(57)【要約】  最適な把持方法および把持力により、安全で安定した物体把持をすることができるロボットシステムを提供する。  ロボット制御部（７）は、画像処理部（８）からの画像情報に基づいて把持物体の大きさおよび形状を算出する把持物体情報算出部（２１）と、算出した把持物体情報に基づいて把持物体を把持する方法を決定する把持方法決定部（２２）と、決定された把持方法で把持物体の持ち上げを実行する把持実行部（２３）と、実行時の各センサ情報を１つ以上の組合せで処理し、把持力を制御するセンサ情報処理部（２４）と、センサ情報処理結果に基づいて把持物体を把持する方法を修正する把持方法修正部（２５）と、を備えた。
2007088735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端にハンド部力センサ（１）を有する指を備えたハンド部（２）と、
前記ハンド部（２）を先端に備えた単数または複数のアーム部（３）と、
前記アーム部（３）を備え胴部力センサ（４）が配置された胴部（５）と、
把持物体の形状を計測するカメラ（６）と、
前記アーム部（３）の動きを制御するロボット制御部（７）と、
前記カメラ（６）によって得られる画像を処理する画像処理部（８）と、を備えたロボットシステムにおいて、
前記ロボット制御部（７）は、
前記画像処理部（８）からの画像情報に基づいて前記把持物体の大きさおよび形状を算出する把持物体情報算出部（２１）と、
前記算出した把持物体情報に基づいて前記把持物体を把持する方法を決定する把持方法決定部（２２）と、
前記決定された把持方法で前記把持物体の持ち上げを実行する把持実行部（２３）と、
前記実行時の各センサ情報を１つ以上の組合せで処理し、把持力を制御するセンサ情報処理部（２４）と、
前記センサ情報処理結果に基づいて前記把持物体を把持する方法を修正する把持方法修正部（２５）と、を備えたことを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
前記把持物体を把持した時に、前記把持物体に関する固有の属性情報を把持物体データとして記憶し、保持する記憶部（９）を備えたことを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記把持物体を把持した時に前記記憶部（９）へ記憶させる前記把持物体データは、把持物体の大きさ、形状、質量、濃淡といった前記把持物体に関する１つ以上のデータおよび把持方法に関するデータであることを特徴とする請求項２記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記アーム部（３）は、
前記アーム部（３）にかかる負荷を計測するアーム部力センサ（１０）を備え、
前記ロボット制御部（７）は、前記アーム部力センサ（１０）を前記胴部力センサ（４）と併用して把持力の制御に用いることを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記把持方法決定部（２２）は、
前記把持物体情報算出部（２１）にて算出した把持物体情報に基づいて前記把持物体の把持位置を算出し、把持方法を決定するものであることを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記カメラ（６）の画像により得られた前記把持物体の大きさおよび形状に基づいて前記把持物体を把持しやすい位置へ移動する移動機構（１１）を備えたことを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記ロボット制御部（７）は、
前記把持物体情報に基づいて把持可能か判断し、把持不可能と判断した場合把持不可能を提示する提示部（２６）を備えたことを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記把持物体情報算出部（２１）は、
前記把持物体に備わったＩＤタグから前記把持物体を認識するＩＤタグ読み取り部を備えたことを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項９】
前記把持実行部（２３）が実行する前記把持物体を把持する方法は、
５本指の前記ハンド部（２）を有する前記アーム部（３）を単数備える場合は片手３本指把持、片手５本指把持、片手全体把持のうちの何れかであり、
５本指の前記ハンド部（２）を有する前記アーム部（３）を２本備える場合は片手３本指把持、片手５本指把持、片手全体把持、両手全体把持、両腕全体把持、のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項１０】
前記ロボット制御部（７）は、
前記把持物体を把持して移動する際、前記把持物体の移動量に応じて、移動に用いるロボットの部位、すなわち前記ハンド部（２）、前記アーム部（３）、ロボット本体を移動する移動機構（１１）を備える場合は前記移動機構（１１）を選択する把持物体移動処理部（２７）を備えたことを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項１１】
前記ロボット制御部（７）は、
前記把持物体を把持して移動する際、前記ハンド部（２）または前記アーム部（３）における各関節の可動限界までの残量に基づいて前記把持物体の移動に用いるロボットの前記各部位毎の移動量を分配する移動量分配部（２８）を備えたことを特徴とする請求項１０記載のロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットハンドが取り付けられたロボットアームを備えたロボットシステムに関し、特に画像およびセンサ情報に基づいて把持を行なうロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のロボットシステムは、ハンド部の接触センサ、位置センサ、力センサ、ずれセンサを用いてハンド駆動出力信号を補正し、さらに物体把持が達成されたかどうかを各センサの出力で判断し、確実な把持を達成できるように装置を構成していた（例えば、特許文献１参照）。
また、把持物体の位置を把握するために複数のカメラからの画像情報を用いてその物体を把持する時のハンドの姿勢・位置をシミュレーションし、把持物体とハンドの相対関係をある指標に基づいて評価し、全ての関係において評価した結果から最適なハンド姿勢・位置を選択していた（例えば、特許文献２参照）。【０００３】
図１９は、従来技術を示す特許文献１の把持方法を適用するロボットの全体構成図である。
図１９において、１０１はロボットハンド、１０２はセンサ信号処理部、１０３は制御計算機、１０４は駆動部、１０５は力センサ、１０６は位置センサ、１０７は接触センサ、１０８はずれセンサである。
以下、図１９を用いて、特許文献１の把持方法を適用するロボットの全体構成について説明する。
センサ信号処理部１０２は、ロボットハンド１０１に備わる４種のセンサ、すなわち、力センサ１０５、位置センサ１０６、接触センサ１０７、ずれセンサ１０８からの信号を制御計算機１０３の処理できる信号に変換し、これを制御計算機１０３に送る。制御計算機１０３は、センサ信号処理部１０２からの対象物把持状態に関する信号を受けて、ロボットハンド１０１の物体把持に関する運動を制御するための信号を補正する。駆動部１０４は、制御計算機１０３からの制御信号を、ロボットハンド１０１を駆動できる電力に変換して、ロボットハンド１０１の駆動部１０４、すなわち、駆動機構およびモータへ送り、更に４種のセンサ、すなわち、力センサ１０５、位置センサ１０６、接触センサ１０７、ずれセンサ１０８へ電力を供給する。力センサ１０５は、少なくとも２個備え、把持の際の把持対象物より受ける反力を計測する。位置センサ１０６は、把持対象物の把持間隔を計測する。接触センサ１０７は、少なくとも２個備え、把持対象物との接触状態を判定する。ずれセンサ１０８は、把持対象物のずれを検出する。【０００４】
図２０は、従来技術を示す特許文献１におけるロボットシステムの制御ブロック図である。
図２０において、１０９は目標変形率設定、１１０は反力目標値設定、１１１は変形率判断、１１２は反力判断、Ａは反力目標値、Ｂは目標変形率、Ｃは接触状況、Ｄはハンド位置、Ｅは反力である。尚、図１９と同じ説明符号のものは図１９と同じ構成要素を示しているものとし、その説明は省略する。
以下、図２０を用いて、特許文献１におけるロボットシステムの動作を説明する。
センサ信号処理部１０２からの信号を制御計算機１０３へフィードバックすることにより、把持が確実に行われたかどうかを判断し、接触センサ１０７、ずれセンサ１０８により、把持対象物のずれが検知された場合は、目標変形率設定１０９ないし、反力目標値設定１１０を再度行い、位置制御及び力制御を再度実行する。【０００５】
図２１は、従来技術を示す特許文献２におけるロボットシステムの動作を説明するフローチャートである。
先ず、図２１のフローチャートの中で使われている用語について説明する。
「総和Ｓ」とは、ロボットおよび各部品のモデルをカメラの画面に投影した場合のロボットのハンドのモデルにおける稜線について、ロボットのハンド以外の部分のモデル及び各部品のモデルにおけるそれぞれの面によって隠されずに見えている部分を求めて、その部分の長さを３次元空間中での長さに換算した値の総和である。
また、「評価値Ｐ」とは、ロボットのハンドのモデルにおける全ての稜線の長さを３次元空間中での長さに換算した値の総和をＭとした時に、Ｐ＝Ｓ／Ｍで表される。
次に、図２１を用いて、従来技術である特許文献２に示されているロボットシステムにおける処理手順をステップ毎に説明する。
ステップＳＴ１００では、カメラによって撮影された画像より、ロボットおよび各部品を画面に投影した場合についてシミュレーションする。次に、ステップＳＴ２００で、総和Ｓを算出し評価値Ｐを求める。その後、ステップＳＴ３００で、全ての把持位置および／または姿勢についてステップＳＴ２００が行われたか確認し、ステップＳＴ４００で、それぞれの把持位置および／または姿勢の評価値Ｐを比較する。そして、ステップＳＴ５００で、評価値Ｐが最大値となる把持位置および／または姿勢を選択する。【０００６】
このように、従来技術によるロボットシステムでは、センサまたはカメラのどちらかの情報を用いて物体を把持していた。
【特許文献１】実開平５−３１８８７号公報（第２頁、第１、３図）
【特許文献２】特開平５−１５０８３５号公報（第２−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の従来技術によるロボットシステムは、画像情報を用いていないため、把持物体が所定の位置にないとロボットアームの位置指令が決定せず、物体を把持することができないという問題があった。
また、特許文献２の従来技術によるロボットシステムは、画像情報のみを用いて把持位置などを選択するため、その把持物体の質量がわからず、最適な把持力の制御や双腕での最適な把持方法の判断が行われず、把持物体の安定性および安全性に問題があった。【０００８】
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、最適な把持方法および把持力により、安全に安定して素早く物体把持をすることができる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】
【０００９】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、先端にハンド部力センサを有する指を備えたハンド部と、前記ハンド部を先端に備えた単数または複数のアーム部と、前記アーム部を備え胴部力センサが配置された胴部と、把持物体の形状を計測するカメラと、前記アーム部の動きを制御するロボット制御部と、前記カメラによって得られる画像を処理する画像処理部と、を備えたロボットシステムにおいて、前記ロボット制御部は、前記画像処理部からの画像情報に基づいて前記把持物体の大きさおよび形状を算出する把持物体情報算出部と、前記算出した把持物体情報に基づいて前記把持物体を把持する方法を決定する把持方法決定部と、前記決定された把持方法で前記把持物体の持ち上げを実行する把持実行部と、前記実行時の各センサ情報を１つ以上の組合せで処理し、把持力を制御するセンサ情報処理部と、前記センサ情報処理結果に基づいて前記把持物体を把持する方法を修正する把持方法修正部と、を備えたことを特徴としている。【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロボットシステムにおいて、前記把持物体を把持した時に、前記把持物体に関する固有の属性情報を把持物体データとして記憶し、保持する記憶部を備えたことを特徴としている。【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のロボットシステムにおいて、前記把持物体を把持した時に前記記憶部へ記憶させる前記把持物体データは、把持物体の大きさ、形状、質量、濃淡といった前記把持物体に関する１つ以上のデータおよび把持方法に関するデータであることを特徴としている。【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のロボットシステムにおいて、前記アーム部は、前記アーム部にかかる負荷を計測するアーム部力センサを備え、前記ロボット制御部は、前記アーム部力センサを前記胴部力センサと併用して把持力の制御に用いることを特徴としている。【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のロボットシステムにおいて、前記把持方法決定部は、前記把持物体情報算出部にて算出した把持物体情報に基づいて前記把持物体の把持位置を算出し、把持方法を決定するものであることを特徴としている。【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載のロボットシステムにおいて、前記カメラの画像により得られた前記把持物体の大きさおよび形状に基づいて前記把持物体を把持しやすい位置へ移動する移動機構を備えたことを特徴としている。【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のロボットシステムにおいて、前記ロボット制御部は、前記把持物体情報に基づいて把持可能か判断し、把持不可能と判断した場合は、把持不可能を提示する提示部を備えたことを特徴としている。【００１６】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１に記載のロボットシステムにおいて、前記把持物体情報算出部は、前記把持物体に備わったＩＤタグから前記把持物体を認識するＩＤタグ読み取り部を備えたことを特徴としている。【００１７】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１に記載のロボットシステムにおいて、前記把持実行部が実行する前記把持物体を把持する方法は、５本指の前記ハンド部を有する前記アーム部を単数備える場合は片手３本指把持、片手５本指把持、片手全体把持のうちの何れかであり、５本指の前記ハンド部を有する前記アーム部を２本備える場合は片手３本指把持、片手５本指把持、片手全体把持、両手全体把持、両腕全体把持、のうちのいずれかであることを特徴としている。【００１８】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載のロボットシステムにおいて、前記ロボット制御部は、前記把持物体を把持して移動する際、前記把持物体の移動量に応じて、移動に用いるロボットの部位、すなわち前記ハンド部、前記アーム部、ロボット本体を移動する移動機構を備える場合は前記移動機構を選択する把持物体移動処理部を備えたことを特徴としている。【００１９】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のロボットシステムにおいて、前記ロボット制御部は、前記把持物体を把持して移動する際、前記ハンド部または前記アーム部における各関節の可動限界までの残量に基づいて前記把持物体の移動に用いるロボットの前記各部位毎の移動量を分配する移動量分配部を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明によると、画像情報より把持物体の大きさおよび形状を識別し、決定された方法によって把持を実行し、各センサの情報を用いて把持方法の修正を行なうようにしているので、過度な把持力を発生することを防ぐことができ、把持物体を押し潰したり滑り落としたりする危険が軽減され、最適な把持方法と把持力で把持物体を安定して把持することができる。【００２１】
また、請求項２に記載の発明によると、把持物体を把持した時に、把持物体に関する固有の属性情報を把持物体データとして記憶し、保持することにより、次回把持時に把持方法を決定する処理を省くことができるので、把持方法の提案処理を速くすることができる。【００２２】
また、請求項３に記載の発明によると、把持物体を把持した時に、把持物体の大きさ、形状、質量、濃淡といった把持物体に関する１つ以上のデータおよび把持方法に関するデータを把持物体データとして記憶し、保持することにより、次回把持時に把持方法を決定する処理を省くことができるので、把持方法の提案処理を速くすることができる。【００２３】
また、請求項４に記載の発明によると、胴部にかかる負荷を計測する力センサとアーム部にかかる負荷を計測するアーム部力センサを備えたので、抱え込みで把持する場合は胴部にかかる力とアーム部にかかる負荷を計測して抱きしめ力を制御でき、最適な把持力により安全、安定して把持することができる。【００２４】
また、請求項５に記載の発明によると、無理な姿勢・位置での把持を避ける事が出来るため、把持物体をより安定して安全に把持することができる。【００２５】
また、請求項６に記載の発明によると、移動機構を備えたのでハンド部を把持位置まで移動させる時に把持物体とハンド部が干渉することを防ぐ事が出来る。【００２６】
また、請求項７に記載の発明によると、明らかに把持ができない物体に対しては把持を試みずに把持不可能を提示するため、危険回避につながる。【００２７】
また、請求項８に記載の発明によると、把持物体に備わったＩＤタグから把持物体を認識するので素早く把持物体を認識できる。【００２８】
また、請求項９に記載の発明によると、最適な把持方法により安全、安定して把持することができる。【００２９】
また、請求項１０に記載の発明によると、最適な把持物体の移動方法により安全、安定して把持した物体を移動することができる。【００３０】
また、請求項１１に記載の発明によると、最適な把持物体の移動方法によりロボットに無理な姿勢を避けながら安全、安定して把持した物体を移動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を実施するロボットの構成を示す全体構成図
【図２】本発明を示すロボットシステムにおけるロボット制御部の構成図
【図３】本発明の第１実施例を示すロボットシステムの動作を説明するフローチャート
【図４】本発明の第１実施例を示すロボットシステムの詳細動作を説明するフローチャート
【図５】本発明を示すロボットシステムにおける把持方法の一つである片手３本指把持についての説明図
【図６】本発明を示すロボットシステムにおける把持方法の一つである片手５本指把持についての説明図
【図７】本発明を示すロボットシステムにおける把持方法の一つである片手全体把持についての説明図
【図８】本発明を示すロボットシステムにおける把持方法の一つである両手全体把持についての説明図
【図９】本発明を示すロボットシステムにおける把持方法の一つである両腕全体把持、すなわち、抱きかかえについての説明図
【図１０】本発明の第２実施例を示すロボットシステムの構成図
【図１１】本発明の第２実施例を示すロボットシステムの動作を説明するフローチャート
【図１２】本発明の第３実施例を示すロボットシステムの動作を説明するフローチャート
【図１３】本発明の第４実施例を示すロボットシステムにおけるロボット制御部の構成図
【図１４】本発明の第４実施例を示すロボットシステムの動作を説明するフローチャート
【図１５】本発明の第５実施例を示すロボットシステムの動作を説明するフローチャート
【図１６】本発明の第６実施例を示すロボットシステムにおけるロボット制御部の構成図
【図１７】本発明の第６実施例を示すロボットシステムにおける把持物体移動処理部の動作を説明するフローチャートである。
【図１８】本発明の第７実施例を示すロボットシステムにおけるロボット制御部の構成図
【図１９】従来技術を示す特許文献１の把持方法を適用するロボットの全体構成図
【図２０】従来技術を示す特許文献１におけるロボットシステムの制御ブロック図
【図２１】従来技術を示す特許文献２におけるロボットシステムの動作を説明するフローチャート
【符号の説明】
【００３２】
１  ハンド部力センサ
２  ハンド部
３  アーム部
４  胴部力センサ
５  胴部
６  カメラ
７  ロボット制御部
８  画像処理部
９  記憶部
１０  アーム部力センサ
１１  移動機構
１２  把持物体
２１  把持物体情報算出部
２２  把持方法決定部
２３  把持実行部
２４  センサ情報処理部
２５  把持方法修正部
２６  提示部
２７  把持物体移動処理部
２８  移動量分配部
１０１  ロボットハンド
１０２  センサ信号処理部
１０３  制御計算機
１０４  駆動部
１０５  力センサ
１０６  位置センサ
１０７  接触センサ
１０８  ずれセンサ
１０９  目標変形率設定
１１０  反力目標値設定
１１１  変形率判断
１１２  反力判断
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３４】
図１は、本発明を実施するロボットの構成を示す全体構成図である。
図１において、１はハンド部力センサ、２はハンド部、３はアーム部、４は胴部力センサ、５は胴部、６はカメラ、７はロボット制御部、８は画像処理部、１０はアーム部力センサ、１１は移動機構である。
以下、図１を用いて、本発明を実施するロボットの全体構成について説明する。
ロボットの胴部５は、２本のアーム部３を備え、胴部５にかかる負荷を計測する胴部力センサ４が配置されている。それぞれのアーム部３は、ハンド部２を先端に備えている。ハンド部２は、先端にハンド部力センサ１を有する指を５本備えている。ロボットの胴部５に設置された２台のカメラ６は、把持物体の形状を計測する。ロボット制御部７は、アーム部３の動きを制御する。ロボットの画像処理部８は、カメラ６によって得られる画像を処理する。移動機構１１は、ロボットの位置を移動させるものである。
なお、胴部力センサ４は、広い範囲で胴部にかかる負荷を計測できるセンサであれば力センサ以外のセンサでも良く、また胴部５以外、例えば、アーム部３へかかる負荷を計測するセンサ、例えば、アーム部力センサ１０を併用しても良い。【００３５】
図２は、本発明を示すロボットシステムにおけるロボット制御部の構成図である。
図２において、２１は把持物体情報算出部、２２は把持方法決定部、２３は把持実行部、２４はセンサ情報処理部、２５は把持方法修正部である。尚、図２において、図１と同じ説明符号のものは、図１と同じ構成要素を示すものとし、その説明は省略する。
以下、図２を用いて本発明のロボットシステムにおけるロボット制御部７の構成について説明する。
カメラ６によって得られる画像を画像処理部８にて処理し、把持物体情報算出部２１は、画像処理部８からの画像情報に基づいて把持物体の大きさおよび形状を算出する。把持方法決定部２２は、把持物体情報算出部２１からの把持物体情報に基づいて把持物体を把持する方法を決定する。把持実行部２３は、把持方法決定部２２からの把持方法に従ってアーム部３を制御して、把持物体の持ち上げを実行する。センサ情報処理部２４は、把持実行時の各センサ情報を１つ以上の組合せで処理し、把持力を制御する。把持方法修正部２５は、このセンサ情報処理結果に基づいて把持方法を修正して、把持物体を把持する方法を修正する。【００３６】
図３は、本発明の第１実施例を示すロボットシステムの動作を説明するフローチャートである。
以下、図３を用いて、本発明におけるロボットシステムの動作について、先ずその概要を説明する。
はじめに、ステップＳＴ1では、把持物体情報算出部２１は、カメラ６によって得られる画像にて把持物体の大きさおよび形状を算出する。
次に、ステップＳＴ２では、把持方法決定部２２は、算出された把持物体の大きさに応じて把持方法を仮提案する。
次に、ステップＳＴ３では、把持実行部２３は、決定された把持方法にて実際に把持し、把持物体の持ち上げを実行する。
次に、ステップＳＴ４では、センサ情報処理部２４は、把持時の力・滑り、すなわち、各力センサの情報から決定された把持方法では滑る・不安定などのため把持できないと判断するための情報を収集する。
次に、ステップＳＴ５では、センサ情報処理部２４は、ステップＳＴ４にて得られた情報により、指・手で把持する場合は指先にかかる力を計測して把持力を制御し、両腕全体で把持する場合は胴部にかかる力を計測して抱きしめ力を制御する。
最後に、ステップＳＴ６で、把持方法修正部２５は、ステップＳＴ２にて決定された把持方法およびステップＳＴ５にて制御された把持力で把持物体の把持が可能かを判断し、把持が不可能と判断された場合にはステップＳＴ２にて決定された把持方法を修正し、修正された把持方法により、再びステップＳＴ２〜ステップＳＴ６を把持が可能と判断されるまで繰り返し、現状のロボット構成では把持が不可能と判断された場合は把持を放棄する。【００３７】
図４は、本発明の第１実施例を示すロボットシステムの詳細動作を説明するフローチャートであり、５本指を有するハンド部を備え、ロボットアーム部を２本備えた前述の図１に示したロボットを例としたものである。
また、図５は、本発明を示すロボットシステムにおける把持方法の一つである片手３本指把持についての説明図、図６は、本発明を示すロボットシステムにおける把持方法の一つである片手５本指把持についての説明図、図７は、本発明を示すロボットシステムにおける把持方法の一つである片手全体把持についての説明図、図８は、本発明を示すロボットシステムにおける把持方法の一つである両手全体把持についての説明図、図９は、本発明を示すロボットシステムにおける把持方法の一つである両腕全体把持、すなわち、抱きかかえについての説明図である。尚、図５、６、７、８において１２は把持物体である。
以下、図４、５、６、７、８、９を用いて、本実施例のロボットシステムにおける把持動作について、把持物体の形状・大きさを認識してから安定した把持を実現するまでの詳細な流れを説明する。
ステップＳＴ１１にて、把持物体情報算出部２１は、カメラ６によって取得された画像情報より、把持物体の大きさおよび形状を算出する。
ステップＳＴ１２にて、把持方法決定部２２は、算出した把持物体の大きさおよび形状から、アーム部およびハンド部の寸法や能力によって片手で把持が可能か判断する。
ステップＳＴ１２で片手での把持が可能と判断された場合には、ステップＳＴ１３にて、図５に示すような３本の指での把持が可能か判断する。ステップＳＴ１３で３本の指での把持が可能と判断された場合には、ステップＳＴ１４にて、決定された把持方法として「３本の指で把持」を選択する。ステップＳＴ１３で３本の指での把持が不可能と判断された場合には、ステップＳＴ１５にて、画像情報より図６に示すような５本の指での把持が可能かを判断する。ステップＳＴ１５で５本の指での把持が可能と判断された場合には、ステップＳＴ１６にて、決定された把持方法として「５本の指で把持」を選択し、ステップＳＴ１５で５本の指での把持が不可能、すなわち、片手全体で把持することが必要と判断された場合には、ステップＳＴ１７にて、図７に示すような「片手全体で把持する」を決定された把持方法として選択する。
一方、前述のステップＳＴ１２で、片手での把持が不可能と判断された場合には、ステップＳＴ１８にて、図８に示すような両手での把持が可能か判断する。ステップＳＴ１８で両手での把持が可能と判断された場合には、ステップ１９にて、決定された把持方法として「両手で把持する」を選択する。また、ステップＳＴ１８で両手での把持が不可能、すなわち、両腕全体で把持することが必要と判断された場合には、ステップＳＴ２０にて、図９に示すような「両腕全体で把持」、すなわち、抱きかかえることを決定された把持方法として選択する。
把持実行部２３は、以上述べたステップＳＴ１１〜２０の手順で把持方法決定部２２により決定された把持方法によって実際に把持を実行し、センサ情報処理部２４では、各センサで計測されるセンサ部の反力や滑りから、決定された把持方法が妥当であるか、すなわち把持可能かセンサ情報を用いて把持力の制御を行い、把持力が弱いと判断された場合は、把持方法修正部２５により一段階上の把持方法へ修正する。すなわち、３本指での把持が仮提案されていた場合は、ステップＳＴ２１にて、５本指での把持方法を提案し、５本指での把持が仮提案されていたら、ステップＳＴ２２にて、片手全体の把持を提案し、片手全体の把持が仮提案されていたら、ステップＳＴ２３にて、両手での把持を提案し、両手での把持を仮提案されていたら、ステップＳＴ２４にて、両腕での把持、すなわち、抱きかかえへ修正する。
ステップＳＴ２１〜２４による修正を、各センサによる計測値により把持可能と判断されるまで繰り返し、実際に把持を実行する。
この際、両腕での把持、すなわち、抱きかかえ以外の把持方法の場合には、ステップＳＴ２６にて、ハンド部力センサ１にかかる力を計測して必要最小限の把持力となるように把持力を制御し、両腕での把持を行なう場合には、ステップＳＴ２７にて、胴部にかかる力を胴部力センサ４によって計測して必要最小限の把持力、すなわち、抱きかかえ力となるように把持力を制御する。尚、両腕でも把持出来ない場合は、ステップＳＴ２５にて、把持不可能と判断する。【００３８】
本実施例に係るロボットシステムは、このような構成および動作により、過度な把持力を発生することを防ぐことができ、把持物体を押し潰したり滑り落としたりする危険が軽減され、最適な把持方法と把持力で把持物体を安定して把持することができる。
【実施例２】
【００３９】
図１０は、本発明の第２実施例を示すロボットシステムの構成図である。
図１０において、９は記憶部である。尚、図１と同じ説明符号のものは図１と同じ構成要素を示すものとし、その説明は省略する。
本実施例と第１実施例の相違する点は、本実施例のロボットシステムは、把持物体を把持した時に、把持物体に関する固有の属性情報、すなわち、把持物体の大きさ、形状、質量、濃淡といった把持物体に関する１つ以上のデータおよび把持方法に関するデータを把持物体データとして記憶し、保持する記憶部９を備えるようにしている点である。
図１１は、本発明の第２実施例を示すロボットシステムの動作を説明するフローチャートである。尚、第１実施例を示す図４と同じステップＳＴ番号のものは図４と同じ処理内容を示しているものとする。本実施例のロボットシステムの動作が第1実施例と異なる点は、以下に述べるステップＳＴ３１、３２を、第１実施例のステップＳＴ１１の前に有している点である。
以下、図１１を用いて、本実施例のロボットシステムの動作について説明する。
先ず、ステップＳＴ３１にて、ロボットは把持物体に近付いた時に、把持物体を認識する。
次に、ステップＳＴ３２にて、ステップＳＴ３１で認識した把持物体と、把持時に記憶部９に記憶され保持している把持物体を認識するのに必要とする把持物体データとを比較して、以前に把持した事があるかどうか判断する。
ステップＳＴ３２の判断の結果、以前に把持した把持物体である場合は、ステップＳＴ３３にて、第１実施例のステップＳＴ１１からステップＳＴ２０をスキップして、記憶部９の把持物体データから把持に関するデータを呼び出し、この呼び出した把持方法を決定する。以降の手順は第１実施例で示したステップＳＴ２１〜２７と同じであるので、説明は省略する。
一方、ステップＳＴ３２の判断の結果、以前に把持した把持物体でない場合は、第１実施例と同じ処理、すなわち、図４に示したステップＳＴ１１〜２７の処理を行なう。【００４０】
なお、ステップＳＴ３１で把持物体を認識する方法としては、ロボットに備わったカメラ６を用いても良く、他の手段、例えば把持物体情報算出部２１にＩＤタグ読み取り部（未図示）を備え、把持物体に備わったＩＤタグから把持物体を認識するようにしても良く、把持物体を認識できるものであれば、この限りではない。【００４１】
このように、本実施例に係るロボットシステムは、把持物体の情報を把持時に記憶部９に記憶保持し、過去に把持した事のある把持物体を把持する時は、この記憶情報を呼び出すことにより、把持物体の形状を認識してから把持方法の決定までの手順を省略する方法をとるので、把持するまでの時間を短縮することができる。
【実施例３】
【００４２】
本実施例におけるロボットシステムの構成は第１実施例を示す図１、２と同じであるので、その説明は省略する。
本実施例のロボットシステムが第１実施例と相違する点は、本実施例は、カメラ６の画像によって得られた把持物体の大きさおよび形状から把持位置を決定する動作であるステップＳＴ４１を第１実施例のステップＳＴ１１とステップＳＴ１２の間に備えるようにしている点である。
図１２は、本発明の第３実施例を示すロボットシステムの動作を説明するフローチャートである。尚、第１実施例を示す図４と同じステップＳＴ番号のものは、図４と同じ処理内容を示しているものとする。
以下、図１２を用いて、本実施例のロボットシステムにおける動作を説明する。
ステップＳＴ１１にて、カメラ６によって得られる画像にて把持物体の大きさおよび形状を算出し、ステップＳＴ４１にて、その大きさ・形状から最適と判断される把持位置・姿勢を決定する。例えば、取っ手がある場合は把持物体の重心を把持するのでなく取っ手を把持するようにする。以降のステップは、第１実施例を示す図４のステップＳＴ１２〜２７と同じであるので説明は省略する。【００４３】
このように、本実施例に係るロボットシステムは、把持物体の大きさ・形状から把持する時の位置・姿勢を決定するようにしているので、無理な姿勢・位置での把持を避ける事ができ、漠然と把持するよりも小さな把持力でより安定して物体を把持することができる。  
【実施例４】
【００４４】
図１３は、本発明の第４実施例を示すロボットシステムにおけるロボット制御部の構成図である。
図１３において、２６は提示部である。尚、第１実施例を示す図１、２と同じ説明符号のものは図１、２と同じ構成要素を示すものとし、その説明は省略する。
本実施例の特徴とする点は以下のとおりである。
すなわち、本実施例のロボットシステムにおけるロボット制御部７は把持物体情報に基づいて把持可能か判断し、把持不可能と判断した場合は、把持不可能を提示する提示部２６を備えるようにしている点である。
図１４は、本発明の第４実施例を示すロボットシステムの動作を説明するフローチャートである。尚、第１実施例を示す図４と同じステップＳＴ番号のものは、図４と同じ処理内容を示しているものとする。
以下、図１４を用いて、本実施例のロボットシステムにおける動作を説明する。
ステップＳＴ１１にて、カメラ６によって得られる画像にて把持物体の大きさおよび形状を算出した後に、ステップＳＴ５１にて、把持物体の大きさ・形状から両腕で把持可能か判断し、両腕でも把持不可能と判断した場合は、把持方法の決定および把持の実行を行なわず、すなわち、ステップＳＴ１２〜２７の処理動作を行なわず、ステップＳＴ５２にて、把持不可能であることを提示する。
尚、この提示部２６による提示方法は、アラーム音の発音、把持不可能を表す動作など、危険でなければ方法を選ばない。【００４５】
このように、本実施例に係るロボットシステムは、把持物体を把持不可能と判断すると、把持方法の決定および把持の実行を省略するようにしているので、把持物体を認識してから把持不可能と判断するまでの処理時間を短縮することができ、また、明らかに把持ができない物体に対しては把持せずに把持不可能を提示するため、危険回避につながる。
【実施例５】
【００４６】
本実施例におけるロボットシステムの構成は第１実施例を示す図１、２と同じであるので、その説明は省略する。
本実施例が、第１実施例と相違する点は以下のとおりである。
すなわち、本実施例では、カメラ６の画像によって得られた把持物体の大きさおよび形状に基づいて、把持物体を把持しやすい位置へ移動機構１１を用いて移動するようにしている点である。すなわち、第１実施例のステップＳＴ１１とステップＳＴ１２の間に、ロボットの位置を移動させるか判断するステップＳＴ６０と、移動機構１１を用いてロボットの位置を移動させるステップＳＴ６１を備えるようにしている点である。【００４７】
図１５は、本発明の第５実施例を示すロボットシステムの動作を説明するフローチャートである。尚、第１実施例を示す図４と同じステップＳＴ番号のものは、図４と同じ処理内容を示しているものとする。
以下、図１５を用いて、本実施例のロボットシステムにおける動作を説明する。
ステップＳＴ１１にて、カメラ６によって得られる画像にて把持物体の大きさおよび形状を算出した後、ステップＳＴ６０にて、その大きさ・形状からロボットの位置を移動させた方が容易・安全にハンド部２を把持位置まで移動させることが出来るか判断し、ロボットの位置を移動させた方が容易・安全と判断した場合は、ステップＳＴ６１にて、移動機構１１を用いてロボットの位置を移動させる。例えば、比重の重い小さな物体を把持する場合、胴部５に近い位置で把持した方が安全であるため、把持物体を認識してから移動機構１１を用いて把持物体に近付く。以降のステップは、第１実施例である図４のステップＳＴ１２〜２７と同じであるので説明は省略する。【００４８】
このように、本実施例に係るロボットシステムは、把持物体の大きさ・形状を認識した後に、移動機構１１を用いてロボットの位置を調節するようにしているので、ハンド部を把持位置まで移動させる時に把持物体とハンド部が干渉することを防ぐ事ができ、容易・安全に物体を把持することができる。
【実施例６】
【００４９】
図１６は、本発明の第６実施例を示すロボットシステムにおけるロボット制御部の構成図である。
図１６において、２７は把持物体移動処理部である。尚、第１実施例を示す図１、２と同じ説明符号のものは、図１、２と同じ構成要素を示すものとし、その説明は省略する。
本実施例の特徴とする点は以下のとおりである。
すなわち、ロボット制御部７は、把持物体を把持して移動する際、把持物体の移動量に応じて、移動に用いるロボットの部位、すなわちハンド部２、アーム部３、ロボット本体を移動する移動機構１１を備える場合は移動機構１１を選択する把持物体移動処理部２７を備えるようにしている点である。
図１７は、本発明の第６実施例を示すロボットシステムにおける把持物体移動処理部の動作を説明するフローチャートである。
以下、図１７を用いて、本実施例のロボットシステムにおける把持物体移動処理部２７の動作を説明する。
把持実行部２３にて把持の実行が行われている時に、例えばティーチングペンダント（図示せず）またはセンサ情報処理部２４からの情報による外乱回避指令などの把持物体移動指令を受けた場合、ステップＳＴ１００１にてその把持の実行が把持を完了している動作かを判断し、把持が完了していない場合は、各センサからのセンサ情報を基にセンサ情報処理部２４にて把持力を制御し、把持方法修正部２５にて把持方法に修正が必要と判断された場合は、把持方法を修正する。ステップＳＴ１００１にてその把持の実行が把持を完了している動作と判断された場合は、ステップＳＴ１００２にて、先に受けた把持物体の移動指令による移動量がハンド部２のみで対応が可能な移動量か判断する。移動量がハンド部２の可動範囲を超えない場合は、ステップＳＴ１００３にてハンド部２のみで把持対象物を移動させ、ハンド部２の可動範囲を超える場合は、ステップＳＴ１００４にて、先に受けた把持物体の移動指令による移動量がアーム部３のみで対応が可能な移動量か判断する。移動量がアーム部３の可動範囲を超えない場合は、ステップＳＴ１００５にてアーム部３のみで把持対象物を移動させ、アーム部３の可動範囲を超える場合は、ステップＳＴ１００６にて、移動機構１１にて把持対象物を移動させる。【００５０】
このように、本実施例に係るロボットシステムは、把持物体を把持している時に把持物体の移動指令を受けると、各移動手段の可動範囲を考慮して移動手段の決定を行なうので、最適な把持物体の移動方法により安全、安定して把持した物体を移動することができる。
【実施例７】
【００５１】
図１８は、本発明の第７実施例を示すロボットシステムにおけるロボット制御部の構成図である。
図１８において、２８は移動量分配部である。尚、第６実施例を示す図１６と同じ説明符号のものは図１６と同じ構成要素を示すものとし、その説明は省略する。
本実施例が第６実施例と相違する点は以下のとおりである。
すなわち、本実施例のロボット制御部７は、把持物体を把持して移動する際、ハンド部２または／およびアーム部３における各関節の可動限界までの残量に基づいて、把持物体の移動に用いるロボットの各部位毎の移動量を分配する移動量分配部２８を備えるようにしている点である。
以下、図１８を用いて、本実施例のロボットシステムにおける移動量分配部２８の動作を説明する。
ロボット制御部７が、把持されている物体を移動させる指令を受けた時に、移動量分配部２８は、把持物体移動処理部２７が処理した各部位の移動量を各部位に無理のないように、可動限界まで余裕のある部位を優先させて移動量を分配する。例えば、ある把持姿勢において、指令された把持物体の移動量が１５ｍｍであり、ハンド部は可動限界まで２０ｍｍの余裕があり、アーム部は可動限界まで１０ｍｍの余裕がある場合は、ハンド部を１０ｍｍだけ移動させ、アーム部は５ｍｍだけ移動させる。【００５２】
このように、本実施例に係るロボットシステムは、把持されている物体を移動させる指令を受けた時に、移動量を各部位に無理のないように移動量を分配するので、最適な把持物体の移動方法によりロボットに無理な姿勢を避けながら安全、安定して把持した物体を移動することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明のロボットシステムは、カメラ画像と指先または胴部のセンサの情報を用いて把持方法の決定するという構成をしているため過度な把持力の発生を防止することができることから、人間との協調作業を行なうという用途のロボット装置にも適用できる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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