(57)【要約】【課題】柔軟物であるワークの形状や位置を認識し、把持するための方法および装置の提供。【解決手段】フィンガーの姿勢変換を３自由度で行うワークの把持装置であって、ロボットアームへの取付面（１０５）を有し、取付面（１０５）に対する法線方向に中心軸をもつ回転軸駆動部（１０１）と、回転軸駆動部（１０１）に、回転軸駆動部（１０１）の中心軸と所定の角度α１を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部（１０２）と、回転軸駆動部（１０２）に、回転軸駆動部（１０２）の中心軸と所定の角度α２を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部（１０３）と、回転駆動部（１０３）に接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、これらの作動を制御するロボットコントローラと、を備え、前記ロボットコントローラは、フィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持するワークの把持装置。【選択図】図7
2009279700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉動作するフィンガーによりワークを把持する把持部と、把持部を空間内で移動させる多数軸からなる駆動部と、把持位置情報取得手段と、演算部とを備えるロボットハンドシステムにより柔軟物であるワークを把持する方法であって、
把持位置情報取得手段により取得したワークの特徴部の情報に基づき柔軟物の把持位置を判定する第１工程、
前記演算部が、開状態にあるフィンガー内にワークの把持位置が位置するよう、把持部の経路および姿勢を設定する第２工程、
前記駆動部により前記把持部を移動させ、ワークの把持位置を把持する第３工程、
を有することを特徴とするワークの把持方法。
【請求項２】
前記駆動部は、２自由度での姿勢変換を可能とし、
前記演算部は、前記第２工程において、前記ワークの座標系と前記フィンガーの座標系の原点および２つの軸を一致させ、前記ワークの第１の軸に対する許容回転角度を設定し、当該許容回転角度内で把持部を回動させる仮想軸を設定し、把持部の経路および姿勢を設定する工程を有することを特徴とする請求項１に記載のワークの把持方法。
【請求項３】
前記駆動部は、１自由度での姿勢変換を可能とし、
前記演算部は、前記第２工程において、前記ワークの座標系と前記フィンガーの座標系の原点および２つの軸を一致させ、前記ワークの第１の軸に対する許容回転角度を設定し、当該許容回転角度内で把持部を回動させる第１の仮想軸と、前記ワークの第１の軸に直交する第２の軸に対する許容回転角度を設定し、当該許容回転角度内で把持部を回動させる第２の仮想軸とを設定し、把持部の経路および姿勢を設定する工程を有することを特徴とする請求項１に記載のワークの把持方法。
【請求項４】
前記ワークが、シート状の布類であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のワークの把持方法。
【請求項５】
フィンガーの姿勢変換を３自由度で行うワークの把持装置であって、
ロボットアームへの取付面（１０５）を有し、取付面（１０５）に対する法線方向に中心軸をもつ回転軸駆動部（１０１）と、
回転軸駆動部（１０１）に、回転軸駆動部（１０１）の中心軸と所定の角度α１を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部（１０２）と、
回転軸駆動部（１０２）に、回転軸駆動部（１０２）の中心軸と所定の角度α２を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部（１０３）と、
回転駆動部（１０３）に接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、
これらの作動を制御するロボットコントローラと、を備え、
前記ロボットコントローラは、フィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持するワークの把持装置。
【請求項６】
フィンガーの姿勢変換を２自由度で行うワークの把持装置であって、
ロボットアームへの取付面（１０５）を有し、取付面（１０５）に対する法線方向に中心軸をもつ回転軸駆動部（１０１）と、
回転軸駆動部（１０１）に、回転軸駆動部（１０１）の中心軸と所定の角度α１を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部（１０２）と、
回転軸駆動部（１０２）に、回転軸駆動部（１０２）の中心軸と所定の角度α２を構成する中心軸をもつように接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、
これらの作動を制御するロボットコントローラと、を備え、
前記ロボットコントローラは、ワークの変形方向に仮想軸を設定し、フィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持するワークの把持装置。
【請求項７】
フィンガー機構の先端の位置決めをデカルト座標で制御するロボットアームをさらに備えることを特徴とする請求項５または６に記載のワークの把持装置。
【請求項８】
フィンガーの姿勢変換を１自由度で行うワークの把持装置であって、
ロボットアームへの取付面（１０５）を有し、取付面（１０５）に対する法線方向と所定の角度α１を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部（１０２）と、
回転軸駆動部（１０２）に、回転軸駆動部（１０２）の中心軸と所定の角度α２を構成する中心軸をもつように接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、
これらの作動を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、把持姿勢が特異姿勢となった場合に、回転駆動部（１０２）を所定角度回転し、取付面（１０５）に接続可能な６自由度のロボットアームの関節を姿勢変換に利用してフィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持することを可能とするワークの把持装置。
【請求項９】
ロボットアームへの取付面（１０５）と、取付面（１０５）に接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、コントローラと、を備え、
前記コントローラは、把持姿勢が特異姿勢となった場合に、ワークの変形方向に仮想軸を設定し、取付面（１０５）に接続可能な６自由度のロボットアームの関節を姿勢変換に利用してフィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持することを可能とするワークの把持装置。
【請求項１０】
ワークの把持位置を規定する１ないし３点の特徴部の情報を取得する把持位置情報取得手段をさらに備え、
前記ロボットコントローラは、前記特徴部の情報に基づきワーク姿勢を演算し、ワーク姿勢に基づきフィンガー機構の把持姿勢を演算する演算工程と、把持姿勢が特異点でないかを判定し、特異点であると判定した場合には再度把持姿勢を演算する判定工程とを有することを特徴とする請求項８または９に記載のワークの把持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非整列状態で配置された不定形性或いは柔軟性をもつワーク（例えば、方形上の布などの可変シート状物品。以下、「柔軟物」という場合がある。）の把持方法および装置に関し、例えば、山積みされた洗濯物の山から洗濯した一の洗濯物の特徴部を把持する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のランドリー工場における選択工程は次の手順で行われる。まず、入荷した汚れた布片を集めて一緒にして水または洗浄剤によって洗濯または洗浄する洗濯工程で該布片の汚れを落とした後、脱水工程に導入し、脱水機で該布片を脱水し、互いの布片が絡みつき塊状となった布片の絡みを解いて布片を山積とする。
該布片は柔軟で形を崩しやすい性質のために布片を自動的に折り畳むための機械化が困難で該布片の山積から該布片の一枚を取出して展開し折畳むには、手で広げて折り畳むか、もしくは、該布片を人手によって広げた後、布片の縁（辺）を揃えて折畳み装置に供給して折り畳むかであった。
【０００３】
しかし、高温多湿の悪環境の下で人手によって山積みとなった該布片の中から一枚一枚取り上げ広げて折畳み装置に揃えるには重労働となり、その上、手間がかかるので作業能率が悪くコスト高となる等の問題点があった。
そこで、布片を折り畳む装置が考え出されたが、洗濯脱水後の布片を山積みにし、山積みとなった布片から一枚一枚を掴み上げて、布片の対角の角部を稜として折り畳む手段を機械化した装置（例えば、特許文献１）があるが、従来の装置は操作が複雑で手間が掛かり、折り畳みの精度が悪いと言った問題点があった。
【０００４】
そこで、出願人の関連会社によって、方形状布片の任意の部分を掴んで吊し、吊された布片の角部の一つを掴んで吊す方法および装置が提言された（特許文献２）。
また、出願人の関連会社により、おしぼり等の方形状布片を三角形状に折り畳んで吊す装置が提言された（特許文献３）。
【０００５】
ところで、ロボットハンドにより人間と同様の作業を行うためには、ワークがロボットハンドの作業可能空間に存在すること、すなわち、ロボットハンドの手先効果器が到達可能であり、かつ、手先効果器が所望の姿勢をとることができる空間内に存在することが必要である。この作業可能空間は到達可能空間の部分集合であり、その中で所望の姿勢を表現できる空間はさらに限定される。
６軸マニピュレータのロボットハンドにおいては、ワーク姿勢に対応するツール姿勢を表現するための関節角の計算が可能で制御しやすいが、表現できない特異姿勢を到達可能空間内に含んでいるためそのポーズの表現ができないことがある。別の観点から説明すれば、ロボットハンドの作業可能到達可能の中で作業を行うようにプログラムする必要がある。このような従来のロボットハンドにおいては、不定形のワークを正確に把持し、展張することは極めて困難であった。
【０００６】
視覚認識センサによりワークを認識し、ロボットハンドの位置決め、姿勢決めを行う把持方法としては、例えば、特許文献４および５に記載されるものがある。しかし、出現するワーク姿勢の方向性に対応するためのツール姿勢が特異点を含む場合に、その姿勢の表現ができないという課題を解決するものではなかった。
特許文献６は、２軸が同軸状に位置する姿勢で、その中間に位置する軸が不規則な動作を行う特異点の問題を解決すべき課題としている。同文献に記載のロボットハンドは、手先効果器を同一姿勢とした状態で直線的に動作させることが多いことに着目し、多関節型アームの先端に直動軸を設け、その直動軸によりアームに対する手先効果器の相対的な位置を変更することにより、特異点の位置をずらすことが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特公平５−３４２６２号公報
【特許文献２】特許３３７９８５７号公報
【特許文献３】特許３８０１７５８号公報
【特許文献４】特開２００３−９４３６７号公報
【特許文献５】特開２００６−１３０５８０号公報
【特許文献６】特開２００１−５４８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特異点を回避するために直動軸や回動軸を増設すると、フィンガー等の手先効果器の姿勢（ツール姿勢）を実現するための関節角の組み合わせが倍増し制御が複雑になるという問題、コストや重量が増加するという問題が生じることになる。
他方、５軸以下のロボットハンドでは、ワーク姿勢とツール姿勢を合致させる計算解が無い場合があり、把持ができなかったり、把持後の姿勢がきれいにならないという問題がある。
【０００９】
本発明は、柔軟物であるワークの形状や位置を認識し、把持するための方法および装置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】
【００１０】
上記課題を解決するための手段の概要は次のとおりである。
（１）把持姿勢の表現
（１−１）ワークを把持するための姿勢変換ツールを提供する。この姿勢変換ツールは、アーム部に取り付けることができ、手先効果器（例えば、フィンガー機構）と、姿勢変換のための駆動機構と、姿勢表現のための駆動アクチュエータの移動量・回転量の計算手段を有する。
（１−２）仮想の姿勢変換を含む姿勢表現を実現する。柔軟物であるワークの特性を生かして、把持後の手先効果器とワークの姿勢（ポーズ）が正確に合うようにする。ロボットハンドの関節角度の制御を、仮想フィンガーと仮想関節を含ませて計算すること、或いは、許容範囲内での布の変形を利用することで自由度の小さなロボットハンドでの作業を可能とする。
（２）関節角度の計算
姿勢変換ツールにより所望の把持姿勢を表現するためには、全ての駆動アクチュエータの移動量・回転量を計算する手段を有するロボットコントローラが必要である。通常は、座標やツールパラメータ等の制御値を入力すれば、逆運動学計算により全ての駆動アクチュエータの移動量・回転量を演算することができる。しかし、その制御値が特異姿勢（特異点）を含む場合には、通常の演算では解が得られない。ここで、特異姿勢とは、関節とモーターの数は足りているのに、特定の方向に動けなくなる姿勢をいう。この特異姿勢がどこにあるかは、マニピュレータの各リンクの長さと、それぞれのリンクに対して関節がどの向きに固定されているかという関係から決定される。特異姿勢を回避するために、本発明では、次の２つの手法を取る。
（２−１）手先効果器の姿勢（ツール姿勢）をワーク姿勢に合わせたときが特異点となる場合、姿勢変換ツールの関節回転角を変化させ、異なるツール姿勢について演算を行う。
（２−２）特異点を含まないツール姿勢の一覧をテーブル配列に記憶しておき、テーブル配列の中から設定された作業に最適なツール姿勢を選択する。
【００１１】
通常、マニピュレータにはヤコビ行列が特異となる関節角度の組み合わせが存在する。マニピュレータはその作業空間の境界に特異点をもっており、大部分は作業空間の内部に特異点の軌跡を持っている。特異点は次の二つに分類できる。一つは作業空間境界特異点であり、マニピュレータが伸びきった状態や折り曲がって重なった状態で存在し、手先効果器が作業空間付近あるいは境界状にある状態である。もう一つは作業空間内部特異点であり、一般的に二つ以上の関節軸が一直線上に並んだときにおこる。姿勢変換ツールはこの両方の特異点に対してツール姿勢の変化をさせることでこれらの特異点を回避する。
なお、特異姿勢の判定には、ヤコビ行列の行列式を計算し正則行列であるか判定することが好ましい。ヤコビ行列が特異である場合、すなわち逆行列が存在しない場合、その行列は正則行列でなく行列式は０になることで判定できる。ここで、ヤコビ行列とは、それぞれの関節が微小回転を行ったとき、それに応じて手先がデカルト座標でどれだけ動いたか、といった関係を表した行列である。逆運動学計算は一般に計算が複雑になるが、ヤコビ行列が求まるとロボットハンドの動きを簡単に計算することができるからである。
【００１２】
以上の技術思想に基づく課題を解決するための手段を下記に記載する。
［１］開閉動作するフィンガーによりワークを把持する把持部と、把持部を空間内で移動させる多数軸からなる駆動部と、把持位置情報取得手段と、演算部とを備えるロボットハンドシステムにより柔軟物であるワークを把持する方法であって、把持位置情報取得手段により取得したワークの特徴部の情報に基づき柔軟物の把持位置を判定する第１工程、前記演算部が、開状態にあるフィンガー内にワークの把持位置が位置するよう、把持部の経路および姿勢を設定する第２工程、前記駆動部により前記把持部を移動させ、ワークの把持位置を把持する第３工程、を有することを特徴とするワークの把持方法。
［２］前記駆動部は、２自由度での姿勢変換を可能とし、前記演算部は、前記第２工程において、前記ワークの座標系と前記フィンガーの座標系の原点および２つの軸を一致させ、前記ワークの第１の軸に対する許容回転角度を設定し、当該許容回転角度内で把持部を回動させる仮想軸を設定し、把持部の経路および姿勢を設定する工程を有することを特徴とする［１］に記載のワークの把持方法。
［３］前記駆動部は、１自由度での姿勢変換を可能とし、前記演算部は、前記第２工程において、前記ワークの座標系と前記フィンガーの座標系の原点および２つの軸を一致させ、前記ワークの第１の軸に対する許容回転角度を設定し、当該許容回転角度内で把持部を回動させる第１の仮想軸と、前記ワークの第１の軸に直交する第２の軸に対する許容回転角度を設定し、当該許容回転角度内で把持部を回動させる第２の仮想軸とを設定し、把持部の経路および姿勢を設定する工程を有することを特徴とする［１］に記載のワークの把持方法。
［４］前記ワークが、シート状の布類であることを特徴とする［１］ないし［３］のいずれかに記載のワークの把持方法。
［５］フィンガーの姿勢変換を３自由度で行うワークの把持装置であって、ロボットアームへの取付面（１０５）を有し、取付面（１０５）に対する法線方向に中心軸をもつ回転軸駆動部（１０１）と、回転軸駆動部（１０１）に、回転軸駆動部（１０１）の中心軸と所定の角度α１を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部（１０２）と、回転軸駆動部（１０２）に、回転軸駆動部（１０２）の中心軸と所定の角度α２を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部（１０３）と、回転駆動部（１０３）に接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、これらの作動を制御するロボットコントローラと、を備え、前記ロボットコントローラは、フィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持するワークの把持装置。
［６］フィンガーの姿勢変換を２自由度で行うワークの把持装置であって、ロボットアームへの取付面（１０５）を有し、取付面（１０５）に対する法線方向に中心軸をもつ回転軸駆動部（１０１）と、回転軸駆動部（１０１）に、回転軸駆動部（１０１）の中心軸と所定の角度α１を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部（１０２）と、回転軸駆動部（１０２）に、回転軸駆動部（１０２）の中心軸と所定の角度α２を構成する中心軸をもつように接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、これらの作動を制御するロボットコントローラと、を備え、前記ロボットコントローラは、ワークの変形方向に仮想軸を設定し、フィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持するワークの把持装置。
［７］フィンガー機構の先端の位置決めをデカルト座標で制御するロボットアームをさらに備えることを特徴とする［５］または［６］に記載のワークの把持装置。
［８］フィンガーの姿勢変換を１自由度で行うワークの把持装置であって、ロボットアームへの取付面（１０５）を有し、取付面（１０５）に対する法線方向と所定の角度α１を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部（１０２）と、回転軸駆動部（１０２）に、回転軸駆動部（１０２）の中心軸と所定の角度α２を構成する中心軸をもつように接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、これらの作動を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、把持姿勢が特異姿勢となった場合に、回転駆動部（１０２）を所定角度回転し、取付面（１０５）に接続可能な６自由度のロボットアームの関節を姿勢変換に利用してフィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持することを可能とするワークの把持装置。
［９］ロボットアームへの取付面（１０５）と、取付面（１０５）に接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、コントローラと、を備え、前記コントローラは、把持姿勢が特異姿勢となった場合に、ワークの変形方向に仮想軸を設定し、取付面（１０５）に接続可能な６自由度のロボットアームの関節を姿勢変換に利用してフィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持することを可能とするワークの把持装置。
［１０］ワークの把持位置を規定する１ないし３点の特徴部の情報を取得する把持位置情報取得手段をさらに備え、前記ロボットコントローラは、前記特徴部の情報に基づきワーク姿勢を演算し、ワーク姿勢に基づきフィンガー機構の把持姿勢を演算する演算工程と、把持姿勢が特異点でないかを判定し、特異点であると判定した場合には再度把持姿勢を演算する判定工程とを有することを特徴とする［８］または［９］に記載のワークの把持装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、不定形で柔軟な布のようなワークの特徴部を、ワーク姿勢に対する許容範囲内のツール姿勢で把持することが可能となる。
また、従来技術では自由度が不足するとされたロボットハンドによっても、把持後のワーク姿勢とツール姿勢が一致するように把持することができる。
さらに、特異点を回避した把持姿勢を常時設定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
最良の形態の本発明を、洗濯されたタオル等の布類のハンドリングシステムの例で説明する。
本発明のハンドリングシステムは、図１に示すように、コンベア装置９により搬送されるワーク５を、ロボットハンドＡ１０およびロボットハンドＢ２０により折畳機８に投入するためのものである。
本発明のハンドリングシステムの構成要素は、フレーム１内に配置される。このハンドリングシステムは、プルアップハンド２、全体撮像機構３、認識用台７、ロボットハンドA１０、およびロボットハンドＢ２０を実質的な構成要素とする。
【００１５】
なお、本明細書において用いる下記の「用語」は、特に断りの無い限り次の意味を有する。
位置：３次元のデカルト座標で表現された位置
姿勢：３次元のデカルト座標のなかで表現された別の座標系の方向
ポーズ：位置・姿勢、および、ある座標系のなかにある別の座標系の位置・姿勢
座標：ある座標系で表現された座標値
【００１６】
《撮像機構》
フレーム１の上方位置には、ステレオ視覚センサである全体撮像機構３が設けられている。
全体撮像機構３は、投影パターン６０を投射するためのプロジェクタ３１を有している。全体撮像機構３での撮像により、ワークの高さ計測および端部の位置を識別可能である。
【００１７】
ロボットハンドA１０に搭載される手先撮像機構Ａ１３およびロボットハンドＢ２０に搭載される手先撮像機構Ｂ２３についても、あおり光学系により構成した。手先撮像機構１３および手先撮像機構２３は、投影パターン６０を投射するために、プロジェクタ３１と同様のプロジェクタ４１を有している。
【００１８】
《ロボットハンド》
本発明のロボットハンド１０，２０は、多数軸の関節からなるアーム部１１，２１と、アーム部１１，２１に取り付けられた姿勢変換ツール１００とを備える。ロボットハンドの構成については、実施例において詳細に説明する。
【００１９】
《１．作業工程の概要》
図２は、本発明のハンドリングシステムにおける作業工程の概要を説明するための図面である。
(a)最高点の検出
この工程では、全体撮像機構３での撮像データに基づき、ワークの山６の最高点を検出する。ここで、ワークの山６は、洗濯後、脱水された状態で積層された無模様単色のタオルの山である。ワークの山６の最高点をロボットハンドＡまたはＢにより掴む。
(b)ワークの端部の把持
(i)ロボットハンドにより掴んだワーク５を、認識用台７の上に展開する。
(ii)手先撮像機構によりワークの一方の概ね端部と思われる箇所を判定し、フィンガー機構により当該箇所を掴む。
【００２０】
(c)ワークの角部の把持
フィンガー機構で掴んだワークをプルアップハンド２に受け渡す。プルアップハンド２により吊されたワークの角部を手先撮像機構により判定し、フィンガー機構によりワークの角部を把持する。
(d) ワークの他の角部の把持
ワークの角部を把持した状態で、ロボットハンドによりワークを上方に引き上げる。すると、他の角部がワークの下方に位置される。ワークの他の角部を手先撮像機構４により判定し、もう一方のロボットハンドのフィンガー機構によりワークの他の角部を把持する。
(e)ワークの折畳機への投入
２つの角部を掴まれたワークは、２つのロボットハンドにより展張された状態で、折畳機のコンベア上に載置される。折畳機によりワークは所定の折り数で折り畳まれる。
【００２１】
《２．フィンガー機構による把持》
図３は、フィンガー機構によりワークを把持する手順の流れ図である。
まず、計測命令により把持位置情報を取得する。ロボットアームに取り付けられた計測センサを移動することで計測原点を計測用の設定ポーズに移動する。ワーク５の撮像によりワーク５の把持位置情報が入力される。手先撮像機構４によりワーク５を撮像し、特徴点情報を含む画像データをコンローラに送信し、その撮像データに画像処理を施すことにより把持位置の判定が行われる。より詳細には、特徴点としての端点（Ｐ１）、長辺点（Ｐ２）、短辺点（Ｐ３）が検出される箇所を把持位置とする（ＳＴＥＰ１）。本実施例では、特徴点のＸＹＺ座標をそれぞれ測定し、ワーク５の姿勢を算出可能としている。
次に撮像した計測原点のポーズ情報をコントローラに入力し、ＳＴＥＰ１で計測した座標値をロボット座標に変換するための基礎情報とする（ＳＴＥＰ２）。
そして座標変換を行いロボット座標でのワーク端部のポーズを得て、このポーズがフィンガーの把持ポーズとなる（ＳＴＥＰ３）。
ワーク５の把持位置が確定すると、把持位置までのロボットハンドの経路・姿勢の計算が行われる（ＳＴＥＰ４）。続いて、算出したロボットハンドの経路に、特異点が含まれるなどにより経路・姿勢の表現が不可能でないかのチェックが行われる（ＳＴＥＰ５）。経路・姿勢に不具合がある場合には、経路に不具合が含まれないことが確認されるまで経路の再計算が行われる。経路が確定すると、ロボットハンドへ経路情報が送信される（ＳＴＥＰ６）。
【００２２】
本発明の詳細を実施例で説明する。が、本発明は実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００２３】
［１］構造
実施例１のロボットハンドは、３自由度以上のアーム部１１と、その先端に取り付けられた３自由度の姿勢変換ツール１００を備えるものである。
アーム部１１は、複数のマニピュレータにより構成され、例えば、図１７に示すようなＸＹＺの３軸を有するカーテジアン（デカルト座標系）ロボットアームであってもよいし、図６に示すような垂直多関節アームでもよい。アーム部１１の各関節軸は、いずれも、例えば、サーボモータ等のアクチュエータ及び遊星歯車型等の減速機並びにエンコーダ等の位置検出器からなり、前記アクチュエータは、図示しないロボットコントローラにより駆動制御される。
本実施例では、フィンガーの先端点の位置は姿勢変換ツール１００による姿勢変化によっては変化しない。先端点の位置はロボットアーム１１で表現され、把持姿勢は姿勢変換ツール１００で表現される。図示しないロボットコントローラが、フィンガーの先端点の位置制御とフィンガーの姿勢制御を行う。
姿勢変換ツール１００は、図７、図８に示す如く構成され、取り付け面１０５に対して手先効果器１０４の姿勢を３自由度で変化させることができる。ツール１００は、取り付け面１０５により、ロボットアーム部１１に接続される。図７、図８ではΣＭＢがツールの取り付け面（メカニカルインターフェース）１０５のポーズ（座標系）であり、Σ３がフィンガーの姿勢を規定する座標系である。取り付け面１０５から順に、第一の関節１０１、第二の関節１０２、第三の関節１０３が配置され各関節ポーズが決められる。図７では、これらの関節軸をフィンガー先端の一点で交差するように配置している。手先効果器１０４の先端は、開閉を行う２指フィンガーが設けられており、把持部を構成する。この把持部は、ロータリーアクチュエータ１０３に取り付けられており、所望の姿勢を規定することができる。ロータリーアクチュエータ１０３のもう一方の端部には、フィンガーの長さ方向（Ｗ方向）に対してα２度傾斜した回転軸が配置され、該回転軸はロータリーアクチュエータ１０２と接続されている。ロータリーアクチュエータ１０２のもう一方の端部にはその回転軸に対してα１度傾斜した回転軸が配置され、該回転軸にはロータリーアクチュエータ１０１が接続される。ここでα１、α２はともに鋭角である。また、α１、α２は、後述する理由により同じ角度とすることが好ましい。
なお、本実施例の姿勢変換ツール１００は、姿勢変化のみを目的としたものである。そのため、ワーク端部とフィンガー端部の並進位置関係を制御できるように、ツール１００またはワークを並進移動するための移動機構を設けることが望ましい。
【００２４】
上記において、α１を大きく設定するほど自由に姿勢表現ができる範囲が大きくなる。α＝９０度では、理論上、ツール姿勢のＷ方向姿勢を、球面の全表面から中心に向かうような自由度表現できるが、ワークを把持するときツール自体がワークに干渉しやすくなるため現実的でない。したがって、広範囲な姿勢変換をしない場合は、リンクの長さが短くなり小型軽量になるのでα１を小さく設定する方が有利である。でα１は、例えば、１８度、２２．５度、４５度の中から選択して採用するのが好ましい。α１とα２は異なっても制御可能だが数値の絶対値は同じ値であることが好ましい。差が生じたときに、θ１軸付近で作業不可能な範囲が発生するためである。
本発明の構成においては、上述のとおり各軸の延長線が交差するように配置されているため、関節ポーズの原点は公差する点に配置される。従って、最も簡便に計算できるようにパラメータを決定すると、ｄｉとａｉ−１は、全ての関節について０になる。また、フィンガー先端の交差位置が計算上の関節ポーズの原点位置になるので、関節３のポーズがそのままツール姿勢になる。
このようにリンクパラメータを決定することにより、各関節の回転角θ１〜３を回転させたときのツール姿勢（フィンガーポーズ）を計算できることになる。
本実施例では、ツール１００の剛性とのトレードオフを計算しながら必要な姿勢表現範囲を設定している。例えば、α１＝α２＝１８度のときは、頂角７２度の円錐内でフィンガーは把持姿勢を表現する。例えば、α１＝α２＝４５度のときは、頂角１８０度、すなわち半球内でフィンガーは把持姿勢を表現する。上述したロボットハンドのリンクパラメータをＤＨ記法（デナビット−ハーテンベルク記法）で表したものが下記表１である。このリンクパラメータによれば、把持部の先端の位置は変わらない。すなわち、ツール取り付け面ポーズΣＭＢとフィンガー原点ポーズΣ０の並進位置は、θが回転しても不変である。
ＭＢＴ1の変換については本来ｄ１を計算に含める必要があるが、簡便のためＭＢＴ00Ｔ1の形式にしている。実際の先端の位置制御については並進移動量を計算するが、このときその制御値にＭＢＴ0に含めたｄ０に相当する補正を加えることでフィンガー先端の位置制御が可能である。
また、図８では、計算の簡便のためにΣ０の位置をメカニカルインターフェースのポーズΣMBの原点からｄ０離れた場所にしている。一般的な、多関節ロボットやカーテジアンロボットのコントローラを用いて、ロボット遊端軸とΣ０間のリンクパラメータを入力・設定することで所望のΣ０の姿勢を表現でき、その姿勢から把持姿勢をとるためにはθi（i＝１から３）の回転角を計算すればよい。
【００２５】
【表１】
2009279700.tif 000003
【００２６】
ＤＨ記法においては、関節ｉ−１軸とｉ軸が唯一つもつ共通法線をＸ軸とおき、各軸の軸方向をＺ軸と考え、関節i−１からiの間の共通法線（Ｘ軸）周りのひねり角をαi-1とし（図８iii参照）、関節iのＺ軸周りの各共通法線（Ｘ軸）の角度をθiとするパラメータとしている（図８iv参照）。共通法線の長さはａi-1である。また、Ｚ軸上での共通法線のずれをdiとしている。
【００２７】
［２］把持姿勢の表現
手先効果器のツール姿勢の変換表現方法としては、同次変換行列を用いた方法が知られている。上述したツール１００の各関節に回転角度を与えたときのツール姿勢の姿勢表現は、順運動学計算で算出でき、下記式１および２のとおりとなる。ここで、θ１は符号１０１の回転軸に、θ２は符号１０２の回転軸に、θ３は符号１０３の回転軸に対応する。また、α１＝１８°、α２＝−１８度と見る。なお、表記法で、si＝sinθi、ci＝cosθiである。
【数１】
2009279700.tif 000004
【００２８】
【数２】
2009279700.tif 000005
【００２９】
世界座標をロボットの制御座標に一致させる設定をしておけば、例えば、ツール姿勢のＵＶＷの各軸の世界座標の各基底軸成分を行列で表現することができる。ワーク姿勢と合致するツール姿勢が把持姿勢となる。
【００３０】
［３］ワーク姿勢の識別
ワーク姿勢は、例えば、ステレオ視覚センサなどの外部センサにより得られたワーク特徴部の情報に基づき取得される。外部センサと、ロボットハンドの接続態様の一例を図１３に、外部センサとロボットハンドの通信処理フローの一例を図１４に示す。ただし、本発明の外部視覚センサはこれに限定されるものではなく、他の公知の構成を適用することが可能である。
ワーク姿勢は、ワーク端部の特徴部により規定されるワークの姿勢のことであり、例えば、図４に示すように、端部Ｐ１、長辺上の点Ｐ２、短辺上の点Ｐ３のデカルト座標（直交座標）でのベース座標値（ＸＹＺ座標値）で規定される。ここで、ワークが布のような柔軟物である場合、その形状が変化するので既知の形状モデルとのマッチングによりポーズ推定することが困難な場合が多いという問題がある。このため、ワーク端部の識別された特徴部の３点から、長辺方向および短辺方向のベクトルを識別し、ポーズ推定を行う処理を施している。
本実施例の姿勢変換ツール１００は、３つの関節の回転自由度を有しており、把持部のツール姿勢がワーク姿勢と同じ姿勢になるようにする。このポ−ジングのために関節角度の計算を行う際に、上述のP１〜P３の座標情報を目標把持姿勢情報に変換する手順を、図１５を参照しながら以下に説明する。
以下では、ワーク姿勢の短辺方向とツール姿勢のＷ方向を一致させた際の計算方法を述べるが、ワーク姿勢の長辺方向をツール姿勢のＶ方向を一致させた際も同様の手順により計算を行うことができることはもちろんである。
【００３１】
(1)Pn（Xn,Yn,Zn）（n=1,2,3）から短辺ベクトルＰ３、長辺ベクトルＰ２を導出する。
Pn（u,v,w）= Pn（u,v,w）−P1（u,v,w）
(2)短辺ベクトルと長辺ベクトルの内積を判定し、特徴部の直角度の不良を判定する。不良なら違う端部を探す、若しくは、放棄して次のワークを識別する。これは、不定形で柔軟な布のようなワークの場合、認識した端部形状が明らかに直角を形成していないことを意味しているからである。ベクトルが直交する場合内積は０になるので、適当な閾値以下であれば良好と判断し、処理を進行する。
(3)短辺ベクトル方向を正規化しベクトルWとする。
(4)短辺ベクトルと長辺ベクトルの外積を計算し、正規化しベクトルＵとする。
(5)外積W×Uを計算し、正規化しベクトルＶとする。
(6)世界座標の基底で表現したベクトルＵＶＷからなる回転行列Rと、端点位置Ｐ１を成分とする同次変換行列GTMとして、これをワーク把持目標姿勢とする（式３参照）。
ここでは、センサ座標系でワークポーズを求め、世界座標に変換しているが、３点のセンサ座標系での座標値を世界座標値に変換してから世界座標でのワークポーズを求めてもよい。
【００３２】
【数３】
2009279700.tif 000006
【００３３】
なお、ワーク姿勢とツール姿勢の間に相対姿勢差を設ける場合には、ワーク姿勢に相対姿勢を表現する回転行列を作用させて把持姿勢を求めるとよい（式１１参照）。
【００３４】
［４］関節回転角の計算
本実施例の姿勢変換ツール１００で、把持姿勢を表現する際の各関節の回転角は、ワーク姿勢として与えられた回転行列ＲのＷｘ、Ｗｙ、Ｗｚ成分に基づき回転軸駆動部１０３〜１０１の有するＪ１’〜Ｊ３’の関節角度を算出することができる。
具体的には実施例１でＪ１’からＪ３’の回転角がθ１からθ３であたえられたときの把持姿勢をしめす回転行列は、θｎによる回転をn-1Tnとして表記すると式４のようになる。
【００３５】
【数４】
2009279700.tif 000007
【００３６】
上記式３の右辺は、計測により求められたワークポーズ情報であるが、これを上記式４の右辺とした方程式を考える。ここで、行列0Ｔ3で示されるワーク姿勢と、上記式で表現されるフィンガー姿勢を一致させるためのθ１からθ３の回転角度を求める逆運動学の計算式は、下記の式５〜７により規定される。
まず、Ｗｚ成分から、下記式５に基づきθ２が計算できる。
【数５】
2009279700.tif 000008
【００３７】
次に、Ｗｘ成分に、ａcosθ＋ｂsinθ＝Ｃ  のときのθを求める公式である下記６を適用することで、θ１が計算できる。
【数６】
2009279700.tif 000009
【００３８】
最後に、Ｖｚ成分から、下記式５に基づきθ３が計算できる。
【数７】
2009279700.tif 000010
【００３９】
前記の計算は数４の行列の右辺の成分のうちのＷｚ，Ｗｙ，Ｗｚ以外からも同様に求めることができる。
三角関数の特性で除算ができない等の問題が生じるケースがあるが、事前チェックとその状態からθを推測する。これによって３点のデカルト座標値が与えられたときの把持姿勢をとるための３軸マニピュレータの関節角度回転角の計算が可能になる。
また、デカルト座標で制御するロボットの取り付け面に本ツールを接続して、フィンガー先端の位置制御を行う場合には、式４の行列の左から下記の並進移動演算子を作用させることで順運動学の式になるので、並進移動量を含む運動学の計算式は下記式８および９のとおりとなる。
【数８】
2009279700.tif 000011
【数９】
2009279700.tif 000012
よって、並進移動量は上式の逆運動学を解くことによりベクトルPx,Py,Pzとなる。本実施例のフィンガー先端位置はθ１から３の回転によって変化しないという特徴があるので、単純に並進移動ベクトルを計算するだけですむ。
【００４０】
[５］フィンガー姿勢とワーク姿勢のマッチングによる関節回転角の計算
逆運動学計算による演算が困難な場合や、ワーク姿勢の選択肢が限られているような場合においては、演算を簡便に行うために、予め算出したθ１、θ２、θ３についてそれぞれの回転角の組み合わせのときの回転行列がどうなるか テーブルを持っておき、ワーク姿勢の回転行列と最もマッチする組み合わせを採用してもよい。表２は、θ１、θ２の選択肢を−１３５度から１８０度まで４５度おきに設定したときの変換テーブルを例示するものである。なお、表２ではθ３＝０としているが、実際にはθ３の選択肢についても同様のテーブルを用意する。  
手先効果器が２指フィンガーの場合、反転した姿勢でも把持できるので反転姿勢の行列（ベクトルＵおよびＶの符号を入れ替えた行列）を選択肢に含めるとよい。
ベクトルＷは、Ｗ＝Ｕ×Ｖで示される外積である。姿勢一致の度合いは、フィンガー姿勢を構成するＵＶＷの各ベクトルとワーク姿勢を構成するＵＶＷ座標軸の各基底ベクトルとの内積を判定する。ここで、どの軸を優先的にマッチングさせるかについては、把持の過程でおこる接触によりワークがより容易に回転可能な方向のベクトルを優先マッチングする。
なお、下記表２では各θiの選択肢を４５°おきに設定しているが、より高精度な把持が必要なときはさらに細かいθiの選択肢を用意してマッチングさせることも当然可能である。
【００４１】
【表２】
2009279700.tif 000013
【実施例２】
【００４２】
実施例２は、２自由度の姿勢変換ツールに関する。本実施例では、回転軸駆動部１０３を有しない点で実施例１の姿勢変換ツールと相違する。本実施例は、布などワークが変形することを利用し、把持により変形したワーク姿勢とツール姿勢を一致させる制御を行う。
［１］ワークの自由度
ワーク姿勢は、並進３自由度以外に３自由度をもつ。この点、本実施例の姿勢変換ツール１００は、２自由度しか有しないため、ワーク姿勢と合致するツール姿勢を表現できない場合がある。しかし、ワークが布などの柔軟物である場合には、ワーク姿勢とツール姿勢に誤差があっても、２本のフィンガーの間にワークの端部が位置すればワークの把持は可能である。本実施例では、ワークが把持により変形することを利用し、ワーク姿勢とツール姿勢の許容される誤差を前提とした制御をおこなっている。
【００４３】
［２］許容姿勢誤差
ワーク姿勢とツール姿勢との姿勢誤差は、ワーク姿勢を規定するＵ軸、Ｖ軸、Ｗ軸のそれぞれの軸に対して検討する必要がある。
下記の法則が実験結果により確認された（図１２参照）。
(1)Ｕ軸に対して生じた姿勢誤差は、ワークを把持した後も修正されない。
(2)Ｖ軸およびＷ軸に対して生じた姿勢誤差は、許容範囲内の誤差であれば把持に伴うワークの変形により修正される。
【００４４】
姿勢誤差の許容範囲を決定するためのパラメータとしては、２指フィンガーの場合、ワークの最大厚さ、フィンガーの解放幅、フィンガーの幅、フィンガーの長さ（見かけ）、ワーク姿勢識別の正確性、ロボットハンドの動作制御の正確性、再現性などが挙げられる。より具体的には、図１６および下記式１０により求まるクリアランスＤが、ロボット動作の正確性、再現性誤差よりも大きければ把持できる。
【数１０】
2009279700.tif 000014
【００４５】
［３］仮想軸および仮想フィンガー
上記許容姿勢誤差を規定することにより、自由度の低いロボットハンドを用いることが可能となる。また、ワーク姿勢に合致するツール姿勢が特異姿勢になる場合も、特異姿勢と異なるツール姿勢で把持を行うことが可能になる。
本実施例では、ワーク側のＶ軸およびＷ軸に対する変形を追加軸の一つの操作によるものとしてとらえている。すなわち、布の変形を仮想関節、フィンガーの回転と定義することで少ない自由度の姿勢変化ツールによっても把持姿勢を表現することが可能となる。
例えば、姿勢変化ツールが１自由度、２自由度の場合、仮想軸を持つ仮想フィンガーで把持姿勢を演算する。この際、仮想フィンガーは、ワーク姿勢と完全に合致する姿勢を取ることを前提に演算を行う。仮想フィンガーと実際のフィンガーの姿勢誤差が、把持可能な許容誤差範囲にあるならば把持は可能である。
例えば、図１１に示すように、吊り下げた布片のＶ軸方向を合わせて把持を行う場合、布片の端部の姿勢は、長辺方向（Ｖ方向）が下向きの方向性を有することとなる。そして、実験の結果、Ｖ方向に中心軸を有する角度が３０度の円錐のなかに殆どの布片が存在することが確認された。この範囲内で把持姿勢を取れば、把持により変形した布片の姿勢とフィンガーの姿勢は合致することとなる。
また、仮想関節に接続された仮想フィンガーを付加して演算を行うことにより、演算を簡便・高速に行うことを可能としている。すなわち、一方では仮想フィンガーをワーク姿勢に正確に合わせる計算を行い、他方では実際の関節および仮想関節の回転角度を計算し、把持のための進入から把持までの経路等をチェックする際に仮想関節の回転角度が前述の許容誤差内であるか判定し、許容誤差内であれば把持するという演算処理を行っている。
【００４６】
［４］計算方法
回転軸駆動部１０３の有する間接の回転角θ１、回転軸駆動部１０２の有する間接の回転角θ２は、以下の手順により算出される。
まず、ワーク姿勢の回転行列Ｒをステレオ視覚センサからの情報に基づき算出する。次に、ワーク姿勢のＷ軸方向に着目する。
Ｗ軸がθ１+θ２を頂角とする円錐内にあり、かつ、θ１を頂角とする円錐の外にある場合、Ｗ軸は一致させられるがＵ，Ｖ軸は一致できない姿勢が存在することになる。Ｗ軸はＺ方向に一致したとき以外は、Ｗ軸を一致させたときにはワークとの相対姿勢は一義的に決まり、２種類の組み合わせができる。このうち相対姿勢差が最も小さな組み合わせを選び、その姿勢差が限界以内であれば最終的な把持姿勢の変化なく把持ができる。具体的には以下の手順で計算する。
(1)Ｗ成分を一致させるための回転角（θ１、θ２）を計算する。
(2)Ｗ成分を一致させ、ワーク姿勢にツール姿勢を合わせたときのＷ軸周りの仮想フィンガーの回転角を計算する。
(3)許容値と比較して良否判定を行う。
【００４７】
上記(1)においては、３自由度の姿勢変換ツールの逆運動学計算において、θ３を実際の値に固定して行えばよい。
上記(2)、(3)においては、W軸周りの直交度を判定すればよいのでワーク姿勢のＶベクトルとツール姿勢のＶベクトルの内積を計算する。内積はベクトルの直交度を判定できるので、ワークがフィンガーの把持動作に伴いW軸周りに回転する角度を表す数値である。
上記式８の把持条件パラメータを用いて、把持可能な回転誤差の範囲θの閾値を設け、この閾値に当てはまる内積の値を判定し、直交度が小さい方（ベクトルが一致する側）を採用する。
【実施例３】
【００４８】
［１］６自由度アーム部
実施例３は、姿勢変換ツールの駆動部１０５（θ１回転軸）をアーム部のＪ６回転軸と擬制し、駆動部１０３（θ３回転軸）を排除した構成である。本実施例の姿勢変換ツールは、それ自体による姿勢変換の自由度は１である。また、ツール姿勢のＷ軸を回転軸の傾斜角α１、α２と同じ角度で傾斜させて取り付ける構成である。
【００４９】
ステレオ視覚センサに限定されない外部の視覚センサと、アーム部および姿勢変換ツール１００とからなる把持装置により、柔軟物であるワークを把持する際の処理フローは以下のようになる。
(1)ワークを供給する。
(2)視覚センサによりワークの形状等情報を取得する。
(3)ワーク姿勢情報から、フィンガーの把持姿勢を計算する。
(4)計算した把持姿勢のヤコビ行列に基づき特異姿勢であるか否かを判定する。
(5-1)特異姿勢と判定された場合、姿勢変換ツールにより把持部の姿勢を変換する。
(5-2)把持部の姿勢変更後、把持姿勢を再計算し、特異姿勢であるか否かを判定する。
(5-3)上記ステップを所定回数繰り返しても特異姿勢を回避できない場合には処理を中止する。
(6-1)特異姿勢で無いと判定された場合、ロボットハンドに把持姿勢と、ツール１００の姿勢情報等のパラメータを送信する。
(6-2)ロボットハンドが最終的な把持姿勢をとる。
【００５０】
［２］特異点回避の詳細
a)ワークの状態については、例えば、（ア）山積みにされたタオルの山のような場合、（イ）一枚取り出されて平板に皺等があるまま展張して乗せられた場合、（ウ）一枚のタオルの概略端部をロボットハンドで把持して端部高さをそろえて吊り下げられた状態、があげられる。姿勢変換ツール１００による把持は、作業の必要に応じ、(i)姿勢変換を行って、或いは、(ii)予め指定した姿勢で行うことができる。
上記（ア）、（イ）の場合、ワーク姿勢に対するツール姿勢を合わせる必要は無いので下向きの一定の姿勢を把持姿勢として把持を行う。
上記（ウ）の場合、例えば、吊り下げられた布の端部特徴部の姿勢と合致するツール姿勢により把持を行う必要があるので、前段階として別の搬送手段を用いてワークを規定位置まで搬送してから把持を行う。
【００５１】
b)視覚センサによるワーク形状の認識は、上記（ア）、（イ）の場合には一点の把持位置情報のみでも把持を行うことができる。この際、視覚センサをベースフレーム１２に固定し、センサ座標系の計測原点とそのセンサ座標系を世界座標系との同次変換行列形式で持っておくことが好ましい。
上記（ウ）の場合には３点の位置情報（Ｐ１〜Ｐ３の位置情報）が必要である。一般に、ロボットハンドにより作業をする際には、ロボット座標（本実施例では世界座標と統合している）による３点座標値を計測する。但し、実施例１のように、ワーク姿勢の原点位置をツール姿勢の原点位置と一致できるものとして処理してもよい。
上記の視覚センサは、６軸マニピュレータの遊端に取り付けた。この構成において、３点情報STMは、視覚センサの座標系での座標になるので、これを世界座標の座標に変換する。ここで、６軸マニピュレータのメカニカルインターフェースの姿勢と、視覚センサの計測原点姿勢GTSは既知であり、この姿勢差をツールパラメータとして設定すると（図１８参照）、視覚センサの計測原点を制御点としてロボットハンドを動作することができる。
以上より、各点の世界座標値は、座標変換式（Tm＝GTS STM）で視覚センサの内部座標から世界座標値に変換できる（図１５参照）。  
【００５２】
次に３点の位置情報から、実施例１と同様の手順でワーク姿勢を回転行列Ｒの形式に変換する。そして、ロボットベース座標からのワーク原点の位置ベクトルと合わせて同次変換行列にする。ここでは、ワーク姿勢とツール姿勢のポーズが同じとなるようにするので、把持姿勢はワーク姿勢と一致させる。続いて、把持姿勢を取ったときのヤコビ行列の行列式を計算し、正則行列であるかを判定する。正則行列でないと判定された場合には特異姿勢であり、その姿勢表現が困難であるためその回避を行う。
本実施例の姿勢変換ツール１００は、ベースプレート１２および取り付け面１０５に対し、手先効果器に８種類の姿勢をとらせることができる。すなわち、図１０に示すように、Ｊ７回転軸は、その原点から、０，９０，１８０，２７０度の回転角を選択することができ（回転角で４種類の選択）、順手把持および逆手把持の２種類の選択が可能であり、計８種類の把持姿勢を選択することができる。
ヤコビ行列に基づきその目標位置が特異姿勢であるか否かを判定し、特異姿勢であった場合には違うＪ７回転角を再設定し、正則判定し、特異姿勢にならないＪ７回転角を把持姿勢として選択する。なお、ロボットコントローラに送信する前の段階で、ロボットシミュレータに送信して特異姿勢になる場合には違うＪ７選択肢を当てはめて再計算をすると、ロボットコントローラがアラームになり再起動されることが回避できるので好ましい。全てのＪ７回転角が特異姿勢である場合には、把持はできないので処理を中止する（例えば、ワークを離し、制御プログラムの最初に戻る。）。
特異姿勢でない把持姿勢が見つかった場合にはその把持姿勢を表現し把持を行う。把持したワークは次工程に受け渡される。
【００５３】
［３］特異点回避の他の態様
上記［２］ではヤコビ行列を用いて特異点判定したが、ワークとロボットとの相対位置を規定してワークの存在範囲内での６軸多関節ロボットのＪ５関節の姿勢を数個に限定し、その姿勢を極力保持してＪ６軸とＪ７軸の回転により、ワーク姿勢とツール姿勢を一致させることによっても特異姿勢を回避することができる。
例えば、ワークが上記（ウ）の状態にある場合、ワーク姿勢のＷ方向の分布は地面に対して水平方向になることが多く、その場合ツール姿勢のＶ方向の分布は概ね垂直方向になり、Ｕ軸周りの回転は±３０度以内に殆どの場合収まることとなる。
【００５４】
また、２台のロボットハンドを図１８に示すような対向配置とすると、ロボットと作業空間の関係の場合、１台のロボットハンドの姿勢担当範囲は、作業範囲の半分に限定でき、図１８の例では、ロボットＡの姿勢担当範囲はＡ０１からＡ１４となる。そして、ワーク姿勢のＷ方向により、ツールパラメータを規定する表３に示すような分類表に当てはめて姿勢変換ツールの姿勢を変更する。
より詳細には、作業領域内でのびきった状態にならない姿勢でＪ５関節の基本姿勢を２つ選び、その基本姿勢で表現できるツール姿勢をＪ７関節の回転で決める（図１９参照）。そして、ツールパラメータ設定後に、ワーク姿勢とツール姿勢を当てはめる制御を行う。Ｊ７関節によるツールパラメータの選択肢を増やすことで、一つのＪ５姿勢でＷベクトルを上から見た場合の９０度の範囲をカバーすることができ、反転姿勢により１８０度のワーク姿勢変化に対応可能である。このときのＪ５関節の姿勢は、Ｊ４、Ｊ６関節が一直線上になる特異姿勢をとらないで作業空間での把持作業を設計可能である（図１９参照）。従って、この範囲での把持作業ではヤコビ行列の正則判定を行う必要なく、制御が簡便になる。また、別の利点として、予め想定姿勢を限定できるので、ロボットアームに取り付けた視覚センサや姿勢変換ツールの配線が、ロボット関節動作の全てにおいて破損しない構成でないときでも想定外の動作による破損を予防できる。
【００５５】
【表３】
2009279700.tif 000015
【００５６】
上記のツールパラメータは、メカニカルインターフェースＭＩの姿勢とツール姿勢の関係を規定するものであり、ロボットハンドの第６軸関節ポーズから手先効果器ポーズまでのリンクパラメータの一部である。一般的な６軸ロボットコントローラにおいて、上記ＭＩの原点ポーズに対してフィンガー制御点までの並進距離をｘ、ｙ、ｚで表す。またＭＩの原点座標軸方向に対してＸ、Ｙ、Ｚ軸の順に回転して表現した姿勢変化は、ｘ、ｙ、ｚ軸周りの回転角Ａ、Ｂ、Ｃで表される。この関係は、α＝Ａ、β＝Ｂ、γ＝Ｃとした場合、下記式１１のとおりとなる。
ここでは、上記式４の説明において、θ１からθ３の回転によりフィンガーの姿勢変換をしたときのツールパラメータが計算できる。本実施例のようにθ２のみの回転の場合にはθ１、θ３に実際の固定値をあてはめれば、下記式１１の右辺が計算できるので、上記回転角ＡＢＣが計算可能になる。
【数１１】
2009279700.tif 000016
【００５７】
６軸ロボットコントローラは、ロボット座標での制御値とツールパラメータが分かれば姿勢表現するので、Ｊ７回転角を特異点にならないように決めることで特異点を回避する。Ｊ７回転角の選択肢は、９０度おきである。本実施例では、傾斜角が１８度であり、制御点であるフィンガーポーズは図のように変化するので、いずれかの回転角でワークとの相対姿勢は９度以内で把持が可能になる。従って、リストの姿勢変化は制御点とリスト中心を結んだ線から９度以内に限定できるため、特異姿勢が図１９に示す立方体状に設定した作業範囲内で発生しない。
また、前記のようにＪ７姿勢変換機構をもたない場合でも、布のように変形するワークでは、図１２に示すようなワーク座標系でのＶまたはＷ軸周りの許容回転角度内での姿勢誤差を含めたツールパラメータを入力することでも、特異姿勢を回避して正確にワークポーズとフィンガーポーズを合致させて把持することができる。このときのツールパラメータは、遊端の関節ポーズから実際のフィンガーポーズのＶまたはＷ軸周りに設定した仮想軸を回転したフィンガーポーズまでのツールパラメータを上記式１１により計算することで設定できる。
【００５８】
本実施例で使用する２指フィンガーは、以下のような選択肢から適当なものを採用する。
フィンガーおよびグリッパーは、平行把持型、支点開閉型、パラレルリング型から採用する。平行把持型は、図９に示すように、グリッパーの爪取り付け部がスライドするタイプである。支点開閉型は、爪またはグリッパーの取り付け部に支点を設け、爪がレバーの一部として揺動して把持する（図示せず）。パラレルリンク型は、図２０に示すように、爪をパラレルリンクで構成し爪の把持動作がリンク形状と拘束条件によりきまる軌道に沿って把持する。
平行把持型は、把持ストロークが小さく把持力が高いので、上記［２］（ア）、（イ）のような目的の動作に向く。把持ストロークが大きいとワークを何枚も把持してしまうこと、絡んだ場合でもスリップせず引き上げられることがその理由である。
支点開閉型は、把持ストロークが大きいので、上記［２］（ウ）のような目的に向く。把持ストロークが大きいので、位置の認識精度や動作精度が悪くても把持ができるからである。
図２０に示すパラレルリンク型は、フィンガー先端が同じ姿勢で円軌道に沿って把持する。柔軟物ワークとフィンガーの相対関係においては、図１６に示すようなフィンガー解放時のクリアランスＤが適当量必要である。クリアランスＤの値が小さいと把持しにくくなり、大きすぎると把持特徴部以外のものを把持する可能性が大きくなるからである。ここではフィンガーの進入軸方向の位置を補正変化させることでクリアランスＤを制御することができる。パラレルリンク型は、通常フィンガーが閉じたときの先端位置を制御点として制御するところ、ワークの厚みｔが不定な場合や仮想軸を用いて演算したときの姿勢差θにより実際のクリアランスDが小さくなる場合には、把持制御点を奥側に補正してやることで対応ができる利点を有する。従って、上記［２］（ア）、（イ）、（ウ）のいずれにも好適に使用可能である。
なお、パラレルリンク型以外であっても、グリッパーのアクチュエータを直接制御することで開閉幅自体を制御してもよいのはもちろんである。
把持姿勢について補足すると、上記［２］（ア）、（イ）のときは下向きの固定姿勢で布をつまむように把持することになる。特に（イ）のときは、図２０のようなパラレルハンドの爪先端部を平板に平行に配置した姿勢をとり、進入把持することで、ワークが広がっていた場合に、ワーク姿勢に合わせた把持が可能である。爪の形状をこのように構成すれば、平行把持型や支点開閉型においても同様の把持が可能であるが、パラレルリンク型の方が奥に進入しながら把持するのでより把持がしやすいという有利な効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、病院やホテル等で使用するシーツや包布、枕カバー、衣類、病衣、バスタオル、フェイスタオル等の貸出を行い、ユーザーが使用した後に回収、工場にて洗濯・クリーニングの後、再び提供するリネンサプライ事業のライン全体の自動化を実現することが可能となる。より具体的には、例えば、洗濯機へ投入を行う作業や、洗濯後のリネン類の端点を摘んで仕上げ機へ投入を行う作業など、従来作業員により手作業で行っていた作業を自動化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明のハンドリングシステムの全体構成図である。
【図２】本発明のハンドリングシステムの作業工程の概要を説明するための図面である。
【図３】本発明のフィンガー機構によりワークを把持する手順の流れ図である。
【図４】(i) 本発明の撮像機構による特徴部撮像の説明図と、(ii)本発明のフィンガー機構の姿勢変化の説明図である。
【図５】本発明の投影装置を備える撮像機構の説明図である。
【図６】本発明のロボットハンドの全体構成図である。
【図７】本発明の姿勢変換ツールの全体構成図である。
【図８】ＸＹＺ固定角した場合の姿勢変換ツールによる姿勢制御のイメージ図である。
【図９】手先効果器の姿勢変換を説明するための図面である。
【図１０】姿勢変換ツールのＪ７回転軸により原点からの回転角を選択する様子を説明するための図面である。
【図１１】仮想軸とワークの長辺の存在範囲を説明するための円錐モデルである。
【図１２】(i) ワークと仮想フィンガーの姿勢が合致した状態を示す図面と、(ii)(i)の場合における実際のフィンガー機構およびワークの姿勢を示した図面である。
【図１３】外部センサと、ロボットハンドの接続態様の一例を示す図面である。
【図１４】外部センサとロボットハンドの通信処理フローの一例を示す図面である。
【図１５】ワークの特徴部の座標情報を目標把持姿勢情報に変換する手順を説明するための図面である。
【図１６】姿勢誤差の許容範囲を決定するためのクリアランスＤを算出するための要素を説明するための図面である。
【図１７】カーテジアンロボットアームによる構成例を示す外観斜視図である。
【図１８】２台のロボットハンドを対向配置した場合のロボットハンドの姿勢担当範囲を説明するための平面図である。
【図１９】一つのリスト姿勢で、９０度の姿勢変化ができること説明する図面である。
【図２０】パラレルリンク式のフィンガーグリッパーの図面である。
【符号の説明】
【００６１】
１  フレーム
２  プルアップハンド（吊し用ハンド）
３  全体撮像機構（全体用ステレオ視覚センサ）
４  手先撮像機構（ハンド用ステレオ視覚センサ）
５  ワーク（布類）
６  ワークの山
７  認識用台
８  折畳機
９  コンベア装置
１０  ロボットハンドＡ
１１  アーム部
１２  ベースプレート
２０  ロボットハンドＢ
３１，４１  プロジェクタ（投影装置）
３２，３３，４２，４３  カメラ（撮像素子）
５１  長辺
５２  短辺
６０  投影パターン
７１  ロボットベースポーズ
７２  ワークベースポーズ
７３  ＸＹＺ並進移動ベクトル
１００  姿勢変換ツール
１０３〜１０１  ロータリーアクチュエータ（回転軸駆動部）
１０４  エンドエフェクタ（手先効果器）
１０５  取り付け面
【図３】
2009279700.tif 000017
【図１４】
2009279700.tif 000018
【図１】
2009279700.tif 000019
【図２】
2009279700.tif 000020
【図４】
2009279700.tif 000021
【図５】
2009279700.tif 000022
【図６】
2009279700.tif 000023
【図７】
2009279700.tif 000024
【図８】
2009279700.tif 000025
【図９】
2009279700.tif 000026
【図１０】
2009279700.tif 000027
【図１１】
2009279700.tif 000028
【図１２】
2009279700.tif 000029
【図１３】
2009279700.tif 000030
【図１５】
2009279700.tif 000031
【図１６】
2009279700.tif 000032
【図１７】
2009279700.tif 000033
【図１８】
2009279700.tif 000034
【図１９】
2009279700.tif 000035
【図２０】
2009279700.tif 000036