特開 2024-68941 ロボットアーム、ロボットアームシステム及びロボットアーム制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024068941

(43)【公開日】2024-05-21

(54)【発明の名称】ロボットアーム、ロボットアームシステム及びロボットアーム制御方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20240514BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022179633

(22)【出願日】2022-11-09

(71)【出願人】

【識別番号】596184605

【氏名又は名称】高瀬 國克

(71)【出願人】

【識別番号】504454060

【氏名又は名称】株式会社アプライド・ビジョン・システムズ

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100169753

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 幸子

(74)【代理人】

【識別番号】100174067

【弁理士】

【氏名又は名称】湯浅 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100218051

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 政允

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(72)【発明者】

【氏名】高瀬 國克

(72)【発明者】

【氏名】高橋 裕信

(72)【発明者】

【氏名】吉見 隆

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS01

3C707BS10

3C707DS01

3C707ES03

3C707ET03

3C707EU05

3C707EV04

3C707KS06

3C707KS17

3C707KS30

3C707KT01

3C707KT04

3C707LT11

3C707LV07

(57)【要約】

【課題】対象物の被把持位置を正確に決定し、対象物を把持することのできるロボットアーム、ロボットアームシステム及びロボットアーム制御方法を提供する。
【解決手段】ロボットアーム１は、対象物を把持する把持部１１０を直線移動させる把持部移動機構と、把持部移動機構の基部である第３リンク１４０を固定ベース５００に対して移動させる基部移動機構と、把持部１１０が移動する直線移動方向であって、把持部１１０に向かう方向に視線方向を有し、基部に固定されたカメラ５１０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

把持部を直線移動させる把持部移動機構と、
前記把持部移動機構の基部を、固定ベースに対して移動させる基部移動機構と、
前記把持部が移動する直線移動方向であって、前記把持部に向かう方向に視線方向を有し、前記基部に固定されたカメラと、を備える、
ロボットアーム。

【請求項2】

前記把持部移動機構は、
前記把持部を先端に有する第１リンクを、前記第１リンクの延在方向に垂直な第１軸周りに回転させる第１関節と、
前記第１関節から前記第１軸に垂直な方向に延在する第２リンクを、前記第１軸に平行な第２軸周りに回転させる第２関節と、を備え、
前記基部は、前記第２関節を支持する、
請求項１に記載のロボットアーム。

【請求項3】

前記第１リンクと前記第２リンクの長さは同じであり、
前記第１リンクの前記第１軸周りの回転は、前記第２リンクの前記第２軸周りの回転の２倍である、
請求項２に記載のロボットアーム。

【請求項4】

前記第２リンクに結合され前記第１リンクに平行の第１補助リンクと、
前記第１リンクに結合され前記第２リンクに平行の第２補助リンクと、
前記第１補助リンクと前記第２補助リンクとを互いに回転可能に結合する結合部を直線移動させる直線ガイドと、を更に備える、
請求項２に記載のロボットアーム。

【請求項5】

前記基部移動機構は、前記基部を前記第２軸と同じ又は平行の第３軸周りに回転する第３関節と、前記第３関節を支持する第４リンクを、前記固定ベースから鉛直上方に延びた第４軸周りに回転させる第４関節と、を含む、
請求項２に記載のロボットアーム。

【請求項6】

前記カメラの撮影画像に基づいて、前記第３関節又は第４関節を回転させて、前記カメラの視野の中心と対象物とを一致させた後に、前記第１関節及び前記第２関節を回転させて、前記カメラの視線方向において前記把持部の把持基準点と前記対象物の被把持位置とを一致させる制御を行う制御部を更に備える、
請求項５に記載のロボットアーム。

【請求項7】

前記把持部の指の根元に、前記把持基準点に向かう方向であって、前記第１リンクの延在方向に光線を照射する光線照射装置を更に備え、
前記把持部は、前記対象物上に現れた前記光線のパターンの位置に基づいて前記把持基準点と前記対象物の被把持位置とを一致させた時に、前記指で前記対象物を把持する、
請求項６に記載のロボットアーム。

【請求項8】

前記把持部の把持基準点を通り前記第１リンクの延在方向に延びた第１基準線と前記第１軸との交点を肘中心とし、前記肘中心を通り前記第２リンクの延在方向に平行な第２基準線と前記第２軸との交点を肩中心としたとき、
前記把持基準点と前記肘中心との間の距離は、前記肘中心と前記肩中心との間の距離と同じであり、
前記第１関節と前記第２関節の回転により、前記把持基準点は、前記肩中心を通る第３基準線上を直線移動する、
請求項３に記載のロボットアーム。

【請求項9】

把持部を直線移動させる把持部移動機構と、前記把持部移動機構の基部を固定ベースに対して移動させる基部移動機構と、前記把持部が移動する直線移動方向であって前記把持部に向かう方向に視線方向を有し前記基部に固定されたカメラと、を備えるロボットアームと、
前記カメラの撮影画像に基づいて前記基部移動機構を駆動させて、前記カメラの視野の中心と対象物とを一致させた後に、前記把持部移動機構を駆動させて、前記カメラの視線方向において前記把持部の把持基準点と前記対象物の被把持位置とを一致させる制御を行う制御コンピュータと、を備える、
ロボットアームシステム。

【請求項10】

把持部を直線移動させる把持部移動機構と、前記把持部移動機構の基部を固定ベースに対して移動させる基部移動機構と、を備えるロボットアームの制御方法であって、
前記把持部が移動する直線移動方向であって前記把持部に向かう方向を、前記基部に固定されたカメラで撮影する撮影ステップと、
前記カメラの撮影画像に基づいて、前記基部移動機構により前記基部を固定ベースに対して移動させる基部移動ステップと、
前記把持部移動機構により前記把持部を直線移動させる把持部移動ステップと、を有する、
ロボットアームの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットアーム、ロボットアームシステム及びロボットアーム制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

対象物を把持して搬送するロボットアーム又はロボットハンドが広く用いられている（例えば、特許文献１，２）。特許文献１に記載の搬送ロボットは、ベース体のモータ軸に固定された第１アームが、モータ軸側の第１プーリと他端の第２プーリを備え、第２アームが、第２プーリと同軸の第３プーリと他端の第４プーリを備え、第４プーリの軸に保持部が固定されている。第１プーリと第２プーリの回転比を１：２とし、第３プーリと第４プーリの回転比を２：１とすることにより、保持部を同一姿勢で直線運動させることができると説明されている。

【0003】

また、特許文献２に記載の移動ロボットシステムは、上方から照射マークを照射し、移動ロボットの先端に設置したカメラで照射マークを検出することにより、位置ずれ量を求めている。このように照射マーク及びカメラを用いることによりロボットアームの動作ポイントの位置補正に要する時間を短くすることができると説明されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－２０２５８号公報

【特許文献2】特開２００１－２５２８８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に示すような搬送ロボットにおいて、直線運動する時の直線の方向や、保持位置を決定するためには、カメラで対象物又は保持位置を撮影し、撮影画像に基づいて搬送ロボットを動作させる。このとき、特許文献２のように、ロボット又は対象物の上方から照射マークを照射させ、ロボットの先端に配置したカメラで撮影する場合、ロボットアームの形状又は向きによっては、照射マークをロボットアームが遮り、設定された位置に照射されない場合がある。

【0006】

また、対象物を把持して搬送するロボットアームの先端にカメラを配置する場合、対象物を把持する時にカメラも対象物に近づくため環境監視できなくなる。このため、対象物を把持した後の搬送又は解放を含む動作を、カメラ画像に基づいて制御するのが困難になるという問題がある。

【0007】

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、対象物の被把持位置を正確かつ容易に決定し、対象物を容易に把持することのできるロボットアーム、ロボットアームシステム及びロボットアーム制御方法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】

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るロボットアームは、
把持部を直線移動させる把持部移動機構と、
前記把持部移動機構の基部を、固定ベースに対して移動させる基部移動機構と、
前記把持部が移動する直線移動方向であって、前記把持部に向かう方向に視線方向を有し、前記基部に固定されたカメラと、を備えることを特徴とする。

【0009】

前記把持部移動機構は、
前記把持部を先端に有する第１リンクを、前記第１リンクの延在方向に垂直な第１軸周りに回転させる第１関節と、
前記第１関節から前記第１軸に垂直な方向に延在する第２リンクを、前記第１軸に平行な第２軸周りに回転させる第２関節と、を備え、
前記基部は、前記第２関節を支持するものであってもよい。

【0010】

前記第１リンクと前記第２リンクの長さは同じであり、
前記第１リンクの前記第１軸周りの回転は、前記第２リンクの前記第２軸周りの回転の２倍であってもよい。

【0011】

前記第２リンクに結合され前記第１リンクに平行の第１補助リンクと、
前記第１リンクに結合され前記第２リンクに平行の第２補助リンクと、
前記第１補助リンクと前記第２補助リンクとを互いに回転可能に結合する結合部を直線移動させる直線ガイドと、を更に有してもよい。

【0012】

前記基部移動機構は、前記基部を前記第２軸と同じ又は平行の第３軸周りに回転する第３関節と、前記第３関節を支持する第４リンクを、前記固定ベースから鉛直上方に延びた第４軸周りに回転させる第４関節と、を含んでもよい。

【0013】

前記カメラの撮影画像に基づいて、前記第３関節又は第４関節を回転させて、前記カメラの視野の中心と対象物とを一致させた後に、前記第１関節及び前記第２関節を回転させて、前記カメラの視線方向において前記把持部の把持基準点と前記対象物の被把持位置とを一致させる制御を行う制御部を更に備えてもよい。

【0014】

前記把持部の指の根元に、前記把持基準点に向かう方向であって、前記第１リンクの延在方向に光線を照射する光線照射装置を更に備え、
前記把持部は、前記対象物上に現れた前記光線のパターンの位置に基づいて前記把持基準点と前記対象物の被把持位置とを一致させた時に、前記指で前記対象物を把持してもよい。

【0015】

前記把持部の把持基準点を通り前記第１リンクの延在方向に延びた第１基準線と前記第１軸との交点を肘中心とし、前記肘中心を通り前記第２リンクの延在方向に平行な第２基準線と前記第２軸との交点を肩中心としたとき、
前記把持基準点と前記肘中心との間の距離は、前記肘中心と前記肩中心との間の距離と同じであり、
前記第１関節と前記第２関節の回転により、前記把持基準点は、前記肩中心を通る第３基準線上を直線移動してもよい。

【0016】

また、本発明の第２の観点に係るロボットアームシステムは、
把持部を直線移動させる把持部移動機構と、前記把持部移動機構の基部を固定ベースに対して移動させる基部移動機構と、前記把持部が移動する直線移動方向であって前記把持部に向かう方向に視線方向を有し前記基部に固定されたカメラと、を備えるロボットアームと、
前記カメラの撮影画像に基づいて前記基部移動機構を移動させて、前記カメラの視野の中心と対象物とを一致させた後に、前記把持部移動機構を駆動させて、前記カメラの視線方向において前記把持部の把持基準点と前記対象物の被把持位置とを一致させる制御を行う制御コンピュータと、を備えることを特徴とする。

【0017】

また、本発明の第３の観点に係るロボットアーム制御方法は、
把持部を直線移動させる把持部移動機構と、前記把持部移動機構の基部を固定ベースに対して移動させる基部移動機構と、を備えるロボットアームの制御方法であって、
前記把持部が移動する直線移動方向であって前記把持部に向かう方向を、前記基部に固定されたカメラで撮影する撮影ステップと、
前記カメラの撮影画像に基づいて、前記基部移動機構により前記基部を固定ベースに対して移動させる基部移動ステップと、
前記把持部移動機構により前記把持部を直線移動させる把持部移動ステップと、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、把持部が移動する直線上に視線方向を有し、基部に固定されたカメラを用いるため、把持部移動機構の動作によらず、対象物の被把持位置を正確に決定し、対象物を把持することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施の形態１に係るロボットアームの外観を示す斜視図である。

【図2】実施の形態１に係るロボットアームの基準線を通る断面から見た図である。

【図3】第２～第４リンクの拡大図である。

【図4】第１リンクの拡大図である。

【図5】ロボットアームシステムの構成を示す図である。

【図6】ロボットアーム制御処理のフローチャートである。

【図7】変形例に係るロボットアームの外観を示す斜視図である。

【図8】実施の形態２に係るロボットアームの基準線を通る断面から見た図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（実施の形態１）
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一又は相当する部分には同一符号を付す。

【0021】

本実施の形態１に係るロボットアーム１は、対象物を把持し移動させるロボットであり、対象物を把持する把持部１１０を直線的に移動させる把持部移動機構と、把持部移動機構の基部を固定ベース５００に対して移動させる基部移動機構と、を備える。

【0022】

図１は、本実施の形態１に係るロボットアーム１の外観を示す斜視図である。本実施の形態１において、ロボットアーム１が、回転関節から構成される多関節機構のロボットである場合について説明する。ロボットアーム１の把持部移動機構は、図１に示すように、把持部１１０を先端に有する第１リンク１２０と、第１関節２１０により第１リンク１２０と回転可能に結合された第２リンク１３０と、第２リンク１３０を回転させる第２関節２２０を支持する第３リンク１４０と、を備える。ここで、第３リンク１４０は、把持部移動機構の基部として機能する。

【0023】

また、ロボットアーム１の基部移動機構は、第３関節２３０により第３リンク１４０と回転可能に結合された第４リンク１５０と、固定ベース５００と、を備え、第４リンク１５０は、固定ベース５００に設けられた第４関節２４０により回転される。ここで、図１は、機能的構成を表した概略図であり、機構又は構造を簡略化して表している。以下、各構成部の機能及び動作について説明する。

【0024】

まず、第４関節２４０は、固定ベース５００から鉛直方向に延びた回転軸（第４軸）を有しており、駆動装置４４０により回転駆動される。第４関節２４０の第４軸周りの回転角度をθ_４とする。第４関節２４０の回転により、第４関節２４０に結合された第４リンク１５０は、鉛直軸である第４軸周りに回転する。第４リンク１５０の形状は任意であるが、例えば、図１に示すように、断面がＬ字の板状体である。駆動装置４４０は、例えば、位置制御型又は速度制御型のデジタルサーボである。

【0025】

第３関節２３０は、第４リンク１５０から水平方向に延びた回転軸（第３軸）を有しており、駆動装置４３０により回転駆動される。第３関節２３０の第３軸周りの回転角度をθ_３とする。第３関節２３０の回転により、第３関節２３０に結合された第３リンク１４０は、水平軸である第３軸周りに回転する。第３リンク１４０の形状は任意であるが、例えば、図１に示すように、断面がＵ字の板状体である。駆動装置４３０は、例えば、位置制御型又は速度制御型のデジタルサーボである。

【0026】

第２関節２２０は、第３リンク１４０に支持され水平方向に延在する回転軸（第２軸）を有しており、駆動装置４２０により回転駆動される。第２関節２２０の第２軸周りの回転角度をθ_２とする。第２関節２２０の回転により、第２関節２２０に結合され、第２軸に対して垂直方向に延びる第２リンク１３０は、水平軸である第２軸周りに回転する。駆動装置４２０は、例えば、位置制御型又は速度制御型のデジタルサーボである。

【0027】

ここで、第２関節２２０の回転軸は、第３リンク１４０に支持されて水平であれば任意の方向でよいが、視認性又は操作性の観点から、第３関節２３０と同軸又は平行が好ましい。例えば、第３リンク１４０が、図１に示すように断面がＵ字の板状体である場合には、第２関節２２０の第２軸は、対向する２枚の板の少なくともいずれか一方に支持されている。第２リンク１３０は、例えば、片端が第２関節２２０に結合された柱状体である。

【0028】

第２リンク１３０の第２関節２２０と反対側の端部は第１関節２１０に結合されている。第１関節２１０は、第２関節２２０の回転軸（第２軸）に平行な回転軸（第１軸）を有しており、第２リンク１３０は、第１関節から第１軸に垂直な方向に延在していると言える。第１関節２１０は、駆動装置４２０から伝達された駆動力により回転駆動され、第１関節２１０の第１軸周りの回転角度をθ_１とする。

【0029】

第１関節２１０に結合され第１軸に対して垂直方向に延びる第１リンク１２０は、水平軸である第１軸周りに回転する。第１リンク１２０は、例えば、片端が第１関節２１０に結合された柱状体と、柱状体の先端に備えられた把持部１１０と、を含む。把持部１１０は、柱状体と同方向に延在する。

【0030】

ここで、把持部１１０を含む第１リンク１２０の長さと第２リンク１３０の長さは同じであり、第１関節２１０と第２関節２２０は、θ_１＝２×θ_２の関係を保った状態で回転する。これにより、第２関節２２０の回転によりθ_２が変化したとき、第１リンク１２０の先端に位置する把持部１１０の把持基準点Ｃ１は、直線的に移動する。ここで把持基準点Ｃ１は、対象物の被把持位置に一致させることで対象物の把持を可能にする点である。

【0031】

より詳細には、第１リンク１２０の延在方向に沿った基準線（第１基準線）をＬ１、基準線Ｌ１と第１関節２１０の回転軸（第１軸）との交点を肘中心Ｃ２、肘中心Ｃ２を通り第２リンク１３０の延在方向に平行である基準線（第２基準線）をＬ２、基準線Ｌ２と第２関節２２０の回転軸（第２軸）との交点を肩中心Ｃ３とするとき、基準線Ｌ１上の把持基準点Ｃ１から肘中心Ｃ２までの距離と、肘中心Ｃ２から肩中心Ｃ３までの距離が同じになるように把持基準点Ｃ１を設定する。θ_１＝２×θ_２の関係を保った状態で第１関節２１０及び第２関節２２０が回転したとき、把持基準点Ｃ１は肩中心Ｃ３を通る基準線（第３基準線）Ｌ３上を直線移動する。

【0032】

θ_１＝２×θ_２の関係を保つための機構は任意である。例えば、径が２：１である２つのプーリ、２つのかさ歯車、又は、内歯歯車及び外歯歯車を用いる。図２、３は、径が２：１の内歯歯車２２１と外歯歯車２２２とを備えるロボットアーム１の例を示した図である。図２が基準線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を通る断面からｘ方向に見た図であり、図３が第２～第４リンク１３０，１４０，１５０の拡大図である。

【0033】

図２，３の例において、第３リンク１４０には、中心軸Ｂが第２関節２２０の回転軸と一致しておりピッチ円半径がＲの内歯歯車２２１が固定されている。この内歯歯車２２１にかみ合いピッチ円半径がＲ／２の外歯歯車２２２が、その回転軸が基準線Ｌ２に直交するように第２リンク１３０に設置されている。外歯歯車２２２の回転が補助リンク１３１、補助リンク１３２を含む平行リンク機構で第１リンク１２０に伝達される。補助リンク１３１を外歯歯車２２２に固定した状態で、第３リンク１４０の内歯歯車２２１に対して第２リンク１３０を回転させたとき、θ_１＝２×θ_２の関係を維持しつつ、第１リンク１２０が回転する。

【0034】

第３リンク１４０には、把持基準点Ｃ１を中心とする一定の領域を撮影するカメラ５１０が固定されている。カメラ５１０は、把持基準点Ｃ１と肩中心Ｃ３を通る基準線Ｌ３上に備えられ、視線方向が把持部１１０の把持基準点Ｃ１が移動する直線移動方向であって、把持基準点Ｃ１に向かう方向である。カメラ５１０は、第３リンク１４０とともに回転移動するが、把持基準点Ｃ１は基準線Ｌ３上を直線移動するため、カメラ５１０の視野の中心には把持基準点Ｃ１が存する。

【0035】

つまり、カメラ５１０は把持基準点Ｃ１を常に観察できるため、対象物の被把持位置を正確に特定することができる。また、カメラがロボットアームの先端に位置する場合と比較して、把持基準点Ｃ１から離れた位置より撮影するため、対象物を把持した後の移動又は解放を含む動作時も、カメラ５１０は環境を含めて対象物を観察することができる。

【0036】

さらに、ロボットアームの先端にカメラがある場合には、接近時に対象物までの距離が大きく変化し、遠距離から近距離の撮影を行う必要があるため、すべての距離において焦点が合った鮮明な画像を得ることが難しいという課題があった。これに対し、本実施の形態においては、カメラ５１０が第３リンク１４０に固定されていることにより把持部が対象物に近づいてもカメラと対象物の距離は変わらないため、鮮明な画像を得ることが可能となる。

【0037】

把持部１１０は、図４に示すように、第１リンク１２０の先端に設けられ、第１リンク１２０の延在方向である基準線Ｌ１に沿った２以上の指１１１を有する。把持部１１０は、把持装置１１２により２以上の指１１１を互いに近づけることで対象物を把持する。図４は、把持部１１０を含む第１リンク１２０の例を示した拡大図である。なお、指１１１と把持装置１１２の形状及び機構は任意である。例えば、２以上の指１１１に代えて、先端に吸着パッド等を備えた１の指を第１リンク１２０の先端に設けて、対象物を吸着させてもよい。

【0038】

図４の例において、把持装置１１２は、指１１１が固定されたウォーム歯車１１４と、ウォーム歯車１１４と噛み合わされるウォームギア１１３と、ウォームギア１１３を回転させるギアド直流モータ１１５と、を含む。ギアド直流モータ１１５の駆動により、ウォームギア１１３が回転し、ウォームギア１１３に噛み合わされたウォーム歯車１１４が互いに反対の方向に回転し、ウォーム歯車１１４に固定された指１１１が開閉する。

【0039】

指１１１の根元に位置する把持装置１１２には、光線照射装置５２０が備えられ、把持基準点Ｃ１に向かって基準線Ｌ１の方向に光線を照射している。光線照射装置５２０は、例えばレーザポインタである。光線が対象物又は環境に当たったときのパターンの、カメラ５１０の撮影画像における位置（ｘｙ座標）に基づいて、対象物又は環境におけるパターンが存する３次元位置を取得することができる。パターンが撮影画像の中心に来たとき、把持基準点Ｃ１とパターンの位置が一致する。なお、パターンの形状は任意であるが、スポット又は十字型のパターンのように中心が認識しやすいパターンが好ましい。

【0040】

ロボットアーム１は、カメラ５１０の撮影画像におけるパターンの位置に基づいて各リンクを回転させることにより、対象物の被把持位置に把持基準点Ｃ１を合わせた後、把持部１１０の指１１１により対象物を把持する。図５はロボットアーム１を動作させるためのロボットアームシステム１０の概要図である。

【0041】

ロボットアームシステム１０は、ロボットアーム１を制御する制御コンピュータ１１と、ネットワーク１２を介して制御コンピュータ１１と通信接続されたユーザ端末１３と、を備える。ネットワーク１２は、任意の通信方式の有線又は無線のネットワークであり、インターネットでもよく、又は、専用ネットワークでもよい。なお、制御コンピュータ１１とユーザ端末１３は、近距離無線等により直接通信接続されていてもよい。

【0042】

制御コンピュータ１１はプロセッサ１１００と記憶部１１１０を備え、プロセッサ１１００は、記憶部１１１０に記憶されている制御プログラムを実行することにより、画像転送部１１０１、操作信号生成部１１０２として機能する。

【0043】

制御コンピュータ１１は、入出力インタフェース１１２０と、カメラインタフェース１１３０と、を更に備える。入出力インタフェース１１２０は、ロボットアーム１の駆動装置４２０，４３０，４４０に通信接続され、また、ドライバ１１４０を介して光線照射装置５２０及び把持装置１１２に通信接続されている。カメラインタフェース１１３０は、ロボットアーム１のカメラ５１０に通信接続されている。

【0044】

画像転送部１１０１は、ロボットアーム１のカメラ５１０からカメラインタフェース１１３０を介して取得した撮影画像を、ネットワーク１２を介してユーザ端末１３に転送する。

【0045】

操作信号生成部１１０２は、ユーザ端末１３からの操作指示に基づいて操作信号を生成し、入出力インタフェース１１２０を介して、駆動装置操作信号、把持装置操作信号及び光線照射操作信号をロボットアーム１に対して送信する。

【0046】

ユーザ端末１３は、任意の通信端末であり、例えば、スマートフォンまたはタブレット型端末であり、ロボットアーム制御用のアプリケーションがインストールされている。ユーザ端末１３のプロセッサは、該アプリケーションを実行することにより、モニタに制御コンピュータ１１から受信した撮影画像１３０１と、ロボットアーム１制御用の操作キー１３０２と、を表示させ、ユーザの操作キー１３０２への入力に基づく操作指示データを制御コンピュータ１１に送信する。

【0047】

以下、ロボットアームシステム１０におけるロボットアーム１の動作について、図６に示すフローチャートに沿って、詳細に説明する。図６は、制御コンピュータ１１が実行するロボットアーム制御処理を示すフローチャートである。

【0048】

まず、画像転送部１１０１が、カメラ５１０の撮影画像１３０１の転送を開始する（ステップＳ１０１：撮影ステップ）。ユーザはユーザ端末１３のモニタで撮影画像１３０１を見て、対象物がカメラ５１０の視野の中心と一致しているか否かを判定する。より詳細には、対象物の被把持位置が撮影画像１３０１の中心から一定の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ここで、撮影画像１３０１の画面には中心位置を明示するマーカーを表示させてもよい。

【0049】

被把持位置が撮影画像１３０１の略中心にない場合には（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ユーザは、ユーザ端末１３の操作キー１３０２を操作して、第４関節２４０の回転角θ_４又は第３関節２３０の回転角θ_３を変更させる操作指示を行う。操作信号生成部１１０２は、操作指示に基づいて、第４関節２４０又は第３関節２３０を回転させて第３リンク１４０を移動させる操作信号（駆動装置操作信号）を生成し、駆動装置４３０，４４０に対して出力する（ステップＳ１０３：基部移動ステップ）。そして、被把持位置が撮影画像１３０１の略中心に来るまで、第３リンク１４０を移動させる処理を繰り返す。

【0050】

被把持位置が撮影画像１３０１の略中心に来たときに（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ユーザは、ユーザ端末１３の操作キー１３０２を操作して、光線照射指示を行う。操作信号生成部１１０２は、操作指示に基づいて、光線照射装置５２０に対して光線照射操作信号を出力し、光線照射を開始させる（ステップＳ１０４）。

【0051】

次に、ユーザはユーザ端末１３のモニタで撮影画像１３０１を見て、光線照射によるパターンが撮影画像１３０１の中心にあるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。パターンが撮影画像１３０１の中心にない場合には（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、ユーザは、ユーザ端末１３の操作キー１３０２を操作して、第２関節２２０の回転角θ_２を変更させる操作指示を行う。操作信号生成部１１０２は、操作指示に基づいて、第２関節２２０を回転させ肘中心Ｃ２及び把持基準点Ｃ１を移動させる操作信号（駆動装置操作信号）を生成し、駆動装置４２０に対して出力する（ステップＳ１０６：把持部移動ステップ）。これにより把持基準点Ｃ１は、基準線Ｌ３上を直線移動する。そして、パターンが撮影画像１３０１の中心に来るまで、把持基準点Ｃ１を移動させる処理を繰り返す。

【0052】

パターンが撮影画像１３０１の中心に来たときに（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、把持基準点Ｃ１は、光線の光軸と対象物表面との交点（把持前点）に位置する。その後、さらにθ_２，θ_３，θ_４を変化させて位置を調整し、カメラ５１０の視線方向において、把持基準点Ｃ１と被把持位置とを一致させる。

【0053】

把持基準点Ｃ１が被把持位置に一致したとき、ユーザは、ユーザ端末１３の操作キー１３０２を操作して、把持操作指示を行う。操作信号生成部１１０２は、操作指示に基づいて、指１１１を開閉させて対象物を把持させる把持装置操作信号を生成し、把持装置１１２に対して出力する（ステップＳ１０７）。

【0054】

把持部１１０が対象物を把持した後は、更に、ユーザの操作指示に基づき角度θ_２，θ_３，θ_４を変化させて把持した対象物を目標地点に移動させ、把持部１１０の指１１１を開かせることで、対象物を解放する。

【0055】

このようにして、ロボットアーム１は、制御コンピュータ１１の制御により、把持基準点Ｃ１を被把持位置に移動させて、対象物を把持し、目標地点に移動させて解放する。

【0056】

以上説明したように、本実施の形態に係るロボットアーム１は、対象物を把持する把持部１１０を先端に有する第１リンク１２０を回転させる第１関節２１０と、第１関節２１０に接続された第２リンク１３０を、第１関節２１０の回転角θ_１の半分の回転角θ_２で回転させる第２関節２２０と、を含む把持部移動機構を備える。第２関節２２０を回転可能に支持する第３リンク１４０は、第３関節２３０又は第４関節２４０を含む基部移動機構により、固定ベース５００に対して回転移動する。さらに、前記第３リンク１４０に対して固定されたカメラ５１０は、把持基準点Ｃ１が直線移動する基準線Ｌ３の方向を把持基準点Ｃ１に向かって撮影し、カメラ５１０の撮影画像に基づいて、各関節及び把持部１１０が制御されるとした。これにより、対象物の被把持位置を正確に決定し、確実に対象物を把持することが可能となる。

【0057】

なお、本実施の形態１において、駆動装置４２０を駆動することにより第１関節２１０の回転角θ_１の半分の回転角θ_２で第２関節２２０を回転させ、第２関節２２０を支持する第３リンク１４０を駆動装置４３０により駆動させるとしたが、これらの駆動制御は、他の形態で行ってもよい。例えば、第２関節２２０と第３関節２３０とを同軸として、２軸一体型のモータを用いて、第２関節２２０と第３関節２３０を回転させてもよい。

【0058】

図７は、第２関節２２０と第３関節２３０とが同軸であり、２軸一体型のモータである駆動装置４５０を用いる場合の変形例に係るロボットアーム２の斜視図である。図７の例において、鉛直線と基準線Ｌ２（第２リンク１３０）との角度をθ_２’とし、鉛直線と基準線Ｌ３（肩中心Ｃ３と把持基準点Ｃ１を通る基準線）との角度をθ_３’としたときに、（θ_３’－θ_２’）＝θ_１／２を満たすように、２軸一体型のモータを用いてθ_２’及びθ_３’を制御する。これにより、把持基準点Ｃ１を直線移動させ、カメラ５１０で把持基準点Ｃ１を撮影することができる。

【0059】

（実施の形態２）
実施の形態２について図８を参照して詳細に説明する。なお、図中同一又は相当する部分には同一符号を付す。本実施の形態２に係るロボットアームシステム１０の全体構成、制御方法及び動作は、実施の形態１と同様である。

【0060】

本実施の形態２に係るロボットアーム２も、実施の形態１と同様に、対象物を把持し移動させるロボットであり、対象物を把持する把持部１１０を直線的に移動させる把持部移動機構と、把持部移動機構の基部を固定ベース５００に対して移動させる基部移動機構と、を備える。本実施の形態２に係るロボットアーム２は、把持部移動機構の構成が実施の形態１と異なるため、把持部移動機構について詳細に説明する。

【0061】

本実施の形態２においても、ロボットアーム１の把持部移動機構は、図８に示すように、把持部１１０を先端に有する第１リンク１２０と、第１関節２１０により第１リンク１２０と回転可能に結合された第２リンク１３０と、第２リンク１３０を回転させる第２関節２２０を支持する第３リンク１４０と、を備える。ここで、第３リンク１４０は、把持部移動機構の基部として機能する。基部移動機構の構成は実施の形態１と同様である。

【0062】

把持部移動機構は、第２リンク１３０に一端が結合され第１リンク１２０に平行の補助リンク１４１（第１補助リンク）と、第１リンク１２０に一端が結合され第２リンク１３０に平行の補助リンク１４２（第２補助リンク）と、を更に備える。

【0063】

補助リンク１４１の第２リンク１３０との結合端と反対側の他端と、補助リンク１４２の第１リンク１２０との結合端と反対側の他端と、は互いに回転可能に結合されている。ここで、補助リンク１４１と補助リンク１４２の長さは、結合部１４３が基準線Ｌ３上に位置するように決定される。その結合部１４３は、第３リンク１４０に設けられた直線ガイド１４４に沿って直線移動する。

【0064】

駆動装置を第２リンク１３０上に設置し、第２リンク１３０に対して、補助リンク１４１を回転させることにより、結合部１４３を直線ガイド１４４に沿って直線移動させることができる。結合部１４３が直線移動することにより、把持基準点Ｃ１は直線ガイド１４４の直線方向と平行の基準線Ｌ４上を直線移動する。

【0065】

第３リンク１４０には、把持基準点Ｃ１を中心とする一定の領域を撮影するカメラ５１０が固定されている。カメラ５１０は、把持基準点Ｃ１が直線移動する基準線Ｌ４上に備えられ、視線方向が把持部１１０の把持基準点Ｃ１が移動する直線移動方向であって、把持基準点Ｃ１に向かう方向である。カメラ５１０は、第３リンク１４０とともに回転移動するが、把持基準点Ｃ１は基準線Ｌ４上を直線移動するため、カメラ５１０の視野の中心には把持基準点Ｃ１が存する。

【0066】

以上説明したように、本実施の形態に係るロボットアーム２は、第２リンク１３０に結合され第１リンク１２０に平行の補助リンク１４１と、第１リンク１２０に結合され第２リンク１３０に平行の補助リンク１４２と、補助リンク１４１と補助リンク１４２との結合部１４３を直線移動させるために第３リンク１４０に設けられた直線ガイド１４４と、を備え、カメラ５１０を第３リンクに固定することとした。これにより、カメラ５１０で把持基準点Ｃ１を常に観察できるため、対象物の被把持位置を正確に特定することができる。また、カメラ５１０がロボットアームの先端に位置する場合と比較して、把持基準点Ｃ１から離れた位置より撮影するため、対象物を把持した後の移動又は解放を含む動作時も、カメラ５１０は環境を含めて対象物を観察することが可能となる。

【0067】

上述した実施の形態１，２において、把持部移動機構が、第１関節と第２関節とを有する構成としたが、把持部が直線上を移動することのできる構成であれば任意の構成でよい。例えば、３以上の多関節からなり、各回転角度を制御する構成であってもよい。あるいは、直動関節と、その伸縮方向に平行の直線上を移動する把持部とを備えた構成であってもよい。

【0068】

また、実施の形態１，２において、把持部移動機構の基部である第３リンク１４０を固定ベース５００に対して移動させる基部移動機構が、鉛直方向の回転軸を有する第４関節２４０と水平方向の回転軸を有する第３関節２３０とからなる構成について説明したが、第３関節２３０及び第４関節２４０が、第４リンク１５０を介した２軸の回転を実現するものであれば他の任意の機構でもよい。

【0069】

また、光線照射装置５２０は、一直線状の光線を照射するとしたが、照射方向に対して垂直方向に伸びた平面状の光線を照射してもよい。これにより、対象物の周囲の環境にも光線を照射することができ、モニタに表示された画像における対象物の位置把握が容易になる。

【0070】

また、ロボットアーム１と、制御コンピュータ１１と、ユーザ端末１３と、を備えるロボットアームシステム１０でロボットアーム１を動作させるとしたが、ロボットアーム１が制御コンピュータ１１を含んでもよい。つまり、ロボットアーム１が、カメラ５１０の撮影画像に基づいて、第３関節２３０又は第４関節２４０を回転させて、カメラ５１０の視野の中心と対象物とを一致させた後に、第１関節２１０及び第２関節２２０を回転させて、カメラ５１０の視線方向において把持基準点Ｃ１と対象物の被把持位置とを一致させる制御を行う制御部を更に備えてもよい。

【0071】

また、制御コンピュータ１１又はロボットアーム１の制御部が、カメラ５１０の撮影画像から対象物を自動検出し、カメラ５１０の視野の中心と対象物とを一致させるようにθ_３又はθ_４を求めて、第３関節２３０又は第４関節２４０を回転させてもよい。さらに、制御コンピュータ１１又はロボットアーム１の制御部が、カメラ５１０の撮影画像のパターン位置から対象物の被把持位置を自動検出し、カメラ５１０の視線方向において把持基準点Ｃ１と対象物被把持位置とを一致させるようにθ_２を求めて、第１関節２１０及び第２関節２２０を回転させて、対象物を把持させてもよい。

【0072】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、この実施の形態は一例であり、本発明の適用範囲はこれに限られない。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更又は応用が可能である。

【符号の説明】

【0073】

１，２ ロボットアーム
１０ ロボットアームシステム
１１ 制御コンピュータ
１２ ネットワーク
１３ ユーザ端末
１１０ 把持部
１１１ 指
１１２ 把持装置
１１３ ウォームギア
１１４ ウォーム歯車
１１５ ギアド直流モータ
１２０ 第１リンク
１３０ 第２リンク
１３１，１３２ 補助リンク
１４０ 第３リンク
１４１，１４２ 補助リンク
１４３ 結合部
１４４ 直線ガイド
１５０ 第４リンク
２１０ 第１関節
２２０ 第２関節
２２１ 内歯歯車
２２２ 外歯歯車
２３０ 第３関節
２４０ 第４関節
４２０，４３０，４４０，４５０ 駆動装置
５００ 固定ベース
５１０ カメラ
５２０ 光線照射装置
１１００ プロセッサ
１１０１ 画像転送部
１１０２ 操作信号生成部
１１１０ 記憶部
１１２０ 入出力インタフェース
１１３０ カメラインタフェース
１１４０ ドライバ
１３０１ 撮影画像
１３０２ 操作キー
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ 基準線
Ｃ１ 把持基準点
Ｃ２ 肘中心
Ｃ３ 肩中心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】