JP4908020B2

JP4908020B2 - ハンド制御システム

Info

Publication number: JP4908020B2
Application number: JP2006056951A
Authority: JP
Inventors: 和幸高橋; 忠明長谷川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2026-03-02
Also published as: US7289884B1; JP2007229890A; US20070219668A1

Description

本発明は、基部から延設され、屈伸可能な複数の指機構を有するハンドによる物体の把持動作を制御するシステムに関する。

把持対象となる物体（ワーク）の形状等が多様であることに鑑みて、任意形状の物体を把持するためのロボットハンドが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このハンドによれば、複数の指機構の先端部の任意点および法線のそれぞれが、任意形状の物体上に設定された複数の目標接触点および法線ベクトルのそれぞれと実質的に一致するように、各指機構の関節角度が制御されている。
特開２００５−００７４８６号公報請求項１

しかし、指機構の複数の関節のそれぞれにアクチュエータが設けられた場合、アクチュエータに接続される電線および制御信号線の配線本数が多くなる。このため、指機構のケース内に配線スペースを確保するためにはこのケースが大きなものとならざるを得ず、複数の指機構が干渉しあって、自在な動きがままならない可能性がある。その一方、指機構の構造を簡易なものとすると、その動きが単純なものとならざるを得ず、ハンドによって任意形状の物体を把持することが困難になる可能性がある。

そこで、本発明は、指機構の構造の簡易化を図りながら、任意形状の物体を的確に把持しうるようにハンドを制御するシステムを提供することを解決課題とする。

前記課題を解決するための本発明のハンド制御システムは、基部から延設され、屈伸可能な複数の指機構を有するハンドによる物体の把持動作を制御するシステムであって、前記物体のサイズ、形状、位置及び姿勢のうち一部又は全部を認識した上で、当該認識情報に応じた物体基準点及び該物体基準点を始点とする複数の物体基準ベクトルを認識する第１処理部と、前記基部の位置及び姿勢並びに前記複数の指機構のうち特定指機構の屈曲姿勢を認識した上で、当該認識情報に応じたハンド基準点及び該ハンド基準点を始点とする複数のハンド基準ベクトルを認識する第２処理部と、前記第１処理部により認識された前記物体基準点及び第ｉ物体基準ベクトル（ｉ＝１，２，‥）のそれぞれと、前記第２処理部により認識されたハンド基準点及び第ｉハンド基準ベクトルのそれぞれとが近づくように前記基部の位置を制御するとともに、クォータニオンを用いて前記基部の姿勢を制御する第３処理部と、前記第３処理部による前記基部の位置及び姿勢の制御過程において、前記特定指機構の屈曲姿勢を徐々に変化させる第４処理部とを備えていることを特徴とする。

本発明のハンド制御システムによれば、「物体基準点」と「ハンド基準点」とが近づき、かつ、「第ｉ物体基準ベクトル」と「第ｉハンド基準ベクトル」とが近づくように、基部の位置および姿勢が制御される。物体基準点および第ｉ物体基準ベクトルは物体のサイズ、形状、位置および姿勢のうち一部または全部に応じたものである。ハンド基準点および第ｉハンド基準ベクトルは、基部の位置および姿勢ならびに複数の指機構のうち特定指機構の姿勢に応じたものである。これにより、物体のサイズ等に応じて、特定指機構による当該物体の把持の観点から基部の位置および姿勢が適当に制御される。また、当該基部の位置および姿勢の制御過程において、特定指機構の屈曲姿勢が徐々に変化（たとえば徐々に屈曲度が増加）するように特定指機構の動作が制御されるだけで物体が把持されうる。さらに、特定指機構の屈曲姿勢を徐々に変化させる制御は、指先位置を物体の目標位置に合わせるための各指機構の姿勢制御と比較して簡単なものであるので、この分だけ指機構の構造を簡易化することができる。すなわち、前記従来技術のようにハンドの指機構の構成として、複数の関節のそれぞれにアクチュエータを設けることなく、より簡易な構成が採用された場合でも、任意形状の物体が的確に把持されうる。

したがって、本発明のハンド制御システムによれば、指機構の構造の簡易化を図りながら、任意形状の物体を的確に把持しうる。さらに、第ｉ物体基準ベクトル及び第ｉハンド基準ベクトルの相対的回転が、クォータニオンの使用によって表現（演算処理）される。このため、ある軸回りに球面線形補間しながら最短時間（または移動距離）で基部の姿勢が制御されうる。これにより、基部の無駄な動きを回避し、基部が周辺にある把持対象ではない物体に接触する可能性が著しく低減される。また、把持対象である物体に対して基部を適切な方向から接近させることができる。さらに、ジンバルロック（「円卓の真ん中に置かれた皿は、円卓を回転させても縁に近づいてこない」等、有効な自由度や次元が失われる現象）が確実に防止されうる。また、回転が４つの数値だけで記述されうるので、アフィン変換行列法等と比較して、その演算処理のためのメモリ等の資源が節約される。

なお、本発明の構成要素である手段がある情報を「認識する」とは、当該手段が情報をメモリ等の記憶装置から読み取ること、当該情報を外部情報源から受け取ること、センサからの出力等に基づき当該情報を演算処理によって測定、設定、推定、算定すること、測定等した情報をメモリに保存する等、当該情報を用いる更なる情報処理のために当該情報を準備するあらゆる処理を包含する概念である。

また、本発明のハンド制御システムは、前記第４処理部が、前記物体基準点と前記ハンド基準点との距離及び前記第ｉ物体基準ベクトルと前記第ｉハンド基準ベクトルとのなす角度のうち一方又は両方が、前記第１処理部により認識された前記物体のサイズ、形状、位置及び姿勢のうち一部又は全部に応じた範囲内の値になった場合、前記特定指機構の屈曲姿勢を徐々に変化させることを特徴とする。

本発明のハンド制御システムによれば、特定指機構の屈曲姿勢を変化させるタイミングを、物体のサイズ、形状、位置および姿勢のうち一部または全部に鑑みて適当なものとし、これによって特定指機構を円滑に動作させながら当該物体を把持させることができる。たとえば、物体が小さい場合、ハンド（またはハンド基準点）が当該物体（または物体基準点）から遠くにある時点で特定指機構の屈曲姿勢を変化させ始めることにより、物体のそばに近づいたときのハンドの閉じ具合または開き具合（特定指機構の屈曲姿勢）を、当該物体のサイズに鑑みて適当なものとすることができる。一方、物体が大きい場合、ハンドが当該物体から近くにある時点で特定指機構の屈曲姿勢を変化させ始めることにより、物体のそばに近づいたときのハンドの閉じ具合または開き具合を、当該物体のサイズに鑑みて適当なものとすることができる。すなわち、ハンドが閉じた後で再び開くというような特定指機構の無駄な動作が省略されうる。

さらに、本発明のハンド制御システムは、前記第１処理部が前記物体の形状として平板形状を認識した場合、前記第１処理部が当該平板形状の物体の中心に前記物体基準点を設定し、当該平板の法線単位ベクトルを第１物体基準ベクトルとして設定し、かつ、当該平板の接線単位ベクトルを第２物体基準ベクトルとして設定し、前記第２処理部が１つの前記特定指機構及びこれに対向する２つの指機構のそれぞれの先端部を頂点とする三角形の中心を前記ハンド基準点として測定し、当該三角形を含む平面の法線単位ベクトルを第１ハンド基準ベクトルとして測定し、かつ、当該平面の接線単位ベクトルを第２ハンド基準ベクトルとして設定することを特徴とする。

本発明のハンド制御システムによれば、平板形状の物体が的確に把持されうる。

また、本発明のハンド制御システムは、前記第１処理部が前記物体の形状として棒状を認識した場合、前記第１処理部が、前記特定指機構を前記棒状の物体に当接させることができる程度に少なくとも一部が前記物体に近接している軌跡上の点を前記物体基準点として設定し、当該物体基準点における当該軌跡の接線単位ベクトル及び従法線ベクトルのそれぞれを第１物体基準ベクトル及び第２物体基準ベクトルのそれぞれとして設定し、前記第２処理部が前記特定指機構の回動軸上の点を前記ハンド基準点として測定し、当該回動軸に直交し、前記特定指機構の先端部に向かう単位ベクトルを第１ハンド基準ベクトルとして測定し、かつ、当該回動軸方向の単位ベクトルを第２ハンド基準ベクトルとして設定し、前記第３処理部が基部の位置及び姿勢を制御し、かつ、その過程で前記第４処理部が特定指機構の屈曲姿勢を徐々に変化させることにより、前記ハンド基準点、前記第１ハンド基準ベクトル及び前記第２ハンド基準ベクトルのそれぞれを、前記物体基準点、前記第１物体基準ベクトル及び前記第２物体基準ベクトルのそれぞれに一致させることを特徴とする。

本発明のハンド制御システムによれば、棒状の物体または棒状の部分を有する物体が的確に把持されうる。

また、本発明のハンド制御システムは、前記基体の下部から延設された複数の脚体の動作により移動可能な脚式移動ロボットの、前記基体の上部から延設されたアームの先端部に取り付けられている前記ハンドによる前記物体の把持動作を制御することを特徴とする。

本発明のハンド制御システムによれば、アームの姿勢（これにより基部の位置が決まる。）および基部の姿勢の制御だけでは物体を把持することが困難な場合でも、ロボットが脚体動作によって物体に対する基体の位置や姿勢等を変化させることで、アームおよび基部の姿勢制御を通じて、ハンドにより当該物体を把持することができる状態が容易に実現されうる。

本発明のハンド制御システムの実施形態について図面を用いて説明する。

図１は本発明のハンド制御システムを備えるロボットの構成例示図であり、図２は本発明のハンドの構成例示図であり、図３〜図９は本発明のハンド制御システムの機能例示図である。

図１に示されているロボットＲは脚式移動ロボットであり、人間と同様に、上体部Ｐ０と、上体部Ｐ０の上部両側から延設された左右の腕部Ｐ１と、左右の腕部Ｐ１のそれぞれの先端に設けられているハンド１と、上体部Ｐ０の下部から下方に延設された左右の脚部Ｐ２と、上体部Ｐ０の上方に配置された頭部Ｐ３と、頭部Ｐ３に配置され、前方の風景を撮像する左右一対のＣＣＤカメラＣと、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ、信号入力回路および信号出力回路等によって構成され、ロボットＲの動作を制御するハンド制御システム２とを備えている。

上体部Ｐ０は、ヨー軸回りに相対的に回動しうるように上下に連結された上部および下部により構成されている。

腕部Ｐ１は、第１腕リンクＰ１１と、第２腕リンクＰ１２とを備えている。上体部Ｐ０と第１腕リンクＰ１１とは肩関節Ｊ１１を介して連結され、第１腕リンクＰ１１と第２腕リンクＰ１２とは肘関節Ｊ１２を介して連結され、第２腕リンクＰ１２とハンド１とは手根関節Ｊ１３を介して連結されている。肩関節Ｊ１１はロール、ピッチおよびヨー軸回りの回動自由度を有し、肘関節Ｊ１２はピッチ軸回りの回動自由度を有し、手根関節Ｊ１３はロール、ピッチ、ヨー軸回りの回動自由度を有している。

脚部Ｐ２は、第１脚リンクＰ２１と、第２脚リンクＰ２２と、足部Ｐ２３とを備えている。上体部Ｐ０と第１脚リンクＰ２１とは股関節Ｊ２１を介して連結され、第１脚リンクＰ２１と第２脚リンクＰ２２とは膝関節Ｊ２２を介して連結され、第２脚リンクＰ２２と足部Ｐ２３とは足関節Ｊ２３を介して連結されている。股関節Ｊ２１はロール、ピッチおよびロール軸回りの回動自由度を有し、膝関節Ｊ２２はピッチ軸回りの回動自由度を有し、足関節Ｊ１３はロールおよびピッチ軸回りの回動自由度を有している。

頭部Ｐ３は、上体部Ｐ０に対してヨー軸回りに回動する等、さまざまに動くことができる。

ハンド１は、図２に示されているように、手掌部１０と、手掌部１０から延設された第１指機構１１、第２指機構１２、第３指機構１３、第４指機構１４および第５指機構１５とを備えている。第１指機構１１、第２指機構１２、第３指機構１３、第４指機構１４、および第５指機構１５のそれぞれは、人間の手の親指、人差指、中指、薬指および小指のそれぞれに相当する。第１指機構１１は、その内側が、他の指機構１２〜１５の内側に対向しうるように配置されている。４本の指機構１２〜１５は、横方向に並列されている。

第１指機構１１は、第１リンク部材１１２、第２リンク部材１１４、第３リンク部材１１６および破線で示されているような形状の指カバーを備えている。第１リンク部材１１２、第２リンク部材１１４および第３リンク部材１１６のそれぞれは、人間の手の第１中手骨、親指の基節および末節に相当する。第１リンク部材１１２は、手掌部１０に取り付けられた基部１１２に対して第１軸ａ１のまわりに回動可能な状態で、第１関節１１１を介して当該基部１１０に連結されている。基部１１０は、手掌部１０に固定されていてもよいし、手掌部１０に対して可動に取り付けられていてもよい。第２リンク部材１１４は、第１リンク部材１１２に対して第２軸ａ２のまわりに回動可能な状態で、第２関節１１３を介して第１リンク部材１１２に連結されている。第３リンク部材１１６は、第２リンク部材１１４に対して第３軸ａ３のまわりに回動可能な状態で、第３関節１１５を介して第２リンク部材１１４に連結されている。第１関節１１１、第２関節１１３および第３関節１１５のそれぞれは、人間の手の第１中手骨の基部側の関節、親指の中手指節関節および指節間関節のそれぞれに相当する。第１軸ａ１は、指機構１２〜１５の並列方向（図２の左右方向）とほぼ平行であり、第２軸ａ２は第１軸ａ１と離反して交差しており、第３軸ａ３は第２軸ａ２と離反して交差している。

第１指機構１１は、手掌部１０に収納された第１モータＭ１から、第１減速機構Ｇ１等により構成される動力伝達機構を介して伝達される動力に応じて、第１関節１１１、第２関節１１３および第３関節１１５のそれぞれにおいて曲がりうる。第１モータＭ１から第１指機構１１に伝達される動力は、ハンド制御システム２によって制御される。

指機構１２〜１５は、たとえば、特開２００１−３４７４８２号公報に記載されている指機構と同様に、それぞれが別個独立に屈伸運動可能とされ、また、それぞれがほぼ同様の構成とされている。たとえば、第５指機構１５は、第１リンク部材１５２、第２リンク部材１５４、第３リンク部材１５６および破線で示されているような形状の指カバーを備えている。第１リンク部材１５２、第２リンク部材１５４および第３リンク部材１５６のそれぞれは、人間の手の小指の基節、中節および末節のそれぞれに相当する。第１リンク部材１５２は、手掌部１０に配置された基部１５０に対して第１軸ｂ１のまわりに回動可能な状態で、第１関節１５１を介して当該基部１５０に連結されている。基部１５０は、手掌部１０に固定されていてもよいし、手掌部１０に対して可動であってもよい。第２リンク部材１５４は、第１リンク部材１５２に対して第２軸ｂ２のまわりに回動可能な状態で、第２関節１５３を介して第１リンク部材１５２に連結されている。第３リンク部材１５６は、第２リンク部材１５４に対して第３軸ｂ３のまわりに回動可能な状態で、第３関節１５５を介して第２リンク部材１５４に連結されている。第１関節１５１、第２関節１５３および第３関節１５５のそれぞれは、人間の手の小指の中手指節関節、近位指節間関節および遠位指節間関節のそれぞれに相当する。第１軸ｂ１、第２軸ｂ２および第３軸ｂ３は、指機構１２〜１５の並び方向（図２の左右方向）とほぼ平行である。

第５指機構１５は、手掌部１０に収納された第５モータＭ５から、減速装置等を含む動力伝達機構を介して伝達される動力に応じて、第１関節１５１、第２関節１５３および第３関節１５５のそれぞれにおいて内側に曲がることができる。第５モータＭ５から第５指機構１５に伝達される動力は、第１指機構１１と同様にハンド制御システム２によって制御される。

第２指機構１２、第３指機構１３および第４指機構１４のそれぞれの構成は、第５指機構１５の前記構成とほぼ同様なので説明を省略する。

なお、指機構１１〜１５のうち複数の指機構が、特開２００３−１８１７８７号公報に記載されているように一のモータによって駆動されてもよい。また、動力伝達機構は、同公報に記載されているようにワイヤやプーリ等によって構成されてもよく、各指機構を屈伸運動させるようにモータの動力を伝達しうるあらゆる構成が採用されてもよい。

ハンド制御システム２は、図１に示されているように、第１処理部２１と、第２処理部２２と、第３処理部２３と、第４処理部２４とを備えている。

第１処理部２１は、一対のＣＣＤカメラＣによる撮像データに基づき、頭部Ｐ１の前方にある物体の「サイズ」「形状」「位置」および「姿勢」を測定する。また、第１処理部２１は、当該物体のサイズ、形状、位置および姿勢に応じて、「物体基準点」および当該物体基準点を始点とする複数の「物体基準ベクトル」を算定する。

第２処理部２２は、ロボットＲの関節角度に応じたロータリエンコーダ（図示略）の出力や、ＣＣＤカメラＣによる撮像データに基づき、ハンド１の手掌部（基部）１０の位置および複数の指機構１１〜１５の屈曲姿勢を測定（認識）する。また、第２処理部２２は、当該手掌部１０の位置および姿勢、ならびに複数の指機構１１〜１５のうち特定指機構（後述する。）の屈曲姿勢に応じた「ハンド基準点」および当該ハンド基準点を始点とする複数の「ハンド基準ベクトル」を認識する。

第３処理部２３は、第１処理部２１により認識された物体基準点および第ｉ物体基準ベクトル（ｉ＝１，２，‥）のそれぞれと、第２処理部２２により認識されたハンド基準点および第ｉハンド基準ベクトルのそれぞれとが近づくように手掌部（基部）１０の位置および姿勢を制御する。

第４処理部２４は、第３処理部２３による手掌部１０の位置および姿勢の制御過程で、複数の指機構１１〜１５の屈曲姿勢を徐々に変化させる。

前記構成のハンド制御システム２によれば、図４に示されているように、ロボットＲが、その右腕部Ｐ１（および必要に応じて脚部Ｐ２）を動かしながら（白矢印参照）、特定指機構の屈曲度を徐々に増加させることで（黒矢印参照）、作業台Ｄ上にある平板形状の物体（ワーク）ｗをハンド１によって把持することができる。また、図７に示されているように、ロボットＲが、その右腕部Ｐ１を動かしながら（白矢印参照）、特定指機構の屈曲度を徐々に増加させることで（黒矢印参照）、作業台Ｄ上にあるカップ（その持ち手が棒状の物体に該当する。）ｗをハンド１によって把持することができる。この制御手順について、図３〜図６、図８および図９を用いて説明する。

まず、第１処理部２１が、一対のＣＣＤカメラＣによる撮像データに基づく画像処理によって、頭部Ｐ３の前方にある把持対象としての物体ｗの「サイズ」および「形状」を測定する（図３／Ｓ１）。当該画像処理には２値化処理等が含まれ、撮像データから物体ｗの輪郭（エッジ）が抽出されうる。物体ｗのサイズは、ＣＣＤカメラＣの撮像範囲における物体ｗの画素数（面積）や、左右のＣＣＤカメラＣの視差に応じた物体ｗまでの距離等に基づいて測定される。物体ｗの形状は、物体ｗの輪郭に基づいて測定される。たとえば、物体ｗの輪郭と、メモリに格納されている複数のパターンのそれぞれとの対比（パターンマッチング）によって物体ｗの形状が測定される。なお、ロボットＲが有するリーダ（図示略）により、物体ｗに付されているまたは当該物体ｗの近くに置かれたバーコードやＲＦＩＤから、物体ｗの「サイズ」および「形状」のうち一方または両方が読み取られることで、物体ｗのサイズ等が第１処理部２１により認識されてもよい。

続いて、第４処理部２４が、複数の指機構１１〜１５のうち、物体ｗの測定形状（およびサイズ）に応じた指機構を特定し、当該特定指機構の屈曲姿勢を初期化する（図３／Ｓ２）。これにより、たとえば、第１指機構１１が特定指機構である場合、その第３関節１１５の屈曲角度が０（または微小角度δ）になるように第１指機構１１の姿勢が制御される。また、第２指機構１２が特定指機構である場合、その第１関節１２１、第２関節１２３および第３関節１２５のすべての屈曲角度が０（または微小角度δ）になるように第２指機構１２の姿勢が制御される。第３指機構１３、第４指機構１４または第５指機構１５が特定指機構である場合は、第２指機構１２が特定指機構である場合と同様にその姿勢が制御される。図４（ａ）に示されているように物体ｗが平板形状である場合、第４処理部２４は、第１指機構１１、第２指機構１２および第３指機構１３を特定指機構として、各特定指機構の屈曲姿勢を前記のように初期化する。図５（ｂ）に示されているように物体（カップの取っ手）ｗが棒状である場合、第４処理部２４は、第２指機構１２（または指機構１２および１３、指機構１２、１３および１４等、指機構１１〜１５のうちの任意の一または複数の指機構）を特定指機構として、当該特定指機構の屈曲姿勢を前記のように初期化する。

特定指機構の屈曲度の初期化後、制御サイクルを表す指数ｋが「１」に設定され（図３／Ｓ３）、第１処理部２１が前記画像処理によって、頭部Ｐ３の前方にある物体ｗの「位置」および「姿勢」を測定する（図３／Ｓ４）。物体ｗの位置（後述する物体基準点Ｐw(k)の位置）は、ロボットＲの重心等の任意点を原点とするロボット座標系における位置として測定される。ロボット座標系における物体ｗの位置は、ＣＣＤカメラＣから物体ｗまでの距離や、上体部Ｐ０に対する頭部Ｐ３の回動角度、上体部Ｐ０の上部および下部のヨー回動角度（ひねり角度）等に基づいて求められる。ロボット座標系の原点として、物体ｗの把持動作中に動かない点が採用されてもよいが、当該動作中に動く点が採用され、かつ、当該動きに応じてロボット座標系における物体ｗの位置が逐次補正されてもよい。物体ｗのサイズは、ＣＣＤカメラＣの撮像範囲における物体ｗの画素数（面積）や、左右のＣＣＤカメラＣの視差に応じた物体ｗまでの距離等に基づいて測定される。物体ｗのサイズは、たとえば、物体ｗの輪郭と、メモリに格納されている複数のパターンのそれぞれとの対比（パターンマッチング）によって測定される。

また、第１処理部２１が物体ｗの測定位置および姿勢（必要であれば測定サイズおよび形状も加えて）に応じて、物体基準点Ｐ_w(k)、第１物体基準ベクトルα_w1(k)および第２物体基準ベクトルα_w2(k)を測定する（図３／Ｓ５）。

たとえば、図５（ａ）に示されているように物体ｗが平板形状である場合、第１処理部２１は、物体ｗの周縁における３つの点を頂点とする三角形（斜線部分）の中心を物体基準点Ｐ_w(k)として設定する。また、第１処理部２１は、図５（ａ）に示されているように、物体基準点Ｐ_w(k)を始点とし、物体ｗの（上面）の単位法線ベクトルを第１物体基準ベクトルα_w1(k)として設定し、かつ、物体基準点Ｐ_w(k)を始点とし、当該三角形の中心から、当該三角形の三辺のうち物体ｗの周縁に最も近い一辺への垂線方向に延びる単位ベクトル（平板ｗの単位接線ベクトル）を第２物体基準ベクトルα_w2(k)として設定する。

なお、物体ｗが静止している等のため、ロボット座標系における物体ｗの位置が一定である場合、物体基準点Ｐ_w(k)も一定である（すなわちＰ_w(k+1)＝Ｐ_w(k)）。また、ロボット座標系における物体ｗの姿勢が一定である場合、第１物体基準ベクトルα_w1(k)および第２物体基準ベクトルα_w2(k)も一定である（すなわちα_w1(k+1)＝α_w1(k)、α_w2(k+1)＝α_w2(k)）。このような場合、制御サイクルｋ（≧２）における物体の位置および姿勢の測定（Ｓ４）および物体基準点Ｐ_w(k)、第１物体基準ベクトルα_w1(k)および第２物体基準ベクトルα_w2(k)の測定（Ｓ５）が省略されてもよい。

一方、物体ｗおよびロボットＲのうち一方または両方が動いている等のため、ロボット座標系における物体ｗの位置が変化する場合、物体基準点Ｐ_w(k)も変化する（すなわちＰ_w(k+1)≠Ｐ_w(k)）。また、ロボット座標系における物体ｗの姿勢が変化する場合、第１物体基準ベクトルα_w1(k)および第２物体基準ベクトルα_w2(k)も変化する（すなわちα_w1(k+1)≠α_w1(k)、α_w2(k+1)≠α_w2(k)）。

また、図８（ａ）に示されているように物体ｗが棒状である場合、第１処理部２１は、物体ｗを囲う軌跡ｔｒ上の点を物体基準点Ｐ_w(k)として設定する。また、第１処理部２１は、図８（ａ）に示されているように、各物体基準点Ｐ_w(k)を始点とし、当該軌跡ｔｒの単位接線ベクトルを第１物体基準ベクトルα_w1(k)として設定し、かつ、物体基準点Ｐ_w(k)を始点とし、当該軌跡ｔｒの単位従法線ベクトルを第２物体基準ベクトルα_w2(k)として設定する。

また、第２処理部２２が、手掌部１０の位置および姿勢、ならびに特定指機構の屈曲姿勢を測定する（図３／Ｓ６）。手掌部１０の位置は、第１腕リンクＰ１１の長さ、第２腕リンクＰ１２の長さ、肩関節Ｊ１１の回動角度、肘関節Ｊ１２の回動角度等に基づき、ロボット座標系における手根関節Ｊ１３の位置として測定される。手掌部１０の姿勢は、手根関節Ｊ１３の回動角度等に基づき、ロボット座標系における手掌部１０のＸ、ＹおよびＺ軸のそれぞれの軸回りの回動角度として測定される。特定指機構の屈曲度は、特定指機構の関節の屈曲角度に応じて測定される。

さらに、第２処理部２２が、手掌部１０の測定位置および姿勢、ならび特定指機構の測定屈曲姿勢に基づき、制御サイクルｋにおけるハンド基準点Ｐ_h(k)、第１ハンド基準ベクトルα_h1(k)および第２ハンド基準ベクトルα_h2(k)を測定する（図３／Ｓ７）。

たとえば、図５（ａ）に示されているように物体ｗが平板形状である場合、図５（ｂ）に示されているように特定指機構１１〜１３のそれぞれの指先位置（以下「第１指先位置」「第２指先位置」および「第３指先位置」という。）１１ｘ〜１３ｘを頂点とする三角形（破線で囲まれた斜線部）の中心がハンド基準位置Ｐ_h(k)として測定される。なお、物体ｗの周縁における３つの点を頂点とする前記三角形の内心や外心が物体基準点Ｐ_w(k)として設定された場合、指先位置１１ｘ〜１３ｘを頂点とする三角形の内心や外心がハンド基準位置Ｐ_h(k)として測定されてもよい。また、ハンド基準位置Ｐ_h(k)を始点とし、かつ、第１指先位置１１ｘから第２指先位置１２ｘおよび第３指先位置１３ｘのそれぞれに向かう２つのベクトルとの外積と平行な単位ベクトルが第１ハンド基準ベクトルα_h1(k)として測定される（図５（ｂ）参照）。さらに、ハンド基準位置Ｐ_h(k)を始点とし、かつ、第１指先位置１１ｘから第２指先位置１２ｘおよび第３指先位置１３ｘの中点に向かうベクトルに平行な単位ベクトルが第２ハンド基準ベクトルα_h2(k)として測定される（図５（ｂ）参照）。

また、図８（ａ）に示されているように物体ｗが棒状である場合、図８（ｂ）に示されているように第２指先位置１２ｘがハンド基準位置Ｐ_h(k)として測定される。また、ハンド基準位置Ｐ_h(k)を始点とし、かつ、第２指機構１２の第３関節１２５（図２参照）から第２指先位置１２ｘに向かうベクトルとの平行な単位ベクトルが第１ハンド基準ベクトルα_h1(k)として測定される（図８（ｂ）参照）。さらに、ハンド基準位置Ｐ_h(k)を始点とし、かつ、第２指機構１２の第３関節１２５の回動軸に平行な単位ベクトルが第２ハンド基準ベクトルα_h2(k)として測定される（図８（ｂ）参照）。なお、第２指機構１２の第３関節１２５の位置がハンド基準位置Ｐ_h(k)として測定され、このハンド基準位置Ｐ_h(k)から第２指先位置１２ｘに向かう単位ベクトルが第１ハンド基準ベクトルα_h1(k)として測定され、ハンド基準位置Ｐ_h(k)を始点とし、かつ、第２指機構１２の第３関節１２５の回動軸上の単位ベクトルが第２ハンド基準ベクトルα_h2(k)として測定されてもよい。

次に第３処理部２３が、第１処理部２１により測定された物体基準位置Ｐ_w(k)、第１物体基準ベクトルα_w1(k)および第２物体基準ベクトルα_w2(k)のそれぞれと、第２処理部２２により測定されたハンド基準位置Ｐ_h(k)、第１ハンド基準ベクトルα_h1(k)および第２ハンド基準ベクトルα_h2(k)のそれぞれとが近づくように、手掌部１０の位置および姿勢を制御する（図３／Ｓ８）。具体的には、第３処理部２３により、次に説明するような制御処理が実行される。

まず、ハンド基準点Ｐ_h(k)（＝（ｘ_h(k)，ｙ_h(k)，ｚ_h(k)））が、物体基準点Ｐ_w(k)（＝（ｘ_w(k)，ｙ_w(k)，ｚ_w(k)））に近づくように手掌部１０の位置が制御される。具体的には、今回の制御サイクルｋにおけるハンド基準点Ｐ_h(k)の物体基準点Ｐ_w(k)からの距離ｄ(k)が、前回の制御サイクルｋ−１におけるハンド基準点Ｐ_h(k-1)の物体基準点Ｐ_w(k-1)からの距離ｄ(k-1)よりも小さくなるように手掌部１０の位置が制御される。すなわち、次式（１）によって表される条件が満たされるように手掌部１０の位置が制御される。

{x_h(k)−x_w(k)}²＋{y_h(k)−y_h(k)}²＋{z_h(k)−z_w(k)}²
＜{x_h(k-1)−x_w(k-1)}²＋{y_h(k-1)−y_w(k-1)}²＋{z_h(k-1)−z_w(k-1)}²‥（１）

また、第１ハンド基準ベクトルα_h1(k)が第１物体基準ベクトルα_w1(k)に近づくように基部１０の姿勢が制御される。具体的には、今回の制御サイクルｋにおける第１ハンド基準ベクトルα_h1(k)が第１回動軸ａ₁(k)のまわりに第１回動角度φ₁(k)だけ回動されるように基部１０の姿勢が制御される。すなわち、次式（２）が成立するように手掌部１０の姿勢が制御される。

Ｑ（α_h1(k+1)）＝Ｑ₁ ^*(k)・Ｑ（α_h1(k)）・Ｑ₁(k)‥（２）

ここで、制御サイクルｋにおける第１ハンド基準ベクトルα_h1(k)はクォータニオン（４元数）Ｑ（α_h1(k)）として表現されている。また、Ｑ₁(k)およびＱ₁ ^*(k)は３次元空間における第１回動軸ａ₁(k)（＝（ｘ₁(k)，ｙ₁(k)，ｚ₁(k)））まわりでの第１回動角度φ₁(k)の回動を表現するためのクォータニオンであり、次式（２ａ）および（２ｂ）のそれぞれにより表記される。

Ｑ₁(k)≡［cos(φ₁(k)/2),
x₁(k)sin(φ₁(k)/2), y₁(k)sin(φ₁(k)/2), z₁(k)sin(φ₁(k)/2)］
‥（２ａ）

Ｑ₁ ^*(k)≡［cos(φ₁(k)/2),
-x₁(k)sin(φ₁(k)/2),-y₁(k)sin(φ₁(k)/2),-z₁(k)sin(φ₁(k)/2)］
‥（２ｂ）

さらに、制御サイクルｋにおける第１回動軸ａ₁(k)は次式（２ｃ）にしたがって逐次設定（算定）される。

ａ₁(k)＝（α_w1(k)×α_h1(k)）／｜α_w1(k)×α_h1(k)｜ ‥（２ｃ）

また、制御サイクルｋにおける第１回動角度φ₁(k)は、次式（２ｄ）にしたがって逐次設定（算定）される。

φ₁(k)＝β₁(k)・ｃｏｓ^-1（α_h1(k)・α_w1(k)），
０＜β₁(k)＜１ ‥（２ｄ）
ここでβ₁(k)は、制御サイクルｋにおける手掌部１０の第１回動軸ａ₁(k)まわりの回動量（角度）を規定するための係数であり、特定指機構の目標屈曲速度や、ロボットＲを駆動するためのアクチュエータ（図示略）の能力等に応じて適宜設定される。なお、係数β₁(k)は一定であってもよい。

さらに、第２ハンド基準ベクトルα_h2(k)が第２物体基準ベクトルα_w2(k)に近づくように基部１０の姿勢が制御される。具体的には、今回の制御サイクルｋにおける第２ハンド基準ベクトルα_h2(k)が第２回動軸ａ₂(k)のまわりに第２回動角度φ_２(k)だけ回動されるように基部１０の姿勢が制御される。すなわち、次式（３）が成立するように手掌部１０の姿勢が制御される。

Ｑ（α_h2(k+1)）＝Ｑ₂ ^*(k)・Ｑ（α_h2(k)）・Ｑ₂(k)‥（３）

ここで、制御サイクルｋにおける第２ハンド基準ベクトルα_h2(k)はクォータニオン（４元数）Ｑ（α_h2(k)）として表現される。また、Ｑ₂(k)およびＱ₂ ^*(k)は３次元空間における第２回動軸ａ₂(k)（＝（ｘ₂(k)，ｙ₂(k)，ｚ₂(k)））まわりでの第２回動角度φ₂(k)の回動を表現するためのクォータニオンであり、次式（３ａ）および（３ｂ）のそれぞれにより表記される。

Ｑ₂(k)≡［cos(φ₂(k)/2),
x₂(k)sin(φ₂(k)/2), y₂(k)sin(φ₂(k)/2), z₂(k)sin(φ₂(k)/2)］
‥（３ａ）

Ｑ₂ ^*(k)≡［cos(φ₂(k)/2),
-x₂(k)sin(φ₂(k)/2),-y₂(k)sin(φ₂(k)/2),-z₂(k)sin(φ₂(k)/2)］
‥（３ｂ）

さらに、制御サイクルｋにおける第２回動軸ａ₂(k)は次式（３ｃ）にしたがって逐次設定（算定）される。

ａ₂(k)＝（α_w2(k)×α_h2(k)）／｜α_w2(k)×α_h2(k)｜ ‥（３ｃ）

また、制御サイクルｋにおける第２回動角度φ₂(k)は、次式（３ｄ）にしたがって逐次設定（算定）される。

φ₂(k)＝β₂(k)・ｃｏｓ^-1（α_h2(k)・α_w2(k)），
０＜β₂(k)＜１ ‥（３ｄ）

ここでβ₂(k)は、制御サイクルｋにおける手掌部１０の第２回動軸ａ₂(k)まわりの回動量（角度）を規定するための係数であり、特定指機構の目標屈曲速度や、ロボットＲを駆動するためのアクチュエータ（図示略）の能力等に応じて適宜設定される。なお、係数β₂(k)は一定であってもよい。

手掌部１０の位置および姿勢は、肩関節Ｊ１１における第１腕部Ｐ１１の上体部Ｐ０に対する回動角度、肘関節Ｊ１２における腕部Ｐ１の屈曲角度、手根関節Ｊ１３における手掌部１０の第２腕部Ｐ１２に対する回動角度が制御されることによって制御される。また、手掌部１０の位置および姿勢は、必要に応じて上体部Ｐ０の上部および下部のヨー角度（上体部１０のねじり）、膝関節Ｊ２２における脚部Ｐ２の屈曲角度が制御されることで制御される。さらに、各関節角度（制御量）は、ロボット座標系における逆動力学リンクモデル（ロボットＲを、複数の関節を介して接続された複数の剛体リンクによって構成されているものとして、関節角度からリンクや特定部位の位置および姿勢を表現するためのモデル）にしたがって逐次算出されうる。

これにより、物体ｗが平板形状である場合、図６に示されているように、手掌部１０の位置および姿勢が、ｋ＝ｋ₁の状態（二点差線）から、ｋ＝ｋ₂（＞ｋ₁）の状態（一点差線）、さらにはｋ＝Ｎ（＞ｋ₂）の状態（実線）へと遷移するように制御される。また、物体ｗが棒状である場合、図９に示されているように手掌部１０の位置および姿勢が、ｋ＝ｋ₁の状態（二点差線）から、ｋ＝ｋ₂の状態（一点差線）、さらにはｋ＝Ｎの状態（実線）へと遷移するように制御される。

続いて、今回の制御サイクルｋにおけるハンド基準点Ｐ_h(k)および物体基準点Ｐ_w(k)の距離ｄ(k)が、閾値ε以下となったか否か、すなわち、次式（４）が成立するか否かが判定される（図３／Ｓ９）。

ｄ(k)≦ε ‥（４）
なお、閾値εは、第１処理部２１により測定された物体ｗのサイズ、形状、位置および大きさのうち一部または全部に応じて設定される。

当該距離ｄ(k)が閾値εより大きいと判定された場合（図３／Ｓ９‥ＹＥＳ）、前記指数ｋが１だけ増加された上で（図３／Ｓ１２）、Ｓ４〜Ｓ９の前記処理が繰り返される。その一方、当該距離ｄ(k)が閾値ε以下であると判定された場合（図３／Ｓ９‥ＮＯ）、物体基準点Ｐ_w(k)およびハンド基準点Ｐ_h(k)が一致し、第１ハンド基準ベクトルα_h1(k)が第１物体基準ベクトルα_w1(k)に一致し、かつ、第２ハンド基準ベクトルα_h2(k)が第２物体基準ベクトルα_w2(k)に一致したか否かが判定される（図３／Ｓ１０）。すなわち、次式（５ａ）〜（５ｃ）により表される条件がすべて満たされるか否かが判定される。

ｄ(k)＝０ ‥（５ａ）

ｃｏｓ^-1（α_h1(k)・α_w1(k)）＝０ ‥（５ｂ）

ｃｏｓ^-1（α_h2(k)・α_w2(k)）＝０ ‥（５ｃ）

また、特定指機構１１〜１３のそれぞれの先端部に設けられた接触センサからの出力に基づき、当該特定指機構１１〜１３のすべての先端部が物体ｗに接触したか否かが判定される（図３／Ｓ１０）。なお、接触センサからの出力に基づく接触判定に代えて、特開２００５−１２５４６２号公報に開示されているようなセンサレスの接触判定手法が採用されてもよい。

ここで、当該条件が満たされていない場合（図３／Ｓ１０‥ＮＯ）、第４処理部２４が、特定指機構の屈曲度が増大するように、当該特定指機構の動作を制御する（図３／Ｓ１１）。そして、前記指数ｋが１だけ増加された上で（図３／Ｓ１２）、Ｓ４〜Ｓ１０の前記処理が繰り返される。その一方、当該条件が満たされている場合（図３／Ｓ１０‥ＹＥＳ）、物体ｗを把持するための制御が終了する。

これにより、物体ｗが平板形状である場合、図６に示されているように、手掌部１０の位置および姿勢、ならびに特定指機構１１〜１３の屈曲度が、ｋ＝ｋ₂の状態（一点差線）からｋ＝Ｎの状態（実線）へと遷移するように制御される。そして、平板形状の物体ｗが、３つの特定指機構１１〜１３によって把持される（図６実線参照）。また、物体ｗが棒状である場合、図９に示されているように、手掌部１０の位置および姿勢、ならびに特定指機構１２の屈曲度が、ｋ＝ｋ₂の状態（一点差線）からｋ＝Ｎの状態（実線）へと遷移するように制御される。そして、棒状の物体ｗが、特定指機構１２、さらに必要であれば第１指機構１１等の他の指機構によって把持される（図９実線参照）。

なお、式（５ａ）〜（５ｃ）で表される前記条件が満たされた場合にハンド１による物体ｗの把持制御が終了させられたが（Ｓ１０）、特定指機構に設けられた圧力センサ（図示略）の出力や、ＣＣＤカメラＣの画像データに基づく画像処理に基づき、すべての特定指機構と物体ｗとのある程度の接触が検知されたことを要件として当該制御が終了してもよい。

前記機能を発揮するハンド制御システム２によれば、物体基準点Ｐ_w(k)とハンド基準点Ｐ_h(k)とが近づき、第１物体基準ベクトルα_w1(k)と第１ハンド基準ベクトルα_h1(k)とが近づき、かつ、第２物体基準ベクトルα_w2(k)と第２ハンド基準ベクトルα_h2(k)とが近づくように、ハンド１の手掌部（基部）１０の位置および姿勢が制御される（図３／Ｓ８参照）。物体基準点Ｐ_w、第１物体基準ベクトルα_w1(k)および第２物体基準ベクトルα_w2(k)は、物体ｗのサイズ、形状、位置および姿勢に応じたものである（図３／Ｓ１，Ｓ４，Ｓ５参照）。ハンド基準点Ｐ_h、第１ハンド基準ベクトルα_h1(k)、第２ハンド基準ベクトルα_h2(k)は、手掌部１０の位置および姿勢ならびに特定指機構の姿勢に応じたものである（図３／Ｓ６，Ｓ７参照）。これにより、物体ｗのサイズ等に応じて、特定指機構による当該物体の把持の観点から手掌部１０の位置および姿勢が適当に制御される。また、当該手掌部１０の位置および姿勢の制御過程において、特定指機構の屈曲度が徐々に増加するように特定指機構の動作が制御されるだけで物体が把持されうる（図３／Ｓ１１参照）。さらに、特定指機構の屈曲姿勢を徐々に変化させる制御は、指先位置を物体ｗの目標位置に合わせるための各指機構の姿勢制御と比較して簡単なものであるので、この分だけ指機構の構造を簡易化することができる。すなわち、指機構１１〜１５のそれぞれをモータＭ１〜Ｍ５のそれぞれによって別個独立に動かすという、指機構１１〜１５のそれぞれの関節ごとにアクチュエータを設ける場合よりも簡易な構造によって任意形状の物体ｗが的確に把持されうる。

したがって、本発明のハンド制御システム２によれば、指機構１１〜１５の構造の簡易化を図りながら、任意形状の物体ｗを的確に把持しうる。

また、第４処理部が、物体基準点Ｐ_w(k)とハンド基準点Ｐ_h(k)との距離ｄ(k)が、物体ｗのサイズ、形状、位置および姿勢のうち一部または全部に応じた閾値ε以下になった場合、特定指機構の屈曲姿勢が徐々に増大させられる（図３／Ｓ９，Ｓ１１）。これにより、特定指機構の屈曲姿勢を変化させるタイミングを、物体ｗのサイズ、形状、位置および姿勢のうち一部または全部に鑑みて適当なものとし、特定指機構を円滑に動作させながら当該物体を把持させることができる。たとえば、物体ｗが小さい場合、ハンド１（またはハンド基準点Ｐ_h）が当該物体ｗ（または物体基準点Ｐ_w）から遠くにある時点で特定指機構の屈曲姿勢を変化させ始めることにより、物体ｗのそばに近づいたときのハンド１の閉じ具合または開き具合（特定指機構の屈曲姿勢）を、当該物体ｗのサイズに鑑みて適当なものとすることができる。一方、物体ｗが大きい場合、ハンド１が当該物体ｗから近くにある時点で特定指機構の屈曲姿勢を変化させ始めることにより、物体ｗのそばに近づいたときのハンド１の閉じ具合または開き具合を、当該物体ｗのサイズに鑑みて適当なものとすることができる。すなわち、ハンド１が閉じた後で再び開くというような特定指機構の無駄な動作が省略されうる。

さらに、第ｉ物体基準ベクトルα_wi(k)および第ｉハンド基準ベクトルα_hi(k)の相対的回転が、クォータニオンＱ₁およびＱ₂の使用によって表現（演算処理）される（式（２）（３）参照）。このため、ある軸回りに球面線形補完しながら最短時間（または移動距離）でハンド１の姿勢が制御されうる。これにより、ハンド１の無駄な動きを回避し、ハンド１が周辺にある把持対象ではない物体に接触する可能性が著しく低減される。また、把持対象である物体ｗに対してハンド１を適切な方向から接近させることができる。さらに、ジンバルロックが確実に防止されうる。また、回転が４つの数値だけで記述されうるので、アフィン変換行列法等と比較して、その演算処理のためのメモリ等の資源が節約される。

なお、第１ハンド基準ベクトルα_h1(k)および第１物体基準ベクトルα_w1(k)のなす角度（以下「第１角度偏差」という。）ｃｏｓ^-1（α_h1(k)・α_w1(k)）が物体ｗのサイズ等に応じた閾値θ_th1以下であること、および第２ハンド基準ベクトルα_h2(k)および第２物体基準ベクトルα_w1(k)のなす角度（以下「第２角度偏差」という。）ｃｏｓ^-1（α_h2(k)・α_w2(k)）が物体ｗのサイズ等に応じた閾値θ_th2以下であることのうち一方または両方を付加的または代替的要件として特定指機構の屈曲度が増大されてもよい。

また、物体基準位置Ｐ_w(k)およびハンド基準位置Ｐ_h(k)の接近と、第１物体基準ベクトルα_w1(k)および第１ハンド基準ベクトルα_h1(k)の接近と、第２物体基準ベクトルα_w2(k)および第２ハンド基準ベクトルα_h2(k)の接近との優先順位が物体ｗのサイズ、形状、位置および姿勢のうち一部または全部に応じて設定されていてもよい。たとえば、第１角度偏差ｃｏｓ^-1（α_h1(k)・α_w1(k)）が閾値θ_th1以下となった後で、第２ハンド基準ベクトルα_h2(k)が第２物体基準ベクトルα_w1(k)に近づくように手掌部１０の位置および姿勢ならびに特定指機構の屈曲度が制御されてもよい。さらに、第１角度偏差ｃｏｓ^-1（α_h1(k)・α_w1(k)）が閾値θ_th1以下となり、かつ、第２角度偏差ｃｏｓ^-1（α_h2(k)・α_w2(k)）が閾値θ_th2以下となった後で、ハンド基準位置Ｐ_h(k)が物体基準位置Ｐ_w(k)に接近するように手掌部１０の位置および姿勢ならびに特定指機構の屈曲度が制御されてもよい。

本発明のハンド制御システムを備えるロボットの構成例示図ハンドの構成例示図本発明のハンド制御システムの機能例示図本発明のハンド制御システムの機能例示図（物体の第１例）本発明のハンド制御システムの機能例示図（物体の第１例）本発明のハンド制御システムの機能例示図（物体の第１例）本発明のハンド制御システムの機能例示図（物体の第２例）本発明のハンド制御システムの機能例示図（物体の第２例）本発明のハンド制御システムの機能例示図（物体の第２例）

符号の説明

１‥ハンド、１０‥手掌部（基部）、１１〜１５‥指機構、２‥ハンド制御システム２１‥第１処理部、２２‥第２処理部、２３‥第３処理部、２４‥第４処理部、Ｒ‥ロボット、Ｐ０‥上体部（基体）、Ｐ１‥腕部、Ｐ２‥脚部、Ｐ３‥頭部、Ｃ‥ＣＣＤカメラ

Claims

基部から延設され、屈伸可能な複数の指機構を有するハンドによる物体の把持動作を制御するシステムであって、
前記物体のサイズ、形状、位置及び姿勢のうち一部又は全部を認識した上で、当該認識情報に応じた物体基準点及び該物体基準点を始点とする複数の物体基準ベクトルを認識する第１処理部と、
前記基部の位置及び姿勢並びに前記複数の指機構のうち特定指機構の屈曲姿勢を認識した上で、当該認識情報に応じたハンド基準点及び該ハンド基準点を始点とする複数のハンド基準ベクトルを認識する第２処理部と、
前記第１処理部により認識された前記物体基準点及び第ｉ物体基準ベクトル（ｉ＝１，２，‥）のそれぞれと、前記第２処理部により認識されたハンド基準点及び第ｉハンド基準ベクトルのそれぞれとが近づくように前記基部の位置を制御するとともに、クォータニオンを用いて前記基部の姿勢を制御する第３処理部と、
前記第３処理部による前記基部の位置及び姿勢の制御過程において、前記特定指機構の屈曲姿勢を徐々に変化させる第４処理部とを備えていることを特徴とするハンド制御システム。
請求項１記載のハンド制御システムにおいて、
前記第４処理部が、前記物体基準点と前記ハンド基準点との距離及び前記第ｉ物体基準ベクトルと前記第ｉハンド基準ベクトルとのなす角度のうち一方又は両方が、前記第１処理部により認識された前記物体のサイズ、形状、位置及び姿勢のうち一部又は全部に応じた範囲内の値になった場合、前記特定指機構の屈曲姿勢を徐々に変化させることを特徴とするハンド制御システム。
請求項１記載のハンド制御システムにおいて、
前記第１処理部が前記物体の形状として平板形状を認識した場合、
前記第１処理部が当該平板形状の物体の中心に前記物体基準点を設定し、当該平板の法線単位ベクトルを第１物体基準ベクトルとして設定し、かつ、当該平板の接線単位ベクトルを第２物体基準ベクトルとして設定し、
前記第２処理部が１つの前記特定指機構及びこれに対向する２つの指機構のそれぞれの先端部を頂点とする三角形の中心を前記ハンド基準点として測定し、当該三角形を含む平面の法線単位ベクトルを第１ハンド基準ベクトルとして測定し、かつ、当該平面の接線単位ベクトルを第２ハンド基準ベクトルとして設定することを特徴とするハンド制御システム。
請求項１記載のハンド制御システムにおいて、
前記第１処理部が前記物体の形状として棒状を認識した場合、
前記第１処理部が、前記特定指機構を前記棒状の物体に当接させることができる程度に少なくとも一部が前記物体に近接している軌跡上の点を前記物体基準点として設定し、当該物体基準点における当該軌跡の接線単位ベクトル及び従法線ベクトルのそれぞれを第１物体基準ベクトル及び第２物体基準ベクトルのそれぞれとして設定し、
前記第２処理部が前記特定指機構の回動軸上の点を前記ハンド基準点として測定し、当該回動軸に直交し、前記特定指機構の先端部に向かう単位ベクトルを第１ハンド基準ベクトルとして測定し、かつ、当該回動軸方向の単位ベクトルを第２ハンド基準ベクトルとして設定し、
前記第３処理部が基部の位置及び姿勢を制御し、かつ、その過程で前記第４処理部が特定指機構の屈曲姿勢を徐々に変化させることにより、前記ハンド基準点、前記第１ハンド基準ベクトル及び前記第２ハンド基準ベクトルのそれぞれを、前記物体基準点、前記第１物体基準ベクトル及び前記第２物体基準ベクトルのそれぞれに一致させることを特徴とするハンド制御システム。
請求項１記載のハンド制御システムにおいて、
前記基体の下部から延設された複数の脚体の動作により移動可能な脚式移動ロボットの、前記基体の上部から延設されたアームの先端部に取り付けられている前記ハンドによる前記物体の把持動作を制御することを特徴とするハンド制御システム。