(57)【要約】【課題】作業の精度を高めることができるロボット、制御装置、ロボットシステム、および制御方法を提供する。【解決手段】ロボットは、力センサーと、撮像部の撮像画像を用いた第１制御と前記力センサーの出力を用いた第２制御とを切り替える制御部と、を含み、前記制御部は、前記第１制御と前記第２制御とのうちいずれか一方の制御で所定作業を開始させた後、前記第１制御と前記第２制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる。【選択図】図１
2015157340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
力センサーと、
撮像部の撮像画像を用いた第１制御と前記力センサーの出力を用いた第２制御とを切り替える制御部と、を含み、
前記制御部は、
前記第１制御と前記第２制御とのうちいずれか一方の制御で所定作業を開始させた後、前記第１制御と前記第２制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、
ロボット。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１制御と前記第２制御とのうちいずれか一方の制御で所定作業を開始させた後、前記所定作業が達成されないと判定した場合に、前記第１制御と前記第２制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、
請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記制御部は、作業時間が所定時間を超えた場合に前記所定作業が達成されないと判定する、
請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記制御部は、前記ロボットの備える把持部の移動距離が所定距離を超えた場合に前記所定作業が達成されないと判定する、
請求項２または請求項３に記載のロボット。
【請求項５】
前記制御部は、前記力センサーが所定の大きさを超えた力を検出した場合に前記所定作業が達成されないと判定する、
請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項６】
前記制御部は、前記ロボットの備える把持部が所定領域外に移動した場合に前記所定作業が達成されないと判定する、
請求項２から請求項５のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項７】
力センサーを備え、撮像部の撮像画像を用いた第１制御と前記力センサーの出力を用いた第２制御とにより所定作業を行うロボットを動作させる制御装置であって、
前記ロボットに、前記第１制御と前記第２制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させた後、前記第１制御と前記第２制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、
制御装置。
【請求項８】
撮像部と、
力センサーを備え、前記撮像部の撮像画像を用いた第１制御と前記力センサーの出力を用いた第２制御とにより所定作業を行うロボットと、
前記第１制御と前記第２制御とを切り替える制御部と、を含み、
前記制御部は、
前記ロボットに、前記第１制御と前記第２制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させた後、前記第１制御と前記第２制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、
ロボットシステム。
【請求項９】
力センサーを備え、撮像部の撮像画像を用いた第１制御と前記力センサーの出力を用いた第２制御とにより所定作業を行うロボットを動作させる制御方法であって、
前記第１制御と前記第２制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させることと、
前記第１制御と前記第２制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせることと、
を含む制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット、制御装置、ロボットシステム、および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットの制御手法として種々の手法が考案されてきた。例えば、撮像部により撮像される画像のデータに基づいて、視覚的なフィードバック制御を行う制御手法がある。また、例えば、ロボットが外部環境から受ける反力に基づいてフィードバック制御を行う制御手法がある。これらの制御手法により制御されるロボットは、例えば、部品の組み付け作業などに利用され、作業の精度を高めるための技術が考案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２３６８３号公報
【特許文献２】特許第３６０１２７９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、従来の技術では、作業の精度を十分に高めることができなかった。例えば、従来の技術では、特定の制御手法によりロボットを制御し、作業の成功と失敗とを検出する。作業の失敗を検出した場合、作業を開始する前の状態に戻してから改めて同一の制御手法により作業を再実行する。この場合、ロボットの制御が同一の制御手法に基づいているため、作業を成功させることができないことがあった。また、作業が成功したとしても、成功させるまでに何度も作業の再実行が必要となり、作業に時間を要することがあった。
【０００５】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、作業の精度を高めることができるロボット、制御装置、ロボットシステム、および制御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】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一実施形態は、力センサーと、撮像部の撮像画像を用いた第１制御と前記力センサーの出力を用いた第２制御とを切り替える制御部と、を含み、前記制御部は、前記第１制御と前記第２制御とのうちいずれか一方の制御で所定作業を開始させた後、前記第１制御と前記第２制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、ロボットである。
この構成により、ロボットは、第１制御と第２制御とを切り替えて所定作業を行うため、いずれかの制御により作業を行う場合に比して、作業の精度を高めることができる。
【０００７】
また、本発明の一実施形態は、前記制御部は、前記第１制御と前記第２制御とのうちいずれか一方の制御で所定作業を開始させた後、前記所定作業が達成されないと判定した場合に、前記第１制御と前記第２制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、ロボットである。
この構成により、ロボットは、第１制御により所定作業が達成できなかった場合には第２制御により所定作業を行う。また、第２制御により所定作業が達成できなかった場合には第１制御により所定作業を行う。従って、所定作業中に問題が発生した場合であっても別の制御手法により作業を継続し、作業を達成することができるため、作業の精度を高めることができる。
【０００８】
また、本発明の一実施形態は、前記制御部は、作業時間が所定時間を超えた場合に前記所定作業が達成されないと判定する、ロボットである。
この構成により、ロボットは、作業が達成されないことを適切に判定し、制御手法を切り替えることができるため、作業の精度を高めることができる。
【０００９】
また、本発明の一実施形態は、前記制御部は、前記ロボットの備える把持部の移動距離が所定距離を超えた場合に前記所定作業が達成されないと判定する、ロボットである。
この構成により、ロボットは、作業が達成されないことを適切に判定し、制御手法を切り替えることができるため、作業の精度を高めることができる。
【００１０】
また、本発明の一実施形態は、前記制御部は、前記力センサーが所定の大きさを超えた力を検出した場合に前記所定作業が達成されないと判定する、ロボットである。
この構成により、ロボットは、作業が達成されないことを適切に判定し、制御手法を切り替えることができるため、作業の精度を高めることができる。
【００１１】
また、本発明の一実施形態は、前記制御部は、前記ロボットの備える把持部が所定領域外に移動した場合に前記所定作業が達成されないと判定する、ロボットである。
この構成により、ロボットは、作業が達成されないことを適切に判定し、制御手法を切り替えることができるため、作業の精度を高めることができる。
【００１２】
また、本発明の一実施形態は、力センサーを備え、撮像部の撮像画像を用いた第１制御と前記力センサーの出力を用いた第２制御とにより所定作業を行うロボットを動作させる制御装置であって、前記ロボットに、前記第１制御と前記第２制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させた後、前記第１制御と前記第２制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、制御装置である。
この構成により、制御装置は、第１制御と第２制御とを切り替えてロボットに所定作業を行わせるため、作業の精度を高めることができる。
【００１３】
また、本発明の一実施形態は、撮像部と、力センサーを備え、前記撮像部の撮像画像を用いた第１制御と前記力センサーの出力を用いた第２制御とにより所定作業を行うロボットと、前記第１制御と前記第２制御とを切り替える制御部と、を含み、前記制御部は、前記ロボットに、前記第１制御と前記第２制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させた後、前記第１制御と前記第２制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、ロボットシステムである。
この構成により、ロボットシステムにおいて、制御装置は、第１制御と第２制御とを切り替えてロボットに所定作業を行わせるため、作業の精度を高めることができる。
【００１４】
また、本発明の一実施形態は、力センサーを備え、撮像部の撮像画像を用いた第１制御と前記力センサーの出力を用いた第２制御とにより所定作業を行うロボットを動作させる制御方法であって、前記第１制御と前記第２制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させることと、前記第１制御と前記第２制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせることと、を含む制御方法である。
この制御方法により、制御装置２０は、第１制御と第２制御とを切り替えてロボットに所定作業を行わせるため、作業の精度を高めることができる。
【００１５】
以上のように、本発明によれば、ロボット、制御装置、ロボットシステム、および制御方法は、それぞれ、作業の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボットシステムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る第１制御に用いる対象画像と目標画像との一例を示す図である。
【図３】本実施形態に係る制御装置の概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図４】本実施形態に係るロボットシステムの動作の第１例を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態に係るロボットシステムによる作業手順の第１例を説明するための図である。
【図６】本実施形態に係るロボットシステムの動作の第２例を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態に係るロボットシステムによる作業手順の第２例を説明するための図である。
【図８】本実施形態に係るロボットシステムの動作の第３例を示すフローチャートである。
【図９】本実施形態に係るロボットシステムによる作業の変形例を説明するための図である。
【図１０】他の構成例に係るロボットシステムの概略的な構成の第１例を示す図である。
【図１１】他の構成例に係るロボットシステムの概略的な構成の第２例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
［本実施形態に係るロボットシステムの概要］
図１は、本発明の一実施形態に係るロボットシステム１の概略的な構成例を示す図である。
【００１８】
本実施形態に係るロボットシステム１は、挿入物を把持し、把持した挿入物を被挿入物に挿入する嵌合作業を行うシステムである。ロボットシステム１は、ロボット１０と、制御装置２０と、撮像部３０と、を備える。ロボット１０は、その内部に制御装置２０を含む。撮像部３０とロボット１０とは、回線４０を介して通信可能に接続される。本実施形態において、回線４０は、有線であるが、回線４０は無線であってもよい。
【００１９】
ロボット１０は、１本の腕（アーム）を構成するマニピュレーター１１を備える単腕のロボットである。マニピュレーター１１は、その先端部に把持部（ハンド）１２と力（力覚）センサー１３とを備える。
把持部１２は、挿入物５１を把持する。
力センサー１３は、把持部１２に加わる力とモーメントとを検出する。力センサー１３は、検出した力とモーメントとを示す力覚情報を制御装置２０に出力する。
【００２０】
撮像部３０は、カメラモジュールを備え、挿入物５１と被挿入物６１とを撮像する。また、撮像部３０は、回線４０と接続された通信部を備え、回線４０を介して、撮像した画像の情報である対象物画像情報を制御装置２０に送信する。本実施形態において、撮像部３０は、ロボット１０が把持する挿入物５１を含む画像を撮像することが可能な配置で備えられる。
【００２１】
制御装置２０は、第１制御と第２制御との２種類の制御手法によりロボット１０を制御する。第１制御は、撮像部３０の撮像画像を用いた制御であり、いわゆるビジュアルサーボである。
図２は、本実施形態に係る第１制御に用いる対象物画像と目標画像（参照画像）との一例を示す図である。
【００２２】
図２（ａ）は、対象物画像の一例を示す画像である。図２（ｂ）は、目標画像の一例を示す画像である。図２（ａ）および図２（ｂ）において示される画像には、円柱状の形状を有する挿入物５１と被挿入物６１とが撮像されている。被挿入物６１は、円柱状の窪み６２を有する。窪み６２は、挿入物５１を挿入可能な円柱状に形成され、被挿入物６１を貫通しない。なお、本実施形態において、被挿入物６１は、ロボット１０のマニピュレーター１１が届く範囲内に固定されて配置されている。
【００２３】
対象物画像は、制御途中の挿入物５１と被挿入物６１とを撮像したものである。また、対象物画像は、撮像部３０により随時取得される。目標画像は、制御の結果として得られる挿入物５１と被挿入物６１との像を示す。ロボットシステム１は、第１制御において、対象物画像と目標画像とを比較し、対象物画像が目標画像に一致するように視覚的なフィードバック制御を行う。例えば、制御装置２０は、ロボット１０を第１制御して挿入物５１を少しずつ動かすことにより、挿入物５１を窪み６２に挿入する作業を行う。ロボットシステム１は、第１制御において、対象物画像と目標画像とが一致した場合、作業が達成されたと判定する。
【００２４】
第２制御は、ロボット１０の力センサーの出力を用いた制御であり、いわゆるインピーダンス制御である。
インピーダンス制御とは、ロボット１０に外力が加わったとき、当該外力による変位（スチフネス）、速度（粘性）、および慣性（加速度）の応答が所望の値となるようにアクチュエーターの駆動トルクを制御する制御手法である（例えば、非特許文献、わかりやすいロボットシステム入門、松日楽  信人、他、オーム社、２０１０．７．１５、ｐ１３１−ｐ１３４参照）。
【００２５】
本実施形態において、ロボットシステム１は、挿入物５１を被挿入物６１に押し当て、押し当てる力が所望の値となるように第２制御を行う。ロボットシステム１は、被挿入物６１の表面に挿入物５１を押し当てながら挿入物５１の位置を動かすことで、被挿入物６１の表面を走査する。挿入物５１が窪み６２に至ると、押圧の対象が失われるため、ロボットシステム１は、第２制御のフィードバック制御により、挿入物５１を窪み６２内部に移動させる。これにより、挿入物５１が窪み６２に挿入される。挿入物５１が窪み６２に挿入されると、ロボットシステム１による挿入物５１の走査方向への移動が抑制される。ロボットシステム１は、第２制御において、例えば、当該動作の抑制を検出した場合、作業が達成されたと判定する。
【００２６】
［本実施形態に係る制御装置の概要］
図３は、本発明の一実施形態に係る制御装置の概略的な構成の一例を示すブロック図である。
制御装置２０は、ロボット１０の動作を制御する制御装置であり、装置の内部にＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を備える。制御装置２０は、記憶部２１と、入力部２２と、出力部２３と、制御部２４とを備える。
【００２７】
記憶部２１は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｃ  Ｄｒｉｖｅ）、フラッシュメモリー、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒy）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、またはＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などを備え、制御装置２０が備えるＣＰＵが実行するための各種プログラムやＣＰＵが実行した処理の結果などを記憶する。
【００２８】
また、記憶部２１は、第１制御に用いる目標画像の情報である目標画像情報を記憶する。また、記憶部２１は、第１制御と第２制御との２種類の制御手法のうち、選択中の制御手法を示す制御選択情報を記憶する。制御部２４は、例えば、制御装置２０が備えるＣＰＵが記憶部２１に記憶されているプログラムを実行することによって機能する。
【００２９】
入力部２２は、外部からの入力を受け付ける。入力部２２は、例えば、ロボットシステム１のユーザーから入力される操作を受け付けるためのキーボードやマウスなどを備える。また、入力部２２は、例えば、通信用インターフェイスを備え、外部装置からの入力を受け付ける機能を備える。
【００３０】
出力部２３は、外部への出力を行う。出力部２３は、例えば、ユーザーに対して音声情報を出力するスピーカーなどを備えてよい。また、出力部２３は、例えば、通信用インターフェイスを備え、外部装置へ情報を出力する機能を備えてよい。
【００３１】
制御部２４は、対象物画像取得部２４１と、目標画像取得部２４２と、センサー出力取得部２４３と、制御切替部２４４と、ロボット第１制御部２４５と、ロボット第２制御部２４６と、を備える。
【００３２】
対象物画像取得部２４１は、回線４０を介して、撮像部３０から対象物画像情報を取得する。対象物画像取得部２４１は、取得した対象物画像情報を制御切替部２４４に出力する。
目標画像取得部２４２は、記憶部２１から目標画像情報を読み出し、読み出した目標画像情報を制御切替部２４４に出力する。
センサー出力取得部２４３は、ロボット１０から力覚情報を取得し、取得した力覚情報を制御切替部２４４に出力する。
【００３３】
制御切替部２４４は、第１制御と第２制御とを切り替える。制御切替部２４４は、記憶部２１から制御選択情報を読み出す。制御切替部２４４は、読み出した制御選択情報が第１制御を示す場合、対象物画像取得部２４１から取得した対象物画像情報と目標画像取得部２４２から取得した目標画像情報とをロボット第１制御部２４５に出力する。制御切替部２４４は、読み出した制御選択情報が第２制御を示す場合、センサー出力取得部２４３から取得した力覚情報をロボット第２制御部２４６に出力する。
【００３４】
ロボット第１制御部２４５は、第１制御信号生成部２４５１と、第１制御判定部２４５２と、を備える。
第１制御信号生成部２４５１は、制御切替部２４４から対象物画像情報と目標画像情報とを取得する。第１制御信号生成部２４５１は、取得した情報に基づいて第１制御を行うための制御信号を生成する。第１制御信号生成部２４５１は、生成した制御信号をロボット１０に出力し、ロボット１０を第１制御する。
第１制御判定部２４５２は、第１制御により所定作業が達成されたか否かを判定する。第１制御判定部２４５２が所定作業が達成されたと判定した場合、制御装置２０は、当該作業を終了し、次の作業をロボット１０に行わせる。また、所定作業が達成されないと判定した場合、第１制御判定部２４５２は、第２制御を示す情報を制御選択情報として、記憶部２１に記憶させる。
【００３５】
ロボット第２制御部２４６は、第２制御信号生成部２４６１と、第２制御判定部２４６２と、を備える。
第２制御信号生成部２４６１は、制御切替部２４４から力覚情報を取得する。第２制御信号生成部２４６１は、取得した力覚情報に基づいて第２制御を行うための制御信号を生成する。第２制御信号生成部２４６１は、生成した制御信号をロボット１０に出力し、ロボット１０を第２制御する。
第２制御判定部２４６２は、第２制御により所定作業が達成されたか否かを判定する。第２制御判定部２４６２が所定作業が達成されたと判定した場合、制御装置２０は、当該作業を終了し、次の作業をロボット１０に行わせる。また、所定作業が達成されないと判定した場合、第２制御判定部２４６２は、第１制御を示す情報を制御選択情報として記憶部２１に記憶させる。
【００３６】
［本実施形態に係るロボットシステムの動作の概要］
図４は、ロボットシステム１の動作の第１例を示すフローチャートである。
まず、制御装置２０は、ロボット１０を第１制御して所定作業を開始させる（ステップＳ１０１）。次に、制御装置２０は、所定作業が達成されたか否かを判定する（ステップＳ１０２）。所定作業が達成された場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、制御装置２０は、ロボット１０による当該作業を終了する。また、所定作業が達成されない場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）、制御装置２０は、第２制御により所定作業を行う（ステップＳ１０３）。その後、制御装置２０は、ロボット１０による当該作業を終了する。このように、制御装置２０は、制御手法を切り替えた後は、作業が達成されたか否かに関わらず作業を終了させてもよい。
【００３７】
図５は、ロボットシステム１による作業手順の第１例を説明するための図である。
図５（ａ）は、ロボット１０、挿入物５１、および被挿入物６１の作業開始前の状態を示す。図５（ａ）において示されるように、作業開始前においてロボット１０は、挿入物５１を把持しているが、挿入物５１は、被挿入物６１の窪み６２に挿入されていない。
【００３８】
図５（ｂ）は、図４のステップＳ１０１における第１制御開始後のロボット１０、挿入物５１、および被挿入物６１の状態を示す。図５（ｂ）において示されるように、ロボット１０は、例えば、矢印７１が示す方向に挿入物５１を移動させ、窪み６２を探索することにより対象物画像と目標画像とを一致させるように動作する。
【００３９】
図５（ｃ）は、図４のステップＳ１０２における判定に係る所定作業が達成された場合の一例を示す図である。図５（ｃ）において示されるように、第１制御により挿入物５１が被挿入物６１の窪み６２に挿入されており、第１制御により所定作業が達成されている。
【００４０】
図５（ｄ）は、図４のステップＳ１０２における判定に係る所定作業が達成されていない場合の一例を示す図である。図５（ｄ）において示されるように、挿入物５１が被挿入物６１の窪み６２に挿入されておらず、第１制御により所定作業が達成されていない。この一例において、制御装置２０は、所定作業が達成されていないと判定する基準として、例えば、時間や移動距離、力などを用いる。時間に基づく判定において、例えば、第１制御の開始から所定時間以内に対象物画像と目標画像とを一致させることができない場合に、制御装置２０は、所定作業が達成されていないと判定する。また、移動距離に基づく判定において、例えば、ロボット１０の把持部１２や挿入物５１の任意の点の軌跡が、第１制御の開始から所定距離を超えても対象物画像と目標画像とを一致させることができない場合に、制御装置２０は、所定作業が達成されないと判定する。また、力に基づく判定において、例えば、力センサー１３が所定以上の力を検出した場合に、制御装置２０は、所定作業が達成されないと判定する。
【００４１】
図５（ｅ）は、図４のステップＳ１０３における第２制御開始後のロボット１０、挿入物５１、および被挿入物６１の状態を示す。上述したように、制御装置２０は、例えば、図５（ｄ）において示されるように第１制御が失敗した場合、ロボット１０の制御を第２制御に切り替える。図５（ｅ）において示されるように、ロボット１０は、挿入物５１を、第２制御により被挿入物６１に押し当てながら、例えば、矢印７２が示すように移動させ、窪み６２を探索する。そして、ロボット１０は、探索した窪み６２に挿入物５１を挿入する。
【００４２】
図６は、ロボットシステム１の動作の第２例を示すフローチャートである。
まず、制御装置２０は、ロボット１０を第２制御して所定作業を開始させる（ステップＳ２０１）。次に、制御装置２０は、所定作業が達成されたか否かを判定する（ステップＳ２０２）。所定作業が達成された場合（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）、制御装置２０は、ロボット１０による当該作業を終了する。また、所定作業が達成されない場合（ステップＳ２０２；ＮＯ）、制御装置２０は、ロボット１０を制御して第１制御により所定作業を行う（ステップＳ２０３）。その後、制御装置２０は、ロボット１０による当該作業を終了する。
【００４３】
図７は、ロボットシステム１による作業手順の第２例を説明するための図である。
図７（ａ）は、ロボット１０、挿入物５１、および被挿入物６１の作業開始前の状態を示す。図７（ａ）において示されるように、作業開始前においてロボット１０は、挿入物５１を把持しているが、挿入物５１は、被挿入物６１の窪み６２に挿入されていない。
【００４４】
図７（ｂ）は、図６のステップＳ２０１における第２制御開始後のロボット１０、挿入物５１、および被挿入物６１の状態を示す。図７（ｂ）において示されるように、ロボット１０は、挿入物５１を、被挿入物６１に押し当てながら、例えば、矢印７２が示す方向に移動させ、窪み６２を探索する。
【００４５】
図７（ｃ）は、図６のステップＳ２０２における判定に係る所定作業が達成された場合の一例を示す図である。図７（ｃ）において示されるように、第２制御により挿入物５１が被挿入物６１の窪み６２に挿入されており、第２制御により所定作業が達成されている。
【００４６】
図７（ｄ）は、図６のステップＳ２０２における判定に係る所定作業が達成されていない場合の一例を示す図である。図７（ｄ）において示されるように、挿入物５１が被挿入物６１の窪み６２に挿入されておらず、第２制御により所定作業が達成されていない。この一例において、制御装置２０は、所定作業が達成されていないと判定する基準として、例えば、時間や移動距離、領域などを用いる。時間に基づく判定において、例えば、第２制御の開始から所定時間以内に被挿入物６１の有する窪み６２を探索できない場合に、制御装置２０は、所定作業が達成されないと判定する。また、移動距離に基づく判定において、例えば、ロボット１０の把持部１２や挿入物５１の任意の点の軌跡が、第２制御の開始から所定距離を超えても窪み６２を探索できない場合に、制御装置２０は、所定作業が達成されないと判定する。また、領域に基づく判定において、例えば、窪み６２の探索中に、挿入物５１が押し当てられる被挿入物６１の面上の所定領域を、挿入物５１が外れてしまった場合に、所定作業が達成されないと判定する。
【００４７】
図７（ｅ）は、図６のステップＳ２０３における第１制御開始後のロボット１０、挿入物５１、および被挿入物６１の状態を示す。上述したように、ロボットシステム１は、例えば、図７（ｄ）において示されるように第１制御が失敗した場合、ロボット１０の制御を第１制御に切り替える。図７（ｅ）において示されるように、ロボット１０は、挿入物５１を、例えば、矢印７１が示す方向に移動させ、窪み６２に挿入物５１を近づけることにより、対象物画像と目標画像とを一致させるように動作する。そして、ロボットシステム１は、挿入物５１を被挿入物６１に挿入する。
【００４８】
図８は、ロボットシステム１の動作の第３例を示すフローチャートである。
まず、制御装置２０は、ロボット１０を第１制御して所定作業を行わせる（ステップＳ３０１）。次に、制御装置２０は、所定作業が達成されたか否かを判定する（ステップＳ３０２）。所定作業が達成された場合（ステップＳ３０２；ＹＥＳ）、制御装置２０は、ロボット１０による当該作業を終了する。また、所定作業が達成されない場合（ステップＳ３０２；ＮＯ）、制御装置２０は、ロボット１０を第２制御して所定作業を行わせる（ステップＳ３０３）。次に、制御装置２０は、所定作業が達成されたか否かを判定する（ステップＳ３０４）。所定作業が達成された場合（ステップＳ３０４；ＹＥＳ）、制御装置２０は、ロボット１０による当該作業を終了する。また、所定作業が達成されない場合（ステップＳ３０４；ＮＯ）、制御装置２０は、ステップＳ３０１に処理を戻す。
【００４９】
［本実施形態に係るロボットシステムによる作業の変形例の概要］
図９は、ロボットシステム１による作業の変形例を説明するための図である。
図９（ａ）は、ロボットシステム１による作業の変形例の概要を示す図である。図９（ａ）において示されるように、この変形例において、ロボットシステム１は、円錐状の挿入物５２を、被挿入物６３が有する窪み６４に対して矢印７３が示す方向に挿入する作業を行う。
【００５０】
図９（ｂ）は、ロボットシステム１による作業の変形例の概要を示す図である。図９（ｂ）は、挿入物５２と被挿入物６３との断面図を示す。図９（ｂ）において示されるように、窪み６４には、例えば、粘性体が埋め込まれており、ロボットシステム１は、挿入物５２を任意の挿入量で挿入する。矢印７４は、挿入物５２の挿入によりロボット１０に与えられる反力Ｆの方向を示す。反力Ｆは、挿入物５２の挿入量に応じて変化し、当該挿入量が大きくなる程、反力Ｆは増大する。長さＬは、挿入物５２が被挿入物６３から延出する部分の長さを示す。
【００５１】
ロボットシステム１は、例えば、この変形例において、所定の制御手法で作業を完了するようにしてよい。ロボットシステム１は、例えば、挿入物５２の挿入量が重要である場合、第１制御により処理を完了する。具体的には、ロボットシステム１は、例えば、図９（ａ）において示されるような挿入物５２の挿入前の状態を目標として第２制御を行う。そして、ロボットシステム１は、制御手法を切り替え、挿入物５２が被挿入物６１から延出する長さが所定長Ｌとなるように第１制御を行う。これにより、ロボットシステム１は、任意の挿入量で挿入物５２を被挿入物６３に挿入することができ、例えば、挿入後の挿入物５２と被挿入物６３との外観を目標画像と一致させることができる。
【００５２】
ロボットシステム１は、例えば、挿入物５２の押し込みトルクが重要である場合、第２制御により処理を完了する。具体的には、ロボットシステム１は、例えば、図９（ａ）において示されるような挿入物５２の挿入前の状態を目標として第１制御を行う。そして、ロボットシステム１は、制御手法を切り替え、挿入物５２から受ける反力Ｆが所定の大きさを超えるように第２制御を行う。これにより、ロボットシステム１は、任意の押し込みトルクで挿入物５２を被挿入物６３に挿入することができるため、例えば、挿入物５２を被挿入物６３に所定の力で固定することができる。
【００５３】
［ロボットシステムの他の構成例］
本実施形態では、図１において示されるように単腕のロボット１０を備えるロボットシステム１について説明したが、ロボット１０とは異なるロボットを備えるロボットシステムに、本実施形態と同様の構成を適用することが可能である。
図１０は、他の構成例に係るロボットシステム１ａの概略的な構成の第１例を示す図である。
ロボットシステム１ａは、ロボット１０ａと、制御装置２０ａと、撮像部３０ａと、を備える。ロボット１０ａと制御装置２０ａとは、回線４１を介して通信可能に接続される。制御装置２０ａと撮像部３０ａとは、回線４２を介して通信可能に接続される。本実施形態において、回線４１と回線４２とは、有線であるが、回線４１と回線４２とは、無線であってもよい。
【００５４】
ロボット１０ａは、１本のマニピュレーター１１ａを備える単腕のロボットである。マニピュレーター１１ａは、上述したロボット１０のマニピュレーター１１と同様の構成を備える。
制御装置２０ａは、上述したロボット１０の制御装置２０と同様の構成を備える。また、制御装置２０ａは、ロボット１０ａの外部装置である。このようにロボット１０ａと制御装置２０ａとは、一体の装置でなくてもよい。
【００５５】
図１１は、他の構成例に係るロボット８の概略的な構成の第２例を示す図である。
図１１は、ロボット８の正面図を示す。ロボット８は、撮像部８２と、制御装置８３と、格納部８０１と、胴体部分８０２〜８０４と、左側の車輪８０５と、右側の車輪８０６と、左側のマニピュレーター８１１と、右側のマニピュレーター８１４と、を備える。
【００５６】
ロボット８は、それぞれ腕（アーム）を構成する２本のマニピュレーター８１１、８１４を備える双腕ロボットである。また、ロボット８は、制御装置８３と一体に構成されている。ロボット８の動作は、制御装置８３から入力される制御信号により制御される。
【００５７】
格納部８０１の上面には、胴体部材８０２、胴体部材８０３、胴体部材８０４の順に部材が取り付けられている。また、最も上部の胴体部材８０４の左側には、左腕を構成するマニピュレーター８１１が取り付けられており、当該胴体部材８０４の右側には、右腕を構成するマニピュレーター８１４が取り付けられている。また、格納部８０１の底面の左側には、車輪８０５が取り付けられており、格納部８０１の底面の右側には、車輪８０６が取り付けられている。ロボット８は、車輪８０５、８０６を、例えば、人手により、または、制御装置８３の自動制御により回転させることにより移動する。また、格納部８０１の上面には、撮像部８２が取り付けられている。また、格納部８０１は、制御装置８３を格納する。
【００５８】
マニピュレーター８１１、８１４は、それぞれ、垂直多関節ロボットの一種であり、ロボットアームとして機能する。マニピュレーター８１１は、その先端に把持部８１２と力センサー８１３とを備える。マニピュレーター８１４は、その先端に把持部８１５と力センサー８１６とを備える。
【００５９】
力センサー８１３は、把持部８１２に加わる力とモーメントとを検出する。力センサー８１６は、把持部８１５に加わる力とモーメントとを検出する。
把持部８１２、８１５は、それぞれ把持する対象となる物体（対象物）を把持する。
マニピュレーター８１１、８１４、および把持部８１２、８１５は、把持部８１２、８１５により把持される対象物を移動させ、当該対象物の位置や姿勢を変化させる。
撮像部８２は、把持部８１２、８１５により把持される対象物を含む画像を撮像することが可能な配置で備えられる。撮像部８２は、カメラモジュールを備え、把持部８１２、８１５によって把持される対象物を撮像する。
【００６０】
制御装置８３は、左腕のマニピュレーター８１１および把持部８１２と、右腕のマニピュレーター８１４および把持部８１５とを制御する。制御装置８３は、２つのマニピュレーター８１１、８１４を同時に関連付けて制御してもよく、それぞれ別個に制御してもよい。制御装置８３は、例えば、図３において示される制御装置２０と同様の概略構成を備え、撮像部８２や力センサー８１３、８１６から取得する情報に基づいてロボット８の動作を制御する。
【００６１】
図１１のような双腕のロボット８を用いて、例えば、図４や図６において示される挿入物５１を被挿入物６１に挿入する作業を行う場合、制御装置８３は、例えば、右腕の把持部８１５が被挿入物６１を把持するように制御し、左腕の把持部８１２が挿入物５１を把持するように制御してもよい。そして、制御装置８３は、例えば、左腕または右腕のいずれかを第１制御または第２制御し、挿入物５１を被挿入物６１に挿入する作業を行ってよい。
【００６２】
一構成例として、ロボット１０は、力センサー１３と、撮像部３０の撮像画像を用いた第１制御と前記力センサー１３の出力を用いた第２制御とを切り替える制御部２４と、を含み、前記制御部２４は、前記第１制御と前記第２制御とのうちいずれか一方の制御で所定作業を開始させた後、前記第１制御と前記第２制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、ロボットである。
【００６３】
また、一構成例として、前記制御部２４は、前記第１制御と前記第２制御とのうちいずれか一方の制御で所定作業を開始させた後、前記所定作業が達成されないと判定した場合に、前記第１制御と前記第２制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる。
【００６４】
また、一構成例として、前記制御部２４は、作業時間が所定時間を超えた場合に前記所定作業が達成されないと判定する。
【００６５】
また、一構成例として、前記制御部２４は、前記ロボット１０の備える把持部１２の移動距離が所定距離を超えた場合に前記所定作業が達成されないと判定する。
【００６６】
また、一構成例として、前記制御部２４は、前記力センサー１３が所定の大きさを超えた力を検出した場合に前記所定作業が達成されないと判定する。
【００６７】
また、一構成例として、前記制御部２４は、前記ロボット１０の備える把持部１２が所定領域外に移動した場合に前記所定作業が達成されないと判定する。
【００６８】
また、一構成例として、制御装置２０は、力センサー１３を備え、撮像部３０の撮像画像を用いた第１制御と前記力センサー１３の出力を用いた第２制御とにより所定作業を行うロボット１０を動作させる制御装置２０であって、前記ロボット１０に、前記第１制御と前記第２制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させた後、前記第１制御と前記第２制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、制御装置である。
【００６９】
また、一構成例として、ロボットシステム１は、撮像部３０と力センサー１３とを備え、前記撮像部３０の撮像画像を用いた第１制御と前記力センサー１３の出力を用いた第２制御とにより所定作業を行うロボット１０と、前記第１制御と前記第２制御とを切り替える制御部２４と、を含み、前記制御部２４は、前記ロボット１０に、前記第１制御と前記第２制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させた後、前記第１制御と前記第２制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、ロボットシステムである。
【００７０】
また、一構成例は、力センサー１３を備え、撮像部の撮像画像を用いた第１制御と前記力センサー１３の出力を用いた第２制御とにより所定作業を行うロボット１０を動作させる制御方法であって、前記第１制御と前記第２制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させることと、前記第１制御と前記第２制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせることと、を含む制御方法である。
【００７１】
［以上の実施形態のまとめ］
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００７２】
なお、上述した各例において、マニピュレーターは、任意の自由度を有してよい。マニピュレーターの自由度は、例えば、６軸や７軸の自由度であってよく、５軸以下の自由度や８軸以上の自由度であってもよい。
なお、上述した各例において、撮像部は、例えばロボットが設置されている台の上面や床面、天井、壁面などに固定されて備えられてもよい。また、撮像部は、例えば、人手により撮像方向や撮像角度などを変化させることが可能な構成であってもよい。また、撮像部は、自動的に撮像方向や撮像角度などを変化させる構成を備えてよい。また、撮像部は、ロボットと一体であってもよいし、一体でなくてもよい。
【００７３】
なお、上述した各例において、制御装置は、第１制御と第２制御とを任意のタイミングで切り替えてもよい。例えば、制御装置２０は、第１制御により挿入物５１を被挿入物６１に近づけてから第２制御に切り替えてよい。これにより、ロボットシステム１は、第２制御による窪み６２の走査範囲を縮減し、短時間で作業を終了することができる。また、制御装置２０は、第１制御または第２制御のいずれかで所定作業が達成されたと判定された後に制御手法を切り替えて、切り替えた後の制御手法でも所定作業が達成されたと判定されたときに所定作業を終了してもよい。これにより、正確に所定作業を達成することができる。
【００７４】
また、制御装置は、所定作業が達成されたか否かを複数の条件で判定してよい。例えば、制御装置２０は、作業時間、移動距離、および領域による判定の一部またはすべてを組み合わせて判定してよい。また、制御装置は、所定作業が達成できない場合、作業の対象物の位置関係を変更してから制御手法を切り替えて所定作業を再開してよいし、位置関係を変更せずに制御手法を切り替えて所定作業を再開してもよい。また、制御装置は、同一の制御手法で所定の回数、所定作業が達成できないと判定された場合に、制御手法を切り替えて所定作業を再開してもよい。
【００７５】
なお、上述した各例において、ロボット、制御装置、および撮像部は、任意の公知の機能を備えてよい。
なお、上述した各例において、挿入物、被挿入物、および被挿入物が有する窪みの形状は、上述したものに限定されない。例えば、被挿入物は、内部を貫通する孔を有し、また、ロボットシステムは、挿入物を被挿入物に挿入させる作業以外にも、例えば、部品同士を緩く組み合わせる嵌合作業を行ってもよい。
【００７６】
なお、以上に説明した装置（例えば、ロボット１０、１０ａ、８や制御装置２０、２０ａ）における任意の構成部の機能を実現するためのプログラムを、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録し、そのプログラムをコンピューターシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここで言う「コンピューターシステム」とは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ）−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことを言う。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリー（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００７７】
また、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピューターシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピューターシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことを言う。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１…ロボットシステム、１０…ロボット、２０…制御装置、３０…撮像部、１１…マニピュレーター、１２…把持部、１３…力センサー、２１…記憶部、２２…入力部、２３…出力部、２４…制御部、２４１…対象物画像取得部、２４２…目標画像取得部、２４３…センサー出力取得部、２４４…制御切替部、２４５…ロボット第１制御部、２４６…ロボット第２制御部、２４５１…第１制御信号生成部、２４５２…第１制御判定部、２４６１…第２制御信号生成部、２４６２…第２制御判定部、４０…回線、５１…挿入物、６１…被挿入物、６２…窪み
【図１】
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【図２】
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【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】
2015157340.tif 000009
【図８】
2015157340.tif 000010
【図９】
2015157340.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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