(57)【要約】【課題】本発明は、移動経路途中において適合される対象物同士が接触することを防止しつつ作業部を制御する作業部制御装置、作業ロボット、作業部制御方法、および作業部制御プログラムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、第１対象物２０の３次元位置および姿勢を認識する認識部２と、接近を開始する際の第２対象物の３次元位置および姿勢を示す接近開始配置、および、第２対象物の移動経路を示す接近経路を、認識した第１対象物２０の３次元位置および姿勢に基づいて設定する設定部３と、作業部５を制御することによって、第２対象物を第１対象物２０に適合させる制御部４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１対象物から離れて配置された第２対象物を移動させて、前記第２対象物を前記第１対象物に幾何学的に適合させる作業部を制御する作業部制御装置であって、
前記第１対象物の３次元位置および姿勢を認識する認識部と、
前記第１対象物に適合する前記第２対象物が前記第１対象物に対し接近を開始する際の当該第２対象物の３次元位置および姿勢を示す接近開始配置、および、前記接近開始配置から移動して前記第１対象物に適合するまでの前記第２対象物の移動経路を示す接近経路を、前記認識部において認識した前記第１対象物の３次元位置および姿勢に基づいて設定する設定部と、
前記作業部を制御することによって、前記第２対象物を一旦前記接近開始配置に到達させ、その後、前記接近経路に沿って前記第２対象物を移動させ前記第２対象物を前記第１対象物に適合させる制御部とを備えることを特徴とする、
作業部制御装置。
【請求項２】
前記接近開始配置が、前記第２対象物の幾何学的形状に応じて、前記第１対象物から離れて設定されることを特徴とする、
請求項１に記載の作業部制御装置。
【請求項３】
前記接近開始配置において、前記第２対象物の３次元位置、および、前記接近経路に沿う方向を基準とした３次元姿勢が少なくとも設定されていることを特徴とする、
請求項１または２に記載の作業部制御装置。
【請求項４】
前記第２対象物が前記作業部であり、
前記制御部が、前記作業部を前記接近開始配置から前記接近経路に沿って前記第１対象物まで誘導し、前記作業部によって前記第１対象物を保持させることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれかに記載の作業部制御装置。
【請求項５】
前記第２対象物が前記作業部に保持された組み付け部品であり、
前記制御部が、前記作業部を制御することにより、前記接近経路に沿って前記組み付け部品を前記接近開始配置から前記第１対象物まで誘導し、前記組み付け部品を前記第１対象物に組み付けることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれかに記載の作業部制御装置。
【請求項６】
前記第１対象物を撮像する撮像部をさらに備え、
前記認識部が、前記撮像部において撮像した前記第１対象物の画像に基づいて、前記第１対象物の３次元位置および姿勢を認識し、
前記設定部が、前記認識部において認識した前記第１対象物の３次元位置および姿勢に基づいて、前記接近開始配置および前記接近経路を設定し、
前記撮像部が、前記接近開始配置において前記第１対象物を再度撮像し、
前記認識部が、前記撮像部が前記接近開始配置において撮像した前記第１対象物の画像に基づいて、前記第１対象物の３次元位置および姿勢の認識を更新することを特徴とする、
請求項１〜５のいずれかに記載の作業部制御装置。
【請求項７】
前記接近経路が、直線状の経路であることを特徴とする、
請求項１〜６のいずれかに記載の作業部制御装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の作業部制御装置と、
前記作業部とを備えることを特徴とする、
作業ロボット。
【請求項９】
第１対象物から離れて配置された第２対象物を移動させて、前記第２対象物を前記第１対象物に幾何学的に適合させる作業部を制御する作業部制御方法であって、
（ａ）前記第１対象物の３次元位置および姿勢を認識する工程と、
（ｂ）前記第１対象物に適合する前記第２対象物が前記第１対象物に対し接近を開始する際の当該第２対象物の３次元位置および姿勢を示す接近開始配置、および、前記接近開始配置から移動して前記第１対象物に適合するまでの前記第２対象物の移動経路を示す接近経路を、前記工程（ａ）において認識した前記第１対象物の３次元位置および姿勢に基づいて設定する工程と、
（ｃ）前記作業部を制御することによって、前記第２対象物を一旦前記接近開始配置に到達させ、その後、前記接近経路に沿って前記第２対象物を移動させ前記第２対象物を前記第１対象物に適合させる工程とを備えることを特徴とする、
作業部制御方法。
【請求項１０】
前記接近開始配置が、前記第２対象物の幾何学的形状に応じて、前記第１対象物から離れて設定されることを特徴とする、
請求項９に記載の作業部制御方法。
【請求項１１】
前記接近開始配置において、前記第２対象物の３次元位置、および、前記接近経路に沿う方向を基準とした３次元姿勢が少なくとも設定されていることを特徴とする、
請求項９または１０に記載の作業部制御方法。
【請求項１２】
前記第２対象物が前記作業部であり、
前記工程（ｃ）が、前記作業部を前記接近開始配置から前記接近経路に沿って前記第１対象物まで誘導し、前記作業部によって前記第１対象物を保持させる工程であることを特徴とする、
請求項９〜１１のいずれかに記載の作業部制御方法。
【請求項１３】
前記第２対象物が前記作業部に保持された組み付け部品であり、
前記工程（ｃ）が、前記作業部を制御することにより、前記接近経路に沿って前記組み付け部品を前記接近開始配置から前記第１対象物まで誘導し、前記組み付け部品を前記第１対象物に組み付ける工程であることを特徴とする、
請求項９〜１１のいずれかに記載の作業部制御方法。
【請求項１４】
（ｄ）前記工程（ａ）の前に、前記第１対象物の画像を撮像する工程を備え、
前記工程（ａ）が、前記工程（ｄ）において撮像した前記第１対象物の画像に基づいて、前記第１対象物の３次元位置および姿勢を認識する工程であり、
前記工程（ｂ）が、前記工程（ａ）において認識した前記第１対象物の３次元位置および姿勢に基づいて、前記接近開始配置および前記接近経路を設定する工程であり、
（ｅ）前記工程（ｂ）の後前記工程（ｃ）の前に、前記工程（ｂ）において設定された前記接近開始配置において前記第１対象物を再度撮像する工程と、
（ｆ）前記工程（ｅ）の後前記工程（ｃ）の前に、前記工程（ｅ）で前記接近開始配置において撮像した前記第１対象物の画像に基づいて、前記第１対象物の３次元位置および姿勢の認識を更新する工程をさらに備え、
前記工程（ｃ）が、前記工程（ｆ）において更新した前記第１対象物の３次元位置および姿勢の認識に基づいて、前記作業部を制御することによって前記第２対象物を前記第１対象物に適合させる工程であることを特徴とする、
請求項９〜１３のいずれかに記載の作業部制御方法。
【請求項１５】
前記接近経路が、直線状の経路であることを特徴とする、
請求項９〜１４のいずれかに記載の作業部制御方法。
【請求項１６】
コンピュータにインストールされて実行されることにより、前記コンピュータを、作業部を制御する請求項１〜７のいずれかに記載の作業部制御装置として機能させることを特徴とする、
作業部制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は作業部制御装置、作業ロボット、作業部制御方法、および作業部制御プログラムに関し、特に、対象物の３次元位置および姿勢を認識して、当該対象物に対し作業を行う作業部の制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロボットを制御することによって、部品の保持および組み立て等の作業を行う技術が多く提案されている。
【０００３】
ロボットに上記のような作業を行わせる場合には、まず対象物の３次元位置および姿勢の認識処理が行われ、当該認識結果に基づいて、ロボットに備えられた例えばロボットハンドがその対象物の３次元位置へ誘導される。そして、対象物の３次元位置に誘導されたロボットハンドの動作を制御することによって、対象物に対し保持等の作業を行わせる。ここで３次元位置および姿勢とは、対象物の空間位置および空間姿勢の少なくとも一方を含む３次元座標値の組によって定義されるものである。
【０００４】
例えば特許文献１のように、視覚センサから得られた視差画像を用いて対象物の３次元位置および姿勢を認識し、当該認識結果に基づいてロボットハンドの動作を制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１１２４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、ロボットハンドが対象物の３次元位置まで移動する間の移動経路は、通常、対象物の３次元位置とロボットハンドの初期位置とを結ぶ直線経路等として設定され、当該移動経路の設定によってはロボットハンドが対象物の３次元位置近傍まで移動した時点で、対象物とロボットハンドとが接触してしまう場合があった。
【０００７】
このような場合には、対象物またはロボットハンドが損傷してしまうという問題があった。また、対象物がロボットハンドの移動を妨害してしまい、ロボットハンドが到達すべき最終到達位置に適切に到達できないという問題があった。これらは、一般に対象物同士を適合させるような作業を行う場合に問題となる。
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、移動経路途中において適合される対象物同士が接触することを防止しつつ作業部を制御する作業部制御装置、作業ロボット、作業部制御方法、および作業部制御プログラム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】
【０００９】
本発明の一態様に関する発明は、第１対象物から離れて配置された第２対象物を移動させて、前記第２対象物を前記第１対象物に幾何学的に適合させる作業部を制御する作業部制御装置であって、前記第１対象物の３次元位置および姿勢を認識する認識部と、前記第１対象物に適合する前記第２対象物が前記第１対象物に対し接近を開始する際の当該第２対象物の３次元位置および姿勢を示す接近開始配置、および、前記接近開始配置から移動して前記第１対象物に適合するまでの前記第２対象物の移動経路を示す接近経路を、前記認識部において認識した前記第１対象物の３次元位置および姿勢に基づいて設定する設定部と、前記作業部を制御することによって、前記第２対象物を一旦前記接近開始配置に到達させ、その後、前記接近経路に沿って前記第２対象物を移動させ前記第２対象物を前記第１対象物に適合させる制御部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の別の態様に関する作業部制御装置は、前記接近開始配置が、前記第２対象物の幾何学的形状に応じて、前記第１対象物から離れて設定されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の別の態様に関する作業部制御装置は、前記接近開始配置において、前記第２対象物の３次元位置、および、前記接近経路に沿う方向を基準とした３次元姿勢が少なくとも設定されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の別の態様に関する作業部制御装置は、前記第２対象物が前記作業部であり、前記制御部が、前記作業部を前記接近開始配置から前記接近経路に沿って前記第１対象物まで誘導し、前記作業部によって前記第１対象物を保持させることを特徴とする。
【００１３】
本発明の別の態様に関する作業部制御装置は、前記第２対象物が前記作業部に保持された組み付け部品であり、前記制御部が、前記作業部を制御することにより、前記接近経路に沿って前記組み付け部品を前記接近開始配置から前記第１対象物まで誘導し、前記組み付け部品を前記第１対象物に組み付けることを特徴とする。
【００１４】
本発明の別の態様に関する作業部制御装置は、前記第１対象物を撮像する撮像部をさらに備え、前記認識部が、前記撮像部において撮像した前記第１対象物の画像に基づいて、前記第１対象物の３次元位置および姿勢を認識し、前記設定部が、前記認識部において認識した前記第１対象物の３次元位置および姿勢に基づいて、前記接近開始配置および前記接近経路を設定し、前記撮像部が、前記接近開始配置において前記第１対象物を再度撮像し、前記認識部が、前記撮像部が前記接近開始配置において撮像した前記第１対象物の画像に基づいて、前記第１対象物の３次元位置および姿勢の認識を更新することを特徴とする。
【００１５】
本発明の別の態様に関する作業部制御装置は、前記接近経路が、直線状の経路であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の一態様に関する作業ロボットは、上記のいずれかに記載の作業部制御装置と、前記作業部とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の一態様に関する発明は、第１対象物から離れて配置された第２対象物を移動させて、前記第２対象物を前記第１対象物に幾何学的に適合させる作業部を制御する作業部制御方法であって、（ａ）前記第１対象物の３次元位置および姿勢を認識する工程と、（ｂ）前記第１対象物に適合する前記第２対象物が前記第１対象物に対し接近を開始する際の当該第２対象物の３次元位置および姿勢を示す接近開始配置、および、前記接近開始配置から移動して前記第１対象物に適合するまでの前記第２対象物の移動経路を示す接近経路を、前記工程（ａ）において認識した前記第１対象物の３次元位置および姿勢に基づいて設定する工程と、（ｃ）前記作業部を制御することによって、前記第２対象物を一旦前記接近開始配置に到達させ、その後、前記接近経路に沿って前記第２対象物を移動させ前記第２対象物を前記第１対象物に適合させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明の別の態様に関する作業部制御方法は、前記接近開始配置が、前記第２対象物の幾何学的形状に応じて、前記第１対象物から離れて設定されることを特徴とする。
【００１９】
本発明の別の態様に関する作業部制御方法は、前記接近開始配置において、前記第２対象物の３次元位置、および、前記接近経路に沿う方向を基準とした３次元姿勢が少なくとも設定されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の別の態様に関する作業部制御方法は、前記第２対象物が前記作業部であり、前記工程（ｃ）が、前記作業部を前記接近開始配置から前記接近経路に沿って前記第１対象物まで誘導し、前記作業部によって前記第１対象物を保持させる工程であることを特徴とする。
【００２１】
本発明の別の態様に関する作業部制御方法は、前記第２対象物が前記作業部に保持された組み付け部品であり、前記工程（ｃ）が、前記作業部を制御することにより、前記接近経路に沿って前記組み付け部品を前記接近開始配置から前記第１対象物まで誘導し、前記組み付け部品を前記第１対象物に組み付ける工程であることを特徴とする。
【００２２】
本発明の別の態様に関する作業部制御方法は、（ｄ）前記工程（ａ）の前に、前記第１対象物の画像を撮像する工程を備え、前記工程（ａ）が、前記工程（ｄ）において撮像した前記第１対象物の画像に基づいて、前記第１対象物の３次元位置および姿勢を認識する工程であり、前記工程（ｂ）が、前記工程（ａ）において認識した前記第１対象物の３次元位置および姿勢に基づいて、前記接近開始配置および前記接近経路を設定する工程であり、（ｅ）前記工程（ｂ）の後前記工程（ｃ）の前に、前記工程（ｂ）において設定された前記接近開始配置において前記第１対象物を再度撮像する工程と、（ｆ）前記工程（ｅ）の後前記工程（ｃ）の前に、前記工程（ｅ）で前記接近開始配置において撮像した前記第１対象物の画像に基づいて、前記第１対象物の３次元位置および姿勢の認識を更新する工程をさらに備え、前記工程（ｃ）が、前記工程（ｆ）において更新した前記第１対象物の３次元位置および姿勢の認識に基づいて、前記作業部を制御することによって前記第２対象物を前記第１対象物に適合させる工程であることを特徴とする。
【００２３】
本発明の別の態様に関する作業部制御方法は、前記接近経路が、直線状の経路であることを特徴とする。
【００２４】
本発明の一態様に関する作業部制御プログラムは、コンピュータにインストールされて実行されることにより、前記コンピュータを、作業部を制御する上記のいずれかに記載の作業部制御装置として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の上記態様によれば、第１対象物の３次元位置および姿勢を認識する認識部と、接近開始配置および接近経路を設定する設定部と、作業部を制御することによって、第２対象物を第１対象物に適合させる制御部とを備えることにより、移動経路途中において第２対象物と第１対象物とが接触することを防止しつつ、適切に作業部の動作を制御することができる。
【００２６】
特に本発明の一態様に関する作業部制御装置によれば、前記接近開始配置において、前記第２対象物の３次元位置、および、前記接近経路に沿う方向を基準とした３次元姿勢が少なくとも設定されていることにより、第２対象物の形状によっては３次元姿勢に一定の自由度を残すことができるため、第２対象物を接近開始配置の設定通りに配置させることが容易となる。
【００２７】
特に本発明の一態様に関する作業部制御装置によれば、前記撮像部は前記接近開始配置において前記第１対象物を再度撮像し、前記認識部が、前記撮像部が前記接近開始配置において撮像した前記第１対象物の画像に基づいて、前記第１対象物の３次元位置および姿勢の認識を更新することにより、撮像部を用いて第１対象物に接近した位置から撮像することができるため、より解像度の高い視差画像を用いて前記第１対象物の３次元位置および姿勢の認識を更新することができる。また、撮像部から見た第１対象物の表面が互いに重なることなく配置されるため、より正確な第１対象物の表面の視差画像を得ることができる。
【００２８】
特に本発明の一態様に関する作業部制御方法によれば、（ｅ）前記工程（ｂ）の後前記工程（ｃ）の前に、前記工程（ｂ）において設定された前記接近開始配置において前記第１対象物を再度撮像する工程と、（ｆ）前記工程（ｅ）の後前記工程（ｃ）の前に、前記工程（ｅ）で前記接近開始配置において撮像した前記第１対象物の画像に基づいて、前記第１対象物の３次元位置および姿勢の認識を更新する工程をさらに備え、前記工程（ｃ）が、前記工程（ｆ）において更新した前記第１対象物の３次元位置および姿勢の認識に基づいて、前記作業部を制御することによって前記第２対象物を前記第１対象物に適合させる工程であることにより、一旦認識した第１対象物の３次元位置および姿勢に基づいて接近開始配置まで撮像部を移動させ、その接近開始配置においてさらに第１対象物を撮像することで、より精度の高い第１対象物の３次元位置および姿勢を認識することができる。当該認識結果に基づいてさらに接近開始配置および接近経路を修正すれば、より精度の高い接近開始配置および接近経路に基づいて作業部を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に関する作業部制御装置の構成を概念的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態に関する作業部制御装置のハードウェア構成を例示した図である。
【図３】本発明の実施形態に関する作業部制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】第１対象物の接近開始配置および接近経路の例を示した図である。
【図５】第１対象物の接近開始配置および接近経路の例を示した図である。
【図６】第１対象物の接近開始配置および接近経路の例を示した図である。
【図７】本発明の実施形態に関する作業部制御装置の動作を説明する図である。
【図８】本発明の第１変形例に関する作業部制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】第１対象物の接近開始配置および接近経路の例を示した図である。
【図１０】第１対象物の接近開始配置および接近経路の例を示した図である。
【図１１】第１対象物の接近開始配置および接近経路の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００３１】
＜実施形態＞
＜構成＞
図１は、本発明の本実施形態に関する作業部制御装置１００の構成を概念的に示す図である。また作業部制御装置１００は、後述するコンピュータ（図２参照）によって機能的に実現される。
【００３２】
図１に示されるように作業部制御装置１００は、撮像部６から出力される第１対象物２０の撮像情報に基づいて第１対象物２０の３次元位置および姿勢を認識する認識部２と、第１対象物２０の３次元位置および姿勢に基づいて、第１対象物２０の接近開始配置および接近経路を設定する設定部３と、設定部３における設定結果に基づいて作業部５の動作を制御する制御部４とを備える。接近開始配置については後述する。
【００３３】
図２は、作業部制御装置１００のハードウェア構成を例示した図である。コンピュータ２００は、作業部制御装置１００の機能を実現することができる。また記憶媒体２０１は、コンピュータ２００内部に備えられるものであってもよいが、コンピュータ２００に作業部制御装置１００としての機能を実現させるためのプログラムを記憶している。
【００３４】
図２に示されるようにコンピュータ２００は、第１対象物２０に対して作業を行う作業ロボット５００に有線または無線で接続されている。
【００３５】
作業ロボット５００は、第１対象物２０に対して保持等の作業を行うロボットハンド５Ｒ、ロボットハンド５Ｌ（作業部５に対応）と、第１対象物２０の３次元位置および姿勢を認識するため、ロボットハンド５Ｒに取り付けられたカメラ５０（撮像部６に対応）とを備える。
【００３６】
コンピュータ２００によってロボットハンド５Ｒ、ロボットハンド５Ｌ、およびカメラ５０が制御されることで、第１対象物２０の３次元位置および姿勢が認識され、さらに第１対象物２０に対する作業が実行される。
【００３７】
図２においては作業部５のハードウェア構成として双腕の作業ロボット５００を示しているが、例えばロボットハンド５Ｒ単腕のロボットであってもよい。
【００３８】
＜動作＞
次に、図３〜図６を参照しつつ、本実施形態に関する作業部制御装置１００の動作を説明する。図３は、本実施形態に関する作業部制御装置１００の動作を示すフローチャートであり、特にロボットハンド５Ｒによる第１対象物２０の保持作業（すなわち、ロボットハンド５Ｒを第２対象物として、第１対象物２０に適合させる作業）について述べるものである。
【００３９】
図３に示されるように作業部制御装置１００の認識部２は、第１対象物２０の３次元位置および姿勢を認識する（ステップＳ１）。
【００４０】
認識部２は、ロボットハンド５Ｒに取り付けられたカメラ５０を用いて第１対象物    ２０の視差画像を取得し、各点が３次元位置情報を有する計測点群を生成する。
【００４１】
そして、当該計測点群とモデル点群とのＩＣＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｃｌｏｓｅｓｔ  Ｐｏｉｎｔ）マッチングを行う。ここでモデル点群とは、対象物に対応して予め準備された、各点が３次元位置情報を有する点群である。またＩＣＰマッチングとは、ＩＣＰアルゴリズムを用いて、各点が３次元位置情報を有する点群データ同士のマッチングを行う方法である。ＩＣＰマッチングを行うことによって、計測点群とモデル点群との３次元相対位置関係が認識され、ロボット座標系におけるモデル点群の３次元位置および姿勢に基づいて、ロボット座標系における計測点群（第１対象物２０）の３次元位置および姿勢を認識することができる。
【００４２】
次に作業部制御装置１００の設定部３は、第１対象物２０の接近開始配置および接近経路を設定する（ステップＳ２）。
【００４３】
第１対象物２０の接近開始配置とは、第１対象物２０に第２対象物（ここではロボットハンド）を適合させる際に移動を開始する当該第２対象物側の３次元位置および姿勢であり、第２対象物の種類等に応じて第１対象物２０にそれぞれ設定されるものである。よって、１つの第１対象物２０に複数の接近開始配置が設定される場合があってもよい。なお、１つの部品種に対して１つの接近開始配置のみが設定される必要はない。
【００４４】
一方第１対象物２０の接近経路とは、第１対象物２０に適合させる第２対象物の、第１対象物２０に適合して最終的に到達する３次元位置および姿勢（最終到達位置および姿勢）に至るまでの、接近開始配置からの移動経路である。接近経路も、第２対象物の種類等に応じて第１対象物２０にそれぞれ設定され、１つの第１対象物２０に複数の接近経路が設定されてよい。なお、１つの部品種に対して１つの接近経路のみが設定される必要はなく、複数の接近経路のうちから、例えば適合精度を達成しやすい経路を選択して用いてもよい。
【００４５】
接近開始配置では、第１対象物２０に適合する第２対象物がとるべき接近経路に対する３次元姿勢が設定される。接近経路に対して設定される３次元姿勢は、第２対象物の幾何学的形状によって一定の自由度を与えたものであってもよい。すなわち、接近経路に沿う方向だけの３次元姿勢を設定し、他の方向には任意の３次元姿勢をとり得るようにしてもよい。例えば、接近経路に沿う軸に対して同心円状の形状（円柱等）を有する部品等であれば、接近経路に沿う軸を中心に回転する自由度を与えてもよい。
【００４６】
当該接近経路上において第２対象物と第１対象物２０とは、第２対象物が最終到達位置および姿勢に至るまで接触しない。すなわち、第１対象物２０に第２対象物の各適合部位と、第１対象物２０の対応する被適合部位との間の接近経路上には、第１対象物２０の他の部位およびこれに第２対象物の他の部位は存在しない。なお、当該接近経路は直線状の経路であってもよいし、例えばらせん状の経路であってもよい。
【００４７】
図４〜図６は、第１対象物２０の接近開始配置３０および接近経路３１の例を示した図である。なお、図４は初期位置に配置された第２対象物としてのロボットハンド５Ｒと第１対象物２０とを示し、図５は接近開始配置３０に位置したロボットハンド５Ｒと第１対象物２０とを示し、図６はロボットハンド５Ｒが第１対象物２０を保持した状態を示している。
【００４８】
図４および図５に示されるように、接近開始配置３０は、第１対象物２０上の座標系のｚ軸方向（第１対象物２０の法線方向）に第１対象物２０表面から一定距離離れた３次元位置に設定されている。そして当該３次元位置において、接近経路３１を基準にロボットハンド５Ｒがとるべき３次元姿勢が設定されている。
【００４９】
ロボットハンド５Ｒは、接近開始配置３０において設定された３次元位置および３次元姿勢に従って配置される。具体的には、接近開始配置３０の３次元位置において、ロボットハンド５Ｒ上の座標系のｚ軸方向（保持面Ａの法線方向）と接近開始配置３０において設定された第１対象物２０上の座標系に従うｚ軸方向とが一致するように配置される。
【００５０】
ロボットハンド５Ｒがこのような３次元位置および姿勢に配置されることで、ロボットハンド５Ｒの各フィンガー２５と、第１対象物２０の対応する各被保持部位２０Ａとの間の接近経路３１上には、第１対象物２０の他の部位およびロボットハンド５Ｒの他の部位は存在しない。よってロボットハンド５Ｒと第１対象物２０とは、ロボットハンド５Ｒが第１対象物２０を保持する際の最終到達位置および姿勢に至るまで接触しない。なお接近経路３１は、第１対象物２０上の座標系の軸に沿う経路である必要はなく、例えば第１対象物２０上の複数の軸成分が含まれる方向に設定されてもよい。
【００５１】
第１対象物２０から接近経路３１に沿ってどの程度離れた３次元位置に接近開始配置３０を設定するかは、第２対象物の幾何学的形状や大きさに応じて任意に選択可能であるが、少なくとも接近開始配置３０に配置された第２対象物（ロボットハンド５Ｒ）が第１対象物２０と接触しない程度に離れている必要がある。また、適合部位に同様の形状を有し、かつ、接近経路３１に沿う方向の長さのみが異なっている第２対象物について接近経路３１および接近開始配置３０を設定する場合には、接近経路３１は同様のものを流用し、接近開始配置３０のみを変更することによって設定してもよい。このようにすれば、作業を効率よく行うことができる。
【００５２】
次に作業部制御装置１００の制御部４は、作業部５としてのロボットハンド５Ｒの動作を制御して、第１対象物２０に対して作業を行わせる（ステップＳ３）。以下、図４〜６を参照しつつ説明する。
【００５３】
まず制御部４は、初期位置に配置されたロボットハンド５Ｒ（図４参照）を、接近開始配置３０の３次元位置に移動させる（図５参照）。ロボットハンド５Ｒの３次元位置の基準としては、ＴＣＰ（Ｔｏｏｌ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｐｏｉｎｔ：ツールセンターポイント）を用いればよい。ここでＴＣＰとは、ロボットハンド５Ｒが部品を保持する際に基準となる、各ロボットハンドにおいて規定されるロボット座標系の３次元位置である。本実施形態でのＴＣＰ３２が到達すべき３次元位置は、ロボットハンド５Ｒが第１対象物２０を保持した状態でロボットハンド５Ｒが配置される３次元位置の基準であり、例えば、第１対象物２０の表面上に位置する。
【００５４】
そして、接近開始配置３０における３次元姿勢の設定に基づいて、ロボットハンド５Ｒの３次元姿勢を変更させる。なお、このロボットハンド５Ｒの３次元姿勢調整は、３次元位置調整と同時に行われてもよい。
【００５５】
次に制御部４は、接近経路３１に沿ってロボットハンド５Ｒを誘導し、ロボットハンド５Ｒを第１対象物２０に接近させる。このとき制御部４は、ロボットハンド５Ｒの３次元姿勢が接近開始配置３０において設定された接近経路３１に対する３次元姿勢を維持するようにロボットハンド５Ｒを移動させる。ロボットハンド５Ｒの３次元姿勢は、ロボットハンド５Ｒの各フィンガー２５が第１対象物２０を各被保持部位２０Ａに一致するように設定されているため、ロボットハンド５Ｒを接近経路３１に沿って移動させることにより、ロボットハンド５Ｒの各フィンガー２５は第１対象物２０における対応する各被保持部位２０Ａに到達する（図６参照）。
【００５６】
仮に接近開始配置３０を考慮せず、ロボットハンド５Ｒを初期位置（図４参照）から直線的に移動させ第１対象物２０を保持させようとする場合には、図７に示されるような、適切に適合する前のロボットハンド５Ｒと第１対象物２０との接触が生じてしまうが、上記のようにロボットハンド５Ｒを移動させることで、ロボットハンド５Ｒが第１対象物２０を保持するまでの移動経路において、ロボットハンド５Ｒが第１対象物２０と接触することを防ぐことができる。
【００５７】
よって、第１対象物２０またはロボットハンド５Ｒが損傷することを防ぎ、また第１対象物２０がロボットハンド５Ｒの移動を妨害することを防ぐことができる。
【００５８】
＜第１変形例＞
次に、本実施形態の第１変形例として、ロボットハンド５Ｒが組み付け部品２１を保持し、その組み付け部品２１を第１対象物４０に組み付ける作業（すなわち、組み付け部品２１を第２対象物として、第１対象物４０に適合させる作業）について、図８〜図１１を参照しつつ述べる。なお図８は、第１変形例に関する作業部制御装置の動作を示すフローチャートであり、図９〜図１１は、第１対象物４０の接近開始配置および接近経路の例を示した図である。
【００５９】
図８に示されるように作業部制御装置１００の認識部２は、組み付け部品２１の３次元位置および姿勢を認識する（ステップＳ１１）。
【００６０】
認識部２は、ロボットハンド５Ｒに取り付けられたカメラ５０を用いて組み付け部品２１の視差画像を取得し、各点が３次元位置情報を有する計測点群を生成する。そして、当該計測点群とモデル点群とのＩＣＰマッチングを行う。ＩＣＰマッチングを行うことによって、計測点群とモデル点群との３次元相対位置関係が認識され、ロボット座標系におけるモデル点群の３次元位置および姿勢に基づいて、ロボット座標系における計測点群（組み付け部品２１）の３次元位置および姿勢を認識することができる。
【００６１】
次に作業部制御装置１００の設定部３は、組み付け部品２１の接近開始配置および接近経路を設定する（ステップＳ１２）。当該接近開始配置は、上述の第１対象物２０に設定されていた場合と同様に、組み付け部品２１に他の部品等（ここではロボットハンド）を適合させる際に移動を開始する３次元位置および姿勢であり、適合させる部品の種類等に応じて組み付け部品２１にそれぞれ設定される。
【００６２】
次に作業部制御装置１００の制御部４は、作業部５としてのロボットハンド５Ｒの動作を制御して、組み付け部品２１に対して作業を行わせる（ステップＳ１３）。
【００６３】
制御部４は、接近経路に沿ってロボットハンド５Ｒを移動させ、ロボットハンド５Ｒで組み付け部品２１を保持させる。
【００６４】
次に作業部制御装置１００の認識部２は、第１対象物４０の３次元位置および姿勢を認識する（ステップＳ１）。
【００６５】
次に作業部制御装置１００の設定部３は、第１対象物４０の接近開始配置および接近経路を設定する（ステップＳ２）。このとき設定する接近開始配置および接近経路は、第１対象物４０において設定された、組み付け部品２１に関する接近開始配置および接近経路である。ただし、組み付け部品２１がロボットハンド５Ｒに所定の箇所を保持されている状態であることを考慮した、組み付け部品２１に関する接近開始配置および接近経路が設定できる場合には、その接近開始配置および接近経路を選択することが望ましい。
【００６６】
次に作業部制御装置１００の制御部４は、組み付け部品２１を保持した状態のロボットハンド５Ｒの動作を制御して、第１対象物４０に対して作業を行わせる（ステップＳ１４）。以下、図９〜１１を参照しつつ説明する。
【００６７】
まず制御部４は、ロボットハンド５Ｒに保持された状態の組み付け部品２１（図９参照）を、接近開始配置３０の３次元位置に移動させる（図１０参照）。当該制御は、ロボットハンド５ＲのＴＣＰ３２を、組み付け部品２１の接近開始配置３０よりさらに第１対象物４０から離れた３次元位置に移動させる制御となる。
【００６８】
次に制御部４は、接近経路３１に沿って組み付け部品２１が誘導されるようにロボットハンド５Ｒを制御し、組み付け部品２１を第１対象物４０に接近させる。組み付け部品２１の３次元姿勢は、組み付け部品２１の各組み付け部位２６が第１対象物４０の各被組み付け部位４０Ａに適合するように設定されているため、組み付け部品２１を接近経路３１に沿って移動させることにより、組み付け部品２１の各組み付け部位２６は第１対象物４０における対応する各被組み付け部位４０Ａに到達する（図１１参照）。
【００６９】
このようにして、組み付け部品２１を第１対象物４０に組み付けるまでの移動経路において、組み付け部品２１が第１対象物４０と接触することを防ぐことができる。よって、第１対象物４０または組み付け部品２１が損傷することを防ぎ、また第１対象物４０が組み付け部品２１の移動を妨害することを防ぐことができる。
【００７０】
＜第２変形例＞
上記の実施形態および第１変形例における、ロボットハンド５Ｒに取り付けられたカメラ５０により撮像される視差画像を用いた第１対象物の３次元位置および姿勢認識では、カメラ５０を十分に第１対象物に近づけて画像を撮像する方がより解像度の高い視差画像を得ることができる。解像度の高い視差画像を得ることができれば、認識部２における第１対象物の３次元位置および姿勢認識の精度を向上させることができる。
【００７１】
また、視差画像において映されなかった第１対象物の表面、すなわち、カメラ５０から見た第１対象物の背面側の形状については、３次元位置および姿勢認識を行うことができない。よってカメラ５０は、第１対象物の表面ができるだけ重ならない方向から第１対象物を撮像することが望ましい。
【００７２】
上記の実施形態における接近開始配置は、第２対象物と第１対象物とが接触しない範囲で、できるだけ第１対象物に近づいた３次元位置とすることができる。よって接近開始配置において、カメラ５０を用いて第１対象物を再度撮像し、取得した視差画像に基づいて再び第１対象物の３次元位置および姿勢認識を行えば、より精度よく作業を行うことができる。なお、再度第１対象物の３次元位置および姿勢認識を行うことで、接近開始配置および接近経路が変化した場合には、その変化に従って組み付け部品等の３次元位置および姿勢の認識を更新すればよい。
【００７３】
また、上記の実施形態における接近経路上においては、第１対象物に適合させる第２対象物の各適合部位と、第１対象物の対応する各被適合部位との間の接近経路上には、第１対象物の他の部位およびこれに適合させる第２対象物の他の部位は存在しない。すなわち、特に接近経路が直線状に設定されている場合には、接近経路上に配置されたカメラ５０から見ると、第１対象物の表面は互いに重なることなく配置されるため、背面側となることによって３次元位置および姿勢認識ができない表面がない。よって、接近経路上にカメラ５０を配置し、再度第１対象物を撮像することにより、より精度よく第１対象物の３次元位置および姿勢を認識することができる。
【００７４】
＜効果＞
本発明に関する実施形態によれば、作業部制御装置が、第１対象物の３次元位置および姿勢を認識する認識部２と、適合のための接近を開始する際の第２対象物（組み付け部品２１、またはロボットハンド５Ｒそのもの）の３次元位置および姿勢を示す接近開始配置、および、第２対象物の移動経路を示す接近経路を、認識した第１対象物の３次元位置および姿勢に基づいて設定する設定部３と、作業部５を制御することによって、第２対象物を第１対象物に適合させる制御部とを備える。
【００７５】
このような構成によれば、第２対象物と第１対象物とが移動途中において接触しない移動経路である、接近開始配置から第１対象物に至る移動経路である接近経路に沿って、第２対象物を移動させることができるため、第２対象物と第１対象物との接触を防ぎつつ、作業部５（ロボットハンド５Ｒ）を制御して適切に第２対象物と第１対象物との適合作業を行うことができる。
【００７６】
また、本発明に関する実施形態によれば、接近開始配置において、第２対象物の３次元位置、および、接近経路に沿う方向の３次元姿勢が少なくとも設定されている。
【００７７】
このような構成によれば、第２対象物の形状によっては３次元姿勢に一定の自由度を残すことができるため、第２対象物を接近開始配置の設定通りに配置させることが容易となる。
【００７８】
また、本発明に関する実施形態によれば、撮像部６は接近開始配置において第１対象物を再度撮像し、認識部２が撮像部６が接近開始配置において撮像した第１対象物の画像に基づいて、第１対象物の３次元位置および姿勢の認識を更新する。
【００７９】
このような構成によれば、撮像部６としてのカメラ５０を用いて第１対象物に接近した位置から撮像することができるため、より解像度の高い視差画像を得ることができる。また、撮像部６としてのカメラ５０から見た第１対象物の表面が互いに重なることなく配置されるため、より正確な第１対象物の表面の視差画像を得ることができる。これらによって、第１対象物のより精度の高い３次元位置および姿勢の認識に更新することができる。
【００８０】
また、本発明に関する実施形態によれば、作業部制御方法が、接近開始配置において第１対象物を再度撮像する工程と、接近開始配置において撮像した第１対象物の画像に基づいて、第１対象物の３次元位置および姿勢の認識を更新する工程と、更新した第１対象物の３次元位置および姿勢の認識に基づいて、作業部５を制御することによって第２対象物を第１対象物に適合させる工程とを備える。
【００８１】
このような構成によれば、一旦認識した第１対象物の３次元位置および姿勢に基づいて接近開始配置まで撮像部６（カメラ５０）を移動させ、その接近開始配置においてさらに第１対象物を撮像することで、より精度の高い第１対象物の３次元位置および姿勢を認識することができる。当該認識結果に基づいてさらに接近開始配置および接近経路を修正すれば、より精度の高い接近開始配置および接近経路に基づいて作業部５を制御することができる。
【００８２】
なお本発明は、その発明の範囲内において、本実施形態における任意の構成要素の変形もしくは省略が可能である。
【符号の説明】
【００８３】
２  認識部
３  設定部
４  制御部
５  作業部
５Ｌ，５Ｒ  ロボットハンド
６  撮像部
２０，４０  第１対象物
２０Ａ  被保持部位
４０Ａ  被組み付け部位
２１  組み付け部品
２５  フィンガー
２６  組み付け部位
３０  接近開始配置
３１  接近経路
５０  カメラ
１００  作業部制御装置
２００  コンピュータ
２０１  記憶媒体
５００  作業ロボット
【図１】
2014069251.tif 000003
【図２】
2014069251.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014069251.tif 000009
【図８】
2014069251.tif 000010
【図９】
2014069251.tif 000011
【図１０】
2014069251.tif 000012
【図１１】
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