(57)【要約】  ハンド機構によって対象物が把持された状態でアーム機構によって対象物を移動させるときに、対象物を安定して移動させる。対象物が把持された状態でアーム機構によって対象物を移動させるときに、対象物上の位置であって対象物にかかる慣性力の方向を臨む位置に、少なくとも１本の指部を接触させた状態で、少なくとも３本の指部によって対象物を把持させる。
2019102913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３本の指部を有するハンド機構と、
前記ハンド機構が接続されるアーム機構と、
を備え、前記ハンド機構によって対象物を把持した状態で前記アーム機構によって前記対象物を移動させる把持システムであって、
前記ハンド機構によって前記対象物が把持された状態で前記アーム機構によって前記対象物を移動させるときに、前記対象物上の位置であって前記対象物にかかる慣性力の方向を臨む位置に、少なくとも１本の指部を接触させた状態で、少なくとも３本の指部によって前記対象物を把持させる制御装置を備える把持システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記ハンド機構によって前記対象物が把持された状態で前記アーム機構によって前記対象物を移動させるときに、前記対象物上の位置であって前記対象物にかかる慣性力の方向を臨む複数の位置に、夫々前記指部を接触させた状態で前記対象物を把持させる請求項１に記載の把持システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記ハンド機構によって前記対象物が把持された状態で前記アーム機構によって前記対象物を移動させるときに、前記対象物上の位置であって前記対象物にかかる慣性力と重力との合力の方向を臨む複数の位置に、夫々前記指部を接触させた状態で前記対象物を把持させる請求項１または２に記載の把持システム。
【請求項４】
前記対象物の面であって前記対象物にかかる慣性力の方向の外側を向く面に少なくとも１本の指部を接触させることにより、前記対象物上の位置であって前記対象物にかかる慣性力の方向を臨む位置に少なくとも１本の指部を接触させる請求項１に記載の把持システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記ハンド機構によって前記対象物が把持された状態で前記アーム機構によって前記対象物を移動させるときに、前記対象物の面であって、前記対象物にかかる慣性力の方向の外側を向く面に少なくとも２本の指部を接触させる請求項４に記載の把持システム。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記対象物を把持するときに対となる方向から前記ハンド機構の前記指部により挟んで把持するための所定の把持面が露出しているかを判定する判定部と、
前記判定部により前記所定の把持面が露出していないと判定されたときに、少なくとも１本の前記指部である第１指部で接触可能な前記対象物上の接触可能面と、該判定部による判定時に該第１指部とは異なる第２指部が接触可能であるように露出していない非露出面と、を特定する特定部と、
前記非露出面及び該非露出面と対になる面のうち、前記ハンド機構によって前記対象物が把持された状態で前記アーム機構によって前記対象物を移動させるときに、前記対象物にかかる慣性力の方向の外側を向く面であって、少なくとも２本の前記指部を接触させる面である二点接触面を決定する決定部と、
前記第１指部で前記接触可能面に接触しながら前記対象物の位置又は姿勢を変化させて、前記第２指部が該対象物の前記非露出面に接触可能となるように該非露出面を露出させる第１動作制御部と、
前記第１動作制御部により前記非露出面が露出された状態において、前記二点接触面に少なくとも２本の前記指部を接触させるとともに、前記二点接触面と対になる面に少なくとも１本の前記指部を接触させることで、前記対象物を把持させる第２動作制御部と、
を備える、請求項５に記載の把持システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記対象物にかかる慣性力と重力との合力の方向の外側を向く面に少なくとも２本の指部を接触させる請求項４から６の何れか１項に記載の把持システム。
【請求項８】
前記制御装置は、
前記対象物を把持するときに対となる方向から前記ハンド機構の前記指部により挟んで把持するための所定の把持面が露出しているかを判定する判定部と、
前記判定部により前記所定の把持面が露出していないと判定されたときに、少なくとも１本の前記指部である第１指部で接触可能な前記対象物上の接触可能面と、該判定部による判定時に該第１指部とは異なる第２指部が接触可能であるように露出していない非露出面と、を特定する特定部と、
前記非露出面及び該非露出面と対になる面とは異なる面のうち、前記ハンド機構によって前記対象物が把持された状態で前記アーム機構によって前記対象物を移動させるときに、前記対象物にかかる慣性力の方向の外側を向く面であって、少なくとも１本の前記指部を接触させる面である一点接触面を決定する決定部と、
前記第１指部で前記接触可能面に接触しながら前記対象物の位置又は姿勢を変化させて、前記第２指部が該対象物の前記非露出面に接触可能となるように該非露出面を露出させる第１動作制御部と、
前記第１動作制御部により前記非露出面が露出された状態において、前記第２指部を該非露出面に接触させるとともに、該第２指部以外の指部を該非露出面と対になる面に接触させ、さらに前記一点接触面に少なくとも１本の前記指部を接触させることで、前記対象物を把持する第２動作制御部と、
を備える、請求項４に記載の把持システム。
【請求項９】
前記制御装置は、前記対象物にかかる慣性力と重力との合力の方向の外側を向く面に少なくとも１本の指部を接触させる請求項８に記載の把持システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、把持システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
長軸物の対象物を把持部が摩擦力のみで固定して所定の位置に移動させる場合、把持部の移動時に該把持部にかかる慣性力の方向を演算し、この演算結果に基づいて慣性力の方向と対象物の長軸方向に対する直角方向とが一致するように把持部の向きを変えて対象物の安定把持姿勢を保持することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の技術では、対象物が移動する際に生じる慣性力にチャックが対向するように対象物の把持の向きを調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４４２２２１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に記載の技術は、長軸物の対象物をチャッキングする形態になっており、そのためチャックと対象物との接触は、線接触もしくは面接触となる。しかし、例えば、対象物が複数並べられている状態から１個ずつ対象物をピックアップする場合、線接触もしくは面接触のチャッキングでは対象物の露出面にチャックが届かないことがあり、対象物をチャッキングするのが困難な場合がある。【０００５】
この場合、ハンド機構の指部で対象物を傾倒させるなどして姿勢を変更させた状態で把持する形態は極めて有用である。一方で、このような把持形態では、対象物に対して指部の先端を接触（点接触）させるため、対向する指部の１点接触同士で対象物を把持した状態でアーム機構によって対象物を移動させると、慣性力（遠心力）がかかることによって把持状態が不安定となり得る。それを避けるために対象物の移動速度を低下させることで対象物にかかる慣性力を小さくすると、タクトタイムが延びてしまう。【０００６】
本発明は、上記したような種々の実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、ハンド機構によって対象物が把持された状態でアーム機構によって対象物を移動させるときに、対象物を安定して移動させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の態様の一つは、少なくとも３本の指部を有するハンド機構と、前記ハンド機構が接続されるアーム機構と、を備え、前記ハンド機構によって対象物を把持した状態で前記アーム機構によって前記対象物を移動させる把持システムであって、前記ハンド機構によって前記対象物が把持された状態で前記アーム機構によって前記対象物を移動させるときに、前記対象物上の位置であって前記対象物にかかる慣性力の方向を臨む位置に、少なくとも１本の指部を接触させた状態で、少なくとも３本の指部によって前記対象物を把持させる制御装置を備える把持システムである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ハンド機構によって対象物が把持された状態でアーム機構によって対象物を移動させるときに、対象物を安定して移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係るロボットアームの概略構成を示す図である。
【図２】実施形態に係るハンド機構の斜視図である。
【図３】実施形態に係るハンド機構の上面図である。
【図４】実施形態に係るハンド機構の指部の側面図である。
【図５】実施形態に係るハンド機構の指部の先端部側を図４の矢印Ａの方向から見た図である。
【図６】実施形態に係るハンド機構の、ベース部における指部の接続部近傍部分の内部構造、および、指部における基端部および第２関節部の内部構造を示す図である。
【図７】実施形態に係るハンド機構の指部における第２関節部の可動範囲を示す図である。
【図８】実施形態に係るハンド機構の、指部における第１関節部および第２指リンク部の内部構造を示す図である。
【図９】実施形態に係るハンド機構の指部における第１関節部の可動範囲を示す図である。
【図１０】実施形態に係るハンド機構の指部の第１指リンク部の先端側における感圧センサの配置を示す図である。
【図１１】実施形態に係る制御装置に含まれる各機能部を示すブロック図である。
【図１２】実施形態に係るハンドシステムで実行される把持制御のフローチャートである。
【図１３】実施形態に係るハンド機構で行われる直接把持を示す図である。
【図１４】図１２に示す把持制御で行われる接触可能面を特定するための処理のフローチャートである。
【図１５】把持対象となる対象物の配置状態の一例を示す図である。
【図１６】図１２に示す把持制御で行われる非露出面を特定するための処理のフローチャートである。
【図１７】対象物の移動時に生じる慣性力の方向と、二点接触面と、指部の配置との関係を示した図である。
【図１８】実施形態に係るハンド機構で行われる傾倒把持を説明するための第１の図である。
【図１９】実施形態に係るハンド機構で行われる傾倒把持を説明するための第２の図である。
【図２０Ａ】実施形態に係るハンド機構で行われる傾倒把持を説明するための第３の図である。
【図２０Ｂ】実施形態に係るハンド機構で行われる傾倒把持を説明するための第４の図である。
【図２０Ｃ】実施形態に係るハンド機構で行われる傾倒把持を説明するための第５の図である。
【図２１】対象物の移動時に生じる慣性力の方向と、重力の方向と、の合力の方向と、二点接触面と、指部の配置との関係を示した図である。
【図２２】実施形態に係る対象物の移動時に生じる慣性力の方向と、指部の配置との関係を示した図である。
【図２３】実施形態に係る対象物の移動時に生じる慣性力の方向と、重力の方向と、の合力の方向と、一点接触面と、指部の配置との関係を示した図である。
【図２４】対象物が円柱体の場合における、対象物の移動時に生じる慣性力の方向と、指部の配置との関係を示した図である。
【図２５】対象物が円柱体の場合における、対象物の移動時に生じる慣性力の方向と、指部の配置との関係を示した図である。
【図２６】対象物の移動時に生じる慣性力の方向と重力の方向との合力の方向と、指部の配置との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。以下の実施形態は、可能な限り組み合わせることができる。
【００１１】
本発明に係る把持システムによれば、対象物にかかる慣性力を、対象物上の位置であって対象物にかかる慣性力の方向を臨む位置に接触させた少なくとも１本の指部で受けることができるため、これによって安定した移動が可能となる。また、対象物にかかる慣性力を、対象物にかかる慣性力の方向の外側を向く面に接触させた少なくとも１本の指部で受けることができるため、これによっても安定した移動が可能となる。そのため、対象物の移動速度を高めることができるので、タクトタイムを短縮することができる。
【００１２】
また、ハンド機構によって対象物が把持された状態でアーム機構によって対象物を移動させるときに、対象物上の位置であって対象物にかかる慣性力の方向を臨む複数の位置に、夫々指部を接触させることもできる。また、ハンド機構によって対象物が把持された状態でアーム機構によって対象物を移動させるときに、対象物の面であって、対象物にかかる慣性力の方向の外側を向く面に少なくとも２本の指部を接触させることもできる。この場合、対象物にかかる慣性力の方向の外側を向く面と対になる面（すなわち、慣性力の方向の内側を向く面）に少なくとも１本の指部を接触させることにより、対象物を把持することができる。対象物にかかる慣性力を２本の指部で受けることにより、対象物の安定した移動が可能となる。
【００１３】
また、対象物上の位置であって対象物にかかる慣性力と重力との合力の方向を臨む複数の位置に、夫々指部を接触させることで、更に安定度を増すことができる。また、対象物にかかる慣性力と重力との合力の方向の外側を向く面に少なくとも１本の指部を接触させることで、更に安定度を増すことができる。
【００１４】
＜実施形態１＞
ここでは、本発明に係る把持システムをロボットアームに適用した場合について説明する。当該把持システムは、ロボットアーム１の先端に設けられたハンド機構２を用いて、把持の対象物を把持するためのシステムである。図１は、本実施形態に係るロボットアーム１の概略構成を示す図である。ロボットアーム１は、ハンド機構２、アーム機構３、および台座部４を備えている。アーム機構３の一端にハンド機構２が取り付けられている。また、アーム機構３の他端が台座部４に取り付けられている。ハンド機構２は、アーム機構３に接続されたベース部２０と、該ベース部２０に設けられた４本の指部２１とを備えている。なお、ハンド機構２の詳細な構成については後述する。
【００１５】
＜アーム機構＞
アーム機構３は、第１アームリンク部３１、第２アームリンク部３２、第３アームリンク部３３、第４アームリンク部３４、第５アームリンク部３５、および接続部材３６を備えている。そして、ハンド機構２のベース部２０が、アーム機構３の第１アームリンク部３１の一端側に形成された第１関節部３０ａに接続されている。第１関節部３０ａには、第１アームリンク部３１に対してハンド機構２を該第１アームリンク部３１の軸周りに回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。第１アームリンク部３１の他端側は、第２関節部３０ｂで第２アームリンク部３２の一端側に接続されている。第１アームリンク部３１と第２アームリンク部３２とはその中心軸が垂直に交わるように接続されている。そして、第２関節部３０ｂには、第２アームリンク部３２に対して、第１アームリンク部３１を、その他端側を中心に該第２アームリンク部３２の軸周りに回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。次に、第２アームリンク部３２の他端側は、第３関節部３０ｃで第３アームリンク部３３の一端側に接続され、第３関節部３０ｃには、第３アームリンク部３３に対して第２アームリンク部３２を相対的に回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。
【００１６】
同じように、第３アームリンク部３３の他端側は、第４関節部３０ｄで第４アームリンク部３４の一端側に接続され、第４アームリンク部３４の他端側は、第５関節部３０ｅで第５アームリンク部３５に接続されている。そして、第４関節部３０ｄには、第４アームリンク部３４に対して第３アームリンク部３３を相対的に回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。また、第５関節部３０ｅには、第５アームリンク部３５に対して第４アームリンク部３４を相対的に回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。さらに、第５アームリンク部３５は、台座部４から垂直に配置された接続部材３６に第６関節部３０ｆで接続されている。第５アームリンク部３５と接続部材３６とは、それぞれの中心軸が同軸となるように接続されている。そして、第６関節部３０ｆには、第５アームリンク部３５を、該第５アームリンク部３５および接続部材３６の軸回りに回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。アーム機構３をこのような構成とすることで、該アーム機構３を６自由度の自由度を有する機構とすることができる。
【００１７】
＜ハンド機構＞
次に、ハンド機構２の構成について図２から図１０に基づいて説明する。図２はハンド機構２の斜視図である。図３はハンド機構２の上面図である。また、図２、図３に示すように、ハンド機構２においては、ベース部２０に４本の指部２１が、ハンド機構２の長手方向（図３において紙面に垂直な方向）の軸を中心とした円周上に、等角度間隔（すなわち９０ｄｅｇ間隔）に配置されている。また、４本の指部２１は全て同一の構造を有し且つ同一の長さである。但し、各指部２１の動作は、それぞれ独立して制御される。
【００１８】
図４から図１０は、ハンド機構２の指部２１の構成およびその駆動機構について説明するための図である。図４は指部２１の側面図である。なお、図４では、ベース部２０が透過された状態で記載されており、ベース部２０の内部に位置する指部２１の一部の内部構造をも示している。また、図５は、指部２１の先端部側を図４の矢印Ａの方向から見た図である。
【００１９】
指部２１は、第１指リンク部２１１、第２指リンク部２１２、および基端部２１３を有している。そして、指部２１の基端部２１３がベース部２０に接続されている。ここで、基端部２１３は、図３において矢印で示すように、ベース部２０に対して指部２１の長手方向（図３において紙面に垂直な方向）の軸回りに回転可能に接続されている。また、指部２１において、基端部２１３に第２指リンク部２１２の一端が接続されている。そして、この第２指リンク部２１２と基端部２１３との接続部に第２関節部２３が形成されている。
【００２０】
そして、図６に基づいて基端部２１３の駆動機構および第２関節部２３の駆動機構について説明する。図６は、ベース部２０における指部２１の接続部近傍部分の内部構造、および、指部２１における基端部２１３および第２関節部２３の内部構造を示す図である。この図６に示すように、ベース部２０の内部には、指部２１全体を回転させる、基端部２１３の回転軸に接続された歯車６５、および、第３モータ５３の回転軸に接続された歯車６６が設けられている。そして、歯車６５と歯車６６とが噛み合っている。このような構成により、第３モータ５３が回転すると、その回転力が二つの歯車６５、６６を介して基端部２１３の回転軸に伝達される。つまり、第３モータ５３によって指部２１全体を回転駆動させることが可能となっている。
【００２１】
また、第２関節部２３の内部には、ウォームホイール６３と、該ウォームホイール６３に対して噛み合ったウォーム６４が設けられている。そして、第２関節部２３における第２指リンク部２１２の回転軸にウォームホイール６３が接続されている。また、ベース部２０の内部に設けられた第２モータ５２の回転軸にウォーム６４が接続されている。このような構成により、第２モータ５２が回転駆動すると、その回転力がウォーム６４およびウォームホイール６３によって第２指リンク部２１２の回転軸に伝達され、第２指リンク部２１２は、基端部２１３に対して相対的に回転駆動されることになる。このとき、第２モータ５２による駆動力と第３モータ５３による駆動力は、それぞれ独立してその作動対象に伝わるように構成されている。そして、図７は、第２モータ５２の駆動力により実現される、指部２１における第２関節部２３の可動範囲を示す図である。この図７に示すように、第２関節部２３は屈曲および伸展可能に形成されている。
【００２２】
次に、指部２１において、第２指リンク部２１２の他端に第１指リンク部２１１の一端が接続されている。そして、この第１指リンク部２１１と第２指リンク部２１２との接続部に第１関節部２２が形成されている。図８に基づいて第１関節部２２の駆動機構について説明する。図８は、指部２１における第１関節部２２および第２指リンク部２１２の内部構造を示す図である。第１関節部２２の内部には、互いに嵌合する二つの傘歯車６１、６２が設けられている。そして、第１関節部２２における第１指リンク部２１１の回転軸に一方の傘歯車６１が接続されている。また、第２指リンク部２１２の内部に設けられた第１モータ５１の回転軸に他方の傘歯車６２が接続されている。このような構成により、第１モータ５１が回転駆動すると、その回転力が二つの傘歯車６１、６２によって第１指リンク部２１１の回転軸に伝達され、第１指リンク部２１１は、第２指リンク部２１２に対して相対的に回転駆動されることになる。図９は、第１モータ５１の駆動力により実現される、指部２１における第１関節部２２の可動範囲を示す図である。この図９に示すように、第１関節部２２は屈曲および伸展可能に形成されている。
【００２３】
また、図２、図４に示すように、本実施形態では、指部２１において、第１関節部２２よりも先端部側の第１指リンク部２１１よりも、該第１関節部２２よりベース部２０側（基端部２１３側）の第２指リンク部２１２の方が長くなっている。
【００２４】
また、図２、図４、図５、図１０に示すように、本実施形態では、指部２１の第１指リンク部２１１の先端側に感圧センサ７０が設けられている。感圧センサ７０は、第１指リンク部２１１の先端側に作用する外力（圧力）を検出するセンサである。また、図４に示すように、感圧センサ７０は、第１指リンク部２１１の先端側における、第１関節部２２の屈曲方向側の壁面２１５および伸展方向側の壁面２１６の両面に設けられている。ここで、本実施形態では、第１指リンク部２１１の先端側における第１関節部２２の屈曲方向側の壁面２１５は曲面状に形成されている。そこで、図１０に示すように、第１指リンク部２１１の先端側における第１関節部２２の屈曲方向側の壁面２１５には、複数の感圧センサ７０をその曲面形状に沿って並べて設置してもよい。
【００２５】
＜台座部＞
次に、台座部４の内部に配置されたロボットアーム１の制御装置であるアーム制御装置４２と、ハンド機構２の制御装置であるハンド制御装置４３の構成について、図１１に基づいて説明する。図１１は、アーム制御装置４２及びハンド制御装置４３に含まれる各機能部を示すブロック図である。アーム制御装置４２は、ロボットアーム１のアーム機構３に搭載される各モータを駆動するための駆動信号を生成する各ドライバを含み、各ドライバからの駆動信号が、対応する各モータに供給されるように構成される。アーム制御装置４２は、演算処理装置及びメモリを有するコンピュータであり、機能部として、アーム制御部４２０、およびモータ状態量取得部４２１を有している。各機能部は、アーム制御装置４２において所定の制御プログラムが実行されることで形成される。
【００２６】
アーム制御部４２０は、ハンド制御装置４３が有する、後述の対象物情報取得部４３０によって取得された対象物情報に基づいて、アーム機構３の各関節部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅに設けられたモータを制御することで、該アーム機構３を動かし、それによって、ハンド機構２を、対象物の把持のために適した所定の把持可能位置に移動させる。また、アーム機構３の各関節部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅに設けられたモータには、それぞれの回転状態に関する状態量（モータの回転軸の回転位置や回転速度等）を検出するエンコーダ（図示略）が設けられている。そして、各モータのエンコーダによって検出された各モータの状態量が、アーム制御装置４２のモータ状態量取得部４２１に入力される。そして、アーム制御部４２０は、モータ状態量取得部４２１に入力された各モータの状態量に基づいて、例えば、ハンド機構２が上記の所定の把持可能位置に移動するように各モータをサーボ制御する。
【００２７】
次に、ハンド制御装置４３は、ハンド機構２に搭載される各モータを駆動するための駆動信号を生成する各ドライバを含み、各ドライバからの駆動信号が、対応する各モータに供給されるように構成される。ハンド制御装置４３は、演算処理装置及びメモリを有するコンピュータであり、機能部として、対象物情報取得部４３０、モータ状態量取得部４３１、センサ情報取得部４３２、直接把持制御部４３３、判定部４３４、特定部４３５、第１動作制御部４３６、第２動作制御部４３７、決定部４３８を有している。各機能部は、ハンド制御装置４３において所定の制御プログラムが実行されることで形成される。
【００２８】
ハンド制御装置４３は、所定の把持可能位置に移動されたハンド機構２を、対象物情報取得部４３０によって取得された対象物情報に基づいて制御するように構成されている。対象物情報取得部４３０は、ハンド機構２よって把持すべき対象物に関する情報である対象物情報を取得する。ここで、対象物情報には、対象物の形状、寸法、およびその位置に関する情報、並びに、対象物周囲の環境情報（対象物の周囲に存在する該対象物以外の物に関する情報であり、例えば、対象物が収容されている容器の形状や当該容器における対象物の並びに関する情報）等が含まれる。この対象物情報取得部４３０は、ユーザによって入力された対象物情報を取得してもよい。また、対象物を含む画像を撮像する視覚センサが設けられている場合、対象物情報取得部４３０は、該視覚センサによって撮像された画像から対象物情報を取得してもよい。
【００２９】
また、直接把持制御部４３３は、対象物の把持形態の１つである直接把持をハンド機構２に実行させる機能部である。直接把持とは、把持前に配置された状態の対象物をそのままの状態で、すなわち当該対象物の位置や姿勢を変更することなく、ハンド機構２が有する指部２１のうち少なくとも２つの指部を当該対象物に対して接触させて挟むことで行われる把持の形態である。直接把持制御部４３３によって実行される直接把持の詳細については後述する。
【００３０】
次に、判定部４３４は、把持予定の対象物の配置状態が、上記の直接把持が可能な状態であるか否かを判定する機能部である。また、特定部４３５は、判定部４３４によって直接把持が行えない状態に対象物が配置されている場合に、直接把持とは異なる形態でその対象物を把持するために使用する、当該対象物の表面を特定する機能部である。なお、この場合の把持形態は、後述する第１動作制御部４３６及び第２動作制御部４３７によって実現される把持形態であり、その際に使用される対象物の表面には、少なくとも接触可能面と非露出面とが含まれる。これらの詳細については後述する。また、第１動作制御部４３６及び第２動作制御部４３７は、上記の通り、直接把持とは異なる形態の把持動作を、ハンド機構に実行させる機能部である。第１動作制御部４３６によって実行される第１動作に続いて、第２動作制御部により第２動作が実行されることになる。当該第１動作及び第２動作の詳細についても後述する。
【００３１】
決定部４３８は、対となる方向から対象物を指部２１により挟んで把持するときに、少なくとも２本の指部２１を接触させる面である二点接触面を決定する。この二点接触面は、アーム機構３によって対象物を移動させるときに対象物にかかる慣性力の方向の外側を向く面である。決定部４３８の詳細についても後述する。
【００３２】
そして、ハンド制御装置４３では、上記の直接把持であれ、直接把持とは異なる形態の把持であれ、対象物の把持のためにハンド機構２の各指部２１を駆動させる第１モータ５１、第２モータ５２、および第３モータ５３が対象物情報に基づいて制御される。ハンド機構２の各第１モータ５１、各第２モータ５２、および各第３モータ５３には、それぞれの回転状態に関する状態量（モータの回転軸の回転位置や回転速度等）を検出するエンコーダ（図示略）が設けられている。そして、各モータ５１、５２、５３のエンコーダによって検出された各モータ５１、５２、５３の状態量が、モータ状態量取得部４３１に入力される。そして、ハンド制御装置４３は、モータ状態量取得部４３１に入力された各モータ５１、５２、５３の状態量に基づいて各指部２１における各モータ５２、５２、５３をサーボ制御し対象物の把持を行う。
【００３３】
さらに、ハンド制御装置４３では、センサ情報取得部４３２に、ハンド機構２の各指部２１の先端側に設けられた感圧センサ７０の検出値が入力される。そして、ハンド制御装置４３は、センサ情報取得部４３２によって取得された各指部２１の感圧センサ７０の検出値に基づいて、指部２１の対象物への接触を検知でき、その検知信号に基づいて各指部２１における各モータ５１、５２、５３を制御することもできる。
【００３４】
＜把持制御＞
ここで、図１２に基づいて、ロボットアーム１に搭載されたハンド機構２を用いた把持システムによる対象物の把持制御について説明する。当該把持制御は、アーム制御装置４２及びハンド制御装置４３において所定の制御プログラムが実行されることで実現される。先ず、Ｓ１０１では、ハンド機構２が所定の把持可能位置に移動される。当該処理は、アーム制御装置４２のアーム制御部４２０によって実行される。具体的には、対象物情報取得部４３０によって取得された対象物情報が、ハンド制御装置４３からアーム制御装置４２へと引き渡される。そして、この引き渡された対象物情報に基づいて、ハンド機構２が位置すべき所定の把持可能位置、すなわち、対象物に対してハンド機構２が作用することで当該対象物の把持が可能となる位置が算出される。例えば、対象物情報に含まれる対象物の位置情報を基準として、その把持が可能となるように所定距離、当該対象物から離間した位置を所定の把持可能位置として算出してもよい。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。
【００３５】
Ｓ１０２では、所定の把持可能位置に移動されたハンド機構２によって、対象物を直接把持可能か否かが判定される。当該判定は、上記の判定部４３４によって行われる。ここで、図１３に基づいてハンド機構２による直接把持の詳細について説明する。図１３に示す対象物１０は、床面上に単独で置かれ、直方体状の形状を有している。そして、図１３に示すように、対象物１０の端面１０ａと、それに対向する端面１０ｂとは、ともにハンド機構２の指部２１が接触可能な程度に露出しているものとする。なお、本願において、ハンド機構２が有する４本の指部２１やそれを構成する第１指リンク部２１１を指部毎に区別して識別する際には、参照番号である「２１」や「２１１」に識別のための添え字である「Ａ」〜「Ｄ」を付加するものとし、区別して識別する必要が無い場合には当該添え字の記載を省略する場合もある。また、添え字「Ａ」〜「Ｄ」は、図３に示す指部２１の並びの状態で時計回りに順に、各指部に割当てられるものとする。ここで、対象物１０では、端面１０ａ及び端面１０ｂが露出しているため、ハンド機構２の指部２１Ａと指部２１Ｃによって図中の白抜き矢印で示す、対となる方向から対象物１０を挟んで把持することが可能となる。このとき、対象物１０の姿勢や位置を変更することなく、対象物１０の把持が可能であることから、図１３に示す把持形態が直接把持となる。
【００３６】
また、判定部４３４による直接把持の可否判定は、上記のような対となる方向から対象物１０を挟んで把持することを可能とする、対象物１０の表面（本発明の所定の把持面に相当し、その一例が図１３に示す端面１０ａ、１０ｂとなる。）が露出しているかについて行われる判定処理である。例えば、対象物情報取得部４３０によって取得された対象物情報に含まれる、対象物の形状や位置に関する情報、並びに、対象物１０の周囲の障害物と対象物１０との相対位置関係等の環境情報に従って、直接把持を可能とする表面の有無の判定が行われる。図１３に示す例では、直方体形状の対象物１０が床面に配置されているという対象物情報に基づいて、その側面側に位置し、指部２１Ａと指部２１Ｃの接近が可能な程度にその周囲に空間が確保されている端面１０ａ及び端面１０ｂの存在が確認されることで、直接把持が可能であるとの判定が判定部４３４によってなされることになる。Ｓ１０２で肯定判定されるとＳ１０３へ進み、否定判定されるとＳ１０４へ進む。
【００３７】
Ｓ１０３では、Ｓ１０２での肯定判定を以て、ハンド機構２による直接把持が実施される。例えば、図１３に示す形態では、指部２１Ａの第１指リンク部２１１Ａが端面１０ａに接触し、指部２１Ｃの第１指リンク部２１１Ｃが端面１０ｂに接触することで対象物１０の直接把持が行われる。なお、直接把持においては少なくとも２つの指部２１により対象物１０が把持されればよいが、更に多くの指部２１を対象物１０に接触させて対象物１０をより安定的に把持してもよい。例えば、図１３に示す状態で、指部２１Ｂの第１指リンク部２１１Ｂや図示省略されている指部２１Ｄの第１指リンク部２１１Ｄが対象物１０に接触することでその直接把持を実施してもよい。Ｓ１０３の処理後、本制御が終了する。
【００３８】
次に、Ｓ１０４では、Ｓ１０２での否定判定を以て、対象物１０における接触可能面の特定が行われる。接触可能面は、直接把持が行えない状態に置かれている対象物１０において直接把持とは異なる形態の把持を実現するために、対象物１０を傾倒させるべくハンド機構２の何れかの指部（本発明の第１指部に相当する指部）が接触可能な、対象物１０の表面である。したがって、露出している対象物１０の全ての表面が接触可能面となるわけではなく、指部が接触し対象物１０の姿勢や位置を変化し得る表面が接触可能面となる。ここで、対象物１０における接触可能面を特定するための処理について、図１４に基づいて説明する。
【００３９】
＜接触可能面特定処理＞
図１４は、対象物１０における接触可能面を特定するための処理のフローチャートである。なお、当該処理の説明に際しては、把持対象となる対象物１０は図１５に示すように配置されていることを前提とする。この配置状態では、対象物となる直方体形状の物体が４つ連なって置かれており、その手前側に位置する物体が把持の対象となる対象物１０であり、それ以外の物体は、対象物１０と同形の物体であるが把持の対象ではないため非対象物１０’と称する。図１５に示す配置状態では、対象物１０の底面が床面に接するように置かれているが、更にその対象物１０の側面Ｓ２及びＳ３は、図示しない障害物（例えば、物体を収容する容器等）が対象物１０の周囲に位置しているため、露出した状態とはなっていない。また、対象物１０の背面Ｓ５は、背部の非対象物１０’に接しているため、同じように露出した状態とはなっていない。なお、このような対象物１０の配置状態に関する情報は、対象物情報取得部４３０によって取得される対象物情報に含まれている。
【００４０】
ここで、Ｓ２０１では、対象物１０に関する対象物情報に基づいて、対象物１０の露出面が抽出される。図１５に示す例では、対象物１０の露出面として、前面Ｓ１と上面Ｓ４が抽出されることになる。この抽出された露出面は、いわば接触可能面の候補である。次に、Ｓ２０２では、接触可能面の候補として、Ｓ２０１で抽出された露出面の中から、ハンド機構２の指部２１が接触して対象物に作用することで対象物１０を傾けて倒す傾倒動作（後述の図１９を参照）が可能な露出面が選出される。図１５に示す例では、前面Ｓ１は、床面より概ね垂直に起立している面であるため、仮に指部２１が前面Ｓ１に接触し力を加えても、対象物１０の周囲に位置する非対象物１０’や障害物の存在により対象物１０を傾倒させることはできない。一方で、上面Ｓ４は、指部２１が上面Ｓ４に接触した状態で、対象物１０の上部を手前側に引き倒すように指部２１を動かすことで、対象物１０の傾倒動作を実現することができる。そこで、Ｓ２０２の処理により、接触可能面の候補に上面Ｓ４が選出されることになる。
【００４１】
そして、Ｓ２０３では、Ｓ２０１及びＳ２０２の処理を経て、候補となる露出面があるか否かが判定される。Ｓ２０３で肯定判定されると、接触可能面の候補に絞られた露出面のうち１つの面が接触可能面に特定される（Ｓ２０４の処理）。一方で、Ｓ２０３で否定判定されると、接触可能面の特定は行われず、不成功に終わる。このように図１４に示す接触可能面特定処理によって、把持制御時の接触可能面の特定が行われる（Ｓ１０４の処理）。なお、本実施形態では、上面Ｓ４が接触可能面として特定される。
【００４２】
ここで、再び図１２に戻る。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５で、対象物１０における非露出面の特定が行われる。非露出面は、上述したように指部２１が接触可能面に接触した状態で対象物１０を傾倒させる前では、ハンド機構２の指部（接触可能面に接触する指部とは異なる指部であり、本発明の第２指部に相当する指部）が接触可能となるようには露出していない対象物１０の表面であるが、当該傾倒動作が行われると、その非露出状態が解消される面である。したがって、接触可能面と非露出面とは、対象物１０の傾倒動作によって関連付けられた対象物１０の表面と言うことができる。そこで、対象物１０における非露出面を特定するための処理について、図１６に基づいて説明する。
【００４３】
＜非露出面特定処理＞
図１６は、対象物１０における非露出面を特定するための処理のフローチャートである。なお、当該処理の説明に際しては、把持対象となる対象物１０は図１５に示すように配置され、且つ、上記の接触可能面を用いた対象物１０の傾倒動作が行われることを前提とする。また、当該処理においても、接触可能面特定処理と同様に対象物１０に関する対象物情報が利用される。先ず、Ｓ３０１では、対象物１０に関する対象物情報に基づいて、対象物１０の表面のうち非露出面の候補となる表面の抽出が行われる。この非露出面の候補となる表面は、ハンド機構２の指部２１が接触可能となるようには露出していないことを要件として抽出される。したがって、図１５に示す配置状態にある対象物１０においては、側面Ｓ２及びＳ３と、背面Ｓ５と底面が、非露出面の候補として抽出される。
【００４４】
次に、Ｓ３０２では、非露出面の候補として、Ｓ３０１で抽出された表面の中から、上記の接触可能面を用いた対象物１０の傾倒動作により露出された状態となる、すなわち当該傾倒動作によってハンド機構２の指部２１が接触可能な状態となる表面が選出される。図１５に示す例では、対象物１０の傾倒動作は、指部２１が上面Ｓ４に接触した状態で対象物１０を手前側に引き倒す動作のみが可能となる。したがって、この傾倒動作によって露出状態となる非露出面の候補は、背面Ｓ５のみとなる。
【００４５】
次に、Ｓ３０３では、更なる非露出面の候補の選出処理が行われる。具体的には、非露出面の候補として、Ｓ３０２で選出された非露出面の候補のうち、その候補非露出面に指部２１が接触したときに、他の指部２１が当該候補非露出面と対となって対象物１０の把持を可能とする露出面、すなわち指部２１の接触が可能な表面を有する候補非露出面が選出される。すなわち、Ｓ３０３では、傾倒動作によって露出することになる非露出面を利用して対象物１０の把持を行う際に、非露出面以外で対象物１０に指部２１を接触させるための表面である露出面が存在することになる非露出面が選択される。なお、このように非露出面、及び非露出面と対を為す当該露出面が、本願発明の所定の把持面に相当する。図１５に示す例では、Ｓ３０２で選出された非露出面の候補は背面Ｓ５のみであるが、仮に傾倒動作によって露出された背面Ｓ５に指部２１を接触させたときに、別の指部２１を前面Ｓ１に接触させることで、対象物１０を両指部で把持することが可能となる。したがって、背面Ｓ５は、Ｓ３０３の処理によっても非露出面の候補として選出されることになる。
【００４６】
そして、Ｓ３０４では、Ｓ３０１〜Ｓ３０３の処理を経て、候補となる非露出面があるか否かが判定される。Ｓ４０３で肯定判定されると、非露出面の候補のうち１つの面が非露出面に特定される（Ｓ３０５の処理）。一方で、Ｓ４０３で否定判定されると、非露出面の特定は行われず、不成功に終わる。このように図１６に示す非露出面特定処理によって、把持制御時の非露出面の特定が行われる（Ｓ１０５の処理）。なお、本実施形態では、背面Ｓ５が非露出面として特定される。
【００４７】
ここで、再び図１２に戻る。Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６において、接触可能面及び非露出面の特定に成功したか否かが判定される。具体的には、接触可能面特定処理によって接触可能面の特定に成功し、且つ非露出面特定処理によって非露出面の特定に成功した場合に、Ｓ１０６の判定処理は肯定判定とされ、それ以外の場合にはＳ１０６の判定処理は否定判定とされる。そして、Ｓ１０６で肯定判定されると、特定された接触可能面と非露出面とを利用して対象物１０の把持が行われ、Ｓ１０６で否定判定されると対象物１０の把持処理は中止される（Ｓ１１２の処理）。なお、対象物１０の把持処理が中止された場合の、ロボットアーム１及びハンド機構２の動作については、予め決められている、把持動作以外の動作が行われてもよい。例えば、ロボットアーム１及びハンド機構２を所定の位置や状態に戻した上で、ユーザに対して対象物１０の把持が行われなかったことを知らせるためのアラームを発してもよく、又は、把持の対象となる物体を別の物体に切り替えて、その把持制御を進めてもよい。
【００４８】
次に、Ｓ１０６で肯定判定された場合に行われる、対象物１０の把持処理について説明する。先ず、Ｓ１０７では、二点接触面が決定される。二点接触面は、特定された非露出面と、当該非露出面と対を為す面と、のうちの何れか一方の面であって、対象物を把持した状態でアーム機構３が対象物を移動させる際に、慣性力の方向の外側を向く面である。図１５に示す例では、背面Ｓ５及び前面Ｓ１の何れか一方の面である。
【００４９】
図１７は、対象物の移動時に生じる慣性力の方向と、二点接触面と、指部２１の配置との関係を示した図である。図１７では、アーム機構３によって、破線の矢印方向に対象物１０が移動する。そのときに、対象物１０には、実線の矢印方向に慣性力がかかる。この場合の慣性力の方向の外側を向く面を図１７ではＳ１０の符号で示し、内側を向く面をＳ１１の符号で示している。ここで、２本の指部２１で対象物１０を挟んで把持することも可能であるが、本実施形態に係るハンド機構２のように指部２１の先端部で対象物１０を把持する場合には、夫々の把持面に対して点接触になり、アーム機構３による移動の際に不安定な状態になりやすい。すなわち、対を為す２つの把持面に夫々指部２１が１本ずつ接触している場合には、指部２１が接している２点を結ぶ線を軸として、対象物１０が揺れ動き易くなる。そして、アーム機構３により対象物１０を移動させるときに、対象物１０に慣性力がかかると、さらに不安定になる虞がある。そうすると、対象物１０を慎重に移動させるために、対象物１０の移動速度を制限する必要がある。このため、タクトタイムが長くなってしまう。
【００５０】
一方、対を為す２つの把持面の一方の面に２本の指部２１を接触させ、他方の面に１本の指部２１を接触させた場合には、３点で対象物１０を把持することになり、対象物１０の安定度が増す。さらに、対象物１０にかかる慣性力の方向の外側を向く面に２本の指部２１を接触させるようにすれば、仮に、対象物１０にかかる慣性力の方向の外側を向く面に１本の指部２１を接触させた場合と比較して、安定度が増す。すなわち、対象物１０にかかる慣性力を２本の指部２１で受けることにより、対象物１０が揺れ動くことを抑制できる。
【００５１】
図１７において、二点接触面Ｓ１０には、指部２１Ｂ及び指部２１Ｄを接触させ、二点接触面Ｓ１０と対を為す面Ｓ１１（以下、一点接触面Ｓ１１ともいう。）には、指部２１Ｃを接触させている。なお、傾倒動作には指部２１Ａを用いるが、これに限らず、例えば、指部２１Ｂで傾倒動作を行い、指部２１Ｄ及び指部２１Ｃで対象物１０を把持した後に、指部２１Ｂを二点接触面Ｓ１０に接触させてもよい。
【００５２】
二点接触面Ｓ１０の決定は、アーム機構３による対象物１０の移動方向に基づいて決定部４３８によって行われる。アーム制御部４２０は、対象物１０を把持した位置から、対象物１０を移動させるべき目標位置まで対象物１０を移動させるように、アーム機構３を制御する。アーム制御部４２０は、プログラムにしたがって対象物１０を移動させるため、対象物１０はプログラムによって定まる軌跡上を移動する。対象物１０を把持したと仮定したときの対象物１０の位置及び姿勢と、その位置から目標位置までの移動軌跡とは、対象物情報取得部４３０によって取得された対象物情報に基づいて決定部４３８が算出する。決定部４３８は、対象物１０を把持したと仮定したときの対象物１０の位置及び姿勢と、その位置から目標位置までの移動軌跡と、から対象物１０にかかる慣性力の方向を算出し、その慣性力の方向の外側を向く面を二点接触面Ｓ１０として決定する。例えば、アーム機構３が台座部４を中心にして旋回する場合には、台座部４を向く面を一点接触面Ｓ１１とし、一点接触面Ｓ１１と対を為す面を二点接触面Ｓ１０として決定してもよい。
【００５３】
なお、慣性力の方向の外側を向く面は、その法線方向が対象物１０にかかる慣性力の方向に厳密に一致している必要はなく、二点接触面Ｓ１０の法線が、対象物１０にかかる慣性力のベクトルの成分を含んでいればよい。また、二点接触面Ｓ１０の法線方向が対象物の慣性力の方向に一致するように、対象物１０を把持した後に第１アームリンク部３１に対してハンド機構２を該第１アームリンク部３１の軸周りに回転させたり、アーム機構３の各軸の角度を調整したりしてもよい。すなわち、二点接触面Ｓ１０は、対象物の移動に伴う慣性力が発生するよりも前に、慣性力の方向の外側を向いていればよい。ただし、対象物１０を把持した後に対象物１０の姿勢を調整することなく、対象物１０を目標位置まで移動させるようにすれば、対象物１０の姿勢を調整する時間が節約されるため、タクトタイムの短縮を図ることができる。
【００５４】
図１２に戻り、Ｓ１０８では、接触可能面を利用して対象物１０の傾倒動作が開始される。この傾倒動作は、ハンド機構２の指部２１が接触可能となる程度に非露出面を露出させるための動作であり、第１動作制御部４３６によって実行される第１動作に相当する。具体的に、図１８及び図１９に基づいて説明すると、第１動作制御部４３６は、指部２１Ａの第１指リンク部２１１Ａを対象物１０の上面である接触可能面１０１に接触させる。このとき、他の指部２１Ｂ〜２１Ｄは対象物１０には接触していない。そして、指部２１Ａと接触可能面１０１との接触状態を維持したまま、第１動作制御部４３６は、指部２１Ａを駆動制御し対象物１０を手前側に引き倒す力を対象物１０に作用させる。そのため、図１９に示すように、対象物１０は、床面と接触しているその底面の一部を中心としてその上部が床面側に接近するように傾倒していくことになる。
【００５５】
そして、この傾倒動作の結果、把持前の配置状態に置いて非対象物１０’と接触していた対象物１０の背面である非露出面１０２が露出していき、非露出面１０２と非対象物１０’との間に空間が形成されていく。当該空間は、対象物１０の傾倒が進むほど大きくなっていく。そこで、Ｓ１０８で開始された対象物１０の傾倒動作に関し、非露出面の露出が完了したか、すなわち非露出面１０２と非対象物１０’との間に形成された空間に、ハンド機構２の指部２１Ａとは異なる指部２１Ｂ及び指部２１Ｄを進入できる程度に当該空間の大きさを確保できたか否かが、Ｓ１０９において判定される。なお、当該判定は、対象物１０の引き倒し量に関連する、指部２１Ａの移動量に基づいて判定される。このように指部２１Ｂ及び指部２１Ｄの進入に十分な程度の当該空間を、以下、進入空間と称する。Ｓ１０９で肯定判定されるとＳ１１０へ進み、否定判定されると引き続き対象物１０の傾倒動作が継続される。
【００５６】
次に、Ｓ１１０では、Ｓ１０９での肯定判定を以て、第１動作制御部４３６による傾倒動作を停止させる。このとき指部２１Ａが接触可能面１０１に接触した状態が維持される。そのため、非露出面１０２が十分に露出され、傾倒状態にある対象物１０と隣接する非対象物１０’との間に進入空間が確保される。その後、Ｓ１１１において、対象物１０の把持動作が行われる。この把持動作は、把持制御が開始される前の対象物１０の姿勢を、上記傾倒動作によって変化させた状態で行われる把持形態であり、図１３に示す直接把持とは異なる。そこで、本出願では、Ｓ１１１で行われる把持動作を、傾倒把持と称する。この傾倒把持は、対象物１０が傾倒され非露出面１０２が露出された状態で行われる対象物の把持であり、第２動作制御部４３７によって実行される第２動作に相当する。傾倒把持について、図２０Ａ〜図２０Ｃに基づいて具体的に説明する。なお、図２０Ａ〜図２０Ｃは、傾倒把持によりハンド機構２が対象物を把持している同一の状態を、異なる視点から示したものである。図２０Ａは、対象物１０の非露出面１０２が見える方向からの図であり、図２０Ｂは、対象物１０を側方から見た図であり、図２０Ｃは、対象物の前面１０３（図１５に示す前面Ｓ１に相当する面）が見える方向からの図である。なお、決定部４３８は、非露出面１０２を二点接触面Ｓ１０として決定している。したがって、一点接触面Ｓ１１は前面１０３に決定される。
【００５７】
傾倒把持では、対象物１０と隣接する非対象物１０’との間に形成された進入空間に、指部２１Ｂの第１指リンク部２１１Ｂと指部２１Ｄの第１指リンク部２１１Ｄとを進入させ、両指リンク部を非露出面１０２に接触させるとともに、指部２１Ｃの第１指リンク部２１１Ｃを対象物１０の前面１０３に接触させる。すなわち、傾倒把持では、傾倒状態にある対象物１０を、その前後からハンド機構２の、傾倒状態に支持するために使用している指部２１Ａ以外の指部が利用されて、対象物１０の安定的な把持が実現される。なお、決定部４３８によって前面１０３が二点接触面Ｓ１０として決定された場合には、非露出面１０２に１本の指部２１の第１指リンク部２１１を接触させ、前面１０３に残りの２本の指部２１の第１指リンク部２１１を接触させる。
【００５８】
また、傾倒把持においてより安定して対象物を把持するためには、図２０Ｂに示すように、対象物１０を側方から見たときに、非露出面１０２側の指部２１の第１指リンク部２１１と前面１０３側の指部２１の第１指リンク部２１１とが概ね対向することが好ましい。また、図２０Ａ〜図２０Ｃに示すように３本の指部２１で傾倒把持を行う場合、非露出面１０２又は前面１０３から見たときに、１本の指部２１Ｃの作用点が、２本の指部２１Ｂ及び指部２１Ｄのそれぞれの作用点の間に位置するように、各指部２１が対象物に接触することが好ましい。
【００５９】
Ｓ１１１で対象物の傾倒把持が行われると、ハンド機構２が対象物１０を把持したまま対象物１０を所望の位置に移すことができる。これにより、図１２に示す把持制御が終了する。このように当該把持制御では、対象物１０が直接把持が可能なように配置されている場合には、その直接把持を実行する。これにより対象物１０の把持に要する時間の短縮を図ることができる。一方で、直接把持が可能ではない状態で対象物１０が配置されていても、ハンド機構２の指部２１Ａを接触可能面１０１に接触させて対象物１０の姿勢を変化させて、残りの指部２１Ｂ〜２１Ｄによって対象物１０の傾倒把持が実現される。この傾倒把持においては、指部２１Ａを接触させたまま対象物１０の把持が行われるため、対象物１０の傾倒把持が可能な状態を形成するために要する時間を可及的に短くすることができる。
【００６０】
このように本実施形態によれば、対象物が複数並べられている状態から傾倒把持に対象物を把持する際に、対象物１０の移動の際に慣性力がかかる方向の外側を向く二点接触面Ｓ１０に２本の指部２１を接触させている。そうすると、点接触により対象物１０を把持する場合であっても、対象物１０が移動する際の慣性力による揺れが生じることを抑制できる。これにより、より速い速度で安定して対象物１０を移動させることができる。したがって、タクトタイムを短縮することができる。このように上記把持制御では、極めて効率的な対象物の把持や、把持後の対象物の移動が可能となる。
【００６１】
なお、Ｓ１０３に係る直接把持の際にも傾倒把持の際と同様にして、対象物１０にかかる慣性力の方向の外側を向く面を二点接触面Ｓ１０として決定し、その二点接触面Ｓ１０に２本の指部２１が接触するように対象物１０の直接把持を行ってもよい。
【００６２】
＜実施形態２＞
上記実施形態１では、対象物１０にかかる慣性力を考慮して二点接触面Ｓ１０を決定しているが、本実施形態２では、対象物１０にかかる慣性力と重力との合力を考慮して二点接触面Ｓ１０を決定する。
【００６３】
図２１は、対象物の移動時に生じる慣性力の方向と、重力の方向と、の合力の方向と、二点接触面Ｓ１０と、指部２１の配置との関係を示した図である。二点接触面Ｓ１０は、対象物１０にかかる慣性力と重力との合力の方向の外側を向く面として決定される。ここで、対象物１０には慣性力のほかに重力もかかるため、対象物１０の移動の際に対象物１０が重力の影響を受けて不安定になることも考えられる。これに対して、対象物１０にかかる慣性力及び重力の合力を２本の指部２１で受けることにより、対象物１０が揺れ動くことを抑制できるため、対象物１０の安定した移動が可能となる。
【００６４】
図２１において、二点接触面Ｓ１０には、指部２１Ｂ及び指部２１Ｄを接触させ、二点接触面Ｓ１０と対を為す面Ｓ１１（一点接触面Ｓ１１）には、指部２１Ｃを接触させている。傾倒動作については実施形態１と同じである。
【００６５】
二点接触面Ｓ１０の決定は、アーム機構３による対象物１０の移動方向に基づいて決定部４３８によって行われる。決定部４３８は、対象物１０を把持したと仮定したときの対象物１０の位置及び姿勢と、その位置から目標位置までの移動軌跡と、から対象物１０にかかる上記合力の方向を算出し、その合力の方向の外側を向く面を二点接触面Ｓ１０として決定する。決定部４３８は、図１２に示したＳ１０７において、上記合力の方向の外側を向く面を二点接触面として決定する。
【００６６】
なお、合力の方向の外側を向く面は、その法線方向が対象物１０にかかる合力の方向に厳密に一致している必要はなく、二点接触面Ｓ１０の法線が、対象物１０にかかる合力のベクトルの成分を含んでいればよい。また、二点接触面Ｓ１０の法線方向が合力の方向に一致するように、対象物１０を把持した後に第１アームリンク部３１に対してハンド機構２を該第１アームリンク部３１の軸周りに回転させたり、アーム機構３の各軸の角度を調整したりしてもよい。ただし、対象物１０を把持した後に対象物１０の姿勢を調整することなく、対象物１０を目標位置まで移動させるようにすれば、対象物１０の姿勢を調整する時間が節約されるため、タクトタイムの短縮を図ることができる。
【００６７】
このように本実施形態２によれば、対象物１０の移動の際にかかる慣性力及び重力の合力方向の外側を向く二点接触面Ｓ１０に２本の指部２１を接触させることにより、対象物１０が移動する際の合力による揺れが生じることを抑制できる。そのため、より速い速度で安定して対象物１０を移動させることができる。したがって、タクトタイムを短縮することができる。
【００６８】
＜実施形態３＞
本実施形態３では、慣性力の外側を向く面に少なくとも１本の指部２１を接触させ、慣性力の外側を向く面と直交する２つの面であって、対になる２つの面に夫々少なくとも１本の指部２１を接触させる。図２２は、本実施形態３に係る対象物の移動時に生じる慣性力の方向と、指部２１の配置との関係を示した図である。図２２では、アーム機構３によって、破線の矢印方向に対象物１０が移動する。そのときに、対象物１０には、実線の矢印方向に慣性力がかかる。この場合の慣性力の方向の外側を向く面を図２２ではＳ２０の符号で示し、内側を向く面をＳ２１の符号で示している。また、慣性力の方向の外側を向く面に直交する面であって対象物１０の進行方向を向く面をＳ２３の符号で示し、慣性力の方向の外側を向く面と直交する面であって対象物１０の進行方向とは逆の方向を向く面をＳ２２の符号で示している。なお、本実施形態３では、Ｓ２０を一点接触面といい、Ｓ２２を第一挟持面といい、Ｓ２３を第二挟持面という。第一挟持面Ｓ２２と、第二挟持面Ｓ２３とは対を為す面であり、一点接触面Ｓ２０と直交する面である。
【００６９】
ここで、対を為す２つの把持面とは異なる面にさらに１本の指部２１を接触させた場合には、３点で対象物１０を把持することになり、対象物１０の安定度が増す。また、対象物１０にかかる慣性力の方向の外側を向く面に１本の指部２１を接触させ、更にこの慣性力と直交する方向から２本の指部２１で対象物を挟むことにより、対象物１０が揺れ動くことを抑制できる。
【００７０】
図２２において、一点接触面Ｓ２０には指部２１Ｃを接触させ、第一挟持面Ｓ２２には指部２１Ｄを接触させ、第二挟持面Ｓ２３には指部２１Ｂを接触させている。この把持態様は、直接把持及び傾倒把持の何れであっても適用可能である。判定部４３４は、一点接触面Ｓ２０、第一挟持面Ｓ２２、第二挟持面Ｓ２３に相当する表面が対象物に存在しているか否かを、対象物情報取得部４３０によって取得された対象物情報に従って判定する。この処理は、図１２に示したＳ１０２に代えて行われる。
【００７１】
一方、直接把持が可能でないと判定された場合には、傾倒把持をするべく接触可能面の特定及び非露出面の特定が行われる。接触可能面及び非露出面の特定が成功した場合には、本実施形態３に係る決定部４３８は、傾倒把持を行う場合に、非露出面特定処理において特定された非露出面、及び非露出面と対を為す露出面のうち、一方の面を第一挟持面Ｓ２２に決定し、他方の面を第二挟持面Ｓ２３に決定する。また、決定部４３８は、アーム機構３による対象物１０の移動方向に基づいて一点接触面Ｓ２０を決定する。決定部４３８は、上記実施形態１と同様にして、対象物１０を把持したと仮定したときの対象物１０の位置及び姿勢と、その位置から目標位置までの移動軌跡と、から対象物１０にかかる慣性力の方向を算出し、その慣性力の方向の外側を向く面を一点接触面Ｓ２０として決定する。この一点接触面Ｓ２０は、第一挟持面Ｓ２２及び第二挟持面Ｓ２３とは異なる面であって、これらの面と直交する面である。一点接触面Ｓ２０、第一挟持面Ｓ２２、第二挟持面Ｓ２３の決定は、図１２に示したＳ１０７に代えて行われる。
【００７２】
なお、一点接触面Ｓ２０は、傾倒動作後に必ずしも露出している必要はない。すなわち、第一挟持面Ｓ２２及び第二挟持面Ｓ２３を２本の指部２１で挟んで対象物を持ち上げた際に露出する面を一点接触面Ｓ２０に決定してもよい。このようにして露出した一点接触面Ｓ２０に指部２１を接触させた後に、該一点接触面Ｓ２０が慣性力の方向の外側を向くようにして対象物を移動させる。この場合、一点接触面Ｓ２０に指部２１を接触させるまでを、第２動作制御部４３７によって実行される第２動作に含む。
【００７３】
また、一点接触面Ｓ２０の法線方向が対象物の慣性力の方向に一致するように、対象物１０を把持した後に第１アームリンク部３１に対してハンド機構２を該第１アームリンク部３１の軸周りに回転させたり、アーム機構３の各軸の角度を調整したりしてもよい。すなわち、一点接触面Ｓ２０は、対象物の移動に伴う慣性力が発生するよりも前に、慣性力の方向の外側を向いていればよい。
【００７４】
また、上記説明では、非露出面特定処理において特定された非露出面、及び非露出面と対を為す露出面のうち、一方の面を第一挟持面Ｓ２２に決定し、他方の面を第二挟持面Ｓ２３に決定している。しかし、これに限らず、第一挟持面Ｓ２２及び第二挟持面Ｓ２３は、接触可能面または非露出面の何れであってもよい。また、一点接触面Ｓ２０は、慣性力の方向の外側を向く面であれば、接触可能面または非露出面の何れであってもよい。
【００７５】
なお、ハンド機構２が安定して対象物を把持するためには、第一挟持面Ｓ２２側の指部２１Ｄと第二挟持面Ｓ２３側の指部２１Ｂとが概ね対向することが好ましい。また、一点接触面Ｓ２０に接触する指部２１Ｃが、２本の指部２１Ｂ及び指部２１Ｄの中間に位置するように、各指部２１が対象物に接触してもよい。
【００７６】
このように本実施形態３によれば、対象物１０の移動の際に慣性力がかかる方向の外側を向く一点接触面Ｓ２０に１本の指部２１を接触させ、一点接触面Ｓ２０に直交する第一挟持面Ｓ２２及び第二挟持面Ｓ２３に夫々１本の指部２１を接触させている。そうすると、一点接触面Ｓ２０に接触する指部２１が慣性力に対向しつつ、３点で対象物を把持しているために、対象物１０が移動する際の慣性力による揺れが生じることを抑制できる。これにより、より速い速度で安定して対象物１０を移動させることができる。したがって、タクトタイムを短縮することができる。このように上記把持制御では、極めて効率的な対象物の把持や、把持後の対象物の移動が可能となる。
【００７７】
＜実施形態４＞
上記実施形態３では、対象物１０にかかる慣性力を考慮して一点接触面Ｓ２０を決定しているが、本実施形態４では、対象物１０にかかる慣性力と重力との合力を考慮して一点接触面Ｓ２０を決定する。
【００７８】
図２３は、対象物の移動時に生じる慣性力の方向と、重力の方向と、の合力の方向と、一点接触面Ｓ２０と、指部２１の配置との関係を示した図である。一点接触面Ｓ２０は、対象物１０にかかる慣性力と重力との合力の方向の外側を向く面として決定される。この一点接触面Ｓ２０に一本の指部２１Ｃを接触させる。更に、上記合力の方向の外側を向く面と直交する面（第一挟持面Ｓ２２）に１本の指部２１Ｄを接触させ、この第一挟持面Ｓ２２と対を為す面（第二挟持面Ｓ２３）に１本の指部２１Ｂを接触させる。この把持態様は、上記実施形態３と同様に、直接把持及び傾倒把持の何れであっても適用可能である。一点接触面Ｓ２０、第一挟持面Ｓ２２、第二挟持面Ｓ２３は、上記実施形態３における慣性力を合力に置き換えることによって決定することができる。
【００７９】
ここで、対象物１０には慣性力のほかに重力もかかるため、対象物１０の移動の際に対象物１０が重力の影響を受けて不安定になることも考えられる。これに対して、対象物１０にかかる慣性力及び重力の合力に１本の指部２１で対向し、更にこの合力と直交する方向から２本の指部２１を対象物に接触させることにより、対象物１０が揺れ動くことを抑制できるため、より速い速度で安定して対象物１０を移動させることができる。したがって、タクトタイムを短縮することができる。
【００８０】
＜実施形態５＞
上記実施形態１−４は、対象物１０が直方体の場合について説明しているが、本実施形態５では、対象物１００が円柱体の場合について説明する。図２４は、対象物１００が円柱体の場合における、対象物１００の移動時に生じる慣性力の方向と、指部２１の配置との関係を示した図である。図２４は、円柱体の軸線方向上側から対象物１００を見たときの図である。図２４では、アーム機構３によって、破線の矢印方向に対象物１００が移動する。そのときに、対象物１００には、実線の矢印方向に慣性力がかかる。図２４には、対象物１００に指部２１が接している位置から見た慣性力の方向を併せて示している。図２４において、Ｒ１で示した範囲は、対象物１００上の位置であって対象物１００にかかる慣性力の方向を臨む位置が存在する範囲を示している。このＲ１で示した範囲に存在する対象物１００上の位置では、その位置における接平面の法線方向であって対象物１００の外側を向く方向と、慣性力の方向とのなす角が鋭角になる。すなわち、Ｒ１で示した範囲に存在する対象物１００上の任意の位置では、慣性力の方向が、対象物１００の外側を向いている。一方、図２４において、Ｒ２で示した範囲は、対象物１００上の位置であって対象物１００にかかる慣性力の方向を臨むことができない位置が存在する範囲を示している。このＲ２で示した範囲に存在する対象物１００上の位置では、その位置における接平面の法線方向であって対象物１００の外側を向く方向と、慣性力の方向とのなす角が鈍角になる。すなわち、Ｒ２で示した範囲に存在する対象物１００上の任意の位置では、慣性力の方向が、対象物１００の内側を向いている。なお、本実施形態５では、Ｒ１に示した範囲における対象物１００の表面を第一面Ｒ１０ともいい、Ｒ２に示した範囲における対象物１００の表面を第二面Ｒ２０ともいう。第一面Ｒ１０及び第二面Ｒ２０は、円柱体の側面であり、中心軸まわりに形成される曲面である。
【００８１】
図２４では、第一面Ｒ１０に、指部２１Ａ及び指部２１Ｂを接触させ、第二面Ｒ２０に、指部２１Ｃ及び指部２１Ｄを接触させている。また、図２５に示すように、第一面Ｒ１０に、指部２１Ａ及び指部２１Ｂを接触させ、第二面Ｒ２０に、指部２１Ｃを接触させることもできる。なお、図２５は、図２４と同様に、対象物１００が円柱体の場合における、対象物１００の移動時に生じる慣性力の方向と、指部２１の配置との関係を示した図である。
【００８２】
ここで、対象物１００を把持するときに、第一面Ｒ１０及び第二面Ｒ２０に少なくとも３本の指部２１を接触させつつ対象物１００を把持することにより、対象物１００を安定して把持することができる。この際に、第一面Ｒ１０及び第二面Ｒ２０の夫々に少なくとも１本の指部２１を接触させる。例えば、第一面Ｒ１０に指部２１を１本接触させた場合には、第二面Ｒ２０に指部２１を２本以上接触させる。また、例えば、第一面Ｒ１０に指部２１を２本接触させた場合には、第二面Ｒ２０に指部２１を１本以上接触させる（図２４及び図２５参照。）。図２４及び図２５に示すように、第一面Ｒ１０に２本の指部２１を接触させるようにすれば、仮に、第一面Ｒ１０に１本の指部２１を接触させた場合と比較して、安定度が増す。すなわち、対象物１００にかかる慣性力を２本の指部２１で受けることにより、対象物１００が揺れ動くことを抑制できる。また、第一面Ｒ１０に２本の指部２１を接触させる場合には、対象物１００の重心及び慣性力の方向を含んだ面であって重心の進行方向と直交する面の両側に夫々指部２１を配置することにより、安定度を更に増すことができる。
【００８３】
第一面Ｒ１０の決定は、アーム機構３による対象物１００の移動方向に基づいて決定部４３８によって行われる。アーム制御部４２０は、対象物１００を把持した位置から、対象物１００を移動させるべき目標位置まで対象物１００を移動させるように、アーム機構３を制御する。アーム制御部４２０は、プログラムにしたがって対象物１００を移動させるため、対象物１００はプログラムによって定まる軌跡上を移動する。対象物１００を把持したと仮定したときの対象物１００の位置及び姿勢と、その位置から目標位置までの移動軌跡とは、対象物情報取得部４３０によって取得された対象物情報に基づいて決定部４３８が算出する。決定部４３８は、対象物１００を把持したと仮定したときの対象物１００の位置及び姿勢と、その位置から目標位置までの移動軌跡と、から対象物１００にかかる慣性力の方向を算出し、その慣性力の方向を臨む位置が存在する範囲の対象物１００の表面を第一面Ｒ１０として決定する。なお、対象物１００を把持した後に、アーム制御部４２０は、対象物１００の移動時における円柱体の中心軸が、対象物１００の移動方向及び対象物１００にかかる慣性力の方向に直交するように、第１アームリンク部３１に対してハンド機構２を回転させたり、アーム機構３の各軸の角度を調整してもよい。
【００８４】
このように、対象物１００が円柱体であっても、対象物１００にかかる慣性力を少なくとも１本の指部２１で受けることができるため、対象物１００が揺れ動くことを抑制できる。そのため、より速い速度で安定して対象物１００を移動させることができる。したがって、タクトタイムを短縮することができる。なお、本実施形態５では、対象物１００が円柱体の場合について説明したが、円柱体に限らず、曲面を持つ対象物（例えば断面が楕円の柱体）であっても同様に適用することができる。
【００８５】
＜実施形態６＞
本実施形態６では、対象物１００上の位置であって対象物１００にかかる慣性力と重力との合力の方向を臨む複数の位置に、夫々指部２１を接触させた状態で対象物１００を把持させる。図２６は、対象物１００の移動時に生じる慣性力の方向と重力の方向との合力の方向と、指部２１の配置との関係を示した図である。図２６は、円柱体の軸線方向上側から対象物１００を見たときの図である。図２６において、Ｒ１で示した範囲は、対象物１００上の位置であって上記合力の方向を臨む位置が存在する範囲を示している。このＲ１で示した範囲に存在する対象物１００上の位置では、その位置における接平面の法線方向であって対象物１００の外側を向く方向と、上記合力の方向とのなす角が鋭角になる。すなわち、Ｒ１で示した範囲に存在する対象物１００上の任意の位置では、上記合力の方向が、対象物１００の外側を向いている。一方、図２６において、Ｒ２で示した範囲は、対象物１００上の位置であって上記合力の方向を臨むことができない位置が存在する範囲を示している。このＲ２で示した範囲に存在する対象物１００上の位置では、その位置における接平面の法線方向であって対象物１００の外側を向く方向と、上記合力の方向とのなす角が鈍角になる。すなわち、Ｒ２で示した範囲に存在する対象物１００上の任意の位置では、上記合力の方向が、対象物１００の内側を向いている。なお、本実施形態６では、Ｒ１に示した範囲における対象物１００の表面を第一面Ｒ１０ともいい、Ｒ２に示した範囲における対象物１００の表面を第二面Ｒ２０ともいう。第一面Ｒ１０及び第二面Ｒ２０は、円柱体の側面であり、中心軸まわりに形成される曲面である。なお、指部２１の配置、及び、第一面Ｒ１０、第二面Ｒ２０は、上記実施形態５における慣性力を合力に置き換えることによって決定することができる。
【００８６】
このように、対象物１００が円柱体であっても、対象物１００にかかる慣性力及び重力の合力を少なくとも１本の指部２１で受けることにより、対象物１００が揺れ動くことを抑制できるため、より速い速度で安定して対象物１００を移動させることができる。したがって、タクトタイムを短縮することができる。なお、本実施形態６では、対象物１００が円柱体の場合について説明したが、円柱体に限らず、曲面を持つ対象物（例えば断面が楕円の柱体）であっても同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１・・・ロボットアーム、２・・・ハンド機構、３・・・アーム機構、２１・・・指部
【図１】
2019102913.tif 000003
【図２】
2019102913.tif 000004
【図３】
2019102913.tif 000005
【図４】
2019102913.tif 000006
【図５】
2019102913.tif 000007
【図６】
2019102913.tif 000008
【図７】
2019102913.tif 000009
【図８】
2019102913.tif 000010
【図９】
2019102913.tif 000011
【図１０】
2019102913.tif 000012
【図１１】
2019102913.tif 000013
【図１２】
2019102913.tif 000014
【図１３】
2019102913.tif 000015
【図１４】
2019102913.tif 000016
【図１５】
2019102913.tif 000017
【図１６】
2019102913.tif 000018
【図１７】
2019102913.tif 000019
【図１８】
2019102913.tif 000020
【図１９】
2019102913.tif 000021
【図２０Ａ】
2019102913.tif 000022
【図２０Ｂ】
2019102913.tif 000023
【図２０Ｃ】
2019102913.tif 000024
【図２１】
2019102913.tif 000025
【図２２】
2019102913.tif 000026
【図２３】
2019102913.tif 000027
【図２４】
2019102913.tif 000028
【図２５】
2019102913.tif 000029
【図２６】
2019102913.tif 000030
【国際調査報告】
2019102913.tif 000031
2019102913.tif 000032
2019102913.tif 000033
2019102913.tif 000034