JP4888375B2 - Robot hand - Google Patents
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Description
この発明は、ロボットハンドに係り、特に物体を把持する多指ハンドに関する。 The present invention relates to a robot hand, and more particularly to a multi-finger hand that holds an object.
ロボットハンドにより物体を把持して持ち上げるためには、把持力が必要となるが、把持しようとする物体の重さに応じた把持力が要求される。必要以上の把持力で物体を把持すると、その物体を破壊したり変形するおそれを生じることとなる。そこで、把持する物体に適した把持力を決定することが望まれる。
特許文献1には、多関節ロボットのアームの先端に物体を取り付けた状態でサーボモータによりアームを動かし、サーボモータの駆動電流から物体の重量を算出する方法が開示されている。
In order to grip and lift an object with a robot hand, a gripping force is required, but a gripping force corresponding to the weight of the object to be gripped is required. If an object is gripped with a gripping force more than necessary, the object may be destroyed or deformed. Therefore, it is desired to determine a gripping force suitable for the object to be gripped.
しかしながら、特許文献1のロボットでは、物体の重量を検知することはできるものの、種々の重量の物体毎に適正な把持力を決定することはできないという問題がある。
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、把持する物体に適した把持力を決定することができるロボットハンドを提供することを目的とする。
However, although the robot of
The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a robot hand capable of determining a gripping force suitable for an object to be gripped.
この発明に係るロボットハンドは、少なくとも2つの把持部材と、各把持部材を移動させるアクチュエータと、少なくとも1つの把持部材に作用する荷重を検出する荷重検出手段と、アクチュエータを駆動させて少なくとも2つの把持部材で物体の側面を把持し、アクチュエータを駆動させて少なくとも2つの把持部材で物体を把持して持ち上げている状態で、これらの把持部材により物体を挟む把持力を徐々に小さくして、荷重検出手段により検出される物体の表面に沿った方向に作用する荷重が立ち下がったときの把持力を、物体を持ち上げる際に必要な把持力として決定する制御部とを備えたものである。
The robot hand according to the present invention includes at least two gripping members, an actuator for moving each gripping member, a load detection means for detecting a load acting on at least one gripping member, and at least two gripping by driving the actuator. Grip the side of the object with a member, drive the actuator, grasp the object with at least two gripping members and lift it, gradually reduce the gripping force to pinch the object with these gripping members, and detect the load And a control unit that determines a gripping force when a load acting in a direction along the surface of the object detected by the means falls as a gripping force necessary for lifting the object.
なお、アクチュエータが圧電素子を振動体として用いる超音波アクチュエータからなり、荷重検出手段が超音波アクチュエータの圧電素子により形成され、圧電素子に発生する逆圧電効果を利用して荷重を検出するように構成することができる。
また、少なくとも2つの把持部材による物体の把持力と、荷重検出手段により検出される物体の表面に沿った方向に作用する荷重とに基づいて、制御部が、物体の重さを検出すると共に、物体を把持する少なくとも2つの把持部材と物体の表面との間の摩擦係数を検出することもできる。
アクチュエータとして、把持部材を物体を把持する方向と物体に対して滑らせる方向の少なくとも2方向に移動可能な2自由度以上の多自由度アクチュエータを用いることができる。
把持部材が指部からなり、各指部に対応して配置され且つそれぞれ対応する指部を移動させる少なくとも2つのアクチュエータを備えることもできる。
The actuator is composed of an ultrasonic actuator that uses a piezoelectric element as a vibrating body, and the load detection means is formed by the piezoelectric element of the ultrasonic actuator, and is configured to detect a load using the inverse piezoelectric effect generated in the piezoelectric element. can do.
Further, the control unit detects the weight of the object based on the gripping force of the object by the at least two gripping members and the load acting in the direction along the surface of the object detected by the load detection unit, It is also possible to detect a coefficient of friction between at least two gripping members that grip the object and the surface of the object.
As the actuator, a multi-degree-of-freedom actuator having two or more degrees of freedom that can move in at least two directions, that is, a direction in which the gripping member grips the object and a direction in which the gripping member slides on the object can be used.
The gripping member may be composed of a finger part, and may be provided with at least two actuators arranged corresponding to each finger part and moving the corresponding finger parts.
この発明によれば、少なくとも2つの把持部材による物体の把持力を変化させながら物体の表面に対して把持部材を滑らせる状態と把持部材が物体を移動させる状態との間で状態を変化させることにより、把持する物体に適した把持力を決定することが可能となる。 According to this invention, the state is changed between a state in which the gripping member slides with respect to the surface of the object and a state in which the gripping member moves the object while changing the gripping force of the object by the at least two gripping members. Thus, it is possible to determine a gripping force suitable for the object to be gripped.
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構成を示す。ロボットハンドは、それぞれ超音波アクチュエータにより駆動される少なくとも2つの指部Aを有しており、各指部Aの超音波アクチュエータに制御部1が接続されている。
図2に示されるように、ロボットハンドの各指部A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を構成する振動体2と回転子3を有しており、回転子3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を構成する振動体4と回転子5を有しており、回転子5に第3節C3が固定されている。
そして、第1の超音波アクチュエータU1の振動体2と第2の超音波アクチュエータU2の振動体4がそれぞれ制御部1に接続されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows the configuration of a robot hand according to
As shown in FIG. 2, each finger A of the robot hand has a first node C1, a second node C2, and a third node C3 that are sequentially connected to each other. The first node C1 has a
The
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との間に振動体2が挟持され、基部11と固定子12とが振動体2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、振動体2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3の下部が収容されている。
なお、説明の便宜上、基部11から回転子3に向かってZ軸が延び、Z軸に対して垂直方向にX軸が、Z軸及びX軸に対して垂直にY軸がそれぞれ延びているものとする。
Here, FIG. 3 shows the structure of the first ultrasonic actuator U1. The vibrating
For convenience of explanation, the Z axis extends from the
固定子12の凹部14内には、XY平面上に位置する環状の段差15が形成されており、回転子3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3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3が固定子12の段差15に対して加圧接触されている。
An
振動体2は、それぞれXY平面上に位置し且つ互いに重ね合わされた平板状の第1〜第3の圧電素子部21〜23を有しており、これら第1〜第3の圧電素子部21〜23がそれぞれ制御部1に電気的に接続されている。
The vibrating
具体的には、図4に示されるように、第1の圧電素子部21は、それぞれ円板形状を有する電極板21a、圧電素子板21b、電極板21c、圧電素子板21d及び電極板21eが順次重ね合わされた構造を有している。同様に、第2の圧電素子部22は、それぞれ円板形状を有する電極板22a、圧電素子板22b、電極板22c、圧電素子板22d及び電極板22eが順次重ね合わされた構造を有し、第3の圧電素子部23は、それぞれ円板形状を有する電極板23a、圧電素子板23b、電極板23c、圧電素子板23d及び電極板23eが順次重ね合わされた構造を有している。これらの圧電素子部21〜23が絶縁シート24〜27を介して固定子12及び基部11から、また互いに絶縁された状態で配置されている。
Specifically, as shown in FIG. 4, the first
図5に示されるように、第1の圧電素子部21の一対の圧電素子板21b及び21dは、Y軸方向に2分割された部分が互いに逆極性を有してそれぞれZ軸方向(厚み方向)に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板21bと圧電素子板21dは互いに裏返しに配置されている。
第2の圧電素子部22の一対の圧電素子板22b及び22dは、2分割されることなく全体がZ軸方向(厚み方向)に膨張あるいは収縮の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板22bと圧電素子板22dは互いに裏返しに配置されている。
第3の圧電素子部23の一対の圧電素子板23b及び23dは、X軸方向に2分割された部分が互いに逆極性を有してそれぞれZ軸方向(厚み方向)に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板23bと圧電素子板23dは互いに裏返しに配置されている。
As shown in FIG. 5, the pair of
The pair of
In the pair of
第1の圧電素子部21の両面部分に配置されている電極板21a及び電極板21eと、第2の圧電素子部22の両面部分に配置されている電極板22a及び電極板22eと、第3の圧電素子部23の両面部分に配置されている電極板23a及び電極板23eがそれぞれ電気的に接地されている。また、第1の圧電素子部21の一対の圧電素子板21b及び21dの間に配置されている電極板21cと、第2の圧電素子部22の一対の圧電素子板22b及び22dの間に配置されている電極板22cと、第3の圧電素子部23の一対の圧電素子板23b及び23dの間に配置されている電極板23cがそれぞれ制御部1に電気的に接続されている。
An
これら圧電素子部21〜23のうち少なくとも2つの圧電素子部に制御部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3を任意の方向に回転することができる。この回転子3の回転に伴って第2節C2が移動する。
By applying an AC voltage having a frequency close to the natural frequency of the ultrasonic actuator U1 from the
また、外力が第2節C2に加わる等に起因して、振動体2の圧電素子部21〜23に応力が作用すると、その応力の方向に応じて圧電素子部21〜23のうち少なくとも1つを構成する一対の圧電素子板間に逆圧電効果により電圧が発生する。このため、各圧電素子部21〜23の一対の圧電素子板間に発生する電圧を測定することによって振動体2に作用する応力を検出することができる。
Further, when a stress is applied to the
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、振動体4を形成する第1〜第3の圧電素子部のうち少なくとも2つの圧電素子部に制御部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5を任意の方向に回転することができる。この回転子5の回転に伴って第3節C3が移動する。
また、振動体4を形成する第1〜第3の圧電素子部の一対の圧電素子板間に発生する電圧を測定することにより、振動体4に作用する応力を検出することができる。
The second ultrasonic actuator U2 has the same configuration as that of the first ultrasonic actuator U1, and includes a control unit in at least two piezoelectric element units among the first to third piezoelectric element units forming the vibrating
Further, by measuring the voltage generated between the pair of piezoelectric element plates of the first to third piezoelectric element portions forming the vibrating
次に、この実施の形態1に係るロボットハンドの動作について説明する。
図1に示されるように、制御部1は、各指部Aの超音波アクチュエータU1及びU2を駆動することにより2つの指部Aを移動させて、載置面T上に載置されている物体Sを双方の指部Aの第3節C3で把持させる。ただし、この時点では、把持力Gは小さくし、第3節C3が物体Sに軽く接触する程度にしておく。
このとき、図6に示されるように、物体Sは、重力Wと等しい大きさの垂直抗力N0を載置面Tから受けており、これら重力Wと垂直抗力N0とがつり合った状態にある。
Next, the operation of the robot hand according to the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the
At this time, as shown in FIG. 6, the object S receives the vertical drag N0 having the same magnitude as the gravity W from the mounting surface T, and the gravity W and the vertical drag N0 are in a balanced state. .
この状態で、制御部1は、各指部Aの第1節C1に対して第2節C2を水平方向Hで且つ互いに内方へ移動させるように双方の指部Aの超音波アクチュエータU1を駆動することにより、各指部Aの第3節C3から物体Sに徐々に増大する把持力Gを作用させると共に、双方の指部Aの超音波アクチュエータU2を駆動することにより、図7に示されるように、各指部Aの第2節C2に対して第3節C3を鉛直方向Vへ上昇させる。
In this state, the
各指部Aの第3節C3から物体Sに作用する把持力Gが小さいときには、物体Sは持ち上がることなく、双方の指部Aの第3節C3が物体Sの側面上を上方へ滑ることとなる。このとき、図8に示されるように、物体Sと第3節C3との接触部に動摩擦力が生じ、動摩擦係数をμとして大きさμGの上方を向いた動摩擦力がそれぞれの指部Aの第3節C3から物体Sに作用する。このため、双方の指部Aにより2μGの動摩擦力が物体Sに及び、この動摩擦力2μGと物体Sが載置面Tから受ける垂直抗力Nとの和が物体Sに作用する重力Wとつり合って、
N+2μG=W ・・・(1)
の関係が成り立つ。
一方、物体Sの側面上を上方へ滑る各指部Aの第3節C3には、物体Sから下方に向いた荷重Fが作用する。この荷重Fは、各指部Aの第3節C3から物体Sに作用する動摩擦力μGに等しい大きさを有している。すなわち、
F=μG ・・・(2)
となる。
When the gripping force G acting on the object S from the third node C3 of each finger A is small, the object S does not lift up, and the third node C3 of both fingers A slides on the side surface of the object S upward. It becomes. At this time, as shown in FIG. 8, a dynamic friction force is generated at the contact portion between the object S and the third node C3, and the dynamic friction force facing the upper side of the size μG with the dynamic friction coefficient being μ is represented by each finger portion A. It acts on the object S from the third section C3. For this reason, the dynamic frictional force of 2 μG is applied to the object S by both fingers A, and the sum of the dynamic
N + 2 μG = W (1)
The relationship holds.
On the other hand, a load F directed downward from the object S acts on the third node C3 of each finger portion A that slides upward on the side surface of the object S. This load F has a magnitude equal to the dynamic frictional force μG acting on the object S from the third node C3 of each finger A. That is,
F = μG (2)
It becomes.
なお、把持力Gは、制御部1から各指部Aの第1の超音波アクチュエータU1の振動体2に供給する駆動電圧に基づいて把握することができる。また、荷重Fは、各指部Aの第2の超音波アクチュエータU2の振動体4を形成する第1〜第3の圧電素子部の一対の圧電素子板間に発生する電圧を測定することにより、検出することができる。
The gripping force G can be grasped based on the drive voltage supplied from the
そこで、各指部Aの第3節C3による把持力Gと各指部Aの第3節C3に作用する荷重Fと物体Sが載置面Tから受ける垂直抗力Nの関係をグラフに示すと図9のようになる。時刻T0から把持力Gを徐々に増大させると、それに比例して荷重Fが増大し、物体Sが載置面Tから受ける垂直抗力Nは初期値N0から徐々に減少する。
そして、把持力Gが
μG=W/2 ・・・(3)
を満たす値G1にまで増大する時刻T1になると、物体Sが載置面Tから受ける垂直抗力Nは0となり、各指部Aの第3節C3と物体Sの側面との間の滑りが終了して、図10及び11に示されるように、物体Sは載置面Tから離れて持ち上げられることとなる。このとき各指部Aの第3節C3に作用する荷重F1は、
F1=W/2 ・・・(4)
となる。
Therefore, when the relationship between the gripping force G by the third node C3 of each finger A, the load F acting on the third node C3 of each finger A and the normal force N that the object S receives from the placement surface T is shown in a graph. As shown in FIG. When the gripping force G is gradually increased from time T0, the load F is increased in proportion thereto, and the normal drag N that the object S receives from the placement surface T gradually decreases from the initial value N0.
And the gripping force G is μG = W / 2 (3)
When the time T1 increases to a value G1 that satisfies the condition, the normal drag N received by the object S from the placement surface T becomes 0, and the slip between the third joint C3 of each finger A and the side surface of the object S is completed. Then, as shown in FIGS. 10 and 11, the object S is lifted away from the placement surface T. At this time, the load F1 acting on the third node C3 of each finger A is:
F1 = W / 2 (4)
It becomes.
このように物体Sが一旦持ち上がると、把持力Gをさらに増大させても、それぞれの指部Aの第3節C3から物体Sに作用する摩擦力はW/2のまま変化しなくなり、各指部Aの第3節C3に作用する荷重Fも、F1=W/2のまま一定となる。
そこで、制御部1は、各指部Aの第2の超音波アクチュエータU2の振動体4により検出される荷重Fが一定値F1=W/2になったときの把持力G1を、物体Sを持ち上げる際に必要な把持力として決定することができる。
このようにして物体Sを持ち上げる際に必要な把持力を決定すれば、過剰な把持力を物体Sに作用させることが回避され、物体Sを破壊したり変形するおそれを未然に防ぐことが可能となる。
Once the object S is lifted in this way, even if the gripping force G is further increased, the frictional force that acts on the object S from the third section C3 of each finger portion A remains W / 2 and does not change. The load F acting on the third node C3 of the part A is also constant with F1 = W / 2.
Therefore, the
If the gripping force necessary for lifting the object S is determined in this way, it is possible to avoid applying an excessive gripping force to the object S and to prevent the object S from being destroyed or deformed. It becomes.
また、上記の式(4)により、荷重F1の値から物体Sに作用する重力W、すなわち物体Sの重さを検出することができ、上記の式(2)により、把持力Gと荷重Fの値から物体Sと第3節C3との間の動摩擦係数μを検出することができる。このため、指部Aの第3節C3で物体Sを把持して移動させたり、物体Sを操作する際のトルク制御、速度制御等をより精度よく行うことが可能となる。 Further, the gravity W acting on the object S, that is, the weight of the object S can be detected from the value of the load F1 by the above formula (4), and the gripping force G and the load F can be detected by the above formula (2). The dynamic friction coefficient μ between the object S and the third node C3 can be detected from the value of. For this reason, the object S can be grasped and moved by the third section C3 of the finger part A, and torque control, speed control, etc. when operating the object S can be performed with higher accuracy.
上記の実施の形態1では、各指部Aの第1の超音波アクチュエータU1を水平方向Hに1軸駆動して第3節C3に把持力Gを発生させると共に第2の超音波アクチュエータU2を鉛直方向Vに1軸駆動して第3節C3を上昇させ、第2の超音波アクチュエータU2の振動体4により荷重Fを検出したが、これに限るものではない。
例えば、図12に示されるように、各指部Aの第1の超音波アクチュエータU1を2軸駆動して第1節C1に対して第2節C2を水平方向Hへ移動させると共に鉛直方向Vへ移動させることにより、第3節C3に把持力Gを発生させつつ第3節C3を上昇させ、第2の超音波アクチュエータU2の振動体4を荷重Fの検出に専用に使用することもできる。
In the first embodiment, the first ultrasonic actuator U1 of each finger A is driven uniaxially in the horizontal direction H to generate the gripping force G in the third node C3 and the second ultrasonic actuator U2 is Although one axis is driven in the vertical direction V to raise the third node C3 and the load F is detected by the vibrating
For example, as shown in FIG. 12, the first ultrasonic actuator U1 of each finger A is driven in two axes to move the second node C2 in the horizontal direction H with respect to the first node C1, and in the vertical direction V. The third node C3 is raised while generating the gripping force G in the third node C3, and the vibrating
逆に、第2の超音波アクチュエータU2を2軸駆動して第2節C2に対して第3節C3を水平方向Hへ移動させると共に鉛直方向Vへ移動させることにより、第3節C3に把持力Gを発生させつつ第3節C3を上昇させ、第1の超音波アクチュエータU1の振動体2を荷重Fの検出に専用に使用してもよい。
また、図13に示されるように、第1節C1を省略して第2節C2と第3節C3のみの1関節の指部とし、第2の超音波アクチュエータU2を2軸駆動して第2節C2に対して第3節C3を水平方向Hへ移動させると共に鉛直方向Vへ移動させることにより、第3節C3に把持力Gを発生させつつ第3節C3を上昇させる一方、この第2の超音波アクチュエータU2の振動体4により荷重Fを検出することもできる。
On the other hand, the second ultrasonic actuator U2 is driven in two axes to move the third node C3 in the horizontal direction H and the vertical direction V relative to the second node C2, thereby holding the third node C3. The third node C3 may be raised while generating the force G, and the
In addition, as shown in FIG. 13, the first joint C1 is omitted, and the finger part of one joint of only the second joint C2 and the third joint C3 is used, and the second ultrasonic actuator U2 is driven biaxially to By moving the third node C3 in the horizontal direction H and moving in the vertical direction V with respect to the second node C2, the third node C3 is raised while generating a gripping force G in the third node C3. The load F can also be detected by the vibrating
実施の形態2
図14は、実施の形態2に係るロボットハンドにおける各指部Aの第3節C3による把持力Gと各指部Aの第3節C3に作用する荷重Fとの関係を示すグラフである。この実施の形態2に係るロボットハンドは、実施の形態1のロボットハンドと同様の構成を有しているが、既に把持して持ち上げている状態の物体Sに対して、適正な把持力を決定しようとするものである。
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the gripping force G by the third node C3 of each finger part A and the load F acting on the third node C3 of each finger part A in the robot hand according to the second embodiment. The robot hand according to the second embodiment has the same configuration as the robot hand according to the first embodiment, but determines an appropriate gripping force for the object S that is already gripped and lifted. It is something to try.
制御部1は、各指部Aの超音波アクチュエータU1及びU2を駆動することにより2つの指部Aを移動させ、時刻T0に物体Sを双方の指部Aの第3節C3で把持して持ち上げる。なお、各指部Aの第3節C3から物体Sに作用する把持力G0は、適当な値とする。また、このとき、既に物体Sが持ち上げられているので、各指部Aの第3節C3に作用する荷重F0は、
F0=W/2 ・・・(5)
である。
The
F0 = W / 2 (5)
It is.
ここで、制御部1は、各指部Aの第1節C1に対して第2節C2を水平方向Hの外方へ移動させるように双方の指部Aの超音波アクチュエータU1を駆動することにより、各指部Aの第3節C3から物体Sに作用する把持力Gを徐々に減少させる。ただし、物体Sが双方の指部Aの第3節C3で支持され、静止している限り、各指部Aの第3節C3に作用する荷重F0は、W/2のまま変わることはない。
そして、把持力Gの減少に伴い、物体Sと第3節C3との間の静止摩擦係数をμ0として、時刻T2に物体Sと各指部Aの第3節C3との間に作用する最大摩擦力μ0Gが物体Sに作用する重力Wの半値W/2を下回ると、物体Sは双方の指部Aの第3節C3の間から滑落し始める。この時刻T2における把持力G2は、
μ0G2=W/2 ・・・(6)
で表される。
Here, the
As the gripping force G decreases, the coefficient of static friction between the object S and the third node C3 is set to μ 0 and acts between the object S and the third node C3 of each finger portion A at time T2. When the maximum frictional force μ 0 G falls below the half value W / 2 of the gravity W acting on the object S, the object S starts to slide down between the third nodes C3 of both finger portions A. The gripping force G2 at this time T2 is
μ 0 G2 = W / 2 (6)
It is represented by
このようにして物体Sが滑り始めると、物体Sと第3節C3との間には最大摩擦力μ0Gより小さい動摩擦力μGが作用するため、各指部Aの第3節C3に作用する荷重Fは、W/2からF2に急激に立ち下がる。このときの荷重F2は、
F2=μG2 ・・・(7)
により表される。
When the object S starts to slide in this manner, a dynamic friction force μG smaller than the maximum friction force μ 0 G acts between the object S and the third node C3, and thus acts on the third node C3 of each finger A. The load F to be abruptly falls from W / 2 to F2. The load F2 at this time is
F2 = μG2 (7)
It is represented by
そこで、制御部1は、各指部Aの第2の超音波アクチュエータU2の振動体4により検出される荷重Fが立ち下がったときの把持力G2を、物体Sを持ち上げる際に必要な把持力として決定することができる。
この後、さらに把持力Gが減少されるに従い、荷重Fも減少することとなるので、再度把持力Gを増大させて物体Sの落下を防止した上、把持力をG2あるいはG2よりわずかに大きな値とすればよい。
このようにして物体Sを持ち上げる際に必要な把持力を決定することにより、実施の形態1と同様に、過剰な把持力を物体Sに作用させることが回避され、物体Sを破壊したり変形するおそれを未然に防ぐことが可能となる。
Therefore, the
Thereafter, as the gripping force G is further reduced, the load F also decreases. Therefore, the gripping force G is increased again to prevent the object S from falling, and the gripping force is slightly larger than G2 or G2. It can be a value.
By determining the gripping force necessary for lifting the object S in this manner, it is possible to avoid applying an excessive gripping force to the object S and destroying or deforming the object S, as in the first embodiment. It is possible to prevent the risk of doing so.
また、上記の式(5)により、荷重F0の値から物体Sに作用する重力W、すなわち物体Sの重さを検出することができ、上記の式(6)により、把持力Gと荷重Fの値から物体Sと第3節C3との間の静止摩擦係数μ0を検出することができる。このため、指部Aの第3節C3で物体Sを把持して移動させたり、物体Sを操作する際のトルク制御、速度制御等をより精度よく行うことが可能となる。 Further, the gravity W acting on the object S, that is, the weight of the object S can be detected from the value of the load F0 by the above formula (5), and the gripping force G and the load F can be detected by the above formula (6). The coefficient of static friction μ 0 between the object S and the third node C 3 can be detected from the value of. For this reason, the object S can be grasped and moved by the third section C3 of the finger part A, and torque control, speed control, etc. when operating the object S can be performed with higher accuracy.
この実施の形態2では、把持力Gを単調変化させるだけで物体Sを持ち上げる際に必要な把持力を決定することができるので、図13に示したような1関節で且つ第3節C3を水平方向Hにのみ移動し得る1軸駆動の指部を有するロボットハンドへの適用が可能である。 In the second embodiment, the gripping force necessary for lifting the object S can be determined simply by changing the gripping force G monotonously. Therefore, one joint as shown in FIG. The present invention can be applied to a robot hand having a uniaxially driven finger that can move only in the horizontal direction H.
その他の実施の形態
上記の実施の形態1及び2では、2本の指部Aで物体Sを把持したが、同様にして、3本以上の指部を有する多指ハンドを構成し、3本以上の指部で物体Sを挟んで把持し、それぞれの指部から把持力を発生させてもよい。この場合、それぞれの指部と物体Sの側面との間に作用する摩擦力の合力と物体Sに作用する重力とを比較することとなる。
上記の実施の形態1及び2では、各指部Aに作用する荷重を検出する荷重検出手段として、各指部Aを駆動するための超音波アクチュエータU1及びU2の振動体2及び4を構成する圧電素子板を用いたが、これに限るものではなく、指部Aを駆動するアクチュエータとは別個に専用の力センサを各指部Aに取り付け、この力センサにより荷重を検出するようにしてもよい。ただし、実施の形態1及び2のように、各指部Aを駆動するための超音波アクチュエータU1及びU2の振動体2及び4を利用して荷重の検出を行えば、より小型で簡単な構成のロボットハンドを実現することができる。
上述した実施の形態1及び2のロボットハンドは、それぞれ自走式ロボットに搭載して使用することができる。
Other Embodiments In the first and second embodiments described above, the object S is gripped by the two fingers A. Similarly, a multi-finger hand having three or more fingers is configured, A gripping force may be generated from each of the fingers by holding the object S with the above fingers. In this case, the resultant force of the frictional force acting between each finger part and the side surface of the object S is compared with the gravity acting on the object S.
In the first and second embodiments, the vibrating
The robot hands of
上記実施の形態1及び2では、各指部Aに作用する荷重が一定になったとき、または、立ち下がったときの把持力Gを物体Sを持ち上げる際に必要な把持力として決定したが、それには限定されず、各指部Aと物体Sとの状態が変化した際に現れる荷重の変化を検知して、その際の把持力を物体Sを持ち上げる際に必要な把持力として決定すればよい。例えば、実施の形態1において、物体Sが持ち上がる瞬間に荷重が瞬間的に下がるような場合、その時の把持力Gを物体Sを持ち上げる際に必要な把持力として決定してもよい。
上記実施の形態1及び2では、2つの指部Aに作用する荷重を検知していたが、1つの指部Aに作用する荷重を検知するのみであっても同様のことを行うことができる。
上記実施の形態1及び2では、各指部に対応して配置され且つそれぞれ対応する指部を移動させる2つのアクチュエータが備えられていたが、2つの指部を同時に動かせる単一のアクチュエータを用いても良い。
上記実施の形態1及び2では、載置された物体を宙に持ち上げるのに必要な把持力を決定したが、宙に持ち上げる代わりに、物体を引きずるように移動させるのに必要な把持力を求めることもできる。
また、上記実施の形態1及び2では、把持部材として指部Aを用いたが、これに限るものではなく、例えば、ロボットハンドの腕部を把持部材として使用することもできる。
In
In the first and second embodiments, the load acting on the two finger portions A is detected. However, the same thing can be performed only by detecting the load acting on the one finger portion A. .
In the first and second embodiments, two actuators that are arranged corresponding to the respective finger portions and move the corresponding finger portions are provided. However, a single actuator that can move the two finger portions simultaneously is used. May be.
In the first and second embodiments, the gripping force necessary for lifting the placed object in the air is determined. Instead of lifting the object in the air, the gripping force required for moving the object so as to be dragged is obtained. You can also
In the first and second embodiments, the finger part A is used as the gripping member. However, the present invention is not limited to this. For example, the arm part of the robot hand can also be used as the gripping member.
1 制御部、2,4 振動体、3,5 回転子、11 基部、12 固定子、13 連結ボルト、14 凹部、15 段差、16 保持部材、21〜23 圧電素子部、A 指部、C1 第1節、C2 第2節、C3 第3節、U1,U2 超音波アクチュエータ、S 物体、T 載置面、W 重力、G 把持力、F 荷重、N 垂直抗力。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
各把持部材を移動させるアクチュエータと、
少なくとも1つの把持部材に作用する荷重を検出する荷重検出手段と、
前記アクチュエータを駆動させて少なくとも2つの把持部材で物体の側面を把持して持ち上げている状態で、これらの把持部材により前記物体を挟む把持力を徐々に小さくして、前記荷重検出手段により検出される前記物体の表面に沿った方向に作用する荷重が立ち下がったときの前記把持力を、前記物体を持ち上げる際に必要な把持力として決定する制御部と
を備えたことを特徴とするロボットハンド。 At least two gripping members;
An actuator for moving each gripping member;
Load detecting means for detecting a load acting on at least one gripping member;
In the state where the actuator is driven and the side surface of the object is gripped and lifted by at least two gripping members, the gripping force for sandwiching the object by these gripping members is gradually reduced and detected by the load detecting means. A control unit that determines the gripping force when a load acting in a direction along the surface of the object falls as a gripping force necessary when lifting the object. .
前記荷重検出手段は、前記超音波アクチュエータの圧電素子により形成され、前記圧電素子に発生する逆圧電効果を利用して荷重を検出する請求項1に記載のロボットハンド。 The actuator is composed of an ultrasonic actuator using a piezoelectric element as a vibrating body. The load detecting means is formed by a piezoelectric element of the ultrasonic actuator and detects a load using an inverse piezoelectric effect generated in the piezoelectric element. The robot hand according to claim 1.
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