▶ カモッツィ・オートメーション・ソチエタ・ペル・アツィオーニの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-15
(54)【発明の名称】グリッパを制御する方法
(51)【国際特許分類】
B25J 13/08 20060101AFI20240308BHJP
【ＦＩ】
B25J13/08 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023560302
(86)(22)【出願日】2022-03-30
(85)【翻訳文提出日】2023-11-24
(86)【国際出願番号】 IB2022052941
(87)【国際公開番号】W WO2022208384
(87)【国際公開日】2022-10-06
(31)【優先権主張番号】102021000008006
(32)【優先日】2021-03-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523369949
【氏名又は名称】カモッツィ・オートメーション・ソチエタ・ペル・アツィオーニ
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＭＯＺＺＩ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮ Ｓ．Ｐ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100135703
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 英隆
(74)【代理人】
【識別番号】100161883
【弁理士】
【氏名又は名称】北出 英敏
(72)【発明者】
【氏名】ロメオ，ロッコ アントニオ
(72)【発明者】
【氏名】フィオリオ，ルカ
(72)【発明者】
【氏名】ロッシ，マルコ
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707KS17
3C707KS33
3C707KS36
3C707LV10
3C707MT04
(57)【要約】
グリッパによる物体の把持を制御する方法は、グリッパと一体の基準系に対して把持された物体の基準位置を計算すること、把持された物体の位置を監視すること、基準位置に対する把持された物体の変位を検出すると把持力を増加させるようにグリッパに命令すること、を提供する。
【選択図】図４
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
グリッパを用いた物体の把持を制御する方法であって、ステップａ）所定の把持力（Ｆ１）で前記物体を把持するように前記グリッパに命令すること、
ステップｂ）有効把持力（Ｆｍ）を測定すること、
ステップｃ）前記所定の把持力と前記有効把持力との差が所定の閾値（ＴｈＦ）を下回る場合、前記グリッパと一体の基準系に対して前記把持された物体の基準位置を計算すること、
ステップｄ）前記把持された物体の位置を監視すること、
ステップｅ）前記基準位置に対する前記把持された物体の変位が検出された場合、把持力を増加するように前記グリッパに命令すること、
を含む、
方法。
【請求項2】
ステップｅ）の後、前記方法は、ステップｄ）から繰り返される、請求項１の方法。
【請求項3】
前記基準位置は、少なくとも１つの位置センサ及び／又は少なくとも１つの圧力中心センサを用いて検出される、請求項１又は２の方法。
【請求項4】
前記基準位置は、前記少なくとも１つの位置センサにより、及び／又は、前記少なくとも１つの圧力中心センサにより、所定の時間間隔で得られた一組の測定値の平均として計算される、請求項３の方法。
【請求項5】
前記少なくとも１つの位置センサにより得られた位置データと前記基準位置との差が所定の閾値を上回った場合、及び／又は、前記少なくとも１つの圧力中心センサにより得られた位置データと前記基準位置との差が所定の閾値を上回った場合、前記基準位置に対する前記把持された物体の変位が検出される、請求項３又は４の方法。
【請求項6】
前記基準位置が少なくとも１つの圧力中心センサを用いて計算される場合、前記有効把持力を検出するための前記センサは、前記圧力中心センサとして用いられ、
前記有効把持力を検出するための前記センサは、トルク測定の実行に適しており、
圧力中心のＣｏＰＸ及びＣｏＰＹ座標は、
【数1】
ＭＸ及びＭＹは、それぞれ、Ｘ及びＹ軸にかかる前記有効把持力センサ（Fm）の前記測定されたモーメントであり、
｜ＦＺ｜は、Ｚ軸に沿った前記有効把持力（Fm）の絶対値である、
請求項３～５のいずれか１つの方法。
【請求項7】
ステップａ）の前に、把持対象の前記物体の存在を検出するために把持領域を監視するステップ、
把持対象の前記物体の位置を所定の把持位置と比較するステップ、
があり、
前記所定の把持位置は、前記物体が把持されるためにとらなければならない位置であり、
前記物体の位置と前記把持位置との間の距離が所定の閾値を下回る場合に、ステップａ）が実行される、
先行する請求項のいずれか１つの方法。
【請求項8】
ステップｅ）の間、前記把持力の増加は継続的に実行される、先行する請求項のいずれか１つの方法。
【請求項9】
グリッパであって、グリッパ本体と、
前記グリッパ本体に対して、アイドル開位置と、物体の把持のための閉位置との間で移動可能な少なくとも２つの把持ジョーと、
少なくとも１つの近接センサであって、前記少なくとも１つ近接センサの視野内で把持対象の前記物体の存在を検出するのに適した少なくとも１つの近接センサと、
前記ジョーにより前記物体に与えられる前記把持力を測定するのに適した把持力センサと、
前記ジョーが前記物体に把持力を与えているときに前記グリッパジョー間の圧力中心の座標を検出するのに適した少なくとも１つの圧力中心センサと、
前記グリッパの制御方法を実行するようにプログラムされた処理ユニットと、
を備え、
前記制御方法は、
ステップａ）所定の把持力（Ｆ１）で前記物体を把持するように前記グリッパに命令すること、
ステップｂ）有効把持力（Ｆｍ）を前記把持力センサにより測定すること、
ステップｃ）前記所定の把持力と前記有効把持力との差が所定の閾値（ＴｈＦ）を下回る場合、前記少なくとも１つの位置センサ及び／又は前記少なくとも１つの圧力中心センサから受け取った測定値を用いて、前記グリッパと一体の基準系に対して前記把持された物体の基準位置を計算すること、
ステップｄ）前記把持された物体の位置を監視すること、
ステップｅ）前記基準位置に対する前記物体の変位が検出された場合、把持力を増加するように前記グリッパに命令すること、
を含む、
グリッパ。
【請求項10】
前記処理ユニットは、ステップｅ）を実行した後、ステップｄ）から前記制御方法を繰り返すようにプログラムされる、請求項９のグリッパ。
【請求項11】
前記処理ユニットは、前記基準位置を、前記少なくとも１つの位置センサにより、及び／又は、前記少なくとも１つの圧力中心センサにより、所定の時間間隔で得られた一組の測定値の平均として計算するようにプログラムされる、請求項９又は１０のグリッパ。
【請求項12】
前記少なくとも１つの圧力中心センサは、前記把持力センサと同一であり、前記把持力センサは、トルク測定の実行に適しており、
前記処理ユニットは、圧力中心のＣｏＰＸ及びＣｏＰＹ座標を、
【数2】
ＭＸ及びＭＹは、それぞれ、Ｘ及びＹ軸にかかる前記有効把持力センサ（Fm）の前記測定されたモーメントであり、
｜ＦＺ｜は、Ｚ軸に沿った前記有効把持力（Fm）の絶対値である、
請求項９～１１のいずれか１つのグリッパ。
【請求項13】
前記近接センサは、超音波又は赤外線センサである、請求項９～１２のいずれか１つのグリッパ。
【請求項14】
前記力センサ及び／又は前記圧力中心センサは、触覚皮膚を提供するために、例えば、容量型のセンサユニットアレイを用いて、及び／又は、力／トルクセンサを用いて形成される、先行する請求項のいずれか１つのグリッパ。
【請求項15】
前記処理ユニットは、また、前記少なくとも１つの近接センサを用いて、把持対象の前記物体の存在を検出するために把持領域を監視し、
把持対象の前記物体の位置を所定の把持位置と比較するように、
プログラムされ、
前記所定の把持位置は、前記物体が把持されるためにとらなければならない位置であり、
前記処理ユニットは、前記物体の位置と前記把持位置との間の距離が所定の閾値を下回る場合に、前記所定の把持力（Ｆ１）で前記物体を把持するように前記グリッパに命令するようにプログラムされる、
請求項９～１４のいずれか１つのグリッパ。
【請求項16】
前記処理ユニットにより、前記把持力を継続的に制御するように命令可能な比例制御手段を備える、請求項９～１５のいずれか１つのグリッパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特にロボット用途のための、物体を把持するためのグリッパを制御する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
物体を把持して運ぶのに適した自動グリッパはよく知られている。一般に、グリッパは、グリッパ本体と、専門用語で「ジョー」とも呼ばれる少なくとも２つのグリッパ指とを備え、グリッパ指は、待機開位置と、物体を把持するための閉位置との間でグリッパ本体に対して移動可能である。
【0003】
自動グリッパが悩まされる問題の１つは、ジョーの間で把持した物体の滑りを適時に検出し、輸送中に物体が紛失したり、意図した正確な位置から解放されたりするのを防ぐことである。
【0004】
この目的のために、センサを備えたグリッパが提案されている。
【0005】
義手に滑り測定機能を付加するというアイデアは、１９６０年代後半に初めて検討された。L．L．ソールズベリー（Salisbury）及びＡ．Ｂ．コールマン（Colman）、把持の自動比例制御を備えたメカニカルハンド（A mechanical hand with automatic proportional control of prehension）、1976年には、機械式の手の親指に圧電結晶を組み込むことが記載されている。ベイツらは、その直後にこのデバイスを二次元グリッパ上で複製した（Ｊ．ベイツ（Baits）ら、「人工把持のための適応的制御スキームの実現可能性（The Feasibility of an Adaptive Control Scheme for Artificial Prehension）、機械工学研究所議事録（Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers）、1968年）。
【0006】
どちらの場合も、目的は滑りによる振動を検出し、対応する信号をマニピュレータ制御ループに入力することであった。しかし、滑りを検出するためにセンサが取り付けられたこのようなシステムの能力を実証するための実験研究は行われていなかった。
【0007】
Ｍ．フランコマーノ（Francomano）ら、滑りの人工感覚－レビュー（Artificial sense of slide － A review）、ＩＥＥＥセンサ、2013年で報告されているように、その後の数十年間で他の多くのアプローチが提案された。これらには、圧力中心（CoP）を利用する１つのアプローチが含まれている。圧力中心は、ピエゾ抵抗圧力センサ（Ｅ．ホルウェーク（Holweg）ら、触覚センサによる滑り検出：アルゴリズムと実験結果（Slip detection by tactile sensors: algorithms and experimental results）、ICRA 1996年)又は静電容量センサ（Ｘ．ジャン（Zhang）及びＲ．リュー（Liu）、把持タスクのためのアレイ型圧力センサによる滑り検出（Slip detection by array-type pressure sensor for a grasp task）、ICMA 2021年）のアレイから再構築でき得、滑りの発生を評価するために、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）又はパワースペクトル等の技術を通じて周波数領域で分析され得る。あるいは、CoPは、加えられる総荷重も提供する特定のセンサによって測定され得る（Ｄ．グンジ（Gungji）ら、触覚センサを使用したスリップ検出に基づく多指ロボットハンドの把握力制御（Grasping force control of multi-fingered robot hand based on slip detection using tactile sensor）、日本ロボット学会誌、2007年）。センサの電圧出力はグリッパの制御回路に供給され、この電圧の大幅な低下が検出された場合、クランプは加えられる力を増加させた。このアプローチは、グリッパによって把持される物体の位置を測定する近接センサと統合されている（Ｈ．ハセガワ（Hasegawa）ら、近接、接触、及びスリップセンシングを使用したインテリジェントロボットハンドの開発（Development of Intelligent Robot Hand using Proximity, Contact and Slip sensing）、ICRA 2010)。
【0008】
滑りはまた、光学センサを使用して推測され得る。例えば、前記のセンサは、モバイルロボットプラットフォーム（ＴＵＭ－Ｒｏｓｉｅ）の右腕に接続されたロボットハンド（ＤＬＲ／ＨＩＴ）の指先に組み込まれた（Ａ．マルドナドら、指先認識によるロボット操作の改善（Improving robot manipulation through fingertip perception）、ＩＲＯＳ ２０１２）。センサは、小型カメラとレーザエミッタで構成された。このように装備された指先は、把持した物体の表面がセンサ対象物に対して移動したときの滑りイベントの認識を可能にした。
【0009】
米国特許第８５１５５７９号明細書では、グリッパは、把持された物体を操作するための器具類を備える。グリッパは、把持された物体上の様々な位置で測定された時間内の空間的に分布したデータに基づいてベクトル場を決定するためのセンサを備える。しかしながら、物体の位置は、把握動作の前には評価されない。
【0010】
このように、クランプで把持した物体の滑りを正確かつ適時に検出するという問題は完全には解決されていない。
【発明の概要】
【0011】
したがって、本発明の目的は、この問題を解決できるグリッパ、特にロボット用途のグリッパの制御方法を提案することである。
【0012】
前記目的は、請求項１のグリッパを用いて物体の把持を制御する方法、及び、請求項９のグリッパによって達成される。
【0013】
従属請求項には、制御方法及びグリッパの好ましい又は有利な実施の形態が記載されている。
【0014】
一般的な実施の形態によれば、制御方法は、
ステップａ）所定の把持力（Ｆ１）で物体を把持するようにグリッパに命令すること、
ステップｂ）有効把持力（Ｆｍ）を測定すること、
ステップｃ）所定の把持力と有効把持力との差が所定の閾値（ＴｈＦ）を下回る場合、グリッパと一体の基準系に対して把持された物体の基準位置を計算すること、
ステップｄ）把持された物体の位置を監視すること、
ステップｅ）基準位置に対する把持された物体の変位が検出された場合、把持力を増加するようにグリッパに命令すること、
を含む、
ステップａ）所定の把持力（Ｆ１）で物体を把持するようにグリッパに命令すること、
ステップｂ）有効把持力（Ｆｍ）を測定すること、
ステップｃ）所定の把持力と有効把持力との差が所定の閾値（ＴｈＦ）を下回る場合、グリッパと一体の基準系に対して把持された物体の基準位置を計算すること、
ステップｄ）把持された物体の位置を監視すること、
ステップｅ）基準位置に対する把持された物体の変位が検出された場合、把持力を増加するようにグリッパに命令すること、
を含む、
【0015】
一実施の形態では、ステップｅ）の後、方法は、ステップｄ）から繰り返される。
【0016】
一実施の形態では、基準位置は、少なくとも１つの位置センサ及び／又は少なくとも１つの圧力中心センサを用いて検出される。
【0017】
一実施の形態によれば、基準位置は、少なくとも１つの位置センサにより、及び／又は、少なくとも１つの圧力中心センサにより、所定の時間間隔で得られた一組の測定値の平均として計算される。
【0018】
いくつかの実施の形態では、少なくとも１つの位置センサにより得られた位置データと基準位置との差が所定の閾値を上回った場合、及び／又は、少なくとも１つの圧力中心センサにより得られた位置データと基準位置との差が所定の閾値を上回った場合、基準位置に対する把持された物体の変位が検出される。
【0019】
発明の一般的な態様によれば、
グリッパ本体と、
グリッパ本体に対して、アイドル開位置と、物体の把持のための閉位置との間で移動可能な少なくとも２つのグリッパジョーと、
少なくとも１つの近接センサであって、少なくとも１つ近接センサの視野内で把持対象の物体の存在を検出するのに適した少なくとも１つの近接センサと、
ジョーにより物体に与えられる把持力を測定するのに適した把持力センサと、
ジョーが物体に把持力を与えているときにグリッパジョー間の圧力中心の座標を検出するのに適した少なくとも１つの圧力中心センサと、
グリッパの制御方法を実行するようにプログラムされた処理ユニットと、
を備え、
制御方法は、
ステップａ）所定の把持力（Ｆ１）で物体を把持するようにグリッパに命令すること、
ステップｂ）有効把持力（Ｆｍ）を把持力センサにより測定すること、
ステップｃ）所定の把持力と有効把持力との差が所定の閾値（ＴｈＦ）を下回る場合、少なくとも１つの位置センサ及び／又は少なくとも１つの圧力中心センサから受け取った測定値を用いて、グリッパと一体の基準系に対して把持された物体の基準位置を計算すること、
ステップｄ）把持された物体の位置を監視すること、
ステップｅ）基準位置に対する物体の変位が検出された場合、把持力を増加するようにグリッパに命令すること、
を含む、
グリッパが提案される。
グリッパ本体と、
グリッパ本体に対して、アイドル開位置と、物体の把持のための閉位置との間で移動可能な少なくとも２つのグリッパジョーと、
少なくとも１つの近接センサであって、少なくとも１つ近接センサの視野内で把持対象の物体の存在を検出するのに適した少なくとも１つの近接センサと、
ジョーにより物体に与えられる把持力を測定するのに適した把持力センサと、
ジョーが物体に把持力を与えているときにグリッパジョー間の圧力中心の座標を検出するのに適した少なくとも１つの圧力中心センサと、
グリッパの制御方法を実行するようにプログラムされた処理ユニットと、
を備え、
制御方法は、
ステップａ）所定の把持力（Ｆ１）で物体を把持するようにグリッパに命令すること、
ステップｂ）有効把持力（Ｆｍ）を把持力センサにより測定すること、
ステップｃ）所定の把持力と有効把持力との差が所定の閾値（ＴｈＦ）を下回る場合、少なくとも１つの位置センサ及び／又は少なくとも１つの圧力中心センサから受け取った測定値を用いて、グリッパと一体の基準系に対して把持された物体の基準位置を計算すること、
ステップｄ）把持された物体の位置を監視すること、
ステップｅ）基準位置に対する物体の変位が検出された場合、把持力を増加するようにグリッパに命令すること、
を含む、
グリッパが提案される。
【0020】
一実施の形態では、処理ユニットは、ステップｅ）を実行した後、ステップｄ）から制御方法を繰り返すようにプログラムされる。
【0021】
一実施の形態では、処理ユニットは、基準位置を、少なくとも１つの位置センサにより、及び／又は、少なくとも１つの圧力中心センサにより、所定の時間間隔で得られた１組の測定値の平均として計算するようにプログラムされる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
本発明による制御方法およびグリッパのさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照し、純粋に非限定的な例として提供される好ましい実施形態の以下の説明から容易に明らかになるであろう。
【0023】
【0024】
これらの図面において、本発明による物体を把持するためのグリッパは、全体として参照番号１で概略的に示される。
【発明を実施するための形態】
【0025】
グリッパ１は、グリッパ本体１０と、グリッパ本体１０に対して、動いていない開位置と閉物体把持位置との間で移動可能な少なくとも２つのグリッパジョー１２とを備える。
【0026】
ジョー１２は、電気、油圧、空気圧アクチュエータ、又は、それらの組み合わせによって移動させられ得る。
【0027】
グリッパ１は、少なくとも１つの近接センサ１４を備える。近接センサ１４は、近接センサ１４の視野１４’内の把持対象の物体の存在を検出するのに適している。
【0028】
例えば、近接センサ１４は、２つのジョー１２の間に、例えば円錐形状の視野１４’を向けるように位置する。
【0029】
図２の実施の形態では、グリッパ１は、グリッパの視野を拡大するために２つの近接センサ１４を備える。
【0030】
グリッパ１にはさらに、ジョー１２によって物体に加えられる把持力を測定するのに適した把持力センサ１６（「FS」）と、ジョーが物体に把持力を及ぼすときにグリッパのジョー１２間の圧力中心（「CoP」）の座標を検出するのに適した少なくとも１つの圧力中心センサ１８（「CoPS」）と、を備える。
【0031】
一実施の形態では、力センサ１６と圧力中心センサ１８は同一である。
【0032】
グリッパ１は、処理ユニット２０により制御される。処理ユニット２０は、近接センサ１４、把持力センサ１６、圧力中心センサ１８、及びジョー駆動手段１２に動作可能に接続され、センサから受け取った情報に基づいてグリッパを制御するための方法を実行するようにプログラムされている。
【0033】
処理ユニット２０は、グリッパ本体１０内に配置されてもよいし、グリッパ１の外部に配置されてもよい。
【0034】
以下に説明する制御方法は、グリッパ１が安定して物体を把持し、物体をジョーの間で保持する際の滑り現象を回避することを可能にする。
【0035】
この説明の残りの部分では、以下の定義が使用される。
【0036】
Fm：把持力センサで測定された把持力
【0037】
F1、F2：所望の把持力の所定値。
【0038】
ThF：下回ると把持が安定しているとみなされる把持力の閾値。
【0039】
ThPos1、ThPos2：近接センサにより検出された位置の閾値
【0040】
ThCoP：圧力中心の閾値
【0041】
上述したように、一実施の形態では、少なくとも１つの圧力中心センサ１８は、把握力センサ１６と同一である。この場合、有効把握力（Fm）センサはトルクを測定することもできる。実際、図に示すようにＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を考慮すると、処理ユニット２０は、圧力中心のCoPX座標及びCoPY座標を次のように計算するようにプログラムされている。
【0042】
【数1】
【0043】
ここで、ＭＸ及びＭＹは、図に示すように、それぞれＸ軸及びＹ軸に沿った有効把握力センサ（Fm）の測定されたモーメントであり、｜Z｜は、Ｚ軸に沿った有効把握力（Fm）の絶対値である。
【0044】
一実施の形態では、近接センサ１４は、超音波又は赤外線センサである。
【0045】
一実施の形態では、力センサ１６及び／又は圧力中心センサ１８は、触覚皮膚を形成するために容量型のセンサユニットアレイを用いて、及び／又は、力／トルクセンサを用いて形成される。
【0046】
図３のフローチャートを参照すると、一実施の形態において、グリッパを制御する方法は以下のステップを含む。
【0047】
グリッパは、把持対象の物体の存在を検出するために近接センサ１４によって把持領域を監視する（ステップ１００）。
【0048】
物体が検出されると、把持対象の物体の位置（Pos）と所定の把持位置（Pos1）とが比較される（ステップ１０２）。所定の把持位置は、物体が正しく把持されるためにとらなければならない位置として定義され得る。
【0049】
物体の位置（Pos）と把持位置（Pos1）との間の距離が所定の閾値（ThPos1）を下回る場合、グリッパは、所定の把持力F1で物体を把持するように命令される（ステップ１０４）。
【0050】
次に、有効把持力（Fm）が測定される（ステップ１０６）。把持力センサ１６は、実際の把持力（Fm）を測定するために使用され得る。
【0051】
次に、所定の把持力（F1）と有効把持力（Fm）とが比較される（ステップ１０７）。
【0052】
所定の把持力（F1）と有効把持力（Fm）の差が所定の閾値（ThF）を下回る場合、グリッパと一体の基準系に対する把持対象の物体の基準位置（または「zero」位置）が計算される（ステップ１０８）。
【0053】
次に、物体がピックアップ位置からリリース位置まで搬送される際に、把持した物体の位置が監視される（ステップ１１０）。
【0054】
基準位置からの物体の変位が検出された場合（ステップ１１２）、グリッパは、例えば第２の所定の把持力値（F2）まで把持力を増加するように命令される（ステップ１１４）。
【0055】
使い道によっては、把握領域を監視すること、及び、把握対象の物体の位置（Pos）を所定の把握位置（Pos1）と比較することが必要ですらない場合もある。これらの場合、制御方法は、第１ステップとして、所定の把持力F1で対象物を直接的に把持することを提供する（ステップ１０４）。
【0056】
一実施の形態では、把持力を増加させた後、物体の基準位置が再び監視される。さらなる変位が検出されると、把持力はさらに増加される。この閉ループ制御は、グリッパが物体のリリース位置に到達するまで数回繰り返され得る。
【0057】
いくつかの実施の形態では、把持力の増加は、例えばＰＩＤ型制御を通じて連続的に実行される。これらの実施の形態では、例えば、グリッパは、把持力を連続的に制御するために処理ユニットによって制御可能な比例制御手段を備える。
【0058】
一実施の形態では、基準位置は、前記の近接センサ１４等の１以上の位置センサ、及び／又は、圧力中心センサ１８によって検出される。
【0059】
一実施の形態では、基準位置は、少なくとも１つの位置センサ及び／又は少なくとも１つの圧力中心センサから、例えば１秒又は２秒の所定の時間間隔で取得される一組の測定値の平均として計算される。
【0060】
例えば、少なくとも１つの位置センサから得られた位置データと基準位置との間の差が所定の閾値よりも大きい場合、及び／又は、少なくとも１つの圧力中心センサから得られた位置データと基準位置との間の差が所定の閾値よりも大きい場合、基準位置に対する物体の変位が検出される。
【0061】
【0062】
5つの状態は以下の通りである。
【0063】
－状態１－アイドル。グリッパのジョー１２は開いており、動作は実行されない。近接センサ１４は、把持対象の物体を検出するために把持領域を常時監視する。
【0064】
－状態２－把持。処理ユニット２０は、所望の力レベルF1を生成する。グリッパは物体を把持するが安定した把持はまだ得られておらず、つまり、|F1-Fm| > ThFである。
【0065】
－状態３－zero計算。物体の基準位置（zero）が計算される。
【0066】
－状態４－保持。グリッパが物体を把持し、把持が安定しているかどうかを確認する。
【0067】
－状態５－締め付け。所望の力レベルF2が処理ユニット２０によって生成される。グリッパは、物体の滑りを防止するために物体にかかる力を増加させる。
【0068】
図４中の図に示される一実施の形態では、状態間の遷移条件が以下に説明される。
【0069】
－物体が検出される。グリッパジョー間の物体の位置は、Pos < ThPos1であるように特定の閾値を下回る。いくつかの実施の形態では、他のパラメータ（例えば、Pos量の分散）も評価され得る。
【0070】
－安定した把持。把握力は安定していると考えられ、つまり、|F1-Fm| < ThFである。
【0071】
－zeroが計算される。「zero」位置は、把握力が安定であるときに計算される。いくつかの実施の形態では、zero位置は、近接センサ及び／又は圧力中心センサから１秒又は２秒等の所定の時間間隔にわたって得られた多数のサンプルの平均である。
【0072】
－物体の動きが検出される－。物体の位置及び／又はCoPベクトルのノルムが「zero」基準位置から離れた場合、つまり、（Pos-Zero) > ThPos2及び／又は(||CoP||-Zero) > ThCoPである場合に、把持された物体の動きが検出される。
【0073】
－リリースが要求される。グリッパは物体をリリースするように命令される。これは、把持動作が終了したときに起きる。この条件は、状態４に関係なく、すなわち基準位置からの物体の変位が検出されなくても発生する可能性がある。
【0074】
図５の実施の形態では、以下の追加の遷移条件も示されている。
【0075】
－安定した把持の失敗：把握力が不安定であると考えられる場合、つまり、|F1-Fm| > ThFである場合、ステートマシンはアイドル状態１に戻る。
【0076】
－zero計算の失敗：「zero」位置の計算が正常に完了しない場合、把持デバイスは、加工対象物（workpiece）を把持して移動する動作を継続しない。その後、把持動作を再度開始する必要がある。ユーザが手動で再起動してもよいし、ロボットシステムが、アイドル状態１から再起動して自動的に把持動作を再開するようにプログラムされてもよい。例えば、zeroの計算が成功すると、制御モニタのインジケータライトが点灯する。前記のライトが、ユーザが定義可能な期間、例えば１０秒間消灯したままである場合、把持動作は最初から再開される。
【0077】
したがって、把握制御アルゴリズムでは次のことが可能になる。
【0078】
－物体が把持のための正しい位置にあることを認識する。
【0079】
－把持された物体がグリッパジョーの間に適切に保持されるときを認識する。
【0080】
－物体の滑りを防止するために把持された物体が動いているかどうかを認識する。
【0081】
そのため、アルゴリズムは、グリッパを、そのジョーの間の物体の存在を確認するステップから、したがって実際の把持動作を開始する前であっても、前記の把持動作の完了まで制御する。
【0082】
アイドル状態では、グリッパは何もせず、把持動作を始めるまで「待機」する。物体の位置が正しいとみなされる場合、つまり近接センサの出力が許容範囲内にある場合、グリッパは物体を把持するように命令される。
【0083】
次の状態に移る前に、把持の安定性が確認される。安定性は、測定された力を制御することによって確保される。測定された力は、所望の力（F1）に近くなければならない。
【0084】
これが起こると、物体がグリッパジョーの間に安定して把持された状態で、基準位置が計算される。
この目的のために、物体の位置は、数秒等の所定の時間間隔で観測される。基準位置又は「zero」は、取得された対応する数の測定値の平均として計算され得る。その後、基準位置は「保持」状態で使用され、場合によっては「締め付け」状態でも使用されます。
この目的のために、物体の位置は、数秒等の所定の時間間隔で観測される。基準位置又は「zero」は、取得された対応する数の測定値の平均として計算され得る。その後、基準位置は「保持」状態で使用され、場合によっては「締め付け」状態でも使用されます。
【0085】
実際、「保持」状態では、このように計算されたzero基準位置に対する物体の動きは、把持力を第２のレベルF2まで増加させることによって補償されるだろう。この目的のために、閉ループ力制御アルゴリズムが用いられる。
【0086】
物体の動きが検出される遷移は複数回発生する可能性があり、第２の力レベルF2に対して複数の力レベルが大きい場合であっても、「締め付け」状態を繰り返すことによって補償され得る。
【0087】
一実施の形態では、「zero」位置は次のように計算される。
【0088】
【数2】
【0089】
ここで、CoPkは瞬間kにおけるCoPの２つの成分を含むベクトルであり、nは固定の時間間隔で蓄積されたCoPk値の総数であり、これもユーザ定義可能である。CoPのkノルム値で構成される観測窓の長さに関係なく、把持デバイスはzero位置を計算するためにこれらの値が収集されるまで待つ必要がある。したがって、zero位置は新しい把持動作ごとに更新される。
【0090】
zero位置が利用可能になると、アルゴリズムは、ワークピースの把持（保持）を提供する。この時点でのみ、把持装置の処理ユニットは、ワークピースの滑りの可能性を瞬間毎に評価する。
【0091】
一実施の形態では、CoPとzero位置との間の差分ベクトルのノルムDが、所定の閾値に対して評価される。数式では、これは次のようになる。
【0092】
【数3】
【0093】
【数4】
【0094】
【数5】
【0095】
CoPiは、zero位置を計算した後のi番目の瞬間におけるCoPの値として定義される。Dが事前に定義された閾値を超えた場合に限り、把持されたワークピースの検出された滑りの結果として、物体の動きが検出される遷移が発生する。
【0096】
提案された制御方法は、意図した目的を達成する。
【0097】
技術水準の把持システムは、把持された物体が安定して把持されているかどうかを確認しない。 加えられた力が望ましい力と一致するかどうかがわからないまま、物体が持ち上げられて保持される（例えば、コスタンゾ（Costanzo）ら, 2000年を参照）。本発明による制御方法は、有効把持力が所定の把持力（安定な把持遷移：|F1-Fm| < ThF）に近いかどうかを確認することにより、この問題を解決する。
【0098】
技術水準の把持システムは、把持された物体の基準位置を計算しない（例えば、ハセガワ（Hasegawa）ら、2010年参照）。これにより、把持に不確実性が生じる可能性がある。本発明は、物体が安定して把持されているときの物体の基準位置を計算することにより、この問題を解決する。この位置は、一度計算されると、グリッパの動作中に変更されない。
【0099】
技術水準の把持システムでは、滑り現象を検出するために圧力中心が使用される場合、電圧出力を備えた追加のセンサによって圧力中心が測定される（例えば、ハセガワ（Hasegawa）ら、2010年参照)。好ましい実施の形態では、本発明は、把持力と圧力中心（CoP）の両方が同じセンサによって測定されるため、この問題を解決する。
【0100】
本発明による制御方法により、物体が把握される正しい位置にあるときを認識することが可能になる。
【0101】
圧力中心を検出することで、加えられた圧力が集中している箇所を知ることができる。
【0102】
提案された制御方法では、物体が安定して把持されている場合にのみ、把持された物体の基準位置が計算され、その基準位置に対する変位が検出される。
【0103】
本発明による方法は、物体が基準位置から移動するときを認識し、それに応じて力補正を適用する。
【0104】
当業者は、付随的な要求を満たすために、本発明による物体の把持を制御する方法及びグリッパの実施の形態に対して、いくつかの変更、調整、適応、及び、要素の、機能的に同等の他の要素への置換を行い得る。可能な実施の形態に属するものとして説明される各特徴は、他の説明される実施の形態とは独立して取得され得る。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】