(57)【要約】【課題】把持力を抑えながらワークの落下を抑制することができるロボット装置を提供する。【解決手段】ロボット装置１０は、エンドエフェクター装置３０と、第１センサー４０と、制御部９０とを備える。エンドエフェクター装置３０は、ワークを把持するための２本の指部３２，３３を有する。第１センサー４０は、２本の指部３２，３３によるワークの把持位置における圧力分布を検出する。制御部９０は、ワークが持ち上げられた際の圧力分布の時間変化に基づいて、エンドエフェクター装置３０の回転を含む姿勢制御を実行する。【選択図】図２
2020192614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを把持するための２本の指部を有するエンドエフェクター装置と、
前記２本の指部による前記ワークの把持位置における圧力分布を検出するための第１センサーと、
前記ワークが持ち上げられた際の前記圧力分布の時間変化に基づいて、前記エンドエフェクター装置の回転を含む姿勢制御を実行する制御部と
を備えた、ロボット装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記２本の指部による前記ワークの把持と、前記エンドエフェクター装置のツールセンターポイントの移動及び回転とを含む複数の試行に基づいて、前記圧力分布の時間変化と、前記ツールセンターポイントの移動量及び回転量とが学習データとして与えられ、前記回転の後における前記圧力分布の移動量がラベルとして与えられて、教師あり学習を行う学習部を有し、
前記学習部は、前記教師あり学習の結果に基づいて、前記姿勢制御の後における前記圧力分布の前記移動量が小さくなるように前記ツールセンターポイントの前記移動量及び前記回転量を決定する、請求項１に記載のロボット装置。
【請求項３】
前記ワークに対する把持トルクを検出するための第２センサーを更に備え、
前記学習部は、前記回転の前における前記把持トルクが更なる学習データとして与えられた、前記教師あり学習の結果に基づいて、前記姿勢制御の後における前記圧力分布の前記移動量が第１閾値よりも大きいとの条件下で前記姿勢制御の前における前記把持トルクが小さくなるように、前記姿勢制御の前における前記把持トルクを決定する、請求項２に記載のロボット装置。
【請求項４】
前記学習部は、前記姿勢制御の後における前記圧力分布の前記移動量が第２閾値よりも大きいとの条件下で前記ツールセンターポイントの移動速度が大きくなるように、前記ツールセンターポイントの前記移動速度を決定する、請求項２又は請求項３に記載のロボット装置。
【請求項５】
前記ワークに対する把持トルクを検出するための第２センサーを更に備え、
前記学習部は、前記回転の後における前記把持トルクと、前記回転の後における前記圧力分布の時間変化とが更なる学習データとして与えられた、前記教師あり学習の結果に基づいて、前記姿勢制御の後における前記圧力分布の前記移動量が第３閾値よりも大きいとの条件下で前記姿勢制御の後における前記把持トルクが小さくなるように、前記姿勢制御の後における前記把持トルクを決定する、請求項２に記載のロボット装置。
【請求項６】
２本の指部を有するエンドエフェクター装置を備えたロボット装置によるワークの把持方法であって、
前記２本の指部により前記ワークを把持するステップと、
前記ワークの把持位置における圧力分布を検出するステップと、
前記ワークが持ち上げられた際の前記圧力分布の時間変化に基づいて、前記エンドエフェクター装置の回転を含む姿勢制御を実行するステップと
を備えた、把持方法。
【請求項７】
前記ワークが持ち上げられた際の前記圧力分布の移動量が第４閾値以下でない場合には、前記２本の指部による前記ワークの把持を再試行するステップを更に備えた、請求項６に記載の把持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット装置及び把持方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット装置でワークを把持して移送する場合、ワークの重量、形状及び表面状態によっては、把持されたワークが滑り落ちてしまうことがある。そこで、特許文献１に記載のロボット装置は、把持対象ワークの滑りが検知された場合に、把持力を大きくして更なる滑りを防ぐ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１７７９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のロボット装置では、大きい把持力によってワークを破壊する恐れがあった。
【０００５】
本発明は、把持力を抑えながらワークの落下を抑制することができるロボット装置及び把持方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のロボット装置は、エンドエフェクター装置と、第１センサーと、制御部とを備える。前記エンドエフェクター装置は、ワークを把持するための２本の指部を有する。前記第１センサーは、前記２本の指部による前記ワークの把持位置における圧力分布を検出する。前記制御部は、前記ワークが持ち上げられた際の前記圧力分布の時間変化に基づいて、前記エンドエフェクター装置の回転を含む姿勢制御を実行する。
【０００７】
本発明の把持方法は、２本の指部を有するエンドエフェクター装置を備えたロボット装置によるワークの把持方法であって、把持するステップと、検出するステップと、実行するステップとを備える。前記把持するステップでは、前記２本の指部により前記ワークが把持される。前記検出するステップでは、前記ワークの把持位置における圧力分布が検出される。前記実行するステップでは、前記ワークが持ち上げられた際の前記圧力分布の時間変化に基づいて、前記エンドエフェクター装置の回転を含む姿勢制御が実行される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、把持力を抑えながらワークの落下を抑制することができるロボット装置及び把持方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係るロボット装置の外観の一例を示す斜視図である。
【図２】ロボット装置の回路構成の一例を示すブロック図である。
【図３】学習部の入力の一例を示すブロック図である。
【図４】制御部のワーク搬送制御の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。なお、図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００１１】
まず、図１を参照して、実施形態に係るロボット装置１０について説明する。図１は、ロボット装置１０の外観の一例を示す斜視図である。図１では、水平面内において互いに交差する向きをＸ軸の正の向き、及びＹ軸の正の向きとし、鉛直方向の上向きをＺ軸の正の向きとする。
【００１２】
図１に示されるように、ロボット装置１０は、基台２０と、ロボットハンド装置２６と、エンドエフェクター装置３０とを備える。ロボットハンド装置２６は、基台２０の上に配置されている。エンドエフェクター装置３０は、ロボットハンド装置２６の先端部に交換可能に接続されている。ロボットハンド装置２６は、エンドエフェクター装置３０を駆動する。なお、以下の説明ではエンドエフェクターを「ＥＥ」と略記することがある。
【００１３】
ロボットハンド装置２６は、互いに連結された複数のアームを有する。具体的に説明すると、ロボットハンド装置２６は、ショルダー部２１と、下アーム２２と、第１上アーム２３と、第２上アーム２４と、手首部２５とを有する。
【００１４】
ショルダー部２１は、Ｚ軸方向に延びる第１軸Ｌ１を中心にして旋回できるように、基台２０に連結されている。
【００１５】
下アーム２２は、第１軸Ｌ１と交差する方向に延びる第２軸Ｌ２を中心にして上下方向に旋回できるように、ショルダー部２１に連結されている。
【００１６】
第１上アーム２３は、第２軸Ｌ２に対して平行に延びる第３軸Ｌ３を中心にして上下方向に旋回できるように、下アーム２２の先端部に連結されている。
【００１７】
第２上アーム２４は、第３軸Ｌ３に対して平行に延びる第４軸Ｌ４を中心にして捻り回転ができるように、第１上アーム２３の先端部に連結されている。
【００１８】
手首部２５は、第４軸Ｌ４と交差する方向に延びる第５軸Ｌ５を中心にして上下方向に旋回できるように、第２上アーム２４の先端部に連結されている。
【００１９】
ＥＥ装置３０は、ハウジング３１と、第１指部３２と、第２指部３３とを有する把持機構として構成されている。ハウジング３１は、第５軸Ｌ５と交差する方向に延びる第６軸Ｌ６を中心にして捻り回転ができるように、手首部２５の先端部に接続されている。第１指部３２と、第２指部３３とは、ワークを把持するように、ハウジング３１に設けられた開口から突出する。
【００２０】
次に、図１及び図２を参照して、ロボット装置１０の回路構成について説明する。図２は、ロボット装置１０の回路構成の一例を示すブロック図である。
【００２１】
図２に示されるように、ロボット装置１０は、モータードライバー５０と、第１軸モーター５１と、第２軸モーター５２と、第３軸モーター５３と、第４軸モーター５４と、第５軸モーター５５と、第６軸モーター５６とを備える。モータードライバー５０は、第１軸モーター５１〜第６軸モーター５６を駆動する。第１軸モーター５１は、第１軸Ｌ１の周りにショルダー部２１を回転駆動する。第２軸モーター５２は、第２軸Ｌ２の周りに下アーム２２を回転駆動する。第３軸モーター５３は、第３軸Ｌ３の周りに第１上アーム２３を回転駆動する。第４軸モーター５４は、第４軸Ｌ４の周りに第２上アーム２４を回転駆動する。第５軸モーター５５は、第５軸Ｌ５の周りに手首部２５を回転駆動する。第６軸モーター５６は、第６軸Ｌ６の周りにＥＥ装置３０を回転駆動する。
【００２２】
ロボット装置１０は、第１軸エンコーダー及びトルクセンサー６１と、第２軸エンコーダー及びトルクセンサー６２と、第３軸エンコーダー及びトルクセンサー６３とを更に備える。ロボット装置１０は、第４軸エンコーダー及びトルクセンサー６４と、第５軸エンコーダー及びトルクセンサー６５と、第６軸エンコーダー及びトルクセンサー６６とを更に備える。第１軸エンコーダー及びトルクセンサー６１は、第１軸モーター５１の回転位置及びトルクを検出して第１エンコーダー信号及び第１トルク信号を出力する。第２軸エンコーダー及びトルクセンサー６２は、第２軸モーター５２の回転位置及びトルクを検出して第２エンコーダー信号及び第２トルク信号を出力する。第３軸エンコーダー及びトルクセンサー６３は、第３軸モーター５３の回転位置及びトルクを検出して第３エンコーダー信号及び第３トルク信号を出力する。第４軸エンコーダー及びトルクセンサー６４は、第４軸モーター５４の回転位置及びトルクを検出して第４エンコーダー信号及び第４トルク信号を出力する。第５軸エンコーダー及びトルクセンサー６５は、第５軸モーター５５の回転位置及びトルクを検出して第５エンコーダー信号及び第５トルク信号を出力する。第６軸エンコーダー及びトルクセンサー６６は、第６軸モーター５６の回転位置及びトルクを検出して第６エンコーダー信号及び第６トルク信号を出力する。
【００２３】
ロボット装置１０は、圧力分布センサー４０と、把持トルクセンサー４５と、エフェクタードライバー８０と、制御部９０と、記憶部１００とを更に備える。
【００２４】
制御部９０は、ロボットハンド装置２６の姿勢制御を実行するように、モータードライバー５０へ制御信号を与える。ロボットハンド装置２６の姿勢を示す第１エンコーダー信号〜第６エンコーダー信号は、制御部９０にフィードバックされる。第１トルク信号〜第６トルク信号もまた、制御部９０にフィードバックされる。
【００２５】
エフェクタードライバー８０は、第１指部３２及び第２指部３３を駆動する。制御部９０は、第１指部３２及び第２指部３３を動かすように、エフェクタードライバー８０へ制御信号を与える。圧力分布センサー４０及び把持トルクセンサー４５は、ＥＥ装置３０に内蔵されている。
【００２６】
圧力分布センサー４０は、第１指部３２及び第２指部３３によるワークの把持位置における圧力分布を検出する。圧力分布センサー４０の出力信号は、制御部９０に供給される。圧力分布センサー４０は、「第１センサー」の一例に相当する。
【００２７】
把持トルクセンサー４５は、ワークに対する把持トルクを検出する。把持トルクは、第１指部３２及び第２指部３３を駆動する不図示のモーターのトルクである。把持トルクセンサー４５は、「第２センサー」の一例に相当する。
【００２８】
制御部９０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）のようなプロセッサーと、ニューラルネットワークとを含む。記憶部１００は、半導体メモリーのような主記憶装置と、ハードディスクドライブのような補助記憶装置とを含み、データ及びコンピュータープログラムを記憶する。制御部９０のプロセッサーは、記憶部１００に記憶されたコンピュータープログラムを実行することによって、ロボット装置１０の各構成を制御する。
【００２９】
制御部９０は、学習部１２０を有する。学習部１２０は、第１指部３２及び第２指部３３によるワークの把持と、ＥＥ装置３０のＴＣＰ（ツールセンターポイント）の移動及び回転とを含む複数の試行に基づいて、教師あり学習を行う。学習は、互いに異なる形状を有する複数のワークの各々について、個別に実行される。学習部１２０は、学習の結果を記憶する。制御部９０のニューラルネットワークは、学習部１２０として機能する。なお、学習は、バーチャル環境で行われ得る。
【００３０】
制御部９０は、ワークが持ち上げられた際の圧力分布の時間変化に基づいて、ＥＥ装置３０の回転を含む姿勢制御を実行する。
【００３１】
次に、図１〜図３を参照して、学習部１２０の入力について説明する。図３は、学習部１２０の入力の一例を示すブロック図である。
【００３２】
図３に示されるように、学習部１２０には、学習データと、ラベルとが与えられる。学習データは、（１）圧力分布と、（２）圧力分布の時間変化と、（３）ＴＣＰの移動量と、（４）ＴＣＰの回転量と、（５）ＴＣＰの移動速度と、（６）把持トルクとを含む。圧力分布は、圧力分布センサー４０の出力から得られる。把持トルクは、把持トルクセンサー４５の出力から得られる。ラベルは、圧力分布の移動量、すなわち滑り量を含む。
【００３３】
具体的に説明すると、学習部１２０は、圧力分布の時間変化と、ＴＣＰの移動量及び回転量とが学習データとして与えられ、回転の後における圧力分布の移動量がラベルとして与えられた、教師あり学習を行う。学習部１２０は、教師あり学習の結果に基づいて、制御部９０による姿勢制御の後における圧力分布の移動量が小さくなるように、ＴＣＰの移動量及び回転量を決定する。
【００３４】
また、学習部１２０は、回転の前における把持トルクが更なる学習データとして与えられた、教師あり学習を実行する。学習部１２０は、教師あり学習の結果に基づいて、制御部９０による姿勢制御の後における圧力分布の移動量が第１閾値よりも大きいとの条件下で姿勢制御の前における把持トルクが小さくなるように、姿勢制御の前における把持トルクを決定する。
【００３５】
また、学習部１２０は、制御部９０による姿勢制御の後における圧力分布の移動量が第２閾値よりも大きいとの条件下でＴＣＰの移動速度が大きくなるように、ＴＣＰの移動速度を決定する。
【００３６】
また、学習部１２０は、回転の後における把持トルクと、回転の後における圧力分布の時間変化とが更なる学習データとして与えられた、教師あり学習を実行する。学習部１２０は、教師あり学習の結果に基づいて、制御部９０による姿勢制御の後における圧力分布の移動量が第３閾値よりも大きいとの条件下で姿勢制御の後における把持トルクが小さくなるように、姿勢制御の後における把持トルクを決定する。
【００３７】
次に、図１〜図４を参照して、制御部９０のワーク搬送制御について説明する。図４は、制御部９０のワーク搬送制御の一例を示すフローチャートである。学習部１２０は、教師あり学習の結果を記憶している。
【００３８】
ステップＳ２００：図４に示されるように、制御部９０は、ＥＥ装置３０が第１指部３２及び第２指部３３によりワークを把持するように、エフェクタードライバー８０を制御する。圧力分布センサー４０は、ワークの把持位置における圧力分布を検出する。ステップＳ２００の処理が終了すると、制御部９０の処理がステップＳ２０２へ進む。
【００３９】
ステップＳ２０２：制御部９０は、ロボットハンド装置２６がＥＥ装置３０によってワークを持ち上げるように、モータードライバー５０を制御する。ステップＳ２０２の処理が終了すると、制御部９０の処理がステップＳ２０４へ進む。
【００４０】
ステップＳ２０４：制御部９０は、ワークが持ち上げられた際の圧力分布の時間変化を検知する。ステップＳ２０４の処理が終了すると、制御部９０の処理がステップＳ２０６へ進む。
【００４１】
ステップＳ２０６：制御部９０は、学習部１２０の教師あり学習の結果を用いて、ＥＥ装置３０の姿勢制御を実行する。つまり、制御部９０は、ワークが持ち上げられた際の圧力分布の時間変化に基づいて、ＥＥ装置３０の回転を含む姿勢制御を実行する。ステップＳ２０６の処理が終了すると、制御部９０の処理がステップＳ２０８へ進む。
【００４２】
ステップＳ２０８：制御部９０は、ＥＥ装置３０の姿勢制御の後における圧力分布の移動量、すなわち滑り量が第４閾値以下であるか否かを判定する。圧力分布の移動量が第４閾値以下であると制御部９０が判定した場合（ステップＳ２０８でＹｅｓ）には、制御部９０の処理がステップＳ２１０へ進む。圧力分布の移動量が第４閾値以下でないと制御部９０が判定した場合（ステップＳ２０８でＮｏ）には、第１指部３２及び第２指部３３によるワークの把持を再試行するように、制御部９０の処理がステップＳ２００へ戻る。
【００４３】
ステップＳ２１０：制御部９０は、ＥＥ装置３０のＴＣＰが所望の位置まで移動するように、モータードライバー５０を制御する。ステップＳ２１０の処理が終了すると、制御部９０の処理が終了する。
【００４４】
実施形態によれば、把持力を抑えながらワークの落下を抑制することができるロボット装置１０が提供される。
【００４５】
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明した。ただし、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明の形成が可能である。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の個数等は、図面作成の都合から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４６】
実施形態ではロボット装置１０が６軸の自由度を有したが、本発明はこれに限定されない。ロボット装置１０の軸数は、５以下、又は７以上であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、ロボット装置の分野に利用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０      ロボット装置
２６      ロボットハンド装置
３０      エンドエフェクター装置（ＥＥ装置）
３２      第１指部
３３      第２指部
４０      圧力分布センサー（第１センサー）
４５      把持トルクセンサー（第２センサー）
９０      制御部
１００    記憶部
１２０    学習部
【図１】
2020192614.tif 000003
【図２】
2020192614.tif 000004
【図３】
2020192614.tif 000005
【図４】
2020192614.tif 000006