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申请/专利权人：发那科株式会社

摘要：本发明提供手控制装置及手控制系统。手控制装置1具备：提取部，其从将多种物体的形状与基于手4的把持模式关联起来存储的存储部中，提取具有与由形状获取部2获取的物体的形状最接近的形状的物体的把持模式；位置姿态计算部，其按照被提取的把持模式，计算出针对物体的把持位置和手4的姿态；手驱动部，其基于计算出的把持位置及姿态，使手4把持物体；判定部，其基于由形状获取部、力传感器及触觉传感器中的至少一个获取的信息，判定物体的把持状态是否适当；以及把持状态修正部，其当判定物体的把持状态为不适当的情况下，修正由位置姿态计算部计算出的把持位置及姿态中的至少一个。

主权项：1.一种手控制装置，其特征在于，所述手控制装置对机器人所具备的手进行控制，所述机器人具备形状获取部，所述手使用具备力传感器及触觉传感器的多个手指把持物体，所述手控制装置具备：提取部，其从将多种所述物体的形状与基于所述手的把持模式关联起来存储的存储部中，提取具有与由所述形状获取部获取的所述物体的形状最接近的形状的所述物体的所述把持模式；位置姿态计算部，其按照由该提取部提取的所述把持模式，计算出针对所述物体的把持位置和所述手的姿态；手驱动部，其基于由该位置姿态计算部计算出的所述把持位置及所述姿态，使所述手把持所述物体；判定部，其基于由所述形状获取部、所述力传感器及所述触觉传感器中的至少一个获取的信息，判定所述物体的把持状态是否适当；以及把持状态修正部，其在由该判定部判定所述物体的把持状态为不适当的情况下，修正由所述位置姿态计算部计算出的所述把持位置及所述姿态中的至少一个，从而调节所述物体的把持稳定性、所述手的操作性及所述手对所述物体的把持力的至少一个，该把持状态修正部通过修正所述把持位置以使所述多个手指各自与所述物体的接触点为顶点的多边形的面积最大，来调节所述物体的把持稳定性，通过修正所述姿态以使所述多个手指的各自的关节的角度接近限制角度范围的中间值，来调节所述手的操作性，通过向实现所述手与所述物体的接触力、作用于所述物体的重力、以及作用于所述物体的外力的平衡的方向修正所述把持位置及所述姿态中的至少一方，来调节所述物体的把持力。

全文数据：手控制装置及手控制系统技术领域本发明涉及手控制装置及手控制系统。背景技术以往，已知有下述把持方法：从通过视觉传感器获取的图像中检测出把持对象物的位置信息，基于检测出的位置信息利用多手指手把持把持对象物时，基于多手指手部的力传感器的输出来检测对把持对象物的实际接触位置，基于检测出的接触位置的信息修正把持对象物的位置信息例如，参照专利文献1。。该专利文献1的把持方法维持把持对象物不动的状态，并且使多手指手部与把持对象物接触，进而检测接触位置，并修正通过视觉传感器得到的把持对象物的位置信息后，基于修正后的位置信息利用多手指手部把持把持对象物。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2012-11531号公报发明内容发明要解决的问题然而，由于把持对象物的立体形状、重心位置的不准确把握、或对把持对象物施加的外力等，在把持把持对象物的状态下才认识到改变把持状态的必要性时，在专利文献1的把持方法中存在无法对应的不良情况。本发明有鉴于上述情况而成，其目的在于，提供可以在把持把持对象物的状态下适当修正把持状态、更可靠地把持把持对象物的手控制装置及手控制系统。用于解决问题的方案本发明的一方案是一种手控制装置，所述手控制装置对机器人所具备的手进行控制，所述机器人具备形状获取部，所述手使用具备力传感器及触觉传感器的多个手指把持物体，所述该手控制装置具备：提取部，其从将多种所述物体的形状与基于所述手的把持模式关联起来存储的存储部中，提取具有与由所述形状获取部获取的所述物体的形状最接近的形状的所述物体的所述把持模式；位置姿态计算部，其按照由该提取部提取的所述把持模式，计算针对所述物体的把持位置和所述手的姿态；手驱动部，其基于由该位置姿态计算部计算出的所述把持位置及所述姿态，使所述手把持所述物体；判定部，其基于由所述形状获取部、所述力传感器及所述触觉传感器中的至少一个获取的信息，判定所述物体的把持状态是否适当；以及把持状态修正部，其在由该判定部判定所述物体的把持状态为不适当的情况下，修正通过所述位置姿态计算部计算出的所述把持位置及所述姿态中的至少一个。根据本方案，当由形状获取部获取物体的形状时，从存储部中提取具有与获取的物体的形状最接近的形状的物体的把持模式，按照被提取的把持模式，由位置姿态计算部计算出对物体的把持位置及手的姿态。基于计算出的物体的把持位置及手的姿态，在通过手驱动部使手把持物体的状态下，基于由形状获取部、力传感器及触觉传感器中的至少一个获取的信息，由判定部判定物体的把持状态是否适当。而且，当由判定部判定出把持状态为不适当的情况下，由把持状态修正部修正由位置姿态计算部计算出的物体的把持位置及手的姿态中的至少一个。即，在通过手把持物体的状态下，判定把持状态的适当与否，当不适当时，修正把持位置及姿态中的至少一个，由此可以适当修正把持状态，更可靠地把持物体。在上述方案中，所述把持状态修正部修正所述把持位置或所述姿态，由此，可以对所述物体的把持稳定性、所述手的操作性及所述手对所述物体的把持力中的至少一个进行调节。通过该结构，可以在物体的把持状态未稳定的情况下提高物体的把持稳定性，在处于不自由的把持状态下时，改变为自由度更高的把持状态，从而提高手的操作性，在把持力过强或过弱的的情况下，使把持力适当化，从而更可靠地把持物体。另外，在上述方案中，在所述存储部中，可以将多种所述物体的形状及弹性模量与基于所述手的所述把持模式关联起来存储，所述手驱动部以与通过所述提取部提取的所述物体的弹性模量相应的把持力，使所述手把持所述物体。通过该结构，即使物体具有弾性，也可以用更适当的把持力进行把持。另外，在上述方案中，在由所述把持状态修正部修正了所述把持位置或所述姿态的情况下，将基于被修正的所述把持位置及所述姿态的把持模式与由所述形状获取部获取的所述物体的形状关联起来存储于所述存储部。通过该结构，可以将基于由形状获取部、力传感器及接触传感器中的至少一个获取的信息修正的把持位置及姿态与物体的形状关联起来存储于存储部，可以增加在下次以后的把持动作中可利用的库。另外，在上述方案中，手控制装置还可以具备所述存储部。另外，本发明的其它方案是一种手控制系统，其具备：网络；多个手控制装置，所述任一手控制装置经由该网络连接；以及所述存储部，其与所述网络连接。根据本方案，在手控制装置间可以通过网络共享利用物体的形状从存储部中提取的把持模式。发明效果根据本发明，发挥如下效果：可在把持了把持对象物的状态下适当修正把持状态，从而更可靠地把持把持对象物。附图说明图1是表示本发明的一实施方式的手控制装置的整体结构图。图2是表示由图1的手控制装置控制的手的一例的图。图3是表示图1的手控制装置的框图。图4是表示在图3的手控制装置所具备的存储部所存储的库的一例的图。图5是示出利用图1的手控制装置的手的控制顺序的流程图。图6是对利用图3的手控制装置的把持稳定性的最优化进行说明的图。图7是对利用图3的手控制装置的手的操作性的最优化进行说明的图。图8是对利用图3的手控制装置的接触力的最优化进行说明的图。图9是表示本发明的一实施方式的手控制系统的图。附图标记说明：1控制装置手控制装置2摄像机形状获取部3机器人4手7手指8触觉传感器9力传感器10存储部11提取部12位置姿态计算部13驱动部手驱动部14判定部15把持状态修正部16网络W物体具体实施方式以下，参照附图对本发明的一实施方式的手控制装置1进行说明。如图1所示，本实施方式的手控制装置以下简称为控制装置。1是控制具备摄像机形状获取部2的机器人3及机器人3所具备的手4的装置。控制装置1具备处理器及存储器，处理器处理存储于存储器的动作程序，由此控制机器人3及手4。例如，如图2所示，手4具备：手基座5，其固定于机器人3的前端；以及多个例如，三根手指7，其具有相对于该手基座5可移动从而用于把持物体W的多个关节6。在各手指7设置有：感测与物体W的接触的触觉传感器8、检测与物体W之间的接触压力的力传感器9、以及检测各关节6的角度的未图示的编码器。如图3所示，控制装置1具备：存储部10，其将多种物体W的形状与基于手4的把持模式关联起来存储；以及提取部11，其从由摄像机2获取的图像中提取物体W的形状，并且从存储部10中读取把持模式，所述把持模式与具有与提取的形状最接近的形状的物体W对应地存储于存储部10。另外，控制装置1具备：位置姿态计算部12，其按照由提取部11提取的把持模式计算针对物体W的把持位置和手4的姿态；以及驱动部手驱动部13，其基于计算出的物体W的把持位置和手4的姿态而控制机器人3及手4，使手4把持物体W。进而，控制装置1具备：判定部14，其基于通过摄像机2、力传感器9及触觉传感器8中的至少一个获取的信息，判定物体W的把持状态是否适当；以及把持状态修正部15，其在由判定部14判定为物体W的把持状态不适当的情况下，修正由位置姿态计算部12计算出的把持位置及姿态中的至少一个。例如，如图4所示，存储部10将物体W的种类、图像例及把持模式进行关联，并作为库进行存储。对于一个物体W的种类，可以存储有多个图像例。作为把持模式，可列举例如：与物体W的种类相应的把持力、针对物体W的手4的各手指7的接触位置的配置等。提取部11通过模式匹配等对从由摄像机2获取的图像中提取的物体W的图像、和存储于库的图像进行比较，从而提取与具有最接近的形状的图像对应的物体W的种类，并且读取与提取的物体W的种类关联起来存储的把持模式。位置姿态计算部12基于由提取部11读取的把持模式计算出手4对物体W的把持位置，即手4的位置及姿态。计算出的位置及姿态基于存储于库的针对接近的形状的物体W的把持模式，因此有时不是最合适的。根据本实施方式的手控制装置1，在基于从库中提取的把持模式由手4把持物体W的状态下，利用判定部14进行判定，基于判定结果利用把持状态修正部15进行修正动作。具体而言，进行把持的稳定性的最优化、手4的操作性的最优化及接触力的最优化。对于把持的稳定性而言，例如，以使以各手指7的与物体W的接触点为顶点的多边形的面积成为最大的状态，通过数学式1进行最优化。[数学式1]FKcn，qm，R，t＝02sc＝03q∈[qmin，qmax]4式1是表示把持的稳定性的评价函数，Q1是多边形的面积，cn是手指7的与物体W的接触位置，qm是手指7的关节6的角度。此处，下标n是手指7的编号，m是关节6的编号。式2、3、4是对式1的限制条件，式2表示图2所示的包括固定于手4的手基座5的坐标系的朝向R及位置t的运动学关系，式3表示接触位置cn的限制例如，必须为物体W的表面等，式4表示各手指7的关节6的角度限制。手4的操作性，例如通过数学式2以使各手指7的关节6的角度qm接近限制角度范围的中间值的方向进行最优化。[数学式2]FKcn，qm，R，t＝06q∈[qmin，qmax]7式5是手4的操作性的评价函数，Q2是表示关节6的角度对限制角度范围的中间值的接近程度。式6、7是对式5的限制条件，式6是以各手指7的接触位置和手基座5的坐标系为基准的运动学关系，式7是各手指7的关节6的限制角度范围。例如，接触力为，通过数学式3在实现接触力、作用于物体W的重力以及外力的平衡的方向上进行最优化。[数学式3]FDqm，τ，f＝09f∈[fmin，fmax]10式8是表示接触力f、重力以及外力之间的平衡的评价函数，Q3表示平衡的程度。式9、10是对式8的限制条件，式9是包含接触力、各手指7的关节6的角度qm、以及转矩τ的动力学关系，式10是接触力的限制。接下来，对本实施方式的手控制装置1的作用进行说明。首先，如图5所示，当由机器人3所具备的摄像机2获取物体W的图像步骤S1时，获取的图像被发送至手控制装置1的提取部11，实施图像处理，提取物体W的形状步骤S2。提取部11将提取的形状作为线索，从存储于存储部10内的库内检索最接近的形状的物体W的种类步骤S3。然后，提取部11在库内检测与检索到的物体W的种类关联起来存储的把持模式，并发送至位置姿态计算部12步骤S4。位置姿态计算部12基于发送来的把持模式，计算出手4的各手指7的位置及姿态，并输出到驱动部13步骤S5。驱动部13以从位置姿态计算部12发送来的位置及姿态，控制机器人3及手4，使手4把持物体W步骤S6。在把持物体W的状态下，基于由摄像机2获取的图像、由力传感器9检测出的接触压力及由触觉传感器8检测出的接触状态，由判定部14判定接触状态是否适当步骤S7。在判定为不适当的情况下，实现把持的稳定性的最优化步骤S8、手4的操作性的最优化步骤S9及接触力的最优化步骤S10。判定操作是否已结束步骤S11，在未结束的情况下重复从步骤S7起的工序。操作已结束的情况下，将物体W的种类、图像及最优化后的把持模式登记在库中，由此更新库步骤S12，全部工序结束。另外，在步骤S7的工序中，当判定为适当的情况下，执行步骤S11的工序。如此，根据本实施方式的手控制装置1，若通过数学式1进行把持的稳定性的最优化，则如图6所示，修正为以手指7与物体W的接触点为顶点的多边形的面积成为最大时的手4的手指7的位置及姿态。即，具有下述优点：在用手4的多个手指7把持物体W的状态下，使任一手指7从物体W放开并移动，由此增加多边形的面积，从而可以进一步稳定把持状态。另外，若通过数学式2进行手4的操作性的最优化，则如图7所示，各手指7的关节6的角度接近限制角度范围的中央，因此在保持把持物体W不变的状态下，可以使手指7的关节6的角度处于在任意方向上容易变化的状态。由此具有能够进行使物体W旋转而变更角度等操作的优点。另外，通过数学式3最优化接触力，由此，如图8所示，可以在与物体W的种类相应的接触力的限制范围内，以使物体W不会掉落的接触力进行把持。例如，对食品等柔软的物体等设定有接触力的上限，因此不会使接触力过大，但是当接触力过小时，与重力或外力的平衡被破坏而掉落，因此，需要达到不会对物体W造成损伤且不会掉落的最佳接触力。另外，当外力的大小在对物体W进行操作的中途变化的情况下，需要产生在这种外力作用下也不会掉落的程度的接触力。通过数学式3最优化接触力，由此具有能够对应这些情况的优点。此外，在本实施方式中，设为使控制装置1进行把持稳定性的最优化、手操作性的最优化及把持力的最优化，但是也可以设为进行这些操作中的至少一个操作。另外，也可以设为基于由摄像机2获取的图像、由力传感器9检测出的接触压力及由触觉传感器8检测出的接触状态中的至少一个进行最优化。另外，手4及机器人3的形态可以是任意的。另外，在本实施方式中，作为控制装置1，例示出将多种物体W的形状与基于手4的把持模式关联起来存储的控制装置，但也可以使用将多种物体W的形状及弹性模量、与基于手4的把持模式关联起来存储的控制装置。在该情况下，使手4通过与由提取部11提取的物体W的弹性模量相应的把持力把持物体W。另外，控制装置1具备存储有库的存储部10，但如图9所示，取而代之，也可以采用如下手控制系统：将与多个机器人3连接的控制装置1经由网络16相互连接，并且将存储部10与网络16进行连接。根据该结构，具有下述优点：作为使用物体W的形状从存储部10提取的把持模式，在各控制装置1之间经由网络16共享由任意控制装置1登记的最新的把持模式。

权利要求：1.一种手控制装置，其特征在于，所述手控制装置对机器人所具备的手进行控制，所述机器人具备形状获取部，所述手使用具备力传感器及触觉传感器的多个手指把持物体，所述手控制装置具备：提取部，其从将多种所述物体的形状与基于所述手的把持模式关联起来存储的存储部中，提取具有与由所述形状获取部获取的所述物体的形状最接近的形状的所述物体的所述把持模式；位置姿态计算部，其按照由该提取部提取的所述把持模式，计算出针对所述物体的把持位置和所述手的姿态；手驱动部，其基于由该位置姿态计算部计算出的所述把持位置及所述姿态，使所述手把持所述物体；判定部，其基于由所述形状获取部、所述力传感器及所述触觉传感器中的至少一个获取的信息，判定所述物体的把持状态是否适当；以及把持状态修正部，其在由该判定部判定所述物体的把持状态为不适当的情况下，修正由所述位置姿态计算部计算出的所述把持位置及所述姿态中的至少一个。2.根据权利要求1所述的手控制装置，其特征在于，所述把持状态修正部通过修正所述把持位置或所述姿态，调节所述物体的把持稳定性、所述手的操作性及所述手对所述物体的把持力的至少一个。3.根据权利要求1或2所述的手控制装置，其特征在于，在所述存储部中将多种所述物体的形状及弹性模量与基于所述手的所述把持模式关联起来存储，所述手驱动部利用与由所述提取部提取的所述物体的弹性模量相应的把持力，使所述手把持所述物体。4.根据权利要求1至3中任一项所述的手控制装置，其特征在于，当由所述把持状态修正部修正所述把持位置或所述姿态的情况下，将基于修正后的所述把持位置及所述姿态的把持模式与由所述形状获取部获取的所述物体的形状关联起来存储于所述存储部。5.根据权利要求1至4中任一项所述的手控制装置，其特征在于，具备所述存储部。6.一种手控制系统，其特征在于，具备：网络；多个权利要求1至5中任一项所述的手控制装置，其经由该网络连接；以及所述存储部，其与所述网络连接。

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