(57)【要約】【課題】簡単な構成でありながら各指部の周辺の状況を把握しつつ複数の指部の位置及び姿勢を制御することができるロボットハンドの制御装置を提供する。【解決手段】各指部Ｆに設置された物体検知センサ９及び１０のＬＥＤを発光させ、これら物体検知センサ９及び１０により各指部Ｆの近傍に存在する物体が検知される。カメラ２によりロボットハンドＨの全体が撮像され、得られた画像における各物体検知センサ９及び１０のＬＥＤの位置に基づいて複数の指部Ｆの位置が画像処理回路３により検出される。制御回路４は、画像処理回路３で検出された各指部Ｆの位置に基づいてロボットハンドＨの現在の位置及び姿勢を把握し、さらに、各物体検知センサ９及び１０による物体検知の情報に基づいて各指部Ｆが所望の位置へ移動するように駆動回路１を制御する。【選択図】図１
2009142902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の指部を有するロボットハンドの位置及び姿勢を制御する装置であって、
前記複数の指部を駆動するための駆動回路と、
前記複数の指部にそれぞれ設置されると共にそれぞれ発光体を用いた複数の物体検知センサと
前記ロボットハンドを撮影する撮像装置と、
前記撮像装置により得られた画像における前記複数の物体検知センサの発光体の位置に基づいて前記複数の指部の位置を検出する画像処理回路と、
前記画像処理回路により検出された前記複数の指部の位置と前記複数の物体検知センサからの検知信号とに基づいて前記複数の指部を所望の位置へと移動させるように前記駆動回路を制御する制御回路と
を備えたことを特徴とするロボットハンドの制御装置。
【請求項２】
前記複数の指部は、それぞれ前記物体検知センサの周辺部が前記物体検知センサの発光体から発せられる光に対して透明である請求項１に記載のロボットハンドの制御装置。
【請求項３】
前記複数の物体検知センサは、それぞれ前記発光体から発せられる光を拡散させる拡散部材を有する請求項１または２に記載のロボットハンドの制御装置。
【請求項４】
前記複数の物体検知センサは、それぞれ他の物体検知センサとの干渉を防止するために前記発光体から互いに異なる波長の光または変調された光を発する請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットハンドの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロボットハンドの制御装置に係り、特に複数の指部を有する多指ハンドの位置及び姿勢を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の指部を有するロボットハンドにより把持対象物を把持したり、操作対象物に対して操作を行うためには、複数の指部の位置及び姿勢を正確に制御する必要がある。
特許文献１には、モーションキャプチャ装置を利用して多関節ロボットの動作データを得る装置が開示されている。モーションキャプチャ装置は、例えば実演者に取り付けられた多数のセンサにより実演者の位置及び姿勢を経時的に検出し、検出された位置及び姿勢に基づいて動作データを生成する。これにより、実演者の動作を反映した動作を多関節ロボットに実行させることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９８７０９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、ロボットハンドの複数の指部を動作させて把持対象物や操作対象物をハンドリングする際には、各指部とこれらの対象物あるいは周辺に存在する物体との距離等を把握する必要がある。このため、特許文献１のような装置を用いて複数の指部の動作を行わせても、各指部の周辺の状況を把握するためのセンサを別個に設置しなければならず、ロボットハンド及び周辺装置の構成が複雑になるという問題がある。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、簡単な構成でありながら各指部の周辺の状況を把握しつつ複数の指部の位置及び姿勢を制御することができるロボットハンドの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係るロボットハンドの制御装置は、複数の指部を有するロボットハンドの位置及び姿勢を制御する装置であって、複数の指部を駆動するための駆動回路と、複数の指部にそれぞれ設置されると共にそれぞれ発光体を用いた複数の物体検知センサと、ロボットハンドを撮影する撮像装置と、撮像装置により得られた画像における複数の物体検知センサの発光体の位置に基づいて複数の指部の位置を検出する画像処理回路と、画像処理回路により検出された複数の指部の位置と複数の物体検知センサからの検知信号とに基づいて複数の指部を所望の位置へと移動させるように駆動回路を制御する制御回路とを備えたものである。
【０００６】
複数の指部は、それぞれ物体検知センサの周辺部が物体検知センサの発光体から発せられる光に対して透明であることが好ましい。
複数の物体検知センサは、それぞれ発光体から発せられる光を拡散させる拡散部材を有することができる。
また、複数の物体検知センサは、それぞれ他の物体検知センサとの干渉を防止するために発光体から互いに異なる波長の光または変調された光を発するように構成することができる。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、複数の指部にそれぞれ設置された物体検知センサの発光体を利用して各指部の位置を検出するため、簡単な構成でありながら各指部の周辺の状況を把握しつつ複数の指部の位置及び姿勢を制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係るロボットハンドの制御装置の構成を示す。ロボットハンドＨは、それぞれ超音波アクチュエータにより駆動される複数の指部Ｆを有しており、各指部Ｆの超音波アクチュエータに駆動回路１が接続されている。また、ロボットハンドＨの近傍には、ロボットハンドＨの動作範囲を視野内に含めるように撮像装置としてカメラ２が配置されている。カメラ２には、画像処理回路３を介して制御回路４が接続され、制御回路４に駆動回路１が接続されている。
【０００９】
ロボットハンドＨの各指部Ｆの構成を図２に示す。各指部Ｆは、互いに順次連結された第１節Ｃ１、第２節Ｃ２及び第３節Ｃ３を有している。第１節Ｃ１は、この第１節Ｃ１に対して第２節Ｃ２を移動させるための第１の超音波アクチュエータＵ１を構成する振動子５と回転子６を有しており、回転子６に第２節Ｃ２が固定されている。同様に、第２節Ｃ２は、この第２節Ｃ２に対して第３節Ｃ３を移動させるための第２の超音波アクチュエータＵ２を構成する振動子７と回転子８を有しており、回転子８に第３節Ｃ３が固定されている。
【００１０】
第２節Ｃ２の中間部及び第３節Ｃ３の先端部には、それぞれＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた物体検知センサ９及び１０が設置されている。これらの物体検知センサ９及び１０は、ＬＥＤから発した光の反射光を捉えることにより、所定範囲内の物体の存在あるいは物体までの距離を検知するものである。
そして、第１の超音波アクチュエータＵ１の振動子５と第２の超音波アクチュエータＵ２の振動子７が駆動回路１に接続され、物体検知センサ９及び１０が制御回路４に接続されている。
【００１１】
ここで、図３に第１の超音波アクチュエータＵ１の構造を示す。基部１１と固定子１２との間に振動子５が挟持され、基部１１と固定子１２とが振動子５内に通された連結ボルト１３を介して互いに連結されている。固定子１２には、振動子５に接する面とは反対側に凹部１４が形成されており、この凹部１４内に略球体状の回転子６の下部が収容されている。
【００１２】
固定子１２の凹部１４内には、環状の段差１５が形成されており、回転子６はこの凹部１４の段差１５に当接した状態で回転可能に支持されている。この回転子６に第２節Ｃ２が固定され、第２節Ｃ２の外周部と固定子１２とを連結する保持部材１６によって回転子６が固定子１２の段差１５に対して加圧接触されている。
【００１３】
振動子５は、互いに重ね合わされた平板状の第１〜第３の圧電素子部５１〜５３を有しており、これら圧電素子部５１〜５３のうち少なくとも２つの圧電素子部に駆動回路１から超音波アクチュエータＵ１の固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加することにより、固定子１２の段差１５に超音波振動が発生し、摩擦力を介して回転子６を任意の方向に回転することができる。この回転子６の回転に伴って第２節Ｃ２が移動する。
【００１４】
第２の超音波アクチュエータＵ２は、第１の超音波アクチュエータＵ１と同様の構成を有し、振動子７を形成する第１〜第３の圧電素子部のうち少なくとも２つの圧電素子部に駆動回路１から超音波アクチュエータＵ２の固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加することにより、回転子８を任意の方向に回転することができる。この回転子８の回転に伴って第３節Ｃ３が移動する。
【００１５】
次に、この実施の形態１の動作について説明する。
駆動回路１から印加される交流電圧に基づいてロボットハンドＨの各指部Ｆの超音波アクチュエータＵ１及びＵ２が駆動され、これによりロボットハンドＨの位置及び姿勢が制御される。
このとき、各指部Ｆに設置された物体検知センサ９及び１０のＬＥＤを発光させ、これら物体検知センサ９及び１０により各指部Ｆの近傍に存在する物体が検知される。例えば、図１に示されるように、指部Ｆの前方に存在する物体Ｓを検知すると、この物体Ｓに干渉しないようにロボットハンドＨを動作させたり、あるいは、物体Ｓを把持するようにロボットハンドＨを動作させることができる。
【００１６】
このようにして駆動されるロボットハンドＨの全体が、カメラ２によって撮像され、得られた画像が画像処理回路３に送られる。画像処理回路３は、まず、カメラ２により得られた画像における各物体検知センサ９及び１０のＬＥＤの位置を検出する。これらのＬＥＤは発光しているため、ロボットハンドＨの周辺環境が明るくても、容易にＬＥＤを認識することができる。さらに、画像処理回路３は、検出されたＬＥＤの位置に基づいて複数の指部Ｆの位置を検出し、制御回路４へ伝送する。この際、カメラ２によりロボットハンドＨの撮影を継続して行ってもよいし、あるいは、撮影を継続しなくてもよい。例えば、ロボットハンドＨの位置を把握した後はカメラ２の電源をオフにしたり、ロボットハンドＨの位置を把握した後はロボットハンドＨがカメラ２の視界の外に出てしまってもよい。
【００１７】
制御回路４は、画像処理回路３で検出された各指部Ｆの位置と各物体検知センサ９及び１０からの検知信号とに基づいて駆動回路１を制御する。すなわち、制御回路４は、画像処理回路３で検出された各指部Ｆの位置に基づいてロボットハンドＨの現在の位置及び姿勢を把握し、さらに、各物体検知センサ９及び１０による物体検知の情報に基づいて各指部Ｆが所望の位置へ移動するように駆動回路１を制御する。
【００１８】
以上のように、複数の指部Ｆにそれぞれ設置された物体検知センサ９及び１０のＬＥＤを利用して各指部Ｆの位置を検出し、検出された各指部Ｆの位置と各物体検知センサ９及び１０からの検知信号とに基づいて駆動回路１を制御するため、簡単な構成により各指部Ｆの周辺の状況を把握しつつ複数の指部Ｆの位置及び姿勢を制御することが可能となる。
【００１９】
実施の形態２
図４に、この発明の実施の形態２で用いられるロボットハンドの指部を示す。指部Ｆの第３節Ｃ３に設置される物体検知センサ１０は、指先近傍の物体を検知するために、第３節Ｃ３の先端部に配置され、また、第２節Ｃ２に設置される物体検知センサ９は、ロボットハンドＨで物体を把持したり操作することを考慮して指の腹の近傍の物体を検知するために、第２節Ｃ２の中間部で且つ指部Ｆが屈曲したときの指部Ｆの内方を向くように配置されている。
【００２０】
さらに、第２節Ｃ２における物体検知センサ９の周辺部１７及び第３節Ｃ３における物体検知センサ１０の周辺部１８は、それぞれＬＥＤから発せられる光に対して透明となるように構成されている。例えば、これらの周辺部１７及び１８を、ＬＥＤから発せられる光に対して透過性を有する材質から形成すればよい。
このような構成の指部Ｆとすることにより、ロボットハンドＨの位置及び姿勢に応じて、各指部Ｆの物体検知センサ９及び１０がカメラ２とは反対方向を向き、カメラ２に対して死角の位置になったとしても、透明な周辺部１７及び１８を通してカメラ２が各物体検知センサ９及び１０のＬＥＤからの光を捉えることができる。このため、ロボットハンドＨの動きをより正確に把握しつつ制御することが可能となる。
【００２１】
実施の形態３
図５に、この発明の実施の形態３で用いられるロボットハンドの指部を示す。指部Ｆに設置された物体検知センサ９及び１０にそれぞれ拡散部材１９及び２０が取り付けられている。これらの拡散部材１９及び２０は、物体検知センサ９及び１０のＬＥＤから発せられる光を拡散させて、その照射範囲を広げるためのものである。
このようにすることにより、ロボットハンドＨの位置及び姿勢に応じて、各指部Ｆが動いても、各物体検知センサ９及び１０のＬＥＤからの光がカメラ２に到達しやすくなる。このため、ロボットハンドＨの動きをより正確に把握することができる。
【００２２】
その他の実施の形態
上記の実施の形態１〜３では、ＬＥＤを有する物体検知センサ９及び１０を用いたが、ＬＥＤに限るものではなく、半導体レーザ等、各種の発光体を有する物体検知センサを用いることができる。
また、ロボットハンドＨに設置される複数の物体検知センサが、それぞれの発光体から互いに異なる波長の光を発し、それぞれ独自の波長の光を検出するように構成することができる。これにより、他の物体検知センサとの干渉を防止するが可能となる。同様に、複数の物体検知センサが、それぞれの発光体から互いに異なった方式で変調された光を発し、それぞれ対応する光を検出してもよい。
物体検知センサの発光体は、可視光に限らず、赤外線等の非可視光を発するものでもよい。この場合には、カメラ２として赤外線カメラが用いられる。
【００２３】
上記の実施の形態１〜３のロボットハンドＨでは、各指部Ｆの第１節Ｃ１〜第３節Ｃ３のうち第２節Ｃ２と第３節Ｃ３に物体検知センサ９及び１０を設置したが、第１節Ｃ１にも物体検知センサを設置することができる。また、４つ以上の節あるいは２つ以下の節を有するロボットハンドを用いてもよい。
また、各指部Ｆの駆動源として超音波アクチュエータＵ１及びＵ２を用いたが、これに限るものではなく、電動モータ、電動シリンダ等、各種の駆動源で各指部Ｆを駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るロボットハンドの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１で用いられたロボットハンドの指部の構成を示す側面図である。
【図３】実施の形態１で用いられたロボットハンドの指部を駆動する超音波アクチュエータの構成を示す断面図である。
【図４】実施の形態２で用いられたロボットハンドの指部を示す斜視図である。
【図５】実施の形態３で用いられたロボットハンドの指部を示す側面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  駆動回路、２  カメラ、３  画像処理回路、４  制御回路、５，７  振動子、６，８  回転子、９，１０  物体検知センサ、１１  基部、１２  固定子、１３連結ボルト、１４  凹部、１５  段差、１６  保持部材、１７，１８  周辺部、１９，２０  拡散部材、Ｈ  ロボットハンド、Ｆ  指部、Ｓ  物体、Ｃ１  第１節、Ｃ２  第２節、Ｃ３  第３節、Ｕ１，Ｕ２  超音波アクチュエータ。
【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】
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