(57)【要約】【課題】折り畳まれて積み重ねられた状態の柔軟物に対する適切な把持位置を判別する。【解決手段】把持装置１は、物体を撮像した画像データを取得する画像データ取得部１６と、物体を把持するロボットアーム１１と、ロボットアーム１１の動作を制御する制御部１２と、画像データ取得部１６が取得した、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物が撮像された画像データを用いて、当該画像データに写っている柔軟物の部位が把持に適した部位であるか否かを判定する把持位置判定部１８とを有する。制御部１２は、最上段にある柔軟物の上面の端を変形させるようロボットアーム１１を制御する。把持位置判定部１８は、上面の端が変形された柔軟物が撮像された画像データを用いて、把持に適した部位であるか否かを判定する。【選択図】図３
2019107725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を撮像した画像データを取得する画像データ取得部と、
物体を把持する把持部と、
前記把持部の動作を制御する制御部と、
前記画像データ取得部が取得した、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物が撮像された前記画像データを用いて、当該画像データに写っている前記柔軟物の部位が把持に適した部位であるか否かを判定する把持位置判定部と、
を有し、
前記制御部は、最上段にある前記柔軟物の上面の端を変形させるよう前記把持部を制御し、
前記把持位置判定部は、前記上面の端が変形された前記柔軟物が撮像された前記画像データを用いて、把持に適した部位であるか否かを判定する
把持装置。
【請求項２】
前記画像データ取得部が取得した、前記上面の端が変形される前の前記柔軟物が撮像された前記画像データを用いて、前記上面の端の変形のための、前記柔軟物における前記把持部との接触位置を決定する接触位置決定部をさらに有し、
前記上面の端を変形させるために、前記制御部は、前記接触位置決定部により決定された前記接触位置において、前記把持部が前記柔軟物を変位させるよう制御する
請求項１に記載の把持装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記把持部が前記柔軟物を押すことにより前記上面の端を変形させるよう前記把持部を制御する
請求項１又は２に記載の把持装置。
【請求項４】
物体を撮像した画像データを含む訓練データを取得する訓練データ取得部と、
前記訓練データ取得部が取得した前記訓練データを用いて機械学習の演算を行う学習演算部と、
を有し、
前記画像データは、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物であって、当該柔軟物の上面の端が規則的な積層パターン形状から変形した状態の柔軟物が写っている第１の画像データ及び第２の画像データを含み、
前記第１の画像データは、前記上面の端が折り畳みにより１つに纏められた端である画像データであり、
前記第２の画像データは、前記上面の端が折り畳みにより１つに纏められていない端である画像データであり、
前記学習演算部は、前記訓練データを用いて、柔軟物における把持に適した部位を学習する演算を行う
学習装置。
【請求項５】
物体を撮像した画像データに基づいて、当該物体の部位に対する把持の適否を定量化した値として出力するよう、コンピュータを機能させるための学習済みモデルであって、
前記学習済みモデルを構成するニューラルネットワークの重み付け係数は、物体を撮像した画像データを含む訓練データを用いて学習されており、
前記訓練データに含まれる前記画像データは、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物であって、当該柔軟物の上面の端が規則的な積層パターン形状から変形した状態の柔軟物が写っている第１の画像データ及び第２の画像データを含み、
前記第１の画像データは、前記上面の端が折り畳みにより１つに纏められた端である画像データであり、
前記第２の画像データは、前記上面の端が折り畳みにより１つに纏められていない端である画像データであり、
前記学習済みモデルは、前記ニューラルネットワークの入力層に入力された、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物が写っている画像データに対し、前記重み付け係数に従った演算を実行させ、前記画像データに写っている前記柔軟物の部位が把持に適しているか否かを前記ニューラルネットワークの出力層から出力させるよう、コンピュータを機能させる
学習済みモデル。
【請求項６】
周囲の物体を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置による画像データを取得する画像データ取得部と、
物体を把持する把持部と、
前記把持部の動作を制御する制御部と、
前記画像データ取得部が取得した、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物が撮像された前記画像データを用いて、当該画像データに写っている前記柔軟物の部位が把持に適した部位であるか否かを判定する把持位置判定部と、
を有し、
前記制御部は、前記柔軟物の上面の端を変形させるよう前記把持部を制御し、
前記把持位置判定部は、前記上面の端が変形された前記柔軟物が撮像された前記画像データを用いて、把持に適した部位であるか否かを判定する
把持システム。
【請求項７】
折り畳まれ積み重ねられた状態の複数の柔軟物の上面の端を変形させるよう把持部を制御し、
前記上面の端が変形された前記柔軟物が撮像された画像データを用いて、当該画像データに写っている前記柔軟物の部位が把持に適した部位であるか否かを判定する
判定方法。
【請求項８】
物体を撮像した画像データを含む訓練データを取得し、
取得した前記訓練データを用いて、柔軟物における把持に適した部位を判定するための機械学習の演算を行い、
前記画像データは、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物であって、当該柔軟物の上面の端が規則的な積層パターン形状から変形した状態の柔軟物が写っている第１の画像データ及び第２の画像データを含み、
前記第１の画像データは、前記上面の端が折り畳みにより１つに纏められた端である画像データであり、
前記第２の画像データは、前記上面の端が折り畳みにより１つに纏められていない端である画像データである
学習方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は把持装置、学習装置、学習済みモデル、把持システム、判定方法、及び学習方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械学習を用いて、物体を把持する技術が知られている。例えば、非特許文献１では、把持装置は、グリッパと物体の点群が接触し、かつ、物体点群が十分にグリッパの間にあるような把持姿勢の候補を生成する。そして、この把持装置は、ＣＮＮ（畳み込みニューラルネットワーク：Convolutional Neural Network）を利用して、生成した把持姿勢の候補が把持に適しているか否かを判別する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Marcus Gualtieri, Andreas ten Pas, Kate Saenko, and Robert Platt, “High precision grasp pose detection in dense clutter”, arXiv preprint arXiv:1603.01564, 2016.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
折り畳まれて積み重ねられた状態の柔軟物の把持位置の決定のために画像データを用いた機械学習を利用する場合、適切な把持位置を判別することが難しい場合がある。発明者等は、上記状態の柔軟物の側面には規則的な積層パターン形状が現れており、把持に適した部位の画像と把持に適さない部位の画像に十分な差がないため、適切な把持位置を判別することが難しいことを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、物体を撮像した画像データを取得する画像データ取得部と、物体を把持する把持部と、前記把持部の動作を制御する制御部と、前記画像データ取得部が取得した、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物が撮像された前記画像データを用いて、当該画像データに写っている前記柔軟物の部位が把持に適した部位であるか否かを判定する把持位置判定部と、を有し、前記制御部は、最上段にある前記柔軟物の上面の端を変形させるよう前記把持部を制御し、前記把持位置判定部は、前記上面の端が変形された前記柔軟物が撮像された前記画像データを用いて、把持に適した部位であるか否かを判定する把持装置である。
この把持装置では、把持部により柔軟物の上面の端が変形させられる。１つに纏められた端と、そのような端ではない端とでは、変形の態様が異なるため、把持に適した部位の画像と把持に適さない部位の画像に十分な差が生じる。このため、この把持装置によれば、適切な把持位置を判別することが可能である。
【０００６】
上記の一態様において、前記画像データ取得部が取得した、前記上面の端が変形される前の前記柔軟物が撮像された前記画像データを用いて、前記上面の端の変形のための、前記柔軟物における前記把持部との接触位置を決定する接触位置決定部をさらに有し、前記上面の端を変形させるために、前記制御部は、前記接触位置決定部により決定された前記接触位置において、前記把持部が前記柔軟物を変位させるよう制御してもよい。
このような構成によれば、柔軟物の上面の端を変形させるための制御を自律的に行うことができる。
【０００７】
上記の一態様において、前記制御部は、前記把持部が前記柔軟物を押すことにより前記上面の端を変形させるよう前記把持部を制御してもよい。
このような構成によれば、容易に上面の端を変形させることができる。
【０００８】
また、上記目的を達成するための本発明の一態様は、物体を撮像した画像データを含む訓練データを取得する訓練データ取得部と、前記訓練データ取得部が取得した前記訓練データを用いて機械学習の演算を行う学習演算部と、を有し、前記画像データは、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物であって、当該柔軟物の上面の端が規則的な積層パターン形状から変形した状態の柔軟物が写っている第１の画像データ及び第２の画像データを含み、前記第１の画像データは、前記上面の端が折り畳みにより１つに纏められた端である画像データであり、前記第２の画像データは、前記上面の端が折り畳みにより１つに纏められていない端である画像データであり、前記学習演算部は、前記訓練データを用いて、柔軟物における把持に適した部位を学習する演算を行う学習装置である。
この学習装置では、規則的な積層パターン形状から変形した状態の柔軟物についての画像を用いて学習が行われる。１つに纏められた端と、そのような端ではない端とでは、変形の態様が異なるため、学習に利用する上で十分な差がある第１の画像データと第２の画像データを用いた学習が可能となる。したがって、この学習装置によれば、適切な把持位置の学習を行うことができる。
【０００９】
また、上記目的を達成するための本発明の一態様は、物体を撮像した画像データに基づいて、当該物体の部位に対する把持の適否を定量化した値として出力するよう、コンピュータを機能させるための学習済みモデルであって、前記学習済みモデルを構成するニューラルネットワークの重み付け係数は、物体を撮像した画像データを含む訓練データを用いて学習されており、前記訓練データに含まれる前記画像データは、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物であって、当該柔軟物の上面の端が規則的な積層パターン形状から変形した状態の柔軟物が写っている第１の画像データ及び第２の画像データを含み、前記第１の画像データは、前記上面の端が折り畳みにより１つに纏められた端である画像データであり、前記第２の画像データは、前記上面の端が折り畳みにより１つに纏められていない端である画像データであり、前記学習済みモデルは、前記ニューラルネットワークの入力層に入力された、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物が写っている画像データに対し、前記重み付け係数に従った演算を実行させ、前記画像データに写っている前記柔軟物の部位が把持に適しているか否かを前記ニューラルネットワークの出力層から出力させるよう、コンピュータを機能させる学習済みモデルである。
このモデルは、規則的な積層パターン形状から変形した状態の柔軟物についての画像を用いた学習が行われている。１つに纏められた端と、そのような端ではない端とでは、変形の態様が異なるため、第１の画像データと第２の画像データには、学習に利用する上で十分な差がある。したがって、この学習済みモデルによれば、適切な把持位置を判別することが可能である。
【００１０】
また、上記目的を達成するための本発明の一態様は、周囲の物体を撮像する撮像装置と、前記撮像装置による画像データを取得する画像データ取得部と、物体を把持する把持部と、前記把持部の動作を制御する制御部と、前記画像データ取得部が取得した、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物が撮像された前記画像データを用いて、当該画像データに写っている前記柔軟物の部位が把持に適した部位であるか否かを判定する把持位置判定部と、を有し、前記制御部は、前記柔軟物の上面の端を変形させるよう前記把持部を制御し、前記把持位置判定部は、前記上面の端が変形された前記柔軟物が撮像された前記画像データを用いて、把持に適した部位であるか否かを判定する把持システムである。
この把持システムでは、把持部により柔軟物の上面の端が変形させられる。１つに纏められた端と、そのような端ではない端とでは、変形の態様が異なるため、把持に適した部位の画像と把持に適さない部位の画像に十分な差が生じる。このため、この把持システムによれば、適切な把持位置を判別することが可能である。
【００１１】
また、上記目的を達成するための本発明の一態様は、折り畳まれ積み重ねられた状態の複数の柔軟物の上面の端を変形させるよう把持部を制御し、前記上面の端が変形された前記柔軟物が撮像された画像データを用いて、当該画像データに写っている前記柔軟物の部位が把持に適した部位であるか否かを判定する判定方法である。
この判定方法では、把持部により柔軟物の上面の端が変形させられる。１つに纏められた端と、そのような端ではない端とでは、変形の態様が異なるため、把持に適した部位の画像と把持に適さない部位の画像に十分な差が生じる。このため、この判定方法によれば、適切な把持位置を判別することが可能である。
【００１２】
また、上記目的を達成するための本発明の一態様は、物体を撮像した画像データを含む訓練データを取得し、取得した前記訓練データを用いて、柔軟物における把持に適した部位を判定するための機械学習の演算を行い、前記画像データは、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物であって、当該柔軟物の上面の端が規則的な積層パターン形状から変形した状態の柔軟物が写っている第１の画像データ及び第２の画像データを含み、前記第１の画像データは、前記上面の端が折り畳みにより１つに纏められた端である画像データであり、前記第２の画像データは、前記上面の端が折り畳みにより１つに纏められていない端である画像データである学習方法である。
この学習方法では、規則的な積層パターン形状から変形した状態の柔軟物についての画像を用いて学習が行われる。１つに纏められた端と、そのような端ではない端とでは、変形の態様が異なるため、学習に利用する上で十分な差がある第１の画像データと第２の画像データを用いた学習が可能となる。したがって、この学習方法によれば、適切な把持位置の学習を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、折り畳まれて積み重ねられた状態の柔軟物に対する適切な把持位置を判別することができる把持装置、学習装置、学習済みモデル、把持システム、判定方法、及び学習方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】折り畳まれた柔軟物の外観の一例を示す模式図である。
【図２Ａ】折り畳まれて積み重ねられた状態の柔軟物について示す図である。
【図２Ｂ】折り畳まれて積み重ねられた状態の柔軟物について示す図である。
【図２Ｃ】折り畳まれて積み重ねられた状態の柔軟物について示す図である。
【図３】実施形態に係る把持装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図４】ロボットアームの概略的な構成を示すブロック図である。
【図５】実施形態に係る把持装置による学習処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】実施形態に係る把持装置が把持対象物を把持する際の処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】図６に示すＳ２１（接触位置の決定）の詳細を示すフローチャートである。
【図８】エンドエフェクタにより柔軟物が押される様子を示す図である。
【図９】撮像装置と、サーバと、把持装置とを有する把持システムについて示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態にかかる把持装置１は、布製品や紙製品などの形状変化し易い物体である柔軟物の把持を行う。特に、把持装置１は、折り畳まれて積み重ねられた状態の複数の柔軟物のうち、最上段に積まれている柔軟物の把持を行う。このとき把持装置１により把持される部位によっては、柔軟物の外観の状態が、折り畳まれた状態から折り畳まれていない状態へと変化してしまう。つまり、把持する位置が適切でない場合、折り畳まれた状態を維持したまま持ち上げることができない。
【００１６】
図１は、折り畳まれた柔軟物９０の外観の一例を示す模式図である。なお、図１では、一例として四つ折りにされた柔軟物９０の外観を示している。図１に示されるように、柔軟物９０の４辺の端は特徴が異なっている。端９１は、折り畳みにより１つに纏められた端であるが、他の端は折り畳みにより１つに纏められていない端である。つまり、端９１は外観に１つの折り目が現れる端であるのに対し、他の端は複数の折り目が現れる端又は折り目が現れない端である。換言すると、端９１は外観に１つのエッジが現れる端であるのに対し、他の端は２以上のエッジ（図１のような四つ折りの場合、具体的には２つ又は４つのエッジ）が現れる端である。さらに換言すると、端９１は閉じた端であるのに対し、端９１以外の端は開口した端である。
【００１７】
把持位置が端９１の近傍である場合、折り畳まれた状態を維持して柔軟物９０を持ち上げることが比較的容易であるが、把持位置が端９１以外の端の近傍である場合、折り畳まれた状態を維持して柔軟物９０を持ち上げることは比較的困難である。例えば、柔軟物９０の横側からエンドエフェクタを挿入し、折り畳まれた柔軟物の上側及び下側を挟んで掴む場合、把持位置が端９１の近傍であれば、折り畳まれて複数枚となったシート群を全て掴むことが容易であるが、把持位置が端９１以外の端の近傍であると、シート群の一部だけ掴んでしまう恐れがある。シート群の一部だけを掴んで持ち上げてしまうと、折り畳みがほどけてしまう。このように、折り畳まれた状態を維持して柔軟物を持ち上げるためには、適切な把持位置を選択する必要がある。本実施の形態では、画像に示される柔軟物の部位が適切な把持位置、すなわち、折り畳みにより１つに纏められた端の近傍であるか否かを、画像を用いた機械学習により識別する。このような手法により識別を行う場合、次のような課題がある。
【００１８】
図２Ａ〜図２Ｃは、折り畳まれて積み重ねられた状態の柔軟物について示す図である。図２Ａ〜図２Ｃでは、具体的には、折り畳まれた複数の布タオル９２が積み重ねられた様子を示している。ここで、図２Ａでは、印９２aにより、折り畳みにより１つに纏められた端が示されており、図２Ｂ及び図２Ｃでは、印９２ｂ、９２ｃにより、開口した端（折り畳みにより１つに纏められていない端）が示されている。図２Ａ〜図２Ｃのいずれも、類似した規則的な積層パターンが現れている。このため、図２Ａに示される端と、図２Ｂ若しくは図２Ｃに示される端とを区別することが難しい。このため、適切な把持位置の認識が難しい。つまり、把持装置が、折り畳みを維持したまま最上段に積まれている柔軟物を持ち上げることは容易ではない。そこで、本実施の形態では、折り畳まれた柔軟物の折り畳みを維持したまま持ち上げるための以下のような技術について開示する。なお、以下の実施の形態において、柔軟物は、１つに纏められた端を有するように折り畳まれている。例えば、柔軟物は、二つ折り、四つ折り、八つ折りなど、半分に折ることが１回以上繰り返されて折り畳まれていてもよい。この場合、ｎ＋１回目の折りの際に、ｎ回目の折りにおいて発生する折り目と直交する折り目が発生するよう折られてもよいし、平行するよう折られてもよい。なお、ここで説明した柔軟物の折り方は一例であり、これらに限定されない。
【００１９】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
図３は、実施形態に係る把持装置１の概略的な構成を示すブロック図である。把持装置１は、図３に示した構成により、［１］柔軟物についての画像データに基づいて学習済みモデルを生成する学習処理と、［２］学習済みモデルを用いて、把持に適した部位についての判定を行う判定処理と、を実行する。なお、学習処理を行う装置として把持装置１を捉えた場合、把持装置１は学習装置とも称すことが可能である。
【００２０】
把持装置１は、撮像装置１０と、ロボットアーム１１と、制御部１２と、訓練データ取得部１３と、学習演算部１４と、モデル記憶部１５と、画像データ取得部１６と、接触位置決定部１７と、把持位置判定部１８とを備えている。
【００２１】
撮像装置１０は、周囲の物体を撮像する装置であり、本実施の形態では、より詳細には、３次元画像情報を生成する装置である。撮像装置１０の具体的な構成としては、任意の構成が採用できる。例えば、撮像装置１０はステレオカメラであってもよい。また、撮像装置１０は、レーザレンジファインダなどのTime-of-Flight方式の距離センサを備えていてもよいし、ドットパターンを投光して距離を測定するLight Coding方式などの距離センサを備えていてもよい。このように、撮像装置１０の具体的な構成は任意であり、いずれかの技術による構成に限定されない。
【００２２】
ロボットアーム１１は、物体を把持する把持部の一具体例である。図４に示すように、ロボットアーム１１は、例えば、複数のリンク１１１と、各リンク１１１を回動可能に連結する関節部（手首関節、肘関節、肩関節など）１１２と、対象物を把持するエンドエフェクタ１１３と、を有する。
【００２３】
各関節部１１２には、各関節部１１２の回転情報を検出するエンコーダなどの回転センサ１１４と、各関節部１１２を駆動するサーボモータなどのアクチュエータ１１５と、各関節部１１２の操作力を検出する力センサ１１６と、が設けられている。力センサ１１６は、例えば、各関節部１１２のトルクを検出するトルクセンサなどである。各関節部１１２には、減速機構が設けられている。エンドエフェクタ１１３は、例えば、複数の指部などで構成され、指部で挟み込むことで対象物を把持することができる。エンドエフェクタ１１３には、エンドエフェクタ１１３を駆動するアクチュエータ１１７と、エンドエフェクタ１１３の操作力を検出する力センサ１１８と、が設けられている。
【００２４】
制御部１２は、ロボットアーム１１の動作を制御する。制御部１２は、接触位置決定部１７による処理結果、又は把持位置判定部１８による処理結果に基づいて、ロボットアーム１１の軌道を計算する。また、制御部１２は、計算された軌道に従って、ロボットアーム１１を動かす。具体的には、例えば、制御部１２は、回転センサ１１４、力センサ１１６、１１８からの出力に基づいて、アクチュエータ１１５、１１７を制御することで、ロボットアーム１１をフィードバック制御する。
【００２５】
訓練データ取得部１３は、物体を撮像した画像データを含む訓練データを取得する。訓練データ取得部１３は、把持装置１のメモリなどの記憶装置に予め記憶された訓練データを読み込んで取得してもよいし、他の装置から送信された訓練データを取得してもよい。学習演算部１４は、訓練データ取得部１３が取得した訓練データを用いて機械学習の演算を行う。訓練データに含まれる画像データは、例えば２次元画像データであるが、３次元画像データであってもよい。
【００２６】
ここで、本実施の形態で用いられる訓練データについて説明する。本実施の形態において、訓練データに含まれる画像データは、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物が写っている画像データであり、特に、柔軟物の上面の端が規則的な積層パターン形状から変形した状態の柔軟物が写っている画像データである。より詳細には、本実施の形態では、最上段に積まれた柔軟物の上面の端が側面方向から押された様子が撮像された画像データが用いられる。また、訓練データに用いられる画像データは、そのような画像データとして、次のような２種類の画像データを含む。なお、これら２種類の画像データの一方を第１の画像データと称し、他方を第２の画像データと称すこととする。
【００２７】
第１の画像データは、撮像されている変形した端が、折り畳みにより１つに纏められた端である画像データである。つまり、第１の画像データは、折り畳みにより１つに纏められた端において、側面方向からの押圧による変形が生じている様子が撮像された画像データである。訓練データにおいて、第１の画像データに対しては、把持に適した部位についての画像であることを示すラベルが対応づけられている。第２の画像データは、撮像されている変形した端が、折り畳みにより１つに纏められていない端である画像データである。つまり、第２の画像データは、折り畳みにより１つに纏められた端以外の端において、側面方向からの押圧による変形が生じている様子が撮像された画像データである。訓練データにおいて、第２の画像データに対しては、把持に適さない部位についての画像であることを示すラベルが対応づけられている。なお、第１の画像データ及び第２のデータは、画像データから切り出された部分画像データであってもよい。
【００２８】
学習演算部１４は、このような訓練データを用いて、柔軟物における把持に適した部位を学習する演算を行う。本実施の形態では、機械学習モデルとして、ＣＮＮ（畳み込みニューラルネットワーク：Convolutional Neural Network）を用いる。より具体的には、把持に適した部位又は把持に適さない部位の画像内の座標位置とともに、把持の適否を出力可能なＣＮＮ  ＹＯＬＯ  ｖ２を機械学習モデルとして用いる。なお、物体を撮像した画像データに基づいて、当該物体の部位に対する把持の適否を定量化した値として出力することが可能な他のニューラルネットワークが用いられてもよいし、その他の機械学習モデルが用いられてもよい。本実施の形態では、学習演算部１４は、訓練データを用いて、具体的には、ニューラルネットワークの重み付け係数といったパラメータの値を計算する。学習演算部１４は、訓練データを用いた演算処理の終了後、学習済みのモデルを、モデル記憶部１５に記憶させる。
【００２９】
したがって、モデル記憶部１５には、物体を撮像した画像データに基づいて、当該物体の部位に対する把持の適否を定量化した値として出力するよう、コンピュータを機能させるための次のような学習済みモデルが記憶される。すなわち、この学習済みモデルを構成するニューラルネットワークの重み付け係数は、物体を撮像した画像データを含む訓練データを用いて学習されている。なお、この画像データは、上述の第１の画像データ及び第２の画像データを含む。そして、この学習済みモデルは、ニューラルネットワークの入力層に入力された、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物が写っている画像データに対し、重み付け係数に従った演算を実行させ、この画像データに写っている柔軟物の部位が把持に適しているか否かをニューラルネットワークの出力層から出力させるよう、コンピュータを機能させる。なお、入力層には、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物が写っていない画像データが入力される場合もある。このように、モデル記憶部１５に記憶される学習済みモデルは、プログラムモジュールとして利用される。
【００３０】
画像データ取得部１６は、物体を撮像した画像データを取得する。画像データ取得部１６は、例えば、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物が撮像された画像データを取得する。本実施の形態では、画像データ取得部１６は、撮像装置１０により撮像された画像データを取得するが、把持装置１のメモリなどの記憶装置に予め記憶された画像データを読み込んで取得してもよいし、他の装置から送信された画像データを取得してもよい。なお、本実施の形態では、ロボットアーム１１の制御を行うために３次元画像データが取得されるが、単に適切な把持位置の判定を行う上では、必ずしも３次元画像データを必要としない。すなわち、２次元画像データであっても、学習済みモデルによる、適切な把持位置の判定は可能である。
【００３１】
接触位置決定部１７は、把持対象物である柔軟物をロボットアーム１１（より詳細にはエンドエフェクタ１１３）により変形させるための接触位置を決定する。より、詳細には、接触位置決定部１７は、積み上げられた柔軟物の上面の端の変形のための接触位置を決定する。つまり、接触位置決定部１７は、ロボットアーム１１が把持対象物に変位を付与する際の把持対象物におけるロボットアーム１１との接触位置を決定する。本実施の形態は、変位は、把持対象物をロボットアーム１１（エンドエフェクタ１１３）が押すことにより付与される。このため、本実施の形態では、接触位置決定部１７は、ロボットアーム１１が把持対象物である柔軟物を押すための接触位置を決定する。接触位置決定部１７は、画像データ取得部１６が取得した画像データであって、上面の端がロボットアーム１１により変形される前の柔軟物が撮像された画像データを用いて、接触位置を決定する。なお、接触位置の決定の詳細については、フローチャートを用いて後述する。
【００３２】
把持位置判定部１８は、画像データ取得部１６が取得した画像データを用いて、当該画像データに写っている柔軟物の部位が把持に適した部位であるか否かを判定する。すなわち、把持位置判定部１８は、折り畳まれ積み重ねられた状態の柔軟物が撮像された画像データを用いて、当該画像データに写っている柔軟物の一部分が、把持に適した部位であるか否かを判定する。ここで、把持位置判定部１８は、より詳細には、上面の端に対する変形が行われた柔軟物が撮像された画像データを用いて判定を行う。また、その際、把持位置判定部１８は、モデル記憶部１５に記憶された学習済みモデルを用いる。すなわち、本実施の形態の把持位置判定部１８は、画像データ取得部１６が取得した画像データに対し、予め重み付け係数を含むパラメータが設定された上述のＣＮＮを適用し、把持に適した領域及び把持に適さない領域を判別し、把持に適した領域を出力する。
【００３３】
制御部１２は、上述の通り、ロボットアーム１１を制御する。特に、制御部１２は、把持位置の判定の際、最上段にある柔軟物の上面の端を変形させるようロボットアーム１１を制御する。具体的には、制御部１２は、接触位置決定部１７により決定された接触位置においてロボットアーム１１が柔軟物を所定の力で押すことにより柔軟物の端を変形させるようロボットアーム１１を制御する。本実施の形態では、制御部１２は、接触位置決定部１７により決定された接触位置である、最上段の柔軟物の上面の端を、側面方向からロボットアーム１１のエンドエフェクタ１１３により押すよう制御する。変形を発生させるための動作が単に押す動作であるため容易に変形を実現することができる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、このように柔軟物の端を横方向から押すが、把持位置の判定の際、他の位置に対してロボットアーム１１が変位を付与してもよい。例えば、制御部１２は、最上段の柔軟物の上面において、端から所定の距離だけ離れた位置を上側から押すよう制御してもよい。また、本実施の形態では、制御部１２は接触位置において柔軟物を押すよう制御するが、制御部１２は、柔軟物の端を変形させるために、このような動作に限らず、ロボットアーム１１の他の動作により柔軟物を変位させてもよい。例えば、接触位置決定部１７により決定された接触位置において柔軟物を引っ張るなどといった、他の動作による変位の付与によって、柔軟物の端の変形が行われてもよい。なお、学習済みモデルを作成するために用いられる訓練データ（学習演算部１４で用いられる訓練データ）に含まれる画像データは、把持位置の判定の際に行われるロボットアーム１１による変形方法と同じ変形方法により変形された柔軟物の画像データである。
【００３５】
また、制御部１２は、把持位置判定部１８により把持に適した領域であると判定された部位を把持位置として、把持対象の柔軟物を把持するようロボットアーム１１を制御する。本実施の形態では、制御部１２は、把持に適した領域であると判定された端を、横方向から掴んで柔軟物を把持するようにロボットアーム１１を制御するが、把持に適すると判定された端の近傍を、任意の方向から掴んで柔軟物を把持してもよい。
【００３６】
制御部１２、訓練データ取得部１３、学習演算部１４、画像データ取得部１６、接触位置決定部１７、及び、把持位置判定部１８は、例えば、把持装置１が備えるメモリなどの記憶装置に記憶された種々の命令を含むプログラムが、把持装置１が備えるプロセッサにより実行されることにより実現される。また、モデル記憶部１５は、把持装置１が備えるメモリなどの記憶装置により構成される。ここで、プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）であってもよいし、他の種類のプロセッサであってもよい。メモリは、揮発性メモリであってもいし、不揮発性メモリであってもよい。
【００３７】
次に、把持装置１の動作について、フローチャートを用いて説明する。
図５は、把持装置１による学習処理の流れを示すフローチャートである。
学習処理では、まず、ステップ１０（Ｓ１０）において、訓練データ取得部１３が訓練データを取得する。ステップ１０で取得される訓練データは、ラベル付けが行われた上述の第１の画像データ及び第２の画像データを含む。
次にステップ１１（Ｓ１１）において、学習演算部１４が、ステップ１０で取得された訓練データを用いて、把持に適した部位を判定するＣＮＮの学習のための所定の演算処理を行う。
次に、ステップ１２（Ｓ１２）において、モデル記憶部１５は、ステップ１１の演算処理の完了によりパラメ−タの値が決定された学習済みモデルを記憶する。
【００３８】
図６は、把持装置１が把持対象物を把持する際の処理の流れを示すフローチャートである。
把持の実行の際は、まず、ステップ２０（Ｓ２０）において、画像データ取得部１６が、撮像装置１０により物体が撮像された画像データを取得する。
次に、ステップ２１（Ｓ２１）において、接触位置決定部１７が、把持対象物である柔軟物を変形させるための接触位置を決定する。本実施の形態では、接触位置決定部１７は、具体的には、図７のフローチャートに示す処理により、接触位置を決定する。
【００３９】
以下、図７のフローチャートを参照して、接触位置決定部１７の処理の詳細について説明する。
まず、ステップ２１０（Ｓ２１０）において、接触位置決定部１７は、把持対象物である柔軟物が置かれている平面を検出する。すなわち、接触位置決定部１７は、画像データ取得部１６により取得された画像データに対して、所定の画像解析処理を行って、平面を検出する。
次に、ステップ２１１（Ｓ２１１）において、接触位置決定部１７は、ステップ２１０で検出された平面より上側に画像内において存在する塊を所定の画像解析処理を行って検出し、当該画像から切り出す。
次に、ステップ２１２（Ｓ２１２）において、接触位置決定部１７は、ステップ２１１で切り出した塊の画像に対して所定のエッジ検出処理を行う。このエッジ検出処理により検出されたエッジは、把持対象物（積み上げられた柔軟物）の輪郭に相当する。
次に、ステップ２１３（Ｓ２１３）において、接触位置決定部１７は、積み上げられた柔軟物の上面の端を、接触位置として決定する。これを実現するために、具体的には、接触位置決定部１７は、ステップ２１２で検出されたエッジのうち最も高い位置（最も上側の位置）に存在するエッジの位置を接触位置として決定する。
【００４０】
以上のようにして、接触位置が決定されると、処理はステップ２２（図５参照）へ移行する。
ステップ２２（Ｓ２２）において、把持対象物の端を変形させるため、制御部１２は、ステップ２１で決定した接触位置をエンドエフェクタ１１３により横方向から押すようロボットアーム１１を制御する（図８参照）。
次に、ステップ２３（Ｓ２３）において、画像データ取得部１６が、撮像装置１０により物体が撮像された画像データを取得する。なお、ステップ２３で取得される画像データには、ステップ２２による変形が生じている把持対象物が撮像されている。布製品などでは、エンドエフェクタ１１３を離した後も、押されたことによる変形が維持される。このため、ステップ２３では、エンドエフェクタ１１３を柔軟物から離した状態で撮像された画像データが取得されてもよい。
ステップ２４（Ｓ２４）において、把持位置判定部１８は、把持に適した位置についての判定処理を行う。すなわち、把持位置判定部１８は、ステップ２３で取得された画像データに写っている把持対象物の部位が把持に適した部位であるか否かを、学習済みモデルを用いて判定する。把持に適した位置が発見された場合（ステップ２５（Ｓ２５）でＹｅｓ）、処理は、ステップ２６へ移行する。把持に適した位置が発見されなかった場合（ステップ２５でＮｏ）、処理はステップ２０に戻る。処理がステップ２０に戻った場合、例えば、前回とは異なる方向から撮影された画像データについて、ステップ２０以降の処理が繰り返されることとなる。これにより、他の端についても、同様に、把持に適した位置についての判定処理が行われる。
ステップ２６（Ｓ２６）において、把持対象物を把持するため、制御部１２は、ステップ２４で把持に適すると判定された位置をエンドエフェクタ１１３により横方向から掴むようロボットアーム１１を制御する。
【００４１】
このように構成された把持装置１によれば、把持位置の判定の際、ロボットアーム１１により柔軟物の上面の端が変形させられる。１つに纏められた端と、そのような端ではない端とでは、変形の態様は異なる。つまり、把持位置判定部１８は、把持に適するか部位か否かによって態様の異なる画像を用いて判定を行うこととなる。このため、把持位置判定部１８は、適切な把持位置を判別することが可能である。また、把持装置１は、上述した接触位置決定部１７を有する。このため、変形を発生させるための接触位置を自律的に決定することができる。すなわち、把持装置１では、制御部１２が接触位置決定部１７により決定された接触位置に従って制御を行うので、把持装置１に自律的に柔軟物を変形させることができる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記の実施の形態では、把持装置１が図３に示した全ての構成要素を含んだが、これらのうち一部が他の装置に含まれてもよい。例えば、図９に示すようなシステムが構築されてもよい。
【００４３】
図９は、撮像装置１０と、サーバ３と、把持装置４とを有する把持システム２について示す模式図である。図９に示す把持システム２は、撮像装置１０が把持装置４ではなく、空間内に設置されている。また、図３に示した構成要素のうち、訓練データ取得部１３、学習演算部１４、モデル記憶部１５、及び、把持位置判定部１８をサーバ３が備え、その他の構成要素を把持装置４が備えている。この場合、制御部１２、画像データ取得部１６、及び接触位置決定部１７は、例えば、把持装置４が備えるメモリなどの記憶装置に記憶された種々の命令を含むプログラムが、把持装置４が備えるプロセッサにより実行されることにより実現される。また、訓練データ取得部１３、学習演算部１４及び、把持位置判定部１８は、例えば、サーバ３が備えるメモリなどの記憶装置に記憶された種々の命令を含むプログラムが、サーバ３が備えるプロセッサにより実行されることにより実現される。また、モデル記憶部１５は、サーバ３が備えるメモリなどの記憶装置により構成される。撮像装置１０と把持装置４との間では、画像データの送受信が行われる。すなわち、把持装置４の画像データ取得部１６は、撮像装置１０から送信され、把持装置４により受信された画像データを取得する。また、サーバ３と把持装置４との間では、把持位置判定部１８の処理に必要な画像データの送受信及び把持位置判定部１８による処理結果の送受信が行われる。
【００４４】
なお、図９は分散処理の一例であり、他の組み合わせ、又は他の装置により、分散処理が行われてもよい。図３に示した構成例及び図９に示した構成例に限らず、例えば、学習演算部１４による処理をサーバが実行し、把持位置判定部１８による処理を把持装置により行うようシステムが構成されてもよいし、逆に、学習演算部１４による処理を把持装置が実行し、把持位置判定部１８による処理をサーバにより行うようシステムが構成されてもよい。
【００４５】
なお、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、Compact Disc Read Only Memory（CD-ROM）、CD-R、CD-R/W、半導体メモリ（例えば、マスクROM、Programmable ROM（PROM）、Erasable PROM（EPROM）、フラッシュROM、Random Access Memory（RAM））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【符号の説明】
【００４６】
１    把持装置
２    把持システム
３    サーバ
４    把持装置
１０    撮像装置
１１    ロボットアーム
１２    制御部
１３    訓練データ取得部
１４    学習演算部
１５    モデル記憶部
１６    画像データ取得部
１７    接触位置決定部
１８    把持位置判定部
【図１】
2019107725.tif 000003
【図２Ａ】
2019107725.tif 000004
【図２Ｂ】
2019107725.tif 000005
【図２Ｃ】
2019107725.tif 000006
【図３】
2019107725.tif 000007
【図４】
2019107725.tif 000008
【図５】
2019107725.tif 000009
【図６】
2019107725.tif 000010
【図７】
2019107725.tif 000011
【図８】
2019107725.tif 000012
【図９】
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