(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの先端に力覚センサを備えた三本以上の指を設けた多指ハンドの把持物体計測装置において、前記多指ハンドが円柱状の物体を把持し各指の力覚センサからの出力信号があらかじめ与えられた閾値を越えたときに多指ハンドによる前記物体の把持が完了したことを検知する制御手段と、前記物体の把持完了時点での各指の先端位置の位置信号を出力する位置検出手段と、この位置検出手段の出力信号に基づいて前記物体の中心位置及び外径を計測する手段とを設けたことを特徴とする把持物体計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三本以上の指を有する多指ハンドに関し、多指ハンドを用いて物体の中心位置及び外径を計測する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロボットが作業対象となる物体を把持する方法として、図４のような三本以上の指を備えた多指ハンドをロボットの手先に装着し、これを開閉することによって物体を把持する方法がある。
同図において、ロボット１の手先には三本の指を持つ多指ハンド２が取り付けられている。ロボット１を用いて円柱状の物体を把持させる場合、ロボット制御部５はあらかじめ与えられた作業環境の情報に基づいてロボット１の姿勢を変更し、多指ハンド２を物体の把持が可能な位置へ移動させ、多指ハンド制御部４に物体を把持する指令を送る。
【０００３】
図２に示すように多指ハンド２の各指の先端には力覚センサ３が取り付けられている。多指ハンド制御部４は各指を物体に徐々に近付けながら一定時間間隔で力覚センサ３からの入力を受け取る。各指の力覚センサ３からの入力があらかじめ与えられた閾値を越えると、多指ハンド制御部４はその指が物体と接触したものとし、その指に対して停止信号を送る。すべての指が物体と接触した時点で把持が完了したものとする。把持が完了すると、多指ハンド制御部４はロボット制御部５に把持が完了した信号を送る。
このように、三本以上の指を持つ多指ハンドを用いて、物体を三点以上で把持することにより、安定した把持を行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の手法では、あらかじめ与えられた作業環境に関する情報に誤差が含まれる場合や把持動作の途中で物体との摩擦により物体を把持する指の位置が変化した場合などには、把持した物体の作業空間内での正確な位置を決定することができない。そのため、たとえば物体を穴へ挿入する動作を行わせる場合に、穴と物体との位置を正確にあわせることが困難となる。
これを補正するために、特開平６−１４３１８２号公報には、超音波センサや視覚センサ等の非接触型の位置検出器を用いることにより物体の位置を計測する方法が開示されているが、処理システムの構成が複雑になりシステム作成にかかるコストが大きくなるという問題がある。
そこで、本発明ではシステムの構成が簡単で計算処理量の少ない、把持物体の作業空間内での位置計測装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、それぞれの先端に力覚センサを備えた三本以上の指を設けた多指ハンドの把持物体計測装置において、前記多指ハンドが円柱状の物体を把持し各指の力覚センサからの出力信号があらかじめ与えられた閾値を越えたときに多指ハンドによる前記物体の把持が完了したことを検知する制御手段と、前記物体の把持完了時点での各指の先端位置の位置信号を出力する位置検出手段と、この位置検出手段の出力信号に基づいて前記物体の中心位置及び外径を計測する手段とを設けたものである。
【０００６】
【発明の実施の態様】
以下、本発明の実施の態様を、図１に基づいて説明する。図１は概念ブロック図である。ロボット１の手先には三本の指を持つ多指ハンド２が取り付けられている。
以下、ロボット１を用いて円柱状の物体を把持し、穴へ挿入する作業をさせる場合を例にとって説明する。ロボット制御部５はあらかじめ与えられた作業環境の情報に基づいてロボット１の姿勢を変更し、多指ハンド２を物体の把持が可能な位置へ移動させ、多指ハンド制御部４に物体を把持する指令を送る。
図２に示すように多指ハンド２の各指の先端には力覚センサ３が取り付けられている。多指ハンド制御部４は各指を物体に徐々に近付けながら一定時間間隔で力覚センサ３からの入力を受け取る。各指の力覚センサ３からの入力があらかじめ与えられた閾値を越えると、多指ハンド制御部４は把持が完了したものとして多指ハンド２に停止信号を送り、ロボット制御部５に把持が完了した信号を送り、位置計算部に各指の先端位置の座標を送る。
【０００７】
この時点での物体と指先端位置の関係を図３に示す。このとき、各指８，９，１０の先端は円柱７の半径Ｒと指８，９，１０の半径ｒの和を半径とする円周上に位置する。このことを用いて円柱７の中心位置ＰＣ（ｘC，ｙC）と外径を求める方法を以下に示す。
指８の先端位置Ｐ０を基準とし、この点からみた指９と指１０の先端位置をＰ１（ｘ1，ｙ1）、Ｐ2（ｘ2，ｙ2）とし、円柱状物体７の中心位置をＰC（ｘC，ｙC）とすると、これらの座標間の関係は式（１）（２）で表される。
【数１】
0003786305.tif 000002
【数２】
0003786305.tif 000003
そこでＣの逆行列を求めることによりＰC（ｘC，ｙC）を決定することができる。多指ハンドの指が三本の場合は単純な連立方程式となり簡単に解を求めることができる。
【０００８】
指がｎ本（ｎ＞３）になった場合にはそれぞれの関係は式（３）（４）となるが、このときのＣの逆行列を求めることはできない。そこで、最小二乗法を利用した疑似逆行列を用いて解を求める。Ｃの擬似逆行列は式（５）で表される。
【数３】
0003786305.tif 000004
【数４】
0003786305.tif 000005
【数５】
0003786305.tif 000006
【０００９】
以上のようにして、円柱の中心座標（ｘC，ｙC）が求まれば、円柱７の外径をＲ、指８，９，１０の外径をｒとすると円柱７の外径Ｒは式（６）で表わされる。
【数６】
0003786305.tif 000007
図１の位置計算部６では、以上の手法を用いて指８の先端位置からみた円柱７の外径Ｒを求め、作業空間内での指９，１０の先端位置から作業空間内での円柱７の中心座標（ｘC，ｙC）を求め、これらをロボット制御部５へ送る。そこでロボット制御部５は、まず外径Ｒの計算結果と予め与えられた作業の対象となる物体の情報とを比較し、外径の値が一致しなければ物体が違っているとして作業を中断する。外径が一致するならば、これをもとにロボットの手先からの円柱７の中心位置の相対的な位置情報を修正し、円柱を挿入する穴の座標と円柱の中心位置が一致するようにロボットの手先の位置と姿勢を制御し、挿入動作を行う。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明はロボットの手先に取り付けた多指ハンドによって円柱状の物体の把持を行う際に、その各指の先端位置から物体の中心位置と外径を計算するようにしたので、従来の手法に比べて、把持動作の結果から直接把持物体の中心位置を導出することが可能であり、多指ハンドでの把持が可能なロボットシステムならば新たなセンサを必要とせずに、単純な計算によって少ない計算処理で物体の中心位置が計測可能となり、容易に環境情報の修正が可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示すシステムの構成図である。
【図２】  三本指を備えた多指ハンドの例を示す説明図である。
【図３】  多指ハンドによる物体把持の例を示す説明図である。
【図４】  従来の物体把持システムの構成図である。
【符号の説明】
１  ロボット、２  多指ハンド、３  力覚センサ、４  多指ハンド制御部、５  ロボット制御部、６  位置計算部、７  円柱状の把持対象物体、８，９，１０  指
【図１】
0003786305.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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