CN107848117A - 机器人系统以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器人系统，能够仅以少量的预先登记来处理多种物品，进一步若是与预先登记的物品接近的形状，则也能够处理未知的物品。公开了一种机器人系统，其特征在于，具备：机构部，其对操作对象的物品进行操作；形状测量部，其测量物体的形状；基本动作存储部，存储表示成为基本的机构部的动作的基本动作；动作方法计算部，其基于由形状测量部测量出的物体的形状，对存储的基本动作进行变形而计算动作方法；以及控制部，基于动作方法计算部计算出的动作方法，执行机构部的控制。

Description

机器人系统以及控制方法
技术领域
本发明涉及用于使机器人操作物品的系统以及控制方法。
背景技术
在仓库、工厂中，使用了机器人的物品的操作(物品的把持、安装、焊接等)能够通过对机器人预先示教动作顺序来实现。示教是指，操作人员使用控制器等使机器人存储用于操作对象物品的所有的动作顺序的作业。然而，为了通过示教使机器人动作，需要使操作对象的形状、姿势等状态与示教时相同这样的前提。
与此相对地，具有利用立体摄像机、3D传感器等测量周围环境的形状的装置的方式。通过使用形状测量装置，能够测出直至周围的存在物的距离，并测量存在物的三维形状，能够识别对象物品的形状、位置姿势。通过识别环境，并与状况相符地使机器人动作，由此在环境的状况发生了一定程度变化的情况下也能够操作对象物品。作为利用形状的测量装置的例子，具有专利文献1所公开的动作方法。在该动作方法中，从测量得到的周围环境的形状之中检测对象物品，并识别检测出的各物品的姿势。通过与识别出的姿势相符地进行把持动作，即便各个物品的姿势不同，也能够灵活地把持。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-224695号公报
专利文献2：日本特开2014-161965号公报
专利文献3：WO2006/006624号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献2或者专利文献3中公开了如下方法，即，预先以对象物品的姿势为单位分别存储把持方法，基于对象物品的实际的姿势而选择把持方法，由此能够把持。在这些方法中，需要操作人员预先登记在与测量得出的对象物品相符地使机器人动作时所需要的、对象物品的形状和该物品的把持位置等与物品的操作方法相关的信息。然而，为了利用一个系统处理多个种类的物品，需要以形状不同的物品为单位分别登记形状、操作方法的信息的作业。
解决方案
在本申请中公开的代表例如下所述。
本发明的一方案涉及一种机器人系统，其特征在于，机器人系统具备：机构部，其对操作对象的物品进行操作；形状测量部，其测量物体的形状；基本动作存储部，其存储表示成为基本的机构部的动作的基本动作；动作方法计算部，其基于由形状测量部测量出的物体的形状，对存储的基本动作进行变形而计算动作方法；以及控制部，其基于动作方法计算部计算出的动作方法，执行机构部的控制。
当进一步例示具体结构时，该机器人系统还具备：基本形状存储部，其将表示规定的形状的基本形状以及机构部对该基本形状的操作方法成对地存储至少一个以上；基本形状关联部，其相对于形状测量部测量出的形状，从存储于基本形状存储部的基本形状之中选择至少一个，作为选择基本形状建立关联；以及基本形状变形部，其使选择基本形状以及与该选择基本形状成对的操作方法即选择操作方法与测量出的形状相符地变形。此时，动作方法计算部具备基本动作变形部，基本动作变形部基于由基本形状变形部变形而得到的变形后的选择基本形状以及选择操作方法，使基本动作变形，基于由基本动作变形部变形而得到的变形后的基本动作，计算动作方法。
本发明的其它的观点涉及一种控制方法，利用具备处理装置、存储装置、输入装置以及输出装置的信息处理装置来控制机构部。在该方法中，存储部将表示规定的形状的基本形状、以及机构部对该基本形状的操作方法成对地存储至少一个以上。处理装置从存储的基本形状之中选择一个基本形状，与从输入装置输入的测量形状建立关联。另外，处理装置使关联的基本形状以及与关联的基本形状成对的操作方法与测量形状相符地变形。另外，处理装置基于变形后的基本形状以及操作方法，计算机构部的动作方法，基于动作方法，执行机构部的动作。
进一步在具体例中，存储部存储表示成为基本的简单的机构部的动作的基本动作，处理装置在计算机构部的动作方法时以与变形后的操作方法适合的方式使基本动作变形，根据变形后的基本动作而计算动作方法。
本发明的另一方案涉及一种机器人系统，其特征在于，机器人系统具备：机构部，其对操作对象的物品进行操作；基本形状设定部，其设定表示规定的形状的基本形状以及机构部对该基本形状的操作方法；基本形状存储部，其将由基本形状设定部设定的基本形状与操作方法成对地存储至少一个以上；形状测量部，其测量周围的形状；基本形状关联部，其从存储于基本形状存储部的基本形状之中关联与形状测量部测量出的形状接近的形状；基本形状变形部，其使基本形状以及所述操作方法与所述测量形状相符地变形；动作方法计算部，其基于由基本形状变形部变形而得到的变形后的形状以及操作方法而计算机构部的动作方法；以及控制部，其基于由动作方法计算部计算而得到的动作方法而执行动作。
发明效果
根据本发明，能够仅以少量的预先登记来处理多种物品，进一步若是与预先登记的物品接近的形状，则也能够处理未知的物品。
附图说明
图1是本发明的一实施例的详细结构框图。
图2是本发明的一实施例的处理的流程图。
图3是本发明的一实施例的操纵系统整体立体图。
图4是基于基本形状设定部的动作的说明图。
图5是基本形状设定画面的主视图。
图6是基本形状合成部的动作的说明图。
图7是形状测量部的立体图。
图8是操作对象提取出处理的概念图。
图9是基本形状关联接口的主视图。
图10是基于局部形状变换的基本形状变形处理的概念图。
图11是动作方法计算部的结构框图。
图12是基本动作变形处理的立体图。
图13是基本动作合成处理的立体图。
图14是吸附机械手的立体图。
图15是以吸附机械手为对象的基本形状变形处理的概念图。
图16是自动基本形状关联处理的概念图。
图17是基于线形变换的基本形状变形处理的概念图。
图18是基于重心位置的操作方法变形处理的概念图。
具体实施方式
使用附图对实施方式进行详细说明。但是，本发明并非限定于以下所示的实施方式的记载内容进行解释。在不脱离本发明的思想或主旨的范围内能够变更其具体结构对于本领域技术人员而言是容易理解的。
在以下说明的发明的结构中，有时对于相同部分或者具有同样功能的部分，在不同的附图间共用相同的附图标记，并省略重复的说明。
本说明书等中的“第一”、“第二”、“第三”等表述是为了识别构成要素而标注的，未必是限定数或者顺序。另外，构成要素的识别用的编号以文脉为单位使用，在一个文脉中使用的编号未必在其它的文脉中表示相同的结构。另外，并不妨碍由某一编号识别的构成要素兼具由其它的编号识别的构成要素的功能。
对于在附图等中所示的各结构的位置、大小、形状、范围等，为了便于理解发明，有时并非表示实际的位置、大小、形状、范围等。因此，本发明未必限定于附图等所公开的位置、大小、形状、范围等。
实施例1
以下，使用附图对本发明的一实施例进行说明。最先说明概略，接着详细说明各部分。
图1是本实施例的机器人系统的详细结构图，示出构成实施例的功能模块、以及被处理的信息(数据)。在本实施例中，以操纵机器人为例，对于在机器人上搭载用于把持对象物品的机械手并使用机械手上的手指机构来把持任意的对象物品的系统进行描述。
首先，形状测量部100测量并输出表示把持对象物品的形状的测量数据101。在本实施例中作为测量数据101的一个例子而处理点组，但只要是表示形状的数据，不限于点组。
基本形状设定部102设定操作人员预先准备的基本形状、以及表示进一步相对于基本形状而机构部115如何进行操作的操作方法，并将它们存储于基本形状存储部103。本实施例通过与测量数据相符地使规定的基本形状以及操作方法变形而制作任意的形状以及操作方法，将变形前的成为基本的简单形状设为基本形状。
作为基本形状的例子而举出立方体、圆柱、球等。另外，若知晓处理的物品的大致形状，则也可以将与物品的形状相近的形状设为基本形状。基本形状只要是变形前的形状，可以是任何种类，不限于所述事例。使由形状设定部102设定的基本形状104以及操作方法105成对地预先在基本形状存储部103中存储多组。
在本实施例的系统操作对象的物品时，首先基本形状关联部106从存储于基本形状存储部的基本形状104之中选择最接近测量数据101的基本形状104，并选择与选择出的基本形状104成对存储的操作方法105。将选择出的基本形状设为选择基本形状107，将选择出的操作方法设为选择操作方法108。选择可以是系统通过软件自动地进行的，也可以是操作人员通过目视由手动选择的，也可以组合自动与手动。
另外，基本形状变形部109使选择基本形状108的形状变形为与测量数据101在几何上一致，在选择操作方法108中也进行同样的变形。将变形后的选择基本形状107设为变形后基本形状110，将变形后的选择操作方法108设为变形后操作方法111。
动作方法计算部112根据变形后操作方法111以及机构部115的动作范围，决定机构部115的动作方法113。机构部的动作范围等数据预先作为制约条件而储存在系统能够访问的存储装置。最后，控制部114基于动作方法113来控制机构部115。具体来说，控制构成机构部115的致动器等的动作量等。
图1的系统能够利用具备处理装置、存储装置、输入装置、输出装置的通常的信息处理装置(以下，作为典型例而以服务器为例进行说明。)来构成。关于基本形状设定部102、基本形状关联部106、基本信息变形部109、动作方法计算部112、控制部114等的功能，储存于存储装置的程序由处理装置执行，由此与其它的硬件配合进行确定的处理。在本说明书中，有时将服务器执行的程序、或者实现服务器的功能的手段称作“功能”、“手段”、“部”、“模块”等。
测量数据101、基本形状104、操作方法105、选择基本形状107、选择操作方法108、变形后基本形状110、变形后操作方法111、动作方法113等暂时或者永久地存储于半导体存储器或硬盘等存储装置。形状测量部100构成为，经由有线或者无线的路线，从服务器的输入装置(输入接口)向存储装置、处理装置输入测量数据101。另外，机构部115具备后述的机械手等，控制部114经由服务器的输出装置(输出接口)进行控制，由此进行机械式驱动。该服务器除此之外能够具备监视器等显示装置、键盘或鼠标等输入装置。
以上的系统结构可以由单体的服务器构成，或者也可以由利用网络连接有输入装置、输出装置、处理装置、存储装置的任意部分的其它的服务器构成。
本实施例中，与由软件构成的功能同等的功能也能够由FPGA(FieldProgrammable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等硬件实现。
图2是表示图1所示的本实施例的系统的处理的流程的概略的流程图。在该系统中，预先进行基本形状104与操作方法105的组的设定以及存储(S2000)。对此，之后利用图4与图5进行详细说明。
在基于机构部(机械手)115的对象物品的处理时，首先取得对象物品的测量数据101(S2001)。对此，之后利用图7与图8进行详细说明。
接下来，进行测量数据101与基本形状104的关联，选择具有与测量数据101接近的形状的基本形状与操作方法的组(S2002)。选择可以是系统自动进行的，也可以是操作人员选择的。对此，之后利用图9详细说明。
接下来，基于测量数据101使选择出的选择基本形状107与选择操作方法108的组变形(S2003)。对此，之后利用图10详细说明。
接下来，基于进行了变形的变形后基本形状110与变形后操作方法111，使基本动作203变形(S2004)。对此，之后利用图11～图13详细说明。最后，通过根据变形后的基本动作来控制机构部而处理对象物品(S2005)。
返回图1，更详细说明本实施例的系统的结构。首先，形状测量部100使用光学性测定装置等测量并输出表示周围的形状的测量数据101。在此，在也同时测量出把持对象以外的周围整体的形状的情况下，利用把持对象测量数据设定部200从测量数据101之中仅提取出成为把持对象的部分数据。需要说明的是，在测量数据101仅测量了把持对象的情况下，把持对象测量数据设定部200直接输出测量数据101，或者也可以不设置把持对象测量数据设定部200。
基本形状设定部102设定操作人员预先准备的基本形状与表示进一步相对于基本形状而机构部115如何进行操作的操作方法，并使其存储于基本形状存储部103。在此，也可以相对于规定的基本形状而预先设定多个操作方法。
基本形状104、操作方法105能够预先准备为数据文件，并经由服务器的输入接口而存储于基本形状存储部103。或者，也能够从作为服务器的输入装置的键盘等直接输入。为了便于输入，如之后由图4、图5说明的那样，也可以在作为服务器的输出装置的监视器上显示必要信息。
本实施例通过与测量数据相匹配地使规定的基本形状以及操作方法变形而制作任意的形状以及操作方法，将变形前的成为基本的简单形状设为基本形状。作为基本形状的例子而举出立方体、圆柱、球等。另外，若知晓处理的物品的大致形状，则也可以将与物品的形状接近的形状设为基本形状。基本形状只要是变形前的形状，可以是任意种类，不限于所述事例。预先将由基本形状设定部102设定的基本形状104以及操作方法105成对地在基本形状存储部103中存储多组。
基本形状合成部201合成两种以上的基本形状104与操作方法105的对，制作新的基本形状104以及操作方法105的对，并使其存储于基本形状存储部103。
在本实施例的系统操作对象的物品时，首先，基本形状关联部106从存储于基本形状存储部103的基本形状104之中选择与测量数据101处于规定的关系的基本形状104，并选择与所选择的基本形状104成对地存储的操作方法105。将所选择的基本形状设为选择基本形状107，将所选择的操作方法设为选择操作方法108。作为选择的基本形状，基本形状关联部106构成为，从多个基本形状之中自动选择与形状测量部测量出的形状相比几何学差异的大小最小的基本形状。
或者，也可以使基本形状关联部106选择多个与测量数据近似的数据，使操作人员从其中选择。或者在基本形状的个数被限定的情况下，基本形状关联部106也可以将基本形状104全部列举显示，使操作人员从其中选择类似的形状。
另外，基本形状变形部109使选择基本形状107的形状变形为与把持对象的测量数据101在几何上一致，在选择操作方法108中也同样变形。将变形后的选择基本形状107设为变形后基本形状110，将变形后的选择操作方法108设为变形后操作方法111。也可以将变形后的选择操作方法108与变形后操作方法111成对地向基本形状存储部103追加。若构成为对变形后的选择操作方法108与变形后操作方法111追加数据，则相对于同一把持对象，能够直接利用追加数据。
动作方法计算部112根据变形后操作方法111以及机构部115的动作范围，决定机构部115的动作方法113。在此，假设在向成为对象的基本形状设定有多个种类的操作方法的情况下，变形后操作方法111也成为多个种类。此时，也可以使操作人员选择任意一者。或者，动作方法计算部112也可以通过软件的控制，选择与当前的机构部115的姿势最接近的动作方法113等。
动作方法计算部112基于变形后基本形状110与变形后操作方法111，利用基本动作变形部204使存储于基本动作存储部202的基本动作203变形，由此决定动作方法113。
另外，基本动作合成部205通过使两种以上的基本动作合成，制作新的基本动作，并使其存储于基本动作存储部202。最后，控制部114基于动作方法113而控制机构部115。
需要说明的是，在图1中，包含把持对象测量数据设定部200、基本形状合成部201，但是在测量数据101能够测量把持对象的形状、无需由基本形状合成部201追加形状而利用存储于基本形状存储部103的基本形状的变形就可以表示把持对象的形状的情况下，也可以省略上述结构进行动作。
在图1中，基本形状存储部103与基本动作存储部202优选例如由非易失性半导体装置、硬盘构成。在图1的例子中，基本动作存储部202内置于动作方法计算部112，但也可以处于动作方法计算部112的外部是不言而喻的。作为具体的构成例，基本形状存储部103与基本动作存储部202能够构成为同一硬盘装置的独立的数据文件。作为机器人系统，只要能够访问这些数据文件即可，不一定需要内置。例如，数据文件也可以处于机器人系统经由网络而能够访问的外部的服务器。
把持对象测量数据设定部200、基本形状合成部201、基本动作变形部204、基本动作合成部205等通过处理装置来执行在存储装置中储存的程序，由此与其它的硬件配合而进行确定的处理。
在图3中示出作为本发明的实施例之一的机械手系统的整体图。形状测量部100测量环境内的物品300，机构部115把持物品300。在此，机构部115具有多个手指机构。作为机构部115，不限于夹持把持物品的机械手，也可以是吸附物品的吸附机械手。另外，不限于夹持、吸附物品，只要是以规定的方法操作对象物体的规定的部位即可，也可以是为了抬起物品而从物品的下方支承的动作、从横向挪动物品的动作、以及挡住飞来的对象物品的动作。
机构部115例如能够搭载于台车301而构成为能够移动。实现图1所示的各部分的服务器能够内置于台车301而与机构部115一并移动。或者，如图3所示，也能够将服务器3000与台车301独立地置于远离地。服务器3000中，输入装置3001、输出装置3002、处理装置3003、存储装置3004等被总线3005连接，实现图1所示的结构。在图3的结构中，服务器3000的控制部114也可以使用接口3006而通过无线或者有线来操作机构部115。另外，形状测量部100也能够通过无线或者有线与服务器的接口3006连接。
在图4中示出用于设定规定的基本形状的输入顺序、以及相对于基本形状的操作方法的、通过基本形状设定部102控制的动作的例子。
首先，使用现有的CAD软件等而制作基本形状400。如公知那样，例如CAD软件储存于服务器的存储装置3004，通过处理装置3003来执行。基本形状400的制作、输入能够通过用户操作监视器等服务器的输出装置3002、键盘、鼠标或写字板等服务器的输入装置3001来进行。制作出的基本形状400的数据预先储存在硬盘等存储装置3004。
本实施例通过使规定的基本形状以及操作方法与测量数据相符地变形而制作任意的形状以及操作方法，将变形前的成为基本的简单形状设为基本形状。作为基本形状的例子而举出立方体、圆柱、球等。另外，若知晓处理的物品的大致形状，则也可以将与物品的形状接近的形状设为基本形状。基本形状只要是变形前的形状，也可以是任意的种类，不限于所述事例。基本形状400只要是表示形状的格式，也可以是任意形式。
以下的动作整体通过基本形状设定部102的软件来控制。利用基本形状输入部(例如来自服务器3000外部的数据的输入接口，输入装置3001的一部分)401输入基本形状400，显示于操作方法显示部(例如监视器，输出装置3002的一部分)404。操作人员一边观察操作方法显示部404所显示的基本形状400，一边利用操作方法指示部(例如键盘、鼠标，输入装置3001的一部分)402设定操作方法403。在此，也可以相对于规定的基本形状而预先设定多个种类的操作方法。
在物品的把持动作中，作为操作方法的例子，在把持时设定添加手指机构的位置。操作方法不限于添加手指机构的位置的设定。例如若采用从下方支承物品的动作，只要将支承的位置作为操作方法即可。若采用从横向挪动对象物品的动作，只要设定不使物品倾倒那样的操作位置即可。另外，在将挡住飞来的对象物品的动作作为对象的情况下，也能够设定相对于对象物品的飞来角的相对的挡住位置、动作。
另外，使输入的基本形状400与设定的操作方法403成对地存储于基本形状存储部103。通过多次进行上述操作，在基本形状存储部中存储多个种类的基本形状104与操作方法105的组。需要说明的是，基本形状与操作方法的组不限于一对一，也可以是一对多。
如以上那样，能够在基本形状存储部103中准备基本形状104与操作方法105的组。需要说明的是，图1的基本形状设定部102(或者图4的基本形状存储部103以外的部分)也能够构成为，与机器人系统独立构成，仅在机器人系统的出厂时或者维护时与机器人系统连接，向基本形状存储部103储存数据。
在图5中示出由基本形状设定部102控制的基本形状设定画面的接口的例子。在本实施例中，由于将物品的把持动作设为对象，因此作为操作方法而设定物品的把持位置。首先，在操作方法显示部(例如监视器)404中显示基本形状400以及设定中的操作方法(在该例中为把持位置)403。操作人员使用操作方法指示部(例如键盘)402而操作指示器500，根据显示出的基本形状400指示把持位置403。于是，相对于显示的基本形状400而登记指示的把持位置403，作为操作方法105，在操作方法显示部404中反映。这样一来，操作方法105被规定，基本形状104与操作方法105的组被存储多个种类。
作为操作方法指示部402的指示方法，并非仅通过指示器500写入把持位置403，也可以通过切换指示动作模式而进行已标记的把持位置403的删除、移动。包含键盘的控制、监视器的显示的接口的控制通过处理装置执行在存储装置中存储的基本形状设定部102的软件来进行。
在图6中示出通过合成由基本形状设定部102设定的多个基本形状以及操作方法而制作新的基本形状以及操作法的基本形状合成部201的处理的一个例子的详细内容。
如图1所示，在基本形状存储部103中，多个基本形状104与操作方法105成对地被存储。首先，从其中取出规定的两种以上的基本形状与操作方法。在此，取出基本形状A600以及操作方法A601的对与基本形状B602以及操作方法B603的对。
通过形状合成处理部604来合成取出的基本形状A600与基本形状B602。作为具体的合成方法，例如通过利用隐函数、CSG(Constructive Solid Geometry)模式表现形状来进行加减，由此能够合成。另外，也可以从接口上指示合成位置、方法。需要说明的是，只要是能够合成形状的方法，不限于上述。以上的合成处理是通过使处理装置3003执行在存储装置3004中存储的形状合成处理部604的软件来进行的。形状合成处理部604将合成后的形状输出为基本形状C605。
操作方法显示部404显示基本形状C605，利用操作方法指示部402设定操作方法607。基于操作方法指示部402的设定方法、操作方法显示部404的显示方法与图4以及图5所示的方法相同，只要针对在画面上显示的形状设定操作方法即可。需要说明的是，作为操作方法C607，也可以复制操作方法A601、操作方法B603。
需要说明的是，基本形状合成部201也能够与基本形状设定部102同样地与机器人系统主体独立构成。
在图7中示出形状测量部100测量周围的物品300的样子。形状测量部100向物品(测量对象或者把持对象)300的方向照射激光，并测量直至激光反射而返回为止的时间，由此能够测量直至处于照射方向的存在物的距离。形状测量部100在周围全方向上反复进行上述照射处理，由此能够测量周围整体的存在物的形状。作为测量结果，针对激光一次的照射，能够测量周围的物体的表面上的一点，因此通过反复进行，能够将周围的形状测量为点组。作为物品300的测量结果而获得测量数据101。需要说明的是，形状测量装置只要是能够测量形状的装置，不限于使用激光，也可以采用基于立体观察的方法、使用超声波的方法等。
在图8中示出把持对象测量数据设定部200从由形状测量部100测量出的测量数据101中仅提取出与把持对象相关的部分的测量数据的操作对象提取出处理。在形状测量部100测量周围整体的形状的情况下，在测量数据101中映入周围的环境的形状、多个把持对象物体。因此，需要从其中仅提取出把持对象的形状。假使把持对象的形状是已知的情况下，将预先存储的形状与测量的点组在几何上配合，使用最一致的部分，由此切出把持对象的点组。
另外，在环境内的物体如图7所示载于平坦面上的情况下，通过从点组去除平坦面，并从剩余的点组集中相近的点彼此而进行聚类，由此能够分割成测量数据800、测量数据801、测量数据802。
关于平坦面的去除，通过相对于点组使用霍夫变换而能够提取出平面，因此只要去除提取出的面上的点组即可。在并非平坦面的情况下，也能够预先记录在周围没有物体的状态下的环境的形状，若取得与该形状的差值，则能够仅提取出放置的物体。另外，在未预先确定把持对象的情况下，操作人员从测量数据800、测量数据801、测量数据802中选择把持对象的物品，由此能够决定对象物品。以下，将把持对象物品说明为测量数据800。需要说明的是，把持对象物品不限于测量数据800。另外，在测量数据101仅测量把持对象物品的情况下，在以下的处理中也可以直接处理测量数据101。
以上的处理通过使处理装置3003执行在存储装置3004中存储的把持对象测量数据设定部200的软件来进行。需要说明的是，也能够构成为，并非系统自动地选择把持对象的物品，而是将图8所示的图像向操作人员提示，操作人员选择并指定把持对象的物品的部分。
在图9中示出与由形状测量部100测量且把持对象测量数据设定部200提取出的把持对象的测量数据800对应的、决定基本形状以及操作方法的基本形状关联部106的处理例。
首先，在基本形状关联画面900(输出装置3001的一部分，也可以与操作方法显示部404相同)显示成为把持对象的测量数据800以及存储于基本形状存储部103的基本形状以及操作方法的对901、902、903、904。操作人员从显示的测量数据之中指示成为把持对象的形状数据。在此，作为其例子而将测量数据800设为把持对象。进一步，操作人员从基本形状以及操作方法的对之中选择最接近测量数据800的对。在此，将基本形状与操作方法的对901设为最接近的对。
在图9的例子中，示出操作人员通过手动从基本形状以及操作方法的对之中进行选择的例子。另外，也能够如上述那样，使基本形状关联部106自动选择。这种情况下的算法能够使用与以下的形状变形部109的动作类似的情况。例如，首先将基本图形变形为网格形状。然后，将网格形状的基本形状与测量数据建立关联，将距离网格上的点最近的测量数据上的表面设为对应目标的坐标。在此基础上，能够以网格上的点与测量数据上的坐标的距离为基础进行选择。作为简单例子，选择距离的平均值最小的基本形状。
以上的处理是通过处理装置3003执行在存储装置3004中存储的基本形状关联部106的软件并控制输入装置3001、输出装置3002来进行的。
在图10中示出通过在形状变形部109中与所测量的测量数据相符地对基本形状以及操作方法局部地进行形状变换来变形的基本形状变形处理。在本处理中，输入基本形状1000以及操作方法1001的对与所述测量数据800。首先，将基本形状1000以网格分割成多个部位，并形成网格形状1002。关于朝向网格的变换，只要在形状的表面上以等分的方式分割，并使用德洛内分割等来连接点彼此。
接着，将网格形状1002与测量数据800建立关联，求出从网格上的各点朝对应目标的坐标的坐标变换1004。在此，将距离网格上的点最近的测量数据上的表面设为对应目标的坐标。需要说明的是，测量数据的姿势若与基本形状的姿势不一致，也可以作为前处理而计算旋转、平移量。旋转、平移的计算能够通过ICP(Iterative Closest Point)算法等现有方法来实施。
通过对所有的网格上的点实施坐标变换1004，求出变形后基本形状1005。另外，相对于操作方法1001，也根据与把持位置对应的网格的变形目标的位置而求出变形后操作方法1006。
另外，基本形状变形部109也可以预先模拟在相对于把持对象的物品使用变形后的操作方法进行操作时能否正确操作，在能够正确操作的情况下，输出其操作。本实施例的情况下通过模拟计算在手指机构以规定的强度向变形后的把持位置施加力的情况下能否不落下而稳定把持。假设在不稳定的情况下，也可以通过探索计算出能够稳定把持的把持位置。本探索处理能够将上述稳定程度作为评价值，并通过梯度法等收敛计算使操作位置最佳化并求出。
以上的处理通过处理装置3003执行在存储装置3004中存储的形状变形部109的软件来进行。
在图11中示出在动作方法计算部112的构成框图中包含处理的数据的图。动作方法计算部112按照基本形状变形部119计算出的变形后基本形状110以及变形后操作方法111，计算用于使机构部115动作的动作方法113。
首先，基本动作1100表示机构部115用于实现目的动作的基本动作。例如，在如本实施例那样以把持动作为对象的系统的情况下，将针对各手指机构打开或者关闭的动作设为基本动作1100。此时，以一根手指机构为单位而定义弯曲伸展的基本动作。
将预先定义的基本动作1100输入基本动作设定部1101，并存储于基本动作存储部202。在本实施例中，以机构为单位而存储基本动作，在基本动作存储部202中存储多个基本动作203。在本实施例中，以手指机构为单位而定义基本动作1100，因此存储有与手指机构的根数相应的基本动作。
接着，基本动作变形部204基于基本动作203、变形后基本形状110以及变形后操作方法111使基本动作变形。在本实施例中，以使动作后的手指机构的位置与由变形后操作方法指示的手指机构的把持位置一致的方式调整手指机构的关闭程度。手指机构是否一致能够根据由手指机构获得的位置与指示的手指机构的把持位置的距离来计算。相对于所有的手指机构进行上述操作，能够以手指机构为单位分别决定动作方法。需要说明的是，本动作变形处理并不限定于把持动作。
在此，假设在成为对象的基本形状设定有多个种类的操作方法的情况下，变形后操作方法111也获得多个种类，因此基本动作的变形结果也获得多个。在这种情况下，动作方法计算部112也可以选择与当前的机构部115的姿势最接近的基本动作的变形结果，设为动作方法113。
在图12中示出基本动作变形部204对基本动作203进行变形而制作能够把持对象物品的动作方法113的基本动作变形处理的例子。
在本实施例中，通过将机构部115的各手指机构的基本动作1200、1201、1202分别根据变形后基本形状1203上的变形后操作位置1204进行变形，能够进行把持动作。例如，通过对基本动作1200进行变形，从变形前的基本动作1205(虚线箭头)变形为变形后动作1206(实线箭头)。此时的变形量通过计算在基本动作1200中定义的手指机构的轨道上与把持位置(变形后操作位置1204)最接近那样的机构部的弯曲程度来求出。同样，基本动作1201从变形前的基本动作1207向变形后动作1208变形。基本动作1202也是相同的。
在图13中示出基于基本动作合成部205的基本动作203的合成处理。通过组合两种以上的基本动作彼此，能够进行各种各样的动作。作为合成处理，示出从两种以上的动作中选择一个的处理以及使量动作相加的处理。
首先，对从两种以上的动作中选择一个的处理进行说明。相对于搭载于机构部115的手指机构1302合成基本动作1303与基本动作1304。作为合成处理，通过选择基本动作1303而设为合成后动作1311。接着，描述相对于手指机构1305的合成处理。在存储有基本动作1306与基本动作1307的情况下，通过选择基本动作1307而进行合成后动作1312。
另外，相对于手指机构1308，在设定有基本动作1309与基本动作1310的情况下，通过使这些动作方向相加，设为合成后动作1311。需要说明的是，针对哪个基本动作的组而进行哪种合成处理不受上述限定。
最后，通过基于至此计算出的动作方法113，控制部114控制搭载于机构部115的马达等机构，由此把持对象物品。将计算出的把持位置设为机构部115的动作目标姿势，利用作为动作计划法的PRM(Proba-bilistic Roadmap Method)、RRT(Rapidly-exploringRandom Trees)等进行轨道计划，利用PID(Proportional-Integral-Derivative)控制等进行控制。
在此，在利用控制部114进行轨道计划时，使用由形状测量部100测量出的周围的测量数据，为了以在移动机构部115时不与周围碰撞的方式穿过物体间的间隙而计算轨道，由此也能够在复杂的环境中动作。或者，也可以在基本动作变形部204中，考虑由形状测量部100测量出的周围的测量数据，使动作变形。
根据本实施例，仅存储少数的基本形状以及操作方法而基于测量数据使基本形状以及操作方法变形，由此能够进行多种形状的把持。
实施例2
在本实施例中，描述了为了操作对象物品而利用了吸附机械手的情况下的实施例。
在图14中示出在机构部115的前端搭载有吸附机械手1400的例子。吸附机械手在其前端接触并吸引规定的物体，由此保持该物品。在本实施例中，描述了利用吸附机械手而用于把持各种各样的物品的实施方式。
在图15中示出以吸附机械手为对象的基本形状变形处理。在本实施例中，在基本形状存储部103存储有基本形状以及操作方法1500。需要说明的是，基本形状以及操作方法1500的设定能够由图4、5所述的处理实施。
在此，操作方法1502与基本形状1501成对，同样，操作方法1504与基本形状1503成对，操作方法1506与基本形状1505成对，并进行存储。在此，作为操作方法，设定吸附根数与相对于各自的吸附位置。吸附机械手通过改变利用的吸附机构的根数，能够对应各种大小的物品。
在测量出测量数据1507的情况下，选择与其最接近的基本形状。该选择通过所述的基本形状关联部106进行。在图15的例子中，基本形状1501最接近。通过使基本形状1501与操作方法1502变形而成为变形后基本形状1508与变形后操作方法1509。在此，基本形状与操作方法的变形方法通过所述的基本形状变形部109进行。由此，能够决定对象物品的吸附位置，因此基于该位置使吸附机械手动作，吸附决定的吸附位置1509，由此能够实现把持。
实施例3
在本实施例中，描述了在基本形状关联部106中使选择与测量数据对应的基本形状和操作方法时的处理自动化的情况。在图9所示的基本形状关联处理中，操作人员需要在把持动作时指示与测量数据对应的基本形状以及操作方法。与此相对地，不进行与测量数据对应的基本形状以及操作方法的对的指示作业也能够实现把持动作。
在图16中示出，在基本形状关联部106选择与测量数据对应的基本形状和操作方法的对时，使其处理自动化的处理顺序。在本实施例中，计算基本形状1601、1602、1603、1604中的最接近测量数据1600的形状。
为了计算基本形状与测量数据间的差异，相对于各基本形状分别执行基于基本形状变形部109的基本形状变形处理，使用变化后的形状1605、1506、1607、1608与测量数据1600的差异，计算差异最小的形状即可。差异能够通过使用从测量数据的各点至最接近的变形后基本形状的表面的距离的总和来计算。需要说明的是，只要是计算形状间的差异的方法，不限于上述方法。在图16的例子中，变化后的形状1605与测量数据1600的差异最小，选择基本形状1601。
需要说明的是，针对测量对象的物品已知的情况，基本形状关联部106也可以预先存储与成为测量对象的物品对应的基本形状以及操作方法的对，将存储的基本形状以及操作方法的对建立关联。
实施例4
在图17中示出基本形状变形部109的处理的其它的例子。在图17中，示出基本形状变形部109中的、通过与测量出的测量数据1700相符地对基本形状以及操作方法进行线形变换而实施变形的情况下的基本形状变形处理。
在基本形状变形处理中，输入基本形状1701以及操作方法1702的对与测量数据1700。比较基本形状1701与测量数据1700，在几何学上进行映射，求出最匹配的变换量。在此，变换量是通过进行旋转、平移以及关于各轴的放大率、并探索形状最一致的值而求出的。作为具体方法，能够通过基于全探索的匹配、梯度法或者ICP算法等求出。是否一致的判断能够通过计算测量数据1700上的各点中的、哪个点位于变形后的基本形状1704的表面上来计算。通过将求出的变换量适用于基本形状1701以及操作方法1702，求出变形后基本形状1704以及变形后操作方法1705。
实施例5
在图18中示出基本形状变形部109的处理的其它的例子。在图18中，示出在基本形状变形部109变形操作方法时，基于测量数据的重心位置变形操作方法的处理。
在图10以及图17所示的基本形状变形处理中，也可以与基本形状的变形程度相等地使操作方法变化。当使用该方法而使图18所示的基本形状1800变形为变化后基本形状1806时，与重心位置1801相距的相对距离1805缩小，3点的把持位置并列。其结果是，存在动作变得不稳定这样的问题。
与此相对地，在变形操作方法时，与基本形状的操作相伴而仅使重心位置1801移动，设为新的重心位置1807。然后，维持从重心位置1801至各操作位置的相对距离(在图18中为直至把持位置1802的相对距离1803、直至把持位置1804的相对距离1805等)，并且相对于新的重心位置1807，使直至新的把持位置1808的相对距离1809与相对距离1803相等，直至新的把持位置1810的相对距离1811与相对距离1805相等。由此，变形后基本形状1806上的3点的把持位置不再并列，能够进行稳定的把持。
根据以上说明的实施例，通过使预先登记的基本动作变形，能够以较少的动作命令的组合来生成灵活的动作方法。另外，通过与测量获得的操作对象的测量数据相符地使预先登记的基本形状以及相对于该形状的操作方法变形，即便相对于未登记的形状也能够决定操作方法。因此，基于变形后的操作方法，能够生成适当的动作方法(例如致动器的驱动顺序)。由此，能够仅以少量的预先登记来处理多种物品，进一步若是与预先登记的物品接近的形状，则也能够处理未知的物品。
本发明不限于上述的实施方式，包含各种变形例。例如，能够将某一实施例的结构的一部分置换成其它实施例的结构，并且能够向某一实施例的结构添加其它实施例的结构。另外，针对各实施例的结构的一部分，能够进行其它实施例的结构的追加、删除、置换。
工业实用性
本发明能够应用于处理物品的各种机器人系统。
附图标记说明：
100：形状测量部；101：测量数据；102：基本形状设定部；103：基本形状存储部；104：基本形状；105：操作方法；106：基本形状关联部；107：选择基本形状；108：选择操作方法；109：基本形状变形部；110：变形后基本形状；111：变形后操作方法；112：动作方法计算部；113：动作方法；114：控制部；115：机构部；200：把持对象测量数据设定部；201：基本形状合成部；202：基本动作存储部；203：基本动作；204：基本动作变形部；300：物品；400：基本形状；401：基本形状输入部；404：操作方法显示部；402：操作方法指示部；403：操作方法；600：基本形状A；601：操作方法A；602：基本形状B；603：操作方法B；604：形状合成处理部；605：基本形状C；606：操作方法指示部；607：操作方法；608：操作方法显示部；800：测量数据；801：测量数据；802：测量数据；900：基本形状关联画面；901：基本形状以及操作方法的对；902：基本形状以及操作方法的对；903：基本形状以及操作方法的对；904：基本形状以及操作方法的对；1000：本形状；1001：操作方法；1002：网格形状；1004：坐标变换；1005：变形后基本形状；1006：变形后操作方法；1100：基本动作；1101：基本动作设定部；1200：基本动作；1201：基本动作；1202：基本动作；1203：变形后基本形状；1204：变形后操作位置；1205：变形前的基本动作；1206：变形后动作；1207：变形前的基本动作；1208：变形后动作；1302：手指机构；1303：基本动作；1304：基本动作；1305：手指机构；1306：基本动作；1307：基本动作；1308：手指机构；1309：基本动作；1310：基本动作；1311：合成后动作；1312：合成后动作；1400：吸附机械手；1500：基本形状以及操作方法；1501：基本形状；1502：操作方法；1503：基本形状；1504：操作方法；1505：基本形状；1506：操作方法；1507：测量数据；1508：变形后基本形状；1509：变形后操作方法；1600：测量数据；1601：基本形状；1602：基本形状；1603：基本形状；1604：基本形状；1700：测量数据；1701：基本形状；1702：操作方法；1704：变形后的基本形状；1705：变形后操作方法；1800：基本形状；1801：重心位置；1802：把持位置；1803：相对距离；1804：把持位置；1805：相对距离；1806：变化后基本形状；1807：重心位置；1808：把持位置1809：相对距离；1810：把持位置；1811：相对距离。

Claims (15)

1.一种机器人系统，其特征在于，
所述机器人系统具备：
机构部，其对操作对象的物品进行操作；
形状测量部，其测量物体的形状；
基本动作存储部，其存储表示成为基本的所述机构部的动作的基本动作；
动作方法计算部，其基于由所述形状测量部测量出的物体的形状，对存储的所述基本动作进行变形而计算动作方法；以及
控制部，其基于所述动作方法计算部计算出的动作方法，执行所述机构部的控制。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人系统具备：
基本形状存储部，其将表示规定的形状的基本形状以及所述机构部对该基本形状的操作方法成对地存储至少一个以上；
基本形状关联部，其相对于所述形状测量部测量出的形状，从存储于所述基本形状存储部的所述基本形状之中选择至少一个，作为选择基本形状建立关联；以及
基本形状变形部，其使所述选择基本形状以及与该选择基本形状成对的所述操作方法即选择操作方法与测量出的所述形状相符地变形，
所述动作方法计算部具备基本动作变形部，所述基本动作变形部基于由所述基本形状变形部变形而得到的变形后的所述选择基本形状以及所述选择操作方法，使所述基本动作变形，
基于由所述基本动作变形部变形而得到的变形后的基本动作来计算动作方法。
3.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人系统具备把持对象测量数据设定部，所述把持对象测量数据设定部从由所述形状测量部测量出的物体的形状之中提取出所述操作对象的物品的形状。
4.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述基本形状变形部对所述选择基本形状进行线性变换，以使得所述选择基本形状与测量出的所述物体的形状一致。
5.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述基本形状变形部以部位为单位使所述选择基本形状进行局部变形，以使得所述选择基本形状与测量出的所述物体的形状一致。
6.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述基本形状变形部基于与测量出的所述物体的重心相距的相对距离而进行所述选择操作方法的变形。
7.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制部参照所述形状测量部测量出的形状与周围的间隙的状态相符地使所述机构部动作，以使得所述机构部不会与周围碰撞。
8.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人系统具备基本形状合成部，所述基本形状合成部组合两种以上的所述基本形状而设为新的基本形状。
9.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人系统具备基本动作合成部，所述基本动作合成部组合两种以上的所述基本动作而设为新的基本动作。
10.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述基本形状关联部从多个所述基本形状之中选择与所述形状测量部测量出的形状相比几何差异的大小最小的所述基本形状。
11.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述操作方法由把持所述基本形状的位置规定。
12.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述操作方法由吸附所述基本形状的位置、以及吸附的件数规定。
13.一种控制方法，利用具备处理装置、存储装置、输入装置以及输出装置的信息处理装置来控制机构部，其特征在于，
所述存储部将表示规定的形状的基本形状、以及所述机构部对该基本形状的操作方法成对地存储至少一个以上，
所述处理装置从存储的所述基本形状之中选择一个基本形状，与从所述输入装置输入的测量形状建立关联，
所述处理装置使关联的所述基本形状以及与该关联的基本形状成对的所述操作方法与所述测量形状相符地变形，
所述处理装置基于所述变形后的所述基本形状以及所述操作方法来计算所述机构部的动作方法，
基于所述动作方法，执行所述机构部的动作。
14.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，
所述存储部存储表示成为基本的简单的所述机构部的动作的基本动作，
所述处理装置在计算所述机构部的动作方法时以与变形后的所述操作方法适合的方式使所述基本动作变形，
根据变形后的所述基本动作而计算所述动作方法。
15.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，
所述存储部在将所述基本形状以及所述机构部对该基本形状的操作方法成对地存储时，
相对于一个所述基本形状而成对地存储多个所述操作方法，
所述处理装置与所述测量形状相符地对多个所述操作方法进行变形，
所述处理装置在计算所述机构部的动作方法时，选择与所述测量形状相符地变形的所述多个操作方法中的与当前的所述机构部的姿势最接近的结果，并将其设为动作方法。
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