(57)【要約】【課題】把持している物体や指に外界から力が慟いても、正しく把持力を発生させて、把持状態を保つことのできる多関節多指ハンドの把持制御方法を提供する。【解決手段】多関節指ハンドの把持制御方法において、２本ないし４本指の指先で物体を把持するにあたり、把持に用いる把持指の各指先力を力検出手段２２で検出し、各指先力について他の把持指に向かうベクトル方向成分を抽出し、各指で抽出された前記成分のベクトル方向が同じものを一対の組とし、その力の組で相殺し合う部分のみを把持力とみなし、把持力とみなした成分を該当する指で合計したものをその指の発生する把持力とする把持力抽出手段２３を用い、この把持力抽出手段２３で得られた把持力が目標とする把持力２４に追従するように力制御もしくはコンプライアンス制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多関節指を複数有する多関節多指ハンドの把持制御方法において、２本ないし４本指の指先で物体を把持するにあたり、把持に用いる把持指の各指先力を検出し、各指先力について他の把持指に向かうベクトル方向成分を抽出し、各指で抽出された前記成分のベクトル方向が同じものを一対の組とし、その力の組で相殺し合う部分のみを把持力とみなし、把持力とみなした成分を該当する指で合計したものをその指の発生する把持力とする把持力抽出方法を用い、この把持力抽出方法で得られた把持力が、目標とする把持力に追従するように力制御もしくはコンプライアンス制御を行うことを特徴とする多関節多指ハンドの把持制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンドによって物体を把持するロボットの多関節多指ハンドの把持制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３（ａ）のように、多関節多指ハンド（以下単に「多指ハンド」という）の指先で物体を挟んで把持するとき、把持力Ｆ1iとＦ2iを十分働かせることによって摩擦力を大きくし、横方向から外力Ｆexが加わっても滑りが生じないようにすることができる。ここで、把持力とは、把持を行う指の間で釣り合って、合力を生じない力をいう。図３（ｂ）のように、外力と把持力が同方向に働いて干渉する場合にも、さらに横方向の外力が加わることは当然想定されるので、把持力は必要である。この場合、実際に指が発生している力のうち把持力はどれだけかを求め、目標の把持力となるように制御しなければならない。
【０００３】
指の発生している力を外力と把持力に分解する時、従来は、疑似逆行列を使った計算方法によって行っていた。この方法は、１自由度の場合、力Ｆ1と力Ｆ2において、合力Ｆ0が
Ｆ0＝Ｗ  ［Ｆ1  Ｆ2］T    （［  ］T：転置行列）          （式１）
Ｗ＝［１  １］                                           （式２）
と表される時、Ｆ1とＦ2をそれぞれの外力成分Ｆ1o，Ｆ2oと内力成分Ｆ1i，Ｆ2iに分解するのに、Ｗの疑似逆行列Ｗ＃を使った数学的解法で
［Ｆ1o  Ｆ2o］T＝  Ｗ＃Ｆ0                               （式３）
［Ｆ1i  Ｆ2i］T＝  ［Ｆ1  Ｆ2］T  −  ［Ｆ1o  Ｆ2o］T    （式４）
として求めるものである。ここで疑似逆行列Ｗ＃とは、
Ｗ＃＝ＷT  （Ｗ  ＷT）-1    （［  ］-1  ：逆行列）       （式５）
であるので、式２の数値では、Ｗ＃＝［１／２  １／２］T  となり、式３によって合力Ｆ0がＦ1oとＦ2oに均等に配分される。式４によって内力成分を求め、これを把持力とする。
【０００４】
ところが、上記の方法では始めに外力を配分してから残りを把持力とするため、外力と把持力が相殺し合うような、実際には発生していない力を結果として算出する場合がある。図３（ｃ）のように、指１が下方向に大きさ３の力Ｆ1、指２が上方向に大きさ１の力Ｆ2を発生して、上方向の大きさ２の外力Ｆexと釣り合っている時、上記の計算によれば、上方向を正方向とすると式１より合力Ｆ0はＦ0＝−２であり、式３よりＦ1o＝Ｆ2o＝−１、式４より−Ｆ1i＝Ｆ2i＝２となり、大きさ２の把持力が発生しているように計算される。しかし、指２で実際には大きさ１の力しか発生していない。計算通りの力が実際には働いていないので、外力Ｆexが変化して横方向の成分が加わると、指２と物体との間で予想外の滑りが生じて物体を把持し続けることができず、物体を落としてしまうこともありうる。このように、従来の計算方法に基づいて把持力を制御しようとすると、実際には予想通りの力は発生せずに、外乱に弱い把持状態となってしまう問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の解決課題は、把持している物体や指に外界から力が慟いても、正しく把持力を発生させて、把持状態を保つことのできる多関節多指ハンドの把持制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するための手段は、多関節指を複数有する多関節多指ハンドの把持制御方法において、２本ないし４本指の指先で物体を把持するにあたり、把持に用いる把持指の各指先力を検出し、各指先力について他の把持指に向かうベクトル方向成分を抽出し、各指で抽出された前記成分のベクトル方向が同じものを一対の組とし、その力の組で相殺し合う部分のみを把持力とみなし、把持力とみなした成分を該当する指で合計したものをその指の発生する把持力とする把持力抽出方法を用い、この把持力抽出方法で得られた把持力が、目標とする把持力に追従するように力制御もしくはコンプライアンス制御を行うことを特徴とする多関節多指ハンドの把持制御方法である。
【０００７】
上記手段により、実際に発生している指先力から把持力を抽出し、この把持力が目標とする把持力に追従するように制御するので、外界から力が働いた場合にも把持指と把持物体との間に力が働いて摩擦力を発生させて、滑りが生じずに把持状態が保たれる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の手段によれば、実際に発生している力から把持力を抽出し、これが目標把持力に従うように把持指を制御するので、外界から力が働いた場合にも把持指と把持物体との間に力が働いて摩擦力を発生させて、滑りが生じずに把持状態が保たれるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を、図面に示す実施例に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施例を示すブロック図、図２は実施例における把持力抽出方法の説明図である。
【００１１】
図１において、多指ハンド２１の三本指で物体を把持する時、ハンドに備えた力検出手段２２によって、各指先の発生している力を検出する。検出された力から、把持力抽出手段２３によって把持力成分が取り出されると、この把持力が目標把持力２４に従うよう、把持力制御２５が指先の発生把持力を制御する。制御方法としては、目標把持力と抽出された把持力の差分をとって、足りない力を加える、または、余分な力を減じるようにする手法や、インピーダンス制御の応用手法を使う方法がある。
【００１２】
以下、図２で把持力分解方法を説明する。三本指の指先１１、１２、１３において、図２（ａ）の太矢印で示した力が力検出手段２２によって検出された時、指先１１では他の指先１２、１３に向かう方向成分１１２と１１３に分解する。指先１２および１３でも同様に他の指先に向かう方向成分１２１と１２３、および１３１と１３２に分解する。指先１１から指先１２に向かう力成分１１２と、指先１２から指先１１に向かう力成分１２１は、ベクトル方向が同じ一対の組とし、同様に１２３と１３２、１３１と１１３は組である。これら力の組において、相殺し合う部分のみを把持力とみなす。図２（ｂ）に示す太矢印が、相殺し合う部分である。１１２と１２１の組、１２３と１３２の組では力が向き合う方向に働いているので相殺する成分があって、これを把持力とみなすが、１３１と１１３の組では力が同方向に働いているので力は相殺されず、従って把持力とはみなさない。これらの把持力成分を各指先で合計したものが各指先における把持力で、図２（ｃ）の太矢印で示した。
【００１３】
以上、三本指の実施例を説明したが、この場合、成分分解によって得られるベクトルの方向が同じ３対の力の組から把持力を抽出した。同様にして、二本指の場合は１対の組、四本指の場合は６対の組から、把持力を抽出でき、把持状態を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例における把持力抽出方法の説明図であり、（ａ）成分分解方法の説明図、（ｂ）把持力成分抽出の説明図、（ｃ）指毎の把持力算出の説明図である。
【図３】把持力の説明図であり、（ａ）把持力の効果の説明図、（ｂ）外力と把持力が同方向に働く場合の説明図、（ｃ）本発明が解決しようとする課題の説明図である。
【符号の説明】
【００１５】
１１，１２，１３  多指ハンドの指先、２１  多指ハンド、２２  多指ハンドの力検出手段、２３  把持力抽出手段、２４  目標把持力、２５  把持力制御
【図１】
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【図２】
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【図３】
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