(57)【要約】【課題】マニピュレータを備えたロボットにおいて、容易かつ迅速にマニピュレータの手先位置を制御できるようにして作業効率を高める。【解決手段】画像を撮像する２つ以上のカメラ４、５を有し、一方のカメラ４を撮像視野の中心線がマニピュレータ３の可動平面Ｐ内にあるように、光軸Ｌ１を可動平面Ｐに合わせて配置する。カメラ４によって撮像した対象物５０がカメラ４の撮像視野の中心線上に位置するように旋回部２ｂを旋回させると、マニピュレータ３の可動平面Ｐ内に対象物５０が位置することになり、ハンド部１６の位置制御が容易かつ迅速に行なえるようになる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の関節の各々が同一平面上を動く多関節アームと、この多関節アームの先端に設けられ、該アームの周辺に位置する対象物を把持するハンド部とを有するマニピュレータを備えたロボットにおいて、
画像を撮像する２つ以上の撮像手段と、
前記２つ以上の撮像手段が撮像した画像から対象物を認識し、その位置を特定する対象物認識手段とをさらに備え、
少なくとも前記撮像手段の１つは、その撮像視野の中心線が前記マニピュレータの可動平面内にあるように配置されていることを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記ロボットの本体は、該本体に対して旋回自在な旋回部を有し、前記マニピュレータ及び撮像手段は、前記旋回部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記本体は移動可能であることを特徴とする請求項２に記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータを備えたロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、モービルロボットにおいては、テーブル間で物体を受け渡しするマニピュレータの先端に撮像装置を設け、この撮像装置が撮像した画像に基いてマニピュレータの手先位置を対象物に合わせて制御するハンド位置決め装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２６７９６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に示される装置にあっては、マニピュレータを構成するアームを伸ばしてからマニピュレータの方向が対象物からずれていた場合、マニピュレータを回転させて方向を変える必要がある。このとき、作業効率を高めるためにはマニピュレータの回転速度を高めることが望ましいが、回転速度が速過ぎるとマニピュレータの先端が遠心力によって振動することがあり、マニピュレータの手先位置を正確に制御するには、その振動が減衰するまで相応の時間待たなければならなかった。また、アームを回転させる前に折り畳むことにより、回転時の遠心力を低減する制御方法も考えられるが、この制御方法では、マニピュレータの伸縮動作に余計な時間が掛かり、ロボットの作業効率を高めるには限界があった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、マニピュレータの手先を対象物に合わせて迅速に移動させることができ、作業効率を高めることができるロボット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】
【０００５】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、複数の関節の各々が同一平面上を動く多関節アームと、この多関節アームの先端に設けられ、該アームの周辺に位置する対象物を把持するハンド部とを有するマニピュレータを備えたロボットにおいて、画像を撮像する２つ以上の撮像手段と、２つ以上の撮像手段が撮像した画像から対象物を認識し、その位置を特定する対象物認識手段とをさらに備え、少なくとも撮像手段の１つは、その撮像視野の中心線がマニピュレータの可動平面内にあるように配置されているものである。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載のロボットにおいて、ロボットの本体は、該本体に対して旋回自在な旋回部を有し、マニピュレータ及び撮像手段は、旋回部に設けられているものである。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項２に記載のロボットにおいて、本体は移動可能であるものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、撮像手段の１つを撮像視野の中心がマニピュレータの可動平面と一致するように配置しているので、撮像手段によって認識した対象物がマニピュレータの可動平面内にあるかどうかを容易に判断でき、マニピュレータを折り畳んだ状態であっても、対象物への確実なアプローチが可能となる。従って、対象物へのアプローチの際に、ロボットの旋回に伴う遠心力によってマニピュレータの先端が振動することがなくなり、また、一度伸張させたマニピュレータを折り畳む必要もなくなるので、迅速にマニピュレータの手先位置を制御することができ、作業効率を高めることが可能となる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、旋回部を旋回させることによりマニピュレータの可動平面を任意の方向に向けることができるので、ロボットに対して異なる方向にある対象物を連続的に把持／解放することができる。このとき、撮像手段もマニピュレータと共に旋回するので、対象物にマニピュレータの可動平面を容易に合わせることができる。
【００１０】
請求項３の発明によれば、ロボット本体が移動可能であるので、マニピュレータのハンド部が届かないところにある対象物も、ロボット本体が移動することにより把持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の実施形態によるロボットについて図面を参照して説明する。図１及び図２はロボットの概略構成を示している。ロボット１は、本体２と、本体２の上部に設けられたマニピュレータ３と、ロボット１の周辺の画像を撮影する２つのカメラ（撮像手段）４、５と、ロボット１の各部の制御を司る制御部（対象物認識手段）６等により構成されている。本体２は、固定部２ａと、固定部２ａの上部に設けられ、矢印Ａ方向に旋回自在に設けられている旋回部２ｂとを有している。固定部２ａの下部にはロボット１を支持して駆動力を路面に伝達するための駆動輪７と、ロボット１の姿勢を保つための補助輪８とが設けられている。駆動輪７は、制御部６によって制御されるモータ（図示せず）の出力が伝達されて回転し、ロボット１を任意の場所に移動させる。
【００１２】
マニピュレータ３は、複数のアーム１０、１１、１２及び関節１３、１４、１５を有する多関節アームであり、各アーム１０、１１、１２は、本体に搭載されているモータ（図示せず）から駆動力を受けて、関節１３、１４、１５を中心軸としてそれぞれ回動し、地面に対して略垂直な平面Ｐ内で任意に移動することができる。アーム１２の先端には、対象物５０（図２参照）を把持するためのハンド部１６が設けられている。ハンド部１６は、その先端が制御部６の制御によって開閉し、対象物５０を把持／解放する。ハンド部１６は、マニピュレータ３が届く範囲内で平面Ｐ内を任意に移動可能であり、平面Ｐ内にある対象物５０を把持することができる。関節１３は旋回部２ｂに設けられており、旋回部２ｂの旋回と共にマニピュレータ３が回動し、マニピュレータ３の可動平面Ｐを任意に変更することができる。
【００１３】
カメラ４、５は旋回部２ｂに搭載されている。このうち一方のカメラ４は、その光軸Ｌ１がマニピュレータ３の可動平面Ｐと平面視で略重なるように配置されている。これにより、カメラ４の撮像視野２０の中心線Ｃ（図３等参照）は平面Ｐ内に位置するようになり、カメラ４は平面Ｐを中心とした画像を撮像可能になる。また、他方のカメラ５は、カメラ４と略同じ高さ位置に配置されている。カメラ５の光軸Ｌ２は、平面Ｐを貫くように向けられているが、対象物５０の発見を容易にするために、制御部６に制御されて任意の方向に可動するように構成されていてもよい。
【００１４】
２つのカメラ４、５によって撮像された画像は、制御部６によって処理される。制御部６はカメラ４、５から送信された画像に基いて、カメラ４、５の視野内に対象物５０が存在するか否かを判定する。制御部６は、対象物５０が存在すると判定した場合、カメラ４、５から送信された各画像を比較して、ロボット１から対象物５０までの距離を算出する。通常、このようなステレオビジョンによって対象物５０の位置を認識する手法では多少の誤差が生じるため、フィードバックをかけるなどして対象物５０の位置にハンド部１６を持ってくるのが一般的である。
【００１５】
マニピュレータ３の可動範囲は、平面Ｐ内に限られるので、マニピュレータ３によって対象物５０を把持するためには、少なくともこの平面Ｐ内に対象物５０が存在しなければならない。通常、２つのカメラ４、５を用いたステレオビジョンによって認識した対象物の位置は、多少の誤差を含んでいるので、実際にはマニピュレータ３の可動平面Ｐ内に対象物５０が存在しない場合もあり得る。そこで、本実施形態では、カメラ４をマニピュレータ３の根元部分に設け、その光軸Ｌ１がマニピュレータ３の可動平面Ｐに揃うようにカメラ４を配置している。カメラ４をこのように配置することにより、カメラ４の視野の中心線Ｃ上に対象物５０の重心が位置されるようにロボット１の位置と旋回部２ｂの角度を調節すれば、マニピュレータ３の可動平面Ｐ内に対象物５０を位置させることができる。
【００１６】
図３乃至図６は、ロボット１が周辺にある対象物５０を認識し、把持するまでの動作と、カメラ４による撮像画像を示している。図３（ａ）に示した状態では、ロボット１は、対象物５０からマニピュレータ３を伸張させても届かない程度に離れた位置にあり、またカメラの光軸Ｌ１が対象物５０に対してずれた方向を向いている。ロボット１はカメラ４、５によって周辺を撮像し、その撮像画像を解析して撮像視野２０内における対象物５０の有無を認識する。この対象物５０の有無の認識は、制御部６によってなされる。カメラ４、５の撮像視野２０に対象物５０が無い場合には、旋回部２ｂを旋回させる等の動作を行い、カメラ４、５による撮像範囲を変更する。カメラ４によって図３（ｂ）に示す画像が撮像され、制御部６は、カメラ４の撮像視野２０内に対象物５０が存在することを認識すると、カメラ４、５による撮像画像に基いて対象物５０までの距離を算出し、矢印Ｂによって示されるように、マニピュレータ３が届く距離まで対象物５０にロボット１を接近させ、図４に示す状態に至る。このとき、同図（ｂ）に示すように、カメラ４の撮像視野２０内の対象物５０は、図３（ｂ）に示した状態と比べて大きく撮像されることになるが、その位置は依然として撮像視野２０の中心線Ｃからずれたままであり、マニピュレータ３の可動平面Ｐは対象物５０からずれた方向を向いている。
【００１７】
次に、ロボット１は、カメラ４によって撮像された対象物５０が撮像視野２０の中心線Ｃ上に位置するように、旋回部２ｂを矢印Ｄ方向に旋回させる。これにより、図５に示すように、対象物５０が撮像視野２０の略中心に位置され、マニピュレータ３の可動平面Ｐが対象物５０の方向に向けられることになる。そして、２つのカメラ４、５によって撮像された画像から、対象物５０との距離を算出し、図６に示すように、マニピュレータ３を矢印Ｅ方向に必要な長さ分だけ伸張させれば、対象物５０を把持することができる。
【００１８】
以上のように、本実施形態のロボット１によれば、カメラ４をその撮像視野２０の中心がマニピュレータ３の可動平面Ｐと一致するように配置しているので、カメラ４によって認識した対象物５０がマニピュレータ３の可動平面Ｐ内にあるかどうかを容易に判断でき、マニピュレータ３を折り畳んだ状態であっても、対象物５０への確実なアプローチが可能となる。従って、対象物５０へのアプローチの際に、ロボット１の旋回に伴う遠心力によってマニピュレータの先端、すなわちハンド部１６が振動することがなくなり、また、一度伸張させたマニピュレータ３を折り畳む必要もなくなるので、迅速にマニピュレータ３の手先（ハンド部１６）の位置を制御することができ、作業効率を高めることが可能となる。また、旋回部２ｂを旋回させることによりマニピュレータ３の可動平面Ｐを任意の方向に向けることができるので、ロボット１に対して異なる方向にある対象物５０を連続的に把持／解放することができる。このとき、カメラ４もマニピュレータ３と共に旋回するので、対象物５０にマニピュレータ３の可動平面Ｐを容易に合わせることができる。また、ロボット１の本体２が駆動輪７によって移動可能であるので、マニピュレータ３のハンド部１６が届かないところにある対象物５０も、本体２が移動することにより把持することができる。
【００１９】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく種々の変形が可能であり、例えば、撮像手段はカメラ４及びカメラ５によって構成されたものに限られることなく、他のカメラをさらに旋回部２ｂに追加する構成であってもよい。また、マニピュレータ３の可動平面Ｐは、地面に対して略垂直な平面に限られることなく、他の任意の平面であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態によるロボットの正面図、（ｂ）は同側面図。
【図２】同ロボットの平面図。
【図３】（ａ）は同ロボットが対象物に接近しようとする状態を示した平面図、（ｂ）は同状態におけるロボットのマニピュレータの近傍に設けられたカメラによる撮像画像を示す図。
【図４】（ａ）は同ロボットの旋回部が対象物に合わせて旋回しようとする状態を示した平面図、（ｂ）は同状態における同カメラによる撮像画像を示す図。
【図５】（ａ）は同マニピュレータが伸張しようとする状態を示した平面図、（ｂ）は同状態における同カメラによる撮像画像を示す図。
【図６】（ａ）は同マニピュレータによって対象物を把持する直前の状態を示した平面図、（ｂ）は同状態における同カメラによる撮像画像を示す図。
【符号の説明】
【００２１】
１    ロボット
２    本体
２ｂ    旋回部
３    マニピュレータ
４    カメラ（撮像手段）
５    カメラ（撮像手段）
６    制御部（対象物認識手段）
１６    ハンド部
【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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