特許 7168859 ロボット制御装置、把持システムおよびロボットハンドの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-01

(45)【発行日】2022-11-10

(54)【発明の名称】ロボット制御装置、把持システムおよびロボットハンドの制御方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20221102BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019226994

(22)【出願日】2019-12-17

(65)【公開番号】P2021094641

(43)【公開日】2021-06-24

【審査請求日】2021-06-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100156649

【弁理士】

【氏名又は名称】野原 淳史

(74)【代理人】

【識別番号】100158355

【弁理士】

【氏名又は名称】岡島 明子

(72)【発明者】

【氏名】見上 慧

【審査官】松浦 陽

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２２９２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０６９３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－０７３２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４１９８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを把持する把持部を有するロボットハンドを備えたロボットを制御するロボット制御装置であって、
前記把持部が前記ワークに接触した後に前記ワークが変形する過程の複数の計測点において前記把持部で検出された把持力と前記把持部の位置から、前記ワークと前記把持部との接触位置を推定する接触位置推定部と、
前記接触位置推定部で推定した前記 接触位置に基づいて、前記把持部の低速駆動開始位置を算出する算出部と、
前記接触位置および前記算出部で算出した低速駆動開始位置を前記ワークのばらつきに合わせて更新する更新部と、
前記更新部で更新した更新後接触位置および更新後低速駆動開始位置に基づいて、前記把持部の速度パターンを適正化する適正化部と、
を備えるロボット制御装置。

【請求項2】

前記把持力を検出する把持力検出部および前記把持部の位置を検出する位置検出手段をさらに備える請求項１に記載のロボット制御装置。

【請求項3】

前記算出部は、前記ロボットハンドで過去に把持した前記ワークと前記把持部との複数の接触位置に基づいて、前記低速駆動開始位置を算出する請求項１に記載のロボット制御装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載のロボット制御装置と、
前記ロボットハンドと、
前記ロボットハンドを所定の位置に移動させるロボットアームと、
を備える把持システム。

【請求項5】

ワークを把持する把持部を有するロボットハンドの制御方法であって、
前記把持部が前記ワークに接触した後に前記ワークが変形する過程の複数の計測点において前記把持部で検出された把持力と前記把持部の位置から、前記ワークと前記把持部との接触位置を推定する接触位置推定ステップと、
前記接触位置推定ステップで推定した前記 接触位置に基づいて、前記把持部の低速駆動開始位置を算出する算出ステップと、
前記接触位置および前記算出ステップで算出した低速駆動開始位置を前記ワークのばらつきに合わせて更新する更新ステップと、
前記更新ステップで更新した更新後接触位置および更新後低速駆動開始位置に基づいて、前記把持部の速度パターンを適正化する適正化ステップと、
を含むロボットハンドの制御方法。

【請求項6】

前記把持力を検出するとともに前記把持部の位置を検出する検出ステップをさらに含む請求項５に記載のロボットハンドの制御方法。

【請求項7】

前記算出ステップは、前記ロボットハンドで過去に把持した前記ワークと前記把持部との複数の接触位置に基づいて、前記低速駆動開始位置を算出する請求項５に記載のロボットハンドの制御方法。

【請求項8】

請求項５から７のいずれか一項に記載のロボットハンドの制御方法を実行させるためのプログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボット制御装置、把持システムおよびロボットハンドの制御方法に関し、より詳細には、ロボットハンドの速度パターンを制御するロボット制御装置、これを備えた把持システムおよびロボットハンドの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

工場等の生産現場において、ロボットを用いて把持対象物であるワークを把持する際に、ロボットに備えられたロボットハンドでワークを確実に把持するためには、ロボットハンドの把持部の停止位置、移動速度など速度パターンを予め設定しなければならない。

【0003】

例えば、図８Ｂ、図８Ｃおよび図８Ｄに示すように、ハンド本体部５０１と、平行リンク５０２と、把持部５０３と、を備えるロボットハンド５００でワークＷを把持することを考える。この場合、図８Ａに示すように、把持部５０３を加減速させたあと、ワークＷには低速で近づくような動作が考えられる。

【0004】

生産現場では、生産性を高める観点からワークＷの把持は短時間で完了する必要がある。そのため図８Ａに示す把持部５０３の低速駆動開始位置は、できるだけワークＷに近い方がよい。しかし、近づけすぎるとワークＷの大きさがばらついた際に大きな速度でワークＷと把持部５０３が接触してしまい、ワークＷを損傷させる可能性がある。そこで、従来から、ワークサイズのばらつきに合わせて速度パターンを更新する技術が提案されている。

【0005】

例えば、特許文献１には、モータおよびエンコーダの内蔵された本体部と、前記モータおよび前記エンコーダに加えて前記本体部に内蔵されたコントローラと、前記モータによりレールに沿って移動しワークを把持する一対の把持部材とを備え、前記コントローラは、前記モータを介して前記一対の把持部材の移動速度を加減速した後に予め設定された所定の低速走行開始位置から一定速度で移動させながら前記ワークを前記一対の把持部材により把持させ、そのとき前記エンコーダにより得られる前記把持部材の停止位置のばらつきを考慮して、前記低速走行開始位置を前記ワークの大きさに合わせて自動的に変更して更新することを特徴とする電動グリッパ装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第６２００８５８号公報

【発明の概要】

【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に記載の技術では、ワークを把持したときの把持部材の停止位置から、次回の低速駆動の開始位置を変更するように速度パターンを更新している。そのため、ワークの形状が大きく変形し、図８Ａの押込区間が発生するような場合は、把持部の停止位置が変形後の位置となる。その結果、次のワークとの接触前に低速駆動が開始されない可能性があるので、ワークを傷つけたり破損したりするおそれがあるという問題がある。

【0008】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、形状が変形するワークであっても、ワークのばらつきに合わせてロボットの速度パターンを自動更新することができるロボット制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために本発明に係るロボット制御装置は、
ワークを把持する把持部を有するロボットハンドを備えたロボットを制御するロボット制御装置であって、
前記ワークと前記把持部との接触位置に基づいて、前記把持部の低速駆動開始位置を算出する算出部と、
前記接触位置および前記算出部で算出した低速駆動開始位置を前記ワークのばらつきに合わせて更新する更新部と、
前記更新部で更新した更新後接触位置および更新後低速駆動開始位置に基づいて、前記把持部の速度パターンを適正化する適正化部と、を備える。

【0010】

また、本発明に係る把持システムは、上記ロボット制御装置と、上記ロボットハンドと、上記ロボットハンドを所定の位置に移動させるロボットアームと、を備える。

【0011】

また、本発明に係るロボットハンドの制御方法は、ワークを把持する把持部を有するロボットハンドの制御方法であって、
前記ワークと前記把持部との接触位置に基づいて、前記把持部の低速駆動開始位置を算出する算出ステップと、
前記接触位置および前記算出ステップで算出した低速駆動開始位置を前記ワークのばらつきに合わせて更新する更新ステップと、
前記更新ステップで更新した更新後接触位置および更新後低速駆動開始位置に基づいて、前記把持部の速度パターンを適正化する適正化ステップと、を含む。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係るロボット制御装置によれば、形状が変形するワークであっても、ワークのばらつきに合わせてロボットの速度パターンを自動更新することができる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１実施形態に係る把持システムの構成例を示す模式図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係るロボットハンドの内部構造例を示す模式図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る把持システムの概略構成例を示すブロック図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係るロボット制御装置の機能構成を示すブロック図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係るロボットハンドの動作を示すフローチャートである。

【図6】本発明の第１実施形態に係るロボットハンドとワークとの推定される接触位置を示すグラフである。

【図7】本発明の第１実施形態に係るロボットハンドの更新前後の速度パターンを示すグラフである。

【図8】従来のロボットハンドの速度パターンと把持動作を説明する図である。

【図9】本発明の第２実施形態に係る把持システムの構成例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する各実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。また、以下の各実施形態の構成は、いずれも他の実施形態の構成と組み合わせることが可能である。

【0015】

＜第１実施形態＞
まず、図１を用いて、本発明の第１実施形態に係る把持システムの構成例について説明する。図１は、本実施形態に係る把持システム１００の構成例を示す模式図である。

【0016】

図１に示すように、把持システム１００は、一例として、ロボット本体１０１と、ロボット本体１０１に接続されるロボット制御装置１０２と、ロボット制御装置１０２へコマンド等を入力する入力装置１０３と、ロボット制御装置１０２に接続される上位制御システム１０４と、を備えている。

【0017】

ロボット本体１０１は、ベース部１０５と、ベース部１０５に接続されたロボットアーム１０６と、ロボットアーム１０６の先端に取り付けられているロボットハンド１０７と、を備えている。

【0018】

ロボットアーム１０６は、６軸垂直多関節型ロボットでアクチュエータ(電動モータ、油空圧アクチュエータ等)と、位置検出手段(エンコーダ、カメラ等)と、を具備している。ロボットアーム１０６は、ロボットハンド１０７を所定の位置に移動させることができる。ただし、本発明が適用されるロボットアームはこれに限定されない。例えば、６軸以外の垂直多関節型ロボットや、水平多関節型ロボットなどであってもよい。

【0019】

ロボットハンド１０７は、空気圧アクチュエータであるベーンモータによって駆動され、位置検出手段としてのエンコーダを備えている。またロボットハンド１０７は、把持力検出部として力センサを備えることができる。把持力は、圧力センサの値などロボットハンド１０７の状態量から推定しても良い。なお、ロボットハンド１０７は、小さな把持力を高い精度で制御可能とすることが望ましい。

【0020】

次に、図２を用いて、本実施形態に係るロボットハンド１０７の内部構造について説明する。図２は、本実施形態に係るロボットハンド１０７の内部構造例を示す模式図である。

【0021】

図１に示すように、ロボットハンド１０７は、ロボットアーム１０６に取り付けられている。ロボットハンド１０７は、ハンド本体部２０２と、ハンド本体部２０２の先端に取り付けられる第１把持部２０３および第２把持部２０４と、各把持部２０３および２０４とハンド本体部２０２とを連結する第１平行リンク２０５および第２平行リンク２０６と、を備えている。

【0022】

ロボットハンド１０７は、さらに、第１平行リンク２０５と第２平行リンク２０６との間の動力を伝達するギア機構である第１ギア２０７および第２ギア２０８と、第１平行リンク２０５とハンド本体部２０２とを連結し、図示していないアクチュエータの駆動力を第１平行リンク２０５に伝達する入力軸２０９と、を備えている。

【0023】

第１把持部２０３は、第１平行リンク２０５の一端に回転可能に接続され、第２把持部２０４は、第２平行リンク２０６の一端に回転可能に接続されている。第１把持部２０３と第２把持部２０４とは、ワークに接触する面が対向配置され、例えば、ワークの両側面からワークを把持することができる。

【0024】

第１平行リンク２０５および第２平行リンク２０６は、それぞれの他端が第１ギア２０７および第２ギア２０８を介してハンド本体部２０２と回転可能に接続されている。ロボットハンド１０７は、第１把持部２０３および第１平行リンク２０５が主動系の伝達機構であり、アクチュエータに連結されている入力軸２０９からアクチュエータの駆動力を伝達されている。

【0025】

アクチュエータから伝達された駆動力は、第１平行リンク２０５に接続された第１ギア２０７から、第１ギア２０７に連結されている第２ギア２０８を介して、主動系と対をなす従動系の伝達機構である第２平行リンク２０６および第２把持部２０４へ伝達される。これにより、１つのアクチュエータによって２つの平行リンク２０５および２０６が同期して駆動され、左右の把持部２０３および２０４が連動して動作することができる。

【0026】

次に、図３を用いて、本実施形態に係る把持システム１００のシステム構成について説明する。図３は、本実施形態に係る把持システム１００の概略構成例を示すブロック図である。

【0027】

図３に示すように、ロボット本体１０１は、ロボットアーム１０６およびロボットハンド１０７の他に、ワーク等を撮像する撮像装置であるカメラ装置３０１を備えている。

【0028】

ロボット制御装置１０２は、ＣＰＵと、信号の入出力を行う入出力部３０２と、ＲＡＭやＲＯＭを有する記憶部であるメモリ３０３と、を備えている。ＣＰＵ、入出力部３０２およびメモリ３０３の各構成はバスを介して相互に信号を伝達可能に接続されている。ＲＡＭまたはＲＯＭは、ロボットハンド１０７の制御方法を実行させるためのプログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体である。ロボット制御装置１０２は、各種プログラムを実行することによって、ロボット本体１０１およびロボットハンド１０７を制御し、各種の機能をロボット本体１０１およびロボットハンド１０７に実行させることができる。

【0029】

ＣＰＵは、演算処理装置として機能し、ＲＯＭやＲＡＭ、外部記憶装置等に格納された各種プログラムを読み出して実行する。ＲＯＭは、ＣＰＵが使用するプログラムや装置定数等を記憶する。ＲＡＭは、ＣＰＵが使用するプログラムやプログラム実行中に逐次変化する変数等を一次記憶する。

【0030】

入出力部３０２は、インターフェイスを介し外部機器や周辺機器とロボット制御装置１０２とを接続するため、通信装置、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、モータ駆動回路等を備えている。通信装置における具体的な通信手法としては、例えば、ＲＳ２３２Ｃ／４８５などのシリアル通信規格や、ＵＳＢ規格に対応したデータ通信であったり、一般的なネットワークプロトコルであるＥｔｈｅｒＮＥＴ（登録商標）や、産業用ネットワークプロトコルとして用いられるＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）やＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ（登録商標）等であったりしてもよい。

【0031】

また、ロボット制御装置１０２は、入出力部３０２を介してデータ格納用装置であるストレージ装置や記録媒体用リーダライタであるドライブ装置と接続した構成であってもよい。

【0032】

ロボットアーム１０６は、ロボットアーム１０６の位置検出手段であるアーム用エンコーダ３０４と、アクチュエータである電動モータ３０５と、を備えている。

【0033】

ロボットハンド１０７は、ロボットハンド１０７の位置検出手段であるハンド用エンコーダ３０６と、アクチュエータであるベーンモータ３０７と、を備えている。また、ロボットハンド１０７は、図示していないが把持力検出部として把持力推定器も備えている。

【0034】

アーム用エンコーダ３０４は、ロボットアーム１０６の回転位置を検出し、その回転位置を電気的信号に変換して入出力部３０２に出力する。また、ハンド用エンコーダ３０６は、第１平行リンク２０５および第２平行リンク２０６の回転位置を検出し、その回転位置を電気的信号に変換して入出力部３０２に出力する。

【0035】

ベーンモータ３０７は、コンプレッサなどの圧縮空気源３０８から圧送される空気を動力源としている。

【0036】

ロボット本体１０１は、さらに、圧縮空気をベーンモータ３０７へ供給するサーボ弁３０９と、サーボ弁３０９の圧力を検出する圧力センサ３１０と、を備えている。

【0037】

サーボ弁３０９は、圧縮空気源３０８からベーンモータ３０７の駆動に用いる圧縮空気の供給を受けるように構成されており、入出力部３０２からの入力値を受けてベーンモータ３０７の各ポートの圧力を調整することで駆動されている。

【0038】

各ポートの圧力は圧力センサ３１０によって検出される。圧力を電気的信号に変換して入出力部３０２に出力するように構成されている。

【0039】

入力装置１０３は、キーボードやマウス、タッチパネル、ボタン、スイッチ、レバー、ペダル、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段、もしくはこれらを備えたパーソナルコンピュータ、ティーチングペンダント等のユーザが操作する操作手段を備えている。ユーザによる入力や設定が入力装置１０３を用いて行われる。なお、ロボットに各種の機能を実行させるプログラムを入力装置１０３で作成してもよい。プログラムは機械語などの低級言語、ロボット言語などの高級言語で記述されていてもよい。

【0040】

状態通知装置３１１は、ロボット制御装置１０２からロボット本体１０１の動作状態やワークの把持状態の情報を受信し表示することで、これらの情報をユーザに視覚的かつ直観的に認識させる。状態通知装置３１１は、液晶パネルやティーチングペンダント、点灯ランプなどの表示装置でもよいし、警告音や音声等によって情報を通知する通知装置でもよい。例えば、状態通知装置３１１は、接触位置が閾値を超えた場合に警告を発するように設定することができる。また、パーソナルコンピュータやティーチングペンダントの画面などが状態通知装置３１１を兼ねていても良く、入力や状態通知を行うアプリケーションを備えていてもよい。

【0041】

上位制御システム１０４は、例えば、シーケンサ(ＰＬＣ)や監視制御システム(ＳＣＡＤＡ)、プロセスコンピュータ(プロコン)、パーソナルコンピュータ、各種サーバもしくはこれらの組み合わせからなり、ロボット制御装置１０２と有線または無線で接続されている。ロボット制御装置１０２を含む生産ラインを構成する各装置の動作状況に基づいて指示を出力して生産ラインを統括的に管理する。

【0042】

例えば、カメラ装置３０１による画像認識やＩＤタグ等の検出手段によりワークを特定し、把持動作前に把持パターン指示をロボット制御装置１０２に送信することで品目に応じた適切な把持パターンでロボットアーム１０６およびロボットハンド１０７を動作させることができる。

【0043】

また、ワークのサイズや把持完了までの時間、把持状態の情報などをロボット制御装置１０２から受信して収集することで、不良率やサイクルタイムの監視に用いることもできる。さらには、把持状態の情報などによって、ロボットアーム１０６をホームポジションに戻したり各装置をストップさせたりするなどの動作を行わせてもよい。

【0044】

図１では、ロボット制御装置１０２は一体のものとしているが、例えば、後述する機能構成毎やロボットアーム１０６用とロボットハンド１０７用で別個に制御装置を構成し、互いに有線または無線で接続してもよい。また、本実施形態ではロボット制御装置１０２をロボットアーム１０６およびロボットハンド１０７の外部に設けているが、これをロボットアーム１０６およびロボットハンド１０７の内部に設けてもよい。

【0045】

以上、本実施形態に係る概略構成の一例を示した。各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。

【0046】

次に、図４を用いて、本実施形態に係るロボット制御装置１０２の機能構成について説明する。図４は、本実施形態に係るロボット制御装置１０２の機能構成例を示すブロック図である。

【0047】

図４に示すように、ロボット制御装置１０２は、一例として、ワーク認識部４０１と、入出力処理部４０２と、目標値生成部４０３と、表示制御部４０４と、アーム制御部４０５と、ハンド制御部４０６と、を備える。

【0048】

ワーク認識部４０１は、入出力処理部４０２、目標値生成部４０３、表示制御部４０４、アーム制御部４０５およびハンド制御部４０６の各機能部と接続され、各機能部や外部からの入力等を受け各機能部に指示を出力する。

【0049】

入出力処理部４０２は、カメラ装置３０１やセンサ等から出力された信号を取得してフィルタリング等を行い、ロボット本体１０１およびその周辺環境の情報（例えば、ロボットハンド１０７の状態量を計算するのに必要な圧力センサ３１０やアーム用エンコーダ３０４およびハンド用エンコーダ３０６の値）としてアーム制御部４０５やハンド制御部４０６に出力する。また、入出力処理部４０２は、アーム制御部４０５やハンド制御部４０６等からの出力（例えば、サーボ弁３０９への入力値）をアクチュエータなど他のシステム構成要素に出力する。

【0050】

目標値生成部４０３は、ロボットアーム１０６およびロボットハンド１０７が事前に教示されたポイントを通過するよう目標軌道を生成したり、目的とする把持動作を実現するために時間ごとの位置と把持力の目標値を生成したりする。なお、カメラ装置３０１などによって取得した画像からワークの位置を認識し、目標軌道を自律的に生成してもよい。また、目標値生成部４０３は、算出部４１１と、更新部４１２と、適正化部４１３と、を備えている。

【0051】

算出部４１１は、ワークと把持部２０３および２０４との接触位置に基づいて、把持部２０３および２０４の低速駆動開始位置を算出する。また、算出部４１１は、ロボットハンド１０７で過去に把持したワークと把持部２０３および２０４との複数の接触位置に基づいて、低速駆動開始位置を算出することもできる。

【0052】

更新部４１２は、接触位置および算出部４１１で算出した低速駆動開始位置をワークのばらつきに合わせて更新する。

【0053】

適正化部４１３は、更新部４１２で更新した更新後接触位置および更新後低速駆動開始位置に基づいて、把持部２０３および２０４の速度パターン（各制御周期での速度指令値）を適正化する。

【0054】

表示制御部４０４は、ロボット本体１０１の動作フローや動作状態を表示するための画面を状態通知装置３１１に表示させる。

【0055】

アーム制御部４０５は、目標値生成部４０３で生成された目標軌道とセンサ情報に基づいてロボットアーム１０６を制御する。

【0056】

ハンド制御部４０６は、目標値生成部４０３で生成された目標軌道とセンサ情報に基づいてロボットハンド１０７を制御する。また、ハンド制御部４０６は、計測部４１４と、接触位置推定部４１５と、を備えている。

【0057】

計測部４１４は、ワークと把持部２０３および２０４との接触位置を計測する。一方、接触位置推定部４１５は、推定アルゴリズムを用いてワークと把持部２０３および２０４との接触位置を推定する。

【0058】

さらに本実施形態に係る把持システム１００では、後述する低速駆動開始点および接触位置や把持動作の結果等をメモリ３０３に記憶するか、または上位制御システム１０４への送信などを行う。

【0059】

なお、これらの機能の一部又は全部をハードウェア回路、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等の特定の用途向けに構築した専用集積回路で実現してもよい。さらに、本実施形態においてプログラムを実行させる計算機の数は特に限定されない。例えば、プログラムを、上位制御システム１０４等を含めた複数の計算機が互いに連携して実行してもよい。

【0060】

本実施形態においては一連の処理を実行するための各種プログラムが記憶された記憶装置を、ロボット制御装置１０２に組み込まれたメモリ３０３として説明しているが、これに限るものではない。本実施形態に係る把持システム１００を実行するためのプログラムはコンピュータが読み取り可能であればロボット制御装置１０２とは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布されるストレージ装置に記録されていてもよい。ストレージ装置は、例えば、磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等により構成される。また、ネットワークからダウンロードされてインストールまたは更新されてもよい。

【0061】

また、ロボット制御装置１０２は専用のハードウェアを組み込んだ制御装置に限らず、各種プログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば、汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。

【0062】

次に、図５を用いて、本実施形態に係るロボットハンド１０７の動作について説明する。図５は、本実施形態に係るロボットハンド１０７の、把持動作開始から把持完了までの動作の例を示すフローチャートである。

【0063】

まず、ステップＳ１において、ワーク認識部４０１は、カメラ装置３０１や外部からの信号でワークの種類を認識したのちにステップＳ２の処理に進む。

【0064】

ステップＳ２において、目標値生成部４０３は、ステップＳ１で認識したワークに応じたロボットハンド１０７を動かす速度パターンを生成する。ここで、図５のフローチャートによる処理が２回目以降の場合、ステップＳ２は、適正化部４１３が、前回の処理の時に以下のステップＳ５で更新した更新後接触位置および更新後低速駆動開始位置に基づいて、把持部２０３および２０４の速度パターンを適正化する適正化ステップを含んでいる。

【0065】

ステップＳ３において、ハンド制御部４０６は、ステップＳ２で生成された速度パターンに従って把持部２０３および２０４の移動を開始する。把持動作では、図８Ａのように、把持部２０３および２０４を加速させた後、所定速度で移動させ、低速駆動開始位置に近づくにつれ減速させる。低速駆動開始位置から接触するまでは低速で移動させることで、接触の際に把持部２０３および２０４がワークに与える衝撃を小さく抑制できる。

【0066】

またステップＳ３において、把持部２０３および２０４で力が検出された場合、把持部２０３および２０４はワークに接触しており、把持部２０３および２０４がワークを押し込み、ワークの形状が変形する過程であると予想される。本実施形態では、この過程で把持力と把持部２０３および２０４の変位を複数点計測した結果から算出する。把持力の検出は力センサを用いる方法や推定による方法がある。なお、カメラで接触位置を計測しても良いし、把持力が検出されたときの把持部２０３および２０４の位置を接触位置としても良い。

【0067】

また、ステップＳ３は、計測部４１４が、接触位置を計測する計測ステップを含んでいる。さらに、ステップＳ３は、接触位置推定４１５が、推定アルゴリズムを用いて接触位置を推定する接触位置推定ステップを含むことができる。

【0068】

ステップＳ４において、ハンド制御部４０６は、把持力が目標範囲に収まっていれば把持完了と判定する。把持完了と判定されない場合はステップＳ４の開始状態に戻り、把持動作を継続する。把持完了と判定された場合にステップＳ５の処理に進む。ステップＳ４において、ハンド制御部４０６は、エンコーダなどの位置検出手段によって、把持が完了したときの位置を停止点として計測する。

【0069】

ここで、ワークが本来の位置になかったり、ワークが意図しない姿勢で把持されたりした場合は、通常の搬送工程を中断して、ワークが適切に把持されていないことをユーザに通知するなどの処置を行うことが好ましい。例えば、一定時間経過後に把持完了状態にならない場合は、状態通知装置３１１を通じてユーザに異常発生を通知してもよい。また、ハンド制御部４０６は、接触位置およびワークの変形特性が前回と異なるワークを把持した時や、予め定めた基準値から大きく外れた場合は、異常が発生したと判断して状態通知装置３１１および上位制御システム１０４に異常を通知してもよい。

【0070】

ステップＳ５において、目標値生成部４０３は、今回把持に使った速度パターン用の値から次回把持に用いる速度パターン用の値に速度パターンのパラメータを更新する。ここで、速度パターンのパラメータは、低速運転開始位置および接触位置とすることができる。

【0071】

ステップＳ５は、算出部４１１が、ワークと把持部２０３および２０４との接触位置に基づいて、把持部２０３および２０４の低速駆動開始位置を算出する算出ステップを含んでいる。算出ステップでは、ロボットハンド１０７で過去に把持したワークと把持部２０３および２０４との複数の接触位置に基づいて、低速駆動開始位置を算出することもできる。

【0072】

また、ステップＳ５は、更新部４１２が、接触位置および算出ステップで算出した低速駆動開始位置をワークのばらつきに合わせて更新する更新ステップを含んでいる。さらに、図５のフローチャートによる処理が初回の処理の場合、ステップＳ５は、適正化部４１３が、ワークのばらつきに合わせて更新した更新後接触位置および更新後低速駆動開始位置に基づいて、把持部２０３および２０４の速度パターンを適正化する適正化ステップを含んでいる。

【0073】

ステップＳ６において、目標値生成部４０３は、ステップＳ５で更新した更新後停止点と更新後接触位置と更新後低速駆動開始位置、または図７のように更新した更新後速度パターンをメモリ３０３に記憶する。メモリ３０３への記憶が完了した後に、把持処理を終了する。

【0074】

以上のロボット制御装置１０２によるロボットハンド１０７の制御方法は、接触時の衝撃をより緩和する観点から、アドミッタンス制御などの位置と把持力を制御できる方式が望ましい。また、機構部分に弾性体を使って、把持力を制御することもできる。

【0075】

ここで、図６を用いて、把持部２０３および２０４の接触位置を把持力と把持部の変位を複数点計測した結果から算出する方法について説明する。例えば、接触位置は、推定アルゴリズムを用いて算出することができる。図６は、本実施形態に係るロボットハンド１０７とワークとの推定される接触位置を示すグラフである。

【0076】

柔らかいワークと接触した場合、接触直後の力は小さく誤差も大きい。本実施形態では、ワークを把持部２０３および２０４が押し込む過程の把持力と把持部２０３および２０４の変位から接触位置を推定する。例えば、図５のステップＳ３で計測した把持力と変位の複数の計測値から、以下の近似式（１）により接触位置を導出する。

【0077】

ｆ=ａｘ＋ｂ・・・式（１）

【0078】

ここで、図６に示すように、把持部２０３および２０４の現在位置を位置ｘとし、位置ｘでの把持力を把持力ｆとする。また、計測点１と計測点２との間の位置の変位をΔｘ（＝ｘ２－ｘ１）とし、計測点１と計測点２との間の把持力の変化量をΔｆ（＝ｆ２－ｆ１）とする。さらに、式（１）の一次近似した直線の傾きをa＝Δｆ／Δｘとし、式（１）のグラフの縦軸との切片をbとしている。

【0079】

本実施形態では、計測点１（ｘ１，ｆ１）および計測点２（ｘ２，ｆ２）を計測し、それぞれの計測した値を式（１）に代入して、傾きａおよび切片ｂの値を求める。そして、求めた値と把持力ｆ＝０を式（１）に代入して、この時の位置ｘを算出する。それを今回の推定接触位置として更新し、メモリ３０３に記憶する。なお、変形特性の傾きａを、あらかじめ予備実験により求めておき、ステップＳ３における計測点を１点にすることもできる。

【0080】

本実施形態では、把持力に対するワークの変形特性を線形と仮定しているため、図６では２点の計測を行い直線近似で演算しているが、計測点を３点として２次曲線近似とするなど高次の近似式を用いて推定を行ってもよい。また、ワークを把持する毎に接触位置だけでなく、近似式の係数を更新することができる。これにより動作開始後から外れ値などの影響を受けにくく安定した速度パターンを生成することが可能となる。

【0081】

次に、図７を用いて、速度パターンの生成方法およびその更新について説明する。図７は、ロボットハンド１０７の更新前後の速度パターンを示すグラフである。図７では、今回把持したワークをＷ、前回把持したワークをＷ´、更新した更新後接触位置をＰ１、更新した更新後低速駆動開始位置をＰ２としている。

【0082】

速度パターンは、台形速度パターンを平滑化してもよいし、時間のスプライン関数によって生成してもよい。また、加減速の割合は、同じでなくてもよい。例えば、把持部２０３および２０４がワークから遠くに位置している加速時は、可能な限り移動時間を短くするため低速駆動開始位置に到達する際の減速率より大きな加速率を与える。減速時はワークから近くなるため、確実に速度を制御するために減速率を小さく与えることもできる。

【0083】

減速を完了する点、すなわち更新後低速駆動開始位置は更新後接触位置に一定のマージン距離を加えて計算する。更新後低速駆動開始位置を求めるのに使用する接触位置は、今回の接触位置でもよいし、過去の接触位置も含めた平均値もしくは最大値としてもよい。本実施形態では、このような過去にロボットハンド１０７が把持した複数のワークの接触位置に基づいて速度パターンを更新することができる。

【0084】

なお、本実施形態では、ワークの外径を把持する外径把持に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限るものではなく、内径把持に適用するようにしてもよい。さらに、速度パターンもこれに合わせて生成することができる。

【0085】

図７に示すように、上記方法で生成した速度パターンを用いて、ロボットハンド１０７の速度パターンを更新する。更新前の速度パターンを表すグラフが破線１２であり、更新後の速度パターンを表すグラフが実線１３である。

【0086】

更新後の速度パターンでは、更新後低速駆動開始位置が、更新前よりもワークに対して遠い位置にある。したがって、更新後は更新前よりも位置のマージンがあるため、余裕をもってワークの把持作業を行うことができる。

【0087】

以上により、本実施形態に係るロボット制御装置１０２によれば、形状が変形する前のワークと把持部２０３および２０４との接触位置を算出して速度パターンを更新しているため、形状が変形するワークであっても、ワークのばらつきに合わせてロボット本体１０１の速度パターンを自動更新することができる。したがって、ロボット制御装置１０２によれば、タクトタイムを短縮しながら把持部２０３および２０４が高速駆動中に意図せずワークと衝突するリスクを低減しつつ、形状が変形しやすいワークを把持部２０３および２０４で確実に把持することができる。

【0088】

＜第２実施形態＞
次に、図９を用いて、本発明の第２実施形態に係る把持システムについて説明する。図９は、本実施形態に係る把持システム６００の構成例を示す模式図である。本実施形態が第１実施形態と相違する点は、上位制御システムがデータを送受信するコントロールＰＣと、コントロールＰＣが受信したデータを保管するデータサーバと、で構成されている点である。本実施形態に係る把持システム６００のその他の構成は、第１実施形態に係る把持システム１００と同様である。

【0089】

図９に示すように、本実施形態に係る把持システム６００は、ロボット本体１０１と、ロボット本体１０１に接続されるロボット制御装置１０２と、ロボット制御装置１０２へコマンド等を入力する入力装置１０３と、ロボット制御装置１０２に接続される上位制御システム６０１と、を備えている。

【0090】

ロボット本体１０１は、ベース部１０５と、ベース部１０５に接続されたロボットアーム１０６と、ロボットアーム１０６の先端に取り付けられているロボットハンド１０７と、を備えている。

【0091】

上位制御システム６０１は、ロボット制御装置１０２と通信接続されるコントロールＰＣ６０２と、コントロールＰＣ６０２と通信接続されるサーバＰＣ６０３と、を備えている。

【0092】

コントロールＰＣ６０２は、相互に接続された速度パターン生成部６１１と、データ収集部６１２と、ファイルバックアップ部６１３と、を有している。サーバＰＣ６０３は、データベース６１４と、データベース６１４内のデータからグラフを生成するグラフ生成部６１５と、を有している。

【0093】

本実施形態では、ロボットアーム１０６を含めた速度パターン生成は上位制御システム６０１が行い、時系列データとしてロボット制御装置１０２に送信する（第１実施形態のステップＳ２）。

【0094】

コントロールＰＣ６０２は、ワーク毎のサイズおよび接触位置や変形特性、などのデータを制御装置から受信し、データを元に速度パターンを更新する（第１実施形態のステップＳ５）。そして、受信したデータおよび速度パターンを記憶する（第１実施形態のステップＳ６）。

【0095】

さらにコントロールＰＣ６０２は内部でのデータバックアップに加え、サーバＰＣ６０３にデータを送信する。サーバＰＣ６０３ではデータを保管・編集し、グラフなどの形で可視化する。インターネット回線を通じて、タブレット端末など持ち運び可能な無線通信可能な端末でグラフを表示して、システム動作を監視できるようにしても良い。

【0096】

本実施形態に係る把持システム６００によれば、第１実施形態に係る把持システム１００の効果に加えて、ワークの種類ごとにデータを持つことでデータ量が膨大になっても、上位制御システム６０１に用意されているデータサーバや大容量の記憶媒体にデータを大量に保存できるため、多品種に対応することができる。

【0097】

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る把持システムについて説明する。本実施形態が第１実施形態および第２実施形態と相違する点は、第１の実施形態および第２の実施形態ではロボットハンドを駆動するアクチュエータを１つとしたが、各把持部が別個のアクチュエータによって独立に動作してもよい点である。本実施形態に係る把持システムの主な構成は、第１実施形態および第２実施形態と同様である。

【0098】

図５を用いて、本実施形態に係るロボットハンド１０７の動作について説明する。

【0099】

まず、ステップＳ１において、ワーク認識部４０１は、カメラ装置３０１や外部からの信号でワークの種類を認識したのちにステップＳ２の処理に進む。

【0100】

ステップＳ２において、は、速度パターン生成を２つの把持部それぞれについて行う。

【0101】

ステップＳ３において、２つの把持部で力を検出したのちに、把持力と把持部の変位を複数点計測する。片方がもう片方より先にワークに接触し、接触力によりワークが移動した場合は、正確な変形特性が得られないうえ、ワークを損傷させるおそれがある。よって先に接触した把持部は、もう片方の把持部が力を検出するまで、停止もしくは接触力を小さく抑制するよう制御する。

【0102】

ステップＳ４の把持完了判定は、それぞれの把持部で把持力が目標範囲に収まっていれば把持完了と判定する。

【0103】

ステップＳ５のパラメータ更新も２つの把持部それぞれについて行う。

【0104】

ステップＳ６において、目標値生成部４０３は、ステップＳ５で更新した更新後接触位置と更新後低速駆動開始位置、または図７のように更新した更新後速度パターンをメモリ３０３に記憶する。メモリ３０３への記憶が完了した後に、把持処理を終了する。

【0105】

本実施形態に係る把持システムによれば、第１実施形態および第２実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、各把持部が独立に動作することでロボットハンドの中心とワークの中心がずれていても適切に把持することができる。

【0106】

本実施形態に係る把持システムは、ロボットハンド１０７の自由度が増えても基本的な動作は同様であり、特に限定されるものではない。また、１つの自由度で複数の関節が連動する構成であっても問題なく適用できる。

【0107】

以上、本実施形態に係る把持システムについて詳述してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【産業上の利用可能性】

【0108】

本発明は、例えば、生産工場などで把持対象物を把持するロボットハンドを取り付けたロボットに適用される技術に関するものであり、産業上の利用可能性を有するものである。

【符号の説明】

【0109】

１００、６００ 把持システム
１０１ ロボット本体
１０２ ロボット制御装置
１０３ 入力装置
１０４、６０１ 上位制御システム
１０５ ベース部
１０６ ロボットアーム
１０７、５００ ロボットハンド
２０２、５０１ ハンド本体部
２０３ 第１把持部
２０４ 第２把持部
２０５ 第１平行リンク
２０６ 第２平行リンク
２０７ 第１ギア
２０８ 第２ギア
２０９ 入力軸
３０１ カメラ装置
３０２ 入出力部
３０３ メモリ
３０４、３０６ エンコーダ
３０５ 電動モータ
３０７ ベーンモータ
３０８ 圧縮空気源
３０９ サーボ弁
３１０ 圧力センサ
３１１ 状態通知装置
４０１ ワーク認識部
４０２ 入出力処理部
４０３ 目標値生成部
４０４ 表示制御部
４０５ アーム制御部
４０６ ハンド制御部
４１１ 算出部
４１２ 更新部
４１３ 適正化部
４１４ 計測部
４１５ 接触位置推定部
５０２ 平行リンク
５０３ 把持部
６０２ コントロールＰＣ
６０３ サーバＰＣ
６１１ 速度パターン生成部
６１２ データ収集部
６１３ ファイルバックアップ部
６１４ データベース
６１５ グラフ生成部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】