(57)【要約】【課題】接触センサによる接触圧力の検知における面積分解能を落とすことなく、且つ、接触センサの接触圧力の収集が効率的で情報処理系の負担を軽減可能であると共に、接触圧力の収集時間の短縮を図って信頼性の高いデータを得ることにより、安定した把持制御を可能とする把持装置を提供する。【解決手段】複数の指を備えた多指ハンド型把持手段と、指の駆動手段と、接触圧力を検知する接触センサ５と、初期センサリスト１４Ｃと、センサリスト設定部１２Ｃと、センサリスト更新部１２ｄと、センサリストに基き接触圧力を収集するセンサ情報収集部１２ａと、指の駆動制御情報を演算して駆動手段に提供する把持制御部１２ｂとで把持装置を構成する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立して駆動可能な複数の指を備え、該指を用いて把持対象物を把持する多指ハンド型把持手段と、
前記指を駆動する駆動手段と、
前記指に複数備えられ、把持の際に接触する把持対象物との接触圧力を検知すると共に、各々にセンサアドレスが付与されている接触センサと、
複数の前記接触センサの中から選択された選択接触センサのセンサアドレスが予め登録された初期センサリストと、
前記初期センサリストに登録されたセンサアドレスをセンサリストへ初期設定するセンサリスト設定手段と、
前記センサリストの更新処理を行なうセンサリスト更新手段と、
前記初期設定又は前記更新処理される毎に、前記センサリストに設定されている全てのセンサアドレスの接触センサに対して、順次、接触圧力を収集して前記センサリストに記録するセンサ情報収集手段と、
前記接触圧力に基づき、前記指の駆動制御情報を演算して前記駆動手段に提供する駆動制御手段と、を備えたことを特徴とする把持装置。
【請求項２】
前記センサリスト設定手段は、前記センサ情報収集手段により順次なされる接触圧力の収集毎に、該接触圧力が所定の閾値を越えるか否かを判断し、越える場合に該閾値を超過する閾値超過接触センサのセンサアドレス、及び、該閾値超過接触センサと特定の位置関係にある接触センサのセンサアドレスをセンサ追加リストに設定し、
前記センサリスト更新手段は、前記センサ情報収集手段による前記センサリストの全てのセンサアドレスの接触センサに対する接触圧力の収集終了後、前記センサ追加リスト及び前記初期センサリストの情報に基づいて前記センサリストの更新処理を行なう請求項１記載の把持装置。
【請求項３】
前記特定の位置関係にある接触センサが、前記閾値超過接触センサから１単位距離離れた全てのセンサである請求項２記載の把持装置。
【請求項４】
前記更新処理として、前記センサ追加リストに設定されたセンサアドレス及び前記初期センサリストに登録されたセンサアドレスのみを前記センサリストに設定してなる請求項２又は３記載の把持装置。
【請求項５】
複数の前記接触センサ又は、前記初期センサリストに登録されているセンサアドレスの接触センサが検知する接触圧力を監視すると共に、いずれかの接触圧力が最初に変化した時に、前記センサリスト設定手段に対して、前記初期センサリストに登録されたセンサアドレスを前記センサリストへ初期設定する指示を行なう接触判断手段を備えてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の把持装置。
【請求項６】
前記指を駆動する駆動手段の駆動負荷を監視し、該駆動負荷が所定の値を超えたときに、前記センサリスト設定手段に対して、前記初期センサリストに登録されたセンサアドレスを前記センサリストへ初期設定する指示を行なう接触判断手段を備えてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の把持装置。
【請求項７】
前記センサ情報収集手段は、前記センサリスト更新手段により更新処理された前記センサリストの全てのセンサアドレスが前記初期センサリストと同じである場合は、接触センサからの接触圧力の収集を停止してなる請求項１〜６のいずれか１項に記載の把持装置。
【請求項８】
前記把持対象物の種類に応じて複数の初期センサリストを備えると共に、提供された選択指令に基づき、いずれかの初期センサリストを前記センサリストの初期設定用として選択する初期センサリスト選択手段を備えてなる請求項１〜７のいずれか１項に記載の把持装置。
【請求項９】
独立して駆動可能な複数の指を備え、該指を用いて把持対象物を把持する多指ハンド型把持手段と、前記指を駆動する駆動手段と、前記指に複数備えられ、把持の際に接触する把持対象物との接触圧力を検知すると共に、各々にセンサアドレスが付与されている接触センサと、複数の前記接触センサの中から選択された選択接触センサのセンサアドレスが予め登録された初期センサリストと、前記接触圧力に基づき、指の駆動制御情報を演算して前記駆動手段に提供する駆動制御手段とを備えた把持装置における把持制御方法であって、
前記初期センサリストに登録されたセンサアドレスをセンサリストへ初期設定するセンサリスト設定ステップと、
前記センサリストの更新処理を行なう更新処理ステップと、
前記センサリスト設定ステップ又は前記更新処理ステップにより初期設定又は更新処理される毎に、前記センサリストに設定されている全てのセンサアドレスの接触センサに対して、順次、接触圧力を収集して前記センサリストに記録するセンサ情報収集ステップと、
前記センサ情報収集ステップにより順次なされる接触圧力の収集毎に、該接触圧力が所定の閾値を越えるか否かを判断し、越える場合に該閾値を超過する閾値超過接触センサのセンサアドレス、及び、該閾値超過接触センサと特定の位置関係にある接触センサのアドレスをセンサ追加リストに設定するセンサ追加リスト設定ステップと、を備えると共に、
前記更新処理ステップが、前記センサ情報収集ステップによる前記センサリストの全てのセンサアドレスの接触センサに対する接触圧力の収集終了後に、前記センサ追加リスト及び前記初期センサリストの情報に基づいて前記センサリストの更新処理を行なうことを特徴とする把持制御方法。
【請求項１０】
前記センサ追加リスト設定ステップは、前記閾値超過接触センサから１単位距離離れた全てのセンサを、前記特定の位置関係にある接触センサと認定する請求項９記載の把持制御方法。
【請求項１１】
前記更新処理ステップは、前記更新処理として、前記センサ追加リストに設定されたセンサアドレス及び前記初期センサリストに登録されたセンサアドレスのみを前記センサリストに設定する請求項９又は１０記載の把持制御方法。
【請求項１２】
複数の前記接触センサ又は、初期センサリストに登録されているセンサアドレスの接触センサの検知する接触圧力を監視すると共に、いずれかの接触圧力が最初に変化した時を接触開始時として検出する接触判断ステップを、前記センサリスト設定ステップの実行前に実行してなる請求項９〜１１のいずれか１項に記載の把持制御方法。
【請求項１３】
前記指を駆動する駆動手段の駆動負荷を監視し、該駆動負荷が所定の値を超えた時を接触開始時として検出する接触判断ステップを、前記センサリスト設定ステップの実行前に実行してなる請求項９〜１１のいずれか１項に記載の把持制御方法。
【請求項１４】
前記センサリスト更新ステップにより更新処理された前記センサリストの全てのセンサアドレスが前記初期センサリストと同じである場合は、接触センサからの接触圧力の収集を停止するセンサ停止ステップを、前記センサ情報収集ステップに代えて実行してなる請求項９〜１３のいずれか１項に記載の把持制御方法。
【請求項１５】
前記把持対象物の種類に応じて複数の初期センサリストを備えると共に、提供された選択指令に基づき、いずれかの初期センサリストを前記センサリストの初期設定用として選択する初期センサリスト選択ステップを、前記接触判断ステップがある場合はその実行前に、ない場合は、前記センサリスト設定ステップの実行前に実行してなる請求項９〜１４のいずれか１項に記載の把持制御方法。
【請求項１６】
請求項９〜１５のいずれか１項に記載の把持制御方法の各ステップをコンピュータに実行させる把持制御プログラム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の把持制御プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット若しくはグリッパ等に用いられる多関節マニピュレータ等のような把持装置、把持制御方法、及び把持制御プログラム並びにこの把持制御プログラムを記録した記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年ロボティクス分野においては、様々な研究が進められている。その一つとして、工業用のマニピュレータ等のような把持装置として開発が行われてきたロボットハンドに関しても、人型のロボットに搭載するための新たな技術が開発されつつある。この場合、ロボットが人に代わって作業をするためには、独立して駆動可能な複数の指を備えたハンドによる物体の把持は、欠かすことのできない技術である。このようなロボットが人と同じように物体を把持する技術においては、把持状態を適確に検知しながらきめ細かく把持制御する必要がある。そのため、ロボットが把持する部分であるハンドの指の部分に、接触圧力によって抵抗値が変化する接触センサを複数配置し、この接触センサの接触圧力を検知すると共に、この検知した接触圧力を用いながらハンドの指をフイードバック制御する技術が開発されている。
【０００３】
例えば、接触センサを備えた複数の指で物体を把持した際に、各接触センサからの信号値の内、最小値を当該物体把持時における基準値として用いて指を制御することにより、物体を安定して把持することができるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。又、接触センサを備えた複数の指で物体を掴んだ際に、指間の開き量から物体の大きさを把握すると共に、所定の力で掴んだ際の接触領域の広さを検知し、物体の大きさと触領域の広さの比から物体の柔軟度を計算して把持制御を行なうものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−２９７９１８号公報
【特許文献２】特開平８−３２３６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したような把持装置において、ハンドの指の部分に配置した接触センサの検知する接触圧力を用いてハンドの指のフイードバック制御を行なうには、把持物体が指先のどの部分に接触しているのかを検知することが重要である。このためには、接触状況を検出すべきエリアにおける接触センサの面積分解能は高いほどよいが、面積分解能を高めるには、検出すべきエリアにおける接触センサの数を増やさなければならない。その場合、すべての接触センサの接触圧力を収集してその中から把持制御に必要な情報を抽出するのは、情報処理系への負担が重くなり効率が悪くなるという問題があった。又、接触センサの数が多くなるほど接触センサの接触圧力の収集に時間がかかることから、把持制御に使用するデータとしては信頼性が落ちるという問題があった。
【０００５】
この点に関し、上記の特許文献１の方法においては、物体把持時に検知された各接触センサからの信号値の中から最小値を知るためには、全ての接触センサの信号値をチェックする必要があり、この方法によっても上記の問題の解決を図ることは困難である。又、同様に、上記の特許文献２の方法においても、物体を所定の力で掴んだ際の接触領域の広さを知るためには、複数の指に備えられた全ての接触センサの値をチェックする必要があり、この方法によっても上記の問題の解決を図ることは困難である。
【０００６】
又、上述したような把持装置においては、接触センサの接触圧力を収集する必要があるのは、ハンドの指の部分が把持対象物を把持する瞬間からでよい。しかし、従来は、ハンドの指の部分が把持対象物を把持する前においても、常に接触センサの接触圧力を収集するという無駄な処理が行なわれており、この無駄な処理により情報処理系の負担が重くなるという問題があった。
【０００７】
そこで、この発明は上記の問題を解決するためになされたものであって、接触センサによる接触圧力の検知における面積分解能を落とすことなく、即ち、高い面積分解能を維持するのに必要な接触センサの使用個数を減らすことなく、接触センサの接触圧力の収集を効率的に行なえ、情報処理系の負担を軽減すると共に、接触圧力の収集時間の短縮を図って信頼性の高いデータを得ることにより、安定した把持制御を可能とする把持装置、把持制御方法及び把持制御プログラム並びにこの把持制御プログラムを記録した記録媒体の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するためになされた本発明の把持装置は、独立して駆動可能な複数の指を備え、該指を用いて把持対象物を把持する多指ハンド型把持手段と、前記指を駆動する駆動手段と、前記指に複数備えられ、把持の際に接触する把持対象物との接触圧力を検知すると共に、各々にセンサアドレスが付与されている接触センサと、複数の前記接触センサの中から選択された選択接触センサのセンサアドレスが予め登録された初期センサリストと、前記初期センサリストに登録されたセンサアドレスをセンサリストへ初期設定するセンサリスト設定手段と、前記センサリストの更新処理を行なうセンサリスト更新手段と、前記初期設定又は前記更新処理される毎に、前記センサリストに設定されている全てのセンサアドレスの接触センサに対して、順次、接触圧力を収集して前記センサリストに記録するセンサ情報収集手段と、前記接触圧力に基づき、前記指の駆動制御情報を演算して前記駆動手段に提供する駆動制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
上記の把持装置において、前記センサリスト設定手段は、前記センサ情報収集手段により順次なされる接触圧力の収集毎に、該接触圧力が所定の閾値を越えるか否かを判断し、越える場合に該閾値を超過する閾値超過接触センサのセンサアドレス、及び、該閾値超過接触センサと特定の位置関係にある接触センサのセンサアドレスをセンサ追加リストに設定し、前記センサリスト更新手段は、前記センサ情報収集手段による前記センサリストの全てのセンサアドレスの接触センサに対する接触圧力の収集終了後、前記センサ追加リスト及び前記初期センサリストの情報に基づいて前記センサリストの更新処理を行なうようにしてもよい。
【００１０】
又、上記の把持装置において、前記特定の位置関係にある接触センサが、前記閾値超過接触センサから１単位距離離れた全てのセンサであるようにしてもよい。又、前記更新処理として、前記センサ追加リストに設定されたセンサアドレス及び前記初期センサリストに登録されたセンサアドレスのみを前記センサリストに設定するようにしてもよい。
【００１１】
又、上記の把持装置において、複数の前記接触センサ又は、前記初期センサリストに登録されているセンサアドレスの接触センサが検知する接触圧力を監視すると共に、いずれかの接触圧力が最初に変化した時に、前記センサリスト設定手段に対して、前記初期センサリストに登録されたセンサアドレスを前記センサリストへ初期設定する指示を行なう接触判断手段を備えるようにしてもよい。或いは、前記指を駆動する駆動手段の駆動負荷を監視し、該駆動負荷が所定の値を超えたときに、前記センサリスト設定手段に対して、前記初期センサリストに登録されたセンサアドレスを前記センサリストへ初期設定する指示を行なう接触判断手段を備えるようにしてもよい。
【００１２】
又、上記の把持装置において、前記センサ情報収集手段は、前記センサリスト更新手段により更新処理された前記センサリストの全てのセンサアドレスが前記初期センサリストと同じである場合は、接触センサからの接触圧力の収集を停止するようにしてもよい。
【００１３】
又、上記の把持装置において、前記把持対象物の種類に応じて複数の初期センサリストを備えると共に、提供された選択指令に基づき、いずれかの初期センサリストを前記センサリストの初期設定用として選択する初期センサリスト選択手段を備えるようにしてもよい。
【００１４】
本発明の把持制御方法は、独立して駆動可能な複数の指を備え、該指を用いて把持対象物を把持する多指ハンド型把持手段と、前記指を駆動する駆動手段と、前記指に複数備えられ、把持の際に接触する把持対象物との接触圧力を検知すると共に、各々にセンサアドレスが付与されている接触センサと、複数の前記接触センサの中から選択された選択接触センサのセンサアドレスが予め登録された初期センサリストと、前記接触圧力に基づき、指の駆動制御情報を演算して前記駆動手段に提供する駆動制御手段とを備えた把持装置における把持制御方法であって、前記初期センサリストに登録されたセンサアドレスをセンサリストへ初期設定するセンサリスト設定ステップと、前記センサリストの更新処理を行なう更新処理ステップと、前記センサリスト設定ステップ又は前記更新処理ステップにより初期設定又は更新処理される毎に、前記センサリストに設定されている全てのセンサアドレスの接触センサに対して、順次、接触圧力を収集して前記センサリストに記録するセンサ情報収集ステップと、前記センサ情報収集ステップにより順次なされる接触圧力の収集毎に、該接触圧力が所定の閾値を越えるか否かを判断し、越える場合に該閾値を超過する閾値超過接触センサのセンサアドレス、及び、該閾値超過接触センサと特定の位置関係にある接触センサのアドレスをセンサ追加リストに設定するセンサ追加リスト設定ステップと、を備えると共に、前記更新処理ステップが、前記センサ情報収集ステップによる前記センサリストの全てのセンサアドレスの接触センサに対する接触圧力の収集終了後に、前記センサ追加リスト及び前記初期センサリストの情報に基づいて前記センサリストの更新処理を行なうことを特徴としている。
【００１５】
上記の把持制御方法において、前記センサ追加リスト設定ステップは、前記閾値超過接触センサから１単位距離離れた全てのセンサを、前記特定の位置関係にある接触センサと認定するようにしてもよい。又、前記更新処理ステップは、前記更新処理として、前記センサ追加リストに設定されたセンサアドレス及び前記初期センサリストに登録されたセンサアドレスのみを前記センサリストに設定するようにしてもよい。
【００１６】
又、上記の把持制御方法において、複数の前記接触センサ又は、初期センサリストに登録されているセンサアドレスの接触センサの検知する接触圧力を監視すると共に、いずれかの接触圧力が最初に変化した時を接触開始時として検出する接触判断ステップを、前記センサリスト設定ステップの実行前に実行するようにしてもよい。或いは、前記指を駆動する駆動手段の駆動負荷を監視し、該駆動負荷が所定の値を超えた時を接触開始時として検出する接触判断ステップを、前記センサリスト設定ステップの実行前に実行するようにしてもよい。
【００１７】
又、上記の把持制御方法において、前記センサリスト更新ステップにより更新処理された前記センサリストの全てのセンサアドレスが前記初期センサリストと同じである場合は、接触センサからの接触圧力の収集を停止するセンサ停止ステップを、前記センサ情報収集ステップに代えて実行するようにしてもよい。
【００１８】
又、上記の把持制御方法において、前記把持対象物の種類に応じて複数の初期センサリストを備えると共に、提供された選択指令に基づき、いずれかの初期センサリストを前記センサリストの初期設定用として選択する初期センサリスト選択ステップを、前記接触判断ステップがある場合はその実行前に、ない場合は、前記センサリスト設定ステップの実行前に実行するようにしてもよい。
【００１９】
本発明の把持制御プログラムは、上述したいずれかの把持制御方法の各ステップをコンピュータに実行させる把持制御プログラムである。又、該把持制御プログラムはコンピュータ読取可能な記録媒体記録に記録することが出来る。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の把持装置は、上述したように、センサ情報収集手段により順次なされる接触圧力の収集毎に、センサリスト設定手段は、該接触圧力が所定の閾値を越えるか否かを判断し、越える場合に該閾値を超過する閾値超過接触センサのセンサアドレス、及び、該閾値超過接触センサと特定の位置関係にある接触センサのセンサアドレスをセンサ追加リストに設定する。そして、センサ情報収集手段によるセンサリストの全ての接触センサの接触圧力の収集終了後、センサリスト更新手段が、センサ追加リスト及び初期センサリストの情報に基づいて前記センサリストの更新処理を行なう。又、上記の把持装置における、前記特定の位置関係にある接触センサを、閾値超過接触センサから１単位距離離れた全てのセンサとし、又、更新処理の内容として、センサ追加リストに設定されたセンサアドレス及び初期センサリストに設定されたセンサアドレスのみをセンサリストに設定するようにできる。
【００２１】
そこで、本発明の把持装置によれば、全ての接触センサの接触圧力を収集するのではなく、複数の接触センサの中から予め選択された選択接触センサのみの接触圧力を収集するように構成し、しかも、把持対象物が接触する多指ハンド型把持手段の指の部位の移動に伴い、接触圧力を収集する必要のある接触センサのみに絞って接触圧力を収集すべき接触センサを変更していくように構成したので、接触センサの接触圧力を必要十分に収集でき、且つ、収集時間の短縮を図ることができる。従って、接触センサによる接触圧力の検知における面積分解能を落とすことなく、即ち、高い面積分解能を維持するのに必要な接触センサの使用個数を減らすことなく、接触センサの接触圧力の収集を効率的に行なえ、情報処理系の負担を軽減すると共に、接触圧力の収集時間の短縮を図って信頼性の高いデータを得ることにより、安定した把持制御を行なうことができる。
【００２２】
又、上記の把持装置において、複数の接触センサ又は、初期センサリストに設定されているセンサアドレスの接触センサの検知する接触圧力を監視すると共に、いずれかの接触圧力が最初に変化した時に、センサリスト設定手段に対して、初期センサリストに登録されたセンサアドレスをセンサリストへ初期設定する指示を行なう接触判断手段を備えることができる。或いは、指を駆動する駆動手段の駆動負荷を監視し、該駆動負荷が所定の値を超えたときに、センサリスト設定手段に対して、初期センサリストに登録されたセンサアドレスをセンサリストへ初期設定する指示を行なう接触判断手段を備えることができる。これらの場合には、多指ハンド型把持手段のいずれかの指が把持対象物と接触する寸前までは、接触センサの接触圧力を収集することが無いので、把持するまでの無駄な接触圧力の収集を防止でき、把持装置の各手段における情報処理系の負担を軽減することができる。
【００２３】
又、上記の把持装置において、センサ情報収集手段が、センサリスト更新手段により更新処理されたセンサリストの全てのセンサアドレスが初期センサリストと同じである場合に、接触センサからの接触圧力の収集を停止することができるので、把持装置の各手段における情報処理系の負担を軽減することができる。
【００２４】
又、上記の把持装置において、把持対象物の種類に応じて複数の初期センサリストを備えると共に、提供された選択指令に基づき、いずれかの初期センサリストをセンサリストの初期設定用として選択するセンサリスト選択手段を備えることができるので、把持対象物によってセンサリストの初期設定を最適化することができ、把持対象物に応じて、接触センサの接触圧力の収集効率や、把持装置の各手段における情報処理系の負担軽減及び、接触圧力の収集時間の短縮化を最大限に図ることができ、安定した把持制御を可能とすることができる。
【００２５】
又、本発明の把持制御方法を用いることにより、或いは、本発明の把持制御プログラムを用いることにより、これらの把持制御方法や把持制御プログラムは、それぞれの機能と対応する機能を有する上述したそれぞれの把持装置の効果と同様の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１０を参照しながら説明する。
【００２７】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１の把持装置は、図１(a)に示すような人型ロボット１０における、人間の手に相当する部分であるハンド(把持装置)１である。このハンド(把持装置)１は、独立して駆動可能な２〜３個の関節を有する５本の指１ｂを備えた図１(a)に示すハンドメカニズム１ａ(前述の多指ハンド型把持手段に相当)を備えている。又、人型ロボット１０は、ハンド(把持装置)１のほか、ハンドメカニズム１ａを把持対象物に移動させるためのアーム２、このアーム２を支えるボディ３、及び、カメラ４ａを目の部分に備えたヘッド４で構成される。
【００２８】
図２は、上記構成の人型ロボット１０を制御する制御システムの機能ブロック図である。この制御システムは、処理部１１、制御部１２、駆動部１３、記録部１４、センサ部１５、画像入力部１６、及び、電源部１７で構成される。この内、処理部１１、制御部１２、記録部１４、画像入力部１６、及び、電源部１７は、ボディ３やヘッド４等の内部、若しくは別に設けた制御筐体に設置される。
【００２９】
処理部１１は、ロボット全体の行動計画を立てる部分で、画像入力部１６やセンサ部１５からの入力、或いは通信による他の処理部からの命令等を受けて、行動を決定するための情報の処理を行ない、制御部１２に対して人型ロボット１０が行動するための命令を与える。
【００３０】
制御部１２は、ハンド(把持装置)１や、アーム２、ボディ３、ヘッド４等を駆動するための制御を行なう部分で、人型ロボット１０の構成部分毎に設けられているが、全体をまとめて一つの制御部１２としてもよい。この制御部１２は、処理部１１からの命令に応じて、人型ロボット１０の各構成部分に所定の動作を行なわせるための制御信号を生成し、駆動部１３に出力する。
【００３１】
駆動部１３は、実際に人型ロボット１０を動作させる部分であり、人型ロボット１０の構成部分毎に設けられて当該構成部分に内蔵され、当該構成部分の駆動を担当する。この駆動部１３は構成部分の駆動を行なうためのモータ等を備えており、制御部１２からの制御信号に基づき、電源部１７から供給される電力を用いてモータ等を駆動する。人型ロボット１０の構成部分における各関節等の駆動部分は、直接モータで駆動する場合もあれば、カムやギヤを用いて間接的にモータで駆動する場合もある。この駆動部１３には、ハンド(把持装置)１を担当する部分(前述の駆動手段に相当)も含まれている。
【００３２】
記録部１４は、人型ロボット１０の駆動のためのパラメータや一時的な情報を記録する部分である。尚、処理部１１と制御部１２及び記録部１４は、ＲＩＳＣプロセッサ（マイクロコンピュータ）やＦＰＧＡ等のチップ及びメモリが実装された回路基板で構成されるが、処理の規模によっては処理用のチップ１つで処理部１１と制御部１２及び記録部１４の処理を行なうようにしてもよい。
【００３３】
センサ部１５は、図１(b)に示すハンドメカニズム１ａの指１ｂの表面における、把持対象物を把持する側(手のひら側)に備えられた複数の接触センサ５で構成される。画像入力部１６は、人型ロボット１０のヘッド４に備えられたカメラ４ａに接続され、カメラ４ａで捕らえた映像を入力処理するものである。電源部１７は上記各部に対して電力を供給するためのもので、外部電源やバッテリーが用いられる。
【００３４】
本発明の実施の形態１におけるハンド(把持装置)１は、上述した通り人型ロボット１０の一部である。そこで、ハンドメカニズム１ａを駆動する制御は、主として上記の制御システムにおける、処理部１１、制御部１２、ハンドメカニズム１ａに内蔵された駆動部１３、記録部１４、及び、ハンドメカニズム１ａの指１ｂに備えられた複数の接触センサ５で構成されるセンサ部１５を用いて行なわれる。次に、これらの部分を使用するハンド(把持装置)１の制御のシステム構成について説明する。
【００３５】
図３は、人型ロボット１０の内、主にハンド１を制御する部分のシステム構成を示す機能ブロック図である。この制御システムは、上述したように、処理部１１、制御部１２、記録部１４、ハンドメカニズム１ａに内蔵された図示されていない駆動部１３(前述の駆動手段に相当)、及び、ハンドメカニズム１ａの指１ｂに備えられた複数の接触センサ５で構成される。制御部１２には、センサ情報収集部１２ａ(前述のセンサ情報収集手段に相当)、把持制御部１２ｂ(前述の駆動制御手段に相当)、センサリスト設定部１２ｃ(前述のセンサリスト設定手段に相当)、及び、センサリスト更新部１２ｄ(前述のセンサリスト更新手段に相当)が設けられ、記録部１４にはセンサリスト１４ａ、初期センサリスト１４ｂ、及び、センサ追加リスト１４ｃが設けられる。
【００３６】
接触センサ５は、把持の際に把持対象物に接触したときの接触圧力を検知する機能を有している。夫々の接触センサ５にはセンサアドレスが付与されており、図３の接触センサ５に付されている(数字)は、このセンサアドレスを表している。この接触センサ５は図４に示すような回路で構成されており、接触センサ５の内部抵抗は接触圧力が増加すると小さくなるので、接触圧力が増加すると出力電圧が増加する。図４において、Vrefは基準電圧を表している。
【００３７】
処理部１１は、把持命令と把持対象物の位置を制御部１２に提供する。把持制御部１２ｂは記録部１４の情報を参照し、処理部１１からの把持命令と把持対象物の位置データを用いて指１ｂの駆動等、把持のための制御を行なう。センサリスト設定部１２ｃは、初期センサリスト１４ｂを用いてセンサリスト１４ａの初期設定を行なうほか、付随する制御を行なう。センサリスト更新部１２ｄは、記録部１４に設けられた初期センサリスト１４ｂとセンサ追加リスト１４ｃとを用いて、同じく記録部１４に設けられたセンサリスト１４ａの更新処理を行なう。センサ情報収集部１２ａは、センサリスト１４ａに基づいて接触センサ５の接触圧力を収集し、このセンサリスト１４ａに記録する。即ち、センサリスト１４ａには、収集する接触センサ５のセンサアドレス及び、このセンサアドレスの接触センサの接触圧力がセンサアドレスと対応して記録される。初期センサリスト１４ｂは、センサリスト１４ａを初期設定するのに用いられ、予め、全ての接触センサ５の中から選択された選択接触センサのセンサアドレスが登録されている。センサ追加リスト１４ｃは、センサリスト１４ａを更新するために用いられる追加すべき接触センサ５のセンサアドレスの設定に使用される。
【００３８】
次に、ハンド(把持装置)１の動作につき、そのフローを示した図５を参照しながら説明する。まず、センサリスト設定部１２ｃが、ハンド(把持装置)１の動作に必要な情報を収集するモードである情報収集モードのセットを行なうと共に、センサリスト１４ａの初期設定を行なう(Ｓ１)。この初期設定では、初期センサリスト１４ｂに予め登録された選択接触センサのセンサアドレスがセンサリスト１４ａに設定されると共に、センサ追加リスト１４ｃがクリアされる(Ｓ２)。
【００３９】
次に、センサ収集部１２ａがセンサリスト１４ａに登録されている最初のセンサアドレスの接触センサ５の接触圧力(以下、接触センサ５の接触圧力をセンサ値と称する)を取得して、センサリスト１４ａに記録する(Ｓ３)。このセンサ値は、上述したように、接触圧力が増加するとセンサ値である出力電圧が増加するので、接触している接触センサ５の出力は接触していない接触センサ５の出力に対し高い電圧値が得られる。そこで、センサリスト設定部１２ｃは、得られたセンサ値が、記録部に予め登録されている接触パラメータPtouchの値(以下、閾値と称する)以上であるか否かを判断し(Ｓ４)、閾値以上であった場合は、センサ追加リスト１４ｃに、ある特定の接触センサ５のセンサアドレスを設定する(Ｓ５)。この設定を接触センサの追加と称する。この接触センサの追加は、センサ値が閾値以上となった接触センサ５である閾値超過接触センサのセンサアドレス及び、この閾値超過接触センサと特定の位置関係にある接触センサ５のセンサアドレスを、センサ追加リスト１４ｃに設定することで行なう。この閾値超過接触センサと特定の位置関係にある接触センサ５とは、閾値超過接触センサである接触センサ５から１単位距離離れた全ての接触センサ５を言うものとする。ここでいう１単位距離離れたとは、例えば、複数の接触センサ５が面状に連続して配置されている場合、当該接触センサ５の周囲に隣接して配列されている接触センサ５を言い、２単位距離離れたとは、当該接触センサ５の周囲に隣接して配列されている接触センサ５の更に外側の周囲に隣接して配列されている当該接触センサ５を言う。接触センサ５の形状が正方形の場合は、１単位距離離れた接触センサ５は、当該接触センサ５の周囲縦横斜め方向に合計８個存在することになる。Ｓ４でセンサ値が、閾値を越えない場合は、接触センサの追加は行なわない。上記において、接触パラメータPtouchの値(閾値)は、接触が確実に行われていると言える状態における接触センサ５の出力を、実験的に或いは理論的に求めて定める。
【００４０】
次に、センサリスト設定部１２ｃが、センサ値の収集が済んでいない接触センサ５があるか否かを判断し(Ｓ６)、ある場合は、そのセンサアドレスの接触センサ５のセンサ値が収集されると共に(Ｓ７)、Ｓ４〜Ｓ６の処理が行なわれる。Ｓ６でセンサリスト１４ａに設定された全てのセンサアドレスの接触センサ５のセンサ値の収集が終了していると、センサリスト更新部１２ｄが、初期センサリスト１４ｂとセンサ追加リスト１４ｃとを用いて、センサリスト１４ａを更新する(Ｓ８)。この更新は、初期センサリスト１４ｂに登録されている全てのセンサアドレス及び、センサ追加リスト１４ｃに追加されている全てのセンサアドレスを、センサリスト１４ａに設定することにより行なわれる。
【００４１】
そして、センサリスト設定部１２ｃは、更新された後のセンサリスト１４ａの全てのセンサアドレスが初期センサリスト１４ｂと同じであるか否かを判断し(Ｓ９)、同じでない場合、即ち、この場合はセンサ追加リスト１４ｃにセンサアドレスが追加されている場合であるので、ハンドメカニズム１ａの指１ｂが把持対象物に接触している状態であり、更新されたセンサリスト１４ａに基づいて、Ｓ４〜Ｓ８の処理が行なわれる。
【００４２】
一方、更新された後のセンサリスト１４ａが初期センサリスト１４ｂと同じである場合は、センサ追加リスト１４ｃにセンサアドレスが追加されていない場合であり、センサ値が閾値以上である接触センサ５が全く存在しない場合であるので、この場合は、ハンドメカニズム１ａは把持対象物とは接触しておらず、把持を終了してハンドメカニズム１ａが把持対象物から離れていることがわかる。そこで、センサリスト設定部１２ｃは、情報収集モードをリセットすると共にセンサリスト１４ａをクリアするので (Ｓ１０)、センサ情報収集部１２ａは接触センサ５のセンサ値の収集を終了する。
【００４３】
尚、収集モードをリセットするかどうかの判断は、センサ値が閾値以上である接触センサ５が全く存在しなくなってから一定時間が経過したことを条件として行なってもよく、あるいは、カメラ４ａが接続された画像入力部１６から得られる画像によって把持対象物がカメラ４ａの視界から無くなったことを確認して行なうようにしてもよい。又、図５のフローには記載されていないが、上記の処理と平行して、把持制御部１２ｂは接触圧力が記録されているセンサリスト１４ａに基づき、ハンドメカニズム１ａの指１ｂの駆動制御情報を演算して駆動部１３に出力する。
【００４４】
上記の説明において、センサリスト設定部１２ｃによるセンサ追加リスト１４ｃへの接触センサの追加及び、センサリスト更新部１２ｄによる初期センサリスト１４ｂとセンサ追加リスト１４ｃとを用いたセンサリスト１４ａの更新処理は、具体的には、図６に示すように行なわれる。図６(0-0)は、ハンドメカニズム１ａの一つの指１ｂに備えられた接触センサ５の一部を示したものである。図６(0-0)に示すように、各接触センサ５の形状は正方形であり、これらの接触センサ５が相互に隣接して配置されている。これらの接触センサ５には、それぞれセンサアドレスが付与されており、例えば、図６(0-0)において、上から２行目で、左から３列目の接触センサ５のセンサアドレスは、023である。
【００４５】
図６(0-1)は、上記の接触センサ５の内、初期センサリスト１４ｂにセンサアドレスが登録された選択接触センサ５を示したものであり、太枠で囲まれた接触センサ５が登録されている選択接触センサ５である。この場合は、縦方向横方向とも１個おきに登録されている。
【００４６】
接触センサ５のセンサ値が収集される過程において、図６(1-1)に示すＡの接触センサ５のセンサ値が閾値を超えていた場合、センサリスト設定部１２ｃは、閾値超過接触センサであるＡの接触センサ５から１単位距離離れた接触センサ５、即ち、Ａの接触センサ５の周囲に配置されている全ての接触センサ５と、閾値超過接触センサであるＡの接触センサ５そのものとを、センサ追加リスト１４ｃに追加する。図６(1-2)は、センサ追加リスト１４ｃに追加された接触センサ５を示したものである。そして、センサリスト１４ａに設定された全ての接触センサ５のセンサ値の収集が終了した時点で、センサ追加リスト１４ｃが図６(1-2)のようであった場合、センサリスト更新部１２ｄが、図６(0-1)の初期センサリスト１４ｂと図６(1-2)のセンサ追加リスト１４ｃとを用いて、センサリスト１４ａを図６(1-3)のように更新する。即ち、図６(0-1)の初期センサリスト１４ｂに登録されている全てのセンサアドレス及び、図６(1-2)のセンサ追加リスト１４ｃに追加されている全てのセンサアドレスが、センサリスト１４ａに設定される。
【００４７】
次に、センサリスト１４ａの更新後における接触センサ５のセンサ値の収集の過程で、図６(2-1)に示すＢの接触センサ５のセンサ値が閾値を超えていた場合、センサリスト設定部により、図６(2-2)に示すように、Ｂの接触センサ５の周囲の接触センサ５がセンサ追加リスト１４ｃに追加される。そして、更新後のセンサリスト１４ａに設定された全ての接触センサ５のセンサ値の取得が終了した時点で、センサ追加リスト１４ｃが図６(2-2)のようであった場合、センサリスト１４ａは、センサリスト更新部１２ｄによる上記と同様の処理により、図６(2-3)のように更新される。同様にして、更に、センサリスト１４ａの更新後における接触センサ５のセンサ値の収集の過程で、図６(3-1)に示すＣの接触センサ５のセンサ値が閾値を超えていた場合、図６(3-2)に示すように、Ｃの接触センサ５の周囲の接触センサ５がセンサ追加リスト１４ｃに追加される。そして、更新後のセンサリスト１４ａに設定された全ての接触センサ５のセンサ値の取得が終了した時点で、センサ追加リスト１４ｃが図６(3-2)のようであった場合、センサリスト１４ａは図６(3-3)のように更新される。この際、図６(3-1)に示すＣ′の接触センサ５はセンサリスト１４ａから削除される。
【００４８】
以上に述べたように、上記のハンド(把持装置)１では、当初において、全ての接触センサの接触圧力を収集するのではなく、全ての接触センサの中から予め選択された選択接触センサのみの接触圧力を収集する。又、把持対象物が接触するハンドメカニズム１ａの接触部位の移動に伴って、センサ値を収集すべき接触センサ５のセンサアドレスを変更することができる。これにより、接触部位の移動に伴って、センサ値の収集が必要な位置の接触センサ５のセンサ値のみを収集する。そこで、把持制御に必要な情報を効率的に収集することができ、接触圧力の収集時間の短縮を図ることが可能となる。従って、上記のハンド(把持装置)１によれば、接触センサによる接触圧力の検知における面積分解能を落とすことなく、即ち、高い面積分解能を維持するのに必要な接触センサの使用個数を減らすことなく、接触センサの接触圧力の収集を効率的に行なえ、情報処理系の負担を軽減すると共に、接触圧力の収集時間の短縮を図って信頼性の高いデータを得ることにより、安定した把持制御を行なうことができる。
【００４９】
尚、上記においては、閾値超過接触センサと特定の位置関係にある接触センサ５として、閾値超過接触センサである接触センサ５から１単位距離離れた接触センサ５を用いているが、この距離を１単位距離以外の他の距離としてもよい。或いは、当該閾値超過接触センサが所属する指１ｂのエリアに備えられた全ての接触センサ５を用いるようにしてもよい。図７はこの場合の例を示したものであり、図７(4-1)のＥの接触センサ５のセンサ値が閾値を超えていた場合、図７(4-2)に示すように、当該閾値超過接触センサが所属する指１ｂのエリアに備えられた全ての接触センサ５がセンサ追加リスト１４ｃに追加される。
【００５０】
又、上記においては、センサリスト１４ａの更新処理は、初期センサリスト１４ｂに登録されている全てのセンサアドレス及び、センサ追加リスト１４ｃに追加されている全てのセンサアドレスを、センサリスト１４ａに設定することにより行なわれるが、センサ追加リスト１４ｃに設定されている全てのセンサアドレスのみをセンサリスト１４ａに設定する方法も考えられる。
【００５１】
＜実施の形態２＞
上記の実施の形態１においては、ハンド(把持装置)１はセンサリスト設定部１２ｃが、ハンド(把持装置)１の動作に必要な情報を収集するモードである情報収集モードのセットを行なうと、ハンドメカニズム１ａが把持対象物に接触しているか否かにかかわらず、すぐにセンサ収集部１２ａが接触センサ５のセンサ値の収集を始める構成として説明している。しかし、接触センサ５のセンサ値の収集が必要なのは、ハンドメカニズム１ａが把持対象物に接触した以降でよい。そこで、次に、この点に関する対策を施した実施の形態２について説明する。
【００５２】
実施の形態２におけるハンド(把持装置)は、上述した実施の形態１におけるハンド(把持装置)１とほとんど同じであり、先に説明した実施の形態１と異なるのは、図８の、当該実施の形態２における制御のシステム構成に示す通り、制御部１２に接触判断部１２ｅ(前述の接触判断手段に相当)を追加した点のみである。
【００５３】
この接触判断部１２ｅは、ハンドメカニズム１ａが把持対象物に接触したか否かを判断し、接触したことが判明した後は、上述した実施の形態１における、センサリスト設定部１２ｃによる情報収集モードのセット以降の動作が行なわれる。そこで、ここでは、接触判断部１２ｅについてのみ説明する。
【００５４】
接触判断部１２ｅとしては、２つの形態が考えられる。一つは、ハンドメカニズム１ａの全ての指１ｂに備えられている全ての接触センサ５又は、初期センサリストに設定されているセンサアドレスの接触センサ５の検知する接触圧力、即ち、センサ値を監視すると共に、いずれかのセンサ値が接触していない状態と異なる値を最初に示した場合、即ち、センサ値が最初に変化した時点で、ハンドメカニズム１ａが把持対象物に接触したと判断するものである。
【００５５】
もう一つの形態は、ハンドメカニズム１ａの複数の指１ｂを駆動する駆動部１３の全ての駆動負荷を監視し、いずれかの駆動負荷が最初に所定の値を超えたときに、ハンドメカニズム１ａが把持対象物に接触したと判断するものである。これは、ハンド(把持装置)が把持動作をするため、ハンドメカニズム１ａの指１ｂを動かす必要があるが、把持対象物への接触は、この動いている途中に生じ、接触により瞬間的に、駆動に用いられているモータ等に流れる電流が増加するので、この電流の増加等のような、駆動負荷が最初に所定値を超えた状態を検出することにより、ハンドメカニズム１ａの指１ｂが把持対象物に接触したことを検知するものである。この場合、ハンドメカニズム１ａの複数の指１ｂのみならず、アーム２の駆動負荷を監視の対象に含めることもできる。又、把持対象物に接触したか否かの判断を、カメラ４ａが接続された画像入力部１６から得られる画像によって行なうようにしてもよい。
【００５６】
＜実施の形態３＞
上記の実施の形態１において、初期センサリスト１４ｂは一種類しか用意されていないが、把持対象物の種類に応じて複数備えるようにしてもよい。次にこれを採用した実施の形態３について説明する。
【００５７】
実施の形態３におけるハンド(把持装置)は、最初に説明した実施の形態１におけるハンド(把持装置)とほとんど同じであり、先に説明した実施の形態１と異なるのは、図９の、当該実施の形態３における制御のシステム構成に示す通り、制御部１２に初期センサリスト選択部１２ｆ(前述の初期センサリスト選択手段に相当)を追加した点、及び、初期センサリスト１４ｂを把持対象物の種類に応じて複数備えた点のみである。
【００５８】
実施の形態３においては、処理部１１からの把持命令等により、把持制御部１２ｂが指１ｂの駆動等の制御を開始するのに際して、把持対象物の種類の選択指令が処理部１１から出力されるので、初期センサリスト選択部１２ｆは、この処理部１１からの選択指令により、複数の初期センサリスト１４ｂの中から一つを選択する。この初期センサリスト選択部１２ｆによる処理は、ハンド(把持装置)の全ての処理に先立って行なわれ、その後は、上述した処理が順に行なわれる。
【００５９】
図９には、実施の形態３における具体的な初期センサリスト１４ｂの例が示されている。この例では、把持対象物として、缶、ペン、及び、ネジを採りあげ、これらに対するハンドメカニズム１ａの動作の状態が、図１０の上段に、又、センサ値の収集が必要な接触センサ５が、図１０の下段に示されている。これらの接触センサ５は必要なもののみに絞り込まれているので、これらの初期センサリスト１４ｂを用いることにより、センサ値の収集を効率化することができる。
【００６０】
尚、処理部１１が選択指令を発するに際しては、把持対象物を外部から予め指定する方法や、カメラ４ａが接続された画像入力部１６から得られる画像によって処理部１１が自ら決定する方法等が考えられる。
【００６１】
以上説明した把持装置は、該把持装置を機能させるためのプログラムで実現されている。
【００６２】
発明の対象とするのは、このプログラムそのものであってもよいし、このプログラムがコンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納されているものであってもよい。
【００６３】
本発明では、この記録媒体として、図２に示す制御部（マイクロコンピュータ）１２で処理が行なわれるために必要なメモリ、例えばＲＯＭのようなものそのものがプログラムメディアであってもよいし、また、図示していない外部記憶装置としてプログラム読み取り装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することで読み取り可能なプログラムメディアであってもよい。本発明では、図２に示す記録部１４に備えられたメモリがプログラムメディアとなっている。いずれの場合においても、格納されているプログラムはマイクロコンピュータがアクセスして実行させる構成であってもよいし、あるいはいずれの場合もプログラムを読み出し、読み出されたプログラムは、マイクロコンピュータの図示しないプログラム記憶エリアにロードされて、そのプログラムが実行される方式であってもよい。このロード用のプログラムは予め本体装置である制御部１２に格納されているものとする。
【００６４】
ここで、上記プログラムメディアは、本体と分離可能に構成される記録媒体であり、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、ＦＤ（フレキシブルディスク）やＨＤ（ハードディスク）等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ等の光ディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ等による半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する媒体であってもよい。
【００６５】
また、本発明においては、インターネットを含む通信ネットワークと接続可能なシステム構成であることから、通信ネットワークからプログラムをダウンロードするように流動的にプログラムを担持する媒体であってもよい。なお、このように通信ネットワークからプログラムをダウンロードする場合には、そのダウンロード用プログラムは予め装置本体に格納しておくか、あるいは別の記録媒体からインストールされるものであってもよい。なお、記録媒体に格納されている内容としてはプログラムに限定されず、データであってもよい。
【００６６】
さらに、本発明では、プログラム自体として、図２に示す制御部（マイクロコンピュータ）１２で実行される処理そのものであってもよいし、あるいはインターネットを含む通信ネットワークとアクセスすることで取り込める、あるいは取り込めたものであってもよいし、こちらから送り出すものであってもよい。さらには、この取り込んだプログラムに基づいて、上記把持装置内で処理された結果、つまり生成されたものであってもよい。あるいは、こちらから送り出す際に上記把持装置内で処理された結果、つまり生成されたものであってもよい。なお、これらのものはプログラムに限定されず、データであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の把持装置及び把持制御方法並びに把持制御プログラムは、工場等の生産現場等での使用に活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】(ａ)は実施の形態１における人型ロボットの概観図、(ｂ)はその一部であるハンド(把持装置)のハンドメカニズムの概観図である。
【図２】実施の形態１における人型ロボットの制御のシステム構成図である。
【図３】実施の形態１におけるハンド(把持装置)の制御のシステム構成図である。
【図４】実施の形態１における接触センサの回路構成図である。
【図５】実施の形態１におけるハンド(把持装置)の動作フローチャートである。
【図６】実施の形態１におけるセンサリストの更新処理の説明図である。
【図７】実施の形態１におけるセンサリストの更新処理の他の例の説明図である。
【図８】実施の形態２におけるハンド(把持装置)の制御のシステム構成図である。
【図９】実施の形態３におけるハンド(把持装置)の制御のシステム構成図である。
【図１０】実施の形態３における初期センサリストの説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１    ハンド(把持装置)
１ａ    ハンドメカニズム
１ｂ    指
２    アーム
３    ボディ
４    ヘッド
４ａ    カメラ
５    接触センサ
１０    人型ロボット
１１    処理部
１２    制御部
１２ａ    センサ情報収集部
１２ｂ    把持制御部
１２ｃ    センサリスト設定部
１２ｄ    センサリスト更新部
１２ｅ    接触判断部
１２ｆ    初期センサリスト選択部
１３    駆動部
１４    記録部
１４ａ    センサリスト
１４ｂ    初期センサリスト
１４ｃ    センサ追加リスト
１５    センサ部
１６    画像入力部
１７    電源部
【図１】
2005262411.tif 000003
【図２】
2005262411.tif 000004
【図３】
2005262411.tif 000005
【図４】
2005262411.tif 000006
【図５】
2005262411.tif 000007
【図６】
2005262411.tif 000008
【図７】
2005262411.tif 000009
【図８】
2005262411.tif 000010
【図９】
2005262411.tif 000011
【図１０】
2005262411.tif 000012