(57)【要約】【課題】複数のロボットで対象物を把持した時の動作において、対象物に無理な負荷をかけずに移動時の対象物の振動を抑えつつ、相互の内力による影響を最小限に抑え、なおかつ負荷重量を分散できる把持方法を実現するロボットシステムを提供する。【解決手段】ロボット本体１と、ロボット本体１に取り付けられた複数のロボットアーム３と、ロボットアーム３の各々の先端部に取り付けられ対象物２を把持可能な対象物把持機構４と、複数のロボットアーム３と対象物把持機構４を制御する制御部５とを備えたロボットシステムにおいて、制御部５は、対象物２を把持する少なくとも１つの対象物把持機構４と対象物２の下面を支持する少なくとも１つの他の対象物把持機構４とを制御し、ロボットアーム３および対象物把持機構４の把持姿勢を保持しながら対象物２を運搬させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット本体と、前記ロボット本体に取り付けられた複数のロボットアームと、前記ロボットアームの各々の先端部に取り付けられ対象物を把持可能な対象物把持機構と、前記複数のロボットアームと前記対象物把持機構を制御する制御部とを備えたロボットシステムにおいて、
前記制御部は、前記対象物を把持する少なくとも１つの対象物把持機構と前記対象物の下面を支持する少なくとも１つの他の対象物把持機構とを制御し、前記ロボットアームおよび前記対象物把持機構の把持姿勢を保持しながら前記対象物を運搬させることを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
前記対象物把持機構は、前記対象物の重量を検出する重量検出手段を備え、前記制御部は、前記重量検出手段からの情報をもとに、前記把持姿勢をとるか否かを判断す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３】
前記対象物把持機構は、前記対象物との滑り量を検出する滑り量検出手段を備え、前記制御部は、前記滑り量検出手段からの情報をもとに、前記把持姿勢をとるか否かを判断す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４】
前記ロボット本体は、前記対象物の種別を同定する対象物同定手段を備え、前記制御部は、前記対象物同定手段からの情報をもとに、前記把持姿勢をとるか否かを判断す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】
前記ロボット本体は、前記対象物の種別を同定する対象物同定手段を備え、前記制御部は、前記対象物同定手段から判断した前記対象物の剛性および重量の情報をもとに、前記対象物の下面に接するための前記ロボットアームおよび前記対象物把持機構の位置姿勢を算出す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】
前記対象物把持機構は、前記対象物から加わる力を検出する力検出手段を備え、前記制御部は、前記対象物の下面に接した前記対象物把持機構からの力情報をもとに、前記ロボットアームの位置姿勢を修正し、前記対象物把持機構によって常に所定の力を前記対象物の下面に加えることを特徴とする請求項１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、先端に対象物把持機構を有する複数のロボットで把持動作を行うロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の双腕ロボットによる協調動作では、片方のロボットをマスターロボットとし、他方のロボットをスレーブロボットとして、マスターロボットは対象物の一端をしっかりと保持する把持手段を備え、対象物の位置・姿勢を制御し、スレーブロボットは対象物の他端を重力方向に対してのみ支持して重力による影響を補償する支持手段を備え、マスターロボットにより位置・姿勢が制御される対象物の他端を補助的に保持している（例えば、特許文献１参照）。
また、マスターアームとスレーブアームの両アームを教示した時の移動軌跡データを取得して記憶させ、経由データ算出部が移動軌跡データ記憶部の各移動軌跡データと相対位置・姿勢関係データ記憶部の相対位置・姿勢関係データとに基づいて経由点データを算出するものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
図７は特許文献１の発明を適用するロボットの構成を示す図である。
図７において、７１はロボット、７２は指、７３は作業台、７４は対象物、７Ａおよび７Ｂはロボットアームである。この構成において、双腕ロボット７１によって作業台７３上の棒状対象物７４の両端を把持して取り扱う。ここでは、一方のロボット７１のロボットアーム７Ａをマスターロボット、他方のロボット７１のロボットアーム７Ｂをスレーブロボットとしており、ロボットアーム７Ａ先端に取り付けられたハンドの指７２により対象物７４を把持する。
【０００４】
一方、図８は特許文献２の発明に関わる機能構成を示すブロック図である。
図８において、相対位置・姿勢関係データ記憶部８１は、コントローラのＲＡＭ等のメモリによって実現され、対象物の大きさ、形状、把持位置等の情報から求めたマスターアームとスレーブアームの相対位置および姿勢関係を表す相対位置・姿勢関係データを記憶する。複数の対象物の相対位置・姿勢関係データがその対象物毎に区分して記憶される。教示部８２は、マスターアームとスレーブアームの移動開始位置と目標位置をティーチングポイントとして教示する。自由軌跡移動制御部８３は、教示部８２によって教示されたティーチングポイントに基づいてマスターアームとスレーブアームをそれぞれ上記移動開始位置から上記目標位置へ自由軌跡制御によって移動させる制御を行う。移動軌跡データ取得部８４は、自動軌跡移動制御部８３によって移動させたマスターアームとスレーブアームのそれぞれの移動軌跡データを取得する処理を行う。移動軌跡データ記憶部８５は、移動軌跡データ取得部８４によって取得したマスターアームとスレーブアームの各移動軌跡データを記憶するメモリである。経由点データ算出部８６は、移動軌跡データ記憶部８５に記憶された各移動軌跡データと相対位置・姿勢関係データ記憶部８１に記憶された相対位置・姿勢関係データとに基づいて経由点データを算出する処理を行う。
このコントローラは、教示部８２によってマスターアームもしくは両アームに移動開始位置と目標位置を教示し、自由軌跡移動制御部９３が対象物を把持せずに自由軌跡制御でマスターアームもしくは両アームを移動開始位置から目標位置へ移動させ、その間、移動軌跡データ取得部８４がマスターアームもしくは両アームの移動軌跡データを取得し、移動軌跡データ記憶部８５に記憶する。
【０００５】
その後、経由点データ算出部８６が、移動軌跡データ記憶部８５に記憶されたマスターアームもしくは両アームの移動軌跡データと相対位置・姿勢関係データ記憶部８１に予め記憶されているマスターアームとスレーブアームの相対位置・姿勢関係データとから各経由点データを算出する。そして、コントローラは上記算出された経由点データを各アーム毎に教示し、その教示した経由点データを目標位置として各アームの各軸制御量を演算し、最終目標位置まで自由軌跡制御して移動させる。
このように、従来の双腕ロボットでは、把持対象物をいかに上手く２台のロボットアームで把持するか、という工夫がなされていた。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１５９６８３号公報（第５−７頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−２５２６４号公報（第５−１３頁、図１３）
【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、従来の双腕ロボットでの把持方法では、対象物を把持した状態での複数ロボットアームの動作をいかに協調させるかを課題にしており、把持した対象物が移動する時に発生する振動や撓みが考慮されておらず、把持対象物に歪が生じてしまうという問題があった。
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、複数のロボットで対象物を把持した時の動作において、対象物に無理な負荷をかけずに移動時の対象物の振動を抑えつつ、相互の内力による影響を最小限に抑え、なおかつ負荷重量を分散できる把持方法を実現す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】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に記載の発明は、ロボット本体と、前記ロボット本体に取り付けられた複数のロボットアームと、前記ロボットアームの各々の先端部に取り付けられ対象物を把持可能な対象物把持機構と、前記複数のロボットアームと前記対象物把持機構を制御する制御部とを備えたロボットシステムにおいて、前記制御部は、前記対象物を把持する少なくとも１つの対象物把持機構と前記対象物の下面を支持する少なくとも１つの他の対象物把持機構とを制御し、前記ロボットアームおよび前記対象物把持機構の把持姿勢を保持しながら前記対象物を運搬させることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、記対象物把持機構は、前記対象物の重量を検出する重量検出手段を備え、前記制御部は、前記重量検出手段からの情報をもとに、前記把持姿勢をとるか否かを判断することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記対象物把持機構は、前記対象物との滑り量を検出する滑り量検出手段を備え、前記制御部は、前記滑り量検出手段からの情報をもとに、前記把持姿勢をとるか否かを判断することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、前記ロボット本体は、前記対象物の種別を同定する対象物同定手段を備え、前記制御部は、前記対象物同定手段からの情報をもとに、前記把持姿勢をとるか否かを判断することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、前記ロボット本体は、前記対象物の種別を同定する対象物同定手段を備え、前記制御部は、前記対象物同定手段から判断した前記対象物の剛性および重量の情報をもとに、前記対象物の下面に接するための前記ロボットアームおよび前記対象物把持機構の位置姿勢を算出することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、前記対象物把持機構は、前記対象物から加わる力を検出する力検出手段を備え、前記制御部は、前記対象物の下面に接した前記対象物把持機構からの力情報をもとに、前記ロボットアームの位置姿勢を修正し、前記対象物把持機構によって常に所定の力を前記対象物の下面に加えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によると、対象物を把持しながらロボットアーム先端やロボット自体が移動する場合に、対象物が支持されている一端は下からのみの支持であり、移動中に発生する撓みを他の方向に逃がすことが出来るため、対象物に無理な負荷がかからず対象物の振動を抑えながら移動する事ができる。さらに、可搬重量内であれば対象物に重量の不明な物を乗せた場合でも、一つの対象物把持機構で把持する場合よりも対象物の撓みを小さくする事ができる。
また、請求項２に記載の発明によると、重量検出手段からの情報をもとにして把持する時の対象物の撓みと対象物が移動する時の振動を小さくする事ができる。
また、請求項３に記載の発明によると、把持対象物の表面状態が不明な場合でも、無理な負荷をかけずに片手で把持する場合よりも把持対象物の撓みや移動時の振動を小さくする事ができる。
また、請求項４に記載の発明によると、対象物同定手段からの情報をもとにして、対象物および対象物把持機構に無理な負荷をかけずに把持する際の対象物の撓みや移動時の振動を小さくする事ができる。
また、請求項５に記載の発明によると、対象同定手段からの対象物の剛性および重量の情報をもとにして、把持する時の対象物の撓みと対象物が移動する際の振動を小さくする事ができる。
また、請求項６に記載の発明によると、力検出手段からの情報をもとにして、把持する際の対象物の撓みと対象物が移動する際の振動を小さくする事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の方法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】
【００１１】
図１は本発明のロボットシステムにおける対象物の把持姿勢の例を示す図である。
図において１はロボット本体、２は対象物、３はロボットアーム、４は対象物把持機構、５は制御部、６は移動機構である。また、対象物把持機構４の付け根部分には力センサ７を備える。
以上の構成において、制御部５にて対象物把持機構４の姿勢を保持したまま対象物２を移動させるように、少なくとも１つの対象物把持機構が対象物２を把持し、少なくとも１つの他の対象物把持機構４が対象物２の下面に接するようなロボットアーム３および対象物把持機構４、移動機構６を制御する。
例えば図１においては、ロボットアームが２つの場合を示し、左腕にあたるロボットアームにて対象物を把持し、右腕にあたるロボットアームにて対象物を下から支えている。
【００１２】
このようにすることで、対象物を把持したままロボットアーム先端やロボット自体が移動する場合に、一端は下からのみの支持となり移動中に発生する撓みを他の方向に逃がす事が出来るため、対象物に無理な負荷がかからずに対象物の振動を抑えながら移動する事ができる。さらに、可搬重量内であれば、対象物に重量が不明な物を乗せても、一つの対象物把持機構で把持する場合よりも対象物の撓みを小さくする事ができる。
なお、図１ではロボット本体１に移動機構６が備わっているが、必ずしも移動機構が備わっている必要はない。また、同じく図１ではロボット本体１にはロボットアームが２つ備わっているが、２つ以上であればいくつ備わっていてもよい。
さらに、図１では対象物把持機構４として人間と同様の５本の指機構からなる多指ハンドを示しているが、対象物を把持・解放したり下面から支持したりできるものであれば、単純な開閉機構のみを備えたグリッパなどでもよい。
【実施例２】
【００１３】
図２は図１に示したロボットシステムにおける請求項２に記載の処理手順を示すフローチャートである。
まず１つのロボットアーム３の先端に備わった対象物把持機構４で対象物２を把持すると（Step21）、把持した対象物の重量を力センサ７にて計測し（Step22）し、制御部５が力センサ７により計測された情報より対象物２の重量が現在の対象物把持機構４で把持が可能か判断する（Step23）。
把持が可能と判断すればStep24へ、把持できないと判断すればStep27へ進む。Step24では、対象物を把持していない対象物把持機構４があるか判断し、ある場合はStep25へ進み、制御部５からロボットアーム３および対象物把持機構４へ指令を与え、その対象物把持機構４が対象物２の下面に接するような姿勢をとらせる。
把持していない対象物把持機構４がない場合はStep26へ進み、制御部５から指令を与えて、把持している対象物把持機構４の個数で対象物２が安定して把持されるようにロボットアーム３および対象物把持機構４を制御する。
Step27へ進んだ場合は、把持していない対象物把持機構４が他にあるか判断し、ある場合はStep28へ進み、把持する対象物把持機構４を１つ増やしてから、Step22にて計測した対象物２の重量をもとにStep23での判断を行う。Step27で把持していない対象物把持機構４が他にない場合は一度把持した対象物を放し、対象物の把持を放棄する。
【００１４】
このように、対象物を把持してから複数の対象物把持機構での把持方法を判断し、対象物把持機構を１つ以上残して把持できる場合には把持していない対象物把持機構は対象物を下から支持するだけなので、対象物を把持しながらロボットアーム３の先端やロボット本体１が移動機構６によって移動する場合に、対象物に無理な負荷がかからずに対象物の振動を抑えながら移動できる。
さらに、可搬重量内であれば、板状の対象物に重量の不明な物を乗せたとしても、１つの対象物把持機構で把持する場合よりも対象物の撓みを小さくする事ができる。
なお、Step22において把持した対象物の重量を判断する手段としては力センサに限定されず、ロボットアーム３または対象物把持機構４のモータの出力トルクや、対象物把持機構４の把持面に設置した圧力センサなどを利用してもよい。
【実施例３】
【００１５】
図３は図１に示したロボットシステムにおける請求項３に記載の処理手順を示すフローチャートである。
まず１つのロボットアーム３の先端に備わった対象物把持機構４で対象物２を把持すると（Step21）、把持した対象物２と対象物把持機構４との滑り量を対象物把持機構４の先端に備わる６軸力センサ（図示しない）にて計測し（Step32）、６軸力センサにより計測された情報を制御部５にて求まる対象物２の滑り量が現在の対象物把持機構４で把持が可能か判断する（Step33）。
把持が可能と判断すればStep24へ、把持ができないと判断した場合はStep27へ進む。Step27にて他に対象物把持機構４がある場合にはStep28へ進み、把持に用いる対象物把持機構４を１つ増やし、再びStep32にて滑り量を計測し、Step33以降を把持完了または把持放棄まで繰り返す。
なお、Step32で把持対象物の滑り量を計測する手段は、せん断力を計測できる手段であれば６軸力センサに限定されない。
【００１６】
このように、対象物を把持した後の把持対象物と把持機構との滑り量から把持方法を判断するので、把持対象物の表面状態が不明な場合でも、無理な負荷を与えずに把持対象物の撓みや移動時の振動を小さくする事ができる。
【実施例４】
【００１７】
図４は図１に示したロボットシステムにおける請求項４に記載の処理手順を示すフローチャートである。
Step41にて図示しないカメラからの情報によって対象物同定を制御部５にて行い、Step41での情報をもとにStep42にて現在の対象物把持機構４で把持が可能か判断し、Step43にてStep42で判断された把持方法にて把持し、Step24以降へ進む。
Step42にて把持ができないと判断された場合にはStep27へ進み、他に対象物把持機構４がある場合にはStep28へ進み、対象物把持機構４を１つ増やしてから再びStep42での判断を行う。この処理を把持完了または把持放棄まで繰り返す。
なお、Step41で対象物同定に用いる手段は、カメラの他にＩＤタグなどでも良く、対象物が同定できるのであれば手段は限定されない。
【００１８】
このように、対象物が同定できる場合は、対象物を把持する前にその対象物に応じた把持方法が判断できるため、対象物２および対象物把持機構４に無理な負荷をかけずに、把持する時の対象物の撓みと対象物が移動する時の振動を小さくする事ができる。
【実施例５】
【００１９】
図５は図１に示したロボットシステムにおける請求項５に記載の処理手順を示すフローチャートである。
Step24にて他に対象物把持機構４があると判断された場合には、Step41にて同定された対象物の情報から、その剛性および重量を取得し（Step50）、Step55にて対象物２が撓む量を考慮して、制御部５からロボットアーム３および対象物把持機構４へ指令を与え、把持していない対象物把持機構４を把持された対象物２の下面に接するような姿勢へと移動させる。
【００２０】
このように、対象物が同定できる場合は、その対象物を下から支える位置に対象物２の撓み量を考慮できるため、対象物２および対象物把持機構４に無理な負荷をかけずに、把持する時の対象物の撓みと対象物が移動する時の振動を小さくする事ができる。
【実施例６】
【００２１】
図６は図１に示したロボットシステムにおける請求項６に記載の処理手順を示すフローチャートである。
Step24にて他に対象物把持機構４があると判断された場合には、Step60にて対象物２の下面に接した対象物把持機構４からの力情報を力センサ７で取得し、Step65にて対象物２の下面に接した対象物把持機構４が常に対象物の下面に所定の力を与えるように、ロボットアーム３および対象物把持機構４へ制御部５から指令をStep60で取得した力情報をもとに調整する。
【００２２】
このように、対象物把持機構へかかる力を検出する手段がある場合は、対象物２の下面に接した対象物把持機構４が常に対象物の下面に所定の力を与えるように姿勢を調整できるため、対象物２および対象物把持機構４に無理な負荷をかけずに、把持する際の対象物の撓みと対象物が移動する時の振動を小さくする事ができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
対象物をロボットアームの対象物把持機構で把持し、他のロボットアームの対象物把持機構で下から支持するという手順をとるため、対象物を把持している間に対象物の撓み量が変化する場合にも対象物に無理は負荷がかからずに対象物の振動を抑える事ができて、部品搬送などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のロボットシステムにおける把持姿勢を示す全体図
【図２】本発明の第２実施例の処理手順を示すフローチャート
【図３】本発明の第３実施例の処理手順を示すフローチャート
【図４】本発明の第４実施例の処理手順を示すフローチャート
【図５】本発明の第５実施例の処理手順を示すフローチャート
【図６】本発明の第６実施例の処理手順を示すフローチャート
【図７】特許文献１の方法を適用するロボットの構成を示す全体構成図
【図８】特許文献２の方法の処理手順を示すフローチャート
【符号の説明】
【００２５】
１  ロボット本体
２  対象物
３  ロボットアーム
４  対象物把持機構
５  制御部
６  移動機構
７  力センサ
７１  ロボット
７Ａ  ロボットアーム(マスターアーム)
７Ｂ  ロボットアーム(スレーブアーム)
７２  指
７３  作業台
７４  対象物
８１  相対位置・姿勢関係データ記憶部
８２  教示部
８３  自由軌跡移動制御部
８４  移動軌跡データ取得部
８５  移動軌跡データ記憶部
８６  経由点データ算出部
【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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【図７】
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【図８】
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