把持装置の制御装置及び把持装置の制御方法
【課題】高い把持力を維持しつつ、電動モータの消費エネルギーを低減し、高耐久化を実現させる。
【解決手段】ＣＰＵは、把持対象物を把持するのに必要な所定把持力Ｆａを一対のフィンガーに発生させる第１の電流指令値Ｉ１＊を電源部に出力する。電源部は、第１の電流指令値Ｉ１＊に対応する第１の電流値Ｉ１の電流を電動モータに供給する。また、ＣＰＵは、電流指令を歯車減速機のヒステリシス特性に基づき、所定把持力Ｆａが維持される第２の電流指令値Ｉ２＊に減少させる。電源部は、第２の電流指令値Ｉ２＊に対応する第２の電流値Ｉ２の電流を電動モータに供給する。
【解決手段】ＣＰＵは、把持対象物を把持するのに必要な所定把持力Ｆａを一対のフィンガーに発生させる第１の電流指令値Ｉ１＊を電源部に出力する。電源部は、第１の電流指令値Ｉ１＊に対応する第１の電流値Ｉ１の電流を電動モータに供給する。また、ＣＰＵは、電流指令を歯車減速機のヒステリシス特性に基づき、所定把持力Ｆａが維持される第２の電流指令値Ｉ２＊に減少させる。電源部は、第２の電流指令値Ｉ２＊に対応する第２の電流値Ｉ２の電流を電動モータに供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動組立を行う産業用ロボットに適用される把持装置の制御装置及び把持装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ等の小型で複雑な構造をした製品に対する自動化の要求が高まっており、これらの製品に使用される部品は小物部品が多く、多種にわたっている。このような小物部品は、狭いスペースで高速かつ安定して組立が行われる必要があり、これに対応するための把持装置が提案されている（特許文献１参照）。この把持装置は、電動モータと、電動モータの出力軸に固定され、一対の半円形状のカム溝を有するカム部材と、カム部材のカム溝に嵌る駆動ピンを有する一対のフィンガーと、フィンガーをガイドするガイド部と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２３３３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、把持装置では、フィンガーに外力が作用してもその外力でフィンガーが動かないように把持力を維持する必要がある。したがって、把持力を維持するために電動モータに大きな電流を供給する必要があるので、電動モータにより消費される電力が大きくなり、把持／組み付けの動作を繰り返し長時間に亘って行うと、消費エネルギー（消費電力量）が大きくなる問題があった。また、電動モータの消費エネルギーが大きいと、電動モータの発熱量も大きくなり、把持装置の耐久性が低下する可能性があった。
【０００５】
そこで、本発明は、高い把持力を維持しつつ、電動モータの消費エネルギーを低減し、高耐久化を実現させる把持装置の制御装置及び把持装置の制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電動モータと、前記電動モータの出力軸の回転を減速する歯車減速機と、前記歯車減速機の出力軸に設けられた回転直動変換機構により開閉動作して把持対象物を把持する一対のフィンガーと、を有する把持装置の制御装置において、入力した電流指令値に対応する電流値の電流を前記電動モータに供給する電流供給手段と、前記把持対象物を把持するのに必要な所定把持力を前記一対のフィンガーに発生させる第１の電流指令値を前記電流供給手段に出力する第１の電流制御手段と、前記一対のフィンガーに前記把持対象物を把持させた状態で、前記電流供給手段に出力する電流指令値を、前記第１の電流指令値よりも小さく、かつ、前記歯車減速機に起因する、前記電動モータに供給する電流に対する前記一対のフィンガーの把持力のヒステリシス特性に基づき、前記所定把持力が維持される第２の電流指令値に減少させる第２の電流制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明は、電動モータと、前記電動モータの出力軸の回転を減速する歯車減速機と、前記歯車減速機の出力軸に設けられた回転直動変換機構により開閉動作して把持対象物を把持する一対のフィンガーと、を有する把持装置の制御方法において、前記把持対象物を把持するのに必要な所定把持力を前記一対のフィンガーに発生させる第１の電流値の電流を、前記電動モータに供給する第１の工程と、前記第１の工程で前記一対のフィンガーに前記所定把持力を発生させて前記把持対象物を把持させた後、前記電動モータに供給する電流を、前記第１の電流値よりも小さく、かつ、前記歯車減速機に起因する、前記電動モータに供給する電流に対する前記一対のフィンガーの把持力のヒステリシス特性に基づき、前記所定把持力が維持される第２の電流値に減少させる第２の工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、一対のフィンガーにより把持対象物を把持する際に、把持力を維持したまま、歯車減速機のヒステリシス特性に基づいて電動モータに供給する電流を低減させているので、電動モータの消費エネルギーが低減する。したがって、電動モータの発熱量も減り、高耐久化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る把持装置及び制御装置の概略を示す斜視図である。
【図２】把持装置の概略構成を示す説明図であり、（ａ）は、図１に示すＩＩａ−ＩＩａ線に沿う把持装置の断面図、（ｂ）は、歯車減速機の斜視図である。
【図３】制御装置のブロック図である。
【図４】電動モータに供給する電流の電流値に対する、一対のフィンガーの把持力のヒステリシス特性を示す図である。
【図５】制御装置の制御部のＣＰＵによる制御動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る制御装置の制御部のＣＰＵの制御動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態における電動モータに供給する電流の電流値と、エンコーダの出力値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る把持装置及び制御装置の概略を示す斜視図である。図２は、把持装置の概略構成を示す説明図であり、図２（ａ）は、図１に示すＩＩａ−ＩＩａ線に沿う把持装置の断面図、図２（ｂ）は、歯車減速機の斜視図である。図１に示すように、把持装置１と制御装置２とは、ケーブル３によって接続されており、制御装置２は、ケーブル３を介して把持装置１に電流を供給する。図２（ａ）に示すように、把持装置１は、電動モータ１２と、電動モータ１２の出力軸の回転を減速する歯車減速機１１と、を備えている。電動モータ１２に対して歯車減速機１１が配置される側とは反対側には、電動モータ１２の出力軸の回転角度（回転位置）を検出するエンコーダ１３が設けられている。これら電動モータ１２、歯車減速機１１及びエンコーダ１３が筐体１０の内部に収納されている。
【００１２】
電動モータ１２はＡＣサーボモータである。歯車減速機１１は、本第１実施形態では、遊星歯車減速機である。筐体１０は、箱状に形成され、筐体１０の一面が歯車減速機１１の出力軸１１ａを外部に突出させる開口部９ａが形成されたベース部材９で形成されている。
【００１３】
また、把持装置１は、筐体１０の外部に配置された一対（２つ）のフィンガー４，４と、歯車減速機１１と一対のフィンガー４，４との間に配置されたラックアンドピニオン機構で構成される回転直動変換機構５と、を備えている。この回転直動変換機構５は、歯車減速機１１の出力軸１１ａに設けられ、歯車減速機１１の出力軸１１ａの回転運動を一対のフィンガー４，４の直線運動に変換して一対のフィンガー４，４を開閉動作させる。本第１実施形態では、把持対象物Ｗはカメラ等の生産に用いられる小さな部品であり、把持装置１の小型化を図るべく、小型の電動モータ１２を用い、所定把持力を得るために、歯車減速機１１を設けている。各フィンガー４は、ステンレス材や鉄等の弾性特性を有する材料で形成され、把持対象物Ｗを把持するときは、この弾性によって各フィンガー４が撓みつつ把持を行う。
【００１４】
回転直動変換機構５は、図１に示すように、歯車減速機１１の出力軸１１ａに固着されたピニオン６を有している。また、回転直動変換機構５は、一対のフィンガー４の基部にそれぞれ固定され、ピニオン６を間に挟んでピニオン６に噛み合い、ピニオン６の回転運動を直線運動に変換する一対のラック７，７を有している。つまり、一対のラック７，７は、出力軸１１ａの軸心を中心に点対称にピニオン６を挟んで互いに対向して配置されており、ピニオン６の回転運動により互いに反対方向に直線運動する。各ラック７，７とベース部材９との間には、リニアガイド８がそれぞれ配置されている。各リニアガイド８，８は、ラック７，７がピニオン６に噛み合うように、互いに平行にベース部材９に固定されたレール部８ｂ，８ｂと、ラック７，７に固定され、レール部８ｂ，８ｂに沿って摺動するスライダー部８ａ，８ａとを有している。この回転直動変換機構５の構成により、歯車減速機１１の出力軸１１ａの回転と共にピニオン６が回転運動すると、ピニオン６に噛合した一対のラック７，７がレール部８ｂ，８ｂに沿って互いに反対方向に直線運動し、一対のフィンガー４，４が開閉動作する。本第１実施形態では、一対のフィンガー４，４の閉動作により把持対象物Ｗを把持することができ、開動作により把持対象物Ｗの把持を解除することができる。そして、本第１実施形態では、回転直動変換機構５をラックアンドピニオン機構としたので、一対のフィンガー４，４はスムーズに開閉動作し、これにより省電力化が図られている。
【００１５】
エンコーダ１３は、電動モータ１２の出力軸の回転角度を検出し、回転角度に対応する数のパルス信号を出力するが、電動モータ１２の出力軸の回転角度と、一対のフィンガー４，４の開閉位置とは対応関係にある。したがって、エンコーダ１３は、電動モータ１２の出力軸の回転角度を検出することで、一対のフィンガー４，４の開閉位置を検出する検出手段として機能する。
【００１６】
歯車減速機１１は、図２（ｂ）に示すように、電動モータ１２の出力軸に接続される入力軸２４を有している。入力軸２４には太陽歯車２３が固着されており、太陽歯車２３が回転することで、太陽歯車２３に噛み合っている３つの遊星歯車２１，２１，２１が、歯車減速機１１の外装に固定された内歯車２２と噛み合いつつ公転をする。これら３つの遊星歯車２１，２１，２１は一体的に出力軸１１ａに軸受を介して接続されており、電動モータ１２の回転はこれら機構にて減速され出力軸１１ａに出力される。なお、歯車減速機１１は、設定する減速比によって、このような減速機構を複数段（例えば２段〜３段程度）組み合わせて構成してもよい。
【００１７】
図３は、制御装置２のブロック図である。制御装置２は、上述したエンコーダ１３と、エンコーダ１３が出力したパルス信号Ｐを入力し、電流指令値Ｉ＊を出力する制御部３０と、を備えている。つまり、制御部３０には、電動モータ１２の回転角度の情報、つまり一対のフィンガー４，４の開閉位置に対応する数のパルス信号Ｐが入力され、これにより一対のフィンガー４，４の開閉位置が検出される。また、制御装置２は、制御部３０より出力された電流指令値Ｉ＊を入力して、電流指令値Ｉ＊に対応する電流値Ｉの電流を電動モータ１２に供給する電流供給手段としての電源部４０を備えている。制御部３０は、ＣＰＵ３１，ＲＯＭ３２及びＲＡＭ３３を有している。ＲＯＭ３２は、ＣＰＵ３１に把持装置１全体を制御させるための制御プログラムと各種情報とを予めを記憶する記憶手段であり、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２に記憶された制御プログラムに基づいて動作する。なお、記憶手段としてのＲＯＭ３２は、ＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリであるが、記憶手段として、ＲＯＭの代わりにＨＤＤ等であってもよく、記憶媒体は特に限定するものではない。ＲＡＭ３３は、一時的にＣＰＵ３１の演算結果等を記憶する作業領域である。
【００１８】
ここで、一対のフィンガー４，４により把持対象物Ｗを把持したときに、多数の歯車の噛み合わせを持つ歯車減速機１１には負荷がかかる。この負荷が歯車減速機１１の多数の歯車にかかることで各歯車に歪や摩擦が生じ、電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉと一対のフィンガー４，４による把持力Ｆとの関係は、図４に示すようなヒステリシス特性Ｈとなる。つまり、歯車減速機１１に起因して、電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉに対して、一対のフィンガー４，４による把持力Ｆは、図４に示すヒステリシス特性Ｈを持つ。そこで、本第１実施形態では、ＣＰＵ３１は、このヒステリシス特性Ｈに基づいて電源部４０に出力する電流指令値Ｉ＊を制御し、もって電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉを制御する。
【００１９】
以下、ＲＯＭ３２に記憶された制御プログラムに基づくＣＰＵ３１の制御動作について、図５に示すフローチャートに沿って図４を参照しながら説明する。まず、ＣＰＵ３１は、把持対象物Ｗを把持するのに必要な所定把持力Ｆａを一対のフィンガー４，４に発生させる第１の電流指令値（把持指令）Ｉ１＊を電源部４０に出力する（第１の電流制御手段）。第１の電流指令値Ｉ１＊を入力した電源部４０は、第１の電流指令値Ｉ１＊に対応する第１の電流値Ｉ１の電流を電動モータ１２に供給する。つまり、所定把持力Ｆａを一対のフィンガー４，４に発生させる第１の電流値Ｉ１の電流が電動モータ１２に供給される（Ｓ１−１）。これにより、把持対象物Ｗは一対のフィンガー４，４により所定把持力Ｆａで把持される（Ｓ１−２：図４中、点Ａ）。以上のステップＳ１−１，Ｓ１−２が第１の工程である。
【００２０】
次に、ＣＰＵ３１は、一対のフィンガー４，４に把持対象物Ｗを所定把持力Ｆａで把持させた状態で、電源部４０に出力する電流指令値Ｉ＊を第１の電流指令値Ｉ１＊から徐々に下げていく。これにより、電源部４０は、電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉを、第１の電流値Ｉ１から徐々に下げていくこととなる（Ｓ２−１）。このとき、歯車減速機１１に起因するヒステリシス特性Ｈにより、一対のフィンガー４，４の把持力Ｆは、電流値Ｉを下げても所定把持力Ｆａに維持されている（点Ａ−Ａ’間）。次に、ＣＰＵ３１は、電源部４０に出力する電流指令値Ｉ＊を、第１の電流指令値Ｉ１＊よりも小さく、かつ、ヒステリシス特性Ｈに基づき所定把持力Ｆａが維持される第２の電流指令値Ｉ２＊まで減少させ、電流指令値Ｉ＊の減少を停止させる。つまり、電源部４０は、電動モータ１２に供給する電流を、第１の電流値Ｉ１よりも小さく、かつ、ヒステリシス特性Ｈに基づき所定把持力Ｆａが維持される第２の電流値Ｉ２まで減少させ、電流値Ｉの減少を停止させている（Ｓ２−２：図４中、点Ａ’）。これにより、電流指令値Ｉ＊は、第２の電流指令値Ｉ２＊となり、電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉは、第２の電流値Ｉ２となる。以上のステップＳ２−１，Ｓ２−２における制御プログラムに基づいて動作するＣＰＵ３１が、第２の電流制御手段として機能し、これらＳ２−１，Ｓ２−２が第２の工程に対応する。
【００２１】
ここで、第１の電流値Ｉ１及び第２の電流値Ｉ２、即ち第１の電流指令値Ｉ１＊及び第２の電流指令値Ｉ２＊は、把持する部品（把持対象物Ｗ）に合わせて実験等により決める。第１の電流値Ｉ１（第１の電流指令値Ｉ１＊）は、実際に把持対象物Ｗを把持させるのに必要な所定把持力Ｆａとなる電流値（電流指令値）として決定する。第２の電流値Ｉ２（第２の電流指令値Ｉ２＊）は、実験等によるヒステリシス特性Ｈの測定結果に基づいて決定される。具体的に説明すると、第１の電流指令値Ｉ１＊と第２の電流指令値Ｉ２＊との関係が記憶手段であるＲＯＭ３２に予め記憶させている。つまり、第２の電流指令値Ｉ２＊は、予め測定したヒステリシス特性Ｈの情報を用いて設定した固定値である。なお、この第１の電流指令値Ｉ１＊と第２の電流指令値Ｉ２＊との関係は、第１の電流指令値Ｉ１＊に対して第２の電流指令値Ｉ２＊が特定可能であればよく、例えば演算式やテーブル等としてＲＯＭ３２に予め記憶させておけばよい。このＲＯＭ３２に対する記憶動作は、組立の一連のジョブを繰り返し実行する前に、１回だけ行えばよい。また、把持対象物Ｗが特定のものであり、変更の予定がなければ、ＲＯＭ３２は電流指令値Ｉ１＊，Ｉ２＊の書き換えが不能であってもよく、予め電流指令値Ｉ１＊，Ｉ２＊を記憶させておけばよい。
【００２２】
ＣＰＵ３１は、ステップＳ１−１において、ＲＯＭ３２を参照して、第１の電流指令値Ｉ１＊を読み出し、読み出した第１の電流指令値Ｉ１＊まで徐々に増加させて電源部４０に出力する。また、ステップＳ２−１，Ｓ２−２において、ＲＯＭ３２を参照して、第１の電流指令値Ｉ１＊に対する第２の電流指令値Ｉ２＊をＲＯＭ３２から読み出し、その読み出した第２の電流指令値Ｉ２＊まで電流指令値を徐々に減少させて電源部４０に出力する。
【００２３】
以上、本第１実施形態では、一対のフィンガー４，４により把持対象物Ｗを把持する際に、把持力Ｆを所定把持力Ｆａに維持したまま、歯車減速機１１のヒステリシス特性Ｈに基づいて電動モータ１２に供給する電流の電流値ＩをΔＩだけ低減させている。したがって、電動モータ１２に供給する電流の電流値ＩがΔＩ（＝Ｉ１−Ｉ２）低減する分、電動モータ１２の消費電力が低減し、電動モータ１２の消費エネルギー（消費電力量）が低減する。これにより、電動モータ１２の発熱量も減り、把持装置１の高耐久化を実現することが可能となる。
【００２４】
また、本第１実施形態では、電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉを低減させるために、一対のフィンガー４，４が動かないように一対のフィンガー４，４をロックするロック機構を設ける必要がなく、構造が簡単である。したがって、把持装置１の小型化を実現することができる。
【００２５】
［第２実施形態］
上記第１実施形態では、予めヒステリシス特性Ｗを測定し、記憶手段としてのＲＯＭ３２に第２の電流指令値Ｉ２＊を記憶する場合について説明したが、本第２実施形態では、第２の電流指令値Ｉ２＊を自動的に設定する場合について説明する。なお、把持装置の構成は、上記第１実施形態と同様であり、また、制御装置についても、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムが異なる以外は、上記第１実施形態と同様の構成である。したがって、以下、装置の構成については、図１〜図３と同様であり、上記第１実施形態と同様の符号を付して説明する。
【００２６】
図６は、本発明の第２実施形態に係る制御装置の制御部のＣＰＵの制御動作を示すフローチャートである。また、図７は、本発明の第２実施形態における電動モータに供給する電流の電流値と、エンコーダの出力値との関係を示す図である。
【００２７】
ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２に記憶された制御プログラムに基づいて動作する。まず、ＣＰＵ３１は、把持対象物Ｗを把持するのに必要な所定把持力Ｆａを一対のフィンガー４，４に発生させる第１の電流指令値（把持指令）Ｉ１＊を電源部４０に出力する（第１の電流制御手段）。第１の電流指令値Ｉ１＊を入力した電源部４０は、第１の電流指令値Ｉ１＊に対応する第１の電流値Ｉ１の電流を電動モータ１２に供給する。つまり、所定把持力Ｆａを一対のフィンガー４，４に発生させる第１の電流値Ｉ１の電流が電動モータ１２に供給される（Ｓ１−１）。これにより、把持対象物Ｗは一対のフィンガー４，４により所定把持力Ｆａで把持される（Ｓ１−２：図６中、点Ｂ）。以上のステップＳ１−１，Ｓ１−２が第１の工程である。なお、この点Ｂは、図４における点Ａに相当する。
【００２８】
次に、ＣＰＵ３１は、一対のフィンガー４，４に把持対象物Ｗを把持させた状態で、電源部４０に出力する電流指令値Ｉ＊を第１の電流指令値Ｉ１＊から徐々に下げていく。これにより、電源部４０は、電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉを、第１の電流値Ｉ１から徐々に下げていくこととなる（Ｓ２−１）。このとき、歯車減速機１１に起因するヒステリシス特性Ｈにより、一対のフィンガー４，４の把持力Ｆは、電流値Ｉを下げても所定把持力Ｆａに維持されている（点Ｂ−Ｂ’間）。
【００２９】
ここで、電動モータ１２の出力軸の回転角度、即ち一対のフィンガー４，４の開閉位置を検出するが（Ｓ２−２’：検出工程）、ＣＰＵ３１は、エンコーダ１３の出力値が微小変化量ΔＰ動いたか否かを判断する（Ｓ２−３’）。つまり、このステップＳ２−３’でＣＰＵ３１は、第１の電流指令値Ｉ１＊に対応する第１の電流値Ｉ１の電流を電動モータ１２に供給したときのフィンガー４，４の開閉位置を基準にフィンガー４，４が予め定めた所定量開方向に変位したか否かを判断する。ここで、検出工程では、エンコーダ１３により一対のフィンガー４，４の開閉位置が検出されるが、その検出結果として、パルスが出力される。したがって、ＣＰＵ３１は、エンコーダ１３から出力値（パルス数）を得ることで、ステップＳ２−３’の判断をする。エンコーダ１３による検出動作は、図６中、ステップＳ２−１の後としているが、常時又は所定のサンプリング間隔で行われる。そして、電流を下げていく過程で、エンコーダ１３の出力値が監視されているが、ステップＳ２−３’の判断結果がＮＯの場合、エンコーダ１３の出力値（パルス数）は値Ｐ１で、一対のフィンガー４，４が動かないままの状態となっている。したがって、ステップＳ２−１に戻り、電流値Ｉが下げられる。
【００３０】
このように、ＣＰＵ３１は、第１の電流指令値Ｉ１＊から徐々に電流指令値Ｉ＊を減少させて、電動モータ１２に供給する電流の電流値を第１の電流値Ｉ１から徐々に減少させている。そして、エンコーダ１３の出力値が微小変化量ΔＰ変動したとき（Ｓ２−３’：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉを第２の電流値Ｉ２として（Ｓ２−４’）、電流を下げるのを止める（Ｓ２−５’）。このとき図７においては点Ｂ’’となる。つまり、ここで決められた第２の電流値Ｉ２は、図７におけるヒステリシス特性Ｈにおいて把持力Ｆで保持できる最小の電流値となる。
【００３１】
具体的に説明すると、ＣＰＵ３１は、第１の電流指令値Ｉ１＊に対応する第１の電流値Ｉ１の電流を電動モータ１２に供給したときのフィンガー４，４の開閉位置を基準位置としている。そして、ＣＰＵ３１は、第１の電流指令値Ｉ１＊から電流指令値Ｉ＊を下げていき、電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉを徐々に下げていく。そして、ＣＰＵ３１は、基準位置からフィンガー４，４が予め定めた所定量、開方向に変位したのをエンコーダ１３が検出した場合に出力している電流指令値Ｉ＊を第２の電流指令値Ｉ２＊として、電流指令値の減少を停止する。ここで、フィンガー４，４の基準位置におけるエンコーダ１３の出力値をＰ１とすると、フィンガー４，４の変位する所定量は、エンコーダ１３から出力される出力値（パルス数）Ｐ１からの微小変化量ΔＰに対応する。これにより、電源部４０は、一対のフィンガー４，４を所定把持力Ｆａに維持したまま、電動モータ１２に供給する電流を第２の電流値Ｉ２に低下させている。以上のステップＳ２−１，Ｓ２−３’，Ｓ２−４’，Ｓ２−５’における制御プログラムに基づいて動作するＣＰＵ３１が、第２の電流制御手段として機能し、これらステップが第２の工程に対応する。
【００３２】
ここで、エンコーダ１３の出力値における微小変化量ΔＰは数パルス程度であり、この数パルス程度の位置変化でフィンガー４，４での把持力Ｆは、ほとんど変化しない。例えば、歯車減速機１１の減速比を１／１００、エンコーダ１３に２００ｐｐｒのエンコーダを構成したとする。４逓倍で使用したとすると、回転直動変換機構５のピニオン６の出力軸での検出分解能は８００００ｐｐｒとなる。ピニオン６のピッチ円直径Ｄｐとすると、回転運動を直線運動に変換後の直線運動での分解能は、およそＤｐ×π／８００００となる。Ｄｐが仮に１０ｍｍとすると、ラックアンドピニオンによる直線運動変換後の位置での分解能に換算すると約０．０００４ｍｍで、ΔＰを５パルスとしても０．００２ｍｍとなる。フィンガー４，４の開閉位置で、把持力Ｆ＝１０Ｎで把持対象物Ｗを把持する場合、エンコーダ１３の位置での５パルスは、フィンガー４，４で０．００２ｍｍ程度にしかならず、把持力１０Ｎはほぼ変化しない。したがって、一対のフィンガー４，４により把持対象物Ｗを把持する把持力Ｆは、所定把持力Ｆａに維持される。但し、このΔＰのパルス数は把持する把持対象物Ｗ（部品）や、把持装置１に構成される歯車減速機１１、エンコーダ１３の仕様によって変わり、前記数値によって限定されるものではない。
【００３３】
以上説明したように、本第２実施形態では、このエンコーダ１３の出力値の微小変化量ΔＰを見ることで、予めヒステリシス特性Ｈを測定する必要がなく、最小となる第２の電流値Ｉ２を自動的に設定することができる。これにより、把持する把持対象物Ｗ（部品）が変わっても自動的に消費エネルギー（消費電力量）を最小化することが可能となる。
【００３４】
なお、上記実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記実施形態では、歯車減速機１１が遊星歯車減速機の場合について説明したが、これに限定するものではなく、波動歯車減速機（所謂、ハーモニックドライブ（登録商標））であってもよい。この波動歯車減速機でも上述したようなヒステリシス特性が発生するので、波動歯車減速機においても上記実施形態における制御が適用可能である。
【００３５】
また、上記実施形態では、回転直動変換機構として、ラックアンドピニオン機構の場合について説明したが、これに限らず、回転運動を直線運動に変換できればよく、例えばカム機構であってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１ 把持装置
２ 制御装置
４ フィンガー
５ 回転直動変換機構
６ ピニオン
７ ラック
１１ 歯車減速機
１２ 電動モータ
３０ 制御部
３１ ＣＰＵ（第１の電流制御手段，第２の電流制御手段）
３２ ＲＯＭ（記憶手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動組立を行う産業用ロボットに適用される把持装置の制御装置及び把持装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ等の小型で複雑な構造をした製品に対する自動化の要求が高まっており、これらの製品に使用される部品は小物部品が多く、多種にわたっている。このような小物部品は、狭いスペースで高速かつ安定して組立が行われる必要があり、これに対応するための把持装置が提案されている（特許文献１参照）。この把持装置は、電動モータと、電動モータの出力軸に固定され、一対の半円形状のカム溝を有するカム部材と、カム部材のカム溝に嵌る駆動ピンを有する一対のフィンガーと、フィンガーをガイドするガイド部と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２３３３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、把持装置では、フィンガーに外力が作用してもその外力でフィンガーが動かないように把持力を維持する必要がある。したがって、把持力を維持するために電動モータに大きな電流を供給する必要があるので、電動モータにより消費される電力が大きくなり、把持／組み付けの動作を繰り返し長時間に亘って行うと、消費エネルギー（消費電力量）が大きくなる問題があった。また、電動モータの消費エネルギーが大きいと、電動モータの発熱量も大きくなり、把持装置の耐久性が低下する可能性があった。
【０００５】
そこで、本発明は、高い把持力を維持しつつ、電動モータの消費エネルギーを低減し、高耐久化を実現させる把持装置の制御装置及び把持装置の制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電動モータと、前記電動モータの出力軸の回転を減速する歯車減速機と、前記歯車減速機の出力軸に設けられた回転直動変換機構により開閉動作して把持対象物を把持する一対のフィンガーと、を有する把持装置の制御装置において、入力した電流指令値に対応する電流値の電流を前記電動モータに供給する電流供給手段と、前記把持対象物を把持するのに必要な所定把持力を前記一対のフィンガーに発生させる第１の電流指令値を前記電流供給手段に出力する第１の電流制御手段と、前記一対のフィンガーに前記把持対象物を把持させた状態で、前記電流供給手段に出力する電流指令値を、前記第１の電流指令値よりも小さく、かつ、前記歯車減速機に起因する、前記電動モータに供給する電流に対する前記一対のフィンガーの把持力のヒステリシス特性に基づき、前記所定把持力が維持される第２の電流指令値に減少させる第２の電流制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明は、電動モータと、前記電動モータの出力軸の回転を減速する歯車減速機と、前記歯車減速機の出力軸に設けられた回転直動変換機構により開閉動作して把持対象物を把持する一対のフィンガーと、を有する把持装置の制御方法において、前記把持対象物を把持するのに必要な所定把持力を前記一対のフィンガーに発生させる第１の電流値の電流を、前記電動モータに供給する第１の工程と、前記第１の工程で前記一対のフィンガーに前記所定把持力を発生させて前記把持対象物を把持させた後、前記電動モータに供給する電流を、前記第１の電流値よりも小さく、かつ、前記歯車減速機に起因する、前記電動モータに供給する電流に対する前記一対のフィンガーの把持力のヒステリシス特性に基づき、前記所定把持力が維持される第２の電流値に減少させる第２の工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、一対のフィンガーにより把持対象物を把持する際に、把持力を維持したまま、歯車減速機のヒステリシス特性に基づいて電動モータに供給する電流を低減させているので、電動モータの消費エネルギーが低減する。したがって、電動モータの発熱量も減り、高耐久化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る把持装置及び制御装置の概略を示す斜視図である。
【図２】把持装置の概略構成を示す説明図であり、（ａ）は、図１に示すＩＩａ−ＩＩａ線に沿う把持装置の断面図、（ｂ）は、歯車減速機の斜視図である。
【図３】制御装置のブロック図である。
【図４】電動モータに供給する電流の電流値に対する、一対のフィンガーの把持力のヒステリシス特性を示す図である。
【図５】制御装置の制御部のＣＰＵによる制御動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る制御装置の制御部のＣＰＵの制御動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態における電動モータに供給する電流の電流値と、エンコーダの出力値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る把持装置及び制御装置の概略を示す斜視図である。図２は、把持装置の概略構成を示す説明図であり、図２（ａ）は、図１に示すＩＩａ−ＩＩａ線に沿う把持装置の断面図、図２（ｂ）は、歯車減速機の斜視図である。図１に示すように、把持装置１と制御装置２とは、ケーブル３によって接続されており、制御装置２は、ケーブル３を介して把持装置１に電流を供給する。図２（ａ）に示すように、把持装置１は、電動モータ１２と、電動モータ１２の出力軸の回転を減速する歯車減速機１１と、を備えている。電動モータ１２に対して歯車減速機１１が配置される側とは反対側には、電動モータ１２の出力軸の回転角度（回転位置）を検出するエンコーダ１３が設けられている。これら電動モータ１２、歯車減速機１１及びエンコーダ１３が筐体１０の内部に収納されている。
【００１２】
電動モータ１２はＡＣサーボモータである。歯車減速機１１は、本第１実施形態では、遊星歯車減速機である。筐体１０は、箱状に形成され、筐体１０の一面が歯車減速機１１の出力軸１１ａを外部に突出させる開口部９ａが形成されたベース部材９で形成されている。
【００１３】
また、把持装置１は、筐体１０の外部に配置された一対（２つ）のフィンガー４，４と、歯車減速機１１と一対のフィンガー４，４との間に配置されたラックアンドピニオン機構で構成される回転直動変換機構５と、を備えている。この回転直動変換機構５は、歯車減速機１１の出力軸１１ａに設けられ、歯車減速機１１の出力軸１１ａの回転運動を一対のフィンガー４，４の直線運動に変換して一対のフィンガー４，４を開閉動作させる。本第１実施形態では、把持対象物Ｗはカメラ等の生産に用いられる小さな部品であり、把持装置１の小型化を図るべく、小型の電動モータ１２を用い、所定把持力を得るために、歯車減速機１１を設けている。各フィンガー４は、ステンレス材や鉄等の弾性特性を有する材料で形成され、把持対象物Ｗを把持するときは、この弾性によって各フィンガー４が撓みつつ把持を行う。
【００１４】
回転直動変換機構５は、図１に示すように、歯車減速機１１の出力軸１１ａに固着されたピニオン６を有している。また、回転直動変換機構５は、一対のフィンガー４の基部にそれぞれ固定され、ピニオン６を間に挟んでピニオン６に噛み合い、ピニオン６の回転運動を直線運動に変換する一対のラック７，７を有している。つまり、一対のラック７，７は、出力軸１１ａの軸心を中心に点対称にピニオン６を挟んで互いに対向して配置されており、ピニオン６の回転運動により互いに反対方向に直線運動する。各ラック７，７とベース部材９との間には、リニアガイド８がそれぞれ配置されている。各リニアガイド８，８は、ラック７，７がピニオン６に噛み合うように、互いに平行にベース部材９に固定されたレール部８ｂ，８ｂと、ラック７，７に固定され、レール部８ｂ，８ｂに沿って摺動するスライダー部８ａ，８ａとを有している。この回転直動変換機構５の構成により、歯車減速機１１の出力軸１１ａの回転と共にピニオン６が回転運動すると、ピニオン６に噛合した一対のラック７，７がレール部８ｂ，８ｂに沿って互いに反対方向に直線運動し、一対のフィンガー４，４が開閉動作する。本第１実施形態では、一対のフィンガー４，４の閉動作により把持対象物Ｗを把持することができ、開動作により把持対象物Ｗの把持を解除することができる。そして、本第１実施形態では、回転直動変換機構５をラックアンドピニオン機構としたので、一対のフィンガー４，４はスムーズに開閉動作し、これにより省電力化が図られている。
【００１５】
エンコーダ１３は、電動モータ１２の出力軸の回転角度を検出し、回転角度に対応する数のパルス信号を出力するが、電動モータ１２の出力軸の回転角度と、一対のフィンガー４，４の開閉位置とは対応関係にある。したがって、エンコーダ１３は、電動モータ１２の出力軸の回転角度を検出することで、一対のフィンガー４，４の開閉位置を検出する検出手段として機能する。
【００１６】
歯車減速機１１は、図２（ｂ）に示すように、電動モータ１２の出力軸に接続される入力軸２４を有している。入力軸２４には太陽歯車２３が固着されており、太陽歯車２３が回転することで、太陽歯車２３に噛み合っている３つの遊星歯車２１，２１，２１が、歯車減速機１１の外装に固定された内歯車２２と噛み合いつつ公転をする。これら３つの遊星歯車２１，２１，２１は一体的に出力軸１１ａに軸受を介して接続されており、電動モータ１２の回転はこれら機構にて減速され出力軸１１ａに出力される。なお、歯車減速機１１は、設定する減速比によって、このような減速機構を複数段（例えば２段〜３段程度）組み合わせて構成してもよい。
【００１７】
図３は、制御装置２のブロック図である。制御装置２は、上述したエンコーダ１３と、エンコーダ１３が出力したパルス信号Ｐを入力し、電流指令値Ｉ＊を出力する制御部３０と、を備えている。つまり、制御部３０には、電動モータ１２の回転角度の情報、つまり一対のフィンガー４，４の開閉位置に対応する数のパルス信号Ｐが入力され、これにより一対のフィンガー４，４の開閉位置が検出される。また、制御装置２は、制御部３０より出力された電流指令値Ｉ＊を入力して、電流指令値Ｉ＊に対応する電流値Ｉの電流を電動モータ１２に供給する電流供給手段としての電源部４０を備えている。制御部３０は、ＣＰＵ３１，ＲＯＭ３２及びＲＡＭ３３を有している。ＲＯＭ３２は、ＣＰＵ３１に把持装置１全体を制御させるための制御プログラムと各種情報とを予めを記憶する記憶手段であり、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２に記憶された制御プログラムに基づいて動作する。なお、記憶手段としてのＲＯＭ３２は、ＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリであるが、記憶手段として、ＲＯＭの代わりにＨＤＤ等であってもよく、記憶媒体は特に限定するものではない。ＲＡＭ３３は、一時的にＣＰＵ３１の演算結果等を記憶する作業領域である。
【００１８】
ここで、一対のフィンガー４，４により把持対象物Ｗを把持したときに、多数の歯車の噛み合わせを持つ歯車減速機１１には負荷がかかる。この負荷が歯車減速機１１の多数の歯車にかかることで各歯車に歪や摩擦が生じ、電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉと一対のフィンガー４，４による把持力Ｆとの関係は、図４に示すようなヒステリシス特性Ｈとなる。つまり、歯車減速機１１に起因して、電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉに対して、一対のフィンガー４，４による把持力Ｆは、図４に示すヒステリシス特性Ｈを持つ。そこで、本第１実施形態では、ＣＰＵ３１は、このヒステリシス特性Ｈに基づいて電源部４０に出力する電流指令値Ｉ＊を制御し、もって電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉを制御する。
【００１９】
以下、ＲＯＭ３２に記憶された制御プログラムに基づくＣＰＵ３１の制御動作について、図５に示すフローチャートに沿って図４を参照しながら説明する。まず、ＣＰＵ３１は、把持対象物Ｗを把持するのに必要な所定把持力Ｆａを一対のフィンガー４，４に発生させる第１の電流指令値（把持指令）Ｉ１＊を電源部４０に出力する（第１の電流制御手段）。第１の電流指令値Ｉ１＊を入力した電源部４０は、第１の電流指令値Ｉ１＊に対応する第１の電流値Ｉ１の電流を電動モータ１２に供給する。つまり、所定把持力Ｆａを一対のフィンガー４，４に発生させる第１の電流値Ｉ１の電流が電動モータ１２に供給される（Ｓ１−１）。これにより、把持対象物Ｗは一対のフィンガー４，４により所定把持力Ｆａで把持される（Ｓ１−２：図４中、点Ａ）。以上のステップＳ１−１，Ｓ１−２が第１の工程である。
【００２０】
次に、ＣＰＵ３１は、一対のフィンガー４，４に把持対象物Ｗを所定把持力Ｆａで把持させた状態で、電源部４０に出力する電流指令値Ｉ＊を第１の電流指令値Ｉ１＊から徐々に下げていく。これにより、電源部４０は、電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉを、第１の電流値Ｉ１から徐々に下げていくこととなる（Ｓ２−１）。このとき、歯車減速機１１に起因するヒステリシス特性Ｈにより、一対のフィンガー４，４の把持力Ｆは、電流値Ｉを下げても所定把持力Ｆａに維持されている（点Ａ−Ａ’間）。次に、ＣＰＵ３１は、電源部４０に出力する電流指令値Ｉ＊を、第１の電流指令値Ｉ１＊よりも小さく、かつ、ヒステリシス特性Ｈに基づき所定把持力Ｆａが維持される第２の電流指令値Ｉ２＊まで減少させ、電流指令値Ｉ＊の減少を停止させる。つまり、電源部４０は、電動モータ１２に供給する電流を、第１の電流値Ｉ１よりも小さく、かつ、ヒステリシス特性Ｈに基づき所定把持力Ｆａが維持される第２の電流値Ｉ２まで減少させ、電流値Ｉの減少を停止させている（Ｓ２−２：図４中、点Ａ’）。これにより、電流指令値Ｉ＊は、第２の電流指令値Ｉ２＊となり、電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉは、第２の電流値Ｉ２となる。以上のステップＳ２−１，Ｓ２−２における制御プログラムに基づいて動作するＣＰＵ３１が、第２の電流制御手段として機能し、これらＳ２−１，Ｓ２−２が第２の工程に対応する。
【００２１】
ここで、第１の電流値Ｉ１及び第２の電流値Ｉ２、即ち第１の電流指令値Ｉ１＊及び第２の電流指令値Ｉ２＊は、把持する部品（把持対象物Ｗ）に合わせて実験等により決める。第１の電流値Ｉ１（第１の電流指令値Ｉ１＊）は、実際に把持対象物Ｗを把持させるのに必要な所定把持力Ｆａとなる電流値（電流指令値）として決定する。第２の電流値Ｉ２（第２の電流指令値Ｉ２＊）は、実験等によるヒステリシス特性Ｈの測定結果に基づいて決定される。具体的に説明すると、第１の電流指令値Ｉ１＊と第２の電流指令値Ｉ２＊との関係が記憶手段であるＲＯＭ３２に予め記憶させている。つまり、第２の電流指令値Ｉ２＊は、予め測定したヒステリシス特性Ｈの情報を用いて設定した固定値である。なお、この第１の電流指令値Ｉ１＊と第２の電流指令値Ｉ２＊との関係は、第１の電流指令値Ｉ１＊に対して第２の電流指令値Ｉ２＊が特定可能であればよく、例えば演算式やテーブル等としてＲＯＭ３２に予め記憶させておけばよい。このＲＯＭ３２に対する記憶動作は、組立の一連のジョブを繰り返し実行する前に、１回だけ行えばよい。また、把持対象物Ｗが特定のものであり、変更の予定がなければ、ＲＯＭ３２は電流指令値Ｉ１＊，Ｉ２＊の書き換えが不能であってもよく、予め電流指令値Ｉ１＊，Ｉ２＊を記憶させておけばよい。
【００２２】
ＣＰＵ３１は、ステップＳ１−１において、ＲＯＭ３２を参照して、第１の電流指令値Ｉ１＊を読み出し、読み出した第１の電流指令値Ｉ１＊まで徐々に増加させて電源部４０に出力する。また、ステップＳ２−１，Ｓ２−２において、ＲＯＭ３２を参照して、第１の電流指令値Ｉ１＊に対する第２の電流指令値Ｉ２＊をＲＯＭ３２から読み出し、その読み出した第２の電流指令値Ｉ２＊まで電流指令値を徐々に減少させて電源部４０に出力する。
【００２３】
以上、本第１実施形態では、一対のフィンガー４，４により把持対象物Ｗを把持する際に、把持力Ｆを所定把持力Ｆａに維持したまま、歯車減速機１１のヒステリシス特性Ｈに基づいて電動モータ１２に供給する電流の電流値ＩをΔＩだけ低減させている。したがって、電動モータ１２に供給する電流の電流値ＩがΔＩ（＝Ｉ１−Ｉ２）低減する分、電動モータ１２の消費電力が低減し、電動モータ１２の消費エネルギー（消費電力量）が低減する。これにより、電動モータ１２の発熱量も減り、把持装置１の高耐久化を実現することが可能となる。
【００２４】
また、本第１実施形態では、電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉを低減させるために、一対のフィンガー４，４が動かないように一対のフィンガー４，４をロックするロック機構を設ける必要がなく、構造が簡単である。したがって、把持装置１の小型化を実現することができる。
【００２５】
［第２実施形態］
上記第１実施形態では、予めヒステリシス特性Ｗを測定し、記憶手段としてのＲＯＭ３２に第２の電流指令値Ｉ２＊を記憶する場合について説明したが、本第２実施形態では、第２の電流指令値Ｉ２＊を自動的に設定する場合について説明する。なお、把持装置の構成は、上記第１実施形態と同様であり、また、制御装置についても、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムが異なる以外は、上記第１実施形態と同様の構成である。したがって、以下、装置の構成については、図１〜図３と同様であり、上記第１実施形態と同様の符号を付して説明する。
【００２６】
図６は、本発明の第２実施形態に係る制御装置の制御部のＣＰＵの制御動作を示すフローチャートである。また、図７は、本発明の第２実施形態における電動モータに供給する電流の電流値と、エンコーダの出力値との関係を示す図である。
【００２７】
ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２に記憶された制御プログラムに基づいて動作する。まず、ＣＰＵ３１は、把持対象物Ｗを把持するのに必要な所定把持力Ｆａを一対のフィンガー４，４に発生させる第１の電流指令値（把持指令）Ｉ１＊を電源部４０に出力する（第１の電流制御手段）。第１の電流指令値Ｉ１＊を入力した電源部４０は、第１の電流指令値Ｉ１＊に対応する第１の電流値Ｉ１の電流を電動モータ１２に供給する。つまり、所定把持力Ｆａを一対のフィンガー４，４に発生させる第１の電流値Ｉ１の電流が電動モータ１２に供給される（Ｓ１−１）。これにより、把持対象物Ｗは一対のフィンガー４，４により所定把持力Ｆａで把持される（Ｓ１−２：図６中、点Ｂ）。以上のステップＳ１−１，Ｓ１−２が第１の工程である。なお、この点Ｂは、図４における点Ａに相当する。
【００２８】
次に、ＣＰＵ３１は、一対のフィンガー４，４に把持対象物Ｗを把持させた状態で、電源部４０に出力する電流指令値Ｉ＊を第１の電流指令値Ｉ１＊から徐々に下げていく。これにより、電源部４０は、電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉを、第１の電流値Ｉ１から徐々に下げていくこととなる（Ｓ２−１）。このとき、歯車減速機１１に起因するヒステリシス特性Ｈにより、一対のフィンガー４，４の把持力Ｆは、電流値Ｉを下げても所定把持力Ｆａに維持されている（点Ｂ−Ｂ’間）。
【００２９】
ここで、電動モータ１２の出力軸の回転角度、即ち一対のフィンガー４，４の開閉位置を検出するが（Ｓ２−２’：検出工程）、ＣＰＵ３１は、エンコーダ１３の出力値が微小変化量ΔＰ動いたか否かを判断する（Ｓ２−３’）。つまり、このステップＳ２−３’でＣＰＵ３１は、第１の電流指令値Ｉ１＊に対応する第１の電流値Ｉ１の電流を電動モータ１２に供給したときのフィンガー４，４の開閉位置を基準にフィンガー４，４が予め定めた所定量開方向に変位したか否かを判断する。ここで、検出工程では、エンコーダ１３により一対のフィンガー４，４の開閉位置が検出されるが、その検出結果として、パルスが出力される。したがって、ＣＰＵ３１は、エンコーダ１３から出力値（パルス数）を得ることで、ステップＳ２−３’の判断をする。エンコーダ１３による検出動作は、図６中、ステップＳ２−１の後としているが、常時又は所定のサンプリング間隔で行われる。そして、電流を下げていく過程で、エンコーダ１３の出力値が監視されているが、ステップＳ２−３’の判断結果がＮＯの場合、エンコーダ１３の出力値（パルス数）は値Ｐ１で、一対のフィンガー４，４が動かないままの状態となっている。したがって、ステップＳ２−１に戻り、電流値Ｉが下げられる。
【００３０】
このように、ＣＰＵ３１は、第１の電流指令値Ｉ１＊から徐々に電流指令値Ｉ＊を減少させて、電動モータ１２に供給する電流の電流値を第１の電流値Ｉ１から徐々に減少させている。そして、エンコーダ１３の出力値が微小変化量ΔＰ変動したとき（Ｓ２−３’：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉを第２の電流値Ｉ２として（Ｓ２−４’）、電流を下げるのを止める（Ｓ２−５’）。このとき図７においては点Ｂ’’となる。つまり、ここで決められた第２の電流値Ｉ２は、図７におけるヒステリシス特性Ｈにおいて把持力Ｆで保持できる最小の電流値となる。
【００３１】
具体的に説明すると、ＣＰＵ３１は、第１の電流指令値Ｉ１＊に対応する第１の電流値Ｉ１の電流を電動モータ１２に供給したときのフィンガー４，４の開閉位置を基準位置としている。そして、ＣＰＵ３１は、第１の電流指令値Ｉ１＊から電流指令値Ｉ＊を下げていき、電動モータ１２に供給する電流の電流値Ｉを徐々に下げていく。そして、ＣＰＵ３１は、基準位置からフィンガー４，４が予め定めた所定量、開方向に変位したのをエンコーダ１３が検出した場合に出力している電流指令値Ｉ＊を第２の電流指令値Ｉ２＊として、電流指令値の減少を停止する。ここで、フィンガー４，４の基準位置におけるエンコーダ１３の出力値をＰ１とすると、フィンガー４，４の変位する所定量は、エンコーダ１３から出力される出力値（パルス数）Ｐ１からの微小変化量ΔＰに対応する。これにより、電源部４０は、一対のフィンガー４，４を所定把持力Ｆａに維持したまま、電動モータ１２に供給する電流を第２の電流値Ｉ２に低下させている。以上のステップＳ２−１，Ｓ２−３’，Ｓ２−４’，Ｓ２−５’における制御プログラムに基づいて動作するＣＰＵ３１が、第２の電流制御手段として機能し、これらステップが第２の工程に対応する。
【００３２】
ここで、エンコーダ１３の出力値における微小変化量ΔＰは数パルス程度であり、この数パルス程度の位置変化でフィンガー４，４での把持力Ｆは、ほとんど変化しない。例えば、歯車減速機１１の減速比を１／１００、エンコーダ１３に２００ｐｐｒのエンコーダを構成したとする。４逓倍で使用したとすると、回転直動変換機構５のピニオン６の出力軸での検出分解能は８００００ｐｐｒとなる。ピニオン６のピッチ円直径Ｄｐとすると、回転運動を直線運動に変換後の直線運動での分解能は、およそＤｐ×π／８００００となる。Ｄｐが仮に１０ｍｍとすると、ラックアンドピニオンによる直線運動変換後の位置での分解能に換算すると約０．０００４ｍｍで、ΔＰを５パルスとしても０．００２ｍｍとなる。フィンガー４，４の開閉位置で、把持力Ｆ＝１０Ｎで把持対象物Ｗを把持する場合、エンコーダ１３の位置での５パルスは、フィンガー４，４で０．００２ｍｍ程度にしかならず、把持力１０Ｎはほぼ変化しない。したがって、一対のフィンガー４，４により把持対象物Ｗを把持する把持力Ｆは、所定把持力Ｆａに維持される。但し、このΔＰのパルス数は把持する把持対象物Ｗ（部品）や、把持装置１に構成される歯車減速機１１、エンコーダ１３の仕様によって変わり、前記数値によって限定されるものではない。
【００３３】
以上説明したように、本第２実施形態では、このエンコーダ１３の出力値の微小変化量ΔＰを見ることで、予めヒステリシス特性Ｈを測定する必要がなく、最小となる第２の電流値Ｉ２を自動的に設定することができる。これにより、把持する把持対象物Ｗ（部品）が変わっても自動的に消費エネルギー（消費電力量）を最小化することが可能となる。
【００３４】
なお、上記実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記実施形態では、歯車減速機１１が遊星歯車減速機の場合について説明したが、これに限定するものではなく、波動歯車減速機（所謂、ハーモニックドライブ（登録商標））であってもよい。この波動歯車減速機でも上述したようなヒステリシス特性が発生するので、波動歯車減速機においても上記実施形態における制御が適用可能である。
【００３５】
また、上記実施形態では、回転直動変換機構として、ラックアンドピニオン機構の場合について説明したが、これに限らず、回転運動を直線運動に変換できればよく、例えばカム機構であってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１ 把持装置
２ 制御装置
４ フィンガー
５ 回転直動変換機構
６ ピニオン
７ ラック
１１ 歯車減速機
１２ 電動モータ
３０ 制御部
３１ ＣＰＵ（第１の電流制御手段，第２の電流制御手段）
３２ ＲＯＭ（記憶手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータと、前記電動モータの出力軸の回転を減速する歯車減速機と、前記歯車減速機の出力軸に設けられた回転直動変換機構により開閉動作して把持対象物を把持する一対のフィンガーと、を有する把持装置の制御装置において、
入力した電流指令値に対応する電流値の電流を前記電動モータに供給する電流供給手段と、
前記把持対象物を把持するのに必要な所定把持力を前記一対のフィンガーに発生させる第１の電流指令値を前記電流供給手段に出力する第１の電流制御手段と、
前記一対のフィンガーに前記把持対象物を把持させた状態で、前記電流供給手段に出力する電流指令値を、前記第１の電流指令値よりも小さく、かつ、前記歯車減速機に起因する、前記電動モータに供給する電流に対する前記一対のフィンガーの把持力のヒステリシス特性に基づき、前記所定把持力が維持される第２の電流指令値に減少させる第２の電流制御手段と、を備えたことを特徴とする把持装置の制御装置。
【請求項２】
前記ヒステリシス特性の測定結果に基づいた前記第１の電流指令値と前記第２の電流指令値との関係を予め記憶する記憶手段を備え、
前記第２の電流制御手段は、前記第１の電流制御手段が出力した前記第１の電流指令値に対する前記第２の電流指令値を前記記憶手段から読み出して出力することを特徴とする請求項１に記載の把持装置の制御装置。
【請求項３】
前記フィンガーの開閉位置を検出する検出手段を備え、
前記第２の電流制御手段は、前記第２の電流指令値を出力する際に、前記第１の電流指令値から徐々に電流指令値を減少させ、前記第１の電流指令値に対応する電流値の電流を前記電動モータに供給したときの前記フィンガーの開閉位置を基準に前記フィンガーが予め定めた所定量開方向に変位したのを前記検出手段が検出した場合に出力している電流指令値を前記第２の電流指令値として、電流指令値の減少を停止することを特徴とする請求項１に記載の把持装置の制御装置。
【請求項４】
電動モータと、前記電動モータの出力軸の回転を減速する歯車減速機と、前記歯車減速機の出力軸に設けられた回転直動変換機構により開閉動作して把持対象物を把持する一対のフィンガーと、を有する把持装置の制御方法において、
前記把持対象物を把持するのに必要な所定把持力を前記一対のフィンガーに発生させる第１の電流値の電流を、前記電動モータに供給する第１の工程と、
前記第１の工程で前記一対のフィンガーに前記所定把持力を発生させて前記把持対象物を把持させた後、前記電動モータに供給する電流を、前記第１の電流値よりも小さく、かつ、前記歯車減速機に起因する、前記電動モータに供給する電流に対する前記一対のフィンガーの把持力のヒステリシス特性に基づき、前記所定把持力が維持される第２の電流値に減少させる第２の工程と、を備えたことを特徴とする把持装置の制御方法。
【請求項５】
前記第２の電流値は、予め測定した前記ヒステリシス特性の情報を用いて設定した固定値であることを特徴とする請求項４に記載の把持装置の制御方法。
【請求項６】
前記フィンガーの開閉位置を検出する検出工程を備え、
前記第２の電流値は、前記フィンガーが前記第１の工程における開閉位置から予め定めた所定量開方向に変位したのを前記検出工程で検出されたときの電流値であることを特徴とする請求項４に記載の把持装置の制御方法。
【請求項１】
電動モータと、前記電動モータの出力軸の回転を減速する歯車減速機と、前記歯車減速機の出力軸に設けられた回転直動変換機構により開閉動作して把持対象物を把持する一対のフィンガーと、を有する把持装置の制御装置において、
入力した電流指令値に対応する電流値の電流を前記電動モータに供給する電流供給手段と、
前記把持対象物を把持するのに必要な所定把持力を前記一対のフィンガーに発生させる第１の電流指令値を前記電流供給手段に出力する第１の電流制御手段と、
前記一対のフィンガーに前記把持対象物を把持させた状態で、前記電流供給手段に出力する電流指令値を、前記第１の電流指令値よりも小さく、かつ、前記歯車減速機に起因する、前記電動モータに供給する電流に対する前記一対のフィンガーの把持力のヒステリシス特性に基づき、前記所定把持力が維持される第２の電流指令値に減少させる第２の電流制御手段と、を備えたことを特徴とする把持装置の制御装置。
【請求項２】
前記ヒステリシス特性の測定結果に基づいた前記第１の電流指令値と前記第２の電流指令値との関係を予め記憶する記憶手段を備え、
前記第２の電流制御手段は、前記第１の電流制御手段が出力した前記第１の電流指令値に対する前記第２の電流指令値を前記記憶手段から読み出して出力することを特徴とする請求項１に記載の把持装置の制御装置。
【請求項３】
前記フィンガーの開閉位置を検出する検出手段を備え、
前記第２の電流制御手段は、前記第２の電流指令値を出力する際に、前記第１の電流指令値から徐々に電流指令値を減少させ、前記第１の電流指令値に対応する電流値の電流を前記電動モータに供給したときの前記フィンガーの開閉位置を基準に前記フィンガーが予め定めた所定量開方向に変位したのを前記検出手段が検出した場合に出力している電流指令値を前記第２の電流指令値として、電流指令値の減少を停止することを特徴とする請求項１に記載の把持装置の制御装置。
【請求項４】
電動モータと、前記電動モータの出力軸の回転を減速する歯車減速機と、前記歯車減速機の出力軸に設けられた回転直動変換機構により開閉動作して把持対象物を把持する一対のフィンガーと、を有する把持装置の制御方法において、
前記把持対象物を把持するのに必要な所定把持力を前記一対のフィンガーに発生させる第１の電流値の電流を、前記電動モータに供給する第１の工程と、
前記第１の工程で前記一対のフィンガーに前記所定把持力を発生させて前記把持対象物を把持させた後、前記電動モータに供給する電流を、前記第１の電流値よりも小さく、かつ、前記歯車減速機に起因する、前記電動モータに供給する電流に対する前記一対のフィンガーの把持力のヒステリシス特性に基づき、前記所定把持力が維持される第２の電流値に減少させる第２の工程と、を備えたことを特徴とする把持装置の制御方法。
【請求項５】
前記第２の電流値は、予め測定した前記ヒステリシス特性の情報を用いて設定した固定値であることを特徴とする請求項４に記載の把持装置の制御方法。
【請求項６】
前記フィンガーの開閉位置を検出する検出工程を備え、
前記第２の電流値は、前記フィンガーが前記第１の工程における開閉位置から予め定めた所定量開方向に変位したのを前記検出工程で検出されたときの電流値であることを特徴とする請求項４に記載の把持装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１８３５１３（Ｐ２０１１−１８３５１３Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１６２１（Ｐ２０１０−５１６２１）
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]