(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】2024-11-12
(45)【発行日】2024-11-20
(54)【発明の名称】ロボットシステム、およびロボットシステムの制御方法
(51)【国際特許分類】
B25J 13/08 20060101AFI20241113BHJP
【ＦＩ】
B25J13/08 A
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2021042526
(22)【出願日】2021-03-16
(65)【公開番号】P2022142376
(43)【公開日】2022-09-30
【審査請求日】2023-05-11
(73)【特許権者】
【識別番号】000005108
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000925
【氏名又は名称】弁理士法人信友国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】半田 翔一
(72)【発明者】
【氏名】菅原 俊晴
(72)【発明者】
【氏名】北村 毅
(72)【発明者】
【氏名】西垣戸 貴臣
【審査官】杉山 悟史
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１２０５５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－０２４０５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－０２４９７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】実公平０７－００３７６０（ＪＰ，Ｙ２）
【文献】特許第６０７９３５２（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２００６－１１０７０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１００２０２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２５Ｊ １３／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のエンコーダを備えた多関節型のロボットと、前記ロボットによる作業範囲を撮像するセンサと、前記センサからの情報に基づいて前記ロボットの駆動を制御する制御装置とを有するロボットシステムであって、前記制御装置は、
前記ロボットに装着した作業用のツールの先端のセンサ座標系における座標を、前記センサからの情報に基づいて認識する認識部と、
前記ロボットに対する前記作業用のツールの先端位置をツールオフセットとし、前記作業用のツールの先端が前記センサ座標系に設定した基準座標に一致するように、前記ツールオフセットと前記認識部からの情報に基づいて前記ロボットの姿勢を変更するロボット制御部と、
前記変更した各姿勢のロボットのエンコーダからエンコーダ値を読み取るエンコーダ読取部と、
前記エンコーダ読取部で読み取った前記各姿勢においてのエンコーダ値に基づいて、前記ツールオフセットの校正値を算出するツールオフセット算出部とを備え、
前記作業用のツールは、前記認識部によって前記作業用のツールの先端を認識することを補助するマーカを備え、
前記認識部は、前記センサからの情報に基づいて前記マーカを認識し、認識したマーカに基づいて前記先端を認識する
ロボットシステム。
【請求項2】
前記作業用のツールは、柱状の先端面を吸着面としたベローズであり、前記認識部は、前記センサからの情報に基づいて前記吸着面の周縁を認識し、認識した前記周縁に基づいて前記吸着面の中心を前記作業用のツールの先端として認識する
請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項3】
前記作業用のツールは、複数の指を備えたグリッパであり、前記認識部は、前記複数の指の何れかに設定した任意の点を前記作業用のツールの先端として認識する
請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項4】
前記センサは、二次元カメラである請求項１～３のうちの何れか１項に記載のロボットシステム。
【請求項5】
前記ロボット制御部は、前記作業用のツールによる作業を実施していないアイドルタイムを検知した場合に、前記ロボットの姿勢を変更する制御を行う請求項１～４のうちの何れか１項に記載のロボットシステム。
【請求項6】
前記ロボット制御部は、前記作業用のツールによる作業の失敗を検知した場合に、前記ロボットの姿勢を変更する制御を行う請求項１～４のうちの何れか１項に記載のロボットシステム。
【請求項7】
複数のエンコーダを備えた多関節型のロボットと、前記ロボットによる作業範囲を撮像するセンサと、前記センサからの情報に基づいて前記ロボットの駆動を制御する制御装置とを有するロボットシステムの制御方法であって、前記制御装置の認識部が、前記ロボットに装着した作業用のツールの先端のセンサ座標系における座標を、前記センサからの情報に基づいて認識し、
前記制御装置のロボット制御部が、前記ロボットに対する前記作業用のツールの先端位置をツールオフセットとし、前記作業用のツールの先端が前記センサ座標系に設定した基準座標に一致するように、前記ツールオフセットと前記認識部からの情報に基づいて前記ロボットの姿勢を変更し、
前記制御装置のエンコーダ読取部が、前記変更した各姿勢のロボットのエンコーダからエンコーダ値を読み取り、
前記制御装置のツールオフセット算出部が、前記エンコーダ読取部で読み取った前記各姿勢においてのエンコーダ値に基づいて、前記ツールオフセットの校正値を算出し、
前記制御装置の認識部は、前記作業用のツールの先端のセンサ座標系における座標を認識する際、前記作業用のツールが備える前記先端の認識を補助するマーカを認識し、認識したマーカに基づいて前記先端を認識する
ロボットシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロボットシステム、およびロボットシステムの制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ロボットが自ら認知、判断、および操作を行うロボットシステムに関する技術として、下記特許文献１に開示の技術がある。この特許文献１には、「ロボットシステム１は、スキャナ２、ロボット３、制御装置５を備え、エンドエフェクタ４０に固定した球体７０を用いることで、スキャナ座標系からロボット座標系へのキャリブレーションを高精度且つ自動で行う。…制御装置５は、ハンド部４２を様々な位置姿勢に移動させたときの球体７０の点群データをスキャナ２から取得し、球体７０の位置を推定する。制御装置５は、各算出処理で推定された球体７０の位置データに基づき、キャリブレーションの回転成分ＲＶと並進成分ＳＶを推定する。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－１００２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述した技術では、ハンド部を様々な位置姿勢に移動させたときの球体の点群データをスキャナから取得している。このためスキャナから得られるデータは、スキャナを構成するレンズのひずみを含む値となり、キャリブレーションの精度を低下させる要因となっている。
【0005】
そこで本発明は、高精度なキャリブレーションが可能なロボットシステムおよびロボットシステムの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】
【0006】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、複数のエンコーダを備えた多関節型のロボットと、前記ロボットによる作業範囲を撮像するセンサと、前記センサからの情報に基づいて前記ロボットの駆動を制御する制御装置とを有するロボットシステムであって、前記制御装置は、前記ロボットに装着した作業用のツールの先端のセンサ座標系における座標を、前記センサからの情報に基づいて認識する認識部と、前記ロボットに対する前記ツールの先端位置をツールオフセットとし、前記ツールの先端が前記センサ座標系に設定した基準座標に一致するように、前記ツールオフセットと前記認識部からの情報に基づいて前記ロボットの姿勢を変更する制御部と、前記変更した各姿勢のロボットのエンコーダからエンコーダ値を読み取るエンコーダ読取部と、前記エンコーダ読取部で読み取った前記各姿勢においてのエンコーダ値に基づいて、前記ツールオフセットの校正値を算出するツールオフセット算出部とを備えたロボットシステムである。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、複数のエンコーダを備えた多関節型のロボットと、前記ロボットによる作業範囲を撮像するセンサと、前記センサからの情報に基づいて前記ロボットの駆動を制御する制御装置とを有するロボットシステムであって、前記制御装置は、前記ロボットに装着した作業用のツールの先端のセンサ座標系における座標を、前記センサからの情報に基づいて認識する認識部と、前記ロボットに対する前記ツールの先端位置をツールオフセットとし、前記ツールの先端が前記センサ座標系に設定した基準座標に一致するように、前記ツールオフセットと前記認識部からの情報に基づいて前記ロボットの姿勢を変更する制御部と、前記変更した各姿勢のロボットのエンコーダからエンコーダ値を読み取るエンコーダ読取部と、前記エンコーダ読取部で読み取った前記各姿勢においてのエンコーダ値に基づいて、前記ツールオフセットの校正値を算出するツールオフセット算出部とを備えたロボットシステムである。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、高精度なキャリブレーションが可能なロボットシステムおよびロボットシステムの制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１実施形態に係るロボットシステムの構成図である。
【図2】第１実施形態に係るロボットシステムの要部の構成図である。
【図3】第１実施形態に係るロボットシステムの機能ブロック図である。
【図4】第１実施形態に係るロボットシステムの先端座標記憶部が保存するツールの先端の座標データの一例を示す図である。
【図5】第１実施形態に係るロボットの姿勢制御の第１の例を示す図である。
【図6】第１実施形態に係るロボットの姿勢制御の第２の例を示す図である。
【図7】第１実施形態に係るロボットの各姿勢においてのツール先端の制御の一例を示す図である。
【図8】第１実施形態に係るロボットシステムのロボット姿勢記憶部が保存するロボット姿勢データの一例を示す図である。
【図9】第１実施形態に係るロボットシステムの制御方法を示すフローチャートである。
【図10】第１実施形態の制御方法において基準座標にツールの先端位置のＸ座標を一致させる手順を示す図である。
【図11】第１実施形態の制御方法において基準座標にツールの先端位置のＹ座標を一致させる手順を示す図である。
【図12】第１実施形態の制御方法において基準座標にツールの先端位置のＺ座標を一致させる手順を示す図である。
【図13】第２実施形態に係るロボットシステムの要部の構成図（その１）である。
【図14】第２実施形態に係るロボットシステムの要部の構成図（その２）である。
【図15】第３実施形態に係るロボットシステムの要部の構成図である。
【図16】第３実施形態に係るロボットシステムの要部を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明を適用した実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、各実施の形態においては、同様の構成要素には同一の符号を付し、同様の構成要素についての重複する説明は省略する。
【0010】
≪第１実施形態≫
－ロボットシステム－
図１は、第１実施形態に係るロボットシステム１の構成図である。この図に示すロボットシステム１は、ロボットが自ら認知、判断および操作する自律ロボットにより、ターゲットとなるワーク［Ｗ］をピック＆プレイスするピッキングシステムである。ピック＆プレイスとは、ターゲットとなるワーク［Ｗ］を保持（ピック）して移動し、所望の位置に置く（プレシス）一連の動作である。このようなロボットシステム１は、ロボット１０、センサ２０、入力装置３０、制御装置４０、供給コンベア５０、および載置台６０を備えている。次にこれらの構成を順に説明する。
－ロボットシステム－
図１は、第１実施形態に係るロボットシステム１の構成図である。この図に示すロボットシステム１は、ロボットが自ら認知、判断および操作する自律ロボットにより、ターゲットとなるワーク［Ｗ］をピック＆プレイスするピッキングシステムである。ピック＆プレイスとは、ターゲットとなるワーク［Ｗ］を保持（ピック）して移動し、所望の位置に置く（プレシス）一連の動作である。このようなロボットシステム１は、ロボット１０、センサ２０、入力装置３０、制御装置４０、供給コンベア５０、および載置台６０を備えている。次にこれらの構成を順に説明する。
【0011】
＜ロボット１０＞
ロボット１０は、供給コンベア５０から供給されたワーク［Ｗ］を保持し、保持したワーク［Ｗ］を移動して載置台６０の上部に載置する。このロボット１０は、一例として３つの関節１１，１２，１３と、３つのアーム１４，１５，１６を交互につなぎ合わせた多関節型のロボットである。また、ロボット１０は、ここでの図示を省略したエンコーダを備え、エンコーダで測定した測定値（エンコーダ値）のフィードバックにより、各関節１１，１２，１３の回転方向および揺動方向の角度が自在に制御される６軸ロボットである。
ロボット１０は、供給コンベア５０から供給されたワーク［Ｗ］を保持し、保持したワーク［Ｗ］を移動して載置台６０の上部に載置する。このロボット１０は、一例として３つの関節１１，１２，１３と、３つのアーム１４，１５，１６を交互につなぎ合わせた多関節型のロボットである。また、ロボット１０は、ここでの図示を省略したエンコーダを備え、エンコーダで測定した測定値（エンコーダ値）のフィードバックにより、各関節１１，１２，１３の回転方向および揺動方向の角度が自在に制御される６軸ロボットである。
【0012】
このようなロボット１０は、ワーク［Ｗ］を保持するための様々なツール１００が装着される。ロボット１０において、ツール１００が装着される位置は、例えばロボット１０における先端側のアーム１６の末端であって、手首と呼ばれる部位が挙げられるが、他の部位でもよい。
【0013】
図２は、第１実施形態に係るロボットシステムの要部の構成図であり、ロボット１０に装着するツール１００の構成を説明する図である。ツール１００は、ワーク［Ｗ］を保持可能な構成のものであればよく、ここでは例えばワーク［Ｗ］を吸着によって保持するベローズであることとする。このツール１００は、ロボット１０の先端側のアーム１６から延設された円柱状の外径形状を有し、その先端側の底面を吸着面１０１としている。吸着面１０１は、中央部に吸引開口１０２を有し、吸引開口１０２からの吸引によってワーク［Ｗ］（図１参照）を吸着面１０１に保持する。
【0014】
＜センサ２０＞
図１に戻り、センサ２０は、供給コンベア５０から供給されたワーク［Ｗ］の位置および形状に関する情報を取得するためのものである。このようなセンサ２０は、レンズを有し、例えば周辺の映像を二次元または三次元で認識するカメラであって、位置情報の精度の点からは二次元カメラであることが好ましい。二次元カメラは、例えばＲＧＢ画像をセンシングデータとして出力する。センサ２０は、ロボット１０、供給コンベア５０、および載置台６０の設置個所を位置測定の範囲とし、例えば天井や壁などに設置されていることとする。また複数のセンサ２０によって、位置測定の範囲の情報を取得する構成であってもよい。さらにカメラ以外の他のセンサがついていてもよい。
図１に戻り、センサ２０は、供給コンベア５０から供給されたワーク［Ｗ］の位置および形状に関する情報を取得するためのものである。このようなセンサ２０は、レンズを有し、例えば周辺の映像を二次元または三次元で認識するカメラであって、位置情報の精度の点からは二次元カメラであることが好ましい。二次元カメラは、例えばＲＧＢ画像をセンシングデータとして出力する。センサ２０は、ロボット１０、供給コンベア５０、および載置台６０の設置個所を位置測定の範囲とし、例えば天井や壁などに設置されていることとする。また複数のセンサ２０によって、位置測定の範囲の情報を取得する構成であってもよい。さらにカメラ以外の他のセンサがついていてもよい。
【0015】
＜入力装置３０＞
入力装置３０は、ロボット１０の動作を指示するための入力を行う装置であり、例えばタッチパネル型の入力端末、キーボード、または操作ボタンなどである。入力装置３０が指示するロボット１０の動作は、ここでは少なくともピッキング動作およびツール１００のキャリブレーション動作である。ここでツール１００のキャリブレーション動作とは、ロボット１０におけるツール１００の取り付け位置に対するツール１００の先端位置、すなわちツールオフセットの校正（誤差補正）を行うための動作である。このような入力装置３０は、ロボット１０と一体に形成されているか、次に説明する制御装置４０と一体に形成されていてもよい。
入力装置３０は、ロボット１０の動作を指示するための入力を行う装置であり、例えばタッチパネル型の入力端末、キーボード、または操作ボタンなどである。入力装置３０が指示するロボット１０の動作は、ここでは少なくともピッキング動作およびツール１００のキャリブレーション動作である。ここでツール１００のキャリブレーション動作とは、ロボット１０におけるツール１００の取り付け位置に対するツール１００の先端位置、すなわちツールオフセットの校正（誤差補正）を行うための動作である。このような入力装置３０は、ロボット１０と一体に形成されているか、次に説明する制御装置４０と一体に形成されていてもよい。
【0016】
＜制御装置４０＞
制御装置４０は、入力装置３０から入力された情報と、センサ２０で取得した情報とに基づいて、ピッキング動作またはキャリブレーション動作を実行するための制御を実施する。このような制御装置４０は、計算機によって構成されている。計算機は、いわゆるコンピュータとして用いられるハードウェアである。計算機は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備える。さらに、計算機は、不揮発性ストレージおよびネットワークインタフェースとを備える。
制御装置４０は、入力装置３０から入力された情報と、センサ２０で取得した情報とに基づいて、ピッキング動作またはキャリブレーション動作を実行するための制御を実施する。このような制御装置４０は、計算機によって構成されている。計算機は、いわゆるコンピュータとして用いられるハードウェアである。計算機は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備える。さらに、計算機は、不揮発性ストレージおよびネットワークインタフェースとを備える。
【0017】
図３は、第１実施形態に係るロボットシステム１の機能ブロック図であり、主として制御装置４０の機能構成を説明するためのブロック図である。以下、図３に基づき、先の図１、図２および他の必要図を参照し、制御装置４０の構成を説明する。なお、制御装置４０を構成する各部は、その一部、または全部がロボット１０と一体に形成されていてもよく、クラウドに設けられていてもよい。
【0018】
制御装置４０は、ロボット１０と、センサ２０と、入力装置３０とに、それぞれ接続されている。この接続は、有線接続でも無線接続でもよい。また制御装置４０は、認識部４１、基準座標保持部４２、軌道計画部４３、制御部４４、エンコーダ読取部４５、ロボット姿勢記憶部４６、およびツールオフセット算出部４７を有する。これらの各機能部分は、制御装置４０を構成する計算機のＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出すことにより、以下のような各機能を実行する。
【0019】
［認識部４１］
認識部４１は、センサ２０から取得した情報（センシングデータ）に基づいて、センサ２０によって認識された各部についてのセンサ座標系の位置を認識する。
認識部４１は、センサ２０から取得した情報（センシングデータ）に基づいて、センサ２０によって認識された各部についてのセンサ座標系の位置を認識する。
【0020】
このような認識部４１は、入力装置３０からピッキング動作の指示が入力された場合には、センサ２０から取得した情報に基づいて、センサ座標系におけるワーク［Ｗ］（図１参照）の位置を認識し、認識した位置情報を軌道計画部４３に送る。
【0021】
また認識部４１は、入力装置３０からキャリブレーション動作の指示が入力された場合には、センサ２０から取得した情報に基づいて、ロボット１０に装着したツール１００の先端［Ｐ］についての、センサ座標系における位置を認識する。この場合、ツール１００の先端［Ｐ］（図２参照）は、ツール１００の先端側の任意の設定点であって、図示した例においては、例えばツール１００の吸着面１０１の中心点であり、吸引開口１０２の中心点であることとする。
【0022】
認識部４１は、ツール１００の先端［Ｐ］を認識するのに際して、先ずセンサ２０から取得したセンシングデータに基づいて、先端［Ｐ］を中心とする吸着面１０１の周縁をマーカ［Ｍ］として認識する。なお、マーカ［Ｍ］となる吸着面１０１の周縁は、センサ２０によって認識し易いように着色してもよい。認識部４１はマーカ［Ｍ］を認識した後、例えば事前の入力によって保持しているマーカ［Ｍ］と先端［Ｐ］との位置関係の情報に基づいて、センサ座標系における先端［Ｐ］の位置を算出し、算出した位置を先端［Ｐ］の座標（先端座標）として認識する。
【0023】
また、認識部４１は、入力装置３０からキャリブレーション動作の指示が入力された場合において、初回に認識した先端座標を基準座標保持部４２に送信する。さらに、初回以外の回で認識した先端座標を軌道計画部４３に送信する。なお、キャリブレーション動作の際の、認識部４１によるツール１００の先端［Ｐ］の位置（先端座標）の認識のタイミングは、以降のロボットシステムの制御方法において詳細に説明する。
【0024】
［基準座標保持部４２］
基準座標保持部４２は、認識部４１から送信された先端座標を、ツール１００の先端［Ｐ］の基準座標［Ｓｐ］として保持する。図４は、第１実施形態に係るロボットシステム１の基準座標保持部４２が保存するツール１００の先端［Ｐ］の基準座標［Ｓｐ］の一例を示す図である。この図４に示す基準座標［Ｓｐ］は、例えばセンサ２０内の基準点からのずれとして認識される。基準座標保持部４２は、センサ２０内の基準点、およびセンサ２０内で定義された姿勢データにおいて、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向に何センチメートル離れた位置に先端［Ｐ］が認識されたかを記憶する。なお、基準座標保持部４２による基準座標［Ｓｐ］の保存のタイミングは、以降のロボットシステムの制御方法において詳細に説明する。
基準座標保持部４２は、認識部４１から送信された先端座標を、ツール１００の先端［Ｐ］の基準座標［Ｓｐ］として保持する。図４は、第１実施形態に係るロボットシステム１の基準座標保持部４２が保存するツール１００の先端［Ｐ］の基準座標［Ｓｐ］の一例を示す図である。この図４に示す基準座標［Ｓｐ］は、例えばセンサ２０内の基準点からのずれとして認識される。基準座標保持部４２は、センサ２０内の基準点、およびセンサ２０内で定義された姿勢データにおいて、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向に何センチメートル離れた位置に先端［Ｐ］が認識されたかを記憶する。なお、基準座標保持部４２による基準座標［Ｓｐ］の保存のタイミングは、以降のロボットシステムの制御方法において詳細に説明する。
【0025】
［軌道計画部４３（ロボット制御部）］
軌道計画部４３は、次の制御部４４とともにロボット制御部を構成する部分である。この軌道計画部４３は、入力装置３０からの指示と、認識部４１から取得した先端座標、および基準座標保持部４２から取得した基準座標とに基づいて、ロボット１０の軌道を計画する。軌道計画部４３は、計画した軌道を制御部４４に送信する。
軌道計画部４３は、次の制御部４４とともにロボット制御部を構成する部分である。この軌道計画部４３は、入力装置３０からの指示と、認識部４１から取得した先端座標、および基準座標保持部４２から取得した基準座標とに基づいて、ロボット１０の軌道を計画する。軌道計画部４３は、計画した軌道を制御部４４に送信する。
【0026】
このような軌道計画部４３は、入力装置３０からピッキング動作の指示が入力された場合には、認識部４１から取得したワーク［Ｗ］の位置情報に基づいて、ワーク［Ｗ］をピック＆プレイスするためのロボット１０の軌道を計画する。
【0027】
また軌道計画部４３は、入力装置３０からキャリブレーション動作の指示が入力された場合には、基準座標保持部４２に保存された基準座標［Ｓｐ］に対してツール先端［Ｐ］を一致させるためのロボット１０の軌道を計画する。なお、軌道計画部４３によるキャリブレーション動作の際のロボット１０の軌道計画の詳細は、以降のロボットシステムの制御方法において詳細に説明する。
【0028】
［制御部４４（ロボット制御部）］
制御部４４は、先の軌道計画部４３とともにロボット制御部を構成する部分であり、軌道計画部４３から取得した軌道と、予め保持しているツールオフセットとに基づいて、ロボット１０の動作を制御する。
制御部４４は、先の軌道計画部４３とともにロボット制御部を構成する部分であり、軌道計画部４３から取得した軌道と、予め保持しているツールオフセットとに基づいて、ロボット１０の動作を制御する。
【0029】
制御部４４は、入力装置３０からピッキング動作の指示が入力された場合には、ツール１００の先端［Ｐ］がワーク［Ｗ］をピック＆プレイスするように、ロボット１０の動作を制御する。
【0030】
また制御部４４は、入力装置３０からキャリブレーション動作の指示が入力された場合に、ロボット１０のキャリブレーション動作のための制御を実施する。の場合、制御部４４は、ツール１００の先端［Ｐ］が、センサ２０においてセンシング可能な所定位置となるように、軌道計画部４３から取得した軌道計画に基づいてロボット１０の動作を制御する。なお、制御装置４０が、ピッキング動作の失敗を検知する検知部、さらにはピッキング動作をしていないアイドルタイムの発生を判断する判断部を有している場合、制御部４４は、これらの検知部での検知および判断部での判断に基づいて、ロボット１０のキャリブレーション動作のための制御を自動的に開始してもよい。
【0031】
さらにこの場合、制御部４４は、基準座標保持部４２に保存された基準座標［Ｓｐ］に対して先端［Ｐ］を一致させた異なる各姿勢となるように、ロボット１０の姿勢を制御する。図５および図６は、第１実施形態に係るロボット１０の姿勢制御の第１の例および第２の例を示す図である。これらの図に示すように、制御部４４は、ツール１００の先端［Ｐ］を、センサ２０の座標系における基準座標［Ｓｐ］に一致させるように、ロボット１０の姿勢を変化させる。
【0032】
またこの場合、制御部４４は、ロボット１０を異なる各姿勢に変化させた状態において、基準座標保持部４２に保存された基準座標［Ｓｐ］に対してツール１００の先端［Ｐ］を一致させるように、各姿勢に変化させたロボット１０の動作を制御する。図７は、第１実施形態に係るロボットの各姿勢においてのツール１００の先端［Ｐ］の制御の一例を示す図である。この図に示すように、制御部４４は、姿勢を変化させたロボット１０におけるツール１００の先端［Ｐ］を、センサ座標系における基準座標［Ｓｐ］に一致させるように、ロボット１０の動作を制御する。なお、制御部４４によるロボット１０の動作制御の詳細は、以降のロボットシステムの制御方法において詳細に説明する。
【0033】
［エンコーダ読取部４５］
エンコーダ読取部４５は、ロボット１０に設けられた各エンコーダの測定値（エンコーダ値）を読み取る。このエンコーダ読取部４５は、読み取った複数のエンコーダ値を、制御部４４に送信する。
エンコーダ読取部４５は、ロボット１０に設けられた各エンコーダの測定値（エンコーダ値）を読み取る。このエンコーダ読取部４５は、読み取った複数のエンコーダ値を、制御部４４に送信する。
【0034】
［ロボット姿勢記憶部４６］
ロボット姿勢記憶部４６は、ロボット１０の姿勢データを記憶する。ロボット姿勢記憶部４６が記憶するロボット１０の姿勢データは、基準座標保持部４２に保存された基準座標［Ｓｐ］に対して、ツール１００の先端［Ｐ］の座標を一致させた各姿勢においてのエンコーダ値である。
ロボット姿勢記憶部４６は、ロボット１０の姿勢データを記憶する。ロボット姿勢記憶部４６が記憶するロボット１０の姿勢データは、基準座標保持部４２に保存された基準座標［Ｓｐ］に対して、ツール１００の先端［Ｐ］の座標を一致させた各姿勢においてのエンコーダ値である。
【0035】
図８は、第１実施形態に係るロボットシステムのロボット姿勢記憶部が保存するロボットの姿勢データの一例を示す図である。図８に示すように、ロボット姿勢記憶部４６は、後で説明するツールオフセットを求めるために必要な数の姿勢データを保存する。ここで各姿勢データは、ロボット１０の姿勢を変更した各状態において、ツール１００の先端［Ｐ］を基準座標［Ｓｐ］に対して一致せた状態においての各エンコーダ値である。一例としてロボット１０が６軸ロボットであるとすると、１つ（各回）の姿勢データは、６軸（ｊ１～ｊ６）の角度データ（エンコーダ値）によって構成される。この場合、ツールオフセットを求めるために必要な姿勢データ数は３以上である。なお、ロボット姿勢記憶部４６による姿勢データの保持のタイミングの詳細は、以降のロボットシステムの制御方法において詳細に説明する。
【0036】
［ツールオフセット算出部４７］
ツールオフセット算出部４７は、ロボット姿勢記憶部４６に保存されている複数の姿勢データに基づいて、例えば特許文献１に記載の方法により、ツールオフセットを算出する。ここでツールオフセットとは、ロボット１０に装着された状態においてのロボット１０に対するツール１００の先端［Ｐ］の位置である。ツールオフセットに誤差が生じている場合には、ツール１００の先端［Ｐ］が同一点に配置されるようにロボット１０の駆動を制御した場合であっても、ロボット１０の姿勢によってツール１００の先端が配置される位置にも差が生じてしまう。なおツールオフセット算出部４７は、算出したツールオフセットを、ツールオフセットの校正値として制御部４４に送信する。制御部４４は、もともと保持しているツールツールオフセットを、受信したツールオフセットの校正値で上書きする。
ツールオフセット算出部４７は、ロボット姿勢記憶部４６に保存されている複数の姿勢データに基づいて、例えば特許文献１に記載の方法により、ツールオフセットを算出する。ここでツールオフセットとは、ロボット１０に装着された状態においてのロボット１０に対するツール１００の先端［Ｐ］の位置である。ツールオフセットに誤差が生じている場合には、ツール１００の先端［Ｐ］が同一点に配置されるようにロボット１０の駆動を制御した場合であっても、ロボット１０の姿勢によってツール１００の先端が配置される位置にも差が生じてしまう。なおツールオフセット算出部４７は、算出したツールオフセットを、ツールオフセットの校正値として制御部４４に送信する。制御部４４は、もともと保持しているツールツールオフセットを、受信したツールオフセットの校正値で上書きする。
【0037】
＜供給コンベア５０＞
供給コンベア５０は、ピッキングのターゲットであるワーク［Ｗ］を、ロボット１０がワーク［Ｗ］を保持し易い位置に運搬する。ワーク［Ｗ］は、図示したような箱［Ｗ１］などに入っているものに限定されず、供給コンベア５０から単体で供給されてもよい。
供給コンベア５０は、ピッキングのターゲットであるワーク［Ｗ］を、ロボット１０がワーク［Ｗ］を保持し易い位置に運搬する。ワーク［Ｗ］は、図示したような箱［Ｗ１］などに入っているものに限定されず、供給コンベア５０から単体で供給されてもよい。
【0038】
＜載置台６０＞
載置台６０は、ロボット１０が保持したワーク［Ｗ］を載置するための台である。
載置台６０は、ロボット１０が保持したワーク［Ｗ］を載置するための台である。
【0039】
－ロボットシステム１の制御方法－
図９は、第１実施形態に係るロボットシステムの制御方法を示すフローチャートであって、図１～図８を用いて説明した制御装置４０に保持された制御プログラムによって実行されるツール１００のキャリブレーションの手順を示している。以下、図９のフローチャートに沿って、先の図１～図８、および必要に応じた他の図を参照しつつ、ロボットシステムの制御方法を説明する。なお、このフローは、例えば入力装置３０にいて、キャリブレーションの指示が入力されたこと、または制御装置４０が、ピッキング動作の失敗を検知したこと、さらにはピッキング動作をしていないアイドルタイムの発生を判断したことをトリガーとして開始される。
図９は、第１実施形態に係るロボットシステムの制御方法を示すフローチャートであって、図１～図８を用いて説明した制御装置４０に保持された制御プログラムによって実行されるツール１００のキャリブレーションの手順を示している。以下、図９のフローチャートに沿って、先の図１～図８、および必要に応じた他の図を参照しつつ、ロボットシステムの制御方法を説明する。なお、このフローは、例えば入力装置３０にいて、キャリブレーションの指示が入力されたこと、または制御装置４０が、ピッキング動作の失敗を検知したこと、さらにはピッキング動作をしていないアイドルタイムの発生を判断したことをトリガーとして開始される。
【0040】
＜ステップＳ１０１＞
先ず、ステップＳ１０１において、制御部４４はツール１００のマーカ［Ｍ］（図２参照）が、センサ２０の画角に入るよう、ロボット１０を制御する。このときのロボット１０の姿勢は任意である。
先ず、ステップＳ１０１において、制御部４４はツール１００のマーカ［Ｍ］（図２参照）が、センサ２０の画角に入るよう、ロボット１０を制御する。このときのロボット１０の姿勢は任意である。
【0041】
＜ステップＳ１０２＞
Ｓ１０２において、認識部４１は、センサ２０から取得したセンシングデータから、ツール１００に設定したマーカ［Ｍ］の位置を認識する。ここで認識するマーカ［Ｍ］の位置は、センサ座標系における位置である。
Ｓ１０２において、認識部４１は、センサ２０から取得したセンシングデータから、ツール１００に設定したマーカ［Ｍ］の位置を認識する。ここで認識するマーカ［Ｍ］の位置は、センサ座標系における位置である。
【0042】
＜ステップＳ１０３＞
ステップＳ１０３において、認識部４１は、マーカ［Ｍ］の位置から、ツール１００の先端［Ｐ］の位置、すなわち先端座標を認識する。この際、認識部４１は、例えば事前の入力によって保持しているマーカ［Ｍ］と先端［Ｐ］との位置関係の情報に基づいて、センサ座標系における先端［Ｐ］の座標を、先端座標として算出し、先端座標を認識する。認識した先端座標は、基準座標保持部４２に送信する。
ステップＳ１０３において、認識部４１は、マーカ［Ｍ］の位置から、ツール１００の先端［Ｐ］の位置、すなわち先端座標を認識する。この際、認識部４１は、例えば事前の入力によって保持しているマーカ［Ｍ］と先端［Ｐ］との位置関係の情報に基づいて、センサ座標系における先端［Ｐ］の座標を、先端座標として算出し、先端座標を認識する。認識した先端座標は、基準座標保持部４２に送信する。
【0043】
なお、ここでは、ステップＳ１０２において認識したマーカ［Ｍ］におけるマーカ像の寸法を測長しておく。ツール１００が円柱形状であれば、マーカ像は円または楕円であるため、マーカ像の寸法としては、少なくとも長辺の長さ、短辺の長さ、および円の直径の何れかであることとする。
【0044】
＜ステップＳ１０４＞
ステップＳ１０４において、認識部４１は、先のステップＳ１０３におけるツール１００の先端座標の認識が、本キャリブレーションのフローにおける初回の認識であるか否かの判定を実施する。初回である（ＹＥＳ）と判定した場合、認識部４１は、ステップＳ１０３で認識したツール１００の先端座標とマーカ像の寸法を、基準座標保持部４２に送信してステップＳ１０５に進む。一方、初回ではない（ＮＯ）と判定した場合、認識部４１は、ステップＳ１０３で認識したツール１００の先端座標を、軌道計画部４３に送信してステップＳ２０１に進む。
ステップＳ１０４において、認識部４１は、先のステップＳ１０３におけるツール１００の先端座標の認識が、本キャリブレーションのフローにおける初回の認識であるか否かの判定を実施する。初回である（ＹＥＳ）と判定した場合、認識部４１は、ステップＳ１０３で認識したツール１００の先端座標とマーカ像の寸法を、基準座標保持部４２に送信してステップＳ１０５に進む。一方、初回ではない（ＮＯ）と判定した場合、認識部４１は、ステップＳ１０３で認識したツール１００の先端座標を、軌道計画部４３に送信してステップＳ２０１に進む。
【0045】
＜ステップＳ１０５＞
ステップＳ１０５において、基準座標保持部４２は、認識部４１から受信した先端座標とマーカ像の寸法を、ツールの先端［Ｐ］の基準座標［Ｓｐ］として保存する（図４参照）。その後、ステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０５において、基準座標保持部４２は、認識部４１から受信した先端座標とマーカ像の寸法を、ツールの先端［Ｐ］の基準座標［Ｓｐ］として保存する（図４参照）。その後、ステップＳ１０６に進む。
【0046】
＜ステップＳ１０６＞
ステップＳ１０６において、ロボット姿勢記憶部４６は、エンコーダ読取部４５で読み取った複数（ここでは６個）のエンコーダの測定値を、ロボット１０の姿勢データとして保存する（図８参照）。
ステップＳ１０６において、ロボット姿勢記憶部４６は、エンコーダ読取部４５で読み取った複数（ここでは６個）のエンコーダの測定値を、ロボット１０の姿勢データとして保存する（図８参照）。
【0047】
＜ステップＳ１０７＞
ステップＳ１０７において、ロボット姿勢記憶部４６は、ステップＳ１０６で姿勢データを保存した回数が、所定回数に達したか否かの判定を実施する。ここで所定回数は、以降に実施するツールオフセットの算出（ステップＳ３０２）に必要な姿勢データ数以上に設定される。ロボット１０が６軸ロボットの場合には、ツールオフセットの算出に必要な姿勢データ数は３以上であり、例えば所定回数が４回に設定されていることとする。ロボット姿勢記憶部４６は、所定回数に達した（ＹＥＳ）と判断した場合にはステップＳ３０１に進み、所定回数に達していない（ＮＯ）と判断した場合にはステップＳ１０８に進む。
ステップＳ１０７において、ロボット姿勢記憶部４６は、ステップＳ１０６で姿勢データを保存した回数が、所定回数に達したか否かの判定を実施する。ここで所定回数は、以降に実施するツールオフセットの算出（ステップＳ３０２）に必要な姿勢データ数以上に設定される。ロボット１０が６軸ロボットの場合には、ツールオフセットの算出に必要な姿勢データ数は３以上であり、例えば所定回数が４回に設定されていることとする。ロボット姿勢記憶部４６は、所定回数に達した（ＹＥＳ）と判断した場合にはステップＳ３０１に進み、所定回数に達していない（ＮＯ）と判断した場合にはステップＳ１０８に進む。
【0048】
＜ステップＳ１０８＞
ステップＳ１０８において、制御部４４は、ロボット１０の姿勢を変更し、変更した姿勢においてツール１００の先端［Ｐ］が、基準座標保持部４２に保持された基準座標［Ｓｐ］となるようにロボット１０の姿勢を制御する。ここでの姿勢の制御は、エンコーダ値に基づく制御であることとする。その後、ステップＳ１０２に戻り、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３を順に実施してツール１００の先端座標を認識し、ステップＳ１０４に進んで先端座標を軌道計画部４３に送信してステップＳ２０１に進む。
ステップＳ１０８において、制御部４４は、ロボット１０の姿勢を変更し、変更した姿勢においてツール１００の先端［Ｐ］が、基準座標保持部４２に保持された基準座標［Ｓｐ］となるようにロボット１０の姿勢を制御する。ここでの姿勢の制御は、エンコーダ値に基づく制御であることとする。その後、ステップＳ１０２に戻り、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３を順に実施してツール１００の先端座標を認識し、ステップＳ１０４に進んで先端座標を軌道計画部４３に送信してステップＳ２０１に進む。
【0049】
＜ステップＳ２０１＞
一方、Ｓ２０１は、ステップＳ１０４において、ツール１００の先端座標の認識が初回の認識ではないと判断して進んだステップである。この場合、軌道計画部４３は、姿勢を変更したロボット１０におけるツール１００の先端座標を、認識部４１から受信した状態となっている。このステップＳ２０１において、軌道計画部４３は、基準座標保持部４２に保持されている先端［Ｐ］の基準座標［Ｓｐ］を取得し、ステップＳ２０２に進む。
一方、Ｓ２０１は、ステップＳ１０４において、ツール１００の先端座標の認識が初回の認識ではないと判断して進んだステップである。この場合、軌道計画部４３は、姿勢を変更したロボット１０におけるツール１００の先端座標を、認識部４１から受信した状態となっている。このステップＳ２０１において、軌道計画部４３は、基準座標保持部４２に保持されている先端［Ｐ］の基準座標［Ｓｐ］を取得し、ステップＳ２０２に進む。
【0050】
＜ステップＳ２０２＞
ステップＳ２０２において、軌道計画部４３は、ステップＳ１０８において姿勢を変更したロボット１０におけるツール１００の先端［Ｐ］を、基準座標［Ｓｐ］に一致させるための軌道を計画する。また、制御部４４は、軌道の計画に基づいてロボット１０を制御することで、ツール１００の先端［Ｐ］を基準座標［Ｓｐ］に一致させる。
ステップＳ２０２において、軌道計画部４３は、ステップＳ１０８において姿勢を変更したロボット１０におけるツール１００の先端［Ｐ］を、基準座標［Ｓｐ］に一致させるための軌道を計画する。また、制御部４４は、軌道の計画に基づいてロボット１０を制御することで、ツール１００の先端［Ｐ］を基準座標［Ｓｐ］に一致させる。
【0051】
ここで軌道計画部４３は、基準座標保持部４２から取得した基準座標［Ｓｐ］と、認識部４１から受信した先端座標との差分がゼロとなるような軌道を計画する。認識部４１から受信した先端座標は、ステップＳ１０８において姿勢を変更したロボット１０におけるツール１００の先端座標である。軌道計画部４３は、計画した軌道を制御部４４に送信する。制御部４４は、軌道計画部４３から送信された軌道の計画に基づいてロボット１０を制御し、ツール１００の先端［Ｐ］を基準座標［Ｓｐ］に一致させる（図７参照）。この際、制御部４４は、逐次に修正された軌道計画に基づいて、ロボット１０を制御する構成とする構成としてもよい。この場合、軌道計画部４３は、認識部４１からツール１００の先端［Ｐ］のセンサ座標系上の位置を周期的に取得し、逐次に軌道を修正することにより、軌道計画の精度を向上させることができる。
【0052】
ここで、図１０～図１２は、第１実施形態の制御方法において基準座標［Ｓｐ］にツール１００の先端位置のＸ座標、Ｙ座標、およびＺ座標を一致させる手順を示す図である。これらの図は、それぞれ二次元カメラを用いたセンサ２０（図５、図６参照）での撮像画９０であり、ツール１００の先端［Ｐ］を中心にしたマーカ［Ｍ］（図２参照）の像（マーカ像９０ｍ）が認識できている状態を示している。ここでマーカ［Ｍ］は、図２に示したように円柱形状のツール１００の先端［Ｐ］を中心とする吸着面１０１の周縁である。したがって図１０～図１２に示すように、マーカ像９０ｍは、円または楕円の像として認識される。以下、これらの図１０～図１２に基づいて、ステップＳ２０１およびステップＳ２０２において、ツール１００の先端［Ｐ］を基準座標［Ｓｐ］に一致させる手順の具体的な一例を説明する。
【0053】
先ず図１０に示すように、基準座標［Ｓｐ］と、現時点で認識されているツール１００のマーカ像９０ｍから算出されるツール１００の先端座標とのＸ座標の差がゼロとなるように、軌道計画部４３が軌道を計画する。この計画にしたがって、制御部４４がロボット１０の駆動を制御する。この際、ランダムな軌道によってロボット１０を制御してＸ座標の差が０になった瞬間にロボット１０の動作を止めるよう制御してもよいし、Ｘ方向の差を動的に監視しながら、Ｘ座標の差が０になるようにフィードバック制御をしてもよいし、他の方法でもよい。
【0054】
次に、以上と同様の手順で、図１１に示すように、基準座標［Ｓｐ］と、現時点で認識されているツール１００のマーカ像９０ｍから算出されるツール１００の先端座標とのセンサ座標系におけるＹ座標の差をゼロとする。
【0055】
その後、図１２示すように、現時点で認識されているツール１００のマーカ像９０ｍの長辺の長さ［Ｌ９０］が、初回に認識された基準座標［Ｓｐ］のマーカ像の長辺の長さと、同じ大きさとなるように、軌道計画部４３が軌道を計画する。なお、初回に認識された基準座標［Ｓｐ］のマーカ像の寸法は、ステップＳ１０２において測長され、ステップＳ１０５において基準座標保持部４２に合わせて保存しておくこととする。
【0056】
この計画にしたがって、制御部４４がロボット１０の駆動を制御し、センサ座標系におけるＺ座標の差をゼロとする。なお、上述したＺ座標の調整は、マーカ像の短辺の長さを一致させるようにしてもよい。
【0057】
以上のような制御は、高精度にセンシングが可能な二次元カメラをセンサ２０として用いた制御であるため、ツール１００の先端［Ｐ］の位置を高精度に制御することが可能である。さらに比較的、高精度な認識手法が存在する楕円もしくは円を対象に認識し、先端［Ｐ］位置を求めるので、より高精度な位置合わせが可能である。
【0058】
なお以上説明した座標の差が０となる座標の一致の判断は、軌道計画部４３で実施してもよい。また、一致の判定部を制御装置４０内に実装し、判定部において、認識部４１で認識された先端［Ｐ］の位置と、基準座標保持部４２から取得した先端［Ｐ］の基準座標［Ｓｐ］との重なりを判定してもよい。また、他の方法で実施してもよい。
【0059】
制御部４４は、ツール１００の先端［Ｐ］が、基準座標［Ｓｐ］に一致したことが判断された後、先に説明したステップＳ１０６に進む。これにより、ロボット姿勢記憶部４６は、この時点においてエンコーダ読取部４５で読み取ったエンコーダ値を、ロボット１０の姿勢データとして保存する（ステップＳ１０６、図８参照）。
【0060】
＜ステップＳ３０１＞
一方、ステップＳ３０１は、ステップＳ１０７において、姿勢データを保存した回数が、所定回数に達した（ＹＥＳ）と判断して進んだステップである。このステップＳ３０１において、ツールオフセット算出部４７は、ロボット姿勢記憶部４６に保存されている複数の姿勢データに基づいて、ツールオフセットを算出する。この際、ツールオフセット算出部４７は、ロボット姿勢記憶部４６に保存されている複数の姿勢データに基づいて、ツール１００の各先端座標を算出し、基準座標［Ｓｐ］との差（誤差）が最小となるようなツールオフセットを算出する。ツールオフセット算出部４７は、算出したツールオフセットを、ツールオフセットの校正値とし制御部４４に送信する。
一方、ステップＳ３０１は、ステップＳ１０７において、姿勢データを保存した回数が、所定回数に達した（ＹＥＳ）と判断して進んだステップである。このステップＳ３０１において、ツールオフセット算出部４７は、ロボット姿勢記憶部４６に保存されている複数の姿勢データに基づいて、ツールオフセットを算出する。この際、ツールオフセット算出部４７は、ロボット姿勢記憶部４６に保存されている複数の姿勢データに基づいて、ツール１００の各先端座標を算出し、基準座標［Ｓｐ］との差（誤差）が最小となるようなツールオフセットを算出する。ツールオフセット算出部４７は、算出したツールオフセットを、ツールオフセットの校正値とし制御部４４に送信する。
【0061】
＜ステップＳ３０２＞
ステップＳ３０２において、制御部４４は、もともと保持しているツールオフセットの初期値を、受信したツールオフセットの校正値で上書きし、ツールオフセットを更新してキャリブレーションを終了させる。
ステップＳ３０２において、制御部４４は、もともと保持しているツールオフセットの初期値を、受信したツールオフセットの校正値で上書きし、ツールオフセットを更新してキャリブレーションを終了させる。
【0062】
なお以上の説明においては、ツールオフセットは、制御部４４が予め保持していることとしたが、ツールオフセットは軌道計画部４３が予め保持していてもよい。この場合、軌道計画部４３は、入力装置３０からの指示と、認識部４１から取得した先端座標、および基準座標保持部４２から取得した基準座標と、保持しているツールオフセットとに基づいて、ロボット１０の軌道を計画する。
【0063】
またこの場合、先のステップＳ３０１においてツールオフセット算出部４７は、ツールオフセットの校正値を軌道計画部４３に送信する。また本ステップＳ３０２においては、軌道計画部４３が、もともと保持しているツールオフセットの初期値を、受信したツールオフセットの校正値で上書きし、ツールオフセットを更新してキャリブレーションを終了させる。
【0064】
－第１実施形態の効果－
以上説明した第１実施形態は、ツール１００の先端［Ｐ］をセンサ座標系における基準座標［Ｓｐ］に一致させるように各姿勢のロボット１０を制御し、各姿勢においてのロボット１０の姿勢データに基づいて、ツールオフセットを算出する構成である。このため、各姿勢のロボット１０の制御においては、センサ２０を構成するレンズのひずみの影響を受けることなく、ツール１００の先端［Ｐ］をセンサ座標系における基準座標［Ｓｐ］に一致させることができる。これによりセンサ２０を構成するレンズのひずみを考慮することなく各姿勢のロボットを制御することができ、この結果ひずみの影響を含まない姿勢データに基づいて精度の良いツールオフセットを算出し、キャリブレーションの精度の向上を図ることが可能である。
以上説明した第１実施形態は、ツール１００の先端［Ｐ］をセンサ座標系における基準座標［Ｓｐ］に一致させるように各姿勢のロボット１０を制御し、各姿勢においてのロボット１０の姿勢データに基づいて、ツールオフセットを算出する構成である。このため、各姿勢のロボット１０の制御においては、センサ２０を構成するレンズのひずみの影響を受けることなく、ツール１００の先端［Ｐ］をセンサ座標系における基準座標［Ｓｐ］に一致させることができる。これによりセンサ２０を構成するレンズのひずみを考慮することなく各姿勢のロボットを制御することができ、この結果ひずみの影響を含まない姿勢データに基づいて精度の良いツールオフセットを算出し、キャリブレーションの精度の向上を図ることが可能である。
【0065】
また、人手を介さずに自動でキャリブレーションを遂行することが可能である。したがって、ピッキング失敗やピッキングのアイドルタイムの発生を検知し、自動的にキャリブレーション動作を開始する構成とすることも可能である。これにより、ピッキングの失敗率の削減やスループットの向上を図ることができる。
【0066】
≪第２実施形態≫
－ロボットシステム－
図１３および図１４は、第２実施形態に係るロボットシステム２の要部の構成図（その１）および（その２）である。これらの図に示すロボットシステム２が、図１～図１２を用いて説明した第１実施形態のロボットシステム１と異なるところは、ロボット１０に装着されるツール２００の構成にある。またセンサ２０は、三次元カメラである。さらに以降のロボットシステムの制御方法で説明するように、図３に示した制御装置４０の認識部４１におけるツール２００の先端の認識の手順が異なる。他の構成は、第１実施形態のロボットシステム１と同様である。
－ロボットシステム－
図１３および図１４は、第２実施形態に係るロボットシステム２の要部の構成図（その１）および（その２）である。これらの図に示すロボットシステム２が、図１～図１２を用いて説明した第１実施形態のロボットシステム１と異なるところは、ロボット１０に装着されるツール２００の構成にある。またセンサ２０は、三次元カメラである。さらに以降のロボットシステムの制御方法で説明するように、図３に示した制御装置４０の認識部４１におけるツール２００の先端の認識の手順が異なる。他の構成は、第１実施形態のロボットシステム１と同様である。
【0067】
図１３、図１４に示すツール２００は、グリッパであって、複数本の指２０１を有し、複数本の指２０１によってここでの図示を省略したワークを保持する。ツール２００が有する指２０１の本数は、図面においては２本であるが、３本またはそれ以上であってもよい。
【0068】
認識部４１（図３参照）は、例えば複数の指２０１の先端の中心位置をツール２００の先端［Ｐ］として認識する。認識部４１は、先ずセンサ２０から取得したセンシングデータに基づいて、ツール２００を構成する各指２０１の先端をマーカ［Ｍ］として認識する。なお、マーカ［Ｍ］となる各指２０１の先端は、センサ２０によって認識し易いように着色してもよい。認識部４１はマーカ［Ｍ］を認識した後、例えば事前の入力によって保持しているマーカ［Ｍ］と先端［Ｐ］との位置関係の情報に基づいて、センサ座標系における先端［Ｐ］の位置を算出し、算出した位置を先端［Ｐ］の座標（先端座標）として認識する。
【0069】
－ロボットシステムの制御方法－
第２実施形態におけるロボットシステムの制御方法は、図９を用いて説明した第１実施形態のロボットシステムの制御方法において、ステップＳ１０２およびステップＳ２０２が異なるのみである。
第２実施形態におけるロボットシステムの制御方法は、図９を用いて説明した第１実施形態のロボットシステムの制御方法において、ステップＳ１０２およびステップＳ２０２が異なるのみである。
【0070】
すなわち、ステップＳ１０２において、認識部４１（図３参照）は、センシングデータから、指２０１の先端をマーカ［Ｍ］（図１３，図１４参照）の位置として認識する。なお、次のステップＳ１０３においては、認識部４１は、複数のマーカ［Ｍ］の位置から、ツール２００の先端［Ｐ］の位置、すなわち先端座標を認識すればよい。この際、認識部４１は、例えば事前の入力によって保持している複数のマーカ［Ｍ］と先端［Ｐ］との位置関係の情報に基づいて、センサ座標系における先端［Ｐ］の座標を、先端座標として算出し、先端座標を認識する。認識した先端座標は、基準座標保持部４２に送信する。
【0071】
またステップＳ２０２において、ツール２００の先端［Ｐ］を基準座標［Ｓｐ］に一致させる場合、軌道計画部４３は、センサ２０として用いた三次元カメラからのセンシングデータに基づく制御を実施すればよい。すなわち、認識部４１で認識された先端座標のＸ座標、Ｙ座標、およびＺ座標を、基準座標［Ｓｐ］のＸ座標、Ｙ座標、およびＺ座標に一致させるように軌道を計画すればよい。
【0072】
－第２実施形態の効果－
このような第２実施形態であっても、第１実施形態と同様に、センサ２０を構成するひずみの影響を含まない姿勢データに基づいて、精度の良いツールオフセットを算出し、キャリブレーションの精度の向上を図ることが可能である。また、自動的にキャリブレーション動作を開始する構成とすることも可能であり、ピッキングの失敗率の削減やスループットの向上を図ることができる。
このような第２実施形態であっても、第１実施形態と同様に、センサ２０を構成するひずみの影響を含まない姿勢データに基づいて、精度の良いツールオフセットを算出し、キャリブレーションの精度の向上を図ることが可能である。また、自動的にキャリブレーション動作を開始する構成とすることも可能であり、ピッキングの失敗率の削減やスループットの向上を図ることができる。
【0073】
≪第３実施形態≫
－ロボットシステム－
図１５は、第３実施形態に係るロボットシステム３の要部の構成図である。この図に示すロボットシステム３が、図１～図１２を用いて説明した第１実施形態のロボットシステム１と異なるところは、ロボット１０に装着されるツール３００の構成にある。またセンサ２０は、二次元カメラを用いることが好ましい。さらに以降のロボットシステムの制御方法で説明するように、図３に示した制御装置４０の認識部４１におけるツール３００の先端の認識の手順が異なる。他の構成は、第１実施形態のロボットシステム１と同様である。
－ロボットシステム－
図１５は、第３実施形態に係るロボットシステム３の要部の構成図である。この図に示すロボットシステム３が、図１～図１２を用いて説明した第１実施形態のロボットシステム１と異なるところは、ロボット１０に装着されるツール３００の構成にある。またセンサ２０は、二次元カメラを用いることが好ましい。さらに以降のロボットシステムの制御方法で説明するように、図３に示した制御装置４０の認識部４１におけるツール３００の先端の認識の手順が異なる。他の構成は、第１実施形態のロボットシステム１と同様である。
【0074】
図１５に示すツール３００は、グリッパであって、複数本の指３０１を有し、複数本の指３０１によってここでの図示を省略したワークを保持する。ツール３００が有する指３０１の本数は、図面においては２本であるが、３本またはそれ以上であってもよい。また特に、これらの指３０１のうちの少なくとも１つは、ワークを保持する面に窪み３０１ａを有する。
【0075】
図１６は、第３実施形態に係るロボットシステム３の要部を説明するための図であって、ツール３００の構成を説明するための図である。図１５および図１６に示すように、窪み３０１ａは、以降に説明するキャリブレーション動作において、マーカ［Ｍ］となる所定の径を有する球体を所定状態で確実に保持することが可能な形状を有している。
【0076】
認識部４１（図３参照）は、ツール３００においてワークを保持する面側に設定した任意の一点を、ツール３００の先端［Ｐ］（図１５参照）として認識する。例えばここでは、１つの指３０１に設けた窪み３０１ａの中心を、先端［Ｐ］とする。認識部４１は、先ずセンサ２０から取得したセンシングデータに基づいて、ツール３００に所定状態で保持された所定の径を有する球体を、マーカ［Ｍ］として認識する。認識部４１はマーカ［Ｍ］を認識した後、例えば事前の入力によって保持しているマーカ［Ｍ］と先端［Ｐ］との位置関係の情報に基づいて、センサ座標系における先端［Ｐ］の位置を算出し、算出した位置を先端［Ｐ］の座標（先端座標）として認識する。
【0077】
－ロボットシステムの制御方法－
第３実施形態におけるロボットシステムの制御方法は、図９を用いて説明した第１実施形態のロボットシステムの制御方法において、ステップＳ１０１の前に、マーカ［Ｍ］となる所定の径を有する球体をツール３００で保持するステップを有する。マーカ［Ｍ］となる球体は、ロボット１０の手の届く範囲で、かつ通常のピッキング動作に影響のない場所に配置されていることとする。ツールオフセットの誤差が大きい場合、マーカ［Ｍ］を保持する際に、ツール３００によるマーカ［Ｍ］の保持位置にずれが生じるが、ツール３００に設けた窪み３０１ａによってそのずれは吸収され、マーカ［Ｍ］を所定状態で保持することができる。
第３実施形態におけるロボットシステムの制御方法は、図９を用いて説明した第１実施形態のロボットシステムの制御方法において、ステップＳ１０１の前に、マーカ［Ｍ］となる所定の径を有する球体をツール３００で保持するステップを有する。マーカ［Ｍ］となる球体は、ロボット１０の手の届く範囲で、かつ通常のピッキング動作に影響のない場所に配置されていることとする。ツールオフセットの誤差が大きい場合、マーカ［Ｍ］を保持する際に、ツール３００によるマーカ［Ｍ］の保持位置にずれが生じるが、ツール３００に設けた窪み３０１ａによってそのずれは吸収され、マーカ［Ｍ］を所定状態で保持することができる。
【0078】
またその後は、ステップＳ１０２が異なるのみである。すなわち、ステップＳ１０２において、認識部４１（図３参照）は、センシングデータから、球体からなるマーカ［Ｍ］の位置を認識すればよい。なお、次のステップＳ１０３においては、認識部４１は、複数のマーカ［Ｍ］の位置から、ツール３００の先端［Ｐ］の位置、すなわち先端座標を認識すればよい。この際、認識部４１は、例えば事前の入力によって保持している複数のマーカ［Ｍ］と先端［Ｐ］との位置関係の情報に基づいて、センサ座標系における先端［Ｐ］の座標を、先端座標として算出し、先端座標を認識する。認識した先端座標は、基準座標保持部４２に送信する。
【0079】
ただし、ステップＳ１０１およびステップＳ１０８においては、マーカ［Ｍ］がセンサ２０によって確認できるように、ロボット１０の姿勢を制御する。またステップＳ２０２において、ツール２００の先端［Ｐ］を基準座標［Ｓｐ］に一致させる場合には、第１実施形態において図１０～図１２を用いて説明した手順で、センサ２０として用いた二次元カメラからのセンシングデータに基づく制御を実施すればよい。
【0080】
－第３実施形態の効果－
このような第３実施形態であっても、第１実施形態と同様に、センサ２０を構成するひずみの影響を含まない姿勢データに基づいて、精度の良いツールオフセットを算出し、キャリブレーションの精度の向上を図ることが可能である。また自動的にキャリブレーション動作を開始する構成とすることも可能であり、ピッキングの失敗率の削減やスループットの向上を図ることができる。
このような第３実施形態であっても、第１実施形態と同様に、センサ２０を構成するひずみの影響を含まない姿勢データに基づいて、精度の良いツールオフセットを算出し、キャリブレーションの精度の向上を図ることが可能である。また自動的にキャリブレーション動作を開始する構成とすることも可能であり、ピッキングの失敗率の削減やスループットの向上を図ることができる。
【0081】
なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、さらに様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ロボット１０に装着する作業用のツールは、ベローズやグリッパに限定さえることはなく、他のツールであってもよい。また、マーカ［Ｍ］は、先端［Ｐ］を認識することを補助するものであればよく、円形や球に限定さえることはなく、他の形状（四角、三角など）の印や、他の形状（立方体、円錐、四角錘、円柱など）の立体でもよい。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【0082】
１，２，３…ロボットシステム
１０…ロボット
２０…センサ
４０…制御装置
４１…認識部
４２…基準座標保持部
４３…軌道計画部（ロボット制御部）
４４…制御部（ロボット制御部）
４５…エンコーダ読取部
４６…ロボット姿勢記憶部
４７…ツールオフセット算出部
１００，２００，３００…ツール
［Ｐ］…先端
［Ｍ］…マーカ
１０…ロボット
２０…センサ
４０…制御装置
４１…認識部
４２…基準座標保持部
４３…軌道計画部（ロボット制御部）
４４…制御部（ロボット制御部）
４５…エンコーダ読取部
４６…ロボット姿勢記憶部
４７…ツールオフセット算出部
１００，２００，３００…ツール
［Ｐ］…先端
［Ｍ］…マーカ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】