(57)【要約】【課題】挿入物を回転させ、被挿入物に挿入する作業の精度を高めることができるロボット、制御装置、およびロボットシステムを提供する。【解決手段】ロボットは、挿入物を回転させ、前記挿入物を被挿入物に挿入するロボットであって、力センサーと、制御部と、を含み、前記制御部は、前記力センサーの出力を用いた前記挿入物の回転方向に関する第１制御と、撮像部の撮像画像を用いた前記被挿入物の前記挿入物への挿入方向に関する第２制御とを行わせることによって、前記挿入物を前記被挿入物に挿入させる。【選択図】図１
2015160255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
挿入物を回転させ、前記挿入物を被挿入物に挿入するロボットであって、
力センサーと、
制御部と、を含み、
前記制御部は、
前記力センサーの出力を用いた前記挿入物の回転方向に関する第１制御と、撮像部の撮像画像を用いた前記被挿入物の前記挿入物への挿入方向に関する第２制御とを行わせることによって、前記挿入物を前記被挿入物に挿入させる、
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制御との両方が収束した場合に前記挿入に係る作業が成功したと判定する、
請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記制御部は、所定時間以内に前記第１制御と前記第２制御との両方が収束しない場合、前記挿入に係る作業が失敗したと判定する、
請求項１または請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記制御部は、前記作業が失敗したと判定した場合、前記挿入物の前記被挿入物に対する相対位置を変更してから前記挿入物を前記被挿入物に挿入する作業を行う、
請求項３に記載のロボット。
【請求項５】
力センサーを備え、挿入物を回転させ、前記挿入物を被挿入物に挿入する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、前記ロボットが備える力センサーの出力を用いた、前記挿入物の回転方向に関する第１制御と、撮像部の撮像画像を用いた、前記被挿入物の前記挿入物への挿入方向に関する第２制御とを行わせることによって、前記挿入物を前記被挿入物に挿入させる、
制御装置。
【請求項６】
挿入物を回転させ、前記挿入物を被挿入物に挿入するロボットシステムであって、
撮像部と、
力センサーを備えるロボットと、
前記ロボットを動作させる制御部と、を含み、
前記制御部は、
前記ロボットに、前記力センサーの出力を用いた、前記挿入物の回転方向に関する第１制御と、前記撮像部の撮像画像を用いた、前記被挿入物の前記挿入物への挿入方向に関する第２制御とを行わせることによって、前記挿入物を前記被挿入物に挿入させる、
ロボットシステム。
【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、およびロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボルトなどの挿入物を、ナットのような被挿入物に対して回転させて挿入する作業を行うロボットが開発されている。このような組み付け作業において、作業の成功率を高めるための装置が提案されている（例えば、特許文献１、２、および３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１２７４２号公報
【特許文献２】特開２００６−２１２７４３号公報
【特許文献３】特開２０１１−２２４７０８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、必ずしも挿入物を被挿入物に挿入する組み付け作業を成功させることができなかった。例えば、従来の技術では、挿入物が被挿入物に対して斜め掛かりしている状態で、挿入物を被挿入物に対して回転させることにより、挿入物または被挿入物が破損してしまう場合があった。また、例えば、従来の技術では、挿入作業を行うために挿入物を被挿入物に当接させるときに、挿入物と被挿入物との位置がずれ、挿入物を回転させても挿入できない場合があった。このように、従来の技術では、組み付け作業の精度を十分に高めることができなかった。
【０００５】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、挿入物を回転させ、被挿入物に挿入する作業の精度を高めることができるロボット、制御装置、およびロボットシステ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】
【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、挿入物を回転させ、前記挿入物を被挿入物に挿入するロボットであって、力センサーと、制御部と、を含み、前記制御部は、前記力センサーの出力を用いた前記挿入物の回転方向に関する第１制御と、撮像部の撮像画像を用いた前記被挿入物の前記挿入物への挿入方向に関する第２制御とを行わせることによって、前記挿入物を前記被挿入物に挿入させる、ロボットである。
この構成により、挿入物を被挿入物に対して回転させて挿入する作業において、制御部は、回転方向と挿入方向とのそれぞれに関して、ロボットを制御する。従って、ロボットは、挿入物と被挿入物とを破損させることなく作業を完了することができ、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制御との両方が収束した場合に前記挿入に係る作業が成功したと判定する、ロボットである。
この構成により、制御部は、挿入物を被挿入物に対して回転させて挿入する作業の成功を精度良く判定することができる。
【０００８】
また、本発明の一実施形態は、前記制御部は、所定時間以内に前記第１制御と前記第２制御との両方が収束しない場合、前記作業が失敗したと判定する、ロボットである。
この構成により、制御部は、挿入物を被挿入物に挿入する作業が失敗したことを判定することができる。
【０００９】
また、本発明の一実施形態は、前記制御部は、前記作業が失敗したと判定した場合、前記挿入物の前記被挿入物に対する相対位置を変更してから前記挿入物を前記被挿入物に挿入させる、ロボットである。
この構成により、制御部は、作業が失敗した場合に、ロボットを制御して挿入物の被挿入物に対する相対位置を変更して、ロボットに改めて作業を行わせるため、作業の成功率を高めることができる。
【００１０】
また、本発明の一実施形態は、力センサーを備え、挿入物を回転させ、前記挿入物を被挿入物に挿入する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、前記ロボットが備える力センサーの出力を用いた、前記挿入物の回転方向に関する第１制御と、撮像部の撮像画像を用いた、前記被挿入物の前記挿入物への挿入方向に関する第２制御とを行わせることによって、前記挿入物を前記被挿入物に挿入させる、制御装置である。
この構成により、挿入物を被挿入物に対して回転させて挿入する作業において、制御装置は、回転方向と挿入方向とのそれぞれに関して、ロボットを制御する。従って、制御装置は、挿入物と被挿入物とを破損させることなく作業を完了させることができ、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、挿入物を回転させ、前記挿入物を被挿入物に挿入するロボットシステムであって、撮像部と、力センサーを備えるロボットと、前記ロボットを動作させる制御部と、を含み、前記制御部は、前記ロボットに、前記力センサーの出力を用いた、前記挿入物の回転方向に関する第１制御と、前記撮像部の撮像画像を用いた、前記被挿入物の前記挿入物への挿入方向に関する第２制御とを行わせることによって、前記挿入物を前記被挿入物に挿入させる、ロボットシステムである。
この構成により、挿入物を被挿入物に対して回転させて挿入する作業において、制御装置は、回転方向と挿入方向とのそれぞれに関して、ロボットを制御する。従って、ロボットは、挿入物と被挿入物とを破損させることなく作業を完了することができ、作業の精度を高めることができる。
【００１２】
以上のように、本発明によれば、ロボット、制御装置、およびロボットシステムは、それぞれ、挿入物を回転させ、被挿入物に挿入する作業の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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２制御に用いる対象物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】本実施形態に係る第２制御に用いる対象物画像と目標画像との一例を示す図である。
【図７】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８】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９】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２例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
本実施形態に係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の制御装置２０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、無線であってもよい。
【００１６】
ロボットシステム１は、回転により挿入物を被挿入物に挿入するねじ込み（螺入）作業を行うシステムである。この作業において、ロボットは、挿入物を把持して被挿入物に当接させる。そして、ロボットは、挿入物を回転させることにより、挿入物を被挿入物に螺入する。本実施形態において、挿入物は、例えば、ボルトなどの雄螺子部材である。本実施形態において、被挿入物は、例えば、ナットなどの雌螺子部材である。
【００１７】
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。
【００１８】
撮像部３０は、カメラモジュールを備え、ロボット１０が把持する挿入物と被挿入物と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３０は、挿入物と被挿入物とを撮像する。また、撮像部３０は、回線４０と接続された通信用インターフェイスを備える。撮像部３０は、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。
【００１９】
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、ロボット１０が備える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）。
【００２０】
本実施形態において、制御装置２０は、ロボット１０を制御して、挿入物５１と被挿入物５２とを当接させた後、螺入のための回転方向の力が予め定められた所定値であるように第１制御を行う。換言すると、制御装置２０は、ロボット１０が挿入物５１の回転方向から受ける反力が所定値であるように第１制御を行う。制御装置２０は、第１制御において、例えば、所定時間以上、挿入物５１が回転方向の力が所定値であり、挿入物５１と被挿入物５２との相対位置に変化がない場合、第１制御が収束したと判定する。また、制御装置２０は、第１制御において、例えば、所定時間以上、ロボット１０が挿入物５１から所定値の反力を受けた場合、第１制御が収束したと判定する。このように、第１制御における収束の判定は、作業に応じて変更してよい。
【００２１】
図２は、第２制御に用いる対象物画像と目標画像との一例を示す図である。
第２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（ａ）は、対象物画像の一例を示す画像である。図２（ｂ）は、対象物画像の他の一例を示す画像である。図２（ｃ）は、目標画像の一例を示す画像である。図２（ａ）〜（ｃ）において示される画像には、挿入物５１、被挿入物５２、および固定台６０が撮像されている。被挿入物５２は、固定台６０により固定され、ロボット１０のマニピュレーター１１が届く範囲内に配置されている。固定台６０は、ロボット１０による作業を妨げない。
【００２２】
挿入物５１は、頭部５１１と軸部５１２とを有する。軸部５１２には、雄螺子が切ってある。中心軸５１３は、挿入物５１の頭部５１１および軸部５１２の中心を通り、挿入物５１の挿入方向に平行な軸である。被挿入物５２は開口部５２１を有し、当該開口部５２１には、雌螺子が切ってある。中心軸５２２は、被挿入物５２の中心を通り、被挿入物５２の被挿入方向に平行な軸である。ロボット１０は、頭部５１１を把持し、挿入物５１を被挿入物５２に当接させた後、中心軸５１３を回転軸として挿入物５１を回転させることにより、挿入物５１を被挿入物５２に螺入させる。
【００２３】
対象物画像は、制御途中の挿入物５１と被挿入物５２とを撮像したものである。図２（ａ）において示される対象物画像は、挿入物５１と被挿入物５２とが離間している状態を示す。図２（ｂ）において示される対象物画像は、挿入物５１が被挿入物５２に螺入される途中の状態を示す。これらの対象物画像は、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５２との像を示す。図２（ｃ）において示される目標画像は、挿入物５１が被挿入物５２に挿入され、挿入物５１の頭部５１１と被挿入物５２とが当接した状態を示す。
【００２４】
制御装置２０は、第２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。目標画像が図２（ｃ）に例示される画像の場合、制御装置２０は、ロボット１０を第２制御して、挿入物５１を被挿入物５２に螺入させることにより、対象物画像と目標画像とを近づける。制御装置２０は、第２制御において、対象物画像と目標画像とが一致した場合、第２制御が収束したと判定する。
【００２５】
［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。
【００２６】
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。
【００２７】
また、記憶部２１は、第２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２制御と第１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。また、記憶部２１は、第１制御と第２制御とが収束したか否かを示す収束情報を記憶する。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。
【００２８】
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てよい。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てよい。
【００２９】
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、画像情報を出力するディスプレイなどを備えてよい。また、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
制御切替部２４４は、第１制御と第２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、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、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２制御部２４６に出力する。
【００３３】
ロボット第１制御部２４５は、制御切替部２４４から力覚情報を取得する。ロボット第１制御部２４５は、取得した力覚情報に基づいて第１制御を行うための制御信号を生成する。ロボット第１制御部２４５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。
【００３４】
ロボット第２制御部２４６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。ロボット第２制御部２４６は、取得した情報に基づいて第２制御を行うための制御信号を生成する。ロボット第２制御部２４６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。
【００３５】
判定部２４７は、第１制御と第２制御との両方が収束したか否かを判定する。具体的には、判定部２４７は、制御選択情報が第１制御を示す場合、第１制御が収束したか否かを判定する。第１制御が収束したと判定した場合、判定部２４７は、記憶部２１の記憶する収束情報が第２制御の収束を示すか否かを判定する。収束情報が第２制御の収束を示す場合、判定部２４７は、作業が成功したと判定する。収束情報が第２制御の収束を示していない場合、判定部２４７は、第１制御の収束を示す情報を収束情報として記憶部２１に記憶させる。また、第１制御の開始から、例えば、所定時間以上、第１制御が収束しない場合、判定部２４７は、第１制御が収束しないと判定する。
【００３６】
判定部２４７は、制御選択情報が第２制御を示す場合、第２制御が収束したか否かを判定する。対象物画像と目標画像とが一致した場合、判定部２４７は、第２制御が収束したと判定する。第２制御が収束した場合、判定部２４７は、記憶部２１の記憶する収束情報が第１制御の収束を示すか否かを判定する。収束情報が第１制御の収束を示す場合、判定部２４７は、作業が成功したと判定する。収束情報が第１制御の収束を示していない場合、判定部２４７は、第２制御の収束を示す情報を収束情報として記憶部２１に記憶させる。また、第２制御の開始から、例えば、所定時間以上、第２制御が収束しない場合、判定部２４７は、第２制御が収束しないと判定する。
【００３７】
［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。
図４において示されるフローチャートは、図２（ｂ）において示される、挿入物５１の軸部５１２の一部が被挿入物５２に挿入されている状態から、図２（ｃ）において示される、挿入物５１の頭部５１１と被挿入物５２とが当接した状態を目標として行う作業における処理の流れを示す。
【００３８】
まず、制御装置２０は、ロボット１０に対して第１制御を行い、挿入物５１を螺入可能な方向に回転させる（ステップＳ１０１）。次に、制御装置２０は、所定時間以上、挿入物５１の回転方向の力が所定値であり、挿入物５１の被挿入物５２に対する相対位置に変化がないか否かを判定することにより、第１制御が収束したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。第１制御が収束しない場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）、制御装置２０は、第１制御と第２制御との両方が収束しないため、作業が失敗したと判定する。そして、制御装置２０は、挿入物５１を螺入可能な方向とは逆方向に回転させ（ステップＳ１０３）、挿入物５１を被挿入物５２から引き抜く。その後、制御装置２０は、ステップＳ１０１に処理を戻す。
【００３９】
また、第１制御が収束した場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、制御装置２０は、第２制御が収束したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。第２制御が収束した場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、制御装置２０は、第１制御と第２制御との両方が収束したため、作業が成功したと判定し、処理を終了する（ステップＳ１０３）。また、第２制御が収束しない場合（ステップＳ１０４；ＮＯ）、制御装置２０は、ステップＳ１０３に処理を進める。なお、上述した各ステップにおいて、第１制御を第２制御に、第２制御を第１制御に変更してもよい。
【００４０】
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、図４において説明した作業の開始直後の挿入物５１と被挿入物５２との状態の一例を示す。矢印７１より示される方向は、挿入時において、挿入物５１を回転させる方向である。矢印７２により示される方向は、挿入時において、挿入物５１が被挿入物５２に挿入される方向である。第１制御は、挿入物５１の回転方向である矢印７１が示す方向の力に基づいて行われる。第２制御は、矢印７２が示す方向への、挿入物５１の螺入の程度に基づいて行われる。
【００４１】
図５（ｂ）は、図４において説明した作業が完了しない場合の挿入物５１と被挿入物５２との状態の第１例を示す。図５（ｂ）において、第１制御は収束している。しかし、挿入物５１の頭部５１１は被挿入物５２に当接しておらず、第２制御は収束していない。図５（ｂ）において示される状態は、例えば、軸部５１２の雄螺子と被挿入物５２の雌螺子とが正しく噛み合わっていない場合や螺子の形状不良により発生する。
【００４２】
図５（ｃ）は、図４において説明した作業が完了しない場合の挿入物５１と被挿入物５２との状態の第２例を示す。図５（ｃ）において、第２制御は収束している。しかし、矢印７２が示す方向に挿入物５１を回転させても、所定の力が得られず、第１制御は収束しない。図５（ｃ）において示される状態は、例えば、軸部５１２の雄螺子または被挿入物５２の雌螺子が破損し、挿入物５１が回転してしまう場合に発生する。
【００４３】
図５（ｄ）は、図４において説明した作業が完了した場合の挿入物５１と被挿入物５２との状態の一例を示す。図５（ｄ）において、第１制御および第２制御の両方が収束している。この状態において、挿入物５１の頭部５１１と被挿入物５２とは当接している。また、挿入物５１は、第１制御における所定値の力では螺入可能な方向に回転しない。
【００４４】
図６は、第２制御に用いる対象物画像と目標画像との一例を示す図である。
図６（ａ）は、対象物画像の一例を示す画像である。図６（ｂ）は、目標画像の一例を示す画像である。図６（ａ）において示される対象物画像は、挿入物５１と被挿入物５２とが離間している状態を示す。図６（ｂ）において示される目標画像は、挿入物５１の軸部５１２の先端が被挿入物５２に当接している状態を示す。また、挿入物５１の中心軸５１３と被挿入物５２の中心軸５２２とは、一致している。この状態から、ロボット１０が挿入物５１を螺入可能な方向に回転させることにより、挿入物５１が被挿入物５２に挿入される。なお、挿入物５１の中心軸５１３と被挿入物５２の中心軸５２２とは、螺入可能な程度に概ね一致していればよい。
【００４５】
図７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。
図７において示されるフローチャートは、図６（ａ）において示される、挿入物５１と被挿入物５２とが当接していない状態から、図６（ｂ）において示される、挿入物５１の軸部５１２の先端と被挿入物５２とが螺入可能に当接した状態を目標として行う作業における処理の流れを示す。
【００４６】
まず、制御装置２０は、ロボット１０に対して第２制御を行い、挿入物５１と被挿入物５２とを当接させる（ステップＳ２０１）。次に、制御装置２０は、第２制御が収束したか否かを判定する（ステップＳ２０２）。第２制御が収束しない場合（ステップＳ２０２；ＮＯ）、制御装置２０は、作業が失敗したと判定し、挿入物５１の位置を変更する（ステップＳ２０３）。その後、制御装置２０は、ステップＳ２０１に処理を戻す。
【００４７】
また、第２制御が収束した場合（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）、制御装置２０は、所定時間以上、ロボット１０が挿入物５１から所定値の反力を受けたか否かを判定することにより、第１制御が収束したか否かを判定する（ステップＳ２０４）。第１制御が収束した場合（ステップＳ２０４；ＹＥＳ）、制御装置２０は、第１制御と第２制御との両方が収束したため、作業が成功したと判定し、処理を終了する（ステップＳ２０３）。また、第１制御が収束しない場合（ステップＳ２０４；ＮＯ）、制御装置２０は、ステップＳ２０３に処理を進める。
【００４８】
図８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８（ａ）は、図７において説明した作業の開始直後の挿入物５１と被挿入物５２との状態の一例を示す。制御装置２０は、ロボット１０に対して第２制御を行い、挿入物５１の軸部５１２の先端を被挿入物５２の開口部５２１に少しずつ近づける。ロボット１０は、例えば、矢印７３により示される方向に挿入物５１を移動させる。
【００４９】
図８（ｂ）は、図７において説明した作業が完了しない場合の挿入物５１と被挿入物５２との状態の一例を示す。図８（ｂ）において示されるように、挿入物５１と被挿入物５２とは当接しているが、挿入物５１の中心軸５１３と被挿入物５２の中心軸５２２とがずれている。この状態で、制御装置２０がロボット１０に対して第１制御を行い、挿入物５１を回転させても、挿入物５１は被挿入物５２に螺入しない。このとき螺入による挿入物５１と被挿入物５２との間の摩擦が無いため、ロボット１０は、回転方向とは逆向きの反力を挿入物５１から得ることができない。従って、第１制御は収束しない。そこで、制御装置２０は、ロボット１０を制御して挿入物５１の被挿入物５２に対する相対位置を変更する。そして、制御装置２０は、再度ロボット１０を第２制御して挿入物５１と被挿入物５２とを当接させる作業を実行させる。
【００５０】
図８（ｃ）は、図７において説明した作業が完了した場合の挿入物５１と被挿入物５２との状態の一例を示す。図８（ｃ）において、第１制御および第２制御の両方が収束している。この状態において、挿入物５１と被挿入物５２とは当接しており、挿入物５１の中心軸５１３と被挿入物５２の中心軸５２２とが一致している。この状態で、制御装置２０がロボット１０に対して第１制御を行い、挿入物５１を回転させると、挿入物５１は被挿入物５２に螺入する。このとき、螺入により挿入物５１と被挿入物５２との間に摩擦が生じ、ロボット１０は、回転方向とは逆向きの反力を挿入物５１から受ける。これにより、第２制御は収束する。
【００５１】
［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９は、他の構成例に係るロボットシステム１ａの概略的の構成の第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、無線であってもよい。
【００５２】
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、別の装置であってもよい。
【００５３】
図１０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１０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。
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。
【００５４】
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。車輪８０５、８０６は、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可能であり、ロボット８は、車輪８０５、８０６を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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、把持する対象物である挿入物５１と被挿入物５２とを把持する。
マニピュレーター８１１、８１４、および把持部８１２、８１５は、把持部８１２、８１５により把持される挿入物５１と被挿入物５２とを移動させ、当該対象物の位置や姿勢を変化させる。
撮像部８２は、カメラモジュールを備え、把持部８１２、８１５により把持される挿入物５１と被挿入物５２とを撮像することが可能な姿勢で配置される。撮像部８２は、把持部８１２、８１５によって把持される挿入物５１と被挿入物５２とを撮像する。
【００５７】
制御装置８３は、左腕のマニピュレーター８１１と右腕のマニピュレーター８１４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よく、また、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る。制御装置８３は、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。
【００５８】
図１０のような双腕のロボット８を用いて、挿入物５１を被挿入物５２に螺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５２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２制御または第１制御し、挿入物５１を被挿入物５２に螺入する作業を行ってよい。
【００５９】
［以上の実施形態のまとめ］
一構成例として、ロボット１０は、挿入物５１を回転させ、前記挿入物５１を被挿入物５２に挿入するロボットであって、力センサー１３と、制御部２４と、を含み、前記制御部２４は、前記力センサー１３の出力を用いた前記挿入物５１の回転方向に関する第１制御と、撮像部３０の撮像画像を用いた前記被挿入物５２の前記挿入物５１への挿入方向に関する第２制御とを行わせることによって、前記挿入物５１を前記被挿入物５２に挿入させる、ロボットである。
【００６０】
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制御との両方が収束した場合に前記挿入に係る作業が成功したと判定する。
また、一構成例として、前記制御部２４は、所定時間以内に前記第１制御と前記第２制御との両方が収束しない場合、前記作業が失敗したと判定する。
また、一構成例として、前記制御部２４は、前記作業が失敗したと判定した場合、前記挿入物５１の前記被挿入物５２に対する相対位置を変更してから前記挿入物５１を前記被挿入物５２に挿入させる。
【００６１】
また、一構成例として、制御装置２０は、力センサー１３を備え、挿入物５１を回転させ、前記挿入物５１を被挿入物５２に挿入するロボット１０を動作させる制御装置であって、前記ロボット１０に、前記ロボット１０が備える力センサー１３の出力を用いた、前記挿入物５１の回転方向に関する第１制御と、撮像部３０の撮像画像を用いた、前記被挿入物５２の前記挿入物５１への挿入方向に関する第２制御とを行わせることによって、前記挿入物５１を前記被挿入物５２に挿入させる、制御装置である。
【００６２】
また、一構成例として、ロボットシステム１は、挿入物５１を回転させ、前記挿入物５１を被挿入物５２に挿入するロボットシステムであって、撮像部３０と、力センサー１３を備えるロボット１０と、前記ロボット１０を動作させる制御部２４と、を含み、前記制御部２４は、前記ロボット１０に、前記力センサー１３の出力を用いた、前記挿入物５１の回転方向に関する第１制御と、前記撮像部３０の撮像画像を用いた、前記被挿入物５２の前記挿入物５１への挿入方向に関する第２制御とを行わせることによって、前記挿入物５１を前記被挿入物５２に挿入させる、ロボットシステムである。
【００６３】
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。
【００６４】
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。マニピュレーターは、例えば、６軸や７軸の自由度を有する。また、マニピュレーターは、５軸以下の自由度を有してもよく、任意の自由度を有してよい。
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。
【００６５】
なお、上述した各例において、挿入物５１と被挿入物５２の形状は、上述したものに限定されない。例えば、挿入物５１は、螺入後、被挿入物５２を貫通しなくてもよい。例えば、挿入物５１は、開口部に雄螺子が切られた瓶であり、被挿入物５２は、雌螺子が切られた蓋であってもよい。また、上述した各例において、ロボット１０は被挿入物５２を把持し、回転させることにより、挿入物５１の螺入を行ってもよい。
【００６６】
なお、図４を用いて説明した作業と図７を用いて説明した作業とは連続して行われてもよい。例えば、図７において示される処理が完了したとき、制御装置２０は、第２制御に用いる目標画像を図２（ｃ）において例示される画像に変更する。そして、制御装置２０は、図４のステップＳ１０１に処理を進める。これにより、挿入物５１と被挿入物５２とが離間している状態から、挿入物５１を被挿入物５２に螺入する作業を一貫して行うことができる。
【００６７】
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。
【００６８】
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】
【００６９】
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、２４７…判定部、４０…回線、５１…挿入物、５２…被挿入物
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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