JPS60118480A

JPS60118480A - 力付与装置

Info

Publication number: JPS60118480A
Application number: JP22630183A
Authority: JP
Inventors: 浅川　和雄
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1983-11-30
Filing date: 1983-11-30
Publication date: 1985-06-25
Also published as: JPH0152156B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（３）発明の技術分野本発明は物品処理装置、特に例えば精密機械組立に用い
られる工業用ロボット等の物品処理装置であって、操作
対象物を把持する場合の把持力について、微小力制御を
可能とした物品処理装置に関するものでおる。

（Ｂ）　従来技術と問題点いわゆるＦ／Ａ（７アクトリー・オートメーシａｙ）、
ＦＭＳ（フレキシブル・賃二ファクチャリング・システ
ム）化が進むにつれ、ロボットの生産工程への導入も盛
んになってきている。一方。

微細作業を必要とする例えば牛導体グｐセス、周辺様用
磁気ヘッドの組立て、あるいは軟い食品。

材料の検査等の自動化は、大幅に遅れている状態にある
。これは、高度の知能を持ったロボットにより、自動化
は進められると考えられるが、現時点では２例えばダラ
ムオーダーの微小な力制御のできる四ポットが存在しな
いことに起因する。すなわち、微細部品を扱う微細作業
等の自動化は。

微小力制御のできるロボットがないため、実現が困難で
あった。

例えば、従来の方式では２把持力を制御する場合に、指
の把持部分に圧力センサーを設け、指の開き幅で把持力
を制御するようにされる。この場合２位置制御モードと
力制御モードの２つを作業タイミングに合せて切り換え
る必要があり、切シ換えのタイミングが難しいばかりで
はなく、切り換え時の位置制御モードと力制御モードと
のゲインの差が１把持時の指の移動速度に影譬され、一
定でないため１把持物との接触時に、振動や衝突を起こ
すことになる。従って１把持力を小さな範囲で制御する
ことは不可能に近い。また、制御回路およびセンサにつ
いて９位置制御用と力制御用にそれぞれ２つ必要となり
、コスト高になるという問題かわる。

（Ｃ）　発明の目的と構成本発明は上記問題点の解決を図り、指示した把持力でも
って、操作対象物を把持する微小力制御可能な物品処理
装置を提供することを目的としている。そのため本発明
の物品処理装置Ｕ力付与指令を受け、物品に対し指令さ
れた力を付与する力付与機構を備えた物品処理装置であ
って、前記力付与機構は力を発生する駆動部と、前記駆
動部よりの力で変位し、物品に対し力を付与する力付与
手段と、前記力付与手段の変位に対応した量と前記力付
与指令とを受け、それらの信号に基づいて前記力付与手
段が物品に対して力付与指令に対応した力を付与するよ
うに前記駆動部を制御する駆動制御手段とを含んでなる
ことを特徴とじ柘いる。

またもう一つの本発明は力付与指令を受け、物品に対し
指令された力を付与する力付与機構と。

前記力付与機構を移動せしめる移動機構とを備えた物品
処理装置でおって、前記力付与機構は力を発生する駆動
部と、前記駆動部よりの力で変位し。

物品に対し力を付与する力付与手段と、前記力付与手段
の変位に対応した量と前記力付与指令とを受け、それら
の信号に基づいて前記力付与手段が物品に対して力付与
指令に対応した力を付与するように前記駆動部を制御す
る駆動制御手段とを含んでなることを特徴としている。

また他の本発明は力付与指令を受け、物品に対し指令さ
れた力を付与する力付与機構と、前記力付与機構を移動
せしめる移動機構とを備え、前記力付与機構が力を発生
する駆動部と、前記駆動部よりの力で変位し、物品に対
し力を付与する力付与手段と、前記力付与手段の変位に
対応した量と前記力付与指令とを受け、それらの信号に
基づいて前記力付与手段が物品に対して力付与指令に対
応した力を付与するように前記駆動部を制御する駆動制
御手段とを含んでなる物品処理装置でらって、前記力付
与手段の変位を検出する変位検出手段を備え、前記移動
機構が前記変位検出手段からの変位信号のみに基づいて
駆動されるよう構成されてなることを特徴としている。

（Ｄｌ　発明の実施例第１図は本発明の一実施例構成を示すロボット・ハンド
の断面図、第２図は第１図図示実施例の制御ブロック図
を示す◎ 図中、符号１はロボット・アーム、２はハンド基部、３
−１および３−２は一対の指部、４は平行バネ、５はス
トレインゲージ、６はボイスコイルモータ、７は永久磁
石、８はコイル、９は継鉄。

１０はストッパ、１１は把持対象物を表わす。

指部５−１．５−２は、ロボット・アーム１に装着され
るハンド基部２に、対向して形成され、特に指部３−１
は剛体で形成され、他方の指部３−２は先端部分が一対
の平行バネ４によって支持されるよう形成されている。

平行バネ４は、指部６−２の先端部分の図示０方向への
相対的な変位に対し、復元力を及ばずものである。平行
バネ４のそれぞれ内側にストレインゲージ５が貼付され
。

このストレインゲージ５によって、平行バネ４のたわみ
から、指部６−２の先端部分の）・ンド基部２に対する
相対的な変位が検出可能となっている。

ボイスコイルモータ６は、永久磁石７が取り付けられた
継鉄９であって、ハンド基部２に対して固定された部分
と、指部３−２の先端部分に装着されたコイル８部分と
からなり、コイル８に電流を通電・制御することにより
１図示０方向に指を開閉させることができるようになっ
ている。これにより９把持対象物１１を把持または離脱
する。゛なお、２枚の板状バネ体によって構成される平
行バネ４は、移動方向のみの剛性が低く、他の方向に対
する剛性は比較的高いため２本発明はこれに限定される
わけではないが、バネを用いた１方向への移動ガイドと
して適している。

第１図図示ロボット・ハンドでは、ハンドの開き幅で把
持力を制御するのではなく、ボイスコイルモータ６の発
生力すなわち通電電流の制御により把持力を制御する。

すなわち、センサとしては。

ストレインゲージ５のような、変位を検出するためのセ
ンナを用い９次のように制御する。

本実施例の制御においては、特に。

■　平行バネ４のバネ力を打消すように、変位センサで
おるストレインゲージ５からの信号を正帰還し。

■　把持力指令値は、ボイスコイルモータ６の発生力か
ら算出するようにしている。

ここで９発生力は。

発生力−　ＢＩＩただし、Ｂ：ボイスコイルモータの空隙磁束密度ｌ：ボ
イスコイルモータの巻線数ｉ：ボイスコイルモータの通電電流でらる。この発生力については、ボイスコイルモータ６
の空隙磁束密度Ｂが回転モータの場合とは異なり、動作
範囲で一定であり１発生力の電流に対する直線性が高い
ため計算値と実測値とは良好に一致する。

第１図図示ロボット・ハンドの制御ブロック図を第２図
に示す。電流、速度および変位を各々帰還する形となっ
ている。なお、以下の説明において、パラメータを次の
ように定める。

ｅ：ボイスコイルモータの端子間電圧Ｒ：ボイスコイルモータの端子間抵抗Ｉ：ボイスコイルモータの端子間電流Ｌ：ボイスコイルモータの端子間インダクタンスＢ：ボ
イスコイルモータの空隙磁束密度ｌ：ボイス；イルモー
タのコイル巻線数Ｍ：可動部質量Ｄ＝粘性制動係数に：平行バネのバネ定数Ｘ：平行バネの変位０゜：オペレーショナルアンプの開ループゲイン■ｃ：
電流の帰還ゲインＷ：速度の帰還ゲインＰｅ：変位の帰還グイ／Ｓニラプラス演算子Ｒ（８１：把持指令Ｘ（８１：変位Ｆ（８１：把持力ここで、ボイスコイルモータ６の特性を。

ｅ　−Ｒ１＋Ｌ″−十Ｂｌ　）Ｃ＝・・・・・・（１１
ｉＢｌｉ−Ｍマ＋Ｄｘ十ｋｘ　・・・・・・・・・・・・
・・・（２）とする。

第２図において９把持指令Ｒ（８１から平行バネの変位
Ｘ　（８１への伝達関数をめると。

・・・・・・・・・・・・・・・（３）となる。従って
、Ｒ（８１がステップ状に変化した場合のＸ　（８１の
定常値は。

となる。即ち、この制御システムは上記第（４）式で表
わされ定常位置誤差を持っていることになる。

ここで、一般にＯｃは８０ｄｂ〜１００ｄｂ　と非常に
大きい値であるため、定常位置誤差はほとんどゼロとな
る。このことは９本ロボット・ハンドの制御には好まし
くない。把持物の幅が正確に分っていないと、その幅の
指示誤差により、ボイスコイルモータ６は、低域周波数
帯で第（４）弐に示されるバネ定数を持ったバネとして
作用し大きな力を発生するため２把持力の制御はできな
くなってしまう。

そこで９本実施例では１位！ＩＬＩｉＩ差のゲインを制
御系が安定な範囲で、できるだけ低くシ１位１ｉｖ４差
に起因する発生力を抑える方式をとっている。

すなわち、第（４）式で明らかなように、変位を正帰還
しているため（ｈの符号が負）、上記方式が実現できる
。第（４）式から。

とするように几を調整すればよい。この状態では。

上記第（３）式から明らかなように、指の平行バネのバ
ネ定数があたかも非常に小さくなったかのように見える
。従って８位置誤差に関して、バネによる復元力は非常
に小さくなる。実験では、バネ定数を見かけ上ｏ、　１
（ｆ／ｍ〕　まで落すことができている。これにより、
ハンドの開閉ストロークが±２〔履〕の場合９把持物へ
の最大発生力は、±０．２（５’）と非常に小さな値と
なる。

このような状態で把持力成分のみをＲ（８１として入力
すると、ロボット・ハンドは９把持物の幅によらず±０
．２１７）以内の力誤差で１把持物をつかむことができ
る。また、つかむときとは逆符号の把持指令を与えれば
、一定の力でストッパ１０に接触し、開口状態となる。

以上説明したように本実施例のロボット・ノ１ンドでは
１把持力指令のみの簡単な命令で９把持対象物１１の幅
に影響なく、微小力から大きな力まで自在に把持対象物
１１をつかむことができる。

また、センサは、ストレインゲージ５などの変位センサ
のみであり、構造もシンプルであるため。

低コストである。なお、変位センサの信号により。

把持力を制御することにより、軟い、硬いに拘らず把持
物の幅を計測することもできる。

第１図図示ロボット・ノ１ンドの特にボイスコイルモー
タ６の部分を、第３図図示のように構成することにより
、ロボット・ハンドの小形／軽量化が可能になる。第６
図は１本発明に係る物品処理装置の一実施例分解斜視図
を示す。

図中、符号２ないし５は第１図に対応し、７−１１７−
２ｕ永久磁石でわって、第１図図示継鉄９石７に対応す
るもの、８′はコイルであって、第１図図示コイル８に
対応するもの、？−１．９−２は継鉄であって、第１図
図示継鉄９に対応するもの、１４は端子、１５はボビン
、１６はスペーサ。

１７および１Ｂはネジ穴を表わす。

指部５−１．３−２を開閉させるアクチュエータとして
９例えば第１図に示したような９円筒塵のボイスコイル
モータ６を用いた場合、ボイスコイルモータ６をハンド
の開閉方向に取り付けなければならない。従って、この
場合ハンドを小形／＠量化することが難しい。そこで、
ＩＪ３図に示す如く、平板形のコイル８′および永久磁
石７−１．７−２をハンドの側面に取り付けた形のボイ
スコイルモータを用いる。

永久磁石７−１が取り付けられた継鉄９−１と。

例えばアルミニウム等の非磁性材からなるスペーサ１６
と、永久磁石７−２が取ね付けられた継鉄９−２とは、
ハンド基部２のネジ穴１８にネジ止めされる。一方、ボ
ビン１５に形成された平板形コイル８′は、平行バネ４
によって開閉のために移動する指部５−２の先端側に、
固着される。これによって、端子１４に通電すれば、コ
イル８′および磁気回路の作用により、指部６−２の先
端が。

ハンド開閉方向に力を受けることになる。なお。

第６図図示の如きボイスコイルモータを、ノ・ンドの両
側面に用いるようにしてもよい。

以上のようにボイスコイルモータを平板形コイルにより
実現することにより、スペースセイビングがなされ、ハ
ンドの小形／軽量化が可能になる。

ところで、一般のボイスコイルモータのボビンとしては
、従来、樹脂等のプラスチックを用いるのが通例であっ
た。しかし、ボビンとしてプラスチック等を用いると、
熱伝導率が低く、コイルの発熱により軟化するなどの問
題がある。そこで。

この欠点を解決するため、第３図図示ボビン１５をアル
ミ材で形成する。アルミ材は、軽量で熱伝導率も高く、
また剛性も高いという特徴を持っている。さらに、アル
ミ材は電気伝導率も高いため。

磁界中を移動すると大きな渦電流が誘起するという利点
がらる。この渦電流の誘起は、ボイスコイルモータの粘
性制動係数を増加させる働きをする。

従って、制御系の安定性を高めることができる。

ただし、コイル８′とボビン１５０間の絶縁は、しつか
り取っておく必要がおる。そこで、ボビン１５をアルマ
イト処理すれば、コイル８′の巻線数に影響を与えるこ
となく、良好な絶縁を取ることができる。

以上により、軽量、高剛性、高熱伝導率、高ダンピング
のボビンが安価に実現できる。なお、アルマイトの色は
黒色が望ましい。黒色アルマイト処理されたボビン１５
は、コイルの傷を防止するため、コイル外形に合せた溝
が掘られている。

第４図は第３図図示磁石板の取り付けに関する一実施例
を説明するための図を示す。図中、符号７−１（または
７−２）および？−１（゛または９−２）は、第５図に
対応し、１９は磁石固定板を表わす。

第３図図示ロボット・ハンドのボイスコイルモータでは
、小形／＠量化するため、永久磁石７−１．７−２とし
て２例えば希土類コバルト磁石が用いられる。この磁石
は、高保持力であるため。

磁気回路組上げ後に着磁するのではなく、一般的に着磁
済みのものを組込むようにされる。この場合、第６図に
示すような磁石配置にしようとすると、磁石同士が吸引
または反撥し合うため、磁石の組込み、接着に多大な時
間を浪費することになる。

そこで９例えば第４図に示すように、磁石固定板１９を
用いることにより、永久磁石７−１．７−２の位置出し
を容易にしている。すなわち、磁石固定板１９には、永
久磁石７−１．７−２の外形より若干大きめの角穴が設
けられ、この穴に永久磁石７−１．７−２をはめ込むこ
とにより、継鉄９−１．９−２の面上で磁石位置の位置
出しを行うようにされる。磁石固定板１９は非磁性材で
あれば。

どのような材質のものでもよい。また、磁石固定板１９
の厚さは、磁石の吸引／反撥力による飛び出しを考慮し
て、磁石厚とほぼ同じか、若干薄めがよい・以上のように磁石固定板１９を用いることにより、永久
磁石７−１．７−２の位置出しが容易になり、短時間で
製造できるばかりでなく、永久磁石７−１．７−２と継
鉄９−１．９−２との接着処理も不要となり、大幅にコ
ストダウンできるようになる。

第１図または第３図に示したような、上記ロボット争ハ
ンドは、操作対象物すなわち把持物体が。

はぼ一定の大きさのものでおる場合に、構造も比較的シ
ンプルでおるため、微小力制御可能なグリッパとして、
極めて有用でおる。しかし、ノ）／ドの開閉スパンは、
平行バネ４の長さにもよるが。

例えば４〔調〕程度が限度となり９把持物体の大きさが
変わる場合には、それに対応して、ロボット・ハンドの
交換が必要となる。

第５図はこの点を改良したロボツ）−ハンドの一実施例
斜視図、第６図は第５図図示実施例の制御ブロック図を
示す。図中、３−１および３−２は第１図に対応する指
部、２２はボイスコイルモータのボイスコイル部、２６
はボイスコイルモータの磁気回路部、２４は直流モータ
、２５は角度エンコーダ、２６は送りネジ、２８は把持
力制御部、２９は定電流アンプを表わす。

本実施例においては９把持物体の幅の大小に影響されず
に、指示した把持力でもって、物体を把持できるように
するため、ＩＪ５図図示の如く、一対の指部５−１．３
−２が左右に分割されて設けられる。指部３−１．５−
２の下方には、送りネジ２６を通しており、送りネジ２
６の指部３−１側は。

例えば左ネジ、また指部５−２側は、右ネジになってい
る。このように逆方向にネジを切っていることにより、
送りネジ２６が回転すれば、指部３−１および指部５−
２は、それぞれ反対方向に移動し、スパン可変となる。

送りネジ２６は、比較的小形の直流モータ２４に直結さ
れ、直流モータ２４の回転により、指部移動の力を得る
。直流モータ２４には、角度エンコーダ２５が設けられ
ており、直流モータ２４の回転角を角度エンコーダ２５
で知ることによシ、ハンドのスパン制御が可能になって
いる。

指部５−２の上部先端部分は、第１図および第３図で説
明したような平行バネによって支持されており、指部５
−２の上部に装着されるボイスコイル部２２と、指部３
−２の下部に装着される磁気回路部２６とによって構成
されるボイスコイルモータによって、指部の開閉方向に
力が与えられるようになっている。なお、該ボイスコイ
ルモータの内部構成は、第３図で説明したものと同様に
なっているので詳細な説明を省略する。

第６図において９把持力制御部２８は、第２図に図示し
たものと同様な制御を行うようになっており、一方、ス
パン制御については、スパン入力を定電流アンプ２９を
経て、直流モータ２４に伝達し、角度エンコーダ２５に
よる検出値をフィードバックさせるようになっている。

すなわち、ボイスコイルモータは把持力、直流モータ２
４は把持幅の制御に用いられ９把持物体幅によらずに常
に正確な把持力が制御できるよう罠なっている。

もし、ボイスコイルモータが存在せず、スパン制御を行
う直流モータのみで把持力を制御するとすれば、直流モ
ータ部および送りネジ部等の可動′郁摩擦により、制御
系に不感帯が存在し、そのため９例えば数ノ以下の力制
御は、不可能に近い。

本実施例においては、上記不感帯によるスパン誤差を消
すことができないのは当然間じでおるが。

ボイスコイルモータにより、前述したよりな把持力制御
を行うため、６る範囲内であれば、スパンの変位に影曽
されない力制御が可能となり２例えばスパン誤差が±２
〔麿〕の範囲内でおれば、正確な把持力を制御すること
ができる。

換言すれば１把持物体の幅を例えば±２〔麿〕以内の精
度で与えれば１本実施例のロボット・ノ）ンドは、正確
な把持力で対象物を把持することができる。特にボイス
コイルモータの支持系に摩擦がないため、摩擦力による
外乱に影響されない高精度な力制御が容易に実現で。き
る。

第５図図示実施例において説明したロボット・ハンドに
おいては、ボイスコイルモータによる把持力の制御と、
直流モータ２４によるスパンの制御とを、全く独立に行
うようにされている。これらの制御を関連させて１例え
ば直流モータ２４の制御についても、指部６−２のバネ
体部分に設けられた変位センサからの信号にもとづいて
制御できれば、さらに正確で連応性よい微小力制御が可
能になると考えられる。

第７図は他の本発明の一実施例斜視図、第８図は第７図
図示実施例を説明するための模式図、第９図および第１
０図は第７図図示実施例についての力制御系のブロック
図、第１１図はボイスコイルモータを除いたロボット・
ノ１ンドの一実施例正面図、第１２図は第１１図図示ロ
ボット９ノ・ンドの右側面図、第１３図は第５図図示実
施に線における断面図、第１４図は第１１図図示ロボッ
ト・ハンドにボイスコイルモータを取シ付けた一実施例
正面図、第１５図は第１４図図示ロボット・ノ〜ンドの
右側面図、第１６図はロボツ）−ハンドの指部の一実施
例形状を説明するための図、第１７図および第１８図は
ネジ送り機構ナツト部の一実施例構成を説明するための
図を示す。

第７図ないし第１８図において、符号５−１．３−２．
４．５は第１図に対応し、２２ないし２４は第５図に対
応し、５０はストッパ、３１はべ−ｘ、６２はベアリン
グ、４０は突起部、４１は側７゛板、４５は弾性体、４６はナツト、４７は指部における
メネジ部を表わす。

ｉｓ７図等かられかるように９本実施例のロボット・ハ
ンドは、第５図図示実施例のロボット・ハンドと同様な
外観構成となっている。指部５−１．５−２は切り離さ
れて設けられ、右ネジおよび左ネジが各指部５−１．５
−２に対応して刻まれた送りネジ２６に搭載されている
。この送りネジ２６に直結された直流モータ２４の回転
に従い左右の指は開閉する。指部５−２には平行バネ４
が構成できるように角穴が設けており、そのバネ面に変
位センサとしてストレインゲージ５が貼られている。

この様な構成に於いて、指部３−２に搭載されたボイス
コイルモータが主で、送りネジ２６を回転させる直流モ
ータ２４は従として動作する。即ち。

ボイスコイルモータの変位だけでは、対象物を把持でき
ない場合に、所要スパンとなる様に直流モータ２４が回
転して、所定スパンに制御する。このスパン制御のみで
も力制御できないことはないが９通常、送りネジ２６の
様な移動機構は摩擦が大きいため、制御系に不感帯が存
在し、前述の如く、グラムオーダの力制御は困難となる
。即ち。

移動機構の摩擦力以下の力を制御するには、高度な制御
方式を用いなければならず、制御設計、調整に多大の時
間を必要とすることになる。

本発明によるロボット・ハンドでは、平行バネ４を支持
機構とした指部３−２に把持力を与えるボイスコイルモ
ータと、摩擦が大きく安定に制御できる送りネジ２６を
駆動する直流モータ２４からなるいわゆるハイブリッド
・アクチュエート機構を採用することにより、非常に容
易に微小力制御がなされる。なお、上記ボイスコイルモ
ータは。

ボイスコイル部２２と、磁気回路部２５を有し、第３図
などにおいて前述したボイスコイルモータと同様な構造
をもつ。

次に、ハイブリッド・アクチュエート機構の制御方式を
通して１本実施例の微小力制御メカニズムを説明する。

なお、第９図、第１０図および以下の説明で用いられる
パラメータは、以下の通りである。

’ｏｘ（ｓｌ　：直流モータへの入力Ｕ□（８１：ボイスコイルモータ５の入力Ｓ　：２グラ
ス演算子０□、Ｏｃ：論理演算素子の開ループゲインＤｍ＋Ｄｃ
：粘性制動係数Ｂ　：ボイスコイルモータの空隙磁束密度ｌ　：ボイス
コイルモータの巻線の長さＬｃ：ボイスコイルモータの
インダクタンスＲｃ：ボイスコイルモータの端子間抵抗
Ｉｃ：ボイスコイルモータの電流帰還定数ｖｃ：ボイス
コイルモータの速度帰還定数Ｐｃ：ボイスコイルモータ
の位置帰還定数Ｍｃ：ボイスコイルモータの可動部質量
ｋ　：指部の平行バネのバネ定数Ｘ６：指部の平行バネの変位Ｋｍ：直流モータの誘起電圧定数Ｌｍ：直流モータのインダクタンスＲｍ　：直流モータの端子間抵抗Ｉｏ：直流七−夕の電流帰還定数 ■ｍ＝直流モータの速度帰還定数Ｐｌ：直流モータの位置帰還定数Ｍ、：直流モータの負荷質量からボイスコイルモータの
可動部質量を引いたものＸ＠　：送りネジによる移動変位Ｆｒ（ｓ）　：直流モータ駆動系の摩擦力Ｆ（８１：把
持力本実施例のロボツ）Ｏハンドにおいては、第８図に示す
平行バネ４に貼られたストレインゲージ５により、平行
バネ部の変位量が検知される。第９図に図示した力制御
系のブロック図かられかるように９本制御方式において
は、ボイスコイルモータには、平行バネ４に貼付された
ストレインゲージ５からの変位信号を正帰還し、直流モ
ータ２４には、ボイスコイルモータと同じ平行バネの変
位および速度信号を負帰還するようにしている。すなわ
ち、送りネジ２６の変位を検知せずに、平行バネ４の変
位量のみにより、送りネジ２６による送り量および指部
５−１．５−２による把持力を制御することを特徴とし
ている。上記ボイスコイルモータへの変位信号による正
帰還量は、第２図において説明した例と同様に決められ
る。

このような制御系に、ボイスコイルモータへは。

所要の把持力Ｕｓ（Ｓｌ＋直流モータへはＵｌ（８１な
る入力信号を与え、かつＵｔｌＳｌ−０としておく。ボ
イスコイルモータは９例えば第８図に模式的に示すボイ
スコイル２２′に直結したストッパ３０が、磁気回路部
２３′の固定子に突き当るまで一定力で内側に変位する
。そして、直流モータ２４は、平行バネ４の変位ｘｃが
ゼロとなるように回転する。しかし。

このとき第９図から明らか々ように、直流モータ２４が
いくら回転しても、平行バネ４の変位ｘ１をゼロにする
ことはできない。（７’ｃだし、直流モータ２４の発生
する加速度が非常に大きい場合は除く。）従って、直流
モータ２４は回転を続け、指は内側に向って移動してい
き、スパンが把持対象物の幅になったときに把持対象物
につき当る。

すると、ハンドの運動系が、対象物を把持する前には。

Ｍｃ丸＋（Ｍｍ＋Ｍｃ）Ｗｍ＝　−Ｄｍｉｍ＋ＫｍＩｍ
　−Ｆｒ　”””−・−・ｆａｔＭｅ（’ｘ−＋’ｆｆ
１ｃ）　−−ｋｘｃ　−ＤｃｉＣ＋Ｂ１Ｉｃ　””””
”・・１７１ｒ、Ｊ、　−−Ｒａ＋１．、＋Ｂｍ−Ｋｍ
ｉｍ　・−−−−−−−−−・・ｆｓ）Ｌｃも　−−Ｒ
ｃム＋Ｅ、−１３／丸　・・・・・・・・・・・・　（
９）でめったのが２把持対象物に接触した時点から。

次のように々る。

ＭＩ！ｌ’４−−ｋｘｃ　＋ＢＩ　Ｉｃ　＋ＫｍＩｍ　
−Ｆｒ　−（Ｄｍ＋Ｄｃ）　ｋｇ　”’　””””’　
α１Ｌ−１，、−−Ｒ工Ｉ、、＋Ｅ−−−島　・・・・
・・・・・・・・ＩＬ、ｉ、−−Ｒｃｌ、　十Ｌ　−Ｂ
／文。　・・・・・・・・・・・・　ａ２接触時点を初
期値（時間ｔ−０）とすると、制御システムは、第１０
図図示のようになる。本制御系の伝達関数をめると、以
下のように表わすことができる。ここで、演算増幅器の
開ループゲインは。

０！Ｉｌ謬Ｏｃ中国と仮定している。

＋Ｆｒ（Ｓｌ　・・・・・・・・・・・・・・・Ｑ騰ま
た＋　Ｕｉ（８１−０と設定しておるから、目標人力Ｕ
、（８１，摩擦力ｐｒｔｓ＋および出力Ｘ　（８１の間
には１次の′関係が成り立つ。

・・・・・・・・・・・・・・・　Ｉこの第α荀式から明らかなこととして、以下のことなど
が挙げられる。

■　本制御システムは可観測・可制御でわる。

■　ステップ入力に対し定常位置誤差が生ずる。

■　摩擦の存在により定常位置誤差が生ずる。

■　２台のアクチュエイタが１台のハイブリッドモータ
として制御できる。

すなわち、第０４式の特性は、ボイスコイルモータを用
いない１台の直流モータの場合と同様な特性を表わすも
ので１位置制御としては、改善がみ′ハられない。しか
し、指部が発生している把持力Ｆ″（８１に対する入力
に対する関係は。

と表るため１位置帰還定数Ｐ６をと設定し、系の安定のために帰還している速度の帰還定
数隻をゼロとすれば、　Ｆｆ８１は変位に関係なく、且
つ９時間遅れ及び定常誤差もなく制御できる。即ち、接
触と同時に正確な把持力制御が、直流モータ２４の定常
位置誤差に関係なく、可能となる。又、　′ｖｃをゼロ
としても、ボイスコイルモータの持つ粘性制御（非常に
小さい値）により、系のダンピングはゼロとならず系は
安定である。

上記第ａＱ式を成立させるためには、バネ定数ｋを検出
するセンサの変位に関する線形性が問題に−・なるが、
第８図に示したような平行バネ４は、−りず・方向のみに剛性を弱くすることができる構造を持−′
ち、ストレインゲージ５でも、ねじり等の影響を％’！
　ｆｆ　ｆ　Ｋ・Ｉｆ！＜”＊＊＊“０１−８゜ぐ□で
きる。

′に微小力から大きな力まで制御することが可能となる
。また、若干の誤差はあるにしても、常にバネの変位量
がほとんどゼロの姿勢で把持対象物を把持するため９例
えば送りネジ２６と指部のメネジ部とがこじらずネジの
寿命が長いなどの移動機構の耐久性にも優れている。

さらに９本ロボット・ハンドの応答時間は、上記第１式
および第（１０式から明らかなように、直流モータの位
ｉ帰還定数九で決まる。一般に、　Ｐ−を大きくすると
制御系は不安定となり２発振状態となる。このとき、＊
振力は、この発振を制動するように働く。本力制御系で
は、摩擦による位置誤差は、上述の如く把持力に影響を
与えないため。

系の摩擦力を大きくすることができ、系の摩擦力を適当
に大きくすることにより、系の連応性を向上させること
ができる。特に、移動機構として送りネジ機構を用いれ
ば、ネジによる移動は摩擦が比較的大きいため、系の連
応性向上に有用である。

第７図に図示したロボット・ハンドの正面図および側面
図等は、第１１図ないし第１５図の通りでおる。ここで
、第１１図ないし第１３図はボイスコイルモータ部分を
取り外した状態を示し、第１４図および第１５図はボイ
スコイルモータを装着した状態のものを示している。特
に、指部３−２の外側には、第１１図および第１４図に
示すような突起部４０が設けられる。この突起部４０は
。

送りネジ２６によって、ハンドが開くように移動させら
れると、最終的に、ベース６１に固着された側板４１に
接触するようになっている。

従来のロボット・ハンドにおいては、一般にハンドの開
放を変位指令で行っている。しかし、ハンドの開放を変
位指令で行うと、変位誤差により。

こじりが生じ、好しくない。本実施例においては。

ボイスコイルモータが搭載されている方の指部６−２の
外側にストッパとなる突起部４０が設けられているので
、力制御により、ハンドの開放を行うことができるよう
になっている。すなわち、ハンドの閉じた状態と同じ制
御により、開放の制御を行う。第９図および第１０図の
力制御系のブロック図において、ハンドを開放する場合
に、ハンドを閉じる場合と逆符号の信号をＵ２（８１と
して与える。そうすると、平行バネ４による指部５−２
の外側への変位により、この変位信号が直流モータ２４
０制御系に伝達され、送りネジ２６による移動機構によ
って、ハンドは開放側に移動して行き。

突起部４０が側板４１に接触する。突起部４０が側板４
１に接触して、所定の力で押し付けられた状態になると
、平行バネ４の変位が元に戻り、指部の移動は停止する
。このように、力制御により。

ハンドの開閉制御を行うことができるので、移動機構等
にこし抄の発生がない。

同じ制御原理により、操作対象物を、いわゆる内つかみ
により把持することができる。すなわち。

例えば指部の先端を、第１６図（イ）図示指部５−１’
。

５−２′のようにする。ハンドを閉じた状態から。

例えば第１６図（ロ）図示のような管状の把持対象物１
１′に対し、閉じる場合と逆符号のＵｓ（８１を制御系
に与えれば、第１６図（ロ）に示す如く９把持対象物１
１′を内側から把持する。勿論、指部先端の形状等は、
第１６図に図示したものに限られず９種々の変更が可能
である。

ところで９本実施例のロボット・ノ１ンドにおいて、直
流モータによる移動機構に適当な摩擦がある方がよいこ
とは、前述の通りである。そのため。

送りネジ２６が適しているが、さらに次のようにすると
、なお良い。第１７図、およびその部分断面図である第
１８図に示すように、送りネジ２６についてのナツト部
を、指部の７ネジ部４７．４７’とナラ）４６．４６’
との間に１例えばゴム板ような弾性体４５．４５’を挾
むいわゆるバックラッシュレス構造とする。こうするこ
とにより９弾性体４５によって、ナツト４６および指部
のノネジ部４７は、第１８図図示矢印方向へ力を受け、
送りネジ２６と指部５−１．５−２とのガタ付きが防止
される。また、所定の摩擦力となるような調整も可能と
なる。

第１９図は他の本発明の一実施例を示す図、第２０図は
第１９図図示実施例に用いられる回路の例を示す。

図中、符号５−１．３−２．２２．２５．２４．２６　
は第７図に対応し、５０は角度エンコーダ、５１は信号
ケーブル、５２は電源、５５はオペ・アンプ。

５４はアナログ・デジタル変換器、５５はカウンタ、５
６はプロセッサ（ＣＰＵ）、５７および５８は入出力ボ
ートを表わす。

前述した第７図図示ロボットΦハンドなどにおいては、
操作対象物の幅が未知であっても、対象物を把持するこ
とができる。一方、ロボット・ハンドにより把持した物
体の幅を、ロボットの制御部が検知する必要がめる場合
が少なくない。そこで、第１９図図示の如く、スパン制
御用の直流上−タ２４により回転する軸の一端に、角度
エンコーダ５０を取り付け、また例えば第２０図に示す
ような幅を検知するための回路を設ける。なお。

他の部分については、第７図以下で説明した例と同様で
あるので詳しい説明を省略する。

１Ｂ２０図において、平行バネによる変位量は。

ストレインゲージ５により検出され、オペ・アンプ５５
により増幅されて、アナログ・デジタル変換器５４によ
り、デジタル量に変換される。この値をプロセッサ５６
は、入出力ボート５７を経て読み取ることができる。一
方、角度エンコーダ５０の出力は、信号ケーブル５１を
経て、カウンタ５５を増減させ、プロセッサ５６は、入
出力ボート５８から回転角度量に応じたカクンタ値を読
み取ることができる。

把持物の幅の測定線９次のように行われる。まず、ゼロ
点を検知するため、予め、何もつかまない状態でハンド
を閉じる。そのとき、カウンタ５５をリセットし、かつ
ストレインゲージ５の出力による変位に関する値を記憶
し、初期値とする。次に９幅測定の目的物である把持対
象物を、既述の制御方式により、微小力で把持し、その
ときのカウンタ５５の値と、上記ストレインゲージ５の
変位初期値からのオフセット量とを、予め実験などによ
り定めた換算値を掛けた上で加え合わせる。

こうすることにより１本実施例のロボット・ハンドは、
微小力でもって物体を把持できるので２例えば軟いもの
で６つても容易にその幅を測定することができる。

（Ｅｌ　発明の詳細な説明した如く９本発明によれば９例えばダラムオーダ
ーの任意の微小力でもって、操作対象物を把持すること
が可能になる。しかも９把持物体の幅が一定していない
場合でおっても、所定の安定した力で物体を把持するこ
とができる。従つて９例えば情報処理機器に用いられる
磁気ヘッド。

ＩＣチップ等の微小な部品を取扱うような、従来自動化
が困難であった分野におけるロボットの導入が、広く可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例構成を示すロボット・ハンド
の断面図、第２図は第１図図示実施例の制御ブロック図
、第６図は本発明に係るロボット・ハンドの一実施例分
解斜視図、第４図は第３図図示ロボット・ハンドの一実
施例組立て説明図、第５図は別の本発明に係るロボット
ｐ）・ンドの一実施例斜視図、第６図線第５図図示実施
例の制御ブロック図、第７図は他の本発明の一実施例斜
視図、第８図は第７図図示実施例を説明するための模式
図。第９図および第１０図は第７図図示実施例についての力
制御系のブロック図、第１１図はボイスコイルモータを
除いたロボット・ハンドの一実施例正面図、第１２図は
第１１図図示ロボットΦノ１ンドの右側面図、第１３図
は第１１図図示Ａ−Ａ’線における断面図、第１４図は
第３図図示ロボット・ハンドにボイスコイルモータを取
り付けた一実施例正面図、第１５図は第３図図示ロボッ
トハンドの右側面図、第１６図はロボット・ハンドの指
部の一実施例形状を説明するための図、第１７図および
第１８図はネジ送り機構ナツト部の一実施例構成を説明
するための図、第１９図は他の本発明の一実施例を示す
図、第２０図は第１図図示実施例に用いられる回路の例
を示す。図中、３−１および３−２は指部、４は平行バネ、５は
ストレインゲージ、６はボイスコイルモータ、８はコイ
ル、２２はボイスコイル部、２３は磁気回路部、２４は
直流モータ、２６は送りネジ、４０は突起部、４５は弾
性体、５０は角度エンコーダを表わす。特許出願人　富士通株式会社

Claims

【特許請求の範囲】（１）　力付与指令を受け、物品に対し指令された力を
付与する力付与機構を備えた物品処理装置で心って、前
記力付与機構は力を発生する駆動部と。前記駆動部よりの力で変位し、物品に対し力を付与する
力付与手段と、前記力付与手段の変位に対応した量と前
記力付与指令とを受け、それらの信号に基づいて前記力
付与手段が物品に対して力付与指令に対応した力を付与
するように前記駆動部を制御する駆動制御手段とを含ん
でなることを特徴とする物品処理装置。（２）　前記駆動部は、ボイスコイルモータでおること
を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の物品処理
装置。（３１前記ボイスコイルモータは、少なくとも一対の磁
石板と、平板形コイルとを含んでなることを特徴とする
特許請求の範囲第（２）項記載の物品処理装置。（４）前記ボイスコイルモータのボビンは、アルマイト
処理されたアルミ材で構成されてなることを特徴とする
特許請求の範囲第（２）項または第（３）項記載の物品
処理装置。（５）前記ボイス；イルモータの磁石板は、非磁性体板
に当該磁石板寸法の穴を設け、該非磁性体板の穴に挿入
することにより固定位置を位置出しされてなることを特
徴とする特許請求の範囲第（３）項または第（４）項記
載の物品処理装置。（６）　前記力付与手段は、少なくとも二つの爪部材を
備え、少なくとも一方の前記爪部材の先端部材が当該爪
部材の開閉方向の変位に対して弾性力を発生する弾性部
材により支持されてなることを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項記載の物品処理装置。（７）　前記弾性部材は、平行板ばねであることを特徴
とする特許請求の範囲第（６）項記載の物品処理装置。（８）　力付与指令を受け、物品に対し指令された力を
付与する力付与機構と、前記力付与機構を移動せしめる
移動機構とを備えた物品処理装置でおって、前記力付与
機構は力を発生する駆動部と。前記駆動部よりの力で変位し、物品に対し力を付与する
力付与手段と、前記力付与手段の変位に対応した量と前
記力付与指令とを受け、それらの信号に基づいて前記力
付与手段が物品に対して力付与指令に対応した力を付与
するように前記駆動部を制御する駆動制御手段とを含ん
でなることを特徴とする物品処理装置。（９）　前記駆動部は、ボイスコイルモータでらること
を特徴とする特許請求の範囲第（８）項記載の物品処理
装置。ＩＩ　前記ボイスコイルモータは、少なくとも一対の磁
石板と、平板形コイルとを含んでなることを特徴とする
特許請求の範囲第（９）項記載の物品処理装置。Ｑυ　前記ボイスコイルモータのボビンは、アルマイト
処理されたアルミ材で構成されてなることを特徴とする
特許請求の範囲第（９）項または第叫項記載の物品処理
装置。Ｈ前記ボイスコイルモータの磁石板は、非磁性体板に当
該磁石板寸法の穴を設け、該非磁性体板の穴に挿入する
ことにより固定位置を位置出しされてなることを特徴と
する特許請求の範囲第叫項または第１項記載の物品処理
装置。ａｌ　前記力付与手段は、少なくとも二つの爪部材を備
え、少なくとも一方の前記爪部材の先端部材が尚該爪部
材の開閉方向の変位に対して弾性力を発生する弾性部材
により支持されてなることを特徴とする特許請求の範囲
第（８）項記載の物品処理装置。Ｑ４　前記弾性部材は、平行板はねであることを特徴と
する特許請求の範囲第０１項記載の物品処理装置。１１　力付与指令を受け、物品に対し指令された力を付
与する力付与機構と、前記力付与機構を移動せしめる移
動機構とを備え、前記力付与機構が力を発生する駆動部
と、前記駆動部よりの力で変位し、物品に対し力を付与
する力付与手段と、前記力付与手段の変位に対応した量
と前記力付与指令とを受け、それらの信号に基づいて前
記力付与手段が物品に対して力付与指令に対応した力を
付与するように前記駆動部を制御する駆動制御手段とを
含んでなる物品処理装置でおって、前記力付与手段の変
位を検出する変位検出手段を備え、前記移動機構が前記
変位検出手段からの変位信号のみに基づいて駆動される
よう構成されてなることを特徴とする物品処理装置。Ｑｌ　前記駆動部は、前記変位検出手段からの変位信号
が正帰還され、前記移動機構は、前記変位検出手段から
の変位信号及び速度信号の和を負の入力信号とすること
を特徴とする特許請求の範囲第ａ！９項記載の物品処理
装置。