１クラッチ８ を介して回転シャフト６に連結されたり、連結が解除されたりするようになっている。これにより、ピニオンギア７にアクチュエータの駆動力が伝達されたり、伝達が解除されるようになっている。ピニオンギア７は、ラック１３と噛合している。ラック１３は、連結部材１２によりフィンガ１に連結されている。
【００５７】
第１クラッチ８は、アクチュエータの駆動力を移動手段への伝達、あるいは移動手段への伝達の中止の切替を行う切替手段となるものである。連結部材１２は、移動手段の第１ベース１５を貫通している。移動手段の外形は、この図３からも明らかなように、第１ベース１５、第２ベース１６、垂直部１６ａとにより、断面「ヨ」字形になっており、この「ヨ」字形の内部に上記の第１ クラッチ８、ピニオンギア７、ラック１３が収納されている。第１ベース１５の上面には、連結部材１２の上端部が第１ベース１５ を貫通して突出しており、連結部材１２の上端部にフィンガ１が連結されている。
【００５８】
フィンガ１は、ピニオンギア７の回転により、直線的に移動するラック１３と連結部１２と共にリニアガイド１１に沿って直線移動するようになっている。フィンガ１の外周部には、移動ブレーキ１４が配置されている。移動ブレーキ１４は、回転シャフト６とピニオンギア７ の連結が解除されているときに、フィンガ１に係合して、フィンガ１の直線移動の停止した位置を保持する位置保持手段として用いられている。
【００５９】
移動手段は、上記のリニアガイド１１、連結部材１２、ラック１３、ピニオンギア７、移動ブレーキ１４、第１ベース１５、第２ベース１６、その垂直部１６ａ等より構成されている。
【００６０】
また、本体３の本体ベース２３の所定位置の上面に固定シャフト１９の下端部が固定されており、この固定シャフト１９は、第３ベース２２、第２ベース１６、第１ベース１５をそれぞれ貫通している。第３ベース２２、第２ベース１６、第１ベース１５と固定シャフト１９は回転ベアリングを介して連結されている。これにより、固定シャフト１９は、移動手段２、旋回手段の各旋回時においても、第１ベース１５、第２ベース１６、第３ベース２２の旋回状態を保持する保持手段として機能するようになっている。
【００６１】
次に、旋回手段について説明する。
【００６２】
この旋回手段は、内歯車２０、旋回用ギア９、第２クラッチ１０、旋回ブレーキ（電磁ブレーキ）２１、第３ベース２２から構成されている。旋回ブレーキ２１は、第２ベース２２下に取り付けられており、その中心部に固定シャフト１９が貫通している。旋回用ギア９の回転により第３ベース２２は、固定シャフト１９を中心にして旋回運動をする。
【００６３】
この際、第２クラッチ１０を介して旋回用ギア９に回転シャフト６を連結していると、回転シャフト６の回転に伴い、第１ベース１５、第２ベース１６も同様に旋回運動をする。第２クラッチ１０により、回転シャフト６と旋回用ギア９の連結が解除されているときは、旋回ブレーキ２１により第３ベース２２を固定シャフト１９と連結させて第３ベース２２の旋回運動を停止させ、それによって第３ベース２２がそれまで旋回運動をしていた位置で停止した状態が保持される。
【００６４】
すなわち、移動手段の旋回運動の角度をこの旋回ブレーキ２１により保持するようにしており、したがって、旋回ブレーキ２１は、移動手段の旋回運動の角度を保持する旋回角度保持手段としての機能を呈するものである。このように、第１クラッチ８、第２クラッチ１０の切替により、モータ４の駆動力を切り替えて、その駆動力を伝達ギア５を介して回転シャフト６に伝達することにより、フィンガ１の直線移動と移動手段の旋回を行う。
【００６５】
なお、上記ブレーキおよびクラッチは本実施例においては電磁石式のものを用いたが、空圧式、油圧式のものでも構わない。
【００６６】
図３に示した移動旋回機構３３を２組と旋回をのぞいた移動機構３３ａを１組組み合わせたものを図４に示した。当然、図３に示した移動旋回機構３３を３組組み合わせることも可能である。ただし、移動旋回機構３３を２組にすることにより装置を小型軽量化でき、なおかつ安価に製作することができる。
【００６７】
次に、図９（ａ）および図９（ｂ）を参照しながら、フィンガ１の把持面１ａの形状について説明する。
【００６８】
第１の実施例（図９（ａ））としては、フィンガ１の把持面１ａに山形状のゴムを貼り付ける。これにより水平方向には摩擦力が小さいため把持対象物が接触しても滑りやすい構造となる。そのため部品の把持の際に、部品の外周にならうことが可能となる。ただし、垂直方向には摩擦力および拘束力が大きいため把持対象物を拘束する力が強くなる。そのため把持した部品を組み立てる際に、部品に垂直方向の外力が加わった場合にも垂直方向の位置ズレを起こすことなく組み立てが可能となる。
【００６９】
第２の実施例（図９（ｂ））としては，切り込みを入れた板バネＳをフィンガ１の把持面１ａに弧状に貼り付ける。これにより水平方向には摩擦力が小さいため把持対象物が接触しても滑りやすい構造となる。そのため部品の把持の際に、部品の外周にならうことが可能となる。部品を把持した際には接触部分の板バネＳが変形する。ここで部品に垂直方向の力が加わった場合は、変形していない板バネ部の側面で部品を支えることとなる。板バネＳは側面からの力に対しては変形量が小さいことから、把持した部品を組み立てる際に、部品に垂直方向の外力が加わった場合にも垂直方向の位置ズレを起こすことなく組み立てが可能となる。
【００７０】
次に、チャック１００の制御装置４６について説明する。
【００７１】
図２に本チャック１００の制御装置４６を示す。チャック１００のセンサ信号等を入力し、モータ、クラッチ、ブレーキを駆動する信号を出力する入出力装置３０と、部品形状データ等を記憶しておく記憶装置３２、ＣＰＵ３４、主に部品位置姿勢同定演算を行うＤＳＰ演算装置３６からなる。
【００７２】
次に、モータ４の制御系について説明する。
【００７３】
図５にこの本装置のチャック制御装置４６中のモータ駆動制御器を示す。トルク指令値をモータドライバ３７に入力し、モータドライバ３７はトルク指令値に比例した電流をモータ４へ流す。モータ４の出力は、直線移動動作の場合は直線移動手段へ伝達される。その結果、フィンガ１が直線移動する。図５に示すリニアセンサ３８によりフィンガ１の直線移動位置を検出しフィードバックする。フィードバックされた直線移動位置は、指令直線移動位置との差をとられ比例ゲインＰ１を掛けられてモータドライバ３７へ入力される。また、モータ４に付属のロータリーエンコーダ３９の微分値もフィードバックされゲインＤ１を掛けられてモータドライバ３７へ入力される。旋回動作を行う場合は、図５の切り替え器Ａ，Ｂによって信号、トルクの伝達方向を旋回動作側に切り替え、直線移動動作と同様の働きを行う。この切り替え器Ａはリレーまたはソフトウェアからなるもので、切り替え器Ｂは図３（図４）のクラッチ１０，８からなるものである。
【００７４】
次に、ブレーキの制御について説明する。
【００７５】
図１０（ｂ）〜（ｅ）に本装置のチャック制御装置４６中の旋回用電磁ブレーキ２１の制御器を示す。第１の実施例（図１０（ｂ））はオープンコレクタ回路とリレー５６によって電磁ブレーキ２１の駆動をオン/オフする。これによって旋回方向の位置を固定するか自由にするかを可変にできる。すなわちブレーキの摩擦力を最大値と最大値に可変できる。
【００７６】
第２の実施例（図１０（ｃ））は摩擦力の指令値を電圧信号でＰＷＭアンプ５０に入力し、電磁ブレーキ２１の駆動をする。これによって旋回ブレーキ２１の摩擦力を最小値から最大値まで可変に設定することができる。上記摩擦力の指令値は、チャック制御装置４６内の記憶装置３２にあらかじめ記録しておく（図１０（ｄ））。また上記摩擦力の指令値は、本装置の取り付けられているロボット４７の先端姿勢信号を、ロボットコントローラ４５からチャック制御装置４６に読み込み、演算して生成する．（図１０（ｅ））。
【００７７】
次に、把持動作工程について図６，図７，図８を用いて説明する。
【００７８】
図７の形状をした部品Ｐが水平面上に置かれ、水平面方向には拘束されていない場合（図８）の把持を例にとって説明する。まず初期位置として、フィンガ１を旋回相対角度１２０°（ステップＳ１）、直線移動最大開き位置に移動させる（ステップＳ２）。この時それぞれの動作モードに順次切り替えて行う。次に本装置をロボットアームなどを用いて部品Ｐの把持可能な位置に移動させる（ステップＳ３）。この把持可能な位置とは、大まかに部品Ｐが円に示す内側に入る位置であり、把持対象物の姿勢は決まっていなくてもよい。ここで第２フィンガおよび第３フィンガの旋回ブレーキ２１をオフにすると第２フィンガおよび第３フィンガは旋回自由の状態になる（ステップＳ４）。 ここでフィンガ１を閉じる方向に直線移動させていく（ステップＳ５）。フィンガ１を閉じていく際、フィンガ１のエッジと部品Ｐのエッジとが接触する状態が生ずる。この際、フィンガ１および部品Ｐに力およびモーメントが発生するため、フィンガ１または部品Ｐのどちらか（または両方）動きやすいものが動くことになる。結果として部品Ｐは把持動作完了の時点で部品Ｐ内の内力および内部モーメントが釣り合った位置姿勢でチャック１００に把持されることになる。前述のようにフィンガ１の把持面１ａは水平方向には摩擦力または拘束力が小さくなっているため、内部モーメントは小さい。したがってフィンガ１の把持面１ａの法線は部品Ｐの把持部分の法線にほぼ一致することとなる。これによりフィンガ１が確実に部品Ｐを把持することができる。
【００７９】
上記把持動作工程においては、部品Ｐが水平面上に置かれ、その垂直方向から部品を把持する場合について説明した。他に部品Ｐが垂直に置かれ、水平方向から部品Ｐを把持する場合もある。その際、上記のように旋回ブレーキ２１をオフにすると、フィンガ駆動機構の重量により旋回運動が起こってしまい、初期位置を保持できない。そこで図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に示す構成を用いてあらかじめフィンガ駆動機構の重量を相殺する摩擦トルクを記憶装置３２に記録しておき、上記の初期位置に至った際に旋回ブレーキ２１の摩擦トルク指令値を記憶装置３２から読み出した値にする（ステップＳＤ６およびステップ７）。これによりフィンガ駆動機構の重量により旋回運動が起こってしまうことを防ぐことができる。
【００８０】
また、上記以外の姿勢で部品が置かれている場合もある。その際は、あらかじめ記憶させておいた摩擦トルク指令値では正確にトルクを相殺することができない。そこで、図１０（ｂ）および図１０（ｄ）に示した構成を用い、本装置の姿勢をチャック制御装置４６に読み込み、あらかじめ記憶装置３２に記憶させておいたフィンガ駆動機構の質量の値と演算することにより、摩擦トルク指令値を生成する。これにより、任意の姿勢で部品が置かれている場合にも対応できる。
【００８１】
次に、把持した部品Ｐのチャック１００上における位置姿勢を同定する手段および方法を述べる（図６（ｂ）参照）。
【００８２】
チャック制御装置４６中には位置姿勢同定のための演算部を備える。これにはＤＳＰなどの行列演算を高速に処理する演算装置が望ましい。まず位置姿勢同定を行う前に、把持した部品Ｐの形状情報（部品図面のデジタル情報）をチャック制御装置４６中の記憶装置３２に格納しておく。
【００８３】
上記に示した把持動作の完了時点で、１例としてフィンガ１は部品Ｐに対して図１１のような状態とる。チャック１００の各ロータリーセンサ４０とリニアセンサ３８との値から、各フィンガ１の位置姿勢がわかる（図１４のステップＳ１）。そこから各フィンガ１と部品Ｐとの接線が交差する点を各々ｃ１，ｃ２，ｃ３とすると三角形ｃ１ｃ２ｃ３が求められる（図１４のステップＳ２）。この三角形ｃ１ｃ２ｃ３と部品形状データとの正規化相関係数（式１）を演算し、最も正規化相関係数rが高くなる位置（Xi,Yi）（これは部品のフィンガ座標系における位置を意味する）と姿勢θ（これは部品のフィンガ座標系における回転角を意味する）を探索して求める（図１４のステップＳ３およびＳ４）。
【００８４】
基本的工程としては、部品形状データの回転角θをΔθ回転させて、Xi,YiもそれぞれΔxi,Δyiと変化させて全領域においてrを導出する。
【００８５】
【数１】
2004195596.tif 000003
【００８６】
ここで（Xi,Yi）はフィンガ上での座標系
Inは把持形状データ列
Mnは部品形状データ列
Nは探索する面のデータ数
iは部品形状データ列のデータ数
ここで、In,Mnの各要素の値の定義方法について述べる。
【００８７】
まず、基本的には値を2bitで表し、図形の内側を０１（２進数）図形の外側を００（２進数）と定義する。ただしこのままでは同定効率が悪いため特徴抽出を行う。
【００８８】
図１１に示すように、フィンガ把持中心から規定の大きさの矩形領域を設定し、その矩形領域と三角形ｃ１ｃ２ｃ３との交差する領域の要素の値を１０（２進数）または１１（２進数）と定義する。この際用いる矩形領域の大きさは、部品の面積の１／８などになるよう決める。このようにすることで、フィンガ把持位置の特徴量が正規化相関係数に反映されるため、同定効率が高くなる。
【００８９】
また、この方式においては全領域においてrを導出する必要はなく、θ,Xi,Yiを変化させながらrを逐次演算していく際、rが増える方向へθ,Xi,Yiを変化させていくことで、演算量を減らすことができる。
【００９０】
また、上記に図形を面として扱う方法を述べてきたが、図形の外形輪郭線のみを扱うことにより、回転角θの精度を高めることができる。以下にその方法を述べる。
【００９１】
まず、部品形状データおよび把持形状データの外形輪郭線を抽出する。次に面探索方式（図１２参照）と同様に特徴抽出し、正規化相関係数rの探索を行う。この方式は、線のベクトルが合った時にrが急激に大になるため、外形に直線部分を多く持つ部品に対して姿勢同定率が高くなる特徴がある。
【００９２】
部品に直線が交差する輪郭を持つ場合は、この輪郭探索方式（図１３参照）の利点をさらに生かすことができる（図１５）。まず、部品形状データの直線交差部を基準点とする。そして、この基準点から一方の直線へ延びるベクトルを定義する。そして、基準点を三角形ｃ１ｃ２ｃ３のいずれかの頂点（例えばはじめはｃ１）に位置を合わせた上で基準ベクトルとc1c2ベクトルが合うように回転させ、正規化相関係数rを求める。次にｃ１ｃ３ベクトルが合うように回転させ、正規化相関係数rを求める。同様に基準点をｃ２，ｃ３に合わせた場合についても正規化相関係数rを求める。それら６パターンの中で最大値のrをとる回転角θを部品の姿勢と同定する（図１４のステップＳ５）。この場合、同定位置Xi,Yiも基準点の位置として自然に求まっている。この方式はこのように探索範囲が少なくてすむため、演算処理を高速に行うことができる。
【００９３】
また、別の手段および方法として、部品形状の輪郭のノルム（法線）ベクトルを用いたものを述べる（図１６）。把持状態が図１６（ａ）の状態となった場合を例に述べる。フィンガの共通中心から、各フィンガの把持面の中心点を結ぶベクトルを定義する。これら３本のベクトルをまとめてフィンガベクトル列とする。さらに各ベクトルのノルムをとり、第1フィンガベクトルからの回転角θに関する関数g(θ)として定義する（図１６（ｃ））（図１７のステップＳ１）。
【００９４】
次に、部品の輪郭形状のノルムベクトル集合（図１６（ｄ））に関しても基準ベクトルからの回転角θに関する関数f(θ)として定義する（図１６（ｅ））（図１７のステップＳ２）。なお把持のズレ誤差を仮定する場合はインパルス部分に許容誤差Δθの幅を持たせても良い。同時に、θと対応する辺の関連づけを行い、記憶領域に格納しておく。ここで、フィンガベクトル列をφ回転させた際の相関係数r(φ)を（式２）として定義する（図１７のステップＳ４）。
【００９５】
【数２】
2004195596.tif 000004
【００９６】
この相関係数r(φ)を最大とするφが部品の姿勢と同定される（図１７のステップＳ５）。同時に各フィンガベクトルが対応する辺情報が図１６（ｅ）に示すデータから求まる（図１７のステップＳ６）ので、各フィンガベクトルの末端座標と各対応辺との距離差の２乗和（式３および図１６（ｆ））を演算し（図１７のステップＳ８）、これが最小になる座標（x,y）が部品の位置と同定される（図１７のステップＳ９）。この際、座標（x,y）はフィンガ中心が部品の輪郭内部に入る範囲を探索すればよい（図１７のステップＳ７）。
【００９７】
【数３】
H(X,Y)= h12+ h22+h32      (式３)
全体の流れを図１７に示す。
【００９８】
この方式は，幾何学情報（ベクトル）を直接利用するため、データ量が少なくて済み、したがって記憶領域容量が少なくて済む。また、演算回数も少ないため同定速度が向上する。
【００９９】
以上説明したように、本実施形態によれば、把持対象物把持動作中の旋回角度保持力を変化させることができるので、旋回角度保持力を小さくしておくと、各フィンガが把持対象物と接触した際に発生する回転モーメントにより各フィンガまたは把持対象物が旋回する。そのため最終把持結果としては各フィンガに回転モーメントが掛からない状態の把持となる。これは、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致していることを意味するため力学的に理想的な把持状態である。ここで旋回角度保持力を強くすることにより、把持対象物に外力が加わっても動きにくい確実な把持となる。
【０１００】
また、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致することから、フィンガの移動位置検出手段と旋回角度検出手段より得られるフィンガの位置姿勢情報と、既知の把持対象物の形状情報とから把持対象物のチャック上での位置姿勢を演算し同定することができる。
【０１０１】
これにより画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持するとともに、把持対象物のチャック上における位置姿勢を検出することによって、次工程に把持対象物の位置姿勢決めをする手段を別途設けることを不要とすることができる。
【０１０２】
また、本実施形態では、上記フィンガ移動位置および旋回角度検出手段信号を入力とし、上記アクチュエータ、上記切替手段、上記旋回角度保持手段に駆動力を出力することにより、フィンガの位置姿勢および動作手順を制御する。これによりスライド式チャックによる把持対象物を把持する工程を自動的に制御することができる。
【０１０３】
また、本実施形態では、把持対象物把持動作中に上記旋回角度保持手段の保持力を最小にし、各フィンガに対する外力により旋回角度が自由に動ける状態とを作り出すことにより、各フィンガと把持対象物との間に発生するモーメントにより最適な把持状態へ移行することができる。これにより、画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持することができる。
【０１０４】
また、本実施形態では、既知の外力を上記旋回角度保持手段の保持力目標値を記憶する手段に記憶しておき、把持対象物把持動作中に上記旋回角度保持手段の保持力を上記保持力目標値とすることにより、フィンガ部への既知の外力を相殺する。これにより、スライド式チャックが重力等の影響を受ける状態の際にも、把持対象物を確実に確実に把持することができる。
【０１０５】
また、本実施形態では、把持対象物把持動作中に上記旋回角度保持手段の保持力を、本チャックの姿勢およびフィンガ部の質量から重力による旋回力を逐次演算することにより、重力によるフィンガ部の旋回力を相殺することができるため、把持対象物把持動作中に任意の姿勢となったチャックにおいても、重力による旋回運動を起こさないようにすることができる。これにより、スライド式チャックが任意の姿勢にあり、重力等の影響を受ける状態の際にも、把持対象物を確実に把持することができる。
【０１０６】
また、本実施形態では、各フィンガ中心を頂点とする図形面と把持対象物形状面との相関係数を演算する。図形面と把持対象物形状面との相関が高いものほど把持対象物位置姿勢と推定されるので、相関係数の最大値における把持対象物位置姿勢を把持対象物のチャック上における位置姿勢と同定することができる。
【０１０７】
また、本実施形態では、各フィンガ中心を頂点とする図形の輪郭線と把持対象物形状の輪郭線との相関係数を演算する。図形の輪郭線と把持対象物形状の輪郭線との相関が高いものほど把持対象物位置姿勢と推定される。また、輪郭線同士の相関係数は位置姿勢の一致度によって急激に変化するので、相関係数の最大値が認識しやすいため、把持対象物のチャック上における位置姿勢を高精度に同定することができる。
【０１０８】
また、本実施形態では、各フィンガ中心を頂点とする図形の輪郭線と把持対象物形状の輪郭線との相関係数を演算する。その際、輪郭の直線部分のベクトルを一致させるよう回転変換することにより、相関係数の演算回数を減らすことができるので高速に演算することができる。図形の輪郭線と把持対象物形状の輪郭線との相関が高いものほど把持対象物位置姿勢と推定される。また、輪郭線同士の相関係数は位置姿勢の一致度によって急激に変化するので、相関係数の最大値が認識しやすいため、把持対象物のチャック上における位置姿勢を高精度に同定することができる。
【０１０９】
また、本実施形態では、各フィンガの旋回中心からのベクトルと把持対象物形状の輪郭の法線ベクトルとは、形状の幾何学情報であるため、形状を表す数式を用いれば良く、そのためデータ量が少なくて済み、したがって記憶領域容量が少なくて済む。また、演算回数も少ないため同定速度が向上する。
【０１１０】
また、本実施形態では、上記各フィンガの把持面上に、旋回方向に稜線を有する山形弾性体を設けることにより、旋回方向には摩擦力が小さく、旋回軸方向には摩擦力が大きい性質を把持面に有することができる。このため、各フィンガと把持対象物が接触した際に、フィンガの旋回方向には動きやすく、フィンガの旋回軸方向には動きにくくすることができる。
【０１１１】
また、本実施形態では、上記各フィンガの把持面上に、旋回方向に切り込みが入った板バネを設けることにより、旋回方向には摩擦力が小さく、旋回軸方向には拘束力が大きい性質を把持面に有することができる。このため、各フィンガと把持対象物が接触した際に、フィンガの旋回方向には動きやすく、フィンガの旋回軸方向には動きにくくすることができる。
【０１１２】
また、本実施形態では、把持対象物把持動作中の旋回角度保持力を小さくしておくと、各フィンガが把持対象物と接触した際に発生する回転モーメントにより各フィンガまたは把持対象物が旋回する。そのため最終把持結果としては各フィンガに回転モーメントが掛からない状態の把持となる。これは、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致していることを意味するため力学的に理想的な把持状態である。ここで旋回角度保持力を大きくすることにより、把持対象物に外力が加わっても動きにくい確実な把持となる。
【０１１３】
また、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致することから、フィンガの移動位置検出手段と旋回角度検出手段より得られるフィンガの位置姿勢情報と、既知の把持対象物の形状情報とから把持対象物のチャック上での位置姿勢を演算し同定することができる。これにより画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持するとともに、把持対象物のチャック上における位置姿勢を検出することによって、次工程に把持対象物の位置姿勢決めをする手段を別途設けることを不要とすることができる。
【０１１４】
また、本実施形態では、把持対象物把持動作中の旋回角度保持力を最小にしておくと、各フィンガが把持対象物と接触した際に発生する回転モーメントにより各フィンガまたは把持対象物が旋回する。そのため最終把持結果としては各フィンガに回転モーメントが掛からない状態の把持となる。これは、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致していることを意味するため力学的に理想的な把持状態である。ここで旋回角度保持力を最大にすることにより、把持対象物に外力が加わっても動きにくい確実な把持となる。
【０１１５】
また、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致することから、フィンガの移動位置検出手段と旋回角度検出手段より得られるフィンガの位置姿勢情報と、既知の把持対象物の形状情報とから把持対象物のチャック上での位置姿勢を演算し同定することができる。これにより画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持するとともに、把持対象物のチャック上における位置姿勢を検出することによって、次工程に把持対象物の位置姿勢決めをする手段を別途設けることを不要とすることができる。
【０１１６】
また、本実施形態では、把持対象物把持動作中の旋回角度保持力を既知の外力を相殺する値にしておくと、各フィンガが把持対象物以外から受ける力による旋回運動を起こさないことができる。これにより、把持対象物と接触した際に発生する回転モーメントのみにより各フィンガまたは把持対象物が旋回する。そのため最終把持結果としては各フィンガに回転モーメントが掛からない状態の把持となる。これは、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致していることを意味するため力学的に理想的な把持状態である。ここで旋回角度保持力を最大にすることにより、把持対象物に外力が加わっても動きにくい確実な把持となる。また、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致することから、フィンガの移動位置検出手段と旋回角度検出手段より得られるフィンガの位置姿勢情報と、既知の把持対象物の形状情報とから把持対象物のチャック上での位置姿勢を演算し同定することができる。これにより画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持するとともに、把持対象物のチャック上における位置姿勢を検出することによって、次工程に把持対象物の位置姿勢決めをする手段を別途設けることを不要とすることができる。
【０１１７】
また、本実施形態では、把持対象物把持動作中の旋回角度保持力を各フィンガに対する重力を相殺する値にしておくと、各フィンガが重力から受ける力による旋回運動を起こさないことができる。これにより、把持対象物と接触した際に発生する回転モーメントのみにより各フィンガまたは把持対象物が旋回する。そのため最終把持結果としては各フィンガに回転モーメントが掛からない状態の把持となる。これは、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致していることを意味するため力学的に理想的な把持状態である。ここで旋回角度保持力を最大にすることにより、把持対象物に外力が加わっても動きにくい確実な把持となる。また、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致することから、フィンガの移動位置検出手段と旋回角度検出手段より得られるフィンガの位置姿勢情報と、既知の把持対象物の形状情報とから把持対象物のチャック上での位置姿勢を演算し同定することができる。これにより画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持するとともに、把持対象物のチャック上における位置姿勢を検出することによって、次工程に把持対象物の位置姿勢決めをする手段を別途設けることを不要とすることができる。
【０１１８】
【発明の効果】
請求項１に記載されたスライド式チャックよれば、把持対象物把持動作中の旋回角度保持力を変化させることができるので、旋回角度保持力を小さくしておくと、各フィンガが把持対象物と接触した際に発生する回転モーメントにより各フィンガまたは把持対象物が旋回する。そのため最終把持結果としては各フィンガに回転モーメントが掛からない状態の把持となる。これは、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致していることを意味するため力学的に理想的な把持状態である。ここで旋回角度保持力を強くすることにより、把持対象物に外力が加わっても動きにくい確実な把持となる。また、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致することから、フィンガの移動位置検出手段と旋回角度検出手段より得られるフィンガの位置姿勢情報と，既知の把持対象物の形状情報とから把持対象物のチャック上での位置姿勢を演算し同定することができる。これにより画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持するとともに、把持対象物のチャック上における位置姿勢を検出することによって、次工程に把持対象物の位置姿勢決めをする手段を別途設けることを不要とすることができる。
【０１１９】
請求項２に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、上記フィンガ移動位置および旋回角度検出手段信号を入力とし、上記アクチュエータ、上記切替手段，上記旋回角度保持手段に駆動力を出力することにより、フィンガの位置姿勢および動作手順を制御するため、請求項１のスライド式チャックによる把持対象物を把持する工程を自動的に制御することができる。
【０１２０】
請求項３に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、把持対象物把持動作中に上記旋回角度保持手段の保持力を最小にし、各フィンガに対する外力により旋回角度が自由に動ける状態とを作り出すことにより、各フィンガと把持対象物との間に発生するモーメントにより最適な把持状態へ移行することができる。これにより、画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持することができる。
【０１２１】
請求項４に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、既知の外力を上記旋回角度保持手段の保持力目標値を記憶する手段に記憶しておき、把持対象物把持動作中に上記旋回角度保持手段の保持力を上記保持力目標値とすることにより、フィンガ部への既知の外力を相殺するため、請求項１のスライド式チャックが重力等の影響を受ける状態の際にも、把持対象物を確実に確実に把持することができる。
【０１２２】
請求項５に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、把持対象物把持動作中に上記旋回角度保持手段の保持力を、本チャックの姿勢およびフィンガ部の質量から重力による旋回力を逐次演算することにより、重力によるフィンガ部の旋回力を相殺することができるため、把持対象物把持動作中に任意の姿勢となったチャックにおいても、重力による旋回運動を起こさないことができる。これにより、請求項１のスライド式チャックが任意の姿勢にあり，重力等の影響を受ける状態の際にも、把持対象物を確実に把持することができる。
【０１２３】
請求項６に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、各フィンガ中心を頂点とする図形面と把持対象物形状面との相関係数を演算する。図形面と把持対象物形状面との相関が高いものほど把持対象物位置姿勢と推定されるので、相関係数の最大値における把持対象物位置姿勢を把持対象物のチャック上における位置姿勢と同定することができる。
【０１２４】
請求項７に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、各フィンガ中心を頂点とする図形の輪郭線と把持対象物形状の輪郭線との相関係数を演算する。図形の輪郭線と把持対象物形状の輪郭線との相関が高いものほど把持対象物位置姿勢と推定される。また、輪郭線同士の相関係数は位置姿勢の一致度によって急激に変化するので、相関係数の最大値が認識しやすいため、把持対象物のチャック上における位置姿勢を高精度に同定することができる。
【０１２５】
請求項８に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、各フィンガ中心を頂点とする図形の輪郭線と把持対象物形状の輪郭線との相関係数を演算する。その際、輪郭の直線部分のベクトルを一致させるよう回転変換することにより、相関係数の演算回数を減らすことができるので高速に演算することができる。図形の輪郭線と把持対象物形状の輪郭線との相関が高いものほど把持対象物位置姿勢と推定される。また、輪郭線同士の相関係数は位置姿勢の一致度によって急激に変化するので、相関係数の最大値が認識しやすいため、把持対象物のチャック上における位置姿勢を高精度に同定することができる。
【０１２６】
請求項９に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、各フィンガの旋回中心からのベクトルと把持対象物形状の輪郭の法線ベクトルとは、形状の幾何学情報であるため，形状を表す数式を用いれば良く、そのためデータ量が少なくて済み、したがって記憶領域容量が少なくて済む。また、演算回数も少ないため同定速度が向上する。
【０１２７】
請求項１０に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、上記各フィンガの把持面上に、旋回方向に稜線を有する山形弾性体を設けることにより、旋回方向には摩擦力が小さく、旋回軸方向には摩擦力が大きい性質を把持面に有することができる。このため、各フィンガと把持対象物が接触した際に、フィンガの旋回方向には動きやすく、フィンガの旋回軸方向には動きにくくすることができる。
【０１２８】
請求項１１に記載された発明によれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとともに、上記各フィンガの把持面上に、旋回方向に切り込みが入った板バネを設けることにより、旋回方向には摩擦力が小さく。旋回軸方向には拘束力が大きい性質を把持面に有することができる。このため、各フィンガと把持対象物が接触した際に、フィンガの旋回方向には動きやすく、フィンガの旋回軸方向には動きにくくすることができる。
【０１２９】
請求項１２に記載された発明によれば、把持対象物把持動作中の旋回角度保持力を小さくしておくと、各フィンガが把持対象物と接触した際に発生する回転モーメントにより各フィンガまたは把持対象物が旋回する。そのため最終把持結果としては各フィンガに回転モーメントが掛からない状態の把持となる。これは、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致していることを意味するため力学的に理想的な把持状態である。ここで旋回角度保持力を大きくすることにより，把持対象物に外力が加わっても動きにくい確実な把持となる。また、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致することから、フィンガの移動位置検出手段と旋回角度検出手段より得られるフィンガの位置姿勢情報と、既知の把持対象物の形状情報とから把持対象物のチャック上での位置姿勢を演算し同定することができる。これにより画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持するとともに、把持対象物のチャック上における位置姿勢を検出することによって、次工程に把持対象物の位置姿勢決めをする手段を別途設けることを不要とすることができる。
【０１３０】
請求項１３に記載された発明によれば、把持対象物把持動作中の旋回角度保持力を最小にしておくと、各フィンガが把持対象物と接触した際に発生する回転モーメントにより各フィンガまたは把持対象物が旋回する。そのため最終把持結果としては各フィンガに回転モーメントが掛からない状態の把持となる。これは、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致していることを意味するため力学的に理想的な把持状態である。ここで旋回角度保持力を最大にすることにより、把持対象物に外力が加わっても動きにくい確実な把持となる。また、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致することから、フィンガの移動位置検出手段と旋回角度検出手段より得られるフィンガの位置姿勢情報と、既知の把持対象物の形状情報とから把持対象物のチャック上での位置姿勢を演算し同定することができる。これにより画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持するとともに、把持対象物のチャック上における位置姿勢を検出することによって、次工程に把持対象物の位置姿勢決めをする手段を別途設けることを不要とすることができる。
【０１３１】
請求項１４に記載された発明によれば、把持対象物把持動作中の旋回角度保持力を既知の外力を相殺する値にしておくと、各フィンガが把持対象物以外から受ける力による旋回運動を起こさないことができる。これにより、把持対象物と接触した際に発生する回転モーメントのみにより各フィンガまたは把持対象物が旋回する。そのため最終把持結果としては各フィンガに回転モーメントが掛からない状態の把持となる。これは、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致していることを意味するため力学的に理想的な把持状態である。ここで旋回角度保持力を最大にすることにより、把持対象物に外力が加わっても動きにくい確実な把持となる。また、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致することから、フィンガの移動位置検出手段と旋回角度検出手段より得られるフィンガの位置姿勢情報と、既知の把持対象物の形状情報とから把持対象物のチャック上での位置姿勢を演算し同定することができる。これにより画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持するとともに、把持対象物のチャック上における位置姿勢を検出することによって、次工程に把持対象物の位置姿勢決めをする手段を別途設けることを不要とすることができる。
【０１３２】
請求項１５に記載された発明によれば、把持対象物把持動作中の旋回角度保持力を各フィンガに対する重力を相殺する値にしておくと、各フィンガが重力から受ける力による旋回運動を起こさないことができる。これにより、把持対象物と接触した際に発生する回転モーメントのみにより各フィンガまたは把持対象物が旋回する。そのため最終把持結果としては各フィンガに回転モーメントが掛からない状態の把持となる。これは、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致していることを意味するため力学的に理想的な把持状態である。ここで旋回角度保持力を最大にすることにより、把持対象物に外力が加わっても動きにくい確実な把持となる。また、各フィンガの把持面の法線と把持対象物の把持面の法線とが一致することから、フィンガの移動位置検出手段と旋回角度検出手段より得られるフィンガの位置姿勢情報と、既知の把持対象物の形状情報とから把持対象物のチャック上での位置姿勢を演算し同定することができる。これにより画像認識手段などの高価なセンサシステムやあらかじめ位置決めを厳密に行う専用治具等を備えることなく、大まかな位置に置かれた任意形状の把持対象物を確実に把持するとともに、把持対象物のチャック上における位置姿勢を検出することによって、次工程に把持対象物の位置姿勢決めをする手段を別途設けることを不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るスライド式チャックの平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るスライド式チャックの側面図である。
【図３】移動手段の一つを示す詳細な側面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るスライド式チャックの全体を示す斜視図である。
【図５】チャック制御装置中のモータ駆動制御器の概略構成図である。
【図６】把持動作工程を示すフローチャートである。
【図７】把持される部品の斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るスライド式チャックによって部品を把持しようとする状態を示す模式的な斜視図である。
【図９】フィンガの把持面の形状の各例を示す図である。
【図１０】チャック制御装置中の旋回用電磁ブレーキの制御器の各例を示す図である。
【図１１】部品に対してとるフィンガの一状態を示す図である。
【図１２】面探索方式を説明するための図である。
【図１３】輪郭探索方式を説明するための図である。
【図１４】把持位置姿勢検出工程のフローチャートである。
【図１５】輪郭探索方式（高速型）を説明するための図である。
【図１６】把持位置姿勢検出の他の手段および方法を示す図である。
【図１７】図１６の方法の全体の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１        フィンガ
８、１０  クラッチ（切替手段）
１９      固定シャフト
１００    スライド式チャック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004195596.tif 000009
【図６】
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【図７】
2004195596.tif 000011
【図８】
2004195596.tif 000012
【図９】
2004195596.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
2004195596.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
2004195596.tif 000017
【図１４】
2004195596.tif 000018
【図１５】
2004195596.tif 000019
【図１６】
2004195596.tif 000020
【図１７】
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