特開 2022-85193 ロボット制御装置、把持システムおよびロボット制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022085193

(43)【公開日】2022-06-08

(54)【発明の名称】ロボット制御装置、把持システムおよびロボット制御方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20220601BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 Z

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020196750

(22)【出願日】2020-11-27

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】見上 慧

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707BS12

3C707ES03

3C707ET05

3C707EU02

3C707HS20

3C707HS27

3C707KS03

3C707KS30

3C707KT01

3C707KT05

(57)【要約】

【課題】脆性材料からなる部品や食品など易損品に対しても接触時の衝撃力によるワークの破損を防ぎつつ、動作速度を落とさず安定した把持および搬送を可能にするロボット制御装置を提供する。
【解決手段】ワークを把持する把持部と、２つの気室の差圧によって把持部を駆動する空気圧アクチュエータと、を有するロボットハンドを制御するロボット制御装置であって、ワークと把持部の接触を検出する把持力検出部と、ワークと把持部の接触後に、２つの気室の圧力を、差圧を一定にしながら、接触前より高い圧力に調整する圧力調整部と、を備える。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを把持する把持部と、２つの気室の差圧によって前記把持部を駆動する空気圧アクチュエータと、を有するロボットハンドを制御するロボット制御装置であって、
ワークと前記把持部の接触を検出する把持力検出部と、
ワークと前記把持部の接触後に、前記２つの気室の圧力を、差圧を一定にしながら、接触前より高い圧力に調整する圧力調整部と、
を備えることを特徴とするロボット制御装置。

【請求項2】

ワークを把持する把持部と、２つの気室の差圧によって前記把持部を駆動する空気圧アクチュエータと、を有するロボットハンドを制御するロボット制御装置であって、
ワークと前記把持部の接触を検出する把持力検出部と、
ワークと前記把持部の接触後に、前記２つの気室の圧力を、差圧を一定にしながら、前記ワークを持ち上げるに足りる剛性を得られる圧力に上昇させる圧力調整部と、
を備えることを特徴とするロボット制御装置。

【請求項3】

前記把持部の位置を制御する位置制御部を備え、
ワークと前記把持部の接触後であって、前記２つの気室の圧力を接触前より高い圧力に調整した後に、接触を検出した位置から所定の距離だけ前記把持部をワークに対して離隔もしくは接近させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロボット制御装置。

【請求項4】

前記把持力検出部は、前記２つの気室の圧力と前記空気圧アクチュエータの位置情報から把持力を検出し、把持力が生じたことをもって接触を検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロボット制御装置。

【請求項5】

２つ以上の前記空気圧アクチュエータと、２つ以上の前記把持部を備え、
前記２つ以上の空気圧アクチュエータによって前記２つ以上の把持部をそれぞれ独立して駆動することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のロボット制御装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のロボット制御装置と、
ワークを把持する把持部と、２つの気室の差圧によって前記把持部を駆動する空気圧アクチュエータと、を有するロボットハンドと、
前記ロボットハンドを所定の位置に移動させるロボットアームとを備えたことを特徴とする把持システム。

【請求項7】

２つ以上の指を有する把持部と、２つの気室の差圧によって前記把持部を駆動する空気圧アクチュエータと、を有するロボットハンドを制御するロボット制御方法であって、
ワークと前記把持部の接触を検出し、
ワークと前記把持部の接触後に、前記２つの気室との差圧を一定にしながら、該２つの気室の圧力を接触前より高い圧力に調整することを特徴とするロボット制御方法。

【請求項8】

前記ワークと前記把持部との接触前における前記２つの気室の圧力を、接触後の前記２つの気室の圧力より低い圧力に調整することを特徴とする請求項７に記載のロボット制御方法。

【請求項9】

ワークと前記把持部の接触後であって、前記２つの気室の圧力を接触前より高い圧力に調整した後に、接触を検出した位置から所定の距離だけ前記把持部の指をワークに対して離隔もしくは接近させることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のロボット制御方法。

【請求項10】

請求項７から請求項９に記載のロボット制御方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボット制御装置、把持システムおよび、ロボット制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

工場等の生産現場において、把持対象物であるワークの把持や搬送を目的として、ロボットハンドなどを含む把持システム、およびこれを制御する制御装置が利用されている。

【0003】

一般的にロボットハンドは、把持部の動作パターンを予めプログラムした上で使用される。具体的な動作パターンとして、例えば把持によるワークの破損を防止するため、ワークの近傍で動作速度を低下させるような動作パターンが考えられる。特にワークが柔らかいものや脆性材料からなる部品などの易損品だった場合、速度を低下させることは重要な動作パターンであった。

【0004】

一方、生産現場では、生産性を高める観点からワークの把持は短時間で完了することが好ましい。そのためロボットハンドの動作パターンにおいては可能な限り動作速度を低下させないことが好ましい。

【0005】

さらに、パン生地のようなやわらかいワークの場合、一定の把持力を与え続けると徐々にワークがつぶれてしまい、品質を損なうおそれがある。生産現場において易損品を把持するためには、ワークと把持部が接触した後に把持部を適切な位置で停止させる必要があり、接触位置の検出や衝撃力の抑制等、接触時の動作を適切にコントロールすることが求められる。

【0006】

接触を検出するためには感圧素子などの力センサを把持部に取り付ける方法があるが、耐故障性の低下やロボットハンドの小形軽量化が困難になる問題がある。そこで、従来から力センサレスにロボットハンドの把持力を推定する技術が提案されている。例えば、特許文献１にはモータ駆動電流とモータ回転速度を入力して把持装置の把持力を推定する外乱推定オブザーバを備えた把持力検出方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開第２００２－１７８２８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１に記載の技術はセンサ情報を元にソフトウェアサーボによって外力への応答を制御しているため、その応答はサーボ系の周波数帯域によって制限される。すると計算時間などによる遅延が存在するため、接触によって発生する衝撃力に対して十分な応答性が確保できるとは限らず、ワークを破損させるおそれがある。

【0009】

また波動歯車装置のように摩擦力が無視できない機械要素が動力伝達部に介在していた場合、外力推定においては不感帯として作用する。そのため駆動電流を小さくしても接触時に大きな衝撃力を与えてしまうおそれがある。

【0010】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、脆性材料からなる部品や食品など易損品に対しても接触時の衝撃力によるワークの破損を防ぎつつ、動作速度を落とさず安定した把持および搬送を可能にするロボット制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、ワークを把持する把持部と、２つの気室の差圧によって把持部を駆動する空気圧アクチュエータと、を有するロボットハンドを制御するロボット制御装置であって、ワークと把持部の接触を検出する把持力検出部と、ワークと把持部の接触後に、２つの気室の圧力を、差圧を一定にしながら、接触前より高い圧力に調整する圧力調整部と、を備えることを特徴とする。

【0012】

本発明の他の代表的な構成は、ワークを把持する把持部と、２つの気室の差圧によって把持部を駆動する空気圧アクチュエータと、を有するロボットハンドを制御するロボット制御装置であって、ワークと把持部の接触を検出する把持力検出部と、ワークと把持部の接触後に、２つの気室の圧力を、差圧を一定にしながら、ワークを持ち上げるに足りる剛性を得られる圧力に上昇させる圧力調整部と、を備えることを特徴とする。

【0013】

上記のロボット制御装置において、把持部の位置を制御する位置制御部を備え、ワークと把持部の接触後であって、２つの気室の圧力を接触前より高い圧力に調整した後に、接触を検出した位置から所定の距離だけ把持部をワークに対して離隔もしくは接近させてもよい。

【0014】

上記のロボット制御装置において、把持力検出部は、２つの気室の圧力と空気圧アクチュエータの位置情報から把持力を検出し、把持力が生じたことをもって接触を検出してもよい。

【0015】

上記のロボット制御装置において、２つ以上の空気圧アクチュエータと、２つ以上の把持部を備え、２つ以上の空気圧アクチュエータによって２つ以上の把持部をそれぞれ独立して駆動してもよい。

【0016】

本発明にかかる把持システムの代表的な構成は、上記のロボット制御装置と、ワークを把持する把持部と、２つの気室の差圧によって把持部を駆動する空気圧アクチュエータと、を有するロボットハンドと、ロボットハンドを所定の位置に移動させるロボットアームとを備えたことを特徴とする。

【0017】

本発明の他の代表的な構成は、２つ以上の指を有する把持部と、２つの気室の差圧によって把持部を駆動する空気圧アクチュエータと、を有するロボットハンドを制御するロボット制御方法であって、ワークと把持部の接触を検出し、ワークと把持部の接触後に、２つの気室との差圧を一定にしながら、２つの気室の圧力を接触前より高い圧力に調整することを特徴とする。

【0018】

上記のロボット制御方法において、ワークと把持部との接触前における２つの気室の圧力を、接触後の２つの気室の圧力より低い圧力に調整してもよい。

【0019】

上記のロボット制御方法において、ワークと把持部の接触後であって、２つの気室の圧力を接触前より高い圧力に調整した後に、接触を検出した位置から所定の距離だけ把持部の指をワークに対して離隔もしくは接近させてもよい。

【0020】

本発明の他の代表的な構成は、上記のロボット制御方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体である。

【発明の効果】

【0021】

空気圧アクチュエータで駆動させる把持部の移動速度は２つの気室の差圧によって決定されるところ、本発明においては基準圧力（低い方の圧力）を低くして接近させ、接触後に差圧を維持したまま基準圧力を上昇させる構成とした。

【0022】

本発明によれば、把持部に空気圧アクチュエータを用いて各気室の圧力を適切に調整することで、脆性材料からなる部品や食品など易損品に対しても接触時の衝撃力によるワークの破損を防ぎつつ、動作速度を落とさずに安定した把持および搬送を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】ロボット制御装置および把持システムの概略構成例を示す模式図である。

【図2】ロボット制御装置および把持システムの概略構成例を示すブロック図である。

【図3】ロボットハンドの構造例を示す模式図である。

【図4】ロボットハンドの制御に関する機能構成を示すブロック図である。

【図5】第１実施形態に係るロボット制御方法を説明するフローチャートである。

【図6】第１実施形態に係る空気圧アクチュエータの気室の圧力変化を示すグラフである。

【図7】第２実施形態に係るロボット制御方法を説明するフローチャートである。

【図8】第２実施形態に係るロボット制御方法を補足説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
＜第１実施形態＞

【0025】

［システム構成］
まず、図１および図２を用いて、本発明の第１実施形態に係るロボット制御装置および把持システムの構成例について説明する。図１はロボット制御装置および把持システムの概略構成例を示す模式図である。図２はロボット制御装置および把持システムの概略構成例を示すブロック図である。

【0026】

図１および図２に示すように、把持システム１００は、一例として、ロボット本体１１０と、ロボット本体１１０に接続されるロボット制御装置２００と、ロボット制御装置２００へプログラムやパラメータ等を入力する入力装置３１０と、ロボット制御装置２００からロボット本体１１０の動作状態やワークの把持状態の情報を受信し表示する状態通知装置３２０と、ロボット制御装置２００に接続される上位制御システム４００と、ワーク等を撮像する撮像装置であるカメラ装置５００と、を備えている。

【0027】

ロボット本体１１０は、ベース部１２０と、ベース部１２０に接続されたロボットアーム１３０と、ロボットアーム１３０の先端に取り付けられているロボットハンド１４０と、を備えている。

【0028】

ロボットアーム１３０は６軸垂直多関節型で、各関節にはアクチュエータである電動モータ１３２と、各関節の位置検出手段であるエンコーダ１３４と、を具備している。電動モータ１３２は電気的信号に変換された位置検出結果に基づき、目標とする動作を実現するようロボット制御装置２００からの駆動信号によって駆動される。

【0029】

ロボットアーム１３０は、ロボットハンド１４０を所定の位置に移動させることができる。ただし、本発明が適用されるロボットアーム１３０はこれに限定されない。例えば、６軸以外の垂直多関節型ロボットや、水平多関節型ロボットなどであってもよい。

【0030】

ロボットハンド１４０はベーンモータなどの空気圧アクチュエータ１６０と、把持部の位置検出手段であるエンコーダ１７２とを具備し、位置検出結果は電気的信号に変換してロボット制御装置２００に出力される。

【0031】

サーボ弁１７４はコンプレッサなどの圧縮空気源１７６から、空気圧アクチュエータ１６０の駆動に用いる圧縮空気の供給を受けるように構成されており、ロボット制御装置２００からの駆動信号を受けて空気圧アクチュエータ１６０に供給する圧縮空気の圧力を調整し、目標とする動作を実現する。また、圧縮空気の圧力は圧力センサ１７８によって検出される。

【0032】

ロボット制御装置２００は、各種制御を行う制御部２１０と、信号の入出力を行う入出力部２２０とを備えている。制御部２１０はコンピュータであり、ロボット制御方法を実行させるためのプログラムを実行する。プログラムは制御部２１０に組み込まれた記憶装置に記憶しておくことができる。ロボット制御装置２００は、制御部２１０が各種プログラムを実行することによって、ロボット本体１１０およびロボットハンド１４０を制御し、各種の機能を実行させることができる。

【0033】

ロボット制御装置２００は、データ格納用装置であるストレージ装置や記録媒体用リーダライタであるドライブ装置と接続した構成であってもよい。またドライブ装置２３２を備えたパーソナルコンピュータ２３０を接続して、記録媒体２３４に保存されたプログラムやデータをロボット制御装置２００にインストールしても良い。また、ロボット制御装置２００自身を汎用のパーソナルコンピュータで構成して、各種プログラムをインストールすることで、各種の機能を実行させてもよい。

【0034】

本実施形態において、ロボット制御装置２００はロボットアーム用とロボットハンド用で一体のものとしているが、別個に制御装置を構成し互いに有線または無線で接続しでもよいし、それぞれのアクチュエータに対応した複数の制御装置の集合体で構成されていてもよい。

【0035】

さらに本実施形態においてロボット制御装置２００をロボットアーム１３０およびロボットハンド１４０の外部に設けているが、これをロボットアーム１３０およびロボットハンド１４０の内部に設けてもよい。

【0036】

入出力部２２０は、インターフェイスを介し外部機器やアクチュエータ、エンコーダなどの各種センサとロボット制御装置とを接続するため、通信装置、Ｄ／Ａ変換器、モータ駆動回路等、Ａ／Ｄ変換器など、を備えている。

【0037】

通信装置における具体的な通信手法としては、例えば、ＲＳ２３２Ｃ／４８５などのシリアル通信規格や、ＵＳＢ規格に対応したデータ通信であったり、一般的なネットワークプロトコルであるＥｔｈｅｒＮＥＴ（登録商標）や、産業用ネットワークプロトコルとして用いられるＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）やＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ（登録商標）等であったりしてもよい。

【0038】

入力装置３１０は、キーボードやマウス、タッチパネル、ボタン、スイッチ、レバー、ペダル、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段、もしくはこれらを備えたパーソナルコンピュータ、ティーチングペンダント３００等のユーザが操作する操作手段を備えている。ユーザによる入力や設定が入力装置３１０を用いて行われる。なお、ロボットに各種の機能を実行させるプログラムを入力装置で作成してもよい。プログラムは機械語などの低級言語、ロボット言語などの高級言語で記述されていてもよい。

【0039】

状態通知装置３２０は、ロボット制御装置２００からロボット本体１１０の動作状態やワークの把持状態の情報を受信し表示することで、これらの情報をユーザに視覚的かつ直観的に認識させる。状態通知装置３２０は、液晶パネルやティーチングペンダント３００、点灯ランプなどの表示装置でもよいし、警告音や音声等によって情報を通知する通知装置でもよい。例えば、状態通知装置３２０は、把持に失敗した場合に警告を発するように設定することができる。また、パーソナルコンピュータやティーチングペンダント３００の画面などが状態通知装置を兼ねていても良く、入力や状態通知を行うアプリケーションを備えていてもよい。

【0040】

カメラ装置５００は、カラー画像またはモノクロ画像を取得するものであってもよいし、赤外線ドットパターン投影方式カメラのような三次元位置計測可能なものであってもよい。

【0041】

上位制御システム４００は、例えばシーケンサ（ＰＬＣ）や監視制御システム（ＳＣＡＤＡ）、プロセスコンピュータ（プロコン）、パーソナルコンピュータ、各種サーバもしくはこれらの組み合わせからなり、ロボット制御装置２００と有線または無線で接続されている。ロボット制御装置２００を含む生産ラインを構成する各装置の動作状況に基づいて指示を出力して生産ラインを統括的に管理する。

【0042】

また、上位制御システム４００はワークのサイズや把持完了までの時間、把持持状態の情報などをロボット制御装置２００から受信して収集することで、不良率やサイクルタイムの監視に用いることもできる。さらには、把持状態の情報などによって、ロボットアーム１３０をホームポジションに戻したり各装置を停止させたりするなどの動作を行わせてもよい。

【0043】

例えば、把持システム１００に備えられたカメラ装置５００による画像認識やＩＤタグ等の検出手段によりワークを特定し、動作パターン指示をロボット制御装置２００に送信することで品目に応じた適切な動作パターンでロボットアーム１３０およびロボットハンド１４０を動作させることができる。

【0044】

以上、本実施形態に係る概略構成の一例を示した。各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。

【0045】

［ロボットハンドの構成］
次に、図３を用いて本実施形態に係るロボットハンドの内部構造について説明する。図３はロボットハンドの構造例を示す模式図である。

【0046】

図３（ａ）に示すように、ロボットハンド１４０は、ハンド本体部１４２と、ハンド本体部１４２の先端に取り付けられる第１把持部１４４ａと第２把持部１４４ｂと、各把持部１４４とハンド本体部１４２とを連絡する第１平行リンク１４６ａおよび第２平行リンク１４６ｂと、を備えている。以下の説明において第１把持部１４４ａと第２把持部１４４ｂを総称するときは、把持部１４４と称する。

【0047】

ロボットハンドはさらに第１平行リンク１４６ａと第２平行リンク１４６ｂとの間の動力を伝達するギア機構である第１ギア１４８ａおよび第２ギア１４８ｂと、入力軸１４９と、を備えている。入力軸１４９は、第１平行リンク１４６ａとハンド本体部１４２とを連結し、空気圧アクチュエータ１６０の回転駆動力を第１平行リンク１４６ａに伝達する。

【0048】

図３（ｂ）に示すように、空気圧アクチュエータ１６０の回転駆動力は主に第１気室１６２の圧力と第２気室１６４の差圧によって決定され、圧縮空気の供給および排気によって調整される。この差圧の基準圧力は、第１気室１６２と第２気室１６４のうち低い方の圧力である。第１気室１６２には吸気口１６３が設けられていて、第２気室には排気口１６５が設けられている。

【0049】

第１把持部１４４ａは第１平行リンク１４６ａの一端に回動可能に接続され、第２把持部１４４ｂは第２平行リンク１４６ｂの一端に回動可能に接続されている。第１把持部１４４ａと第２把持部１４４ｂは、ワークに接触する面が対向配置され、例えば、ワークの両側面からワークを把持することができる。

【0050】

第１平行リンク１４６ａおよび第２平行リンク１４６ｂはそれぞれの他端が第１ギア１４８ａおよび第２ギア１４８ｂを介してハンド本体部１４２と回動可能に接続されている。ロボットハンド１４０は第１把持部１４４ａおよび第１平行リンク１４６ａが主動系の伝達機構であり、空気圧アクチュエータ１６０に連絡されている入力軸１４９から回転駆動力を伝達されている。

【0051】

空気圧アクチュエータ１６０から伝達された駆動力は、第１平行リンク１４６ａに接続された第１ギア１４８ａから、第１ギア１４８ａに連結されている第２ギア１４８ｂを介して、主動系と対をなす従動系の伝達機構である第２平行リンク１４６ｂおよび第２把持部１４４ｂへ伝達される。これにより、１つの空気圧アクチュエータ１６０によって２つの平行リンク１４６ａ，ｂが同期して駆動され、左右の把持部１４４が連動して動作することができる。

【0052】

なお、本実施形態では把持部の数を２としているが、把持部の数は、把持する物体の重量や形状によって選択することができる。

【0053】

また、本実施形態では２つの把持部を連動するように動作させているが、片方の把持部を固定し、もう片方のみを移動させるように構成してもよい。

【0054】

さらに、把持部の外形形状は適宜選択することができる。本実施形態では第１把持部と第２把持部は同一形状で構成されているが、必ずしも同一形状である必要はなく形状が異なっていてもよい。例えばワークの形状に合わせた形にしていても良く、把持したときの圧力を分散させることでより損傷の危険性を低くすることができる。

【0055】

［制御ブロックの構成］
図４はロボットハンドの制御に関する機能構成を示すブロック図である。図４に示すようにロボット制御装置２００の制御部２１０は、把持力を検出する把持力検出部２１２と、把持部１４４の位置を制御する位置制御部２１４と、空気圧アクチュエータ１６０の各気室１６２，１６４の圧力を調整する圧力調整部２１６を備えている。

【0056】

把持力検出部２１２は、空気圧アクチュエータ１６０の両気室の圧力および受圧面積から計算される駆動力から、予めシステム同定したパラメータ等から摩擦力や慣性力などシステムの内部作用力による負荷を計算し、駆動力から差し引いた値を外部作用力、すなわち把持力として推定する。

【0057】

空気圧アクチュエータ１６０はモータ駆動と比較すると、減速しないか、または小さな減速比であっても、ロボットハンドの動作に適切な速度と把持力を得ることができる。動力伝達部に介在する摩擦要素、すなわち把持力を推定する際の不感帯を小さくできるため、比較的小さな把持力でも推定することができる。

【0058】

位置制御部２１４は、把持部１４４の目標位置とエンコーダから得られる現在位置の差分を０にする目標駆動力を生成し、把持部１４４を所定の位置に移動させる。

【0059】

圧力調整部２１６は、空気圧アクチュエータ１６０の各気室の圧力を目標圧力に調整する、サーボ弁１７４等の駆動信号を生成する。本実施形態では３ポート弁を２つ使用してそれぞれの気室１６２，１６４の圧力調整を行うものとするが、例えば４ポートまたは５ポート弁１つと元圧調整用の３ポート弁１つの構成であってもよい。

【0060】

把持動作においては、一定の時間内に位置決めしつつ搬送開始までの時間を短縮することが要求される。しかし、位置制御ではワークの大きさや配置のばらつき等の誤差要因によりワークと把持部の接触時に過大な力を発生させワークを破損させるおそれがある。これを防止するためロボットハンドを位置決め制御しつつワークに与える力を所定の値以下に抑える必要がある。

【0061】

空気圧アクチュエータ１６０を使用した場合、空気の圧縮性による受動的なコンプライアンスを有する。そのためサーボ系の帯域と独立にコンプライアンスが確保でき、より確実に衝撃力を抑制することができる。

【0062】

空気圧アクチュエータの瞬時的な剛性Ｋは式（１）で表される。

【数1】

/
ここでＦ、Ｋ、ｘ、Ｐ、Ａ、Ｙは、それぞれ、力、比熱比、空気圧アクチュエータ１６０の位置、気室内圧力、受圧面積、気室容積である。また、添え字の１と２はそれぞれ空気圧アクチュエータ１６０の第１気室１６２、第２気室１６４をあらわす。

【0063】

式（１）では空気圧アクチュエータ１６０の各気室の圧力を低くすることで空気圧アクチュエータの剛性を低く（コンプライアンスを大きく）した状態にすることができることがわかる。

【0064】

剛性を低くした状態でワークと接触することで、より長い時間をかけて運動量を変化させることができるので、発生する衝撃力のピーク値を低減させることが可能になる。

【0065】

圧力調整部２１６によって、各気室の圧力をコンプレッサから供給される圧縮空気の圧力に比べ著しく低い圧力にすることで、空気圧アクチュエータの剛性を低い状態とする。例えば、２つの気室のうち圧力が低い第２気室１６４の圧力（基準圧力）を大気圧相当とし（排気口１６５を全開放する）、圧力が高い第１気室１６２の圧力を把持部１４４の移動のための差圧を生じさせるだけの圧力とする。剛性の低い状態でワークと接触することで、同じ速度でもワークに与える衝撃力を抑制できる。

【0066】

接触の判定は、把持力検出部２１２によって検出された把持力が、予めパラメータとして設定しておいた値を超えたか否かで判定する。

【0067】

接触後は、接触した位置を起点に、予めパラメータとして設定しておいた距離だけ、把持部１４４同士を接近する方向へ位置制御部２１４によって移動させる。

【0068】

ここで、接触時における低い剛性のまま位置制御を行った場合、搬送時などに把持が安定しない可能性がある。また、空気圧アクチュエータ１６０の駆動力は主に空気圧アクチュエータ１６０の第１気室１６２と第２気室１６４の差圧により決定されるため、それぞれの気室の圧力が低い状態では十分な差圧が確保できず、搬送に必要な把持力を発揮できない可能性もある。

【0069】

そこで適切な第１気室１６２と第２気室１６４の差圧および把持部１４４の位置を保ったまま、圧力調整部２１６によって各気室の圧力を上昇させていくことで、把持部１４４の剛性を高い状態とする。この高くした剛性が「ワークを持ち上げるに足りる剛性」であり、換言すれば従来の把持部の剛性である。これにより、安定した把持および把持力の確保を可能にする。

【0070】

以上説明したように、接触時には把持部１４４の剛性が低いため、脆性材料からなる部品や食品など易損品に対しても安全な接触動作を行うことができる。差圧は落していないので、把持部１４４の動作速度は低下しない。また接触後に把持部１４４の剛性を高めて通常の剛性にすることから、安定した把持および搬送を実現することが可能となる。

【0071】

すなわち本発明によれば、把持部に空気圧アクチュエータを用いて各気室の圧力を適切に調整することで、脆性材料からなる部品や食品など易損品に対しても接触時の衝撃力によるワークの破損を防ぎつつ、動作速度を落とさずに安定した把持および搬送を実現することが可能となる。

【0072】

［動作例］
次に、図５を用いて、本実施形態に係るロボット制御装置および把持システムの動作について説明する。図５は第１実施形態に係るロボット制御方法を説明するフローチャートである。

【0073】

ステップＳ１において、ロボット制御装置２００はカメラ装置５００などによって取得した画像や上位制御システム４００からの信号でワークの位置や種類を認識し、認識した結果に基づきロボットアーム１３０およびロボットハンド１４０を動かす動作パターンを生成する。動作パターンの生成が完了した後にステップＳ２に処理を進める。

【0074】

ステップＳ２において、ロボット制御装置２００はロボット本体１１０を生成した動作パターンに従って把持動作開始位置に移動する。移動が完了したのちにステップＳ３に処理を進める。

【0075】

本実施形態では動作生成に必要なパラメータは入力装置３１０を通じてロボット制御装置２００に設定しているものとしているが、これらのパラメータは上位制御システム４００に予め値を設定したルックアップテーブルを用意しておき、ルックアップテーブルから読み出された値を受信する構成としてもよい。

【0076】

ステップＳ３において、圧力調整部２１６は各気室１６２，１６４の圧力を把持部１４４の移動に必要な差圧が確保できるだけの小さな値に低下させる。圧力が目標の値に低下したのちにステップＳ４に処理を進める。

【0077】

ステップＳ４において、ロボット制御装置２００はステップＳ１で生成された動作パターンに従って空気圧アクチュエータ１６０に駆動力を発生させ、把持部１４４の移動を開始しステップＳ５に処理を進める。

【0078】

ステップＳ５において、ロボット制御装置２００は把持力検出部２１２が検出する把持力が、設定した閥値を複数回連続で超えた場合、接触したと判定する。なお、ノイズの影響などによる誤検知防止のために複数回連続としているが、適用するシステムによって適宜調整可能な条件である。

【0079】

ここで、例えば所定の時間内に接触検知状態にならない場合は、ワークが本来の位置に載置されていなかった、ワークが破損してしまったなどの異常が発生したと考えられるので、状態通知装置３２０を通じてユーザに異常発生を通知してもよい。また、上位制御システム４００に異常発生を通知してもよいし、通常の搬送工程を中断するなどの処置を行ってもよい。把持部１４４がワークに接触したことを検知した場合、ステップＳ６に処理を進める。

【0080】

ステップＳ６において、圧力調整部２１６は空気圧アクチュエータ１６０の剛性確保と把持力の確保のために適切な第１気室１６２と第２気室１６４の差圧を保ちつつ、各気室の圧力を上昇させる。各気室の圧力が目標の圧力に達したのちにステップＳ７に処理を進める。

【0081】

ステップＳ７において、位置制御部２１４は接触判定がされた把持部１４４の位置から予めパラメータとして設定しておいた距離だけ、把持部１４４同士を接近させる方向へ移動させる。

【0082】

把持部１４４を移動する際にはワークに与える力が所定の値を超えないようにアクチュエータの駆動力に適切な制限をかけることが好ましい。なお、ステップＳ６とステップＳ７は同時に処理を進めてもよいが、安定した位置制御を行うためには圧力の上昇を完了してから把持部の移動を開始した方が好ましい。

【0083】

図６は第１実施形態に係る空気圧アクチュエータ１６０の気室の圧力変化を示すグラフである。図６（ａ）はステップＳ４からステップＳ７までの各気室の圧力を示し、図６（ｂ）は把持部の位置を示している。

【0084】

図６（ａ）（ｂ）を参照すると、把持部１４４の移動開始から接触前は各気室ともに低い圧力を保っているが、接触した後から空気圧アクチュエータ１６０のそれぞれの気室の圧力を上昇させている。上昇の過程において第１気室１６２の圧力Ｐ１と第２気室１６４の圧力Ｐ２の差圧Ｐ１－Ｐ２は一定になるようにしており、把持部１４４の位置も変化しないよう位置制御部によって制御されている。圧力の上昇が完了してから把持部１４４を一定距離移動させている。把持部１４４が所定の位置に移動し、把持が完了したと判定された場合、ステップＳ８に処理を進める。

【0085】

ステップＳ８において、ロボット制御装置２００は、ロボットアーム１３０を移動しワークを搬送する。移載先にてワークを離すときは位置制御部２１４により把持部１４４同士を離隔させ、処理を終了する。次のワークがある場合は、次のワークを把持する動作に移行しでもよい。

【0086】

搬送中に把持されたワークが落下した場合やワークの形状が急激に変化してしまった場合にはユーザに通知する等の処置を行うことが好ましい。例えば、搬送中に把持部１４４の位置と把持力およびそれらの変化を判定し、予めパラメータとして設定した閾値を外れた際に状態通知装置３２０を通じてユーザに異常を通知する。

【0087】

なお、本実施形態では、ワークの外径を把持する外径把持に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限るものではなく、例えば当接面を把持部の外側とし、内径把持に適用するようにしてもよい。

【0088】

以上により本実施形態に係るロボット制御方法によれば、大きなコンプライアンスを持った状態でワークと接触することで、衝撃力によるワークの破損を防ぎつつ、把持動作時は各気室の圧力を上昇させることで、動作速度を落とさずに安定した把持および搬送を実現することが可能となる。

【0089】

＜第２実施形態＞
以下では本発明の第２実施形態に係るロボット制御装置および把持システムの動作について、第１実施形態と相違するハードウェアや制御系の構成部分について説明する。また、第１実施形態と同様の構成部分については同様の作用が可能であるものとし、詳細な説明は省略する。

【0090】

本実施形態が第１実施形態のロボットハンド１４０と相違する点は、第１実施形態では把持部１４４を駆動するアクチュエータを１つとしたが、各把持部が別個のアクチュエータによって独立に動作してもよい点である。第２実施形態では、対向した２つの把持部を持つロボットハンドを２つのアクチュエータによって別個に駆動する。本実施形態に係るロボット制御装置および把持システムの主な構成は第１実施形態と同様である。

【0091】

図７を用いて本実施形態に係るロボット本体の動作について説明する。図７は第２実施形態に係るロボット制御方法を説明するフローチャート、図８は第２実施形態に係るロボット制御方法を補足説明する図である。

【0092】

ステップＳ５０において、ロボット制御装置２００は空気圧アクチュエータ１６０に駆動力を発生させ、把持部１４４の移動を開始する。２つの把持部１４４ａ，ｂは、２つの空気圧アクチュエータ１６０によって個別に駆動する。ここで、図８（ａ）に示すように、ワーク６００は把持部１４４の中心からずれて載置されていたとする。

【0093】

ステップＳ５１において、ロボット制御装置は把持力検出部が検出する把持力が、予めパラメータとして設定した閾値を超えた場合、接触したと判定する。いずれかの把持部で接触が検知された場合、ステップＳ５２に処理を進める。

【0094】

ステップＳ５２において、ロボット制御部は接触が検知された把持部を停止する。図８（ｂ）に示すように、接触が検知されていない側の把持部は移動を続け、ステップＳ５３に処理を進める。

【0095】

ステップＳ５３において、ロボット制御装置は接触していない側の把持部についてステップＳ５１と同様の方法で接触の判定を行う。図８（ｃ）に示すように接触が検知された場合、図５のステップＳ６からステップＳ８と同様の処理を進め、処理を終了する。ステップＳ７において把持部１４４同士を接近させる方向へ移動させると、図８（ｄ）に示すようにワーク６００をわずかに圧縮する。

【0096】

本実施形態に係るロボット制御装置２００および把持システム１００によれば、第１実施形態に係るロボット制御装置および把持システムの効果に加えて、各把持部１４４が独立に動作することでロボットハンド１４０の中心とワーク６００の中心がずれていても適切にワーク６００を把持することができる。

【0097】

本実施形態に係るロボット制御装置および把持システムは、ロボットハンドの自由度が増えても基本的な動作は同様であり、特に限定されるものではない。また、１つの自由度で複数の関節が連動する構成であっても問題なく適用できる。

【0098】

以上、本発明に係る把持システムについて詳述してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【0099】

例えば、各実施形態においてロボットハンド１４０をベーンモータが平行リンク機構を駆動するように構成していたが、空気圧シリンダとカムや各種リンク機構などの機構によって構成してもよい。また、一連の処理を実行するための各種プログラムの機能の一部又は全部をハードウェア回路、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等の特定の用途向けに構築した専用集積回路で実現してもよい。

【0100】

また、各種プログラムをロボット制御装置２００の制御部２１０に組み込まれた記憶装置に記憶させると説明したが、プログラムはコンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。記録媒体とは、例えば磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等により構成される。また、ネットワークからダウンロードされてインストールまたは更新されてもよい。

【0101】

さらに、各実施形態においてプログラムを実行させる計算機の数は特に限定されない。例えば、プログラムは上位制御システム等を含めた複数の計算機が互いに連携して実行されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0102】

本発明は、ワークを把持するハンドを取り付けたロボットに適用されるロボット制御装置、把持システムおよびロボット制御方法として利用することができる。

【符号の説明】

【0103】

１００…把持システム、１１０…ロボット本体、１２０…ベース部、１３０…ロボットアーム、１３２…電動モータ、１３４…エンコーダ、１４０…ロボットハンド、１４２…ハンド本体部、１４４…把持部、１４４ａ…第１把持部、１４４ｂ…第２把持部、１４６ａ…第１平行リンク、１４６ｂ…第２平行リンク、１４８ａ…第１ギア、１４８ｂ…第２ギア、１４９…入力軸、１６０…空気圧アクチュエータ、１６２…第１気室、１６３…吸気口、１６４…第２気室、１６５…排気口、１７２…エンコーダ、１７４…サーボ弁、１７６…圧縮空気源、１７８…圧力センサ、２００…ロボット制御装置、２１０…制御部、２１２…把持力検出部、２１４…位置制御部、２１６…圧力調整部、２２０…入出力部、２３０…パーソナルコンピュータ、２３２…ドライブ装置、２３４…記録媒体、３００…ティーチングペンダント、３１０…入力装置、３２０…状態通知装置、４００…上位制御システム、５００…カメラ装置、６００…ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】