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特許7567420ロボット、把持力制御装置、把持力制御方法、及び把持力制御プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-07
(45)【発行日】2024-10-16
(54)【発明の名称】ロボット、把持力制御装置、把持力制御方法、及び把持力制御プログラム
(51)【国際特許分類】
B25J 13/08 20060101AFI20241008BHJP
【ＦＩ】
B25J13/08 Z
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2020203481
(22)【出願日】2020-12-08
(65)【公開番号】P2022090902
(43)【公開日】2022-06-20
【審査請求日】2023-10-10
(73)【特許権者】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】中島 千智
(72)【発明者】
【氏名】鍋藤 実里
【審査官】神山 貴行
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－０２４１３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１４４８６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１３１３４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１０８４６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０２２５５７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象物を把持する複数の指と、前記複数の指のうち少なくとも１つの指を駆動指として駆動するモータと、前記モータの駆動電流を検出する駆動電流検出部と、前記複数の指のうち少なくとも１つの指である触覚指に設けられた触覚センサとを備えたグリッパと、前記駆動電流検出部によって検出された前記モータの駆動電流値に基づいて、前記駆動指が前記対象物に加えている駆動力を算出する駆動力算出部と、
前記触覚センサの検出値に基づいて、前記触覚センサが前記対象物から受けている押圧力を算出する押圧力算出部と、
前記駆動指又は前記触覚指が前記対象物に加える把持力の設定値である把持力設定値に基づいて前記駆動力及び前記押圧力のうち何れを用いるかを決定し、用いることが決定された前記駆動力又は前記押圧力の値を用いて前記把持力を制御する制御部と、
を備え、
ある値の電流指令値を与えて前記モータを駆動した場合において、前記駆動指が前記対象物に加える力として設計上想定される力を指令駆動力とし、検出された前記駆動電流値に基づいて算出された前記駆動力と前記指令駆動力との差の大きさを第１誤差とし、算出された前記押圧力に対応する反力と前記指令駆動力との差の大きさを第２誤差としたときに、
前記制御部は、前記把持力を制御するために、前記指令駆動力が前記把持力設定値になるようにした場合の前記第１誤差及び前記第２誤差のうち小さい方の誤差に対応する前記駆動力又は前記押圧力を用いると決定する、
ロボット。
【請求項2】
対象物を把持する複数の指と、前記複数の指のうち少なくとも１つの指を駆動指として駆動するモータと、前記モータの駆動電流を検出する駆動電流検出部と、前記複数の指のうちの少なくとも１つの指である触覚指に設けられた触覚センサとを備えたロボットのグリッパに接続され、前記駆動指又は前記触覚指が前記対象物に加える把持力を制御する把持力制御装置であって、前記駆動電流検出部によって検出された前記モータの駆動電流値に基づいて、前記駆動指が前記対象物に加えている駆動力を算出する駆動力算出部と、
前記触覚センサの検出値に基づいて、前記触覚センサが前記対象物から受けている押圧力を算出する押圧力算出部と、
前記把持力の設定値である把持力設定値に基づいて前記駆動力及び前記押圧力のうち何れを用いるかを決定し、用いることが決定された前記駆動力又は前記押圧力の値を用いて前記把持力を制御する制御部と、
を備え、
ある値の電流指令値を与えて前記モータを駆動した場合において、前記駆動指が前記対象物に加える力として設計上想定される力を指令駆動力とし、検出された前記駆動電流値に基づいて算出された前記駆動力と前記指令駆動力との差の大きさを第１誤差とし、算出された前記押圧力に対応する反力と前記指令駆動力との差の大きさを第２誤差としたときに、
前記制御部は、前記把持力を制御するために、前記指令駆動力が前記把持力設定値になるようにした場合の前記第１誤差及び前記第２誤差のうち小さい方の誤差に対応する前記駆動力又は前記押圧力を用いると決定する、
把持力制御装置。
【請求項3】
前記第１誤差と前記第２誤差との大小関係が入れ替わる前記指令駆動力を切り替え値としたときに、前記制御部は、前記把持力設定値が前記切り替え値より大きいか小さいかにより特定される前記第１誤差及び前記第２誤差のうち小さい方の誤差に対応する前記駆動力又は前記押圧力の値を用いて前記把持力を制御する
請求項２記載の把持力制御装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記駆動指の位置を制御することにより、前記複数の指が前記対象物を把持する直前の位置まで前記駆動指を移動させ、その後、前記把持力の制御に用いている前記駆動力又は前記押圧力の大きさが前記把持力設定値になるまで前記駆動指が移動するように制御する請求項２又は３に記載の把持力制御装置。
【請求項5】
前記制御部は、段階的に設定された一連の目標位置を順次通過するように前記駆動指を移動させ、その後、前記把持力の制御に用いている前記駆動力又は前記押圧力の大きさが前記把持力設定値になるまで前記駆動指が移動するように制御する請求項４記載の把持力制御装置。
【請求項6】
前記制御部は、前記駆動指の速度を制御することにより、前記駆動指が前記対象物に接触したことを検知するまで前記駆動指を移動させ、その後、前記把持力の制御に用いている前記駆動力又は前記押圧力の大きさが前記把持力設定値になるまで前記駆動指が移動するように制御する請求項２又は３に記載の把持力制御装置。
【請求項7】
前記制御部は、前記駆動指の位置を制御することにより、前記複数の指が前記対象物を把持する直前の予備動作目標位置まで前記駆動指を移動させ、その後、前記駆動指が目標範囲内に移動するか、又は、前記把持力の制御に用いている前記駆動力又は前記押圧力の大きさが前記把持力設定値になるまで、前記駆動指が移動するように制御する請求項２又は３に記載の把持力制御装置。
【請求項8】
前記制御部は、前記複数の指が開いた状態と閉じた状態との間で前記駆動指を駆動させて、前記グリッパの位置、前記駆動力、及び前記押圧力を時系列で取得し、前記駆動力と前記押圧力との間の差異が許容範囲外の場合に報知する請求項２～７の何れか１項に記載の把持力制御装置。
【請求項9】
前記制御部は、前記複数の指が開いた状態と閉じた状態との間で前記駆動指を駆動させて前記押圧力を時系列で取得し、取得した前記押圧力と過去に取得した前記押圧力との間の差異が許容範囲外の場合に報知する請求項２～７の何れか１項に記載の把持力制御装置。
【請求項10】
前記グリッパは、把持力範囲の仕様が規定されたグリッパ製品を含み、前記グリッパ製品は、前記複数の指と、前記モータと、前記駆動電流検出部とを備え、前記制御部は、前記グリッパ製品の前記仕様上の把持力範囲の下限値を取得し、前記複数の指が閉じている状態で前記グリッパ製品の前記仕様上の把持力範囲の下限値未満で前記駆動指を駆動させているときに、前記複数の指が閉じていることによって生じるはずの前記触覚センサの検出値が取得できない場合に報知する
請求項２～７の何れか１項に記載の把持力制御装置。
【請求項11】
前記グリッパは、把持力範囲の仕様が規定されたグリッパ製品を含み、前記グリッパ製品は、前記複数の指と、前記モータと、前記駆動電流検出部とを備え、前記触覚センサについては、検出可能な最小検出値の仕様が規定されており、
前記制御部は、前記グリッパ製品の前記仕様上の把持力範囲の下限値及び前記触覚センサの前記仕様上の最小検出値を取得し、前記最小検出値に対応する前記押圧力が、前記グリッパ製品の前記仕様上の把持力範囲の下限値以上の場合に報知する
請求項２～７の何れか１項に記載の把持力制御装置。
【請求項12】
対象物を把持する複数の指と、前記複数の指のうち少なくとも１つの指を駆動指として駆動するモータと、前記モータの駆動電流を検出する駆動電流検出部と、前記複数の指のうちの少なくとも１つの指である触覚指に設けられた触覚センサとを備えたロボットのグリッパに接続され、前記駆動指又は前記触覚指が前記対象物に加える把持力を制御する把持力制御装置における把持力制御方法であって、前記駆動電流検出部によって検出された前記モータの駆動電流値に基づいて、前記駆動指が前記対象物に加えている駆動力を算出し、
前記触覚センサの検出値に基づいて、前記触覚センサが前記対象物から受けている押圧力を算出し、
前記把持力の設定値である把持力設定値に基づいて前記駆動力及び前記押圧力のうち何れを用いるかを決定し、用いることが決定された前記駆動力又は前記押圧力の値を用いて前記把持力を制御し、
前記把持力の設定値である把持力設定値に基づいて前記駆動力及び前記押圧力のうち何れを用いるかを決定することは、ある値の電流指令値を与えて前記モータを駆動した場合において、前記駆動指が前記対象物に加える力として設計上想定される力を指令駆動力とし、検出された前記駆動電流値に基づいて算出された前記駆動力と前記指令駆動力との差の大きさを第１誤差とし、算出された前記押圧力に対応する反力と前記指令駆動力との差の大きさを第２誤差としたときに、
前記把持力を制御するために、前記指令駆動力が前記把持力設定値になるようにした場合の前記第１誤差及び前記第２誤差のうち小さい方の誤差に対応する前記駆動力又は前記押圧力を用いると決定することを含む、
把持力制御方法。
【請求項13】
対象物を把持する複数の指と、前記複数の指のうち少なくとも１つの指を駆動指として駆動するモータと、前記モータの駆動電流を検出する駆動電流検出部と、前記複数の指のうちの少なくとも１つの指である触覚指に設けられた触覚センサとを備えたロボットのグリッパに接続され、前記駆動指又は前記触覚指が前記対象物に加える把持力を制御する把持力制御装置における把持力制御プログラムであって、前記駆動電流検出部によって検出された前記モータの駆動電流値に基づいて、前記駆動指が前記対象物に加えている駆動力を算出し、
前記触覚センサの検出値に基づいて、前記触覚センサが前記対象物から受けている押圧力を算出し、
前記把持力の設定値である把持力設定値に基づいて前記駆動力及び前記押圧力のうち何れを用いるかを決定し、用いることが決定された前記駆動力又は前記押圧力の値を用いて前記把持力を制御し、
前記把持力の設定値である把持力設定値に基づいて前記駆動力及び前記押圧力のうち何れを用いるかを決定することは、ある値の電流指令値を与えて前記モータを駆動した場合において、前記駆動指が前記対象物に加える力として設計上想定される力を指令駆動力とし、検出された前記駆動電流値に基づいて算出された前記駆動力と前記指令駆動力との差の大きさを第１誤差とし、算出された前記押圧力に対応する反力と前記指令駆動力との差の大きさを第２誤差としたときに、
前記把持力を制御するために、前記指令駆動力が前記把持力設定値になるようにした場合の前記第１誤差及び前記第２誤差のうち小さい方の誤差に対応する前記駆動力又は前記押圧力を用いると決定することを含む、
処理をコンピュータに実行させる把持力制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ロボット、把持力制御装置、把持力制御方法、及び把持力制御プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
ロボットの手先につける電動グリッパを用いて制御する場合、操作対象を操作するために適切な把持力を設定し制御する必要がある。
【0003】
例えば特許文献１には、物体を把持する爪を駆動するモータへ供給される供給電流に基づいてロボットハンドの把持力を制御するロボット制御装置が開示されている。
【0004】
また、特許文献２には、ロボットハンドのマニピュレーター部のワークＷを把持する側に設けられた圧力センサモジュールにより検出された圧力に基づいてロボットハンドの把持力を制御する装置が開示されている。
【0005】
把持力を設定できる電動グリッパのうち、設定可能な把持力は、実質的には全域ではなく定格の３０～４０％以上であり、弱い力で電動グリッパを制御するのは難しい。このため、複数の工程内で必要な把持力の範囲が異なる場合には、異なるグリッパを使用する必要があった。
【0006】
弱い把持力を制御できないのは、グリッパの把持力変化を素早く捉えるために必要な検出精度及び制御性が得られないためである。具体的には、現在の把持力を算出するためには、グリッパに内蔵されるモータの電流を検出してトルクを求める必要があるが、電流検出のためのＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の分解能が低いことにより、必要な検出精度が得られないためである。また、グリッパの把持力の急峻な変化を抑えるためには、いち早く把持力の変化を捉え、出力値を調節するためにフィードバック制御の制御周期を短くする必要があるが、制御周期を短くするのが困難なためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０１９－９８４０６号公報
【文献】特開２０１９－２００１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本開示は、上記の点に鑑みてなされたものであり、グリッパの把持力が小さい領域でも把持力を的確に制御することができるロボット、把持力制御装置、把持力制御方法、及び把持力制御プログラム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】
【0009】
開示の第１態様は、ロボットであって、対象物を把持する複数の指と、前記複数の指のうち少なくとも１つの指を駆動指として駆動するモータと、前記モータの駆動電流を検出する駆動電流検出部と、前記複数の指のうち少なくとも１つの指である触覚指に設けられた触覚センサとを備えたグリッパと、前記駆動電流検出部によって検出された前記モータの駆動電流値に基づいて、前記駆動指が前記対象物に加えている駆動力を算出する駆動力算出部と、前記触覚センサの検出値に基づいて、前記触覚センサが前記対象物から受けている押圧力を算出する押圧力算出部と、前記駆動指又は前記触覚指が前記対象物に加える把持力の設定値である把持力設定値に基づいて前記駆動力及び前記押圧力のうち何れを用いるかを決定し、用いることが決定された前記駆動力又は前記押圧力の値を用いて前記把持力を制御する制御部と、を備える。
【0010】
開示の第２態様は、対象物を把持する複数の指と、前記複数の指のうち少なくとも１つの指を駆動指として駆動するモータと、前記モータの駆動電流を検出する駆動電流検出部と、前記複数の指のうちの少なくとも１つの指である触覚指に設けられた触覚センサとを備えたロボットのグリッパに接続され、前記駆動指又は前記触覚指が前記対象物に加える把持力を制御する把持力制御装置であって、前記駆動電流検出部によって検出された前記モータの駆動電流値に基づいて、前記駆動指が前記対象物に加えている駆動力を算出する駆動力算出部と、前記触覚センサの検出値に基づいて、前記触覚センサが前記対象物から受けている押圧力を算出する押圧力算出部と、前記把持力の設定値である把持力設定値に基づいて前記駆動力及び前記押圧力のうち何れを用いるかを決定し、用いることが決定された前記駆動力又は前記押圧力の値を用いて前記把持力を制御する制御部と、を備える。
【0011】
上記第２態様において、ある値の電流指令値を与えて前記モータを駆動した場合において、前記駆動指が前記対象物に加える力として設計上想定される力を指令駆動力とし、検出された前記駆動電流値に基づいて算出された前記駆動力と前記指令駆動力との差の大きさを第１誤差とし、算出された前記押圧力に対応する反力と前記指令駆動力との差の大きさを第２誤差としたときに、前記制御部は、前記把持力を制御するために、前記指令駆動力が前記把持力設定値になるようにした場合の前記第１誤差及び前記第２誤差のうち小さい方の誤差に対応する前記駆動力又は前記押圧力を用いると決定するようにしてもよい。
【0012】
上記第２態様において、前記第１誤差と前記第２誤差との大小関係が入れ替わる前記指令駆動力を切り替え値としたときに、前記制御部は、前記把持力設定値が前記切り替え値より大きいか小さいかにより特定される前記第１誤差及び前記第２誤差のうち小さい方の誤差に対応する前記駆動力又は前記押圧力の値を用いて前記把持力を制御するようにしてもよい。
【0013】
上記第２態様において、前記制御部は、前記駆動指の位置を制御することにより、前記複数の指が前記対象物を把持する直前の位置まで前記駆動指を移動させ、その後、前記把持力の制御に用いている前記駆動力又は前記押圧力の大きさが前記把持力設定値になるまで前記駆動指が移動するように制御するようにしてもよい。
【0014】
上記第２態様において、前記制御部は、段階的に設定された一連の目標位置を順次通過するように前記駆動指を移動させ、その後、前記把持力の制御に用いている前記駆動力又は前記押圧力の大きさが前記把持力設定値になるまで前記駆動指が移動するように制御するようにしてもよい。
【0015】
上記第２態様において、前記制御部は、前記駆動指の速度を制御することにより、前記駆動指が前記対象物に接触したことを検知するまで前記駆動指を移動させ、その後、前記把持力の制御に用いている前記駆動力又は前記押圧力の大きさが前記把持力設定値になるまで前記駆動指が移動するように制御するようにしてもよい。
【0016】
上記第２態様において、前記制御部は、前記駆動指の位置を制御することにより、前記複数の指が前記対象物を把持する直前の予備動作目標位置まで前記駆動指を移動させ、その後、前記駆動指が目標範囲内に移動するか、又は、前記把持力の制御に用いている前記駆動力又は前記押圧力の大きさが前記把持力設定値になるまで、前記駆動指が移動するように制御するようにしてもよい。
【0017】
上記第２態様において、前記制御部は、前記複数の指が開いた状態と閉じた状態との間で前記駆動指を駆動させて、前記グリッパの位置、前記駆動力、及び前記押圧力を時系列で取得し、前記駆動力と前記押圧力との間の差異が許容範囲外の場合に報知するようにしてもよい。
【0018】
上記第２態様において、前記制御部は、前記複数の指が開いた状態と閉じた状態との間で前記駆動指を駆動させて前記押圧力を時系列で取得し、取得した前記押圧力と過去に取得した前記押圧力との間の差異が許容範囲外の場合に報知するようにしてもよい。
【0019】
上記第２態様において、前記グリッパは、把持力範囲の仕様が規定されたグリッパ製品を含み、前記グリッパ製品は、前記複数の指と、前記モータと、前記駆動電流検出部とを備え、前記制御部は、前記グリッパ製品の前記仕様上の把持力範囲の下限値を取得し、前記複数の指が閉じている状態で前記グリッパ製品の前記仕様上の把持力範囲の下限値未満で前記駆動指を駆動させているときに、前記複数の指が閉じていることによって生じるはずの前記触覚センサの検出値が取得できない場合に報知するようにしてもよい。
【0020】
上記第２態様において、前記グリッパは、把持力範囲の仕様が規定されたグリッパ製品を含み、前記グリッパ製品は、前記複数の指と、前記モータと、前記駆動電流検出部とを備え、前記触覚センサについては、検出可能な最小検出値の仕様が規定されており、前記制御部は、前記グリッパ製品の前記仕様上の把持力範囲の下限値及び前記触覚センサの前記仕様上の最小検出値を取得し、前記最小検出値に対応する前記押圧力が、前記グリッパ製品の前記仕様上の把持力範囲の下限値以上の場合に報知するようにしてもよい。
【0021】
開示の第３態様は、対象物を把持する複数の指と、前記複数の指のうち少なくとも１つの指を駆動指として駆動するモータと、前記モータの駆動電流を検出する駆動電流検出部と、前記複数の指のうちの少なくとも１つの指である触覚指に設けられた触覚センサとを備えたロボットのグリッパに接続され、前記駆動指又は前記触覚指が前記対象物に加える把持力を制御する把持力制御装置における把持力制御方法であって、前記駆動電流検出部によって検出された前記モータの駆動電流値に基づいて、前記駆動指が前記対象物に加えている駆動力を算出し、前記触覚センサの検出値に基づいて、前記触覚センサが前記対象物から受けている押圧力を算出し、前記把持力の設定値である把持力設定値に基づいて前記駆動力及び前記押圧力のうち何れを用いるかを決定し、用いることが決定された前記駆動力又は前記押圧力の値を用いて前記把持力を制御する。
【0022】
開示の第４態様は、対象物を把持する複数の指と、前記複数の指のうち少なくとも１つの指を駆動指として駆動するモータと、前記モータの駆動電流を検出する駆動電流検出部と、前記複数の指のうちの少なくとも１つの指である触覚指に設けられた触覚センサとを備えたロボットのグリッパに接続され、前記駆動指又は前記触覚指が前記対象物に加える把持力を制御する把持力制御装置における把持力制御プログラムであって、前記駆動電流検出部によって検出された前記モータの駆動電流値に基づいて、前記駆動指が前記対象物に加えている駆動力を算出し、前記触覚センサの検出値に基づいて、前記触覚センサが前記対象物から受けている押圧力を算出し、前記把持力の設定値である把持力設定値に基づいて前記駆動力及び前記押圧力のうち何れを用いるかを決定し、用いることが決定された前記駆動力又は前記押圧力の値を用いて前記把持力を制御する処理をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【0023】
本開示によれば、グリッパの把持力が小さい領域でも把持力を的確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】ロボットシステムの構成図である。
【図2】把持力制御装置の機能ブロック図である。
【図3】ワークの把持の他の例について説明するための図である。
【図4】把持力制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図5】第１実施形態に係る把持力制御処理のメインルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図6】切り替え値算出処理の流れを示すフローチャートである。
【図7】把持力制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図8】第１実施形態に係る把持動作について説明するための図である。
【図9】第２実施形態に係る把持動作について説明するための図である。
【図10】第３実施形態に係る把持動作について説明するための図である。
【図11】第４実施形態に係る把持動作について説明するための図である。
【図12】第５実施形態に係る把持力制御処理のメインルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図13】触覚センサの異常判定処理について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本開示の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一又は等価な構成要素及び部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されている場合があり、実際の比率とは異なる場合がある。
【0026】
＜第１実施形態＞
【0027】
図１は、第１実施形態に係るロボットシステム１０の構成図である。図１に示すように、ロボットシステム１０は、ロボット２０、及び把持力制御装置３０を備える。ロボットシステム１０は、本実施形態では、ワークＷをピッキングするピッキング装置として機能する。
【0028】
ロボット２０は、ピッキング動作を行う際の運動制御の対象である機構部分としてのロボットアームＡＲと、ロボットアームＡＲの先端に取り付けられたグリッパＧＲと、を含む。
【0029】
グリッパＧＲは、対象物の一例としてのワークＷを把持する２つの指Ｆ１、Ｆ２を備える。なお、本実施形態では指の数が２つの場合について説明するが、指の数は２つに限られるものではなく、３つ以上の指を備えてもよい。また、指Ｆ１、Ｆ２は、本実施形態では一例として板状の部材で構成されるが、指Ｆ１、Ｆ２の形状はこれに限られるものではない。
【0030】
また、グリッパＧＲは、指Ｆ１、Ｆ２のうち少なくとも１つの指を駆動指として駆動するモータＭを備える。モータＭは、リニアガイドＬＧと接続されている。リニアガイドＬＧは、モータＭの回転運動を直線運動に変換する変換機構を含む。
【0031】
指Ｆ１、Ｆ２は、リニアガイドＬＧに取り付けられている。リニアガイドＬＧは、モータＭによって駆動され、モータＭのＺ軸を回転軸とした回転運動をＸ軸方向の直線運動に変換する。
【0032】
具体的には、例えばモータＭが正転した場合は、リニアガイドＬＧは、指Ｆ１、Ｆ２を閉じる方向、すなわちワークＷを把持する方向に駆動する。一方、モータＭが逆転した場合は、リニアガイドＬＧは、指Ｆ１、Ｆ２を開く方向、すなわちワークＷを放す方向に駆動する。なお、本実施形態では、モータＭが回転すると、指Ｆ１、Ｆ２が同時に駆動される構成の場合について説明するが、指Ｆ１、Ｆ２のうち何れかの指のみが駆動される構成としてもよい。すなわち、本実施形態では、駆動指が指Ｆ１、Ｆ２の両方の場合について説明するが、駆動指が指Ｆ１、Ｆ２の一方のみでもよい。
【0033】
また、グリッパＧＲは、モータＭの駆動電流を検出する駆動電流検出部４０、モータＭを駆動するモータ駆動部４２、及びモータＭの速度を検出する速度検出部４４を備える（図２参照）。速度検出部４４は、モータＭに設けられた図示しないエンコーダの出力値に基づいて、指Ｆ１、Ｆ２の位置、速度、及び加速度を検出して把持力制御装置３０に出力する。
【0034】
なお、グリッパＧＲには、本実施形態では、把持力範囲の仕様が規定されたグリッパ製品を用いる。このグリッパ製品は、指Ｆ１、Ｆ２と、モータＭと、駆動電流検出部と、を含む。把持力を設定できるグリッパにおいて設定可能な把持力は、実質的には定格の全域ではなく定格の３０～４０％以上が把持力範囲の仕様となる。従って、例えば定格が１００Ｎのグリッパ製品の場合、把持力範囲の仕様は例えば下限値が４０Ｎ、上限値が１００Ｎとなる。
【0035】
また、指Ｆ１、Ｆ２の把持面には、触覚センサＳ１、Ｓ２が各々設けられている。触覚センサＳ１、Ｓ２は、指Ｆ１、Ｆ２がワークＷを把持したときに触覚センサＳ１、Ｓ２がワークＷから受ける押圧力を検出する。触覚センサＳ１、Ｓ２は、グリッパ製品に含まれていてもよいし、グリッパ製品には含まれておらず後付けでもよい。
【0036】
なお、本実施形態では、触覚センサＳ１、Ｓ２が同一仕様の触覚センサである場合について説明する。また、本実施形態では、指Ｆ１、Ｆ２の両方に触覚センサが設けられた構成、すなわち指Ｆ１、Ｆ２の両方が触覚指である場合について説明するが、指Ｆ１、Ｆ２の何れか一方にのみ触覚センサが設けられた構成としてもよい。また、触覚センサＳ１、Ｓ２は、検出可能な押圧力の最小検出値の仕様が規定されている。触覚センサＳ１、Ｓ２は、検出可能な押圧力の最小検出値が、グリッパ製品の把持力範囲の下限値よりも小さく、且つ、検出可能な押圧力の最大検出値が、グリッパ製品の把持力範囲の下限値以上のものを用いる。例えばグリッパ製品の把持力範囲の下限値が４０Ｎの場合、触覚センサＳ１、Ｓ２としては、検出可能な押圧力の範囲が例えば１Ｎ～１００Ｎのものを用いる。
【0037】
ここで、押圧力とは、把持力の反力であり、把持力と向きが反対で大きさは同じである。また、把持力とは、駆動指又は触覚指がワークＷに加える力である。なお、本実施形態では、ワークＷを把持せずに指Ｆ１、Ｆ２同士が直接接触して互いに相手の指に力を加えている場合に相手の指に加える力も把持力と称する。また、把持力は指Ｆ１、Ｆ２毎に発生するが、重力の影響を考えない場合は、指Ｆ１、Ｆ２の把持力は互いに反対向きで同じ大きさとなる。
【0038】
また、図１では、触覚センサＳ１、Ｓ２が、指Ｆ１、Ｆ２が対向する側の面に設けられた構成を示したが、これに限られない。例えば図３に示すように、触覚センサＳ１、Ｓ２が、指Ｆ１、Ｆ２が対向する側と反対側の面に設けられた構成としてもよい。この場合、図３に示すように、リング状のワークＷの穴に指Ｆ１、Ｆ２を挿入してから指Ｆ１、Ｆ２が開くように駆動することにより、リング状のワークＷを把持した場合でも、触覚センサＳ１、Ｓ２の検出値に基づいて押圧力を検出することができる。
【0039】
ロボット２０は、一例として自由度が６の垂直多関節ロボット、水平多関節ロボット等が用いられるが、ロボットの自由度及び種類はこれらに限られるものではない。
【0040】
把持力制御装置３０は、ロボット２０を制御する。図２に示すように、把持力制御装置３０は、機能的には、駆動力算出部３２、押圧力算出部３４、及び制御部３６を含む。
【0041】
駆動力算出部３２は、駆動電流検出部４０によって検出されたモータＭの駆動電流値に基づいて、駆動指である指Ｆ１、Ｆ２がワークＷに加えている駆動力Ｐｉを算出する。駆動力Ｐｉは、例えば次式により算出することができる。
【0042】
Ｐｉ＝Ｅｃ×Ｔｒ×Ｋ ・・・（１）
【0043】
ここで、Ｔｒはトルク定数、Ｋは変換係数であり、それぞれ予め定めた値に設定される。
【0044】
押圧力算出部３４は、触覚指である指Ｆ１、Ｆ２に設けられた触覚センサＳ１、Ｓ２の検出値にそれぞれ予め定めた変換係数を乗算することにより、触覚センサＳ１、Ｓ２がワークＷから受けている押圧力Ｐ１、Ｐ２を算出する。また、調整押圧力Ｐｓは、次式により算出することができる。
【0045】
Ｐｓ＝（Ｐ１＋Ｐ２）／２ ・・・（２）
【0046】
なお、本実施形態においては、調整押圧力Ｐｓを制御に用いるが、例えば指Ｆ１に触覚センサＳ１が設けられているが指Ｆ２には触覚センサＳ２が設けられていない場合には、押圧力Ｐ１を制御に用いればよい。本実施形態においては、調整押圧力Ｐｓを単に押圧力Ｐｓとも称する。触覚センサＳ１が複数の圧力センサで構成されている場合は、各圧力センサで検出された検出値の合計値に変換係数を乗算した値を押圧力Ｐ１とする。触覚センサＳ２についても同様である。
【0047】
また、指Ｆ１、Ｆ２によるワークＷの把持が完了するまでに、指Ｆ１、Ｆ２のうち一方の指がワークＷに接触する場合がある。ワークＷに先に接触した指に設けられた触覚センサには、ワークＷの把持が完了するまでの間に一時的に大きな押圧力がかかるが、この一時的に大きな押圧力に基づいて把持力制御を行うべきではない。また、小さい力で繊細にワークＷを把持させたい場合に、一時的に大きな押圧力に基づいて把持力制御を行うと、把持力の制限がかからずにワークＷを壊してしまう虞がある。
【0048】
そこで、触覚センサＳ１、Ｓ２の押圧力Ｐ１、Ｐ２のうち小さい方の値を押圧力Ｐｓとし、押圧力Ｐ１、Ｐ２が同じ値の場合は、その値を押圧力Ｐｓとしてもよい。
【0049】
制御部３６は、駆動指又は触覚指がワークＷに加える把持力の設定値である把持力設定値に基づいて駆動力及び押圧力のうち何れを用いるかを決定し、用いることが決定された駆動力又は押圧力の値を用いて把持力を制御する。
【0050】
具体的には、制御部３６は、ある値の電流指令値によりモータＭを駆動した場合において、駆動指がワークＷに加える力として設計上想定される力を指令駆動力とし、駆動電流検出部４０で検出された駆動電流値に基づいて駆動力算出部３２により算出された駆動力と指令駆動力との差の大きさを第１誤差とし、押圧力算出部３４により算出された押圧力に対応する反力と指令駆動力との差の大きさを第２誤差としたときに、把持力を制御するために、指令駆動力が把持力設定値になるようにした場合の第１誤差及び前記第２誤差のうち小さい方の誤差に対応する駆動力又は押圧力を用いると決定する。
【0051】
より具体的には、制御部３６は、第１誤差と第２誤差との大小関係が入れ替わる指令駆動力を切り替え値としたときに、把持力設定値が切り替え値より大きいか小さいかにより特定される第１誤差及び第２誤差のうち小さい方の誤差に対応する駆動力又は押圧力の値を用いて把持力を制御する。
【0052】
また、制御部３６は、指Ｆ１、Ｆ２の位置を制御することにより、指Ｆ１、Ｆ２がワークＷを把持する直前の位置まで指Ｆ１、Ｆ２を移動させ、その後、把持力の制御に用いている駆動力又は押圧力の大きさが把持力設定値になるまで指Ｆ１、Ｆ２が移動するように制御する。
【0053】
次に、把持力制御装置３０のハードウェア構成を示すブロック図である。
【0054】
図４に示すように、把持力制御装置３０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０Ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３０Ｂ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３０Ｃ、ストレージ３０Ｄ、入力部３０Ｅ、モニタ３０Ｆ、光ディスク駆動装置３０Ｇ及び通信インタフェース３０Ｈを有する。各構成は、バス３０Ｉを介して相互に通信可能に接続されている。
【0055】
本実施形態では、ストレージ３０Ｄには、把持力制御プログラムが格納されている。ＣＰＵ３０Ａは、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各構成を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ３０Ａは、ストレージ３０Ｄからプログラムを読み出し、ＲＡＭ３０Ｃを作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ３０Ａは、ストレージ３０Ｄに記録されているプログラムに従って、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。
【0056】
ＲＯＭ３０Ｂは、各種プログラム及び各種データを格納する。ＲＡＭ３０Ｃは、作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージ３０Ｄは、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）又はＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。
【0057】
入力部３０Ｅは、キーボード３０Ｅ１、及びマウス３０Ｅ２等のポインティングデバイスを含み、各種の入力を行うために使用される。モニタ３０Ｆは、例えば、液晶ディスプレイであり、ワークＷの把持状態等の各種の情報を表示する。モニタ３０Ｆは、タッチパネル方式を採用して、入力部３０Ｅとして機能してもよい。光ディスク駆動装置３０Ｇは、各種の記録媒体(ＣＤ－ＲＯＭ又はブルーレイディスクなど)に記憶されたデータの読み込みや、記録媒体に対するデータの書き込み等を行う。
【0058】
通信インタフェース３０Ｈは、他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ又はＷｉ－Ｆｉ（登録商標）等の規格が用いられる。
【0059】
図２に示した把持力制御装置３０の各機能構成は、ＣＰＵ３０Ａがストレージ３０Ｄに記憶された把持力制御プログラムを読み出し、ＲＡＭ３０Ｃに展開して実行することにより実現される。
【0060】
次に、把持力制御装置３０の作用について説明する。
【0061】
図５は、把持力制御装置３０による把持力制御処理の流れを示すフローチャートである。ユーザーが入力部３０Ｅを操作して把持力制御処理の実行を指示すると、ＣＰＵ３０Ａがストレージ３０Ｄから把持力制御プログラムを読み出して、ＲＡＭ３０Ｃに展開し実行することにより、把持力制御処理が実行される。
【0062】
ステップＳ１００では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、切り替え値を算出済みか否かについて判定する。そして、切り替え値を算出済みでない場合はステップＳ１０２へ移行し、切り替え値を算出済みの場合はステップＳ１０４へ移行する。
【0063】
ステップＳ１０２では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、図６に示す切り替え値算出処理を実行する。切り替え値は、グリッパＧＲ及び触覚センサＳ１、Ｓ２の特性に応じて決定されるため、切り替え値算出の対象としたグリッパＧＲ及び触覚センサＳ１、Ｓ２を使う限り、別種のワークＷを把持するなどの別のタスクを行わせるために把持力設定値を変更してステップＳ１０４以降を実行し直す場合にも同じ値を継続して使用することができる。
【0064】
ステップＳ１０４では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、把持力設定値を設定する。把持力設定値は、ワークＷの種類に応じて設定される。例えばワークＷの種類と把持力設定値との対応関係を表すテーブルデータを予めストレージ３０Ｄに記憶しておき、ワークＷの種類を指定するとテーブルデータを参照して把持力設定値を自動で設定するようにしてもよいし、オペレータが把持力設定値を直接指定してもよい。
【0065】
ステップＳ１０６では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、ステップＳ１０４で設定された把持力設定値及び切り替え値に基づいて、駆動力Ｐｉ及び押圧力Ｐｓの何れを把持力制御に用いるかを決定する。具体的には、把持力設定値が切り替え値以上の場合は駆動力Ｐｉを用いることに決定し、把持力設定値が切り替え値未満の場合は押圧力Ｐｓを用いることに決定する。このように決定すると、制御部３６は、把持力を制御するために、指令駆動力が把持力設定値になるようにした場合の第１誤差及び第２誤差のうち小さい方の誤差に対応する駆動力Ｐｉ又は押圧力Ｐｓを用いることになる。
【0066】
ステップＳ１０８では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、図７に示す把持力制御を実行する。
【0067】
ステップＳ１１０では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、全てのワークＷをピッキングしたか否かを判定する。そして、全てのワークＷをピッキングした場合はステップＳ１１２へ移行する。一方、全てのワークＷをピッキングしていない場合はステップＳ１０８へ移行し、把持力制御を繰り返す。
【0068】
ステップＳ１１２では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、ワークＷを変更して続行するか否かを判定する。そして、例えばオペレータがワークＷを変更して続行することを指示した場合は、ステップＳ１０４へ移行し、オペレータがワークＷを変更せず終了すると指示した場合は本ルーチンを終了する。
【0069】
以下、図６を参照して切り替え値算出処理について説明する。
【0070】
ステップＳ２００では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、グリッパＧＲが予め定めた初期状態となるようにモータ駆動部４２を制御する。具体的には、制御部３６は、指Ｆ１、Ｆ２が非接触の状態から触覚センサＳ１、Ｓ２の検出値が上昇し始めるまで指Ｆ１、Ｆ２が閉じて接触状態となるようにモータ駆動部４２を制御する。その後、触覚センサＳ１、Ｓ２の検出値がゼロとみなせる値になるまで、すなわち指Ｆ１、Ｆ２が非接触状態とみなせる状態になるまで指Ｆ１、Ｆ２が開くようにモータ駆動部４２を制御する。
【0071】
ステップＳ２０２では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、グリッパＧＲの把持力初期値Ｓｔａｒｔを、グリッパＧＲの仕様上の把持力範囲の下限値ｇ＿ｍｉｎに設定する。
【0072】
ステップＳ２０４では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、グリッパＧＲの把持力最大値Ｅｎｄを、グリッパＧＲの仕様上の把持力範囲の上限値ｇ＿ｍａｘ及び触覚センサＳ１、Ｓ２の仕様上の検出範囲の上限値ｓ＿ｍａｘのうち小さい方の値に設定する。
【0073】
ステップＳ２０６では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、指令駆動力ｉをステップＳ２０２で設定した把持力初期値Ｓｔａｒｔに設定する。指令駆動力ｉは、ある値の電流指令値によりモータＭを駆動した場合において、駆動指がワークＷに加える力として設計上想定される力である。
【0074】
ステップＳ２０８では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、グリッパＧＲの電流指令値（出力トルク）を指令駆動力ｉに対応する値に設定する。すなわち、設定された電流指令値をモータ駆動部４２に出力する。これにより、モータ駆動部４２は、指令駆動力ｉに対応した電流指令値でモータＭを駆動する。
【0075】
ステップＳ２１０では、ＣＰＵ３０Ａが、駆動力算出部３２として、グリッパＧＲの駆動力Ｐｉを算出する。具体的には、駆動電流検出部４０からモータＭの駆動電流の駆動電流値Ｅｃを取得する。そして、上記（１）式によりグリッパＧＲの駆動力Ｐｉを算出する。
【0076】
ステップＳ２１２では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、ステップＳ２１０で算出された駆動力Ｐｉと指令駆動力ｉとの差の大きさである第１誤差Ｅｇを次式により算出する。
【0077】
Ｅｇ＝｜ｉ－Ｐｉ｜ ・・・（３）
【0078】
ステップＳ２１４では、ＣＰＵ３０Ａが、押圧力算出部３４として、触覚センサＳ１、Ｓ２の検出値に基づいて、触覚センサＳ１（Ｓ２）及び触覚センサＳ２（Ｓ１）が互いに相手から受けている押圧力Ｐｓを上記（２）式により算出する。
【0079】
ステップＳ２１６では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、ステップＳ２１４で算出された押圧力Ｐｓに対応する反力と指令駆動力ｉとの差の大きさである第２誤差Ｅｓを次式により算出する。
【0080】
Ｅｓ＝｜ｉ－Ｐｓ｜ ・・・（４）
【0081】
ステップＳ２１８では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、ステップＳ２１２で算出した第１誤差Ｅｇが、ステップＳ２１６で算出した第２誤差Ｅｓより大きいか否かを判定する。そして、第１誤差Ｅｇが第２誤差Ｅｓより大きい場合はステップＳ２２０へ移行し、第１誤差Ｅｇが第２誤差Ｅｓ以下の場合はステップＳ２２２へ移行する。本実施形態では、指令駆動力ｉをグリッパＧＲの仕様上の把持力範囲の下限値ｇ＿ｍｉｎから始めて次第に大きくしていくので、最初のうちは第１誤差Ｅｇが第２誤差Ｅｓより大きくなることを想定している。
【0082】
ステップＳ２２０では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、指令駆動力ｉを次式により更新する。
【0083】
ｉ＝ｉ＋α ・・・（５）
【0084】
ここで、αは、グリッパＧＲの駆動力の設定分解能である。
【0085】
ステップＳ２２４では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、指令駆動力ｉがグリッパＧＲの把持力最大値Ｅｎｄより大きいか否かを判定する。そして、指令駆動力ｉがグリッパＧＲの把持力最大値Ｅｎｄより大きい場合は本ルーチンを終了する。一方、指令駆動力ｉがグリッパＧＲの把持力最大値Ｅｎｄ以下の場合はステップＳ２０８へ移行し、指令駆動力ｉがグリッパＧＲの把持力最大値Ｅｎｄより大きくなるまでステップＳ２０８～Ｓ２２４の処理を繰り返す。
【0086】
一方、ステップＳ２２２では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、切り替え値を現在の指令駆動力ｉに設定する。その後本ルーチンを終了する。
【0087】
このように、第１誤差Ｅｇが第２誤差Ｅｓよりも大きい間は、指令駆動力ｉを徐々に大きくし、第１誤差Ｅｇが第２誤差Ｅｓ以下となった場合、その時点の指令駆動力ｉを切り替え値とする。すなわち、第１誤差Ｅｇと第２誤差Ｅｓとの大小関係が入れ替わる指令駆動力ｉを切り替え値とする。
【0088】
次に、図７を参照して把持力制御処理について説明する。
【0089】
ステップＳ３００では、ＣＰＵ３０Ａが、制御部３６として、グリッパＧＲが予備動作を行うようモータ駆動部４２を制御する。具体的には、図８の「位置制御」に示すように、指Ｆ１、Ｆ２の位置を制御することにより、指Ｆ１、Ｆ２がワークＷを把持する直前の位置である予備動作目標位置まで指Ｆ１、Ｆ２を移動させる。ワークＷを把持する直前の位置とは、例えば指Ｆ１、Ｆ２のＸ軸方向の距離ｄが、ワークＷのＸ軸方向の長さよりも若干長い距離となる位置、すなわち、指Ｆ１、Ｆ２がワークＷに接触する手前の位置である。
【0090】
ステップＳ３０２では、グリッパＧＲの状態値を取得する。ここで、状態値とは、指Ｆ１、Ｆ２の現在の位置、速度、モータＭの駆動電流値、及び触覚センサＳ１、Ｓ２の検出値等を含む。
【0091】
ステップＳ３０４では、ＣＰＵ３０Ａが、把持力制御に使用する力が押圧力Ｐｓであるか否か、すなわち、図５のステップＳ１０６で決定された力が押圧力Ｐｓであるか否かを判定する。そして、把持力制御に使用する力が押圧力Ｐｓである場合は、ステップＳ３０６へ移行し、図５のステップＳ１０６で決定された力が押圧力Ｐｓでない場合、すなわち、図５のステップＳ１０６で決定された力が駆動力Ｐｉである場合は、ステップＳ３０８へ移行する。
【0092】
ステップＳ３０６では、ステップＳ３０２で取得した触覚センサＳ１、Ｓ２の検出値に基づいて、上記（２）式により押圧力Ｐｓを算出する。
【0093】
ステップＳ３０８では、ステップＳ３０２で取得したモータＭの駆動電流値に基づいて、上記（１）式により駆動力Ｐｉを算出する。
【0094】
ステップＳ３１０では、予め定めた完了条件を満たすか否かを判定する。ここで、完了条件は、例えば把持力制御に押圧力Ｐｓを使用している場合は、ステップＳ３０６で算出した押圧力Ｐｓが把持力設定値になった場合、把持力制御に駆動力Ｐｉを使用している場合は、ステップＳ３０８で算出した駆動力Ｐｉが把持力設定値になった場合である。
【0095】
そして、予め定めた完了条件を満たさない場合はステップＳ３１２へ移行し、予め定めた完了条件を満たす場合はステップＳ３１４へ移行する。
【0096】
ステップＳ３１２では、ＣＰＵ３０が、制御部３６として、グリッパＧＲの指Ｆ１、Ｆ２が移動してワークＷを把持する把持動作を続行するようモータ駆動部４２を制御する。具体的には、図８に示すように、ステップＳ３００の予備動作が終了したｔ１の時点から位置制御から速度制御に切り替えて、速度指令値をモータ駆動部４２に出力する。これにより、モータＭは、指Ｆ１、Ｆ２が閉じるように正転する。そして、図８に示すように、ｔ１の時点から指Ｆ１、Ｆ２が閉じるように移動してワークＷに接触すると、ステップＳ３０６で算出された押圧力Ｐｓ又はステップＳ３０８で算出された駆動力Ｐｉは徐々に上昇する。ここで、触覚センサＳ１、Ｓ２又は指Ｆ１、Ｆ２の柔軟性により、指Ｆ１、Ｆ２がワークＷに接触した後も指Ｆ１、Ｆ２の根元は移動することを想定している。また、ワークＷが柔軟であれば把持力によるワークＷの圧縮に伴う指Ｆ１、Ｆ２の移動も発生する。そして、ｔ２の時点でステップＳ３０６で算出された押圧力Ｐｓ又はステップＳ３０８で算出された駆動力Ｐｉが把持力設定値に到達すると、図７のステップＳ３１０の判定が肯定判定となり、ステップＳ３１４へ移行する。
【0097】
ステップＳ３１４では、ＣＰＵ３０が、制御部３６として、指Ｆ１、Ｆ２によってワークＷを把持した状態が維持されるようにモータ駆動部４２を制御する。すなわち、指Ｆ１、Ｆ２の位置がロックされるように速度指令値として零をモータ駆動部４２に出力する。これにより、速度制御が停止され、指Ｆ１、Ｆ２の位置が固定される。
【0098】
ステップＳ３１６では、ＣＰＵ３０が、制御部３６として、ワークＷを予め定めた位置に載置し、その後に予め定めた初期位置にグリッパＧＲが戻るようロボットアームＡＲ及びモータ駆動部４２を制御する。
【0099】
このように、本実施形態では、ある値の電流指令値によりモータＭを駆動した場合において、指Ｆ１、Ｆ２がワークＷに加える力として設計上想定される力を指令駆動力ｉとし、検出された駆動電流値に基づいて算出された駆動力Ｐｉと指令駆動力ｉとの差の大きさを第１誤差Ｅｇとし、算出された押圧力Ｐｓに対応する反力と指令駆動力ｉとの差の大きさを第２誤差Ｅｓとしたときに、把持力を制御するために、指令駆動力ｉが把持力設定値になるようにした場合の第１誤差Ｅｇ及び第２誤差Ｅｓのうち小さい方の誤差に対応する駆動力Ｐｉ又は押圧力Ｐｓを用いると決定する。
【0100】
そして、把持力設定値が切り替え値より大きいか小さいかにより特定される第１誤差Ｅｇ及び第２誤差Ｅｓのうち小さい方の誤差に対応する駆動力又は押圧力の値を用いて把持力を制御する。このため、グリッパＧＲの把持力が小さい領域でも把持力を的確に制御することができる。
【0101】
また、予備動作においては、位置制御で指Ｆ１、Ｆ２を駆動するため、図８に示すように、ワークＷに接触する直前の位置までは指Ｆ１、Ｆ２を高速で移動させることができ、ワークＷの把持を高速に行うことができる。
【0102】
なお、予備動作において、最初のワークＷについては、ワークＷと接触するまでゆっくり指Ｆ１、Ｆ２を移動させ、ワークＷの接触を検知した位置を次のワークＷの予備動作目標位置として設定してもよい。
【0103】
＜第２実施形態＞
【0104】
次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0105】
第２実施形態では、図７のステップＳ３１２の把持動作の他の例について説明する。把持力制御装置３０の構成、図５、６の処理、及び図７のステップＳ３１２以外の処理については第１実施形態と同一であるので説明は省略する。
【0106】
本実施形態では、図７のステップＳ３１２では、図９に示すように、ステップＳ３００の予備動作が終了したｔ１の時点から、小刻みに位置制御の目標位置を切り替えて指Ｆ１、Ｆ２の位置を制御する。ｔ１の時点から指Ｆ１、Ｆ２が閉じるように移動してワークＷに接触すると、ステップＳ３０６で算出された押圧力Ｐｓ又はステップＳ３０８で算出された駆動力Ｐｉは徐々に上昇する。そして、ｔ２の時点でステップＳ３０６で算出された押圧力Ｐｓ又はステップＳ３０８で算出された駆動力Ｐｉが把持力設定値に到達すると、図７のステップＳ３１０の判定が肯定判定となり、ステップＳ３１４へ移行する。図９の例では、指Ｆ１、Ｆ２が段階的に設定された一連の目標位置Ｋ１～Ｋ６を順次通過するように、目標位置、速度指令値、加速度指令値をモータ駆動部４２に出力する。ただし、指Ｆ１、Ｆ２が目標位置Ｋ５まで移動したところで押圧力Ｐｓ又は駆動力Ｐｉが把持力設定値に到達するので、目標位置をＫ６とする移動は実行されない。これにより、ｔ１の時点から指Ｆ１、Ｆ２が段階的に閉じるように移動してワークＷが把持される。
【0107】
このように、本実施形態では、小刻みに目標位置を切り替えて指Ｆ１、Ｆ２が段階的に移動するように制御するので、例えばガラス等の割れやすい材料のワークＷであっても、適切に把持することができる。
【0108】
＜第３実施形態＞
【0109】
次に、第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0110】
第３実施形態では、図７のステップＳ３００の予備動作及びステップＳ３１２の把持動作の他の例について説明する。把持力制御装置３０の構成、図５、６の処理、及び図７のステップＳ３００及びステップＳ３１２以外の処理については第１実施形態と同一であるので説明は省略する。
【0111】
本実施形態では、図７のステップＳ３００の予備動作では、指Ｆ１、Ｆ２の速度を制御することにより、指Ｆ１、Ｆ２がワークＷに接触したことを検知するまで指Ｆ１、Ｆ２を移動させる。指Ｆ１、Ｆ２がワークＷに接触したか否かについては、押圧力Ｐｓ又は駆動力Ｐｉを用いて判定する。すなわち、図５のステップＳ１０６で決定された力が押圧力Ｐｓである場合は、押圧力Ｐｓを上記（２）式により算出し、算出した押圧力Ｐｓが予め定めた接触検知レベル以上となった場合に指Ｆ１、Ｆ２がワークＷに接触したと判定する。また、図５のステップＳ１０６で決定された力が駆動力Ｐｉである場合は、駆動力Ｐｉを上記（１）式により算出し、算出した駆動力Ｐｉが予め定めた接触検知レベル以上となった場合に指Ｆ１、Ｆ２がワークＷに接触したと判定する。
【0112】
ステップＳ３１２では、図１０に示すように、ステップＳ３００の予備動作が終了したｔ１の時点から、目標速度の大きさを小さくした速度制御により指Ｆ１、Ｆ２が閉じるように移動させる。移動に伴い、押圧力Ｐｓ又は駆動力Ｐｉは徐々に上昇する。そして、ｔ２の時点でステップＳ３０６で算出された押圧力Ｐｓ又はステップＳ３０８で算出された駆動力Ｐｉが把持力設定値に到達すると、図７のステップＳ３１０の判定が肯定判定となり、ステップＳ３１４へ移行する。
【0113】
このように、本実施形態では、予備動作において指Ｆ１、Ｆ２がワークＷに接触するまで速度制御により移動させるので、予備動作目標位置を設定する必要がなく、簡単な制御でワークＷを把持することができる。
【0114】
なお、把持力設定値に近い値であって把持力設定値よりも小さい値を閾値として設定し、算出された押圧力Ｐｓ又は駆動力Ｐｉが閾値以上になった場合に指Ｆ１、Ｆ２がさらに減速するように制御してもよい。
【0115】
＜第４実施形態＞
【0116】
次に、第４実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0117】
第４実施形態では、図７のステップＳ３１０の完了条件の判定及びステップＳ３１２の把持動作の他の例について説明する。把持力制御装置３０の構成、図５、６の処理、及び図７のステップＳ３１０及びステップＳ３１２以外の処理については第１実施形態と同一であるので説明は省略する。
【0118】
本実施形態では、図７のステップＳ３１２では、図１１に示すように、ステップＳ３００の予備動作が終了したｔ１の時点から、トルク制限付き位置制御により指Ｆ１、Ｆ２の位置が目標範囲内となるように移動させる。目標範囲は、例えば予め定めた目標位置を中心として前後にマージンを設定した範囲である。すなわち、例えば目標位置をＡ、マージンをαとした場合、目標範囲は、Ａ±αとなる。
【0119】
そして、ステップＳ３１０の完了条件は、第１条件として押圧力Ｐｓ又は駆動力Ｐｉが把持力設定値になった場合と、第２条件として指Ｆ１、Ｆ２の位置が目標範囲内となった場合を含む。そして、第１条件及び第２条件の少なくとも一方を満たした場合に完了条件を満たしたものとする。図１１に示した例では、第２条件が充足されたため押圧力Ｐｓ又は駆動力Ｐｉは把持完了後も把持力設定値に到達しない。別の例において、もし第１条件が充足されるのであれば、指Ｆ１、Ｆ２の位置は把持完了後も目標範囲に到達しない。
【0120】
このように、指Ｆ１、Ｆ２の位置が目標範囲内となった場合も完了条件を満たすものとされるため、例えばワークＷが柔らかいときに、ワークＷの寸法を圧縮しすぎないようにしたい場合でも、適切にワークＷを把持することができる。
【0121】
＜第５実施形態＞
【0122】
次に、第５実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0123】
第５実施形態では、触覚センサＳ１、Ｓ２の異常を判定する場合について説明する。把持力制御装置３０の構成、図６、７の処理については第１実施形態と同一であるので説明は省略する。
【0124】
【0125】
図１２に示すように、ステップＳ５０では、ＣＰＵ３０が、制御部３６として、触覚センサＳ１、Ｓ２に異常があるか否かを判定する。
【0126】
具体的には、指Ｆ１、Ｆ２が開いた状態と閉じた状態との間で指Ｆ１、Ｆ２を駆動させて、グリッパＧＲの位置、駆動力Ｐｉ、及び押圧力Ｐｓを時系列で取得し、同一の時刻における駆動力Ｐｉと押圧力Ｐｓとの間の差異が許容範囲外か否かを判定する。
【0127】
そして、駆動力Ｐｉと押圧力Ｐｓとの間の差異が許容範囲外の場合は、触覚センサＳ１、Ｓ２の少なくとも一方に異常があると判定する。なお、グリッパ製品の仕様上の把持力範囲の下限値未満の領域については異常判定の対象外としてもよい。
【0128】
ステップＳ５２では、ＣＰＵ３０が、制御部３６として、ステップＳ５０で触覚センサＳ１、Ｓ２の少なくとも一方が異常と判定されたか否かを判定し、異常と判定された場合はステップＳ５４へ移行し、異常と判定されなかった場合はステップＳ１００へ移行する。
【0129】
ステップＳ５４では、ステップＳ５０で触覚センサＳ１、Ｓ２の少なくとも一方が異常であることを示すメッセージをモニタ３０Ｆに表示する等して報知する。これにより、オペレータは触覚センサＳ１、Ｓ２の少なくとも一方に異常が発生していることを把握することができ、異常が発生したままで把持力制御が行われてしまうのを防ぐことができる。
【0130】
＜第６実施形態＞
【0131】
次に、第６実施形態について説明する。なお、第５実施形態と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0132】
第６実施形態では、触覚センサＳ１、Ｓ２の異常を判定する場合の他の例について説明する。把持力制御装置３０の構成、図６、７の処理、図１２のステップＳ５０以外の処理については第５実施形態と同一であるので説明は省略する。
【0133】
本実施形態では、図１２のステップＳ５０では、指Ｆ１、Ｆ２が開いた状態と閉じた状態との間で指Ｆ１、Ｆ２を駆動させて押圧力Ｐｓを時系列で取得し、同一の指Ｆ１、Ｆ２の位置において異常判定時に取得した押圧力Ｐｓと過去に取得した押圧力Ｐｓとの間の差異が許容範囲外か否かを予め定めた閾値との比較により判定する。許容範囲外であれば、触覚センサＳ１、Ｓ２の少なくとも一方に異常があると判定する。なお、異常判定時に取得した押圧力Ｐｓはストレージ３０Ｄに記憶しておき、次回の異常判定に用いてもよい。
【0134】
このように、触覚センサＳ１、Ｓ２の異常判定を行うことにより、オペレータは触覚センサＳ１、Ｓ２の少なくとも一方に異常が発生していることを把握することができ、異常が発生したままで把持力制御が行われてしまうのを防ぐことができる。
【0135】
＜第７実施形態＞
【0136】
次に、第７実施形態について説明する。なお、第５実施形態と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0137】
第７実施形態では、触覚センサＳ１、Ｓ２の異常を判定する場合の他の例について説明する。把持力制御装置３０の構成、図６、７の処理、図１２のステップＳ５０以外の処理については第５実施形態と同一であるので説明は省略する。
【0138】
本実施形態では、図１２のステップＳ５０では、グリッパ製品の仕様上の把持力範囲の下限値ｇ＿ｍｉｎを取得する。把持力範囲の下限値ｇ＿ｍｉｎは例えばストレージ３０Ｄに予め記憶しておく。そして、指Ｆ１、Ｆ２が閉じている状態でグリッパ製品の仕様上の把持力範囲の下限値ｇ＿ｍｉｎ未満で指Ｆ１、Ｆ２を駆動させているときに、指Ｆ１、Ｆ２が閉じていることによって生じるはずの触覚センサＳ１、Ｓ２の検出値が取得できない場合に異常と判定する。具体的には、図１３に示すように、把持力範囲の下限値ｇ＿ｍｉｎ未満の範囲で指令駆動力ｉを徐々に上昇させる。これにより、触覚センサＳ１、Ｓ２が正常の場合、把持力範囲の下限値ｇ＿ｍｉｎ未満の範囲Ａにおいて触覚センサＳ１、Ｓ２の押圧力Ｐｓは徐々に上昇していくはずであるが、触覚センサＳ１、Ｓ２が異常の場合、検出値が取得できない。従って、把持力範囲の下限値ｇ＿ｍｉｎ未満の範囲で指令駆動力ｉを徐々に上昇させた場合に、これに伴って押圧力Ｐｓが徐々に上昇しなかった場合に異常と判定する。
【0139】
＜第８実施形態＞
【0140】
次に、第８実施形態について説明する。なお、第５実施形態と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0141】
第８実施形態では、触覚センサＳ１、Ｓ２の異常を判定する場合の他の例について説明する。把持力制御装置３０の構成、図６、７の処理、図１２のステップＳ５０以外の処理については第５実施形態と同一であるので説明は省略する。
【0142】
本実施形態では、図１２のステップＳ５０では、ＣＰＵ３０が、制御部３６として、グリッパ製品の仕様上の把持力範囲の下限値ｇ＿ｍｉｎ及び触覚センサＳ１、Ｓ２の仕様上の最小検出値を取得する。そして、触覚センサＳ１、Ｓ２の最小検出値に対応する押圧力Ｐｓが、グリッパ製品の仕様上の把持力範囲の下限値ｇ＿ｍｉｎ以上であるか否かを判定し、触覚センサＳ１、Ｓ２の最小検出値に対応する押圧力Ｐｓが、グリッパ製品の仕様上の把持力範囲の下限値ｇ＿ｍｉｎ以上の場合に異常と判定する。すなわち、グリッパ製品の仕様上の把持力範囲の下限値ｇ＿ｍｉｎ未満の押圧力に対応する検出値を触覚センサＳ１、Ｓ２が検出できない場合に異常と判定する。
【0143】
上記実施形態は、本開示の構成例を例示的に説明するものに過ぎない。本開示は上記の具体的な形態には限定されることはなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。
【0144】
なお、上記各実施形態でＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した把持力制御処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、及びＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、把持力制御処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。
【0145】
また、上記各実施形態では、ピッキングプログラムがストレージ３０Ｄ又はＲＯＭ３０Ｂに予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。
【符号の説明】
【0146】
１０ ロボットシステム
２０ ロボット
３０ 把持力制御装置
３２ 駆動力算出部
３４ 押圧力算出部
３６ 制御部
４０ 駆動電流検出部
４２ モータ駆動部
４４ 速度検出部
Ｆ１、Ｆ２ 指
ＧＲ グリッパ
Ｍ モータ
Ｓ１、Ｓ２ 触覚センサ
Ｗ ワーク
２０ ロボット
３０ 把持力制御装置
３２ 駆動力算出部
３４ 押圧力算出部
３６ 制御部
４０ 駆動電流検出部
４２ モータ駆動部
４４ 速度検出部
Ｆ１、Ｆ２ 指
ＧＲ グリッパ
Ｍ モータ
Ｓ１、Ｓ２ 触覚センサ
Ｗ ワーク
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
