(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明はロボットハンドで対象物をその側面から把持して持ち上げ動作をする際に、把持力を自動的に決定する制御方法及び装置を提供する。【解決手段】ロボットハンドによる把持力が十分で無い場合は持ち上げ動作を開始すると、指部４ａ，４ｂと対象物３との間に摺動が発生する。この摺動を検出してモータＭ２を運転して指部４ａ，４ｂの間隔を自動調節する。また、指部４ａ，４ｂの少なくとも一方に光学式の摺動検出器１ａ，１ｂを設ける。【選択図】図１
2005153114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物をロボットハンドの少なくとも２本の指部で把持して持ち上げるに際し、
対象物を持ち上げる方向に前記指部を駆動したときの前記指部と前記対象物との間の摺動を検出し、このときに前記指部に対して前記対象物が摺動したことを検出し、前記指を開閉する開閉機構部を、前記対象物を把持する方向に制御して把持力を自動調節する
ロボットハンドの把持力制御方法。
【請求項２】
対象物を把持して移動させるロボットハンドであって、
前記対象物を把持するための少なくとも２本の指部と、
前記対象物を把持するように前記指を開閉する開閉機構部と、
前記指部の少なくとも一方に設けられ前記指部と前記対象物との間の摺動の発生を検出する摺動検出部と、
前記対象物を持ち上げる方向に前記指部を駆動した際の前記摺動検出部の出力から前記摺動の有無を判定して前記開閉機構部を制御して把持力を自動調節するコントローラと、
を設けたロボットハンド。
【請求項３】
対象物を把持して移動させるロボットハンドであって、
前記対象物を把持するための少なくとも２本の指部と、
前記対象物を把持するように前記指を開閉する開閉機構部と、
前記指部の少なくとも一方に設けられ前記対象物に検出光を照射しその反射光を検出する光学部と、
前記対象物を持ち上げる方向に前記指部を駆動した際の前記光学部の検出光の受光量の変化の有無を判定して前記開閉機構部を制御して把持力を自動調節するコントローラと、
を設けたロボットハンド。
【請求項４】
コントローラは、前記光学部の検出光の受光量の変化から前記指部に対し前記対象物が摺動している状態と、前記指部に対し前記対象物が摺動していない状態との違いを検知して、前記対象物が摺動している状態を検知した場合には前記指を閉じる方向に前記開閉機構部を駆動するよう構成した
請求項３記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記２本の指部のそれぞれに前記対象物に検出光を照射しその反射光を検出する光学部を設け、前記コントローラは、それぞれの前記光学部の検出光の受光量から前記２本の指部の何れもが前記対象物に接触した状態になったことを検出して前記対象物を持ち上げる方向に前記指部を駆動し、このときの前記フォトインターラプタの検出光の受光量の変化の有無を判定して前記開閉機構部を制御して把持力を自動調節するよう構成した
請求項３記載のロボットハンド。
【請求項６】
発光素子がレーザダイオードまたは発光ダイオードである請求項３記載のロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボットハンドで対象物をその側面から把持して持ち上げ動作をする際に、把持対象物を持ち上げるのに必要かつ最適な把持力を自動的に決定するロボットハンドの把持力制御方法とロボットハンドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
把持対象物を把持・移動させる事を目的としたロボットハンドで把持対象物を、把持対象物の底面から掬い上げたり把持対象物の側面の凹凸にロボットハンドの指などを引っかけて持ち上げる事が出来ない場合において、側面が筒状であるなどでロボットハンドの指の引っかかり部分が無い把持対象物の側面を把持して持ち上げ動作を行う際には、対象物の質量と表面状態を勘案して把持対象物の持ち上げ動作に必要な摩擦力が得られるに十分な把持力を予め求めておく必要がある。
【０００３】
例えばロボットハンドの指に歪みゲージを取り付けて把持対象物に対して持ち上げ動作を何度か繰り返し、把持対象物を確実に持ち上げる為に必要な把持力の値を歪みゲージから読み取り、それを把持対象物の種類毎に実施して必要な把持力を決定する。このようにしてロボットハンドで把持対象物をその側面を把持して持ち上げる際には予め設定された把持力を適用して把持対象物の持ち上げ動作をしている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平５−２００６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来の方法では、歪みゲージの個体差、及びロボットハンドの指への滑り止め用被覆材の貼り付け位置差から生じるロボットハンド毎の把持性能の違いに対し、把持する対象物によって定める同ゲージからの電気信号の絶対値をロボットハンド毎に対し定期的に校正せねばならない。
【０００５】
また、把持対象物の持ち上げ動作に必要な最小把持力の決定にはロボットハンドの指に施される滑り止め用被覆材の摩耗や劣化による最大静止摩擦係数の変化をも考慮せねばならず、それも考慮して定期的に校正を実施する必要がある。
【０００６】
本発明は、定期的な把持力の校正を行うこと無く最適な把持力を自動的に決定する事が出来、ロボットハンドの運用、保守作業を著しく軽減できるロボットハンドの把持力制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１記載のロボットハンドの把持力制御方法は、対象物をロボットハンドの少なくとも２本の指部で把持して持ち上げるに際し、対象物を持ち上げる方向に前記指部を駆動したときの前記指部と前記対象物との間の摺動を検出し、このときに前記指部に対して前記対象物が摺動したことを検出し、前記指を開閉する開閉機構部を、前記対象物を把持する方向に制御して把持力を自動調節することを特徴とする。
【０００８】
この構成によると、ロボットハンド毎に対し定期的に校正しなくても対象物を適当な把持力で持ち上げることができる。
本発明の請求項２記載のロボットハンドは、対象物を把持して移動させるロボットハンドであって、前記対象物を把持するための少なくとも２本の指部と、前記対象物を把持するように前記指を開閉する開閉機構部と、前記指部の少なくとも一方に設けられ前記指部と前記対象物との間の摺動の発生を検出する摺動検出部と、前記対象物を持ち上げる方向に前記指部を駆動した際の前記摺動検出部の出力から前記摺動の有無を判定して前記開閉機構部を制御して把持力を自動調節するコントローラとを設けたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３記載のロボットハンドは、対象物を把持して移動させるロボットハンドであって、前記対象物を把持するための少なくとも２本の指部と前記対象物を把持するように前記指を開閉する開閉機構部と、前記指部の少なくとも一方に設けられ前記対象物に検出光を照射しその反射光を検出する光学部と、前記対象物を持ち上げる方向に前記指部を駆動した際の前記光学部の検出光の受光量の変化の有無を判定して前記開閉機構部を制御して把持力を自動調節するコントローラとを設けたことを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、前記光学部の受光器への受光量の多少により前記対象物への接近状態の検知および把持対象物の有無の検知および指と対象物の間の摺動を検知することが出来る。
【００１１】
本発明の請求項４記載のロボットハンドは、請求項３において、コントローラは、前記光学部の検出光の受光量の変化から前記指部に対し前記対象物が摺動している状態と、前記指部に対し前記対象物が摺動していない状態との違いを検知して、前記対象物が摺動している状態を検知した場合には前記指を閉じる方向に前記開閉機構部を駆動するよう構成したことを特徴とする。
【００１２】
この構成によると、ロボットハンドが前記対象物を持ち上げようとする際の把持力が同動作に必要な最小値に満たない場合は、同ロボットハンドの指部の表面に対して対象物の表面が自重により移動するため、対象物表面に照射している光からの反射光が乱れて受光器からの電気的な出力が変動する。一方、ロボットハンドが対象物を持ち上げようとする際の把持力が同動作に必要な最小値を満たしている場合は、指部の表面に対して対象物表面が移動しないため、対象物表面に照射している光からの反射光は乱れず受光器の出力信号も安定する。従って、同出力が安定するまで両指間の距離調整を継続することにより、前記指部の被覆材などの摩擦係数の影響をも含めた最適な把持力が自動的に決定される。
【００１３】
本発明の請求項５記載のロボットハンドは、請求項３において、前記２本の指部のそれぞれに前記対象物に検出光を照射しその反射光を検出する光学部を設け、前記コントローラは、それぞれの前記光学部の検出光の受光量から前記２本の指部の何れもが前記対象物に接触した状態になったことを検出して前記対象物を持ち上げる方向に前記指部を駆動し、このときの前記フォトインターラプタの検出光の受光量の変化の有無を判定して前記開閉機構部を制御して把持力を自動調節するよう構成したことを特徴とする。
【００１４】
また、光学部の発光素子が、レーザダイオードまたは発光ダイオードであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、定期的な把持力の校正を行うこと無く最適な把持力を自動的に決定する事が出来、ロボットハンドの運用、保守作業を著しく軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明のロボットハンドの把持力制御方法を具体的な各実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１〜図５は本発明の（実施の形態１）を示す。
【００１７】
図１はロボットハンドのモデル図、図２は同ロボットハンドの指部に取り付けられた発光素子と受光器とからなる光学部の平面図、また図３は図１のように構成されたロボットハンドの電気回路図、図４，図５は同回路の動作説明図である。
【００１８】
図１において、ロボットハンドのメカニカル部分は、対象物３を側面から把持する２本の指部４ａ，４ｂを有している。指部４ｂは、指部４ａの基端部７に沿ってスライド自在で、かつ指部４ｂの基端は指部４ａの基端部に組み込まれた横方向送りネジ６ａに螺合している。送りネジ６ａはモータＭ２によって駆動される。また、指部４ａの基端部７は、縦方向送りネジ６ｂに螺合している。送りネジ６ｂはモータＭ１によって駆動される。つまり、この実施の形態において、対象物３を把持するように指部４ａ，４ｂを開閉する開閉機構部は、モータＭ２と横方向送りネジ６ａとで構成されている。なお、送りネジ６ａ，６ｂには、ボールねじが採用されている。モータＭ１，Ｍ２にはステッピングモータが採用されている。
【００１９】
前記指部４ａ，４ｂには、前記対象物３に検出光を照射しその反射光を検出する光学部１ａ，１ｂが組み込まれている。具体的には、図２に示すように、発光素子としてのレーザダイオード８と受光器としてのフォトディテクタ１１及び集光レンズ９，１０で構成されており、集光レンズ９，１０の焦点位置は、レーザダイオード８から出射した光が指部４ａ，４ｂの前記対象物３との接触面に取り付けられた滑り止め用被覆材２に開けられた孔２ａを介して前記対象物３に照射され、対象物３の表面で反射された光が、前記孔２ａを介してフォトディテクタ１１に入射するように調節されている。換言すると、光学部１ａ，１ｂは指部４ａ，４ｂへの組み込み状態が、対象物３と指部とが接触する接触面が集光レンズ９及び１０の焦点深度内となるよう調整されていると言える。
【００２０】
前記モータＭ１，Ｍ２は、光学部１ａ，１ｂのフォトディテクタ１１の出力に基づいてコントローラ５によって運転されている。
コントローラ５は図３に示すように構成されている。
【００２１】
光学部１ａのフォトディテクタ１１より発生した電流は、ある一定の比率にて電圧に変換するＩ−Ｖ変換器を構成するオペアンプ１２ａと、コンパレータ１３ａ，１４ａと、ＯＲ回路１５ａを経て信号処理される。光学部１ｂのフォトディテクタ１１より発生した電流は、同様にオペアンプ１２ｂと、コンパレータ１３ｂ，１４ｂと、ＯＲ回路１５ｂを経て信号処理される。
【００２２】
コントローラ５には、この他に、オペアンプ１２ａ，１２ｂの各出力Ｖｐｄ１，Ｖｐｄ２に基づいて前記指部４ａ，４ｂと対象物３との接触状態を判定する接触状態判定部２０と、この接触状態判定部２０と前記モータＭ１との間に介装されて所定量だけ前記指部４ａ，４ｂを上昇させる持ち上げ実効部２１と、接触状態判定部２０と前記モータＭ２との間に介装されて所定量だけ前記指部４ａ，４ｂに把持動作を行わせる把持実効部２２と、前記オペアンプ出力Ｖｐｄ１，Ｖｐｄ２からコンデンサＣを介してオフセット成分を除去したＶｐｄｃａ，Ｖｐｄｃｂに基づいて前記指部４ａ，４ｂと対象物３との接触後の持ち上げ動作時における静止状態と摺動状態との差を判定する摺動電位判定部２３と、前記ＯＲ回路１５ａ，１５ｂの論理和を検出するＯＲ回路１５ｃを有し、ＯＲ回路１５ｃは前記把持実行部２２に接続されている。
【００２３】
このコントローラ５を図４と図５に基づいて詳しく説明する。
先ず把持初期位置の検出方法であるが、まず、目的の対象物３を把持する位置にロボットハンドを移動させ、対象物３への把持動作が出来るように準備する。その後、光学部１ａ，１ｂの出力信号をオペアンプ１２ａ，１２ｂで処理して時々の出力Ｖｐｄ１，Ｖｐｄ２をそれぞれモニタしながらモータＭ２を駆動させて送りネジ６ａを回転させて指部４ｂを指部４ａの側へ移動させ、対象物３を把持する動作を開始する。
【００２４】
それぞれの光学部４ａ，４ｂを構成する集光用レンズ９，１０は、それぞれ指部４ａ，４ｂと対象物３の接触面に対してその焦点深度位置を調整しているため、その出力電位は指部４ａ，４ｂの対象物３への接触をもって最大値をとる。
【００２５】
したがって、何れかの指部４ａ，４ｂが対象物３と接触してその光学部からの出力電位に変化がなくなり、引き続き他方の指部が対象物３と接触してその光学部からの出力電位に変化がなくなるため、このポイントをもって対象物３と両指部４ａ，４ｂとの接触状態と見なし、モータＭ２の駆動を一時的に停止させる。
【００２６】
この接触状態検出の様子を図４に示す。尚、このケースでは光学部１ｂの接触後に光学部１ａが接触するものとし、その電位はそれぞれＶｂ及びＶａにて安定するものとしている。
【００２７】
ロボットハンドの持ち上げに先立って、対象物３と両指との静的接触状態における、光学部１ａ，１ｂの双方の光学系からの出力信号振幅を図３のＶｐｄｃａ，Ｖｐｄｃｂに示す０ボルト電位にてＤＣカップリングすることによりオフセットをキャンセルした信号にてモニタし、その最大値Ｖｎ＿Ｐａ，Ｖｎ＿Ｐｂ及び最小値Ｖｎ＿Ｍａ，Ｖｎ＿Ｍｂをそれぞれ決定する。
【００２８】
しかる後に、Ｖｒｅｆ＿Ｐａ，Ｖｒｅｆ＿ＰｂをＶｎ＿Ｐａ，Ｖｎ＿Ｐｂをそれぞれ上回るように、またＶｒｅｆ＿Ｍａ，Ｖｒｅｆ＿ＭｂをＶｎ＿Ｍａ，Ｖｎ＿Ｍｂをそれぞれ下回るよう決定し、前記摺動電位判定部２３の中に配したＤ／Ａコンバータにより前記コンパレータ１３ａ，１４ａ，１３ｂ，１４ｂに対してそれぞれ設定する。この様子を図５に示す。
【００２９】
この状態にて接触状態判定部２０がモータＭ１を駆動して持ち上げ動作を開始した場合、ロボットハンドによる対象物３への把持力が十分で無い場合は、ロボットハンドが持ち上げ動作を開始したと同時に指部４ａ，４ｂと対象物３との間に摺動が発生し、図５の波形１８に示すようなノイズ状の信号が発生する。
【００３０】
このそれぞれのノイズ波形をコンパレータ１３ａ，１３ｂにて演算してそれぞれからパルス３０ａ，３０ｂを得、またコンパレータ１４ａ，１４ｂにて演算してそれぞれからパルス３１ａ，３１ｂを作成した後に、コンパレータ１３ａの出力のパルス３０ａとコンパレータ１４ａの出力のパルス３１ａとの論理和をＯＲ回路１５ａで検出してパルス３２ａを得、コンパレータ１３ｂの出力のパルス３０ｂとコンパレータ１４ｂの出力のパルス３１ｂとの論理和をＯＲ回路１５ｂで検出してパルス３２ｂを得、パルス３２ａ，３２ｂとの論理和をＯＲ回路１５ｃで演算し、以降、同パルスをモータＭ２の駆動元として把持実行部２２を介して帰還させてやることにより、対象物３が指部４ａ，４ｂに対して摺動することのない、必要にして十分な把持力が自動的に決定される。
【００３１】
（実施の形態２）
図６は本発明の（実施の形態２）を示す。
（実施の形態１）では指部４ａ，４ｂのそれぞれに設けられた光学部１ａ，１ｂの出力信号を、コンパレータ１３ａ，１４ａとＯＲ回路１５ａの一組の処理回路と、コンパレータ１３ｂ，１４ｂとＯＲ回路１５ｂのもう一組の処理回路とで信号処理したが、この（実施の形態２）では、コンパレータ１３ｂ，１４ｂとＯＲ回路１５ｂの処理回路を省いて構成されている。この場合には（実施の形態１）に比べて分解能が低下するもののほぼ同様の効果を期待できる。
【００３２】
（実施の形態３）
図７と図８は本発明の（実施の形態３）を示す。
上記の各実施の形態では指部４ａ，４ｂのそれぞれに光学部１ａ，１ｂを設けたが、この（実施の形態３）では指部４ｂにだけ光学部１ｂを設けて構成されている。この場合、指部と対象物との接触点の検出のために、把持動作開始時において指部４ａが必ず先行して対象物３と接触するよう考慮せねばならないが、ほぼ同様の効果を期待できる。
【００３３】
上記の各実施の形態では光学部１ａ，１ｂの発光素子としてのレーザダイオード８を使用したが、これに比べて分解能が低下するが非コヒーレントであってもその出力が一定に保てる発光ダイオード等の光源を使用して構成することもできる。
【００３４】
上記の各実施の形態では、指部は２本であったが、対象物３を掴む指部の数が３本以上の場合も同様である。
また、上記の各実施の形態では、前記指部の少なくとも一方に設けられ前記指部と前記対象物との間の摺動の発生を検出する摺動検出部を、光学部１ａ，１ｂなどで構成したが、非接触の光学式ではなくて、接触式のロータリーエンコーダ等を使用したメカニズムでも、このメカニズムの出力信号を同様に信号処理して同様に実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
各種生産ラインなどでのパーツの移動に使用するロボットハンドに採用することによって、長期間にわたって安定した生産処理の実現に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の（実施の形態１）のロボットハンドの正面図
【図２】同実施の形態の要部の水平断面図
【図３】同実施の形態のロボットハンド制御回路の構成図
【図４】同実施の形態の接触状態検出法の説明図
【図５】同実施の形態のロボットハンドの制御説明図
【図６】本発明の（実施の形態２）のロボットハンド制御回路の構成図
【図７】本発明の（実施の形態３）のロボットハンドの正面図
【図８】同実施の形態のロボットハンド制御回路の構成図
【符号の説明】
【００３７】
１ａ，１ｂ  光学部
２    被覆材
３    対象物
４ａ，４ｂ    指部
Ｍ１，Ｍ２    モータ
６    ボールねじ
８    レーザダイオード
９    集光レンズ
１０    受光側集光レンズ
１１    フォトディテクタ
１２ａ，１２ｂ    オペアンプ
１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ    コンパレータ
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ    ＯＲ回路
２０    接触状態判定部
２１    持ち上げ実効部
２２    把持実行部
２３    摺動電位判定部
【図１】
2005153114.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005153114.tif 000008
【図７】
2005153114.tif 000009
【図８】
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