DE112021005493T5

DE112021005493T5 - Robotersteuervorrichtung und robotersteuerverfahren

Info

Publication number: DE112021005493T5
Application number: DE112021005493.7T
Authority: DE
Inventors: Koji Shiratsuchi; Hiroki Dobashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2021-10-04
Publication date: 2023-08-31
Also published as: WO2022085408A1; CN116194255A; JP7337285B2; JPWO2022085408A1

Abstract

Eine Robotersteuervorrichtung, die einen Roboter (10) und eine Roboterhand (20) steuert, um ein Objekt (70) zu ergreifen, beinhaltet eine Greifpunkterzeugungseinheit (31), die Greifpunkte des Objekts (70) erzeugt, die von der Roboterhand (20) zu ergreifen sind. Die Greifpunkterzeugungseinheit (31) beinhaltet eine Verformungsbewertungseinheit (33), die Formverformungsinformationen berechnet, wenn eine Form des Objekts (70) durch einen Greifvorgang der Roboterhand (20) verformt wird, und eine Greifpunktbestimmungseinheit (36), die Greifpunkte des Objekts (70) auf Grundlage der Formverformungsinformationen bestimmt.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Robotersteuervorrichtung, die einem Roboter und einem Endeffektor, der an einem Fingerspitzenabschnitt des Roboters bereitgestellt ist, einen Betriebsbefehl erteilt, um ein Objekt zu ergreifen, während sie gleichzeitig ein Herunterfallen des Objekts verhindert, sowie ein Robotersteuerverfahren dafür.
Allgemeiner Stand der Technik
Für herkömmliche Robotersteuervorrichtungen gibt es ein Verfahren, bei dem zur Bestimmung eines Greifpunktes für einen Endeffektor (Roboterhand) in Bezug auf ein Objekt die Form und das Gewicht des Objekts auf Grundlage von Messinformationen des Objekts gemessen werden, eine Position eines Schwerpunktes des Objekts geschätzt wird und ein Punkt, der durch eine Umgebung der Position eines Schwerpunktes verläuft, als der Greifpunkt verwendet wird (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Liste der Anführungen
Patentliteratur
Patentdokument 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2008-49459 (Seite 9-10, 2)
Nichtpatentliteratur
Nichtpatentliteratur 1: „Deformation Modeling of Rheological Objects for Their Shape Control“, Shinichi Tokumoto und Shinichi Hirai, Journal of Robotics Society of Japan, Bd. 18, Nr. 8 (S. 1143, Formeln (1) bis (3))
Kurzdarstellung
Technisches Problem
Bei der herkömmlichen Robotersteuervorrichtung ist es beim Durchführen von Aufnahmearbeiten von Objekten, bei denen es sich um zwei oder mehr angeordnete amorphe Objekte handelt, unter Berücksichtigung von Interferenzen nicht immer möglich, eine Position zu ergreifen, die durch eine Position der Schwerpunktposition des Objekts verläuft, und das Objekt kann aufgrund einer mit dem Ergreifen verbundenen Verformung aus einer Roboterhand herunterfallen. Infolgedessen sinkt eine Erfolgsrate der Aufnahmearbeiten und sinkt eine Produktionseffizienz, was bisher problematisch gewesen ist.
Die vorliegende Offenbarung erfolgt, um die vorgenannten Probleme zu lösen und eine Aufgabe davon besteht darin, eine Robotersteuervorrichtung bereitzustellen, mit der es möglich ist, bei Aufnahmearbeiten, die an einem flexiblen Objekt oder einem amorphen Objekt durchgeführt werden, das Objekt mit hoher Erfolgsrate zu ergreifen und eine Zykluszeit zu verkürzen, um eine hohe Produktionseffizienz aufrechtzuerhalten.
Lösung des Problems
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Robotersteuervorrichtung bereit, die einen Roboter und eine Roboterhand des Roboters steuert, um ein Objekt zu ergreifen, wobei die Robotersteuervorrichtung eine Greifpunkterzeugungseinheit umfasst, um Greifpunkte des von der Roboterhand zu ergreifenden Objekts zu erzeugen, wobei die Greifpunkterzeugungseinheit Folgendes beinhaltet: eine Verformungsbewertungseinheit, um Formverformungsinformationen zu berechnen, wenn eine Form des Objekts durch einen Greifvorgang der Roboterhand verformt wird; und eine Greifpunktbestimmungseinheit, um Greifpunkte des Objekts auf Grundlage der Formverformungsinformationen zu bestimmen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, bei Aufnahmearbeiten, die an einem flexiblen Objekt oder einem amorphen Objekt durchgeführt werden, das Objekt mit hoher Erfolgsrate zu ergreifen und eine Zykluszeit zu verkürzen, um eine hohe Produktionseffizienz aufrechtzuerhalten.
Figurenliste

1 ist eine Gesamtdarstellung eines Robotersystems gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Robotersteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Greifpunkterzeugungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
4 ist eine Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen Fingern und einem Objekt gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
5 ist eine Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen den Fingern und dem Objekt, wenn das Objekt beweglich ist, gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Vorgang der Robotersteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
7 sind Modelle physikalischer Eigenschaften, bei denen ein Federelement und ein Dämpfungselement gemäß einer zweiten Ausführungsform kombiniert sind.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Greifpunkterzeugungseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Vorgang der Robotersteuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
10 ist eine Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen den Fingern und dem Objekt gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht.
11 ist eine Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen den Fingern und dem Objekt gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulicht.
12 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Greifpunkterzeugungseinheit gemäß einer sechsten Ausführungsform veranschaulicht.
13 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer weiteren Greifpunkterzeugungseinheit gemäß der sechsten Ausführungsform veranschaulicht.
14 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Greifpunkterzeugungseinheit gemäß einer siebten Ausführungsform veranschaulicht.
15 ist eine schematische Darstellung des Objekts, bevor es ergriffen wird, gemäß einer neunten Ausführungsform.
16 ist eine Darstellung, die Hardwarekonfigurationen der Robotersteuervorrichtungen gemäß der ersten bis neunten Ausführungsform veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen
Erste Ausführungsform.
1 ist eine Gesamtdarstellung eines Robotersystems gemäß einer ersten Ausführungsform zum Umsetzen der vorliegenden Offenbarung. Das Robotersystem basiert auf einer Konfiguration, die einen Roboter und eine Robotersteuervorrichtung, die den Roboter zum Betrieb steuert, beinhaltet. Ein Roboter 10 kann Arbeiten durchführen, die als Materialhandhabung bezeichnet werden, um ein Objekt zu ergreifen. In diesem Fall wird eine Konfiguration hinzugefügt, die eine Messvorrichtung 60, die Informationen misst, wie etwa eine Form eines Objekts 70, um Positions- und Forminformationen des Objekts 70 zu gewinnen, und eine Roboterhand 20 (Endeffektor) zum Ergreifen des Objekts 70 beinhaltet. Die auf Grundlage der Messvorrichtung 60 gemessenen Informationen über das Objekt 70 werden von einer Messvorrichtungssteuerung 50 verarbeitet und die Informationen über das Objekt 70 werden in die Robotersteuervorrichtung 30 eingegeben.
Die Robotersteuervorrichtung 30 steuert den Roboter 10 und die Roboterhand 20 des Roboters 10, um das Objekt 70 zu ergreifen, und beinhaltet eine Greifpunkterzeugungseinheit 31, die einen Greifpunkt des Objekts 70 erzeugt, an dem die Roboterhand 20 das Objekt 70 ergreift. Die Robotersteuervorrichtung 30 berechnet einen Positionsbefehlswert für den Roboter 10 an einer Position, an der das Objekt 70 ergriffen wird, und eine Öffnungsposition von Fingern (Fingerspitzenabschnitt), die sich an der Roboterhand 20 öffnen, damit die Roboterhand 20 das Objekt 70 auf Grundlage der eingegebenen Informationen über das Objekt 70 ergreift. Die Robotersteuervorrichtung 30 steuert ein oder mehrere Gelenke eines Armes des Roboters 10 und einen oder mehrere Finger der Roboterhand 20, sodass die Finger der Roboterhand 20 jeweils in eine gewünschte Position gesteuert werden. Nachstehend soll die Robotersteuervorrichtung 30 mindestens eines der Gelenke des Armes des Roboters 10 und des Fingers der Roboterhand 20 steuern, sodass sich der Finger der Roboterhand 20 in eine zweckmäßige Position bewegt. Die Position und Form sowie die Forminformationen des Objekts 70 sind beispielhaft als die Informationen über das Objekt 70 dargestellt.
Ferner gibt die Robotersteuervorrichtung 30 den berechneten Positionsbefehlswert, einen Positionsbefehlswert für den Finger der Roboterhand 20 in einem geöffneten Zustand und einen Positionsbefehlswert für den Finger in einem geschlossenen Zustand an den Roboter 10 aus. Die Robotersteuervorrichtung 30 bestimmt eine zeitliche Planung, zu der eine Ausführung für einen Positionsbefehlswert für die Roboterhand 20 in Bezug auf den Positionsbefehlswert für den Roboter 10 erfolgt, und übermittelt das Ergebnis als Positionsbefehlswert zu jedem Zeitpunkt t an den Roboter 10. Folglich ist es möglich, einen Vorgang zu realisieren, bei dem die Finger der Roboterhand 20 in einen geöffneten Zustand gebracht und näher an das Objekt 70 bewegt werden und die Finger der Roboterhand 20 an einem Greifpunkt für das Objekt 70 in einen geschlossenen Zustand gebracht werden. Hier ist davon auszugehen, dass sich der Positionsbefehlswert für den Roboter 10, sofern nicht anders angegeben, auf sechs Freiheitsgrade bezieht, die drei translatorische Freiheitsgrade und drei rotatorische Freiheitsgrade aufweisen. Die Positionsbefehlswerte für die Finger der Roboterhand 20 sind von der Art der Hand abhängig, es ist jedoch davon auszugehen, dass sie im Fall einer Gliederstruktur durch Spitzenpositionen der Finger oder eine Öffnungsweite von diesen definiert werden. Daneben kann sich der Positionsbefehlswert manchmal auf einen Positionsbefehlswert für jede Antriebseinheit beziehen, in der Beschreibung bezieht sich der Positionsbefehlswert jedoch weit gefasst auf einen Positionsbefehlswert, der benannt werden kann, ohne konkret der Handstruktur eine Einschränkung aufzuerlegen. Bei einem Fall, in dem ein Aktuator einer Druck-, Kraft- oder Drehmomentsteuerung unterworfen werden kann, können die Finger der Roboterhand 20 in Bezug auf die Greifkraft gesteuert werden. Nachfolgend wird in dieser Schrift bei einem Fall, in dem eine Greifkraft benannt wird, davon ausgegangen, dass einem Greifpunktkandidaten ein Greifkraftbefehlswert zugeordnet wird.
Der „Greifpunkt“ bezeichnet eine Position und Lage jedes Fingers, in der die Roboterhand 20 das Objekt 70 ergreifen kann. Obwohl die tatsächliche Robotersteuerung zu jedem Zeitpunkt t zusätzlich zu der Position und Lage des Greifpunktes, wie vorstehend beschrieben, den Positionsbefehlswert erfordert, wird davon ausgegangen, dass ein Positionssollwert jedes Gelenks des Roboters 10, der es der Roboterhand 20 ermöglicht, den Greifpunkt für das Objekt 70 zu erreichen, separat berechnet wird. Es ist zu beachten, dass die Informationen, die verwendet werden können, um den Greifpunkt für das Objekt 70 zu berechnen, nicht notwendigerweise auf die Position und Form und die Forminformationen des Objekts 70 beschränkt sind. Das heißt, die Informationen über das Objekt 70 sind nicht auf direkte Informationen, wie etwa Positions- und Forminformationen davon, beschränkt, und es können indirekte Informationen, wie etwa Temperaturinformationen, Abstandsinformationen oder Farbinformationen des Objekts 70 verwendet werden, um die Positionsinformationen und Forminformationen des Objekts 70 zu schätzen.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Robotersteuervorrichtung 30 veranschaulicht. Wie in 2 veranschaulicht, ist die Robotersteuervorrichtung 30 im Wesentlichen mit der Greifpunkterzeugungseinheit 31 und einer Befehlswerterzeugungseinheit 39 konfiguriert. Wie in 2 veranschaulicht, berechnet die Robotersteuervorrichtung 30 die Position des Greifpunktes, zu dem sich der Roboter 10 bewegen sollte, bewegt die Roboterhand 20 zu dem Greifpunkt und steuert den Roboter 10, sodass der Roboter 10 einen Greifvorgang durchführt. Die Greifpunkterzeugungseinheit 31 gibt unter Verwendung der Forminformationen des Objekts 70, bei dem es sich um ein von dem Roboter 10 zu ergreifendes Objekt handelt, einen Greifpunkt für das Objekt 70 aus.
Konkret werden Objektforminformationen dadurch erlangt, indem Bildinformationen oder Abstandsinformationen des Objekts 70, die von einem optischen Sensor als Messvorrichtung 60 erlangt werden, als Punktwolke gewonnen werden und Berechnungen dafür vorgenommen werden. Daneben kann die Roboterhand 20 tatsächlich dazu benutzt werden, das Objekt 70 einmal mit den Fingern der Roboterhand 20 zu ergreifen und dann die Forminformationen auf Grundlage von Positionsinformationen der Finger zum Zeitpunkt des Ergreifens zu gewinnen. Die Forminformationen können auf Grundlage einer Querschnittsform des Objekts unter Verwendung eines Abstandsmesssensors als Messvorrichtung 60 gewonnen werden. Alternativ können die Forminformationen auf Grundlage einer annähernden Lage und/oder Form des Objekts 70 unter Verwendung eines Temperatursensors als Messvorrichtung 60 gewonnen werden. Wie soeben beschrieben, ist die Messvorrichtung 60 nicht auf den optischen Sensor beschränkt. Darüber hinaus können die Positionsinformationen, die Forminformationen, die Temperaturinformationen, die Abstandsinformationen, die Farbinformationen und dergleichen von einer anderen Vorrichtung als der Messvorrichtung 60 erlangt werden.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Greifpunkterzeugungseinheit 31 veranschaulicht. Wie in 3 veranschaulicht, ist die Greifpunkterzeugungseinheit 31 mit einer Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit 32, einer Verformungsbewertungseinheit 33 und einer Greifpunktbestimmungseinheit 36 konfiguriert. Die Verformungsbewertungseinheit 33 berechnet Formverformungsinformationen, wenn die Form des Objekts 70 durch den Greifvorgang der Roboterhand 20 verformt wird. Die Greifpunktbestimmungseinheit 36, die Greifpunktbestimmungseinheit, bestimmt den Greifpunkt für das Objekt auf Grundlage des Verformungsgrades des Objekts, der in den Formverformungsinformationen beinhaltet ist, und einer geometrischen Beschränkungsbedingung nach der Verformung des Objekts. Nachfolgend wird in dieser Schrift jede Komponente beschrieben.
Die Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit 32 erzeugt auf Grundlage der Objektforminformationen, die in die Robotersteuervorrichtung 30 eingegeben werden, einen oder mehrere Greifpunktkandidaten, die von der in dem Roboter 10 eingebauten Roboterhand 20 ergriffen werden können. Zu diesem Zeitpunkt kann als Verfahren zum Erzeugen der Greifpunktkandidaten eine Suche durch ein Verfahren erfolgen, bei dem die Objektforminformationen auf Grundlage des Hubs (Öffnungsweite) der Finger der Roboterhand 20 zwischen zwei beliebigen Punkten am gesamten Umfang vollständig durchsucht werden. Beispielsweise ist in 4 ein Fall veranschaulicht, bei dem ein Zweifingergreifer als Beispiel genommen wird, das später beschrieben werden soll.
Die Suche nach dem Objekt ist ein Prozess des Auswählens von zwei beliebigen Punkten auf dem äußeren Umkreis einer elliptischen Form, das heißt des Objekts. Die Verformungsbewertungseinheit 33 führt eine Verformungsbewertung, die später beschrieben werden soll, unter der Annahme durch, dass die Finger in Bezug auf die zwei ausgewählten Punkte zu einer Innenseite des Objekts bewegt werden und das Objekt ergreifen. Zu diesem Zeitpunkt gibt es Beschränkungsbedingungen der Finger, die eine Bewegungsrichtung und einen Bewegungsbereich eines Fingers beinhalten. Als die Suche selbst kann demnach jedoch anstelle einer vollständigen Suche beispielsweise ein Verfahren durchgeführt werden, bei dem eine Suche unter einer Beschränkung erfolgt, die mit einem Öffnungs-Schließabstand L0 der Finger als Beschränkungsbedingung auf einem Vergleich zwischen einem Abstand zwischen zwei Punkten für Kandidatenpunkte und dem Öffnungs-Schließabstand L0 basiert, ohne dass dadurch das Suchverfahren selbst eingeschränkt wird.
Als Nächstes bewertet die Verformungsbewertungseinheit 33 die zu erwartenden Formverformungsinformationen für jeden der zwei oder mehr Greifpunktkandidaten, die von der Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit 32 erzeugt werden, und gibt diese aus, wie in 4 veranschaulicht. Die Formverformungsinformationen beinhalten Forminformationen nach der Verformung. Zum Bewerten der Formverformungsinformationen ist es möglich, Formverformungsinformationen zu berechnen, die in einem Modell erwartet werden, in dem ein Ergreifen durch Punktberührung jedes Fingers angenommen wird und jeder Greiffinger eine Verformung des Objekts 70 bewirkt.
Ferner kann hinsichtlich Punktberührungsabschnitten, von denen so viele vorhanden sind wie die Anzahl der in der Roboterhand 20 bereitgestellten Finger, unter der Annahme einer zweckmäßigen festen Greifkraft Fi in Bezug auf jeden der erzeugten Punkte i (i=1, 2, 3, ...) an jeder Stelle der Punktberührung eine mechanische Beziehung berechnet werden, bei der eine Verformung als Reaktion auf die Kraft auftritt. Zu diesem Zeitpunkt wird zum Berechnen des Verformungsgrades in Bezug auf die Kraft das Objekt 70 so behandelt, als ob es eine homogene Form aufweist, werden eine mit K bezeichnete Federkonstante und ein mit C bezeichneter Dämpfungskoeffizient verwendet und kann eine Kennlinie des Objekts hinsichtlich des Objekts als starrer Körper, elastischer Körper oder rheologisches Objekt für eine Richtung, in der die Kraft jedes Fingers erzeugt wird, angenähert werden, um dadurch die Formverformungsinformationen zu bewerten. Beispielsweise ist in einem Fall eines rheologischen Objekts bekannt, dass ein Vergleichsausdruck zwischen Verlagerung und Kraft wie in der Nichtpatentliteratur 1 beschrieben festgestellt wird. Wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, erwartete Formverformungsinformationen zu erlangen, indem ein Greifpunkt benannt wird und eine Formverformung unter einer entsprechenden Bedingung bewirkt wird.
Schließlich führt die Greifpunktbestimmungseinheit 36 einen Prozess zum Bestimmen des Greifpunktes auf Grundlage der Formverformungsinformationen, die von der Verformungsbewertungseinheit 33 erzeugt werden, durch. In Bezug auf die jeweiligen Formverformungsinformationen, die für eine Vielzahl von Greifpunktkandidaten erzeugt werden, extrahiert die Greifpunktbestimmungseinheit 36 diejenigen als Greifpunkte die geometrisch beschränkt sind. Konkret veranschaulicht 4 ein Fallbeispiel für das Vorliegen eines Beschränkungszustands und ein Fallbeispiel, das in 5 veranschaulicht ist, ist ein Fall für das Nichtvorliegen eines Beschränkungszustands. Hier ist 4 eine Darstellung, die Positionsbeziehungen zwischen den Fingern der Roboterhand 20 und dem Objekt 70 veranschaulicht. In 4 veranschaulicht (a) eine Positionsbeziehung, bevor die Finger der Roboterhand 20 das Objekt 70 ergreifen, und (b) und (c) in 4 veranschaulichen Positionsbeziehungen, nachdem die Finger der Roboterhand 20 das Objekt 70 ergriffen haben. 5 ist eine Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen den Fingern und dem Objekt 70 veranschaulicht, wenn das Objekt 70 beweglich ist. In den 4 und 5 ist eine Richtung, in der sich die Finger der Roboterhand 20 öffnen und schließen, als X-Achse und eine Richtung senkrecht zu einer Richtung entlang der Finger und senkrecht zur X-Achse als Y-Achse definiert.
In den 4 und 5 veranschaulichte schwarze Pfeile, die von dem Objekt 70 nach außen gerichtet sind, stellen jeweils eine Richtung dar, in die das Objekt 70 durch Aufbringen einer Kraft von der Außenseite davon bewegt wird. Wenn das Greifverfahren aus 4 in diesem Beispiel eingesetzt wird, ist das Objekt auf Grundlage der Forminformationen nach der Verformung des Objekts 70, selbst wenn eine Kraft von der Außenseite in Richtung der X-Achse und in Richtung der Y-Achse aufgebracht wird, geometrisch beschränkt und wird ein Greifzustand somit leicht aufrechterhalten. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die geometrische Beschränkung anhand der Forminformationen nach der Verformung des Objekts 70 und der Positionsbeziehung der ergreifenden Finger nach der Verformung des Objekts 70 festgestellt wird. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass durch Fokussierung auf diese Überlegung Greifpunktkandidaten, die stabiles Ergreifen realisieren, extrahiert werden. Andererseits wirkt bei Bezugnahme auf die Forminformationen und die Positionsbeziehung der Finger nach der Verformung des Objekts 70 in 5 eine hohe Greifstabilität auf Grundlage der geometrischen Beschränkungen in der X-Richtung ähnlich und das Objekt ist unbeweglich. In der negativen Y-Richtung wirkt die geometrische Beschränkung jedoch nicht und die Greifstabilität ist gering und das Objekt ist beweglich.
Nachfolgend wird in dieser Schrift ein Beispiel für ein Verfahren zum Bewerten der Greifstabilität durch die Greifpunktbestimmungseinheit 36 dargestellt. Wie in 4(c) veranschaulicht, gibt die Verformungsbewertungseinheit 33 eine Vielzahl von diskreten Punkten DP1, DP2, ... als Formverformungsinformationen des Objekts 70 aus. Die diskreten Punkte DP1, DP2, ... werden auf Grundlage einer Kontur einer Form eingestellt, die in einem Modell erwartet wird, in dem bewirkt wird, dass das Objekt 70 verformt wird. Als ein Beispiel bewertet die Greifpunktbestimmungseinheit 36 die Greifstabilität durch Bestimmen anhand einer Beziehung zwischen den Positionen der diskreten Punkte DP1, DP2, ... und Fingerpositionen FP1 und FP2, ob die geometrische Beschränkung festgestellt ist oder nicht.
Als weiteres Beispiel erlangt die Greifpunktbestimmungseinheit 36 eine erste Näherungskurve für eine Vielzahl von diskreten Punkten, die sich in der Umgebung der Fingerposition FP1 befinden. Auf Grundlage einer Kontur des Fingers an der Position FP1 stellt die Greifpunktbestimmungseinheit 36 eine Vielzahl von diskreten Punkten (nicht veranschaulicht) ein, die dem Finger zugeordnet sind, erlangt eine zweite Näherungskurve für die Vielzahl von diskreten Punkten. Die Greifpunktbestimmungseinheit 36 vergleicht auf Grundlage der ersten Näherungskurve und der zweiten Näherungskurve die Form (Unebenheitsinformationen oder dergleichen) des Objekts 70 in der Umgebung der Fingerposition FP1 mit der Form (Bogen, Rechteck oder dergleichen) des Fingers an der Position FP1 und bestimmt, ob die geometrische Beschränkung festgestellt ist oder nicht, um dadurch die Greifstabilität zu bewerten. Beispiele für ein Verfahren des Vergleichs beinhalten ein Größenverhältnis der Krümmung zwischen der Form des Objekts 70 und der Form des Fingers und einen Höhenunterschied zwischen dem Hochpunkt und dem Tiefpunkt der ersten Näherungskurve. Die Greifpunktbestimmungseinheit 36 erlangt auf ähnliche Weise eine Näherungskurve für eine Vielzahl von diskreten Punkten, die sich in der Umgebung der Fingerposition FP2 befindet, und die für eine Vielzahl von diskreten Punkten (nicht veranschaulicht), die dem Finger an der Position FP2 zugeordnet ist, und bewertet die Greifstabilität durch ein Verfahren, das ähnlich dem vorstehend beschriebenen ist.
Als noch ein weiteres Beispiel prüft die Greifpunktbestimmungseinheit 36 Positionskoordinaten der diskreten Punkte DP1, DP2, ..., wenn eine virtuelle Kraft Fvir auf das Objekt 70 aufgebracht wird, bestimmt, ob die geometrische Beschränkung festgestellt ist oder nicht, indem sie bestimmt, ob die Höhe der Veränderung der Positionskoordinaten zwischen vor und nach dem Aufbringen der Kraft Fvir ein vorbestimmter Wert oder weniger ist, um so die Greifstabilität zu bewerten. Die Greifpunktbestimmungseinheit 36 kann bestimmen, dass die Greifstabilität signifikant niedrig ist, wenn die Höhe der Veränderung an mindestens einem der diskreten Punkte den vorbestimmten Wert überschreitet, oder sie kann bestimmen, dass die Greifstabilität signifikant niedrig ist, wenn der die Höhe der Veränderung an einigen der diskreten Punkte den vorbestimmten Wert überschreitet. Die virtuelle Kraft Fvir soll in beliebiger Richtung auf das Objekt 70 aufgebracht werden.
Vorstehend wurden als Verfahren, mit dem die Greifpunktbestimmungseinheit 36 die Greifstabilität bewerten kann, als Beispiel drei Verfahren genannt, die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt.
Bei einem Fall, in dem eine Vielzahl von Greifpunkten extrahiert wird, kann beispielsweise ein der Position des Schwerpunkts am nächsten liegender Greifpunkt ausgewählt werden. Bei einem Fall, in dem ein Abstand zwischen der Position des Schwerpunktes und einem Greifpunkt kurz ist, ist zu erwarten, dass ein Kräftepaar auch dann verkleinert werden kann, wenn die Greifkraft in der Umgebung des Greifpunkts aufgrund einer Störung oder dergleichen schwankt.
An dieser Stelle wird ein Vorgang der Robotersteuervorrichtung 30 beschrieben. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das den Vorgang der Robotersteuervorrichtung veranschaulicht. Zunächst werden in Schritt S101 Objektforminformationen eingegeben. Als Nächstes erzeugt die Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit 32 in Schritt S102 auf Grundlage der eingegebenen Objektforminformationen Greifpunktkandidaten, die von der Roboterhand 20 ergriffen werden können. Als Nächstes bewertet die Verformungsbewertungseinheit 33 in Schritt S103 für jeden Fall der Vielzahl von Greifpunktkandidaten Formverformungsinformationen und gibt diese aus. In Schritt S104 bestimmt die Greifpunktbestimmungseinheit 36 den Greifpunkt auf Grundlage der Formverformungsinformationen.
Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet in der Robotersteuervorrichtung 30, die die Greifpunkterzeugungseinheit 31 beinhaltet, konkret die Greifpunkterzeugungseinheit 31 die Verformungsbewertungseinheit 33, die die Formverformungsforminformationen berechnet, wenn die Form des Objekts durch den Greifvorgang der Hand verformt wird, und die Greifpunktbestimmungseinheit 36, die den Greifpunkt für das Objekt auf Grundlage der Formverformungsforminformationen bestimmt, und wodurch folgende besondere Wirkung erlangt wird: bei dem Objekt, bei dem es sich um ein amorphes Objekt wie etwa ein flexibles Objekt handelt, werden fehlgeschlagene Greifversuche, die durch Ergreifen bewirkt werden, das an den ausgewählten Greifpunkten erfolgt, stark verringert, sodass das Objekt mit einer hohen Erfolgsrate ergriffen werden kann und eine Zykluszeit verkürzt werden kann, um eine höhere Produktionseffizienz aufrechtzuerhalten.
Es ist zu beachten, dass sich die Produktionseffizienz auf die Geschwindigkeit von Arbeiten bezieht, wie etwa Aufnahmearbeiten. Beispielsweise bezieht sich ein Beispiel für die Produktionseffizienz auf eine Zykluszeit, und wenn ein einzelner Arbeitsschritt für eine Sekunde 100 Mal versucht wird und 100 Mal Erfolg erzielt wird, wird dies als durchschnittliche Zykluszeit von 1 Sekunde pro Mal bewertet, aber wenn dieselbe Arbeit 100 Mal versucht wird und der Erfolg nur 50 Mal erzielt wird, wird dies als durchschnittliche Zykluszeit von 2 Sekunden pro Mal bewertet. Da die Anzahl der Fehlschläge geringer ist, wird die Produktionseffizienz erhöht, wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist.
Zweite Ausführungsform.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass erstere eine Konfiguration beinhaltet, bei der die Verformungsbewertungseinheit 33 bewertet, ob ein oberer Grenzwert einer Kraft, die auf Grundlage eines Vergleichsausdrucks zwischen einer auf das Objekt 70 aufgebrachten Kraft und einer Verlagerung des Objekts 70 berechnet wird, überschritten wird. Bei der Robotersteuervorrichtung 30 gemäß der ersten Ausführungsform wird eine Bedingung, nach der das Objekt geometrisch beschränkt ist, erfüllt und daraufhin wird eine Vielzahl von Greifpunktkandidaten in der Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit 32 extrahiert. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungsbewertungseinheit 33 für diese Greifpunktkandidaten bewertet, ob das Objekt 70 den zulässigen Verformungsgrad in Bezug auf eine Greifkraft F(t), die auf einer Zeitreihenbasis dargestellt wird (Wert, der sich zum Zeitpunkt t verändert), überschreitet oder nicht, und ein Ergebnis der Bewertung zu der Beschränkungsbedingung hinzufügt.
Die Verformungsbewertungseinheit 33 berechnet einen oberen Grenzwert der auf das Objekt 70 aufgebrachten Greifkraft auf Grundlage eines Vergleichsausdrucks zwischen einer auf das Objekt 70 aufgebrachten Greifkraft und einer Verlagerung des Objekts 70 und dem Verformungsgrad des Objekts 70, der für das Objekt 70 zulässig ist. Die Verformungsbewertungseinheit 33 bewertet dann, ob die von der Roboterhand 20 auf das Objekt 70 aufgebrachte Greifkraft den oberen Grenzwert überschritten hat. Darüber hinaus gibt die Verformungsbewertungseinheit 33 Zeitreiheninformationen der Greifkraft, die auf Grundlage des Vergleichsausdrucks zwischen der auf den Objekt 70 aufgebrachten Greifkraft und der Verlagerung des Objekts 70 berechnet werden, als Teil der Formverformungsinformationen an die Greifpunktbestimmungseinheit 36 aus.
Im Allgemeinen können flexible Objekte nach Verformungsverfahren in drei Kategorien eingeteilt werden. Hinsichtlich der Verformung gibt es einen elastischen Körper, dessen Form wieder in seine ursprüngliche Form zurückkehrt, wenn die Greifkraft nach der Verformung entlastet wird, einen rheologischen Körper, dessen Form nicht vollständig in seine ursprüngliche Form zurückkehrt, und einen plastischen Körper, der zu einem Grad verformt wird, der der Höhe der auf ihn aufgebrachten Kraft entspricht. Andererseits hat ein flexibles Objekt eine obere Grenze für die zulässige Verformung. Bei einem Fall, in dem eine Verformungsbedingung überschritten wurde, tritt ein Ereignis ein, bei dem das Objekt 70 beschädigt oder ein Warenwert desselben zerstört wird.
Der Verformungsgrad wird unter Verwendung einer Kraft und einer Zeitdauer, während der die Kraft aufgebracht wird, berechnet. Ein Vergleichsausdruck zwischen einer Kraft und dem Verformungsgrad kann mathematisch ausgedrückt werden, wie es beispielsweise in der Nichtpatentliteratur 1 beschrieben ist. Beispielsweise kann bei einem rheologischen Körper oder einem plastischen Körper, da die Form nicht in die Ausgangsform zurückkehrt, ein Modell physikalischer Eigenschaften durch eine Konfiguration simuliert werden, bei der ein elastisches Element und ein Dämpfungselement wie bei einem Maxwell-Modell in Reihe geschaltet sind.
7 zeigt Modelle physikalischer Eigenschaften, bei denen Federelemente und Dämpfungselemente kombiniert sind. Wie in 7 veranschaulicht, wird das Modell physikalischer Eigenschaften durch Kombinieren eines oder mehrerer Federelemente und eines oder mehrerer Dämpfungselemente konfiguriert. In 7 ist eine Federkonstante des Federelementes mit K1 bezeichnet und sind Dämpfungskoeffizienten der Dämpfungselemente mit C1 und C2 bezeichnet. Beispielsweise können solche Modelle physikalischer Eigenschaften, wie sie in 7 veranschaulicht sind, dadurch ausgedrückt werden, dass zwei oder mehr Elemente in Reihe und/oder parallel geschaltet werden. Hier wird die Berechnung der Kraft und des Verformungsgrads unter Verwendung des in 7 (b) veranschaulichten „Maxwell-Modells“ als Beispiel beschrieben.
Zunächst wird ein Modell physikalischer Eigenschaften eingestellt, bei dem ein Festpunkt mit P1 bezeichnet ist, ein Kraftangriffspunkt mit P2 bezeichnet ist und zwischen P1 und P2 ein Federelement, das eine Federkonstante K1 aufweist, und ein Dämpfungselement, das einen Dämpfungskoeffizienten C2 aufweist, angeordnet sind. Für jeweils einen Koeffizienten des Federelements und des Dämpfungselements wird vorab ein Wert gemäß einem flexiblen Objekt als Ziel eingegeben. Es ist auch möglich, jeweils einen Koeffizienten des Federelements und des Dämpfungselements unter Verwendung von Zeitreihenpositionsinformationen zu schätzen, die durch Eingeben einer bekannten Kraft (Werte wie etwa 1N, 2N, 3N, ...) für den entsprechenden Koeffizienten für die physikalische Eigenschaft des Objekts 70 erlangt werden. Bei einem Fall, in dem eine Messung oder dergleichen schwierig ist, kann auch ein Koeffizient für ein ähnliches flexibles Objekt, das vorab erlangt wurde, auf Grundlage der physikalischen Eigenschaft des Objekts 70 verwendet werden.
Bei einem Fall der Verwendung einer Zweifingerhand sind zwei Greifpunkte für die Finger bereitgestellt. Diese sind als Greifpunkte PG1 und PG2 dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt werden der Greifpunkt PG2 und der Kraftangriffspunkt P2 zum Übereinstimmen miteinander gebracht. Darüber hinaus werden ein Vektor (P1P2) und ein Vektor (PG1PG2) derart eingestellt, dass sie parallel zueinander sind. Hinsichtlich der Verlagerung ist die Verlagerung eines Gelenks zwischen dem Federelement und dem Dämpfungselement als x1 und die Verlagerung des Greifpunktes P2 als x2 definiert. Als Ursprünge der Verlagerung x1 und der Verlagerung x2 können Zustände ihrer jeweiligen natürlichen Längen definiert werden. In einer derartigen Definition wird als anfängliche Positionsbeziehung die Länge des Federelementes mit k1 auf X10 und die Länge des Dämpfungselementes auf X20 eingestellt.
Unter solchen Bedingungen wird eine Bewegungsgleichung berechnet, wenn die Zeitreihendaten F(t) der Greifkraft von außen aufgebracht werden, wodurch es möglich gemacht wird, Zeitreihendaten der Verlagerung x1 und der Verlagerung x2 zu erlangen. Wie in der Nichtpatentliteratur 1 beschrieben, kann die Kennlinie (mit Restverlagerung) des rheologischen Objekts simuliert werden, indem bewirkt wird, dass der Dämpfungskoeffizient C2 eine nichtlineare Kennlinie aufweist. Die Definition des Modells physikalischer Eigenschaften ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt und ist durch Ändern eines Koeffizienten und einer Konfiguration auf einen starren Körper, einen elastischen Körper, ein rheologisches Objekt und einen plastischen Körper anwendbar.
Da infolge der vorstehenden Berechnung eine Veränderung der Position der Verlagerung x2 gewonnen werden kann, ist es möglich, zu erlangen, wie eine Verformung abhängig von entsprechenden Zeitreihendaten F(t) der Greifkraft bewirkt wird. Wenn das Dämpfungselement beinhaltet ist, ist die Position konkret nach dem Entlasten möglicherweise nicht die ursprüngliche Position (x1=0 und x2=0) .
Tatsächlich gibt es viele verschiedene Varianten der Modellierung, die von den Kenngrößen des Objekts abhängen, wie etwa eine Modellierung, bei der ein elastisches Element und ein Dämpfungselement in Reihe geschaltet sind und dann wird ferner ein Dämpfungselement in Parallelbeziehung zu dem elastischen Element hinzugefügt. Die Form des Modells physikalischer Eigenschaften ist daher in der vorliegenden Ausführungsform nicht konkret eingeschränkt.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Verformungsbewertungseinheit 33 gemäß der vorliegenden Ausführungsform nur die Greifpunkte extrahieren, für die die zulässige Verformung eines ergriffenen Objekts, bei dem es sich um das Objekt 70 handelt, berücksichtigt wird, sodass es möglich ist, die folgende besondere Wirkung zu erlangen: eine Rate des Auswählens der Greifpunkte, deren Ergreifen fehlschläft, wird verringert, sodass die Produktionseffizienz verbessert wird. Bei einem Fall, in dem das Objekt 70, bei dem es sich um ein flexibles amorphes Objekt handelt, von der Roboterhand 20 ergriffen wird, ist es darüber hinaus auf Grundlage der Form des Objekts 70, nachdem das Objekt verformt wurde, und der Zeitreiheninformationen der Kraft bis zum Erreichen der Verformung möglich, Greifpunkte auszuwählen, die eine hohe Greifstabilität aufweisen, ohne das Objekt 70 zu beschädigen. Selbst wenn die Roboterhand 20 das Objekt 70 mit einer etwas großen Greifkraft ergreift, ist es konkret möglich, eine Behandlung so abzudecken, dass eine Verformung des Objekts 70 zulässig ist, wenn die Greifkraft innerhalb einer vorbestimmten Zeit entlastet wird. Daher wird die folgende besondere Wirkung erlangt: Fehlschläge werden verringert, sodass das Objekt 70 mit einer höheren Erfolgsrate ergriffen werden kann und eine Zykluszeit verkürzt werden kann, um eine höhere Produktionseffizienz aufrechtzuerhalten.
Als Nächstes wird eine weitere Modifizierung der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Bei einem Fall der Betrachtung eines Ergreifens von Lebensmitteln als Objekt 70 kann ein zulässiger Verformungsgrad vorliegen, der von einem Grund der Zerstörung eines Warenwertes unter dem Gesichtspunkt des Erscheinungsbildes abhängt. Wenn in diesem Fall nur auf Grundlage dessen, ob ein bestimmter oberen Grenzwert wie vorstehend beschrieben überschritten wurde, eine Bestimmung erfolgt, kann die Anzahl von Greifpunktkandidaten sehr gering sein. In diesem Fall ist es möglich, die Tatsache zu verwenden, dass der Verformungsgrad in einen zulässigen Bereich fällt, wenn der obere Grenzwert nur für einen kurzen Zeitraum überschritten wurde.
Das heißt in der vorliegenden Ausführungsform gibt die Verformungsbewertungseinheit 33 als Teil der Formverformungsinformationen die Greifkraft F(t), bei der es sich um die Größe der auf den Greifpunkt aufgebrachten Kraft handelt, und den Zeitbetrag t aus, über den eine Kraft, die gleich oder größer einer zulässigen Last ist, aufgebracht wird. In diesem Fall ist es möglich auf Grundlage der auf einer Zeitreihenbasis dargestellten Greifkraft F(t) zu bewerten, ob der Verformungsgrad schließlich den zulässigen Verformungsgrad erreicht. Beispielsweise verwendet die Greifpunktbestimmungseinheit 36 als die Formverformungsinformationen die Greifpunkte, die Greifkraft und die Greifzeit, um auf Grundlage der Größenverhältnisse von Kraft und Zeit mit ihren jeweiligen Schwellenwerten zu bestimmen, ob der Verformungsgrad innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt. Folglich kann die Greifpunktbestimmungseinheit 36 die Greifpunkte und die Greifkraft gewinnen, um einen Zustand zu realisieren, in dem die Form des Lebensmittels in einem bestimmten Bereich gehalten wird. Bei einem Fall dieser Konfiguration beinhalten die Greifpunktinformationen Informationen über die Positionen der Greifpunkte und die Greifkräfte (aufgebrachten Kräfte) an den Greifpunkten.
Darüber hinaus können die Schwellenwerte hinsichtlich der Greifkraft und der Zeit durch Durchführen einer Umwandlung in eine Greifkraft und eine Greifzeit auf Grundlage des zulässigen Bereichs des Verformungsgrads des Objekts 70 erhalten werden. Hinsichtlich der Beziehung zwischen Verlagerung und Kraft kann die Beschreibung der Nichtpatentliteratur 1 als Referenz verwendet werden. In Bezug auf eine Bestimmung, ob der Verformungsgrad des Objekts 70 innerhalb des zulässigen Bereichs liegt oder nicht, kann der Verformungsgrad jedoch unter Verwendung der Greifpunkte, der Greifkraft und der Greifzeit berechnet werden und ein oberer Grenzwert kann auf Grundlage des sich ergebenden Verformungsgrads eingestellt werden. Der obere Grenzwert für den Verformungsgrad des Objekts 70 wird von einem Benutzer des vorliegenden Systems für jeden Lebensmittelartikel vorab bereitgestellt. In diesem Fall kann die Robotersteuervorrichtung 30 zudem nur die Greifpunkte extrahieren, für die die zulässige Verformung des ergriffenen Objekts, bei dem es sich um das Objekt 70 handelt, berücksichtigt wird, und so ist es möglich, die folgende besondere Wirkung zu erlangen: eine Rate des Auswählens der Greifpunkte, bei denen das Ergreifen fehlschlägt, wird verringert, sodass das Objekt mit einer höheren Erfolgsrate ergriffen werden kann und eine Zykluszeit verkürzt werden kann, um eine höhere Produktionseffizienz aufrechtzuerhalten.
Dritte Ausführungsform.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform dadurch, dass erstere ferner eine Greifstabilitätsberechnungseinheit beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, die Greifstabilität auf einem mechanisch stabilen Untergrund gegen eine vorab bestimmte äußere Kraft in Bezug auf ein Kraftgleichgewicht nach der Verformung in der Umgebung der Greifpunkte zu bewerten. 8 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Greifpunkterzeugungseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht. Neben der in 3 veranschaulichten Konfiguration der Greifpunkterzeugungseinheit 31 ist eine Greifpunkterzeugungseinheit 31a dazu konfiguriert, eine Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 und eine Ergebnisdatenbank (DB) 35 zu beinhalten.
Die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 bewertet die mechanische Stabilität gegen eine vorab bestimmte äußere Kraft in Bezug auf das Kraftgleichgewicht nach Verformung des Objekts 70 in der Umgebung von Greifpunkten an dem Objekt 70. Darüber hinaus bewertet die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 das Kraftgleichgewicht nach der Verformung des Objekts 70 in der Umgebung der Greifpunkte an dem Objekt 70 und extrahiert Greifpunkte an dem Objekt, an denen die Greifkraft der Roboterhand 20 in Bezug auf das Objekt 70 minimiert ist.
Die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 empfängt als ihre Eingabe die Formverformungsinformationen. Zuerst führt die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 hinsichtlich Punkten der Finger der Roboterhand 20 und eines zu ergreifenden Objekts eine Berechnung auf Grundlage eines Kraftvektors durch, der in dem zu ergreifenden Objekt nach der Verformung erzeugt wird. Als Nächstes bewertet die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 anhand des Kraftgleichgewichts an den Greifpunkten an dem Objekt 70, ob das Objekt 70 sich nicht bewegen darf. Bei einem Fall, in dem das verformte Objekt 70 und die Finger der Roboterhand 20 geometrisch begrenzt (nicht beweglich) sind, werden das Objekt 70 und die Finger zu diesem Zeitpunkt durch die Wirkung einer anderen Kraft als der Greifkraft der Finger der Roboterhand 20 gegeneinander gedrückt, und dieser Zustand wird als stabiler Zustand angesehen.
Die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 bestimmt, ob der „stabile Zustand“ aufrechterhalten werden kann oder nicht. Der stabile Zustand (Stabilität) wird beschrieben. Die vorab bestimmte äußere Kraft ist mit Fdis bezeichnet, und ein Zustand, in dem das Objekt 70 nur abhängig von der Kraft der Finger der Roboterhand 20 verformt wird, ist als Zustand der äußeren Kraft Fdis=0 definiert. Die Stabilität im Zustand Fdis=0 kann verwendet werden, um zu bewerten, ob auf Grundlage eines mechanischen Kraftgleichgewichts nicht ein Kraftpaar oder eine Beschleunigungskraft auf das Objekt 70 ausgeübt wird. Selbst bei einem Fall, in dem das Kraftpaar oder die Beschleunigungskraft auf das Objekt 70 ausgeübt wird, wird davon ausgegangen, dass das Kraftpaar oder die Beschleunigung aufgehoben werden, und es wird bestimmt, dass das Ergreifen des Objekts an den zu diesem Zeitpunkt spezifizierten Greifpunkten der „stabile Zustand“ ist, wenn die Finger der Roboterhand 20 und die verformte Form des Objekts dazu konfiguriert sind, die Bewegung des Objekts 70 in einer Richtung, in der das Kraftpaar oder die Beschleunigungskraft ausgeübt wird, zu verhindern, das heißt, wenn die geometrische Beschränkungsbedingung festgestellt wird.
Ferner bestimmt die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34, ob der „stabile Zustand“ auch bei einem Fall aufrechterhalten werden kann, in dem bestimmt wird, dass die äußere Kraft Fdis ein von Null verschiedener Wert ist, oder nicht. Bei einem Fall, in dem die äußere Kraft Fdis aufgebracht wird, wird eine Verformung, bei einem Fall, in dem die Greifkraft F(t) und die äußere Kraft Fdis summiert werden, ferner zu den Formverformungsinformationen hinzugefügt. Die Verformung wird auf Grundlage der Beziehung zwischen Verlagerung und Kraft unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Modells physikalischer Eigenschaften erhalten. Der „stabile Zustand“ wird auf Grundlage der Formverformungsinformationen bestimmt.
Ferner kann die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 zudem einen „stabilen Zustand“ unter einer Bedingung bestimmen, dass der Roboter 10 beschleunigt oder verzögert wird. Zuerst wird, wenn eine Beschleunigung oder Verzögerung in einem Zustand des Ergreifens des Objekts durchgeführt wird, eine Trägheitskraft in dem Objekt erzeugt. Im Falle der Trägheitskraft kann eine äußere Kraft Fdis(t) aufgrund der Trägheitskraft auch als Formel 1 unter Verwendung einer Masse m des Objekts 70 und einer Beschleunigung α_obj(t) des Objekts 70 ausgedrückt werden. Die Beschleunigung α_obj (t) des Objekts 70 ist eine Funktion der Zeit t, wird aber grundsätzlich auf Grundlage eines dem oder den Finger(n) des Roboters 10 zugeordneten Befehlswertes erlangt. $Fdis (t) = m \cdot α_obj (t)$
Bei einem Fall eines Vorfalls, in dem das Objekt 70 durch die Finger der Roboterhand 20 in Bezug auf eine Trägheitskraft Finr rutscht, das heißt bei einem Fall, in dem ein oberer Grenzwert der Beschränkungskraft Flim, über dem die geometrische Beschränkung verschwindet, vorab abhängig von den physikalischen Eigenschaften (dem Elastizitätskoeffizient K und dem Dämpfungskoeffizient C) des Objekts 70 bestimmt wird, und der obere Grenzwert der Beschränkungskraft Flim überschritten wird, wird die geometrische Beschränkung als gelöst betrachtet und damit ist der Zustand nicht mehr stabil. Wenn der „stabile Zustand“ aufrechterhalten wird, stellt die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 einen Bewertungswert der Greifstabilität ein, damit er höher ist und gibt dementsprechend den Bewertungswert als Stabilitätsbewertungsergebnis an die Ergebnis-DB 35 aus. Wenn der „stabile Zustand“ nicht mehr aufrechterhalten wird, stellt die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 einen Bewertungswert der Greifstabilität ein, damit er niedriger ist und gibt dementsprechend den Bewertungswert als Stabilitätsbewertungsergebnis an die Ergebnis-DB 35 aus.
Der obere Grenzwert der Beschränkungskraft, über dem der stabile Zustand nicht mehr aufrechterhalten wird, kann auch durch einen Reibungskoeffizienten µ zwischen dem Objekt 70 und der Roboterhand 20 definiert sein. Wenn eine Anpresskraft an einem Greifpunkt der Roboterhand 20 mit Fi bezeichnet ist, kann der obere Grenzwert der Beschränkungskraft Flim auch als Formel 2 definiert werden. $Flim = μ \cdot Fi$
Bei diesem Fall kann beispielsweise, wenn der „stabile Zustand“ des Fingers der Roboterhand 20 an einem Greifpunkt i als Greifstabilität Si ausgedrückt wird, die Greifstabilität Si auch als Formel 3 definiert werden. $Si = (Flim - max (Fdis (t)))$
Die Verwendung der Greifstabilität Si ermöglicht, dass Greifpunkte miteinander verglichen werden. Die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 gibt dies als Stabilitätsbewertungsergebnis an die Ergebnis-DB 35 aus. Ein Verfahren zum Erlangen des Stabilitätsbewertungsergebnisses ist nicht notwendigerweise auf dieses Verfahren beschränkt.
Auf Grundlage der vorstehenden Regeln gibt die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 die berechneten Greifpunktkandidaten und die Stabilitätsbewertungsergebnisse über die Ergebnis-DB 35 an die Greifpunktbestimmungseinheit 36 aus. Die Greifpunktbestimmungseinheit 36 kann auf Grundlage der Greifpunktkandidaten und der Stabilitätsbewertungsergebnisse einen Greifpunkt auswählen, der das höchste Stabilitätsbewertungsergebnis aufweist, wobei die Kandidaten mehrfach gespeichert sind und die Ergebnisse mehrfach gespeichert sind.
An dieser Stelle wird ein Vorgang der Robotersteuervorrichtung 30 beschrieben. 9 ist ein Ablaufdiagramm, das den Vorgang der Robotersteuervorrichtung veranschaulicht. Da die Schritte S101 bis S103 in 9 mit denen in 6 identisch sind, sind deren Beschreibungen weggelassen. In Schritt S201 bestimmt die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34, ob der „stabile Zustand“ aufrechterhalten werden kann oder nicht. Wenn der „stabile Zustand“ aufrechterhalten werden kann, geht der Prozess zu Schritt S202 über und die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 stellt einen Bewertungswert der Greifstabilität derart ein, dass er höher ist. Wenn der „stabile Zustand“ nicht mehr aufrechterhalten wird, geht der Prozess zu Schritt S203 über und die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 stellt einen Bewertungswert der Greifstabilität derart ein, dass er niedriger ist. In Schritt S204 wählt die Greifpunktbestimmungseinheit 36 dann auf Grundlage der Vielzahl von gespeicherten Greifpunktkandidaten und Stabilitätsbewertungsergebnissen einen Greifpunkt aus, der das höchste Stabilitätsbewertungsergebnis aufweist, um die Greifpunkte zu bestimmen.
Mit einer derartigen Konfiguration ist es möglich, Greifpunkte zu extrahieren, an denen es unter Berücksichtigung eines Herabfallens des Objekts, das durch eine Formverformung bei dem Prozess des Beförderns des Objekts 70 durch die Roboterhand 20 bewirkt wird, weniger wahrscheinlich ist, dass das Objekt 70 ein Herabfallen bewirkt. Auch in diesem Fall ist es möglich, nur die Greifpunkte zu extrahieren, für die die zulässige Verformung des ergriffenen Objekts, bei dem es sich um das Objekt 70 handelt, berücksichtigt wird, sodass es möglich ist, die folgende besondere Wirkung zu erlangen: eine Rate des Auswählens der Greifpunkte, an denen das Ergreifen fehlschläft, ist verringert, sodass die Produktionseffizienz verbessert wird.
Nachfolgend wird eine weitere Modifizierung der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Es ist zu bedenken, dass die Verformungsbewertungseinheit 33 Simulationen durchführt, bei denen die Greifkraft Fi(t) an jedem Greifpunkt unterschiedlich verändert wird. Bei einem Fall, in dem die Greifkraft Fi(t) abnehmen kann, verringert sich der obere Grenzwert der Beschränkungskraft Flim gemäß Formel 2, und infolgedessen nimmt die Greifstabilität Si tendenziell leichter ab. Andererseits führt eine Abnahme der Greifkraft Fi(t) an jedem Greifpunkt zu einer Abnahme des Verformungsgrads, der als Formverformungsinformationen ausgegeben wird, die von der Verformungsbewertungseinheit 33 berechnet werden. Zu diesem Zeitpunkt ist es auch möglich, einen Index der „minimalen Verformung“ als einen anderen Index als den Index des „stabilen Zustands“ wie in Formel 3 zu berücksichtigen und daraufhin die Greifstabilität Si wie in Formel 4 zu definieren. $Si = w 1 * (Flim - max (Fdis (t))) + w 2 /max (Fi (t))$
Hier sind w1 und w2 entsprechende Gewichtskoeffizienten. Die Gewichtskoeffizienten werden vom Benutzer in Übereinstimmung damit ausgelegt, welcher der folgenden Punkte als wichtiger betrachtet wird: die Leichtigkeit, mit der der stabile Zustand aufrechterhalten wird, führt zu einer hohen Bewertung oder das Ergreifen wird mit einer minimalen Greifkraft realisiert.
Die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 bewertet die Greifstabilität auf Grundlage der Greifstabilität Si, und daraufhin ist es bei einem Fall, in dem ein flexibles amorphes Objekt von der Roboterhand 20 ergriffen wird, möglich, auf Grundlage der Form des Objekts 70 nach der Verformung Greifpunkte auszuwählen, die eine hohe Greifstabilität aufweisen, ohne das Objekt 70 zu beschädigen. Folglich wird die folgende besondere Wirkung erlangt: Fehlschläge beim Ergreifen werden verringert, sodass das Objekt mit einer hohen Erfolgsrate ergriffen werden kann und eine Zykluszeit verkürzt werden kann, um dadurch eine Produktionseffizienz zu erhöhen.
Vierte Ausführungsform.
In der vorliegenden Ausführungsform bewertet die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 die Schwierigkeit der geometrischen Verlagerung auf Grundlage der Form des oder der Finger der Roboterhand 20 und der Formverformungsinformationen und gibt ein Ergebnis davon als Greifstabilitätsbewertungsergebnis aus. In der dritten Ausführungsform ist jeder Greifpunkt durch einen Punkt dargestellt, aber in der vorliegenden Ausführungsform ist jedem Greifpunkt eine geometrische Form zugeordnet. In diesem Fall tritt selbst für einen Finger eine Vielzahl von Berührungspunkten auf. Die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 bewertet die Schwierigkeit der geometrischen Verlagerung des Objekts 70 in Bezug auf die Roboterhand 20 auf Grundlage der Form des Fingers der Roboterhand 20 und der Formverformungsinformationen.
10 ist eine Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen den Fingern der Roboterhand 20 und dem Objekt 70 veranschaulicht. Durch das Einführen eines Modells physikalischer Eigenschaften für einen Fall, in dem zwei oder mehr Berührungspunkte am Ergreifen des Objekts 70 beteiligt sind, kann die Formel 2, die den oberen Grenzwert der Beschränkungskraft Flim definiert, der mit der geometrischen Beschränkung verbunden ist, durch Formel 5 ersetzt werden. $Flim = μ \cdot A \cdot Fi$
Dabei ist A eine effektive Berührungsfläche zwischen dem Finger der Roboterhand 20 und dem Objekt 70. Die effektive Berührungsfläche gibt eine Berührungsfläche bei einem Fall an, in dem die Finger nicht in Punktberührung stehen sondern in Flächenberührung mit dem Objekt stehen, wie in 10 veranschaulicht. Im Allgemeinen ist ein Reibungskoeffizient in einem Flächenberührungszustand größer als ein Reibungskoeffizient in einem Punktberührungszustand. Die Modellierung zum Widerspiegeln dieser Tatsache schreibt die vorliegende Ausführungsform zu. Es wird gezeigt, dass die Größe der Berührungsfläche jedes Fingers mit fortschreitender Verformung des Objekts 70 steigt. Das Modell physikalischer Eigenschaften ist derart, dass A=1 gilt, wenn die Verformung auf einem bestimmten Niveau oder größer ist, und 0<A<1 gilt, wenn das Objekt 70 leicht zusammengedrückt ist, und die Greifkraft Fi(t) klein ist.
Das heißt, es ist gleichbedeutend damit, dass ein effektiver Reibungskoeffizient auf Grundlage der Größe der Berührung zwischen der Form des Objekts 70 nach der Verformung und dem Finger der Roboterhand 20 variiert. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34, wie vorstehend beschrieben, einen Reibungskoeffizienten auf Grundlage der effektiven Berührungsfläche definiert und die Greifstabilität auf Grundlage des definierten Reibungskoeffizienten berechnet.
Bei der Konfiguration, in der das Modell physikalischer Eigenschaften eingeführt wird, ist die effektive Berührungsfläche A kleiner, da die Greifkraft Fi(t) kleiner ist, sodass der obere Grenzwert für die Beschränkungskraft Flim abhängig von der Greifkraft Fi(t) leicht variiert wird. Folglich werden eine Verformungsbewertung eines tatsächlichen Greifzustandes und eine Simulationsgenauigkeit der Greifstabilitätsberechnungseinheit verbessert.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist bei einem Fall, in dem ein flexibles amorphes Objekt von der Roboterhand 20 ergriffen wird, die Genauigkeit der Greifstabilität, die auf Grundlage der Form nach der Verformung berechnet wird, erhöht, sodass im Vergleich zu den herkömmlichen Vorgehensweisen Greifpunkte, die eine höhere Greifstabilität aufweisen, ausgewählt werden können, ohne das Objekt zu beschädigen. Folglich wird die folgende besondere Wirkung erlangt: Fehlschläge werden verringert, sodass das Objekt mit einer hohen Erfolgsrate ergriffen werden kann und eine Zykluszeit verkürzt wird, um dadurch eine Produktionseffizienz zu erhöhen.
Fünfte Ausführungsform.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform dadurch, dass Formverformungsinformationen ausgegeben werden, wobei die Informationen bei einem Fall des Entfernens einer Greifkraft nach einer bestimmten Zeitdauer ab der Aufbringung der Greifkraft erlangt werden. Die Verformungsbewertungseinheit 33 gibt die Verformungsinformationen aus, die nach dem Entlasten der Greifkraft nach einer bestimmten Zeitdauer ab der Aufbringung der Greifkraft auf das Objekt 70 durch die Roboterhand 20 erlangt wurden. Dann erlangt die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 den Differenzbetrag zwischen der ursprünglichen Form des Objekts 70 und der Form des Objekts 70 nach dem Entlasten und vergleicht den Differenzbetrag mit einem vorab bestimmten zulässigen Verformungswert, um dadurch eine Bewertung durchzuführen.
Bei einem Fall, in dem die Roboterhand 20 weiterhin die Greifkraft auf das Objekt 70 aufbringt, kann die Greifkraft Fi(t)=F0 (Konstante) eingestellt werden. In diesem Fall wird erwartet, dass die Formverformungsinformationen zu einer bestimmten konstanten Form konvergieren. Solange es sich nicht um eine vollständige plastische Verformung handelt, wird die Form andererseits weiter verändert, wenn die Greifkraft entlastet wird.
Hier wird beispielsweise ein Fall betrachtet, bei dem eine Kraft der Greifkraft F0 von 0 Sekunden bis t0 Sekunden aufgebracht wird und die Kraft nach Ablauf von t0 Sekunden entlastet wird. Nach dem Entladen gilt Fi(t+t0)=0. Zu diesem Zeitpunkt wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration hinzugefügt, bei der eine Form, die nach Ablauf einer ausreichenden Zeit nach dem Entlasten erlangt wurde, als „Formverformungsinformationen nach dem Entlasten“ verwendet wird, und die „Formverformungsinformationen nach dem Entlasten“ als Teil der Formverformungsinformationen von der Verformungsbewertungseinheit ausgegeben werden.
Die Formverformungsinformationen, die von der Verformungsbewertungseinheit 33 in einem Zustand ausgegeben werden, in dem die Greifkraft Fi(t)=F0 aufgebracht wird, werden als erste Verformungsinformationen bezeichnet und anhand davon ausgegebene Formverformungsinformationen, die nach dem Ablauf einer ausreichenden Zeit, seit die Greifkraft nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit t0 entlastet wurde, erlangt wurden, werden als zweite Verformungsinformationen bezeichnet. Diese Situation ist dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzbetrag zwischen der ursprünglichen Form des Objekts 70 und der Form des Objekts 70 in den zweiten Formverformungsinformationen berechnet wird, der Differenzbetrag in der Größe mit einem vorab bestimmten zulässigen Verformungswert verglichen wird, und wenn der Differenzbetrag den zulässigen Verformungswert überschreitet, die Greifstabilität eine niedrige Bewertung erhält, aber wenn der Differenzbetrag den zulässigen Verformungswert nicht überschreitet, die Greifstabilität eine hohe Bewertung erhält.
11 ist eine Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen den Fingern und dem Objekt 70 veranschaulicht. Nachfolgend wird in dieser Schrift ein Beispiel hinsichtlich eines Verfahrens zum Feststellen einer Formdifferenz zwischen vor und nach der Aufbringung der Greifkraft unter Bezugnahme auf 11 veranschaulicht. Die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 erlangt den Differenzbetrag zwischen der Krümmung der ursprünglichen Form des Objekts 70 und der Krümmung der Form des Objekts 70 nach dem Entlasten und vergleicht den Differenzbetrag der Krümmung mit einem vorab bestimmten zulässigen Verformungswert, um dadurch eine Bewertung durchzuführen. Der Differenzbetrag der Krümmung kann wie folgt erlangt werden. Die ersten Formverformungsinformationen und die zweiten Formverformungsinformationen werden überlagert, wobei Punkte als Referenz verwendet werden, die nicht der Verformung ausgesetzt sind (Punkt weit vom Greifpunkt). Nach dem Überlagern werden zwei Punkte ausgewählt, an denen jeweils ein Übergang von einem der Verformung ausgesetzten Punkt zu einem der Verformung nicht ausgesetzten Punkt erfolgt. Das heißt, es werden Punkte ausgewählt, an denen sich Liniensegmente von Kurven, deren Positionen sich zwischen vor und nach der Verformung verändert haben, zum ersten Mal überlappen, weil sich die entsprechenden Abschnitte nicht verformen (im Falle von 11 entsprechen die Punkte den diskreten Punkten DP3 und DP4). Zu diesem Zeitpunkt werden die Längen der Kurven zwischen diesen zwei Punkten erlangt. Die zwei Kurven zwischen den zwei Punkten sind eine Kurve, die eine Länge L1 aufweist, die sich von dem diskreten Punkt DP3 zu dem diskreten Punkt DP4 durch den diskreten Punkt DP5 erstreckt, und eine andere Kurve, die eine Länge L2 aufweist, die sich von dem diskreten Punkt DP3 zu dem diskreten Punkt DP4 durch den diskreten Punkt DP1 erstreckt. Entsprechende Punkte werden für jedes konstante Verhältnis auf Grundlage der Länge L1 und der Länge L2 definiert. In den Kurven werden beispielsweise Punkte, die 0,25xL1 und 0,25xL2 von Endpunkten entsprechen, als entsprechende Punkte definiert und es werden Abstände zwischen den entsprechenden Punkten erlangt. Jeder der Abstände wird erlangt und ein Maximalwert davon wird als „Betrag der Differenz zwischen Krümmungen“ definiert. Bei dem Fall aus 11 ist der Differenzbetrag zwischen Krümmungen ein Abstand DC1 zwischen dem diskreten Punkt DP1 und dem diskreten Punkt DP5. Die Verformungsbewertungseinheit 33 wertet aus, ob der Differenzbetrag größer oder kleiner ist als ein vom Benutzer vorab bestimmter „zulässiger Verformungswert“ und gibt ein Ergebnis der Bewertung als Teil der Formverformungsinformationen aus. Es ist zu beachten, dass bei dem Fall aus 11 an jeder der Kurven zwischen zwei Punkten drei diskrete Punkte bereitgestellt sind, die Anzahl der diskreten Punkte jedoch nicht auf drei beschränkt ist und beispielsweise neun sein kann. Bei einem Fall, in dem es neun diskrete Punkte gibt, werden Punkte, die 0,1xL1 und 0,1xL2 von den Endpunkten entsprechen, als die entsprechenden Punkte in den Kurven definiert.
In der vorliegenden Ausführungsform verwendet die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 die Formverformungsinformationen, um einen Fall zu bestimmen, bei dem der Differenzbetrag größer als der „zulässige Verformungswert“ ist, und in diesem Fall stellt die Einheit 34 eine Ausgabe, die einer Kennzeichnung zur Ablehnung Zurückweisung als Greifpunktkandidat zugeordnet ist, bereit.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bei einem Fall, in dem ein flexibles amorphes Objekt von der Roboterhand 20 ergriffen wird, auf Grundlage der Form nach dem Entlasten, das heißt der endgültigen Form nach der Durchführung der Arbeit, bewertet, ob die Form des Objekts eine zulässige Form ist, und dadurch ist es möglich, eine ausgewählte Greifkraft oder Greifpunkte, die schließlich als Fehlschlag der Arbeit behandelt werden sollen, aus Extraktionszielen auszuschließen. Folglich wird die folgende besondere Wirkung erlangt: Fehlschläge werden verringert, sodass das Objekt mit einer hohen Erfolgsrate ergriffen werden kann und eine Zykluszeit verkürzt wird, um eine Produktionseffizienz zu erhöhen.
Sechste Ausführungsform.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Greifpunkterzeugungseinheit eine Einheit zum Erlernen von Greifpunktkandidaten beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, ein neuronales Netzwerk aufzubauen, das Lernen durchführen kann, wobei als Eingaben eine Kennzeichnung für Erfolg/Fehlschlag (Erfolgs-/Fehlschlaginformationen), bei der es sich um eine Ergebniskennzeichnung handelt, die erlangt wird, indem eine Simulation oder tatsächliche Arbeiten an den Greifpunkten durchgeführt wird/werden, und Formverformungsinformationen, eine Greifkraft, Greifpunkte und eine physikalische Eigenschaft des Objekts in der Simulation oder den Arbeiten verwendet werden, und die Greifpunkte unter Verwendung der Form des Objekts als Eingabe auszugeben.
12 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Greifpunkterzeugungseinheit 31b gemäß einer sechsten Ausführungsform veranschaulicht. Neben der in 3 veranschaulichten Konfiguration der Greifpunkterzeugungseinheit 31 ist die Greifpunkterzeugungseinheit 31b unter Verwendung der Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 und der Ergebnisdatenbank (DB) 35 konfiguriert. Die Robotersteuervorrichtung 30 beinhaltet eine Einheit zum Lernen von Greifpunktkandidaten 37 und eine Lerndatenbank (Lern-DB) 38. Die Einheit zum Lernen von Greifpunktkandidaten 37 beinhaltet ein neuronales Netz 40. Die Einheit zum Lernen von Greifpunktkandidaten 37 lernt eine Beziehung, bei der Ergebnisdaten als Greifpunktkandidaten und Stabilitätsbewertungsergebnisse, die von der Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 ausgegeben werden und Ergebniskennzeichnungen, die bei tatsächlichen Arbeiten erlangt wurden, eingegeben werden und die Greifpunktkandidaten für das Objekt anhand der Formverformungsinformationen ausgegeben werden. Wie in 12 veranschaulicht, wird beispielhaft dargestellt, dass unter Verwendung von Objektforminformationen (vor der Verformung) als eine Eingabe ein Netz erlernt wird, das Greifpunkte, eine Greifkraft und Greifstabilität ausgibt.
Die Einheit zum Lernen von Greifpunktkandidaten 37 wird unter Verwendung eines Falls beschrieben, bei dem Simulationen und Versuche mit einer tatsächlichen Vorrichtung genutzt werden. Es ist zu bedenken, dass durch das Nutzen einer Simulation (numerischer Berechnungsprozess) Greifpunktkandidaten auf Grundlage von Forminformationen des Objektes 70 bestimmt werden, bei dem es sich um ein zu ergreifendes Objekt handelt, die erlangt wurden, unmittelbar bevor das Objekt 70 ergriffen wird und ein Greifvorgang tatsächlich versucht wird. Auf Grundlage der bis zur fünften Ausführungsform beschriebenen Konfigurationen ist zu erwarten, dass das Ergreifen mit höherer Wahrscheinlichkeit erfolgreich sein wird, wenn Arbeiten mit einer tatsächlichen Vorrichtung durchgeführt werden. Es wird jedoch damit gerechnet, dass das Greifen aufgrund eines Faktors fehlschlägt, dass die Modellierung nicht erfolgen kann, wenn mit einer tatsächlichen Vorrichtung Arbeiten durchgeführt werden.
In diesem Fall gibt es Ergebniskennzeichnungen für Erfolg und Fehlschlag für alle Greifpunktkandidaten, die in der Verformungsbewertungseinheit 33 und der Greifpunktbestimmungseinheit 36 ausgebildet sind. Im Allgemeinen ist es jedoch schwierig, eine kausale Beziehung zwischen Erfolg, Formen eines Objekts (vor und nach der Verformung), Greifpunkten und einer Greifkraft zu mathematisieren. Dann ist es beispielsweise unter Verwendung eines Rahmens eines neuronalen Netzes möglich, eine nichtlineare Beziehung zu lernen, um die Beziehung zu gewinnen.
Unter Verwendung von Kennzeichnungen für Erfolg/Fehlschlag, Greifpunkten, Greifkräften, einer physikalischen Eigenschaft des Objekts, verformten Formen (Form vor Verformung und Forminformationen nach Verformung) des Objekts und Greifstabilitäten hinsichtlich einer Vielzahl von Versuchen werden Kennzeichnungen für Erfolg/Fehlschlag hinsichtlich jeweiliger Versuche vorbereitet, um einen Lernprozess des neuronalen Netzes durchzuführen.
Die Greifpunkterzeugungseinheit 31b beinhaltet hier eine Einheit zur Definition von Modellen physikalischer Eigenschaften (nicht veranschaulicht), die dazu konfiguriert ist, eine Beziehung zwischen einer auf das Objekt 70 wirkenden Kraft und einer Verlagerung des Objekts 70 durch ein Modell unter Verwendung einer Federkonstante und eines Dämpfungskoeffizienten zu modellieren. Die Einheit zur Definition von Modellen physikalischer Eigenschaften ist dazu ausgebildet, eine sich im Zeitverlauf ändernde Kraft auf das Objekt 70 aufzubringen, und schätzt ein Modell physikalischer Eigenschaften (eine Federkonstante K und einen Dämpfungskoeffizienten C) für ein Modell, das auf Grundlage von Zeitreiheninformationen der Verlagerung basierend auf einer Verformung des Objekts 70 in Bezug auf die aufgebrachte Kraft eingestellt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist es auch möglich, die Federkonstante K und den Dämpfungskoeffizienten C auf Grundlage eines durch einen Vorgang mit einer tatsächlichen Vorrichtung erlangten Verformungsergebnisses in Bezug auf die Federkonstante K und den Dämpfungskoeffizienten C, die vorab bestimmt wurden, zu aktualisieren. Als weiteres Verfahren kann die Beziehung zwischen Kraft und Verlagerung dadurch erlangt werden, dass nur aus tatsächlich erlangten Zeitreiheninformationen der Verformungsinformationen und der Greifkraft gelernt wird, ohne dass die Federkonstante K und der Dämpfungskoeffizient C angenommen werden. Beispielsweise ist es möglich, einen Aufbau eines neuronalen Netzes beispielhaft darzustellen, bei dem die Zeitreiheninformationen der Verformungsinformationen und der Greifkraft bereitgestellt werden und Verlagerungsinformationen anhand der Zeitreiheninformationen der Greifkraft ausgegeben werden.
Die Einheit zum Lernen von Greifpunktkandidaten 37 beinhaltet eine Einheit zum Lernen von Modellen physikalischer Eigenschaften (nicht veranschaulicht), die dazu ausgebildet ist, die Beziehung zwischen einer auf das Objekt 70 wirkenden Kraft und einer Verlagerung des Objekts 70 durch ein neuronales Netz zu modellieren und zu lernen. Die Einheit zum Lernen des Modells physikalischer Eigenschaften wendet eine sich im Zeitverlauf ändernde Kraft auf das Objekt 70 an und lernt das neuronale Netz 40, das auf Grundlage der Zeitreiheninformationen der Verlagerung basierend auf einer Verformung des Objekts als Reaktion auf die aufgebrachte Kraft eingestellt wird.
Die Einheit zum Lernen von Greifpunktkandidaten 37 führt auf Grundlage der Greifpunktkandidaten und der Stabilitätsbewertungsergebnisse, die in der Ergebnis-DB 35 gespeichert sind, einen Lernprozess durch. Beispielsweise ist das Lernen des neuronalen Netzes 40 beispielhaft dargestellt. Das neuronale Netz 40 beinhaltet eine Lerneinheit und eine Inferenzeinheit (beide nicht veranschaulicht). Es ist ein neuronales Netz 41 integriert, in dem ein Lernparameter in der Inferenzeinheit widergespiegelt wird, die einen Lernparameter in der Lerneinheit verwendet. Dann können die Greifpunkte und die Greifkraft unter Verwendung der Objektforminformationen als Eingabe ausgegeben werden. Der Lernparameter ist durch einen Koeffizienten beispielhaft dargestellt, der eine Netzstruktur des neuronalen Netzes definiert.
13 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer weiteren Greifpunkterzeugungseinheit 31c gemäß der sechsten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 13 veranschaulicht, wird das bei dem vorstehenden Prozess gewonnene Netz 41 auf eine Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit 32a angewendet, und wenn die Objektforminformationen eingegeben werden, erzeugt die Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit 32a eine Vielzahl von Greifpunktkandidaten und eine Vielzahl von Greifstabilitäten und gibt diese an die Greifpunktbestimmungseinheit 36 aus. Die Greifpunktbestimmungseinheit 36 wählt unter Verwendung der Greifstabilitäten einen Greifpunktkandidaten aus und gibt den Greifpunktkandidaten aus.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, einen Greifpunkterzeugungsalgorithmus zu erlangen, bei dem ein Modellierungsfehler, der bei tatsächlichen Arbeiten oder einem tatsächlichen Vorgang erworben wurde, mittels Lernen korrigiert wird und folglich wird eine besondere vorteilhafte Wirkung erzielt, da der Berechnungsaufwand für das Berechnen von Greifpunktkandidaten verringert wird, eine zur Berechnung der Greifpunkte benötigte Zeitdauer verkürzt wird und die Fertigungseffizienz erhöht wird.
Als Nächstes wird eine weitere Modifizierung der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Es erfolgt eine Beschreibung für ein Verfahren zum Durchführen eines Prozesses, der dem vorstehend beschriebenen ähnelt, an den Greifpunktkandidaten, die durch die Simulation erlangt wurden. Es ist zu bedenken, dass durch das Nutzen einer Simulation (numerischer Berechnungsprozess) in der vorstehenden Beschreibung Greifpunktkandidaten auf Grundlage von Forminformationen eines zu ergreifenden Objekts bestimmt werden, die unmittelbar vor dem Ergreifen und, bevor ein Greifvorgang tatsächlich versucht wird, erlangt wurden. Zu diesem Zeitpunkt sind die Forminformationen des zu ergreifenden Objekts auch die durch die Simulation erzeugte Form. Darüber hinaus wird der Versuch des Ergreifens des Objekts 70 selbst an einer physikalischen Simulation ausgeführt, bei der auch ein physikalisches Berührungsphänomen und dergleichen simuliert und die Form zudem genau beobachtet wird. Es wird daher erwartet, dass bei einem Fall, in dem eine physikalische Simulation ohne Störungen oder Unsicherheiten verwendet wird, Greifpunkte, die die höchste Erfolgsrate aufweisen, bereits bekannt sind und alle mit Kennzeichnungen für Erfolg gekennzeichnet sind.
In Bezug auf eine Vielzahl von Versuchen, für die Kennzeichnungen für Erfolg vorgegeben sind, werden für Greifpunkte Greifkräfte, physikalische Eigenschaften des Objekts 70, verformte Formen (Form vor Verformung und Forminformationen nach Verformung) des Objekts 70 und Greifstabilitäten Kennzeichnungen für Erfolg/Fehlschlag hinsichtlich jeweiliger Versuche vorbereitet, und ein Lernprozess des neuronalen Netzes wird durchgeführt.
Ähnlich wie bei dem Fall der Verwendung einer tatsächlichen Vorrichtung wird beispielhaft dargestellt, dass ein Netz gelernt wird, das Greifpunkte, eine Greifkraft und Greifstabilität unter Verwendung von Forminformationen (vor der Verformung) als Eingabe ausgibt, während das Lernen auf dem physikalischen Simulationsmodell basiert.
Das bei dem vorstehenden Prozess gewonnene neuronale Netz 41 wird auf die Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit 32a angewendet, und wenn die Objektforminformationen eingegeben werden, werden eine Vielzahl von Greifpunktkandidaten und Greifstabilitäten erzeugt und an die Greifpunktbestimmungseinheit 36 ausgegeben. Die Greifpunktbestimmungseinheit 36 wählt unter Verwendung der Greifstabilität einen Greifpunktkandidaten aus und gibt den ausgewählten Greifpunktkandidaten aus.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es bei einem Fall, in dem die Roboterhand 20 das Objekt 70 ergreift, bei dem es sich um ein flexibles amorphes Objekt handelt, möglich, nur durch Eingeben von Forminformationen einen Kandidatenpunkt, der die höchste Greifstabilität aufweist, zu extrahieren, und Fehlschläge beim Ergreifen werden verringert. Darüber hinaus können anhand des realen Objekts physikalische Eigenschaftsinformationen hinsichtlich der Verformung des Objektes 70 gewonnen werden, und die Verformungssimulationsgenauigkeit der Verformungsbewertungseinheit basierend auf der Simulation wird verbessert. Wie vorstehend beschrieben, ist es hinsichtlich der Greifpunkte und stabilen Greifpunkte, die auf Grundlage des komplizierten physikalischen Simulationsmodells bestimmt wurden, möglich, durch Lernen den Greifpunkterzeugungsalgorithmus zu gewinnen, bei dem Greifpunkte automatisch als Reaktion auf die Eingabe einer Objektform ausgegeben werden und folglich der Berechnungsaufwand für das Berechnen von Greifpunktkandidaten verringert ist und eine für die Berechnung von Greifpunkten benötigte Zeit verkürzt ist, sodass eine besondere Wirkung der Verkürzung einer Zykluszeit zur Steigerung der Produktionseffizienz erzielt wird.
Siebente Ausführungsform.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform dadurch, dass die Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit eine erste Greifkraft definiert, Greifpunkte unter einer Bedingung bewertet, dass ein Ergreifen mit der ersten Greifkraft durchgeführt wird, um effektive Greifpunkte zu extrahieren, und dann das Objekt mit einer zweiten Greifkraft ergriffen wird, die kleiner ist als die erste Greifkraft, sodass die Greifpunkte effizient gefunden werden können.
14 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Greifpunkterzeugungseinheit 31d gemäß einer siebten Ausführungsform veranschaulicht. Entgegen der in 8 veranschaulichten Konfiguration der Greifpunkterzeugungseinheit 31a werden Greifpunktkandidaten aus der Ergebnis-DB 35 in die Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit 32 eingegeben. Wie in 14 veranschaulicht, wird die Ergebnisdatenbank, die über die Greifpunktkandidaten und die von der Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 ausgegebenen Stabilitätsbewertungsergebnisse verfügt, wieder zur Eingabe der Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit 32 verwendet. Die Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit 32 extrahiert dann eine endliche Anzahl von Greifpunktkandidaten, die höhere Stabilitätsbewertungen aufweisen, und definiert die zweite Greifkraft (aber kleiner als die erste Greifkraft) für die endliche Anzahl extrahierter Greifpunktkandidaten.
Die Greifpunkterzeugungseinheit 31d beinhaltet die Ergebnis-DB 35, die dazu konfiguriert ist, darin eine Vielzahl von Greifpunktkandidaten zu speichern, und die Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit 32, die dazu konfiguriert ist, die erste Greifkraft zu definieren, die von der Roboterhand 20 auf das Objekt 70 auszugeben ist, und einen ersten Greifpunktkandidaten, bei dem das Greifen mit der ersten Greifkraft angegeben ist, an die Verformungsbewertungseinheit auszugeben. Die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 berechnet Stabilitätsbewertungsergebnisse für die ersten Greifpunktkandidaten und gibt die ersten Greifpunktkandidaten und die Stabilitätsbewertungsergebnisse an die Ergebnis-DB 35 aus. Die Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit 32 extrahiert aus den ersten Greifpunktkandidaten, die in der Ergebnis-DB 35 gespeichert sind, auf Grundlage der Stabilitätsbewertungsergebnisse eine Vielzahl von Greifpunktkandidaten, definiert die zweite Greifkraft für die Vielzahl von Greifpunktkandidaten und führt wiederum eine Ausgabe von diesen an die Verformungsbewertungseinheit 33 durch.
Es ist zu beachten, dass die Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit 32 einen ähnlichen Prozess drei oder mehr Mal wiederholen kann. Durch Wiederholen des Prozesses für eine dritte Greifkraft, für eine vierte Greifkraft, ..., und für eine k-te Greifkraft und allmähliches Verringern der Greifkraft, die für die Suche verwendet wurde, nach jeder Wiederholung ist es beispielsweise möglich, Greifpunkte zu extrahieren, an denen eine effektive Verformung des Objekts 70 mit der geringsten Greifkraft erlangt werden kann. Folglich ist es möglich, effizient nach Punkten zu suchen, an denen ein stabiles Greifen mit der geringsten Greifkraft durchgeführt werden kann, und in kurzer Zeit Kandidatenpunkte zu extrahieren, an denen ein Fehlschlagen des Greifens weniger wahrscheinlich ist, und infolgedessen ist es möglich, folgende besondere Wirkung zu erlangen: die Arbeitszeit pro Vorgang des Roboters wird verkürzt, sodass eine Zykluszeit verkürzt werden kann, um die Produktionseffizienz zu erhöhen.
Achte Ausführungsform.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 anhand von Informationen über eine Kontur des Objekts eine Kombination von Greifpunktkandidaten zum stabilen Greifen des Objekts erlangt. Die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 gewinnt die Informationen über die Kontur des Objekts 70 anhand von Punktwolkenkoordinaten der Objektkontur des Objekts 70 und wählt eine Kombination von Greifpunktkandidaten von oberhalb der Kontur des Objekts 70 aus. Dann erlangt die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 für jede Kombination einen Bewertungswert, wenn die Roboterhand 20 das Objekt 70 mit einer vorbestimmten Greifkraft ergreift, und erlangt eine Kombination von Greifpunktkandidaten, um das Objekt 70 auf Grundlage der Bewertungswerte stabil zu ergreifen.
Es erfolgt eine Beschreibung für ein Bewertungsverfahren zum Suchen nach einer Kombination von Greifpunktkandidaten für das Objekt 70 zum stabilen Ergreifen des Objekts 70. Die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 leitet eine Kombination von stabilen Greifpunkten auf Grundlage einer Bewertung der Größe der minimal erforderlichen Greifkraft zum Ergreifen des Objekts 70 ab. Die Größe der minimal erforderlichen Greifkraft zum Ergreifen des Objekts 70 bezieht sich auf die Größe einer minimal erforderlichen Fingerspitzenkraft der Roboterhand 20, um der auf das Objekt 70 wirkenden Schwerkraft entgegenzuwirken. Ein Wert dieser Kraft ist unter dem Gesichtspunkt der Schwierigkeit, dass das Objekt 70 zerbrechen kann, vorzugsweise klein. Die Bewertung wird unter Verwendung von Werten von Fingerspitzenkräften durchgeführt, die anhand der Greifkräfte und der Reibungskräfte erlangt werden, und es wird eine Kombination von stabilen Greifpunkten derartig wie in der folgenden Vorgehensweise gesucht.
Zunächst werden aus den Punktwolkenkoordinaten der Kontur des Objekts 70 Punkte, die in einer zweidimensionalen Ebene liegen, durch das Spline-Interpolations-Verfahren glatt miteinander verbunden und die Informationen über die Kontur des Objekts 70 werden erlangt. Von der Kontur des Objektes 70 werden Greifpunktkandidaten entnommen und alle Kombinationen von zwei Punkten der Kandidaten gespeichert.
Als Nächstes wird die Greifkraft auf einen bestimmten Wert eingestellt, es werden für alle Kombinationen von Greifpunktkandidaten Bewertungswerte erlangt und anhand der Ergebnisse davon wird eine Kombination von stabilen Greifpunkten bei dieser Greifkraft erlangt. Dann wird die Greifkraft verändert, für alle Kombinationen von Greifpunktkandidaten werden Bewertungswerte erlangt und anhand der Ergebnisse davon wird eine Kombination von stabilen Greifpunkten bei dieser Greifkraft erlangt. Dieser Vorgang wird wiederholt, um eine Kombination stabiler Greifpunkte bei einer optimalen Greifkraft zu erlangen.
Wie vorstehend beschrieben, ist es durch das Erlangen einer Kombination von Greifpunktkandidaten für das Objekt 70 zum stabilen Ergreifen des Objekts 70 durch die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 möglich, folgende besondere Wirkung zu erlangen: für das Objekt, bei dem es sich um ein amorphes Objekt, wie etwa ein flexibles Objekt, handelt, werden Fehlschläge des Ergreifens, die durch das Ergreifen an den ausgewählten Greifpunkten verursacht werden, erheblich verringert, sodass das Objekt mit einer hohen Erfolgsrate ergriffen werden kann und eine Zykluszeit verkürzt werden kann, um eine Produktionseffizienz zu erhöhen.
Neunte Ausführungsform.
In der vorliegenden Ausführungsform erlangt die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 einen Bewertungswert nicht nur auf Grundlage der Formänderungsinformationen des Objekts 70 nach dem Ergreifen, sondern auch auf Grundlage der Forminformationen des Objekts 70 vor dem Ergreifen. 15 ist eine schematische Darstellung des Objektes 70 vor dem Ergreifen gemäß einer neunten Ausführungsform. Insbesondere gibt die Verformungsbewertungseinheit 33 eine Vielzahl von diskreten Punkten DPB1, DPB2, ... als Forminformationen des Objekts 70 vor dem Ergreifen aus. Die Vielzahl von diskreten Punkten DPB1, DPB2, ... wird auf Grundlage der Kontur des Objekts 70 eingestellt. Die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 wertet den Eindrückgrad des Objekts anhand einer Positionsbeziehung zwischen der Vielzahl von diskreten Punkten DPB1, DPB2, ... quantitativ aus und gibt ein Ergebnis davon als Bewertungswert aus. Bei dem Fall aus 15 kann die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 die diskreten Punkte DPB1 und DPB2 als Greifpunktkandidaten, die eine hohe Greifstabilität aufweisen, ausgeben, da an den diskreten Punkten DPB1 und DPB2 Eindrückungen erfolgen.
Wie vorstehend beschrieben, können durch das Erlangen des Bewertungswertes auf Grundlage der Forminformationen des Objekts 70 vor dem Ergreifen durch die Greifstabilitätsberechnungseinheit 34 die Greifpunkte genau ausgewählt werden. Folglich ist es möglich, die folgende besondere Wirkung zu erlangen: das Objekt kann mit einer hohen Erfolgsrate ergriffen werden, sodass eine Zykluszeit verkürzt werden kann, um ein Produktionseffizienz zu erhöhen.
Hier wird eine Hardwarekonfiguration der Robotersteuervorrichtung 30 beschrieben. Jede Funktion der Robotersteuervorrichtung 30 kann durch eine Verarbeitungsschaltung umgesetzt werden. Die Verarbeitungsschaltung beinhaltet mindestens einen Prozessor und mindestens einen Speicher.
16 ist eine Darstellung, die Hardwarekonfigurationen der Robotersteuervorrichtungen gemäß der ersten bis neunten Ausführungsform veranschaulicht. Die Robotersteuervorrichtung 30 kann durch eine unter (a) in 16 veranschaulichte Steuerschaltung, das heißt einen Prozessor 81 und einen Speicher 82, umgesetzt werden. Beispiele für den Prozessor 81 beinhalten eine CPU (central processing unit - Zentraleinheit), die auch als zentrale Verarbeitungsvorrichtung, Verarbeitungsvorrichtung, arithmetische Vorrichtung, Mikroprozessor, Mikrocomputer, Prozessor oder digitaler Signalprozessor (DSP) bezeichnet wird, und ein System mit hohem Integrationsgrad (large scale integration - LSI).
Der Speicher 82 entspricht beispielsweise einem nichtflüchtige oder flüchtigen Halbleiterspeicher, wie etwa einem Direktzugriffsspeicher (random access memory - RAM), einem Festwertspeicher (read only memory - ROM), einem Flash-Speicher, einem löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (erasable programmable ROM - EPROM) oder einem elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (electrically erasable PROM - EEPROM) (eingetragenes Warenzeichen), einer Magnetplatte, einer flexiblen Platte, einer optischen Platte, einer Compact Disk, einer Mini Disk oder einer Digital Versatile Disk (DVD) .
Die Robotersteuervorrichtung 30 wird dadurch umgesetzt, dass der Prozessor 81 ein in dem Speicher 82 gespeichertes Programm zum Durchführen eines Vorgangs der Robotersteuervorrichtung 30 liest und ausführt. Es kann auch gesagt werden, dass das Programm dazu konfiguriert ist, zu bewirken, dass der Computer Verfahrensweisen oder Verfahren für die Robotersteuervorrichtung 30 ausführt. Das von der Robotersteuervorrichtung 30 ausgeführte Programm ist dazu konfiguriert, die Greifpunkterzeugungseinheit 31 und die Befehlswerterzeugungseinheit 39 zu beinhalten, und diese Einheiten werden auf eine Hauptspeichervorrichtung geladen und in der Hauptspeichervorrichtung erzeugt.
Der Speicher 82 speichert Hindernisinformationen, Objektforminformationen, Formverformungsinformationen und dergleichen. Der Speicher 82 wird zudem als ein temporärer Speicher verwendet, wenn der Prozessor 81 verschiedene Prozesse ausführt.
Das vom Prozessor 81 auszuführende Programm kann in einem computerlesbaren Speichermedium, wie etwa in einer Datei, in einem installierbaren Format oder einem ausführbaren Format gespeichert sein und als Computerprogrammprodukt bereitgestellt werden. Das vom Prozessor 81 auszuführende Programm kann der Robotersteuervorrichtung 30 über ein Netzwerk, wie etwa das Internet, bereitgestellt werden.
Die Robotersteuervorrichtung 30 kann durch dedizierte Hardware realisiert werden. Einige der Funktionen der Robotersteuervorrichtung 30 durch dedizierte Hardware umgesetzt werden und die anderen davon können durch Software oder Firmware umgesetzt werden.
Die Robotersteuervorrichtung 30 kann durch eine dedizierte Verarbeitungsschaltung 83 realisiert werden, die unter (b) in 16 veranschaulicht ist. Zumindest ein Teil der Greifpunkterzeugungseinheit 31 und der Befehlswerterzeugungseinheit 39 kann durch die Verarbeitungsschaltung 83 realisiert werden. Die Verarbeitungsschaltung 83 ist dedizierte Hardware. Die Verarbeitungsschaltung 83 entspricht beispielsweise einer Einzelschaltung, einer Verbundschaltung, einem programmierten Prozessor, einem programmierten Parallelprozessor, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (application specific integrated circuit - ASIC), einem feldprogrammierbaren Gate-Array (FPGA) oder einer Kombination davon. Eine oder mehrere Funktionen der Robotersteuervorrichtung 30 können durch Software oder Firmware und der Rest davon durch dedizierte Hardware realisiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Roboter;
20: Roboterhand;
30: Robotersteuervorrichtung;
31, 31a, 31b, 31c, 31d: Greifpunkterzeugungseinheit;
32, 32a: Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit;
33: Verformungsbewertungseinheit;
34: Greifstabilitätsberechnungseinheit;
35: Ergebnis-DB;
36: Greifpunktbestimmungseinheit;
37: Einheit zum Lernen von Greifpunktkandidaten;
38: Lern-DB;
39: Befehlswerterzeugungseinheit;
50: Messvorrichtungssteuerung;
60: Messvorrichtung;
70: Objekt;
81: Prozessor;
82: Speicher;
83: Verarbeitungsschaltung;
FP1 bis FP6: Fingerposition;
DP1 bis DP5, DPB1, DPB2: diskreter Punkt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 200849459 [0003]

Claims

Robotersteuervorrichtung, die einen Roboter und eine Roboterhand des Roboters steuert, um ein Objekt zu ergreifen, wobei die Robotersteuervorrichtung eine Greifpunkterzeugungseinheit umfasst, um Greifpunkte des von der Roboterhand zu ergreifenden Objekts zu erzeugen, wobei die Greifpunkterzeugungseinheit Folgendes beinhaltet: eine Verformungsbewertungseinheit, um Formverformungsinformationen zu berechnen, wenn eine Form des Objekts durch einen Greifvorgang der Roboterhand verformt wird; und eine Greifpunktbestimmungseinheit, um Greifpunkte des Objekts auf Grundlage der Formverformungsinformationen zu bestimmen.
Robotersteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Greifpunktbestimmungseinheit Greifpunkte des Objekts auf Grundlage eines Verformungsgrads des Objekts, der in den Formverformungsinformationen beinhaltet ist, und einer geometrischen Beschränkungsbedingung nach der Verformung des Objekts bestimmt.
Robotersteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verformungsbewertungseinheit eine Vielzahl von diskreten Punkten als Formverformungsinformationen ausgibt und die Greifpunktbestimmungseinheit die geometrische Beschränkungsbedingung auf Grundlage einer Positionsbeziehung zwischen der Vielzahl von diskreten Punkten und einem Finger der Roboterhand bestimmt.
Robotersteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verformungsbewertungseinheit eine Vielzahl von diskreten Punkten als Formverformungsinformationen ausgibt und die Greifpunktbestimmungseinheit die geometrische Beschränkungsbedingung auf Grundlage einer Höhe der Veränderung der Position der Vielzahl von diskreten Punkten, wenn eine virtuelle Kraft auf das Objekt aufgebracht wird, bestimmt.
Robotersteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Verformungsbewertungseinheit einen oberen Grenzwert einer auf das Objekt aufgebrachten Greifkraft auf Grundlage eines Vergleichsausdrucks zwischen einer auf das Objekt aufgebrachten Greifkraft und einer Verlagerung des Objekts und einem Verformungsgrad des Objekts, der für das Objekt zulässig ist, berechnet und bewertet, ob eine von der Roboterhand auf das Objekt aufgebrachte Kraft unter dem oberen Grenzwert liegt.
Robotersteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Verformungsbewertungseinheit als Teil der Formverformungsinformationen Zeitreiheninformationen einer Greifkraft ausgibt, die auf Grundlage eines Vergleichsausdrucks zwischen einer auf das Objekt aufgebrachten Greifkraft und einer Verlagerung des Objekts berechnet werden.
Robotersteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Greifpunkterzeugungseinheit eine Greifstabilitätsberechnungseinheit beinhaltet, um die mechanische Stabilität gegen eine vorbestimmte äußere Kraft in Bezug auf das Kraftgleichgewicht nach einer Verformung des Objekts in einer Umgebung eines Greifpunkts des Objekts zu bewerten.
Robotersteuervorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Greifstabilitätsberechnungseinheit ein Kraftgleichgewicht nach einer Verformung des Objekts in einer Umgebung eines Greifpunkts des Objekts bewertet und Greifpunkte des Objekts, an denen eine Greifkraft der Roboterhand in Bezug auf das Objekt minimiert ist, extrahiert.
Robotersteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Greifpunkterzeugungseinheit eine Greifstabilitätsberechnungseinheit beinhaltet, um die Schwierigkeit der geometrischen Verlagerung des Objekts in Bezug auf die Roboterhand auf Grundlage einer Form einer Fingerspitze der Roboterhand und der Formverformungsinformationen zu bewerten.
Robotersteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Verformungsbewertungseinheit die Formverformungsinformationen nach dem Entlasten einer Greifkraft ausgibt, das nach einer bestimmten Zeitdauer nach dem Aufbringen der Greifkraft auf das Objekt durch die Roboterhand durchgeführt wird, und die Greifstabilitätsberechnungseinheit einen Differenzbetrag zwischen einer ursprünglichen Form des Objekts und einer Form des Objekts nach dem Entlasten erlangt und den Differenzbetrag mit einem vorbestimmten zulässigen Verformungswert vergleicht, um eine Bewertung durchzuführen.
Robotersteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Verformungsbewertungseinheit die Formverformungsinformationen nach dem Entlasten einer Greifkraft ausgibt, das nach einer bestimmten Zeitdauer nach dem Aufbringen der Greifkraft auf das Objekt durch die Roboterhand durchgeführt wird, und die Greifstabilitätsberechnungseinheit einen Differenzbetrag zwischen einer Krümmung einer ursprünglichen Form des Objekts und einer Krümmung einer Form des Objekts nach dem Entlasten erlangt und den Differenzbetrag der Krümmung mit einem vorbestimmten zulässigen Verformungswert vergleicht, um eine Bewertung durchzuführen.
Robotersteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Greifpunkterzeugungseinheit eine Greifstabilitätsberechnungseinheit beinhaltet, um Informationen über eine Kontur des Objekts anhand von Punktwolkenkoordinaten einer Objektkontur des Objekts zu gewinnen, eine Kombination von Greifpunktkandidaten für das Objekt von oberhalb der Kontur des Objekts auswählt, einen Bewertungswert, wenn die Roboterhand das Objekt mit einer vorbestimmten Greifkraft ergreift, für jede Kombination der Greifpunktkandidaten für das Objekt erlangt, und eine Kombination von Greifpunktkandidaten für das Objekt zum stabilen Ergreifen des Objekts auf Grundlage des Bewertungswerts erlangt.
Robotersteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Greifpunkterzeugungseinheit Folgendes beinhaltet: eine Ergebnisdatenbank, um eine Vielzahl von Greifpunktkandidaten zu speichern; und eine Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit, um eine erste Greifkraft zu definieren, die von der Roboterhand auf das Objekt auszugeben ist, und erste Greifpunktkandidaten, bei denen angegeben ist, dass das Ergreifen mit der ersten Greifkraft durchzuführen ist, an die Verformungsbewertungseinheit auszugeben; die Greifstabilitätsberechnungseinheit Stabilitätsbewertungsergebnisse für die ersten Greifpunktkandidaten berechnet und die ersten Greifpunktkandidaten und die Stabilitätsbewertungsergebnisse an die Ergebnisdatenbank ausgibt, und die Greifpunktkandidatenerzeugungseinheit aus den ersten Greifpunktkandidaten, die in der Ergebnisdatenbank gespeichert sind, auf Grundlage der Stabilitätsbewertungsergebnisse eine Vielzahl von Greifpunktkandidaten extrahiert, eine zweite Greifkraft für die Vielzahl von Greifpunktkandidaten definiert und wiederum eine Ausgabe von diesen an die Verformungsbewertungseinheit durchführt.
Robotersteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Greifpunkterzeugungseinheit eine Einheit zum Lernen von Greifpunktkandidaten beinhaltet, um eine Beziehung zu lernen, bei der Ergebnisdaten, die von der Greifstabilitätsberechnungseinheit ausgegeben werden und Ergebniskennzeichnungen, die bei tatsächlichen Arbeiten erlangt wurden, eingegeben werden und Greifpunktkandidaten für das Objekt anhand der Formverformungsinformationen ausgegeben werden.
Robotersteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Greifpunkterzeugungseinheit eine Einheit zur Definition von Modellen physikalischer Eigenschaften beinhaltet, um eine Beziehung zwischen einer auf das Objekt wirkenden Kraft und einer Verlagerung des Objekts basierend auf einem Modell unter Verwendung einer Federkonstante und eines Dämpfungskoeffizienten zu modellieren, und die Einheit zur Definition von Modellen physikalischer Eigenschaften, eine sich im Zeitverlauf ändernde Kraft auf das Objekt aufbringt, und eine Federkonstante und einen Dämpfungskoeffizienten des Modells, die auf Grundlage von Zeitreiheninformationen der Verlagerung basierend auf einer Verformung des Objekts als Reaktion auf die Kraft eingestellt werden, schätzt.
Robotersteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Greifpunkterzeugungseinheit eine Einheit zum Lernen von Modellen physikalischer Eigenschaften beinhaltet, um eine Beziehung zwischen einer auf das Objekt wirkenden Kraft und einer Verlagerung des Objekts unter Verwendung eines neuronalen Netzes zu modellieren, und die Einheit zum Lernen des Modells physikalischer Eigenschaften eine sich im Zeitverlauf ändernde Kraft auf das Objekt aufbringt und ein neuronales Netz lernt, das auf Grundlage von Zeitreiheninformationen einer Verlagerung basierend auf einer Verformung des Objekts als Reaktion auf die Kraft eingestellt wird.
Robotersteuervorrichtung nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei die Verformungsbewertungseinheit ferner eine Vielzahl von diskreten Punkten als Forminformationen des Objekts vor dem Ergreifen ausgibt, und die Greifstabilitätsberechnungseinheit eine Eindrückung des Objekts anhand einer Positionsbeziehung zwischen der Vielzahl von diskreten Punkten bewertet, um einen Eindrückbewertungswert bereitzustellen, und den Greifpunktkandidaten auf Grundlage des Einrückbewertungswerts ausgibt.
Robotersteuerverfahren zum Steuern eines Roboters und einer Roboterhand des Roboters, um ein Objekt zu ergreifen, wobei das Robotersteuerverfahren Folgendes umfasst: einen Schritt zum Berechnen von Formverformungsinformationen, wenn eine Form des Objekts durch einen Greifvorgang der Roboterhand verformt wird; und einen Schritt zum Bestimmen eines Greifpunktes für das Objekt auf Grundlage der Formverformungsinformationen und zum Erzeugen eines Greifpunktes für das von der Roboterhand zu ergreifende Objekt.