JP7147419B2 - エンドエフェクタ装置 - Google Patents

Description

本開示は、触覚センサを有するエンドエフェクタを備えたエンドエフェクタ装置に関する。

特許文献１には、複数のフィンガーと、各フィンガーをそれぞれ直線移動させる移動手段と、移動手段を旋回させて移動方向の転換を行う旋回手段と、移動手段及び旋回手段を駆動するモータとを備え、フィンガーの移動により把持対象物を挟持するスライド式チャックが開示されている。

特開２００３－１９１１９３号公報

前記スライド式チャックでは、把持対象物とフィンガーとの接触状態を検知する接触検知手段が設けられており、各フィンガー把持した部品を他の部品に挿入する作業を行う場合、全てのフィンガーと把持した部品の接触力が均一になるように制御して、把持した部品と他の部品との中心位置を一致させて、正確な挿入動作を可能としている。

しかし、前記スライド式チャックでは、全てのフィンガーと把持した部品の接触力が均一にならなかった場合に、把持した部品の位置ずれを補正することができず、把持した部品を他の部品に挿入するのに時間がかかってしまうおそれがある。

本開示は、組付対象物の嵌合凹部に対する把持対象物の位置ずれを補正可能なエンドエフェクタ装置を提供することを課題とする。

本開示の一例のエンドエフェクタ装置は、
掌部と、延在方向の一端部が前記掌部に接続されていると共に、前記延在方向に交差する方向でかつ互いに接近する方向にそれぞれ移動して把持対象物を把持する把持動作可能な複数の指部とを有し、前記複数の指部の各々における前記延在方向の他端部に、少なくとも３軸方向の外力を検出可能な触覚センサ部がそれぞれ設けられたエンドエフェクタと、
前記掌部および前記複数の指部の各々を駆動させる駆動装置と、
前記複数の指部の各々によって前記把持対象物を把持した状態で前記掌部を組付対象物の嵌合凹部に接近させて前記把持対象物を前記嵌合凹部に嵌合させるときに、前記触覚センサ部の各々により検出された前記少なくとも３軸方向の外力の少なくとも１つが規定値以上の場合、前記触覚センサ部の各々により検出された検出結果に基づいて、前記把持対象物が前記嵌合凹部に対していずれの方向に位置ずれしているかを判定する位置ずれ方向判定部と、
前記駆動装置を制御して、前記位置ずれ方向判定部により判定された前記把持対象物の前記嵌合凹部に対する位置ずれ方向とは反対の方向に前記掌部を移動させて、前記把持対象物の前記嵌合凹部に対する位置ずれを補正する位置ずれ補正部と
を備える。

前記エンドエフェクタ装置によれば、複数の指部の各々によって把持対象物を把持した状態で掌部を組付対象物の嵌合凹部に接近させて把持対象物を組付対象物の嵌合凹部に嵌合させるときに、例えば、把持対象物と嵌合凹部の開口縁部とが接触した場合、触覚センサ部の各々により検出された検出結果に基づいて、把持対象物が嵌合凹部に対して位置ずれしているかを判定し、判定された把持対象物の嵌合凹部に対する位置ずれ方向とは反対の方向に掌部を移動させて、把持対象物の嵌合凹部に対する位置ずれを補正する。このような構成により、組付対象物の嵌合凹部に対する把持対象物の位置ずれを補正可能なエンドエフェクタ装置を実現できる。

本開示の第１実施形態のエンドエフェクタ装置を示すブロック図。 図１のエンドエフェクタ装置のエンドエフェクタを示す正面図。 図２のエンドエフェクタの指部を示す拡大正面図。 図１のエンドエフェクタ装置の嵌合処理を説明するための第１の図。 図１のエンドエフェクタ装置の嵌合処理を説明するための第２の図。 図１のエンドエフェクタ装置の嵌合処理を説明するための第３の図。 図１のエンドエフェクタ装置の嵌合処理を説明するための第４の図。 図２のエンドエフェクタの第１の変形例を示す指部の拡大正面図。 図２のエンドエフェクタの第２の変形例を示す指部の拡大正面図。 図２のエンドエフェクタの第３の変形例を示す指部の拡大正面図。 図１のエンドエフェクタ装置の嵌合処理を説明するためのフローチャート。 本開示の第２実施形態のエンドエフェクタ装置を示すブロック図。 図１２のエンドエフェクタ装置の座標系を説明するための正面図。 図１２のエンドエフェクタ装置の位置ずれ補正処理を説明するための第１のフローチャート。 図１２のエンドエフェクタ装置の位置ずれ補正処理を説明するための第２のフローチャート。

以下、本開示の一例を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向あるいは位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」を含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した本開示の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本開示の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。さらに、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは必ずしも合致していない。

（第１実施形態）
本開示の第１実施形態のエンドエフェクタ１０は、例えば、図１に示すように、マニピュレータなどのエンドエフェクタ装置１の一部を構成する。エンドエフェクタ装置１は、一例として、エンドエフェクタ１０と、エンドエフェクタ１０に接続されたアーム２０と、エンドエフェクタ１０およびアーム２０を駆動する駆動装置３０と、駆動装置３０を制御する制御装置１００と、制御装置１００に接続された操作部４０と、駆動装置３０および制御装置１００に電力を供給する電源５０とを備えている。制御装置１００は、操作部４０で受け付けられた操作に基づいて、駆動装置３０に指令を出力することで、エンドエフェクタ１０およびアーム２０の駆動を制御する。アーム２０は、エンドエフェクタ１０の後述する掌部１１に接続され、駆動装置３０によって、エンドエフェクタ１０の位置および姿勢を任意に変更可能に運動することができる。駆動装置３０は、掌部１１および各指部１２を駆動させる図示しないモータと、このモータの回転を検出する図示しないエンコーダとを有し、エンコーダで検出された情報が制御装置１００に出力されるように構成されている。

エンドエフェクタ１０は、図２に示すように、掌部１１と、掌部１１に接続された複数の指部１２（第１実施形態では、２本の指部１２）と、各指部１２に設けられた触覚センサ部１３および力受容部１４とを備えている。

各指部１２は、その延在方向の基端部１２１が掌部１１に接続されていると共に、その延在方向に交差する方向でかつ互いに接近する方向にそれぞれ移動して把持対象物６０を把持する把持動作可能に構成されている。

詳しくは、各指部１２は、一例として、その延在方向において略同一の長さを有する略矩形の板状を有し、板面同士が対向するように略平行に並んで配置されて、駆動装置３０によって、板面に直交する方向に移動可能に構成されている。なお、各指部１２を駆動するモータは、例えば、リニアモータで構成することができる。

各触覚センサ部１３は、例えば、静電容量式または抵抗式の面状触覚センサで構成され、把持対象物６０からの外力を検出可能な状態で、各指部１２のその延在方向の他端部である先端部１２２に設けられている。

詳しくは、各触覚センサ部１３は、各力受容部１４が把持対象物６０から受ける力により微小な変位/変形を起こし、その変位/変形を電気的変化として検出することで、少なくとも３軸方向の外力を検出可能に構成されている。この実施形態では、各触覚センサ部１３は、図２に示すように、各指部１２の延在方向沿いのＺ方向の力、Ｚ方向に直交しかつ一方の指部１２から他方の指部１２に向かうＹ方向の力、および、Ｚ方向およびＹ方向に直交するＸ方向（すなわち、図２の紙面貫通方向）の力を少なくとも検出可能に構成されている。

各力受容部１４は、一例として、金属で構成され、触覚センサ部１３を介して複数の指部１２の各々における各指部１２の延在方向の先端部１２２に接続されて、複数の指部１２によって把持対象物６０が把持されたときに把持対象物６０からの力を受けるように構成されている。

詳しくは、各力受容部１４は、各指部１２の延在方向に延びる第１板部材１４１と、第１板部材１４１に交差（例えば、直交）する方向でかつ相互に離れる方向に延びる第２板部材１４２とで構成されている。

第１板部材１４１は、各指部１２の延在方向に交差する方向において把持対象物６０に対向して把持対象物６０を把持可能に配置されて、各指部１２の延在方向に交差する方向の力を受ける把持面１５を有している。また、第２板部材１４２は、各指部１２の延在方向において複数の指部１２の各々の先端部１２２よりも掌部１１から離れて配置されかつ把持面１５に交差（例えば、直交）する方向に延びて、各指部１２の延在方向の力を受ける押圧面１６を有している。すなわち、力受容部１４が、各指部１２の延在方向および各指部１２の延在方向に交差する方向において、触覚センサ部１３を覆っている。

次に、前記エンドエフェクタ装置１の制御装置１００について説明する。

前記制御装置１００は、演算等を行うＣＰＵ、エンドエフェクタ１０の制御などに必要なプログラムあるいはデータ等を記憶しておくＲＯＭおよびＲＡＭなどの記憶媒体と、エンドエフェクタ装置１の外部との間で信号の入出力を行うインターフェース部とで構成され、図１に示すように、嵌合制御部１１０を有している。なお、嵌合制御部１１０は、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより実現される機能である。

嵌合制御部１１０は、複数の指部１２の各々によって把持対象物６０を把持した状態で、掌部１１を組付対象物７０（図４参照）の嵌合凹部７１にＺ方向から接近させて（すなわち、掌部１１を図４の矢印Ａ方向に移動させて）把持対象物６０を嵌合凹部７１に嵌合させるときに、力受容部１４の押圧面１６が嵌合凹部７１の開口縁部７２と接触したことを触覚センサ部１３が検出した場合、把持対象物６０を押圧面１６で組付対象物７０に対して押圧して嵌合凹部７１に嵌合させる。

詳しくは、嵌合制御部１１０は、図５に示すように、力受容部１４の押圧面１６が嵌合凹部７１の開口縁部７２と接触したことが触覚センサ部１３により検出されると、図６に示すように、複数の指部１２の各々による把持対象物６０の把持を解除して、掌部１１をＺ方向における組付対象物７０の嵌合凹部７１から離れる方向Ｂに移動させる。そして、嵌合制御部１１０は、図７に示すように、複数の指部１２の各々をＹ方向（すなわち、各指部１２の延在方向に交差する方向）において互いに接近させて閉じた状態で、掌部１１を組付対象物７０の嵌合凹部７１にＺ方向から再び接近させることにより、把持対象物６０を押圧面１６で組付対象物７０に対して押圧して嵌合凹部７１に嵌合させる。

なお、掌部１１のＺ方向における組付対象物７０の嵌合凹部７１から離れる方向Ｂへの移動は、Ｚ方向において、各指部１２の先端部１２２が把持対象物６０よりも組付対象物７０の嵌合凹部７１から離れた位置に、掌部１１が到達するまで行われる。掌部１１の移動量は、例えば、駆動装置３０の掌部１１を駆動させるモータの回転を検出するエンコーダから出力された情報に基づいて、嵌合制御部１１０が算出する。

また、嵌合制御部１１０は、押圧面１６で把持対象物６０を組付対象物７０に対して押圧して嵌合凹部７１に嵌合させるときに、触覚センサ部１３で検出された検出結果に基づいて、把持対象物６０の嵌合凹部７１への嵌合が完了したか否かを判定する嵌合判定部１１１をさらに有している。

例えば、各指部１２によって把持対象物６０を把持した状態で、掌部１１を組付対象物７０の嵌合凹部７１にＺ方向から接近させるとき、嵌合判定部１１１は、触覚センサ部１３により検出されたＺ方向の力が規定値（例えば、２Ｎ）以上になると、図５に示すように、力受容部１４の押圧面１６が組付対象物７０の開口縁部７２に接触したと判定する。なお、この規定値は、各指部１２の寸法構成、あるいは、把持対象物６０の形状、大きさおよび材質などに応じて予め決定される。

また、各指部１２を閉じた状態で掌部１１を組付対象物７０の嵌合凹部７１にＺ方向から接近させて、把持対象物６０を押圧面１６で組付対象物７０に対して押圧するとき、嵌合判定部１１１は、触覚センサ部１３により検出されたＺ方向の力が規定値（例えば、５Ｎ）以上になると、図７に示すように、把持対象物６０の嵌合凹部７１への嵌合が完了したと判定する。把持対象物６０の嵌合凹部７１への嵌合が完了したと判定されると、嵌合制御部１１０は、掌部１１の組付対象物７０の嵌合凹部７１への接近移動を停止させる。

なお、把持対象物６０の嵌合凹部７１への嵌合が完了したか否かについては、触覚センサ部１３で検出された検出結果と、エンコーダから出力された情報との両方に基づいて判定されるように構成することもできる。

続いて、図１１を参照して、把持対象物６０を組付対象物７０の嵌合凹部７１に嵌合させる嵌合処理について説明する。なお、以下に説明する嵌合処理は、制御装置１００が所定のプログラムを実行することで実施される。

図１１に示すように、嵌合処理がスタートすると、嵌合制御部１１０が、各指部１２により把持対象物６０を把持した状態で、掌部１１を組付対象物７０の嵌合凹部７１に接近移動させる（ステップＳ１）。

このとき、嵌合判定部１１１は、触覚センサ部１３によって検出されたＺ方向の力が第１の規定値（例えば、２Ｎ）以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。触覚センサ部１３によって検出されたＺ方向の力が第１の規定値未満であると判定された場合、触覚センサ部１３によって検出されたＺ方向力が第１の規定値以上になるまで、ステップＳ２が繰り返される。

触覚センサ部１３によって検出されたＺ方向の力が第１の規定値以上になったと判定された場合、嵌合判定部１１１は、力受容部１４の押圧面１６が組付対象物７０の開口縁部７２に接触したと判定する。これにより、嵌合制御部１１０は、掌部１１の組付対象物７０の嵌合凹部７１に対する接近移動を停止し、各指部１２により把持対象物６０の把持を解除して、掌部１１を組付対象物７０の嵌合凹部７１から離れる方向Ｂに移動させる（ステップＳ３）。

掌部１１が、組付対象物７０の嵌合凹部７１から離れる方向Ｂに移動して、各指部１２の先端部１２２が把持対象物６０よりも組付対象物７０の嵌合凹部７１から離れた位置に到達すると、嵌合制御部１１０は、掌部１１の組付対象物７０の嵌合凹部７１から離れる方向Ｂへの移動を停止させて、各指部１２の互いに接近させて閉じた状態で、掌部１１を組付対象物７０の嵌合凹部７１に再び接近させる（ステップＳ４）。

このとき、嵌合判定部１１１は、触覚センサ部１３によって検出されたＺ方向の力が第２の規定値（例えば、５Ｎ）以上であるか否かを判定する（ステップＳ５）。触覚センサ部１３によって検出された力が第２の規定値未満であった場合、触覚センサ部１３によって所定の力が検出されるまで、ステップＳ５を繰り返す。

触覚センサ部１３によって検出されたＺ方向の力が規定以上であると判定された場合、嵌合判定部１１１は、把持対象物６０の嵌合凹部７１への嵌合が完了したと判定する。これにより、嵌合制御部１１０は、掌部１１の組付対象物７０の嵌合凹部７１に対する再接近移動を停止し（ステップＳ６）、把持対象物６０の嵌合凹部７１への嵌合処理が終了する。

なお、組付対象物７０の嵌合凹部７１には、例えば、Ｚ方向に貫通する貫通孔も含まれる。

第１実施形態のエンドエフェクタ１０では、触覚センサ部１３を介して複数の指部１２の各々における各指部１２の延在方向の先端部１２２に接続されて、複数の指部１２によって把持対象物６０が把持されたときに把持対象物６０からの力を受ける力受容部１４を備え、この力受容部１４が、各指部１２の延在方向に交差する方向において把持対象物６０に対向して把持対象物６０を把持可能に配置された把持面１５と、各指部１２の延在方向において複数の指部１２の各々の先端部１２２よりも掌部１１から離れて配置されかつ把持面１５に交差する方向に延びる押圧面１６とを有している。このような構成により、例えば、把持対象物６０を力受容部１４の把持面１５で把持して組付対象物７０の嵌合凹部７１まで移動させた後、力受容部１４の押圧面１６で把持対象物６０を組付対象物７０に対して押圧して嵌合凹部７１に嵌合させることができる。すなわち、簡単な構成で把持対象物６０を組付対象物７０の嵌合凹部７１に嵌合させることが可能な触覚センサ部１３を有するエンドエフェクタ１０を実現できる。

また、力受容部１４が、各指部１２の延在方向および各指部１２の延在方向に交差する方向において、触覚センサ部１３を覆っている。このような構成により、力受容部１４の押圧面１６で把持対象物６０を組付対象物７０に対してより確実に押圧することができる。

また、第１実施形態のエンドエフェクタ装置１では、エンドエフェクタ１０により、簡単な構成で把持対象物６０を組付対象物７０の嵌合凹部７１に嵌合させることが可能なエンドエフェクタ装置１を実現できる。

また、制御装置１００が、複数の指部１２の各々によって把持対象物６０を把持した状態で掌部１１を組付対象物７０の嵌合凹部７１に接近させて把持対象物６０を嵌合凹部７１に嵌合させるときに、力受容部１４の押圧面１６が嵌合凹部７１の開口縁部７２と接触したことを触覚センサ部１３が検出した場合、複数の指部１２の各々による把持対象物６０の把持を解除して、掌部１１を把持対象物６０から離れる方向Ｂに移動させた後、複数の指部１２の各々を各指部１２の延在方向に交差する方向において互いに接近させて閉じた状態で掌部１１を把持対象物６０に接近させることにより、押圧面１６で把持対象物６０を組付対象物７０に対して押圧して嵌合凹部７１に嵌合させる嵌合制御部１１０を有する。この嵌合制御部１１０により、簡単な制御処理で、把持対象物６０を組付対象物７０の嵌合凹部７１に嵌合させることが可能なエンドエフェクタ装置１を実現できる。

また、複数の指部１２の各々を各指部１２の延在方向に交差する方向において互いに接近させて閉じた状態で把持対象物６０を組付対象物７０に対して押圧するので、複数の指部１２の各々によって把持対象物６０を把持した状態で把持対象物６０を嵌合凹部７１に嵌合させる場合と比較して、あるいは、複数の指部１２の各々が互いに開いた状態でいずれかの指部１２を用いて把持対象物６０を組付け対象物７０に対して押圧する場合と比較して、各指部１２にかかる負荷が低減される。その結果、耐久性の高いエンドエフェクタ装置１を実現できる。

また、嵌合制御部１１０は、押圧面１６で把持対象物６０を組付対象物７０に対して押圧して嵌合凹部７１に嵌合させるときに、触覚センサ部１３で検出された検出結果に基づいて、把持対象物６０の嵌合凹部７１への嵌合が完了したか否かを判定する嵌合判定部１１１をさらに有する。この嵌合判定部１１１により、把持対象物６０を組付対象物７０の嵌合凹部７１により確実に嵌合させることができる。

なお、エンドエフェクタ１０は、掌部１１と、把持対象物６０を把持する把持動作可能な複数の指部１２と、把持対象物６０からの外力を検出可能な触覚センサ部１３と、把持面１５と押圧面１６とを有する力受容部１４とを備えていればよく、第１実施形態の構成に限定されない。

第１実施形態のエンドエフェクタ１０では、触覚センサ部１３は、複数の指部１２の各々における各指部１２の延在方向の先端部１２２に設けられて、把持対象物６０からの外力を検出可能に構成されていればよく、各指部１２の寸法構成、あるいは、把持対象物６０の形状、大きさおよび材質などに応じて、その構成および種類などを設定することができる。

力受容部１４は、第１板部材１４１と第２板部材１４２とで構成されている場合に限らない。例えば、力受容部１４は、図８に示すように、第１板部材１４１のみで構成してもよい。この場合、第１板部材１４１のＺ方向における掌部１１から遠い方の先端面が押圧面１６を構成する。

また、力受容部１４は、例えば、図９に示すように、第１板部材１４１または第２板部材１４２のいずれか一方に設けられた接続部１７を有するように構成してもよい。この接続部１７は、例えば、金属またはゴムなどの弾性部材で構成することができる。なお、図９のエンドエフェクタ１０では、一例として、第１板部材１４１は、触覚センサ部１３を介して指部１２に接続され、第２板部材１４２は、接続部１７を介して指部１２に接続されている。このように構成することで、力受容部１４の耐久性を向上させることができる。

また、力受容部１４は、例えば、図１０に示すように、第１押圧面１６と、把持面１５および第１押圧面１６に交差する方向に延びる第２押圧面１８とを有するように構成してもよい。図１０のエンドエフェクタ１０は、把持面１５を有する第１板部材１４１と、第１押圧面１６を有する第２板部材１４２と、第１板部材１４１および第２板部材１４２に交差（例えば、直交）しかつ第２押圧面１８を有する第３板部材１４３とを有している。このように構成することで、より様々な態様の組付対象物７０の嵌合凹部７１に把持対象物６０を嵌合させることができる。

第１板部材１４１および第２板部材１４２の把持面１５および押圧面１６を構成する表面に金属またはゴムなどの弾性部材を取り付けてもよい。このように構成することで、必要に応じて、把持面１５および押圧面１６の摩擦係数などの物理的特性を変化させることができる。また、力受容部１４のメンテナンス性を向上させることができる。

このように、力受容部１４は、各指部１２の延在方向に交差する方向（例えば、Ｙ方向）において把持対象物６０に対向して把持対象物６０を把持可能に配置されて各指部１２の延在方向に交差する方向の力を受ける把持面１５と、各指部１２の延在方向（例えば、Ｚ方向）において複数の指部１２の各々の先端部１２２よりも掌部１１から離れて配置されかつ把持面１５に交差する方向に延びて各指部１２の延在方向の力を受ける押圧面１６とを有していればよく、力受容部１４を構成する各部材、並びに、把持面１５および押圧面１６の形状および大きさは、各指部１２の寸法構成、あるいは、把持対象物６０の形状、大きさおよび材質などに応じて、適宜設定することができる。

（第２実施形態）
本開示の第２実施形態のエンドエフェクタ装置１は、図１２に示すように、制御装置１００が、嵌合制御部１１０に加えて、位置ずれ方向判定部１２０および位置ずれ補正部１３０を有している点で、第１実施形態とは異なっている。第２実施形態では、第１実施形態と同一部分に同一参照番号を付して説明を省略し、第１実施形態と異なる点について説明する。

なお、位置ずれ方向判定部１２０および位置ずれ補正部１３０の各部は、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより実現される機能である。

位置ずれ方向判定部１２０は、複数の指部１２の各々によって把持対象物６０を把持した状態で掌部１１を組付対象物７０の嵌合凹部７１に接近させて把持対象物６０を嵌合凹部７１に嵌合させるときに、各触覚センサ部１３により検出された少なくとも３軸方向の外力の少なくとも１つが規定値以上の場合（例えば、触覚センサ部１３によって検出されたＺ方向の力が２Ｎ以上であり、嵌合判定部１１１により把持対象物６０と嵌合凹部７１の開口縁部７２とが接触したと判定された場合）、触覚センサ部１３の各々により検出された検出結果に基づいて、把持対象物６０が嵌合凹部７１に対していずれの方向に位置ずれしているかを判定する。

例えば、２つの指部１２の図２の右側の指部１２（以下、第１指部１２０１という）に配置されている触覚センサ部１３により検出されるＸ、ＹおよびＺ方向の力をそれぞれＦＸ１、ＦＹ１、ＦＺ１とし、図２の左側の指部１２（以下、第２指部１２０２という）に配置されている触覚センサ部１３により検出されるＸ、ＹおよびＺ方向の力をそれぞれＦＸ２、ＦＹ２、ＦＺ２とする。第１指部１２０１の触覚センサ部１３の座標系、第２指部１２０２の触覚センサ部１３の座標系、および、把持対象物６０の座標系を図１３に示す。

この場合において、位置ずれ方向判定部１２０は、把持対象物６０が嵌合凹部７１の開口縁部７２に接触したと判定されたとき、各触覚センサ部１３によって検出されたＸ、ＹおよびＺ方向の力の和または差により、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれが３軸方向のいずれで発生しているかを判定する。

例えば、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対するＹ方向の位置ずれは、Ｙ方向の力の差（すなわち、ＦＹ１－ＦＹ２）またはＺ方向の力の差（すなわち、ＦＺ１－ＦＺ２）で判定される。ＦＹ１－ＦＹ２、または、ＦＺ１－ＦＺ２が正の値であった場合、把持対象物６０は、嵌合凹部７１に対してＹの正方向にずれていると判定される。

嵌合凹部７１の開口縁部７２に傾斜面７２１が形成されている場合、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対するＹ方向の位置ずれは、把持対象物６０が組付対象物７０の開口縁部７２（すなわち、傾斜面７２１）に接触したと判定される前は、Ｚ方向の力の差（（すなわち、ＦＺ１－ＦＺ２）で判定され、把持対象物６０が組付対象物７０の開口縁部７２に接触したと判定された後は、Ｙ方向の力の差（すなわち、ＦＹ１－ＦＹ２）で判定される。

把持対象物６０の嵌合凹部７１に対するＸ方向の位置ずれは、Ｘ方向の力の差（すなわち、ＦＸ１－ＦＸ２）で判定される。ＦＸ１－ＦＸ２が負の値であった場合、把持対象物６０は、嵌合凹部７１に対してＸの正方向にずれていると判定される。

把持対象物６０の嵌合凹部７１に対するＺ方向まわりの位置ずれは、Ｘ方向の力の和（すなわち、ＦＸ１＋ＦＸ２）で判定される。ＦＸ１＋ＦＸ２が正の値であった場合、把持対象物６０は、図１３にθＺで示す回転方向まわり（すなわち、Ｚ軸の正の位置から原点に向かう方向から見て、反時計回り）にずれていると判定される。

また、位置ずれ方向判定部１２０は、各触覚センサ部１３により検出された３軸方向の外力のうちの同軸方向の外力の和および差（例えば、ＦＸ１－ＦＸ２、ＦＹ１－ＦＹ２、ＦＺ１－ＦＺ２、ＦＸ１＋ＦＸ２）のいずか１つもしくは複数または全てが、規定値（例えば、０．１Ｎ）以下になったか否かに基づいて、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれ補正を終了させるか否かを判定する。この規定値は、各指部１２の寸法構成、あるいは、把持対象物６０の形状、大きさおよび材質などに応じて予め決定される。

また、位置ずれ方向判定部１２０は、Ｘ方向の力の差（すなわち、ＦＸ１－ＦＸ２）およびＺ方向の力の差（すなわち、ＦＺ１－ＦＺ２）から、把持対象物６０が嵌合凹部７１に対してＸ方向まわり（すなわち、図１３のθＸ方向まわり）および／またはＹ方向まわり（すなわち、図１３のθＹ方向まわり）に位置がずれて、嵌合凹部７１の開口縁部７２に一点で接触しているか否かを判定することもできる。

位置ずれ補正部１３０は、駆動装置３０を制御して、位置ずれ方向判定部１２０により判定された把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれ方向とは反対の方向（言い換えると、位置ずれ方向と軸が同じでかつ向きが異なる方向）に把持対象物６０を移動させて、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれを補正する。

例えば、位置ずれ方向判定部１２０により、把持対象物６０が嵌合凹部７１に対してＸの正方向にずれていると判定されたとする。この場合、位置ずれ補正部１３０は、駆動装置３０を制御して、把持対象物６０がＸの負方向に規定量（例えば、０．０５ｍｍ）移動するように、掌部１１および各指部１２の少なくともいずれか一方を駆動させる。

なお、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれを補正しているときに、各触覚センサ部１３で検出されたＺ方向の力の和（すなわち、ＦＺ１＋ＦＺ２）が規定値（例えば、２Ｎ）を超えて、位置ずれ方向判定部１２０により把持対象物６０が嵌合凹部７１の開口縁部７２に接触したと判定された場合、位置ずれ補正部１３０は、位置ずれ補正を一時中止して、各触覚センサ部１３で検出されたＺ方向の力の和（すなわち、ＦＺ１＋ＦＺ２）が規定値（例えば、２Ｎ）以下になるまで、把持対象物６０をＺ方向でかつ組付対象物７０の嵌合凹部７１から離れる方向に移動させる。

また、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれを補正しているときに、各触覚センサ部１３で検出されたＺ方向の力の和が規定値（例えば、１Ｎ）を下回った場合（すなわち、ＦＺ１＋ＦＺ２＜１Ｎ）、位置ずれ方向判定部１２０は、把持対象物６０の嵌合凹部７１の開口縁部７２に対する接触が維持できていないと判定する。把持対象物６０の嵌合凹部７１の開口縁部７２に対する接触が維持できていないと判定された場合、位置ずれ補正部１３０は、位置ずれ補正を一時中止して、各触覚センサ部１３で検出されたＺ方向の力の和が規定値以上になるまで（すなわち、ＦＺ１＋ＦＺ２≧１Ｎ）、把持対象物６０をＺ方向でかつ組付対象物７０の嵌合凹部７１に近づく方向に移動させる。

第２実施形態では、嵌合判定部１１１は、把持対象物６０がＺ方向から組付対象物７０の嵌合凹部７１に接近するときに各触覚センサ部１３で検出されたＺ方向の力の和（すなわち、ＦＺ１＋ＦＺ２）が規定値（例えば、２Ｎ）を超えたか否かにより、把持対象物６０が嵌合凹部７１の開口縁部７２に接触したか否かを判定する。なお、この規定値は、各指部１２の寸法構成、あるいは、把持対象物６０の形状、大きさおよび材質などに応じて予め決定される。

続いて、図１４および図１５を参照して、把持対象物６０を組付対象物７０の嵌合凹部７１に嵌合させる嵌合処理中における把持対象物６０の組付対象物７０に対する位置ずれ補正処理について説明する。なお、以下に説明する嵌合処理は、制御装置１００が所定のプログラムを実行することで実施される。

図１４に示すように、ステップＳ２において、触覚センサ部１３によって検出されたＺ方向の力が第１の規定値以上になったと判定された場合、嵌合制御部１１０が、掌部１１の組付対象物７０の嵌合凹部７１に対する接近移動を停止させて（ステップＳ１１）、位置ずれ方向判定部１２０が、把持対象物６０が嵌合凹部７１に対して位置ずれしているか否かを判定する（ステップＳ１２）。

この位置ずれ補正では、図１５に示すように、位置ずれ補正部１３０が、各触覚センサ部１３で検出されたＺ方向の力の和（すなわち、ＦＺ１＋ＦＺ２）が第１の規定値（例えば、２Ｎ）を超えているか否かを判定する（ステップＳ２１）。各触覚センサ部１３で検出されたＺ方向の力の和が第１の規定値を超えていると判定された場合、位置ずれ補正部１３０は、位置ずれ補正を行わずに、各触覚センサ部１３で検出されたＺ方向の力の和が第１の規定値以下になるまで、把持対象物６０をＺ方向でかつ組付対象物７０の嵌合凹部７１から離れる方向に移動させる（ステップＳ２２）。

各触覚センサ部１３で検出されたＺ方向の力の和が第１の規定値を超えていないと判定されると、位置ずれ方向判定部１２０が、各触覚センサ部１３で検出されたＺ方向の力の和が第３の規定値（例えば、１Ｎ）を下回ったか否かを判定する（ステップＳ２３）。各触覚センサ部１３で検出されたＺ方向の力の和が第３の規定値（例えば、１Ｎ）を下回ったと判定された場合、位置ずれ補正部１３０は、位置ずれ補正を行わずに、各触覚センサ部１３で検出されたＺ方向の力の和が第３の規定値以上になるまで、把持対象物６０をＺ方向でかつ組付対象物７０の嵌合凹部７１に近づく方向に移動させる（ステップＳ２４）。

各触覚センサ部１３で検出されたＺ方向の力の和が第３の規定値（例えば、１Ｎ）を下回っていないと判定された場合、位置ずれ方向判定部１２０は、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれ方向を判定し（ステップＳ２５）、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれ補正を終了させるか否かを判定する（ステップＳ２６）。

位置ずれ補正を終了させると判定された場合は、ステップＳ３に進み、嵌合制御部１１０が、各指部１２により把持対象物６０の把持を解除して、掌部１１を組付対象物７０の嵌合凹部７１から離れる方向Ｂに移動させる。一方、位置ずれ補正を終了させないと判定された場合、位置ずれ補正部１３０は、位置ずれ方向判定部１２０により判定された把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれ方向とは反対の方向に把持対象物６０を移動させて、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれを補正する（ステップＳ２６）。そして、ステップＳ２１に戻り、位置ずれ補正部１３０により、各触覚センサ部１３で検出されたＺ方向の力の和が第１の規定値を超えているか否かが判定される。

第２実施形態のエンドエフェクタ装置１では、複数の指部１２の各々によって把持対象物６０を把持した状態で掌部１１を組付対象物７０の嵌合凹部７１に接近させて把持対象物６０を組付対象物７０の嵌合凹部７１に嵌合させるときに、把持対象物６０と嵌合凹部７１の開口縁部７２とが接触した場合、触覚センサ部１３の各々により検出された検出結果に基づいて、把持対象物６０が嵌合凹部７１に対して位置ずれしているかを決定し、決定された把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれ方向とは反対の方向に掌部１１を移動させて、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれを補正する。このような構成により、組付対象物７０の嵌合凹部７１に対する把持対象物６０の位置ずれを補正可能なエンドエフェクタ装置１を実現できる。

また、位置ずれ方向判定部１２０は、触覚センサ部１３の各々により検出された少なくとも３軸方向の外力のうちの同軸方向の外力の和および差のいずか１つもしくは複数または全てにより、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれ方向を判定する。これにより、簡単な構成で、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれ方向を判定できる。

また、位置ずれ補正部１３０は、触覚センサ部１３の各々により検出された少なくとも３軸方向の外力のうちの同軸方向の外力の和および差のいずか１つもしくは複数または全てが規定値以下となった場合に、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれの補正を終了する。これにより、簡単な構成で、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれの補正が完了したか否かを判定できる。

また、エンドエフェクタ１０が、複数の指部１２として、板面同士が相互に対向するように配置された板状の第１指部１２０１および板状の第２指部１２０２と、触覚センサ部１３を介して各指部１２０１、１２０２の延在方向の先端部１２２に接続されて、第１指部１２０１および第２指部１２０２によって把持対象物６０が把持されたときに把持対象物６０からの力を受ける力受容部１４とを有している。そして、この力受容部１４が、各指部１２０１、１２０２の延在方向に交差する方向において把持対象物６０に対向して把持対象物６０を把持可能に配置されて各指部１２０１、１２０２の延在方向に交差する方向の力を受ける把持面１５と、各指部１２０１、１２０２の延在方向において第１指部１２０１および第２指部１２０２の各々の先端部１２２よりも掌部１１から離れて配置されかつ把持面１５に交差する方向に延びて各指部１２０１、１２０２の延在方向の力を受ける押圧面１６とを有する。このような構成により、簡単な構成で把持対象物６０を組付対象物７０の嵌合凹部７１に嵌合させることが可能で、かつ、組付対象物７０の嵌合凹部７１に対する把持対象物６０の位置ずれを補正可能なエンドエフェクタ装置１を実現できる。

なお、第２実施形態のエンドエフェクタ装置１では、触覚センサ部１３は、少なくとも３軸方向の外力を検出可能であればよく、各指部１２の寸法構成、あるいは、把持対象物６０の形状、大きさおよび材質などに応じて、その構成および種類などを設定することができる。例えば、触覚センサ部１３は、相互に直交する３軸方向の外力のみを検出可能に構成されていてもよいし、相互に直交する３軸方向の外力に加えて各軸方向のモーメントを検出可能に構成されていてもよい。

触覚センサ部１３が、相互に直交する３軸方向の外力に加えて各軸方向のモーメントを検出可能に構成されている場合、例えば、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対するＹ方向の位置ずれは、Ｘ軸方向のモーメントの差で判定することができる。

Ｘ軸方向のモーメントの差が負の値であった場合、把持対象物６０は、嵌合凹部７１に対してＹの正方向にずれていると判定される。把持対象物６０の嵌合凹部７１に対するＸ方向の位置ずれは、Ｙ軸方向のモーメントの差で判定することができる。Ｙ軸方向のモーメントの差が正の値であった場合、把持対象物６０は、嵌合凹部７１に対してＸの正方向にずれていると判定される。

把持対象物６０の嵌合凹部７１に対するＺ方向まわりの位置ずれは、Ｚ軸方向のモーメントの和で判定することができる。Ｚ軸方向のモーメントの和が正の値であった場合、把持対象物６０は、図１３にθＺで示す回転方向まわりにずれていると判定される。

エンドエフェクタ１０は、掌部１１と、把持対象物６０を把持する把持動作可能な複数の指部１２と、把持対象物６０からの外力を検出可能な触覚センサ部１３とを備えていればよく、第２実施形態の構成に限定されない。

位置ずれ方向判定部１２０は、第２実施形態に限らず、触覚センサ部１３の各々により検出された検出結果に基づいて、少なくとも３軸方向のうちのいずれの方向において把持対象物６０が嵌合凹部７１に対して位置ずれしているかを判定できる任意の構成を採用できる。

位置ずれ補正部１３０は、第２実施形態に限らず、位置ずれ方向判定部１２０により決定された把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれ方向とは反対の方向に掌部１１を移動させて、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれを補正できる任意の構成を採用できる。

以上、図面を参照して本開示における種々の実施形態を詳細に説明したが、最後に、本開示の種々の態様について説明する。なお、以下の説明では、一例として、参照符号も添えて記載する。

本開示の第１態様のエンドエフェクタ装置１は、
掌部１１と、延在方向の一端部１２１が前記掌部１１に接続されていると共に、前記延在方向に交差する方向でかつ互いに接近する方向にそれぞれ移動して把持対象物６０を把持する把持動作可能な複数の指部１２とを有し、前記複数の指部１２の各々における前記延在方向の他端部１２２に、少なくとも３軸方向の外力を検出可能な触覚センサ部１３がそれぞれ設けられたエンドエフェクタ１０と、
前記掌部１１および前記複数の指部１２の各々を駆動させる駆動装置３０と、
前記複数の指部１２の各々によって前記把持対象物６０を把持した状態で前記掌部１１を組付対象物７０の嵌合凹部７１に接近させて前記把持対象物６０を前記嵌合凹部７１に嵌合させるときに、前記触覚センサ部１３の各々により検出された前記少なくとも３軸方向の外力の少なくとも１つが規定値以上の場合、前記触覚センサ部１３の各々により検出された検出結果に基づいて、前記少なくとも３軸方向のうちのいずれの方向において前記把持対象物６０が前記嵌合凹部７１に対していずれの方向に位置ずれしているかを判定する位置ずれ方向判定部１２０と、
前記駆動装置３０を制御して、前記位置ずれ方向判定部１２０により判定された前記把持対象物６０の前記嵌合凹部７１に対する位置ずれ方向とは反対の方向に前記掌部１１を移動させて、前記把持対象物６０の前記嵌合凹部７１に対する位置ずれを補正する位置ずれ補正部１３０と
を備える。

第１態様のエンドエフェクタ装置１によれば、組付対象物７０の嵌合凹部７１に対する把持対象物６０の位置ずれを補正可能なエンドエフェクタ装置１を実現できる。

本開示の第２態様のエンドエフェクタ装置１は、
前記位置ずれ方向判定部１２０は、
前記触覚センサ部１３の各々により検出された前記少なくとも３軸方向の外力のうちの同軸方向の外力の和および差のいずれか１つもしくは複数または全てにより、前記位置ずれ方向を判定する。

第２態様のエンドエフェクタ装置１によれば、簡単な構成で、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれ方向を判定できる。

本開示の第３態様のエンドエフェクタ装置１は、
前記位置ずれ補正部１３０は、
前記触覚センサ部１３の各々により検出された前記少なくとも３軸方向の外力のうちの同軸方向の外力の和および差のいずか１つもしくは複数または全てが規定値以下となった場合に、前記把持対象物６０の前記嵌合凹部７１に対する位置ずれの補正を終了する。

第３態様のエンドエフェクタ装置１によれば、簡単な構成で、把持対象物６０の嵌合凹部７１に対する位置ずれの補正が完了したか否かを判定できる。

本開示の第４態様のエンドエフェクタ装置１は、
前記触覚センサ部１３の各々が、相互に直交する３軸方向の外力のみを検出可能に構成されている。

第４態様のエンドエフェクタ装置１によれば、設計の自由度の高いエンドエフェクタ装置１を実現できる。

本開示の第５態様のエンドエフェクタ装置１は、
前記位置ずれ方向判定部１２０が、前記少なくとも３軸方向のうちの３軸方向の外力のみを用いて、前記把持対象物６０が前記嵌合凹部７１に対して位置ずれしているかを判定する。

第５態様のエンドエフェクタ装置１によれば、設計の自由度の高いエンドエフェクタ装置１を実現できる。

本開示の第６態様のエンドエフェクタ装置１は、
前記エンドエフェクタ１０が、
前記複数の指部１２として、板面同士が相互に対向するように配置された板状の第１指部１２０１および板状の第２指部１２０２と、
前記第１指部１２０１および前記第２指部１２０２の各々の前記延在方向の他端部１２２に前記触覚センサ部１３を介して接続されて、前記第１指部１２０１および前記第２指部１２０２によって前記把持対象物６０が把持されたときに前記把持対象物６０からの力を受ける力受容部１４と
を有し、
前記力受容部１４が、
前記延在方向に交差する方向において前記把持対象物６０に対向して前記把持対象物６０を把持可能に配置されて前記延在方向に交差する方向の力を受ける把持面１５と、
前記延在方向において前記第１指部１２０１および前記第２指部１２０２の各々の前記他端部１２２よりも前記掌部１１から離れて配置されかつ前記把持面１５に交差する方向に延びて前記延在方向の力を受ける押圧面１６と
を有する。

第６態様のエンドエフェクタ装置１によれば、簡単な構成で把持対象物６０を組付対象物７０の嵌合凹部７１に嵌合させることが可能で、かつ、組付対象物７０の嵌合凹部７１に対する把持対象物６０の位置ずれを補正可能なエンドエフェクタ装置１を実現できる。

なお、前記様々な実施形態または変形例のうちの任意の実施形態または変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせまたは実施例同士の組み合わせまたは実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態または実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本開示のエンドエフェクタは、例えば、産業用ロボットのエンドエフェクタ装置に適用できる。

本開示のエンドエフェクタ装置は、例えば、産業用ロボットに適用できる。

１ エンドエフェクタ装置
１０ エンドエフェクタ
１１ 掌部
１２ 指部
１２０１ 第１指部
１２０２ 第２指部
１２１ 基端部
１２２ 先端部
１３ 触覚センサ部
１４ 力受容部
１４１ 第１板部材
１４２ 第２板部材
１４３ 第３板部材
１５ 把持面
１６ 押圧面（第１押圧面）
１７ 接続部
１８ 第２押圧面
２０ アーム
３０ 駆動装置
４０ 操作部
５０ 電源
６０ 把持対象物
７０ 組付対象物
７１ 嵌合凹部
７２ 開口縁部
１００ 制御装置
１１０ 嵌合制御部
１１１ 嵌合判定部
１２０ 位置ずれ方向判定部
１３０ 位置ずれ補正部

Claims (5)

1. 掌部と、延在方向の一端部が前記掌部に接続されていると共に、前記延在方向に交差する方向でかつ互いに接近する方向にそれぞれ移動して把持対象物を把持する把持動作可能な複数の指部とを有し、前記複数の指部の各々における前記延在方向の他端部に、少なくとも３軸方向の外力を検出可能な触覚センサ部がそれぞれ設けられたエンドエフェクタと、
   前記掌部および前記複数の指部の各々を駆動させる駆動装置と、
   前記複数の指部の各々によって前記把持対象物を把持した状態で前記掌部を組付対象物の嵌合凹部に接近させて前記把持対象物を前記嵌合凹部に嵌合させるときに、前記触覚センサ部の各々により検出された前記少なくとも３軸方向の外力の少なくとも１つが規定値以上の場合、前記触覚センサ部の各々により検出された検出結果に基づいて、前記把持対象物が前記嵌合凹部に対していずれの方向に位置ずれしているかを判定する位置ずれ方向判定部と、
   前記駆動装置を制御して、前記位置ずれ方向判定部により判定された前記把持対象物の前記嵌合凹部に対する位置ずれ方向とは反対の方向に前記掌部を移動させて、前記把持対象物の前記嵌合凹部に対する位置ずれを補正する位置ずれ補正部と
   を備え、
   前記エンドエフェクタが、
   前記複数の指部として、板面同士が相互に対向するように配置された板状の第１指部および板状の第２指部と、
   前記第１指部および前記第２指部の各々の前記延在方向の他端部に前記触覚センサ部を介して接続されて、前記第１指部および前記第２指部によって前記把持対象物が把持されたときに前記把持対象物からの力を受ける力受容部と
   を有し、
   前記力受容部が、
   前記延在方向に交差する方向において前記把持対象物に対向して前記把持対象物を把持可能に配置されて前記延在方向に交差する方向の力を受ける把持面と、
   前記延在方向において前記第１指部および前記第２指部の各々の前記他端部よりも前記掌部から離れて配置されかつ前記把持面に交差する方向に延びて前記延在方向の力を受ける押圧面と
   を有する、エンドエフェクタ装置であって、
   前記複数の指部の各々によって前記把持対象物を把持した状態で前記掌部を組付対象物の嵌合凹部に接近させて前記把持対象物を前記嵌合凹部に嵌合させるときに、前記力受容部の前記押圧面が前記嵌合凹部の開口縁部と接触したことを前記触覚センサ部が検出した場合、前記複数の指部の各々による前記把持対象物の把持を解除して、前記掌部を前記組付対象物の前記嵌合凹部から離れる方向に移動させる嵌合制御部を備える、エンドエフェクタ装置。
2. 前記位置ずれ方向判定部は、
   前記触覚センサ部の各々により検出された前記少なくとも３軸方向の外力のうちのいずれか１つの軸方向の外力の和もしくは差、または、前記少なくとも３軸方向の外力のうちのいずれか複数の軸方向における同軸方向の外力の和もしくは差、または、前記少なくとも３軸方向の外力のうちの全ての軸方向における同軸方向の外力の和もしくは差により、前記位置ずれ方向を判定する、請求項１のエンドエフェクタ装置。
3. 前記位置ずれ補正部は、
   前記触覚センサ部の各々により検出された前記少なくとも３軸方向の外力のうちのいずれか１つの軸方向の外力の和もしくは差、または、前記少なくとも３軸方向の外力のうちのいずれか複数の軸方向における同軸方向の外力の和もしくは差、または、前記少なくとも３軸方向の外力のうちの全ての軸方向における同軸方向の外力の和もしくは差が規定値以下となった場合に、前記把持対象物の前記嵌合凹部に対する位置ずれの補正を終了する、請求項２のエンドエフェクタ装置。
4. 前記触覚センサ部の各々が、相互に直交する３軸方向の外力のみを検出可能に構成されている、請求項１から３のいずれか１つのエンドエフェクタ装置。
5. 前記位置ずれ方向判定部が、３軸方向の外力のみを用いて、前記把持対象物が前記嵌合凹部に対して位置ずれしているかを判定する、請求項１から３のいずれか１つのエンドエフェクタ装置。

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