(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周りから円筒拘束または直動拘束またはねじ拘束を受けた作業対象物体の挿入および引き出し操作を行うマニピュレータの制御装置であって、
先端にハンドを備えたマニピュレータを、入力される指令に従ってコンプライアンス制御するマニピュレータ制御部と、
把持命令を受けて、前記マニピュレータ制御部に前記ハンドにより前記作業対象物体を把持させる指令を生成する把持指令生成部と、
移動命令を受けて、前記マニピュレータ制御部に前記マニピュレータを移動させる指令を生成する移動指令生成部と、
ハンド部分に設定したハンド座標系の位置姿勢を検出するハンド位置姿勢検出手段と、
制御装置の制御周期毎の前記ハンドの位置姿勢を記憶する位置姿勢記憶部と、
前記位置姿勢記憶部より得られる複数の座標位置姿勢から、前記作業対象物体が挿入又は引き出される穴の実際の軸方向を算出して、前記移動指令生成部に送る軸方向算出演算部とを有し、
前記移動指令生成部は、移動命令を受けて、前記マニピュレータ制御部に前記マニピュレータを前記実際の軸方向に沿って移動させる指令を生成する、マニピュレータの制御装置。
【請求項２】
周りから円筒拘束または直動拘束またはねじ拘束を受けた作業対象物体の挿入および引き出し操作を行うマニピュレータの制御装置であって、
多指ハンドを備えたマニピュレータを、入力される指令に従ってコンプライアンス制御するマニピュレータ制御部と、
把持命令を受けて、前記マニピュレータ制御部に前記多指ハンドにより前記作業対象物体を把持させる指令を生成する把持指令生成部と、
移動命令を受けて、前記マニピュレータ制御部に前記マニピュレータを移動させる指令を生成する移動指令生成部と、
指先位置検出手段とハンド座標算出手段によりハンドに設定した座標系の位置姿勢を算出するハンド位置姿勢検出手段と、
制御装置の制御周期毎の前記多指ハンドの位置姿勢を記憶する位置姿勢記憶部と、
前記位置姿勢記憶部より得られる複数の座標の位置姿勢から、前記作業対象物体が挿入又は引き出される穴の実際の軸方向を算出して、前記移動指令生成部に送る軸方向算出演算部とを有し、
前記移動指令生成部は、移動命令を受けて、前記マニピュレータ制御部に前記マニピュレータを前記実際の軸方向に沿って移動させる指令を生成する、マニピュレータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
マニピュレータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットで組立動作を行うとき、穴に差し込んである物体を抜き取る作業を行うことがある。この作業では、抜き取る方向以外に力が加わると、物体が穴に噛んで抜けにくくなることがあるが、物体を把持するエンドエフェクタ部分にコンプライアンス（柔らかさ）を持たせて加わる力を吸収する機能を備えさせ、無理な力が加わるのを防ぐ方法があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、抜き取る方向がずれていた場合、抜き取っていくにつれて方向の誤差が位置の誤差となってあらわれるため、エンドエフェクタ部分がバネもしくは仮想バネ機構によるコンプライアンス特性を持っていたとしても力を吸収できなくなり、結局は物体が穴に噛んで抜けにくくなるという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、無理な力が加わらずに挿入および引き出し動作を行うことができるマニピュレータの制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のマニピュレータの制御装置は、周りから円筒拘束または直動拘束またはねじ拘束を受けた作業対象物体の挿入および引き出し操作を行うマニピュレータの制御装置であって、先端にハンドを備えたマニピュレータを、入力される指令に従ってコンプライアンス制御するマニピュレータ制御部と、把持命令を受けて、マニピュレータ制御部にハンドにより作業対象物体を把持させる指令を生成する把持指令生成部と、移動命令を受けて、マニピュレータ制御部にマニピュレータを移動させる指令を生成する移動指令生成部と、ハンド部分に設定したハンド座標系の位置姿勢を検出するハンド位置姿勢検出手段と、制御装置の制御周期毎のハンドの位置姿勢を記憶する位置姿勢記憶部と、位置姿勢記憶部より得られる複数の座標位置姿勢から、作業対象物体が挿入又は引き出される穴の実際の軸方向を算出して、移動指令生成部に送る軸方向算出演算部とを有し、移動指令生成部は、移動命令を受けて、マニピュレータ制御部にマニピュレータを実際の軸方向に沿って移動させる指令を生成する。
【０００６】
また、周りから円筒拘束または直動拘束またはねじ拘束を受けた作業対象物体の挿入および引き出し操作を行うマニピュレータの制御装置であって、多指ハンドを備えたマニピュレータを、入力される指令に従ってコンプライアンス制御するマニピュレータ制御部と、把持命令を受けて、マニピュレータ制御部に多指ハンドにより作業対象物体を把持させる指令を生成する把持指令生成部と、移動命令を受けて、マニピュレータ制御部にマニピュレータを移動させる指令を生成する移動指令生成部と、指先位置検出手段とハンド座標算出手段によりハンドに設定した座標系の位置姿勢を算出するハンド位置姿勢検出手段と、制御装置の制御周期毎の多指ハンドの位置姿勢を記憶する位置姿勢記憶部と、位置姿勢記憶部より得られる複数の座標の位置姿勢から、作業対象物体が挿入又は引き出される穴の実際の軸方向を算出して、移動指令生成部に送る軸方向算出演算部とを有し、移動指令生成部は、移動命令を受けて、マニピュレータ制御部にマニピュレータを実際の軸方向に沿って移動させる指令を生成してもよい。
【０００７】
従って、先端のハンド部にコンプライアンス特性を備えたマニピュレータにおいて、円筒拘束、直動拘束、ねじ拘束を持った部品間の挿入および引き出し操作を行うにあたり、拘束の拘束軸を推定することによって、推定した方向に挿入および引き出しの方向を修正することができる。
【０００８】
また、マニピュレータが、指先にコンプライアンス特性を備え、かつ指先位置の検出手段を備える複数指を有するハンドを備えたものであっても、適用できる。
【０００９】
上記手段により、移動軸方向が指令とずれていた場合でも、動作の過程で方向が修正され、無理な力が加わらずに挿入および引き出し動作を行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１１】
（発明の第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態のブロック構成図とマニピュレータの斜視図、図２は本発明における方向算出方法の説明図である。
【００１２】
本発明の第１の実施の形態のマニピュレータの制御装置１００は、先端のハンド１にコンプライアンス特性を備えたマニピュレータ２を、入力される指令に従ってコンプライアンス制御するマニピュレータ制御部３と、把持命令４を受けて、マニピュレータ制御部３にハンド１により作業対象物体８を把持させる指令を生成する把持指令生成部６と、移動命令５を受けて、マニピュレータ制御部３にマニピュレータ２を軸方向に沿って移動させる指令を生成する移動指令生成部７と、指令する軸方向に沿って移動指令を実行し、指令する軸方向１０が作業対象物体８の実際の拘束にしたがった軸方向とずれていると、ずれの分だけ作業対象物体８とハンド１には力が加わり、ハンド１がコンプライアンス特性を備えていることにより、ハンド１は実際の軸方向１７に沿って動き、微少移動後のハンド１の位置姿勢をハンド座標系１４の位置によって検出するハンド位置姿勢検出手段１１と、微少移動毎のハンド１の位置姿勢を記憶する位置姿勢記憶部１２と、移動（抜取）方向の修正命令９を受けて、位置姿勢記憶部１２より得られる複数のハンド１の位置姿勢から、実際に移動した軸方向１７を算出し、実際に移動した軸方向１７を移動指令生成部５に送る軸方向算出演算部とから構成され、  移動指令生成部は、移動命令５を受けて、マニピュレータ制御部３にマニピュレータ２を実際に移動した軸方向１７に沿って移動させる指令を生成する。
【００１３】
次に、本発明の第１の実施の形態のマニピュレータの制御装置１００の動作について説明する。
【００１４】
図１において、マニピュレータ制御部３は、入力される指令に従ってハンド１を備えたマニピュレータ２をコンプライアンス制御する。ここで、ハンド位置姿勢検出手段１１は、ハンド部分に設定したハンド座標系１４の位置姿勢を検出する。作業対象物体８は、周りから直動拘束を受けている。本発明の方法によって、作業対象物体８の挿入および引き出し動作を行うには、まず、把持命令４によってハンドに作業対象物体８を把持させ、その後移動命令５によってマニピュレータ２を指令する軸方向１０に沿って移動させる。把持指令生成部６と移動指令生成部７は、各命令を受けてマニピュレータ制御部にマニピュレータ２を動作させる指令を生成する。ここで、移動（抜取）方向の修正命令９を出して、移動命令５で指定された指令する軸方向１０を修正する。
【００１５】
以下、移動方向の修正方向を詳細に説明する。図２において、初めハンド座標系は作業対象物体８を把持して初めのハンド座標系の位置１５にある。ここで、指令する軸方向１０に沿って移動指令を実行したとき、この方向が作業対象物体８の実際の拘束にしたがった移動軸方向とずれていると、ずれの分だけ作業対象物体８とハンド１には力が加わるが、マニピュレータ２がコンプライアンス特性を備えているので、ハンド１は実際の軸方向１７に沿って動き、微少移動後のハンド座標系の位置１６に移動する。この際、ハンド１の位置姿勢検出手段１１によってハンド座標系の位置（ハンド１の位置姿勢）１５、１６が検出されると、実際に移動した方向が算出できる。この移動の際、ハンド１が作業対象物体８を把持しており、ハンド１と作業対象物体８との位置関係が変わらなければ、実際に移動した方向が、実際の移動軸方向１７を示す。図１の位置姿勢記憶部１２ではこうした微少移動毎にハンド位置姿勢を記憶し、軸方向算出演算部１３では位置姿勢記憶部１２より得られる複数の座標位置姿勢から、実際に移動した軸方向１７を算出する。こうして実際に移動した軸方向１７が算出されると、移動中の随時、この実際に移動した軸方向１７は移動指令生成部７に送られ、移動指令生成部７の軸方向の指令値として新たに使われる。したがって、指令する軸方向１０を実際の軸方向１７に修正しながら移動命令５を実行することができる。
【００１６】
作業対象物体８の受ける拘束が円筒拘束やねじ拘束の場合も、ハンドに設定したハンド座標系１４の位置および姿勢の軌跡を検出することによって、拘束の軸方向が計算により推定できる。これらの算出方法については、既存の方法があるのでここでは述ベない。
【００１７】
（発明の第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態のブロック構成図とマニピュレータの斜視図、図４は多指ハンドにおけるハンド位置姿勢検出手段の説明図である。
【００１８】
本方法が有効に働くには、ハンドが把持物体を確実に把持して、ハンドと作業対象物体８との位置関係が変わらないことが必要である。様々な物体を確実に把持するのに、多指ハンドを使う方法がある。図３に示すように、マニピュレータが多指ハンド１８を備え、各指にもコンプライアンス特性を備えさせると、同様の方法で作業対象物体８を操作することができる。
【００１９】
本発明の第２の実施の形態のマニピュレータの制御装置２００は、先端の多指ハンド１８の各指にコンプライアンス特性を備えたマニピュレータ２を、入力される指令に従ってコンプライアンス制御するマニピュレータ制御部３と、把持命令４を受けて、マニピュレータ制御部３に多指ハンド１８により作業対象物体８を把持させる指令を生成する把持指令生成部６と、移動命令５を受けて、マニピュレータ制御部３にマニピュレータ２を軸方向に沿って移動させる指令を生成する移動指令生成部５と、指令する軸方向１０に沿って移動指令を実行し、指令する軸方向１０が作業対象物体８の実際の拘束にしたがった軸方向とずれていると、ずれの分だけ作業対象物体８と多指ハンド１８には力が加わり、多指ハンド１８がコンプライアンス特性を備えていることにより、多指ハンド１８は実際の軸方向に沿って動き、微少移動後の多指ハンド１８の位置姿勢を指先位置検出手段とハンド座標系１４の位置によって検出するハンド位置姿勢検出手段１１と、微少移動毎の多指ハンド１８の位置姿勢を記憶する位置姿勢記憶部１２と、移動（抜取）方向の修正命令９を受けて、位置姿勢記憶部１２より得られる複数の多指ハンド１８の位置姿勢から、実際に移動した軸方向を算出し、実際に移動した軸方向を移動指令生成部７に送る軸方向算出演算部１３とから構成され、
移動指令生成部７は、移動命令５を受けて、マニピュレータ制御部３にマニピュレータ２を実際に移動した軸方向に沿って移動させる指令を生成する。
【００２０】
次に、本発明の第２の実施の形態のマニピュレータの制御装置２００の動作について説明する。
【００２１】
図３において、マニピュレータ２は多指ハンド１８を備え、マニピュレータ制御部３は、多指ハンド１８の各指をコンプライアンス制御する。ここで、ハンド位置姿勢検出手段１１は、指先位置検出手段とハンド座標算出手段よりハンドに設定した座標系の位置姿勢を算出する。図４において、丸印○は多指ハンド１８の指先位置を表し、作業対象物体８を把持したとき、各指先は、物体表面に接している。多指ハンド１８の指先が、適当なコンプライアンス特性を備えるようにコンプライアンス制御され、かつ適当な把持力をもって作業対象物体８を把持していれば、指先と作業対象物体８との位置関係は保たれる。多指ハンド１８が３本指を備えていれば、３本指の指先位置より３本指の指先のなす平面１９が一意に定まり、図心などの基準点を設けることによってハンドの座標系１４が規定できる。このマニピュレータ２と制御装置においても、前述の図１、図２に示した方法で、指令する軸方向１０を実際の軸方向に修正しながら移動命令を実行することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、先端のハンド部にコンプライアンス特性を備えたマニピュレータにおいて、円筒拘束、直動拘束、ねじ拘束を持った部品間の挿入および引き出し操作を行うにあたり、拘束の拘束軸を推定することによって、推定した方向に挿入および引き出しの方向を修正することができるという効果がある。
【００２３】
また、マニピュレータが、指先にコンプライアンス特性を備え、かつ指先位置の検出手段を備える複数指を有するハンドを備えたものであっても、適用できる。
【００２４】
即ち、移動軸方向が指令とずれていた場合でも、指令する動作の軸方向が随時修正されるので、移動の際の位置ずれが大きくならず、したがって無理な力が加わらずに挿入および引き出し動作を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のブロック構成図とマニピュレータの斜視図である。
【図２】本発明における方向算出方法の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のブロック構成図とマニピュレータの斜視図である。
【図４】多指ハンドにおけるハンド位置姿勢検出手段の説明図である。
【符合の説明】
１    ハンド
２    マニピュレータ
３    マニピュレータ制御部
４    把持命令
５    移動命令
６    把持指令生成部
７    移動指令生成部
８    作業対象物体
９    移動（抜取）方向の修正命令
１０    指令する軸方向
１１    ハンド位置姿勢検出手段
１２    位置姿勢記憶部
１３    軸方向算出演算部
１４    ハンド座標系
１５    初めのハンド座標系位置
１６    微少移動後のハンド座標系位置
１７    実際の軸方向
１８    多指ハンド
１９    ３本指の指先のなす平面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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