(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の指駆動手段と、前記指駆動手段間をそれぞれ連結するリンクから成る指部を２本備えたロボットハンドであって、
作業対象物を非接触で認識できる電子カメラを前記指部の先端における前記作業対象物との接触点近傍に内蔵し、
前記複数の電子カメラにより撮影された複数の画像情報から前記作業対象物との距離を計測する距離計測手段を備え、
前記距離計測手段で計測した前記接触点から前記作業対象物の把持面までの距離が互いにゼロに近づくように前記指駆動手段を制御するロボットハンドを用いたロボットハンドシステムにおいて、
前記電子カメラによって認識可能な標識を前記作業対象物に設け、前記標識を前記電子カメラで認識することで、作業対象物を確実に把持可能とし、
前記作業対象物のうち前記指部の先端が前記作業対象物と接触すべき接触点に前記標識を設けたことにより、前記作業対象物の把持面および把持点を確実に把持可能とすることを特徴とするロボットハンドシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高解像度で高感度のカメラなどのセンサを搭載したロボットハンドであって、特に複数の指を差動させて作業対象物のつまみや操りなどの作業を行う多指構造のロボットハンドを用いたロボットハンドシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、センサ付きのロボットハンドを用いて、ワーク（作業物体）に対して所定のシーケンス動作を行う場合、作業員のマニュアル操作を不要とするために、センサ情報に基づく計算処理が必要となる。
例えば、ワークを把持する場合には、センサ（電子カメラ）を多指ハンドなどのロボットハンドに据え付けて、そのセンサが捉えた情報を用いて、コンピュータの演算処理によりワーク情報（位置および傾きなど）を認識して、ロボットハンドがワークを自動的に把持するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
この種のロボットハンドにおいては、電子カメラは、ロボットハンドの作業軸とセンサ軸（光軸）が平行になるようにロボットハンドの側面位置（脇）に取り付けられており、その電子カメラが捉えたセンサ情報（撮影画像）に基づいてワーク認識処理をした後に、ロボットハンドの位置決め制御およびシーケンス制御が実行されるようになっている。
しかしながら、電子カメラがロボットハンドの側面位置（脇）に取り付けられているため、ロボットハンドと電子カメラが干渉するおそれがあったり、センサ軸から作業軸への座標変換が複雑になるという問題点があった。
【０００３】
この問題点を解決するため、特許文献２ではハンド作業軸上のロボットハンドの基部にセンサを内蔵することで、ハンド作業軸とセンサ軸（光軸）とを一致させるという方策が提案されている。
図７は、特許文献２に示すロボットハンドの構成を示す側面図である。
図において、１００は特許文献２に示すロボットハンド、１はハンド基部、２ａおよび２ｂはハンド基部１上に配置された各指部である。指部２ａは人間の親指に、指部２ｂは人間の人差し指に相当し、互いに略対向する。
指部２ａは指駆動手段３ａ〜３ｂをリンク４ａ〜４ｂで連結した構成になっている。リンク４ｂの先端には指先端部５ａが取り付けられている。
指部２ｂは指駆動手段３ｃ〜３ｄをリンク４ｃ〜４ｄで連結した構成になっている。リンク４ｄの先端には指先端部５ｂが取り付けられている。
指駆動手段３ａ〜３ｄは図のＸ軸方向に回転軸を有し、指の屈曲伸展方向の動作が可能である。ハンド基部１にはセンサ７が内蔵されている。センサ７は、例えば小形で高解像度かつ低歪みの電子カメラ（ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラなど）により構成されている。
センサ７の計測方向（センサ軸）８は、図示しないロボットアームおよび本ハンド部により形成される作業軸と一致するように配置されており、多指ハンドからなるハンド基部１の中心軸（作業軸）を通して作業対象物体９を直視できるようになっている。さらに、センサ７は、レーザ、超音波または磁界を用いた変位センサを含んでいてもよい。
上記構成によれば、センサ７がハンド部に内蔵されているため、ハンド部とセンサが干渉する恐れがなくなる。
また、センサ軸から作業軸への座標変換が不要になる。
しかしながら、ハンド基部１とセンサ７との位置関係が固定のため、作業対象物９をカメラ視野に収めるためにはハンド基部１を駆動する図示しないロボットアームを作業対象物９に向けて適切に動作させる必要があり、アーム制御に負担がかかるという問題点があった。
特許文献３ではこの問題点を解決するため、センサをハンド基部近傍のリンクに取り付け、センサをリンクと共に動作可能にしている。
【０００４】
図８は、特許文献３に示すロボットアームの構成を示す側面図である。
図において、１１０は特許文献３に示すロボットアーム、１はハンド基部、２ａおよび２ｂはハンド基部１上に配置された各指部、指部２ａは指駆動手段３ａ〜３ｂをリンク４ａ〜４ｂで連結し、リンク４ｂの先端には指先端部５ａが取り付けられている。指部２ｂは指駆動手段３ｃ〜３ｄをリンク４ｃ〜４ｄで連結し、リンク４ｄの先端には指先端部５ｂが取り付けられている。
センサ７を親指に相当する指部２ａの根元リンク４ａに固定し、指駆動手段３ａによって指部２ａと共に図のＸ軸まわりに回動自在に構成している。
これにより、ロボットアームを動かさなくても指駆動手段３ａを回転駆動することで、作業対象物９をカメラ視野に収めることができるようになる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１１６７４号公報
【特許文献２】特開２００５−２０５５１９号公報
【特許文献３】特開２００５−３４９４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、以上説明した特許文献３では、作業対象物９のうち最もハンド基部に近い面９ａしか視野に入れることができなかった。したがって、実際に指先端部が把持する面９ｂおよび９ｃを計測するためには、ハンド基部１を駆動する図示しないロボットアームを用いて把持面９ｂあるいは９ｃに対向する位置に移動させる必要があり、計測動作に時間がかかるという問題点があった。
また、実際の把持前後においては、ハンド基部１近傍に配置されたセンサ７では把持面９ｂおよび９ｃを計測することができないため、指先端部５ａ、５ｂが作業対象物９に接触したか否かをセンサ７で判別するのは難しかった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ロボットハンドと電子カメラが干渉するおそれのない、センサ軸から作業軸への座標変換が不要で、ハンド基部を駆動しなくても作業対象物をカメラ視野に収められる、したがってまたアーム制御に負担のかからない、しかも把持前後にわたって作業対象物の把持面および把持点を確実に計測可能となるロボットハンドおよびロボットハンド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】
【０００７】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載のロボットハンドシステムの発明は、複数の指駆動手段と、前記指駆動手段間をそれぞれ連結するリンクから成る指部を２本備えたロボットハンドであって、
作業対象物を非接触で認識できる電子カメラを前記指部の先端における前記作業対象物との接触点近傍に内蔵し、
前記複数の電子カメラにより撮影された複数の画像情報から前記作業対象物との距離を計測する距離計測手段を備え、
前記距離計測手段で計測した前記接触点から前記作業対象物の把持面までの距離が互いにゼロに近づくように前記指駆動手段を制御するロボットハンドを用いたロボットハンドシステムにおいて、
前記電子カメラによって認識可能な標識を前記作業対象物に設け、前記標識を前記電子カメラで認識することで、作業対象物を確実に把持可能とし、
前記作業対象物のうち前記指部の先端が前記作業対象物と接触すべき接触点に前記標識を設けたことにより、前記作業対象物の把持面および把持点を確実に把持可能とすることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によると、指部の最先端リンクにセンサを備えたので、指部の指駆動手段を適切に制御することで、作業対象物の把持面をセンサの計測視野に収めることができ、把持面までの距離を計測することができるようになる。
また、センサを最先端リンクの先端における作業対象物との接触点近傍に配置したので、センサにより計測した把持面までの距離がゼロに近づくように、指部の指駆動手段を適切に制御することで、作業対象物を確実に把持することができるようになる。
また、複数の電子カメラにより撮影された複数の画像情報から作業対象物との距離を計測することで、把持面までの距離をより高精度に計測できるようになる。
また、接触点から前記作業対象物の把持面までの距離が互いにゼロに近づくように前記指駆動手段を制御することで、把持面まで接触点のアクセスを簡単かつ高精度にできるようになる。
また、センサによって認識可能な標識を作業対象物に設けたことで、作業対象物を確実に認識し把持できるようになる。
そして、最終的に、作業対象物のうちリンク先端が接触すべき接触点にセンサによって認識可能な標識を設けたことで、作業対象物にとって最適な把持点を確実に認識し把持することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
なお、以降の実施例では発明を実施するための最良の形態として、ロボットハンドに適用した例を示す。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の実施例１に係るロボットハンドの構成を示す側面図である。
図において、１０は本発明の実施例１に係るロボットハンド、１はハンド基部、２ａおよび２ｂはハンド基部上に配置された指部である。指部２ａは人間の親指に、指部２ｂは人間の人差し指に相当し、互いに略対向する。指部２ａは指駆動手段３ａ〜３ｃをリンク４ａ〜４ｃで連結した構成になっている。リンク４ｃの先端には指先端部５ａが、さらに指先端部５ａの外面には爪部６ａが取り付けられている。指部２ｂは指駆動手段３ｄ〜３ｆをリンク４ｄ〜４ｆで連結した構成になっている。リンク４ｆの先端には指先端部５ｂが、さらに指先端部５ｂの外面には爪部６ｂが取り付けられている。
指駆動手段３ａ〜３ｆのうち、指駆動手段３ａ、３ｃ、３ｅおよび３ｆは図のＸ軸方向に回転軸を有し、指の屈曲伸展方向の動作が可能である。一方、指駆動手段３ｂおよび３ｄは図のＺ軸方向に回転軸を有し、指をＶ字に開閉する方向の動作が可能である。
指先端部５ａの内部には、非接触距離センサ７ａが内蔵されている。非接触距離センサ７の計測方向（センサ軸）は、指先端部５ａで通常使用される把持接触点における、指表面の法線８ａの方向にほぼ向けられている。
同様に指先端部５ｂの内部には、非接触距離センサ７ｂが内蔵されており、その計測方向（センサ軸）は、指先端部５ｂで通常使用される把持接触点における、指表面の法線８ｂの方向にほぼ向けられている。
非接触距離センサ７ａおよび７ｂは、例えば小形で高解像度かつ低歪みの電子カメラ（ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラなど）により構成されている。さらに、レーザ、超音波または磁界を用いた変位センサを含んでいてもよい。非接触距離センサ７ａおよび７ｂは、図示しない制御装置に接続されている。制御装置はハンド基部１に内蔵されていても、図示しないロボット本体に搭載されていてもよい。
前記非接触距離センサ７ａおよび７ｂと前記制御装置との間の接続には、光ファイバや電線等の通信ケーブルを使用する方式や、あるいは微弱無線やbluetooth等の無線通信を使用する方式が考えられる。
【００１１】
図２は、実施例１のロボットハンド１０が、作業対象物９を計測している状態の側面図である。指部２ａの指駆動手段３ａ〜３ｃを適切に制御することで、作業対象物９の把持面９ｂを非接触距離センサ７ａの計測視野に収めることができ、把持面９ｂまでの距離１０ａを計測することができる。
また同様に、指部２ｂの指駆動手段３ｄ〜３ｆを適切に制御することで、作業対象物９の把持面９ｃを非接触距離センサ７ｂの計測視野に収めることができ、把持面９ｃまでの距離１０ｂを計測することができる。
【００１２】
図３は、実施例１のロボットハンド１０が、作業対象物９を把持した状態の側面図である。図のように、非接触距離センサ７ａおよび７ｂを作業対象物との接触点近傍に置くことにより、把持前後にわたって作業対象物の把持点を確実に計測することができる。
具体的には、非接触距離センサ７ａおよび７ｂにより計測した、把持面９ｂおよび９ｃまでの距離１０ａおよび１０ｂがゼロに近づくように、指部２ａの指駆動手段３ａ〜３ｃおよび指部２ｂの指駆動手段３ｄ〜３ｆを適切に制御することで、作業対象物９を確実に把持することができる。
また、把持面９ｂおよび９ｃまでの距離１０ａおよび１０ｂがゼロになった後は指駆動手段３ａ〜３ｆの動作を停止させることで、作業対象物９に過大な力を与えることを防ぐことができる。
【００１３】
センサ７が電子カメラ（ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラなど）である場合、人差し指に相当する指部２ｂと並んだ奥行き方向に中指に相当する同様の指部２ｃが存在して、前記指部２ｃの先端に別の電子カメラ７ｃが配置されていれば、電子カメラ７ｂおよび７ｃによるステレオカメラを構成することができる。これにより、把持面までの距離を以下のようにしてより高精度に計測できる。
図４は、ステレオカメラを構成する電子カメラ７ｂおよび７ｃを用いた本実施の形態のブロック図を示す。電子カメラ７ｂと７ｃには、図１における奥行き方向の取り付け位置の違いが存在するため、そのカメラ映像においては、図４にあるように視野内の作業対象物９の位置に横方向のずれが生じる。電子カメラ７ｂと７ｃの画像情報は制御装置１２に入力される。制御装置１２では、視野内の作業対象物９のずれ量と電子カメラ７ｂおよび７ｃの間隔から、作業対象物９までの距離を算出する。さらに算出した作業対象物９までの距離に応じて、作業対象物９を確実に把持するように指駆動手段３に駆動指令を送信する。これにより、把持面までの距離をより高精度に計測できる。
【００１４】
図５は、本発明の実施例２に係るロボットハンド１０が、作業対象物９を計測している状態の側面図である。実施例２では、ロボットハンド１０自体の構成は実施例１と同じであるが、センサ７ａおよび７ｂにとってより計測し易いように、作業対象物９の把持面９ｂに標識１１ａを、把持面９ｃに標識１１ｂを設けた点が特徴である。標識１１ａ、１１ｂは、例えば、四角形や円形形状で、背景に対してコントラストが高く特徴的な模様のマークを貼り付けたり、あるいは背景とは異なる特徴的な色のマークを貼り付けたりすることで実現することができる。
これにより、作業対象物９をより確実に認識し把持することができる。
【００１５】
図６は、実施例２のロボットハンド１０が、作業対象物９の標識１１ａ、１１ｂをターゲットとして把持した状態の側面図である。作業対象物９におけるロボットハンド１０が把持すべき点に標識１１ａおよび１１ｂを設置しておけば、センサ７ａおよび７ｂがこれを計測して確実に把持することができる。把持すべき点とは、例をあげればコーヒーカップの取っ手や、工具のグリップ部分、あるいは機器のツマミ等が考えられる。これらにあらかじめ標識を貼り付けておくことにより、これを確実に計測し把持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１に係るロボットハンドの構成を示す側面図である。
【図２】実施例１のロボットハンドが作業対象物を計測している状態の側面図である。
【図３】実施例１のロボットハンドが作業対象物を把持した状態の側面図である。
【図４】ステレオカメラを構成する２台の電子カメラを用いた本実施の形態のブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるロボットハンドが、作業対象物を計測している状態の側面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態におけるロボットハンドが、作業対象物を把持した状態の側面図である。
【図７】特許文献２のロボットハンドの構成を示す側面図である。
【図８】特許文献３のロボットハンドの構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  ハンド基部
２  指部
３  指駆動手段
４  リンク
５  指先端部
６  爪部
７  非接触距離センサ
８  センサ軸
９  作業対象物
１０  把持面までの距離
１１  標識
【図１】
0004798105.tif 000002
【図２】
0004798105.tif 000003
【図３】
0004798105.tif 000004
【図４】
0004798105.tif 000005
【図５】
0004798105.tif 000006
【図６】
0004798105.tif 000007
【図７】
0004798105.tif 000008
【図８】
0004798105.tif 000009