JP2004202653A - Robot and robot system - Google Patents

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radio wave
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Yasunao Okazaki
安直 岡▲崎▼
Takashi Fukagawa
隆 深川
Masaki Yamamoto
正樹 山本
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an intelligent robot and a robot system for exerting action on a work object by surely recognizing the work object when various work objects exist and even when a surrounding environment is complicated. <P>SOLUTION: This robot system has a robot 1, a control part 2 for controlling operation of the robot 1, at least one antenna 3 arranged on the robot 1, at least one work object identifying device 4 arranged on the work object 6 and transmitting an electromagnetic wave and a radio wave arrival direction detecting device 5 for estimating the arrival direction of a radio wave from the work object identifying device 4 by moving a position of the antenna 3 by operating the robot 1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多種多様な作業対象が存在する場合や、周囲環境が複雑な場合でも、作業対象を確実に認識し、作業対象に作用を及ぼすことができる知能ロボット及び該ロボットを含むロボットシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高度な知的能力を有する知能ロボットを実現するためには、作業対象の種類、形状、位置・姿勢などの情報を獲得するための認識能力が不可欠である。こうした認識能力をロボットに付加する従来技術としては画像認識を挙げることができる。
【０００３】
図２１は画像認識を使った従来のロボットシステムの構成を示す図である。９３は一般的なパーソナルコンピュータにより構成された画像認識手段であり、作業対象９４が存在する作業領域を撮像装置９３３により上方より撮影した画像を拡張ボードである画像取込手段９３２を通じて取り込み、画像認識手段９３により画像認識処理を行う。画像認識処理は画像認識プログラム９３１によって行われ、事前に登録された作業対象９４の画像とのパターンマッチング処理により作業対象９４の画像上での位置（ｘ座標、ｙ座標）が検出される。制御部９２は画像上での座標系と実作業空間での座標系の校正を取ることにより得た座標変換パラメータを有しており、座標変換を行うことで作業対象９４の実作業空間での位置を検出することができ、ロボット９１による作業対象９４の把持が実現する（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−３３７８６３号公報
【特許文献２】
特開平７−８８７６１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のロボットシステムでは、作業対象以外の背景が複雑であったり、光線条件が変化すると認識が困難になる問題がある。また、作業対象があらゆる姿勢にあるのを認識することも困難であるため、作業対象の配置状態に大きく依存するという問題もある。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来システムの課題を解決し、多種多様な作業対象が存在する場合や、周囲環境が複雑な場合でも、作業対象を確実に認識し、作業対象に作用を及ぼすことができる知能ロボット及びロボットシステムを実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【０００８】
本発明の第１態様によれば、ロボットと、
上記ロボットの動作を制御する制御部と、
上記ロボットに配設された少なくとも１つのロボット側のアンテナと、
作業対象に配設され、電磁波を発信する少なくとも１つの作業対象識別装置と、
上記制御部により上記ロボットを動作させることにより上記ロボット側のアンテナの位置を移動させて上記作業対象識別装置から発信される上記電磁波を上記ロボット側のアンテナで受信した結果を基に、上記作業対象識別装置から発信される上記電磁波の到来方向を推定して検知する電波到来方向検知装置とを備えることを特徴とするロボットシステムを提供する。
【０００９】
本発明の第２態様によれば、上記制御部は、上記電波到来方向検知装置の検知結果より上記作業対象の状態を検知する作業対象状態検知手段を有する第１の態様に記載のロボットシステムを提供する。
【００１０】
本発明の第３態様によれば、上記電波到来方向検知装置は、
送信信号を発生する発振器と、
上記ロボット側のアンテナと上記発振器とに接続され、かつ、上記ロボット側のアンテナが受信した受信信号と上記送信信号とを分離する送受信信号分離手段と、
上記発振器から発生する上記送信信号を用いて上記送受信信号分離手段からの出力である受信信号をベースバンド信号に直交復調する直交復調手段と、
上記ロボットが上記ロボット側のアンテナを上記送信信号の波長の略半分の距離だけ移動する毎に上記直交復調手段の出力であるベースバンド信号を記憶する受信信号記憶手段と、
上記受信信号記憶手段に記憶された上記複数組のベースバンド信号を用いて上記ロボット側のアンテナで受信された上記受信信号の電磁波の到来方向を推定して検知する到来方向推定手段とを有する第１の態様に記載のロボットシステムを提供する。
【００１１】
本発明の第４態様によれば、上記作業対象識別装置は、
上記電波到来方向検知装置の送出する送信信号を受信する作業対象側のアンテナと、
作業対象の個別データを記憶する個別データ記憶手段と、
上記個別データ記憶手段の出力を用いて上記作業対象側のアンテナの受信信号を反射又は吸収することにより変調する信号反射吸収手段を有し、上記作業対象側のアンテナが上記信号反射吸収手段の出力を送出する第１の態様に記載のロボットシステムを提供する。
【００１２】
本発明の第５態様によれば、上記ロボット側のアンテナは、上記ロボットに複数個配設され、かつ、
上記電波到来方向検知装置は、
送信信号を発生する発振器と、
上記ロボット側のアンテナと上記発振器とに接続され、かつ、上記ロボット側のアンテナが受信した受信信号と上記送信信号とを分離する少なくとも１個の送受信信号分離手段と、
上記発振器から発生する上記送信信号を用いて上記送受信信号分離手段からの出力である複数個の受信信号をベースバンド信号に直交復調する複数個の直交復調手段と、
上記直交復調手段の出力する複数組のベースバンド信号を用いて上記複数個の受信信号の電磁波の到来方向を推定して検知する到来方向推定手段とを有する第１の態様に記載のロボットシステムを提供する。
【００１３】
本発明の第６態様によれば、上記作業対象状態検知手段は、上記制御部により上記ロボット側のアンテナを略円弧上を移動させるときの上記ロボット側のアンテナの移動動作により上記作業対象識別装置の存在方向を検知する第２の態様に記載のロボットシステムを提供する。
【００１４】
本発明の第７態様によれば、上記作業対象状態検知手段は、上記制御部により上記ロボット側のアンテナを互いに方向の異なる少なくとも２つの略直線上を移動させるときの上記ロボット側のアンテナの移動動作により上記作業対象識別装置の位置を検知する第２又は６の態様に記載のロボットシステムを提供する。
【００１５】
本発明の第８態様によれば、上記作業対象識別装置は、上記作業対象に配置された少なくとも１組の作業対象識別装置より構成され、かつ、
上記作業対象状態検知手段は、上記少なくとも１組の作業対象識別装置の位置を検知することにより上記作業対象の姿勢を検知する第１〜７のいずれか１つの態様に記載のロボットシステムを提供する。
【００１６】
本発明の第９態様によれば、上記作業対象識別装置は、上記作業対象の認識用個別データを記憶する個別データ記憶手段を有し、かつ、上記個別データ記憶手段には上記作業対象識別装置の上記作業対象上での配設位置情報が記録されている第８の態様に記載のロボットシステムを提供する。
【００１７】
本発明の第１０態様によれば、上記作業対象識別装置は、上記作業対象の複数箇所に配設された複数の作業対象識別装置より構成されて、上記複数の作業対象識別装置のそれぞれが異なる周波数の電磁波を発信する第８の態様に記載のロボットシステムを提供する。
【００１８】
本発明の第１１態様によれば、上記制御部は、作業を行う対象である作業対象を選択する指示を入力するための指示入力手段を有する第１の態様に記載のロボットシステムを提供する。
【００１９】
本発明の第１２態様によれば、上記指示入力手段は、音声により指示を行う音声入力手段である第１１の態様に記載のロボットシステムを提供する。
【００２０】
本発明の第１３態様によれば、動作を制御する制御部と、
少なくとも１つのロボット側のアンテナと、
上記制御部により上記ロボットを動作させることにより上記ロボット側のアンテナの位置を移動させて、作業対象に配設されかつ電磁波を発信する少なくとも１つの作業対象識別装置から発信される上記電磁波を上記ロボット側のアンテナで受信した結果を基に、上記作業対象識別装置から発信される上記電磁波の到来方向を推定して検知する電波到来方向検知装置とを備えることを特徴とするロボットを提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態におけるロボットシステムの概略構成を示す図である。図１において、１は作業を行うロボット、２はロボット１の動作を制御する制御部である。３はロボット１の手首部１ｂに配設されたアンテナ、４はロボット１が作業を行う対象である作業対象６に配設された作業対象識別装置の一例としての電波発信装置である。５は電波発信装置４からの電波の到来方向を検知する電波到来方向検知装置である。
【００２３】
図２は本発明の第１実施形態におけるロボットシステムのロボット１、制御部２、及び電波到来方向検知装置５の詳細構成を示す図である。ロボット１は、５自由度の多リンクマニピュレータであり、制御部２により把持動作及び把持解除動作制御可能なハンド１ａが取り付けられた手首部１ｂに、回転運動と無関係に鉛直方向沿いに常時位置するようにアンテナ３が配設されている。ロボット１は、ハンド１ａと、ハンド１ａが回転可能に取付けられる手首部１ｂを有する腕リンク１ｃと、腕リンク１ｃが回転可能に連結される脚リンク１ｄと、脚リンク１ｄが回転可能に連結支持される台部１ｅとを有している。ハンド１ａは手首部１ｂに対して回転可能とし、手首部１ｂは腕リンク１ｃの先端に対して水平軸周りに回転可能とし、腕リンク１ｃの他端は脚リンク１ｄの先端に対して水平軸周りに回転可能とし、脚リンク１ｄのの他端は台部１ｅに対して水平軸周りに回転可能とし、台部１ｅの上側可動部は台部１ｅの下側固定部に対して鉛直軸回りに回転可能として、合計５個の軸周りに回転可能として上記５自由度の多リンクマニピュレータを構成している。各軸の回転部分を構成する各関節部には、各関節部の一方の部材に備えられて後述するモータードライバ２２により駆動制御される回転駆動装置の一例としてのモータと、モータの回転軸の回転位相角（すなわち関節角）を検出するエンコーダとを備えて、モータの回転軸が他方の部材に連結されて上記回転軸を正逆回転させることにより他方の部材を一方の部材に対して各軸周りに回転可能とする。
【００２４】
上記制御部２は、制御手段２１１とＤ／Ａボード２１２とカウンタ２１３とを有する一般的なパーソナルコンピュータによるコントローラ２１と、コントローラ２１に接続されたモータードライバ２２とを有する。コントローラ２１では、ロボット１の動作を制御するための制御プログラムが実行されることにより制御手段２１１が機能しており、ロボット１の各関節部の上記エンコーダより出力される関節角度情報がカウンタ２１３を通じて制御手段２１１に取り込まれ、制御手段２１１によって各関節部の回転動作での制御指令値及びハンド１ａの把持／把持解除動作での制御指令値が算出される。算出された各制御指令値は、Ｄ／Ａボード２１２を通じてモータードライバ２２に与えられ、モータードライバ２２から送られた各制御指令値に従って、ロボット１の各関節部のモータ及びハンド１ａであるチャックのチャック開閉機構に連結されたモータなどの把持／把持解除動作駆動装置がそれぞれ独立的に駆動される。
【００２５】
制御部２のコントローラ２１は、図３に示すように、上記制御手段２１１として上記制御プログラムを実行することにより、ロボット制御部として機能する。このロボット制御部は、作業計画・実行手段２１１１と、作業計画・実行手段２１１１に接続される目標軌道生成手段２１１２と、目標軌道生成手段２１１２に接続される制御入力計算手段２１１３と、制御入力計算手段２１１３に接続する運動学計算手段２１１４と、運動学計算手段２１１４に接続されるとともに作業計画・実行手段２１１１に接続する作業対象状態検知手段２１１５とのブロックとを備える制御プログラムを含む制御ソフトウェアを実行するものである。作業計画・実行手段２１１１は、ロボット１の動作順序や、制御手段２１１の作業計画・実行手段２１１１以外の各ブロックの動作及び電波到来方向検知装置５の動作を計画し実行する機能を果たす。目標軌道生成手段２１１２は、作業計画・実行手段２１１１からの指令に基づきロボット１の実際の動作のための目標軌道を生成する。制御入力計算手段２１１３は、目標軌道生成手段２１１２で生成された目標軌道と、ロボット１側からフィードバックされる実際の軌道との誤差よりロボット１を目標軌道に追従させるための制御入力を計算し、Ｄ／Ａボード２１２よりロボット１側に出力する。運動学計算手段２１１４は、カウンタ２１３より入力されるロボット１の関節角度情報である関節角度値よりロボット１のハンド（手先）位置の計算や、ヤコビ行列の計算など運動学計算を行う。また、作業対象状態検知手段２１１５は、作業対象６に関する形状等の情報を格納した作業対象データベースを有し、電波到来方向検知装置５の検知する方向情報及び作業対象データベースより得られる形状等の情報を基に作業対象６の状態の検知を行う。
【００２６】
電波到来方向検知装置５は、図４に示すように、高周波アナログ信号を扱う高周波回路部５２と、ディジタルの演算処理を行う演算処理部５１とを備えるように構成される。高周波回路部５２は、ロボット１に配設されたアンテナ３と接続されており、アンテナ３に接続されてアンテナ３から送信する高周波信号とアンテナ３で受信した高周波信号とを分離する送受信信号分離手段５２１と、送受信信号分離手段５２１に接続されてアンテナ３で受信した高周波信号から信号成分を復調する直交復調手段５２２と、送受信信号分離手段５２１及び直交復調手段５２２に接続される発振装置５２３とより構成される。一方、演算処理部５１は、一般的なパーソナルコンピュータにより構成され、直交復調手段５２２に接続されて復調されたデータをパーソナルコンピュータの主記憶に記憶させるプログラムである受信信号記憶手段５１２と、受信信号記憶手段５１２に接続されて受信信号記憶手段５１２に記憶された受信信号を基に電波到来方向の推定を行う演算プログラムより構成される到来方向推定手段５１３とより構成される。制御部２と電波到来方向検知装置５とは、イーサネット（登録商標）で接続され、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルにより通信が可能となっている。
【００２７】
電波発信装置４は、ロボット１の把持対象である作業対象６に配設され、図５に示すように、高周波信号を受信又は発信するアンテナ４３と、アンテナ４３に接続されてアンテナ４３で受信された高周波信号の終端条件が変化することにより高周波信号を反射したり吸収したりする信号反射吸収手段４１と、信号反射吸収手段４１に接続されて、作業対象６を特定するための認識用ＩＤデータなどの個別データを予め格納している個別データ記憶手段４２とより構成される。
【００２８】
以上の構成のロボットシステムの動作について、図６のフローチャートに示す、ロボットマニピュレータで作業対象６を認識、ハンド１ａで作業対象６を把持し、作業対象６の移動を行う作業を例に説明を行う。
【００２９】
第１実施形態の作業対象６は、図７に示すように円柱状の物体で、上面である円形面に電波発信装置４が配設されており、その配置状態は、電波発信装置４が配設された面が上向きになるように床面に配置され、その床面上での初期位置は未知であるものとする。
【００３０】
上記ロボットシステムの動作の第１ステップ（Ｓｔｅｐ１）は、概略円周方向検知動作である。ロボット１は、図８に示すように、仮想的な半波長間隔のＭ素子円形アレーアンテナ（Ｍは任意数であり、「任意素子数円形アレーアンテナ」とも言う。）を構成するため、アンテナ３が、鉛直方向沿いの姿勢を維持したまま、床面に平行な面内で円周（一周又は任意の角度の範囲内の円周若しくは円弧）を描くように動作する。作業計画・実行手段２１１１が、事前にプログラミングされた円周運動の中心座標、直径、各速度のデータを目標軌道生成手段２１１２に入力し、目標軌道生成手段２１１２は、円周軌道を各時間におけるロボット１のハンド位置・姿勢のＣＰ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐａｔｈ）軌道を生成する。生成されたＣＰ軌道にロボット１のハンド１ａが追従するように制御入力計算手段２１１３及び運動学計算手段２１１４によりフィードバック制御が実行されて、ハンド１ａの円周運動が実現する。アンテナ３の円周運動が実行され、仮想的な半波長間隔のＭ素子円形アレーアンテナのアンテナ素子の配置位置に相当する位置に到達するごとに、電波到来方向検知装置５は、発振装置５２３により発振された高周波信号をアンテナ３より放射する。アンテナ素子の配置位置に相当する位置に到達したか否かは、後述するように、アンテナ３が、円周運動により仮想的な半波長間隔のＭ素子円形アレーアンテナのアンテナ素子の配置位置に相当する位置に到達するごとに、ロボット１の各関節部のエンコーダより出力される関節角度情報を基に制御部２から電波到来方向検知装置５にトリガー信号が送信されることにより検知されて、トリガー信号を検知する毎に発振装置５２３により発振される。
【００３１】
次に、第２ステップ（Ｓｔｅｐ２）において、ロボット１と作業対象６との位置関係を判断する。すなわち、作業対象６に配設された電波発信装置４は、アンテナ３より放射された高周波信号を受信し、個別データ記憶手段４２に格納された作業対象６を特定するための認識用ＩＤデータを発信する。この電波発信装置４の動作の詳細を説明すると、アンテナ４３により受信された高周波信号は、その高周波信号の終端条件が変化することにより、信号反射吸収手段４１により反射されたり、吸収されたりして、信号反射吸収手段４１の動作が変化する。この終端条件変化の具体例としては、スイッチにより５０オームの抵抗及びグランドへショート状態（又はオープン状態）に切り換えるように構成した場合、５０オームに接合の場合には、信号は抵抗で熱として吸収され、ショート状態の場合には反射して、アンテナ４３より空中へと再放射される。また、ダイオードのバイアス電流を変えることによってインピーダンスを変化させ、反射する信号の位相を変化させることも可能である。前者の場合は、振幅変調（ＡＳＫ）に相当し、後者の場合は位相変調（ＰＳＫ）に相当する。個別データ記憶手段４２は、例えば、読み出し専用メモリー又は不揮発性メモリー及びマイコンによって構成され、作業対象６に固有のＩＤ番号などの認識用ＩＤデータが個別データの一例として記憶されており、この作業対象６に固有の認識用ＩＤデータに従い、信号反射吸収手段４１のスイッチを切り換えることで、上記作業対象６に固有の認識用ＩＤデータをアンテナ４３から送出することができる。例えば、振幅変調により送出する場合には、２値で記述されたＩＤデータは、２値のうちの１の場合は信号を反射、２値のうちの０の場合は信号を吸収することにより、実現することができる。
【００３２】
発信された作業対象６の認識用ＩＤデータは、電波到来方向検知装置５により再び受信される。アンテナ３で受信された信号は、送受信信号分離手段５２１により、発信装置５２３より発生された送信信号とは分離され、直交復調手段５２２に入力される。送受信信号分離手段５２１は、例えばフェライト等を用いたサーキュレータにより実現される。サーキュレータによれば、送信信号は、発信装置５２３からアンテナ３の方向へと、受信信号はアンテナ３から直交復調手段５２２の方向へと、それぞれの信号の進行方向により送信信号と受信信号とが互いに分離される。直交復調手段５２２は、受信信号に対して発信装置５２３からの発信信号をローカル信号として直交復調を行い、ベースバンド信号を得る。この場合、例えば振幅変調の場合、１に相当するところで、同相成分（Ｉ成分）、直交成分（Ｑ成分）が復調され、０に相当するところでは、Ｉ成分、Ｑ成分は０となる。Ｉ成分、Ｑ成分はローカル信号と受信信号の相対位相差を表すことになる。受信信号記憶手段５１２には、予め定められたサンプル数のＩ成分、Ｑ成分のベースバンド信号が記憶される。このベースバンド信号の記憶は、アンテナ３が、円周運動により仮想的な半波長間隔のＭ素子円形アレーアンテナのアンテナ素子の配置位置に相当する位置に到達するごとに、ロボット１の各関節部のエンコーダより出力される関節角度情報を基に制御部２から受信信号記憶手段５１２にトリガー信号が送信されることで実行され、受信信号記憶手段５１２にはＭ組（Ｍは任意の数。Ｍ素子と同じ数。）のベースバンド信号が記憶されることになる。具体的には、例えば、仮想アンテナが代表的な半波長間隔Ｍ素子アレーの場合には、制御部２によりロボット１を動かしてアンテナ３を半波長ごとに（Ｍ−１）回動かし、その度に送信信号の送出、受信、直交復調手段５２２、受信信号記憶手段５１２へのベースバンド信号の記憶が行われる。すなわち、（Ｍ−１）回アンテナ３を動かすためのロボット１の動作を制御部２により行ない、受信信号記憶手段５１２に最後のベースバンド信号が記憶された後には、受信信号記憶手段５１２には、Ｍ組のベースバンド信号が記憶されていることになる。
【００３３】
この後、到来方向推定手段５１３は、受信信号記憶手段５１２に記憶された信号を基に到来方向推定アルゴリズムを用いて電波到来方向の推定を行う。到来方向推定アルゴリズムとしては、受信信号記憶手段５１２に蓄積された複数組のベースバンドＩ成分、Ｑ成分の位相情報から受信信号の位相を変化させてビームスイープさせる方法、すなわち、フーリエ変換により最大受信方向を検知するフーリエ法、受信信号記憶手段５１２のベースバンド信号の共分散行列の固有ベクトルから到来方向を推定するＭＵＳＩＣ法等を用いることができる。ＭＵＳＩＣ法については、例えば菊間信良著「アレーアンテナによる適応信号処理」科学技術出版（１９９８年刊）に詳述されているが、概略を述べれば、受信信号より得られた共分散行列の固有ベクトルを求めることにより、雑音部分空間を求め、電波の到来方向に対応するステアリングベクトルと、雑音部分空間が直交することを利用して電波の到来方向を推定する方法である。なお、ここで用いるステアリングベクトルは、通常の到来方向の推定に用いる場合、発信源からアレーアンテナへ電波の進む方向は一方向であるのに対して、作業対象識別装置４、電波到来方向検知装置５を電波が往復し行路長が倍となることを考慮して、実際のアンテナ素子間隔の倍のアレーのステアリングベクトルを用いる。
【００３４】
また、到来方向推定の方法としては、次のような方法を採用することも可能である。電波到来方向検知装置５と作業対象識別装置４の距離が離れているときには、制御部２によりロボット１を動作制御して等間隔に（上記送信信号の波長の略半分の距離だけ）順次アンテナ３を移動した後、到来方向推定手段５１３が受信信号記憶手段５１２のすべてのベースバンド信号の相関行列または共分散行列を用いて電波の到来方向推定を行い、電波到来方向検知装置５と作業対象識別装置４の距離が近い時には制御部２によりロボット１がより少ない回数で等間隔に（上記送信信号の波長の略半分の距離だけ）順次アンテナ３を移動させた後、到来方向推定手段５１３が電波の到来方向推定する。
【００３５】
これは電波到来方向検知装置５と作業対象識別装置４の間隔が十分離れているときには、電磁波は遠方界となっているため、到来方向と各アレー受信信号の位相関係は、ステアリングベクトルで表される関係が厳密に成り立つが、作業対象識別装置４が電波到来方向検知装置５の等価的なアレーに近づくにつれてこの関係が厳密でなくなり、推定誤差が大きくなる。この影響を減少させるためにアンテナ３の移動回数を減らすことにより、等価的なアレーアンテナの素子数を減らし、誤長を減少させる。
【００３６】
また、作業対象識別装置４の位置推定精度は、電波到来方向検知装置５と作業対象識別装置４との間距離と角度推定精度に依存するので、電波到来方向検知装置５、作業対象識別装置４が遠い程には角度推定精度が要求される。また、ＭＵＳＩＣ法はフーリエ法に比較して、推定精度は高いが処理量が多い。この観点から、電波到来方向検知装置５と作業対象識別装置４の距離が離れているときには、制御部２によりロボット１がアンテナ３を移動することにより得られた等価的アレーアンテナすべてについて、到来方向推定手段５１３が受信信号記憶手段５１２のすべてのベースバンド信号の相関行列または共分散行列を用いてＭＵＳＩＣにより電波の到来方向推定を行い、電波到来方向検知装置５と作業対象識別装置４の距離が近い時には、制御部２によりロボット１が上記と同回数か少ない回数でアンテナ３を移動させた後、到来方向推定手段５１３がすべての受信信号の位相を変化させることにより、指向性をスイープさせて受信信号の強度を検知するフーリエ法により電波の到来方向推定を行うことにより、処理量の観点から最適な電波の到来方向推定を行うことが可能となる。
【００３７】
このようにすれば、制御部２によりロボット１によりアンテナ３を移動したときでも、内部の発振装置５２３をローカルとして用いることにより、ローカル信号を位相基準とすることができるので、高精度な基準信号を用いることなく、アレーアンテナと同様に精度良く電波の到来方向を推定することができる。
【００３８】
これらのアルゴリズムの遂行の結果、電波到来方向検知装置５の到来方向推定手段５１３から、制御部２の作業対象状態検知手段２１１５には、電波発信装置４からの電波の到来方向推定して検知した結果、及び、認識用ＩＤデータの情報が、通信により転送される。
【００３９】
制御部２では、作業対象状態検知手段２１１５が到来方向推定手段５１３より転送された認識用ＩＤデータを基に作業対象データベースを参照し、作業対象６である円柱の直径、高さの形状データを入手する。また、作業対象状態検知手段２１１５は、到来方向推定手段５１３による到来方向推定（検知）結果と運動学計算手段２１１４によるロボット１のハンド１ａの位置・姿勢の計算結果とから、円周運動の中心から見て作業対象６がどの方向に存在するのか、すなわち、作業対象６の概略の存在方向を検知する。
【００４０】
ここで、この第２ステップ（Ｓｔｅｐ２）での概略円周方向検知動作時に作業対象６が円周運動の軌道に近接している場合、円周上の測定点の位置によって、作業対象６からの電波到来方向が大きく異なることになるため、到来方向推定手段５１３での推定精度が大幅に低下する。この際には、例えばロボット１の第１関節部を１８０度反転した位置など、十分離れた位置で再度、概略円周方向検知動作を行う。なお、ロボット１の第１関節部とは、台部１ｅのことである。
【００４１】
上記動作の第３ステップ（Ｓｔｅｐ３）は詳細円周方向検知動作である。作業計画・実行手段２１１１は、作業対象６の概略の存在方向の検知結果を基に、図９に示す、ロボット１のハンド１ａを通り、床面に直交しかつ作業対象６の概略の存在方向に平行な平面８１に対し垂直な直線軌道８２を計画し、制御部２の制御により、ロボット１のハンド１ａを直線軌道８２沿いに移動させる。ロボット１のハンド１ａの直線軌道８２沿いの動作とともにアンテナ３は直線軌道８２沿いの直線軌道を描くことで、仮想的な半波長間隔のＮ素子直線アレーアンテナ（Ｎは上記Ｍとは異なる任意数）を構成し、同時に、第１ステップ（Ｓｔｅｐ１）と同様に、到来方向検知手段５１３による電波到来方向の検知が実行される。この直線軌道による検知により、より精度の高い、方向推定が実現する。
【００４２】
次に、動作の第４ステップ（Ｓｔｅｐ４）は詳細半径方向検知動作である。図１０に示すように、作業計画・実行手段２１１１は、ロボット１のハンド１ａを通り、床面に直交しかつ作業対象６の存在方向に平行な平面８３に含まれ、かつ、床面に平行な直線軌道８４を計画し、制御部２の制御により、ロボット１のハンド１ａを直線軌道８４沿いに移動させるとともに、到来方向推定手段５１３による電波到来方向の検知が実行される。以上、３回の検知動作の結果、作業対象状態検知手段２１１５が幾何学的な関係に関する演算を行い、作業対象６の床面上での配置位置を算出する。
【００４３】
次に、動作の第５〜８ステップ（Ｓｔｅｐ５〜Ｓｔｅｐ８）は、アプローチ動作、ハンド１ａによる作業対象６の把持動作、運搬動作、設置・解放動作といった、ロボット１によるマニピュレーション動作である。作業計画・実行手段２１１１は、検知した認識用ＩＤデータより得られた作業対象６である円柱の高さ情報と、作業対象状態検知手段２１１５が算出した配置位置情報を基に、図１１に示すように、円柱の中心軸に垂直な方向からハンド１ａを作業対象６にアプローチし（第５ステップ（Ｓｔｅｐ５）参照）、ハンド１ａにより作業対象６である円柱の直径方向から把持する動作（第６ステップ（Ｓｔｅｐ６）参照）を計画する。計画された動作は、目標軌道生成手段２１１２により目標軌道として生成され、ハンド１ａの作業対象６へのアプローチ（第５ステップ（Ｓｔｅｐ５）参照）、作業対象６のハンド１ａによる把持（第６ステップ（Ｓｔｅｐ６）参照）、ハンド１ａにより把持された作業対象６の運搬動作（第７ステップ（Ｓｔｅｐ７）参照）及びハンド１ａにより把持された作業対象６の設置動作及び作業対象６のハンド１ａからの解放動作（第８ステップ（Ｓｔｅｐ８）参照）が完了する。
【００４４】
以上のように、作業対象６に電波発信装置４が配設され、かつ、電波到来方向検知装置５を有することにより、作業対象６の存在方向が検知できるため、幾つかの検知動作を組み合わせることで、作業対象状態検知手段２１１５により作業対象６の位置等を検知することができるので、作業対象６の配置位置が未知であっても、作業対象６を確実に捕捉し、ハンド１ａで把持できる知能的なロボットシステムを構成することができる。
【００４５】
なお、第１実施形態では概略検知動作として円周上を移動するとしたが、これに限られるわけではなく、四角形状の軌道上を移動しても同様の効果を発揮することができる。また、詳細検知動作として直線上を移動するとしたが、円弧状を移動してもよい。また、詳細検知動作として、図９及び図１０で示す方向の直線上を移動するとしたが、これらに限られるわけではなく、図１２（ａ）及び（ｂ）に示す直線軌道の組み合わせでも同様の効果を発揮することができる。なお、図１２（ａ）は、図９の平面８１に直交する直線軌道８２に加えて、平面８１沿いの鉛直方向上向きの直線軌道を追加する例である。図１２（ｂ）は、床面に平行な面沿いでかつ大略９０度の開き角度の２方向の直線軌道の運動を行なう例である。
【００４６】
（第２実施形態）
図１３は本発明の第２実施形態におけるロボットシステムの作業対象を示す図である。本作業対象６１は直方体形状をしており、長手方向の両端部の２つの端面に、それぞれ電波発信装置４ａ、４ｂが配設されている。これらの電波発信装置４ａ、４ｂは異なる周波数の電磁波に対して動作するように高周波回路が構成されている。
【００４７】
本実施形態におけるロボットシステムの構造は、２つの電波発信装置４ａ、４ｂが配設されている点を除くと、すでに説明した図１に示す第１実施形態のロボットシステムの構造と同じであるので、図１４においては第１実施形態と同じ機能の手段には図１と同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００４８】
このように２つの電波発信装置４ａ、４ｂが配設され、それぞれの電波発信装置４ａ、４ｂが異なる周波数の電磁波に対して動作する場合、電波到来方向検知装置５の発振装置５２３の発信周波数を切り換えることにより、それぞれの電波発信装置４ａ、４ｂの判別が可能となる。したがって、作業対象状態検知手段２１１５により、電波発信装置４ａ、４ｂのそれぞれの位置が特定され、各位置を結ぶ線分から作業対象６１である直方体の長軸８５の姿勢（床面上において長軸が向いている方向）を検知することが可能である。したがって、図１３に示すようにマニピュレータのハンドにより直方体の中央付近で短軸８６の方向を把持するという動作が実現し、安定した把持が可能となる。
【００４９】
このように、２つの電波発信装置４ａ、４ｂが配設されていることにより、作業対象６１の位置のみではなく、姿勢も検知することが可能となり、様々な形状の作業対象に対応したり、作業対象の様々な姿勢にも対応することが可能となる。
【００５０】
なお、第２実施形態では、電波発信装置４ａ，４ｂを２つ配設するとしたが、これに限られるわけではなく、例えば、３つ配設することにより、作業対象の６次元の位置・姿勢をすべて特定することができ、さらに、４つ以上配設することにより、作業対象の特定の部位を特定することができる。
【００５１】
また、電波発信装置の作業対象上の配設位置を個別データ記憶手段４２に記憶しておくか、あるいは、認識ＩＤデータより作業対象データベースを利用し、入手できるようにしておけば、複数の電波発信装置の位置検知結果と作業対象上の配設位置情報より把持すべき方法（位置、姿勢等）を決定できるため、長手方向の両端部の２つの端面に、それぞれ、電波発信装置が配設されている場合に限らず、あらゆる配設方法や他の様々な作業対象に柔軟に対応できるシステムとすることができる。
【００５２】
また、異なる複数の作業対象それぞれに電波発信装置を配設することで、異なる作業対象の区別が可能となることは言うまでもない。
【００５３】
（第３実施形態）
図１５は本発明の第３実施形態におけるロボットシステムのロボットを示す図である。本発明の第３実施形態におけるロボットシステムのロボット１は、３つのアンテナ３ａ、３ｂ、及び３ｃが配設されている点が特徴である。アンテナ３ａ、３ｂ、及び３ｃは、発信装置の送信する信号の波長の半分の長さの間隔で配設されている。
【００５４】
図１６は本発明の第３実施形態におけるロボットシステムの電波到来方向検知装置５Ａの構成を示す図である。電波到来方向検知装置５Ａは、３つのアンテナ３ａ、３ｂ、及び３ｃに対応して、高周波回路部５２Ａが三重構造となっている。すなわち、送受信信号分離手段５２１は、アンテナ３ａに接続されてアンテナ３ａから送信する高周波信号とアンテナ３ａで受信した高周波信号とを分離する。直交復調手段５２２ａは、送受信信号分離手段５２１と発振装置５２３とに接続されてアンテナ３ａで受信した高周波信号から信号成分を復調して、受信信号記憶手段５１２に記憶させる。直交復調手段５２２ｂは、アンテナ３ｂと発振装置５２３とに接続されてアンテナ３ｂで受信した高周波信号から信号成分を復調して、受信信号記憶手段５１２に記憶させる。直交復調手段５２２ｃは、アンテナ３ｃと発振装置５２３とに接続されてアンテナ３ｃで受信した高周波信号から信号成分を復調して、受信信号記憶手段５１２に記憶させる。よって、直交復調手段５２２ａ，５２２ｂ，５２２ｃは直交復調手段５２２と基本的に同一機能を有している。
【００５５】
本実施形態におけるロボットシステムの構造は、３つのアンテナ３ａ、３ｂ、及び３ｃが配設されている点、及び、高周波回路部５２Ａが三重構造となっている点を除くと、すでに説明した図１に示す第１実施形態のロボットシステムの構造と同じであるので、図１５においては第１実施形態と同じ機能の手段には図１と同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００５６】
このようにロボット１に３つのアンテナ３ａ、３ｂ、及び３ｃを配設することにより、ロボット１を動作させなくても、３つのアンテナ３ａ、３ｂ、及び３ｃで受信される電波の位相を比較することで電波の到来方向の推定が可能となる。したがって、第１実施形態で説明した、ロボットシステムの動作の第１ステップ（Ｓｔｅｐ１）である概略円周方向検知動作を、例えば図１５に示したロボット１の姿勢と、第１関節部を９０度回転した姿勢のみで計測を行うなど、簡略化することができ、作業対象６を認識して把持するまでの時間を短縮して動作の高速化を図ることができる。
【００５７】
なお、第３実施形態では、配設するアンテナの個数を３としたが、これに限られるわけではない。また、アンテナの配設位置も図１５に示した位置に限られるわけではなく、その他にも図１７に示したように、ハンド１ａに複数のアンテナ３ｃ，３ｄを配置するといった配設位置等でも同様の効果を発揮することができる。この場合、アンテナ３ｃ，３ｄは図１６のアンテナ３ａ，３ｂに相当すると解釈すればよい。
【００５８】
（第４実施形態）
図１８は本発明の第４実施形態におけるロボットシステムの制御部２のコントローラ２１Ａを示す図である。本発明の第４実施形態におけるロボットシステムの制御部２のコントローラ２１Ａは、指示入力手段の一例として機能しかつマイクなどの音声入力手段２１４３と、音声入力手段２１４３に接続されて音声信号が入力される音声取込手段２１４２と、音声取込手段２１４２に接続されて取り込まれた音声信号が数値化されて入力されて音声認識を行い、音声認識結果情報を作業計画・実行手段２１１１に入力する、音声認識プログラムなどより構成される音声認識手段２１４１とを備えて構成される指示入力手段２１４が配設されている点が特徴である。
【００５９】
本実施形態におけるロボットシステムの構造は、指示入力手段２１４が配設されている点を除くと、すでに説明した図１に示す第１実施形態のロボットシステムの構造と同じであるので、図１８においては第１実施形態と同じ機能の手段には図１と同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００６０】
このように指示入力手段２１４を配設することにより、把持しようとする作業対象６の例えば名称を音声により音声入力手段２１４３を介して作業者が入力すれば、作業対象６の名称の音声信号が音声取込手段２１４２により数値化される。そして、数値化された信号が音声認識手段２１４１により、上記名称に対応する作業対象６の認識用ＩＤデータが特定される。作業計画・実行手段２１１１は、認識用ＩＤデータに相当する作業対象６の位置検知を実行し、ロボット１のハンド１ａによる、目標とする作業対象６の把持が実現する。
【００６１】
なお、第４実施形態では、音声による指示入力としたが、これに限られるわけではなく、パーソナルコンピュータのグラフィカルインターフェースにより、指示又は作業対象６の情報を作業計画・実行手段２１１１に入力することも可能であることは言うまでもない。
【００６２】
なお、作業を行う対象である作業対象６を選択する指示を入力するための指示入力手段としては、一例として、音声入力手段２１４３を挙げたが、これに限られるものではく、以下の撮像装置９７３でもよい。
【００６３】
（第５実施形態）
図１９は本発明の第５実施形態におけるロボットシステムのロボット１、制御部２、電波到来方向検知装置５及び、画像認識部９７０の詳細構成を示す図である。本発明の第５実施形態におけるロボットシステムは、画像認識部９７０が配設されている点が特徴である。画像認識部９７０では、ロボット１の手首部１ｂに配設された指示入力手段の一例として機能する撮像装置９７３により撮影した画像を、拡張ボードである画像取込手段９７２を通じて取り込み、画像認識手段９７１で画像認識処理を行う。画像認識処理は、画像認識手段９７１によって行われ、事前に登録された作業対象６の画像とのパターンマッチング処理により、作業対象６が認識される。
【００６４】
本実施形態におけるロボットシステムの構造は、画像認識部９７０が配設されている点を除くと、すでに説明した図１に示す第１実施形態のロボットシステムの構造と同じであるので、図１９においては第１実施形態と同じ機能の手段には図１と同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００６５】
このように画像認識部９７０を配設することにより、電波到来方向検知装置５と画像認識部９７０とを連携した位置検知が可能となる。なお、この連携のためには、画像認識部９７０と、制御部２の作業対象状態検知手段２１１５と、電波到来方向検知装置５の到来方向推定手段５１３との間で、通信などの手段で、情報又は各種指令などの転送を適宜行なう。
【００６６】
図２０は電波到来方向検知装置５と画像認識部９７０を連携した位置検知の動作の一例を示すフローチャートである。なお、第１１ステップ〜第１４ステップ（Ｓｔｅｐ１１〜Ｓｔｅｐ１４）は、図６の第１ステップ〜第４ステップ（Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ４）とそれぞれ同一であり、第１６ステップ（Ｓｔｅｐ１６）は、図６の第５ステップ（Ｓｔｅｐ５）と同一であり、第１８ステップ（Ｓｔｅｐ１８）は、図６の第６ステップ（Ｓｔｅｐ６）と同一であり、第２０ステップ（Ｓｔｅｐ２１）は、図６の第７ステップ（Ｓｔｅｐ７）と同一であり、第２１ステップ（Ｓｔｅｐ２１）は、図６の第８ステップ（Ｓｔｅｐ８）と同一である。
【００６７】
第１１ステップ〜第１４ステップ（Ｓｔｅｐ１１〜Ｓｔｅｐ１４）では、図６の第１ステップ〜第４ステップ（Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ４）と同様な電波到来方向検知装置５による電波到来方向推定機能により、把持対象６の位置が検出される。その後、第１５ステップ（Ｓｔｅｐ１５）で、画像認識部９７０の画像認識機能により、把持対象６の配置姿勢が検出されるとともに、その検出結果情報を画像認識部９７０から制御部２に通信などで伝送することにより、制御部２で、把持対象６に対するロボット１のハンド１ａのアプローチする方向、把持対象６をハンド１ａで把持する位置・姿勢が決定される。その後、第１６ステップ（Ｓｔｅｐ１６）において、図６の第５ステップ（Ｓｔｅｐ５）と同様に、制御部２の制御により、把持対象６に対する、ロボット１のハンド１ａによるアプローチ動作が実行される。次いで、第１７ステップ（Ｓｔｅｐ１７）では、撮像装置９７３により撮影した画像に基づく画像認識部９７０での画像認識を行なうとともに、その画像認識情報を画像認識部９７０から制御部２に通信などで伝送して、制御部２の制御によりビジュアルフィードバックを行なうことにより、より確実に把持できるように、ハンド１ａの把持対象６に対する位置の微調整が行われる。その後、制御部２の制御による第１８ステップ（Ｓｔｅｐ１８）の把持動作が行われる。そして、第１９ステップ（Ｓｔｅｐ１９）では、撮像装置９７３により撮影した画像に基づく画像認識部９７０での画像認識を行なうとともに、その画像認識情報を画像認識部９７０から制御部２に通信などで伝送して、制御部２により、ハンド１ａによる作業対象６の把持が成功したかどうかが、画像認識により確認される。把持に成功した場合には、第２０ステップ（Ｓｔｅｐ２０）において、図６の第７ステップ（Ｓｔｅｐ７）と同様に、ハンド１ａによる作業対象６の運搬動作が実行され、次いで、第２１ステップ（Ｓｔｅｐ２１）において、図６の第８ステップ（Ｓｔｅｐ８）と同様に、ハンド１ａによる作業対象６の設置動作、ハンド１ａの作業対象６からの解放動作がそれぞれ実行される。
【００６８】
以上のように、電波到来方向検知装置５と画像認識部９７０を連携させることにより、把持対象６の位置姿勢の検出や把持動作の成否の確認、ビジュアルフィードバックによる把持精度の向上など、より高度で、確実な把持動作が実現する。
【００６９】
上記第１、第２及び第３実施形態では、ロボット１を多リンクのマニピュレータとしたが、これに限られるわけではなく、車輪を有する移動ロボット、２足歩行ロボットなど、その他の形態のロボットでも効果を発揮することができる。
【００７０】
また、電波到来方向検知動作はマニピュレータを動作させることによりアンテナ３を移動させて行うとしたが、アンテナ３を移動する専用の可動機構を設けることでも検知動作は可能である。
【００７１】
また、上記第１、第２及び第３実施形態では、作業対象を認識し、把持する作業を例としたが、こうした作業に限られるわけではなく、作業対象である把持した物体を置くべき場所に、電波発信装置を配設することにより運搬・移動先の認識が可能となる。また、作業対象の溶接や塗装すべき箇所や位置に電波発信装置を配設することにより、溶接や塗装すべき箇所や位置を認識する手段としても効果を発揮することができる。
【００７２】
また、上記第１、第２及び第３実施形態では、制御部２のコントローラ２１や電波到来方向検知装置５の演算処理部５１を一般的なパーソナルコンピュータで構成するとしたが、これに限られるわけではなく、その他の計算機構成やデジタルＩＣ回路構成でも同様の効果を発揮することは言うまでもない。
【００７３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、上記実施形態では、ロボット１が円周運動を行うものを例示したが、円周運動に限らず、所定角度範囲内で円弧運動をしたり、所定長さの範囲内で直線運動したり、又は、時計方向及び反時計方向の両方向へ円周運動若しくは円弧運動したり、所定長さの範囲内で往復直線運動したり、上記いずれかの運動を適宜組み合わせた運動を行なうようにしてもよい。
【００７４】
また、作業対象６の認識用ＩＤデータとしては、ＩＤ番号などの認識情報以外に、作業対象６の重さ情報、柔らかさ情報、壊れやすさ情報などを含んでいて、それらの情報を利用して、ロボット１のハンド１ａの把持動作、運搬動作、設置動作などを制御するようにしてもよい。
【００７５】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明のロボットシステムによれば、電磁波を発信する作業対象識別装置が作業対象に配設され、かつ、発信される上記電磁波の到来方向を推定して検知する電波到来方向検知装置を有することにより、作業対象の存在方向が推定検知できる。よって、作業対象状態検知手段をさらに備えれば、幾つかの推定検知動作を組み合わせることで、電波到来方向検知装置の検知結果より作業対象状態検知手段により作業対象の位置や状態等が検知されるので、作業対象の配置位置が未知であっても、作業対象を捕捉し、把持できる知能的なロボットシステムを構成することができる。
【００７７】
より詳しくは、本発明の第１態様にかかるロボットシステムは、ロボットと、上記ロボットの動作を制御する制御部と、上記ロボットに配設された少なくとも１つのロボット側のアンテナと、作業対象に配設され、電磁波を発信する少なくとも１つの作業対象識別装置と、上記制御部により上記ロボットを動作させることによりロボット側の上記アンテナの位置を移動させて上記作業対象識別装置から発信される上記電磁波を上記ロボット側のアンテナで受信した結果を基に、上記作業対象識別装置から発信される上記電磁波の到来方向を推定して検知する電波到来方向検知装置とを備えるようしている。
【００７８】
これにより、作業対象に配設された作業対象識別装置が発信する電磁波を電波到来方向検知装置により検知することにより、発信源の位置すなわち作業対象の位置を検出することができ、作業対象の位置を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態におけるロボットシステムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態におけるロボットシステムの詳細構成を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態におけるロボットシステムの制御部の詳細構成を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態におけるロボットシステムの電波到来方向検知装置の詳細構成を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態におけるロボットシステムの電波発信装置の詳細構成を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態におけるロボットシステムのロボットマニピュレータの動作のフローチャートである。
【図７】本発明の第１実施形態におけるロボットシステムの作業対象を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態におけるロボットシステムの概略円周方向検知動作を示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態におけるロボットシステムの詳細円周方向検知動作を示す図である。
【図１０】本発明の第１実施形態におけるロボットシステムの詳細半径方向検知動作を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施形態におけるロボットシステムの把持動作を示す図である。
【図１２】本発明の第１実施形態におけるロボットシステムのその他の詳細検知動作を示す図である。
【図１３】本発明の第２実施形態におけるロボットシステムの作業対象を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施形態におけるロボットシステムでの把持動作を示す図である。
【図１５】本発明の第３実施形態におけるロボットシステムのロボットを示す図である。
【図１６】本発明の第３実施形態におけるロボットシステムの電波到来方向検知装置を示す図である。
【図１７】本発明の第３実施形態におけるロボットシステムのその他のアンテナ配設位置を示す図である。
【図１８】本発明の第４実施形態におけるロボットシステムの制御部のコントローラを示す図である。
【図１９】本発明の第５実施形態におけるロボットシステムの詳細構成を示す図である。
【図２０】本発明の第５実施形態におけるロボットシステムの把持対象位置検出のフローチャートである。
【図２１】従来のロボットシステムの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１…ロボット、１ａ…ハンド、１ｂ…手首部、１ｃ…腕リンク、１ｄ…脚リンク、１ｅ…台部、２…制御部、２１，２１Ａ…コントローラ、２１１…制御手段、２１２…Ｄ／Ａボード、２１３…カウンタ、２１１１…作業計画・実行手段、２１１２…目標軌道生成手段、２１１３…制御入力計算手段、２１１４…運動学計算手段、２１１５…運動学計算手段、２１４…指示入力手段、２１４１…音声認識手段、２１４２…音声取込手段、２１４３…音声入力手段、２２…モータードライバ、３，３ａ，３ｂ，３ｃ…アンテナ、４，４ａ，４ｂ…電波発信装置、４１…信号反射吸収手段、４２…個別データ記憶手段、４３…アンテナ、５，５Ａ…電波到来方向検知装置、５１…演算処理部、５１２…受信信号記憶手段、５１３…到来方向推定手段、５２，５２Ａ…高周波回路部、５２１…送受信信号分離手段、５２２，５２２ａ，５２２ｂ，５２２ｃ…直交復調手段、５２３…発振装置、６，６１…作業対象、８１…平面、８２…直線軌道、８３…直線軌道、８４…直線軌道、８５…長軸、８６…短軸、９７０…画像認識部、９７１…画像認識手段、９７２…画像取込手段、９７３…撮像装置。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an intelligent robot capable of reliably recognizing a work target and acting on the work target even when a variety of work objects are present or when the surrounding environment is complicated, and a robot system including the robot. .
[0002]
[Prior art]
In order to realize an intelligent robot having a high level of intellectual ability, recognition ability for acquiring information such as the type, shape, position, and posture of a work target is indispensable. As a conventional technique for adding such a recognition ability to a robot, image recognition can be cited.
[0003]
FIG. 21 is a diagram showing a configuration of a conventional robot system using image recognition. Reference numeral 93 denotes an image recognizing unit constituted by a general personal computer. The image recognizing unit 93 captures an image of a work area where the work object 94 is present from above by an image pickup device 933 through an image capturing unit 932 which is an extension board. The means 93 performs an image recognition process. The image recognition processing is performed by the image recognition program 931, and the position (x coordinate, y coordinate) of the work object 94 on the image is detected by pattern matching with the image of the work object 94 registered in advance. The control unit 92 has a coordinate conversion parameter obtained by calibrating the coordinate system on the image and the coordinate system in the real work space, and performs the coordinate conversion to perform the coordinate conversion on the work object 94 in the real work space. The position can be detected, and gripping of the work object 94 by the robot 91 is realized (for example, see Patent Literature 1 and Patent Literature 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-5-337863
[Patent Document 2]
JP-A-7-88861
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional robot system, there is a problem in that recognition becomes difficult when the background other than the work target is complicated or when the light condition changes. Further, it is difficult to recognize that the work target is in any posture, and thus there is a problem that the work target largely depends on the arrangement state of the work target.
[0006]
An object of the present invention is to solve the above-described problems of the conventional system, and to reliably recognize a work target even when a variety of work targets are present or the surrounding environment is complicated, and to exert an effect on the work target. An object of the present invention is to realize an intelligent robot and a robot system that can perform the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
[0008]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a robot,
A control unit for controlling the operation of the robot,
At least one robot-side antenna disposed on the robot;
At least one work object identification device disposed on the work object and transmitting an electromagnetic wave;
By operating the robot by the control unit, the position of the antenna on the robot side is moved, and the electromagnetic wave transmitted from the work object identification device is received by the antenna on the robot side. There is provided a robot system including a radio wave arrival direction detecting device for estimating and detecting the arrival direction of the electromagnetic wave transmitted from the identification device.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, the control unit includes the robot system according to the first aspect, further including a work target state detection unit that detects a state of the work target from a detection result of the radio wave arrival direction detection device. provide.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, the radio wave arrival direction detecting device comprises:
An oscillator for generating a transmission signal;
A transmission / reception signal separation unit that is connected to the robot-side antenna and the oscillator, and separates the reception signal and the transmission signal received by the robot-side antenna,
Quadrature demodulation means for quadrature demodulating a reception signal output from the transmission / reception signal separation means to a baseband signal using the transmission signal generated from the oscillator,
Received signal storage means for storing a baseband signal which is the output of the quadrature demodulation means each time the robot moves the robot side antenna by a distance of substantially half the wavelength of the transmission signal,
Arrival direction estimating means for estimating and detecting the arrival direction of the electromagnetic wave of the reception signal received by the antenna on the robot side using the plurality of sets of baseband signals stored in the reception signal storage means. The robot system according to one aspect is provided.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, the work object identification device includes:
An antenna on the work target side that receives a transmission signal transmitted by the radio wave arrival direction detection device,
Individual data storage means for storing individual data to be worked;
Signal reflecting and absorbing means for modulating by reflecting or absorbing the reception signal of the antenna on the work target using the output of the individual data storage means, wherein the antenna on the work target is an output of the signal reflection and absorption means The robot system according to the first aspect, wherein the robot system transmits the robot system.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, a plurality of the robot-side antennas are provided on the robot, and
The above-mentioned radio wave arrival direction detecting device,
An oscillator for generating a transmission signal;
At least one transmission / reception signal separation unit that is connected to the robot side antenna and the oscillator, and separates the reception signal and the transmission signal received by the robot side antenna;
A plurality of orthogonal demodulation means for orthogonally demodulating a plurality of reception signals output from the transmission / reception signal separation means to a baseband signal using the transmission signal generated from the oscillator,
The robot system according to the first aspect, further comprising: a direction-of-arrival estimating unit that estimates and detects directions of arrival of the electromagnetic waves of the plurality of received signals using a plurality of sets of baseband signals output by the quadrature demodulation unit. provide.
[0013]
According to the sixth aspect of the present invention, the work object state detection means is configured to perform the work object identification device by a movement operation of the robot antenna when the control unit moves the robot antenna on a substantially circular arc. The robot system according to the second aspect for detecting a direction in which the robot exists is provided.
[0014]
According to the seventh aspect of the present invention, the work target state detecting means is configured to move the robot-side antenna when the control unit moves the robot-side antenna on at least two substantially straight lines having different directions. The robot system according to the second or sixth aspect, wherein a position of the work object identification device is detected by an operation.
[0015]
According to an eighth aspect of the present invention, the work object identification device includes at least one set of work object identification devices arranged on the work object, and
The robot system according to any one of the first to seventh aspects, wherein the work target state detection means detects a position of the work target by detecting a position of the at least one set of work target identification devices. .
[0016]
According to a ninth aspect of the present invention, the work object identification device has individual data storage means for storing the individual data for recognition of the work object, and the individual data storage means has the work object identification device. The robot system according to the eighth aspect, wherein information of the arrangement position on the work object is recorded.
[0017]
According to a tenth aspect of the present invention, the work object identification device includes a plurality of work object identification devices provided at a plurality of locations of the work object, and each of the plurality of work object identification devices is different. The robot system according to the eighth aspect for transmitting an electromagnetic wave having a frequency is provided.
[0018]
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided the robot system according to the first aspect, wherein the control unit has an instruction input unit for inputting an instruction for selecting a work object to be worked.
[0019]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the robot system according to the eleventh aspect, wherein the instruction input means is a voice input means for giving an instruction by voice.
[0020]
According to a thirteenth aspect of the present invention, a control unit that controls an operation;
At least one robot side antenna;
By operating the robot by the control unit, the position of the antenna on the robot side is moved, and the electromagnetic wave transmitted from at least one work object identification device disposed on the work object and transmitting the electromagnetic wave is transmitted to the robot. And a radio wave arrival direction detection device for estimating and detecting the arrival direction of the electromagnetic wave transmitted from the work target identification device based on the result received by the antenna on the side of the robot.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0022]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a robot system according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a robot that performs work, and 2 denotes a control unit that controls the operation of the robot 1. Reference numeral 3 denotes an antenna provided on the wrist 1b of the robot 1, and reference numeral 4 denotes a radio wave transmitting device as an example of a work target identification device provided on a work target 6 on which the robot 1 works. Reference numeral 5 denotes a radio wave arrival direction detecting device that detects the direction of arrival of radio waves from the radio wave transmitting device 4.
[0023]
FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of the robot 1, the control unit 2, and the radio wave arrival direction detecting device 5 of the robot system according to the first embodiment of the present invention. The robot 1 is a multi-link manipulator having five degrees of freedom, and is always positioned along a vertical direction on a wrist 1b to which a hand 1a capable of controlling a gripping operation and a gripping release operation is attached by a control unit 2 irrespective of a rotational motion. Antenna 3 is disposed as described above. The robot 1 includes a hand 1a, an arm link 1c having a wrist 1b to which the hand 1a is rotatably mounted, a leg link 1d to which the arm link 1c is rotatably connected, and a rotatably connected support of the leg link 1d. And a base 1e. The hand 1a is rotatable with respect to the wrist 1b, the wrist 1b is rotatable around the horizontal axis with respect to the tip of the arm link 1c, and the other end of the arm link 1c is with the horizontal axis with respect to the tip of the leg link 1d. The other end of the leg link 1d is rotatable about a horizontal axis with respect to the base 1e, and the upper movable part of the base 1e is rotated about a vertical axis with respect to the lower fixed part of the base 1e. The multi-link manipulator having five degrees of freedom is configured to be rotatable around a total of five axes. A motor as an example of a rotation drive device provided in one member of each joint and driven and controlled by a motor driver 22 described later is provided at each joint constituting a rotating portion of each shaft, An encoder for detecting a rotational phase angle (that is, a joint angle), wherein the rotation shaft of the motor is connected to the other member and the rotation shaft is rotated forward and reverse to move the other member relative to the one member. It is possible to rotate around the axis.
[0024]
The control unit 2 includes a controller 21 of a general personal computer having a control unit 211, a D / A board 212, and a counter 213, and a motor driver 22 connected to the controller 21. In the controller 21, the control unit 211 functions by executing a control program for controlling the operation of the robot 1, and joint angle information output from the encoder of each joint of the robot 1 is transmitted through a counter 213. The control command is taken into the control means 211, and the control command value in the rotation operation of each joint and the control command value in the grip / release operation of the hand 1 a are calculated by the control means 211. The calculated control command values are given to the motor driver 22 through the D / A board 212, and according to the control command values sent from the motor driver 22, the motor of each joint of the robot 1 and the chuck of the hand 1a. A gripping / gripping release operation driving device such as a motor connected to the chuck opening / closing mechanism is independently driven.
[0025]
The controller 21 of the control unit 2 functions as a robot control unit by executing the control program as the control unit 211 as shown in FIG. The robot control unit includes a work plan / execution unit 2111, a target trajectory generation unit 2112 connected to the work plan / execution unit 2111, a control input calculation unit 2113 connected to the target trajectory generation unit 2112, and a control input calculation Control software including a control program including a kinematics calculation means 2114 connected to the means 2113 and a work target state detection means 2115 connected to the kinematics calculation means 2114 and connected to the work planning / execution means 2111. To do. The work plan / execution unit 2111 has a function of planning and executing the operation sequence of the robot 1, the operation of each block other than the work plan / execution unit 2111 of the control unit 211, and the operation of the radio wave arrival direction detection device 5. The target trajectory generation unit 2112 generates a target trajectory for the actual operation of the robot 1 based on a command from the work plan / execution unit 2111. The control input calculation means 2113 calculates a control input for causing the robot 1 to follow the target trajectory from an error between the target trajectory generated by the target trajectory generation means 2112 and an actual trajectory fed back from the robot 1 side, The data is output from the D / A board 212 to the robot 1 side. The kinematics calculation means 2114 performs kinematics calculation such as calculation of the hand (hand) position of the robot 1 and calculation of the Jacobian matrix from the joint angle value which is the joint angle information of the robot 1 input from the counter 213. The work target state detection means 2115 has a work target database storing information such as the shape of the work target 6, and the direction information detected by the radio wave arrival direction detection device 5 and the information such as the shape obtained from the work target database , The state of the work target 6 is detected.
[0026]
As shown in FIG. 4, the radio wave arrival direction detecting device 5 is configured to include a high-frequency circuit unit 52 that handles high-frequency analog signals and an arithmetic processing unit 51 that performs digital arithmetic processing. The high-frequency circuit unit 52 is connected to the antenna 3 provided in the robot 1, and is a transmission / reception signal separating unit that is connected to the antenna 3 and separates a high-frequency signal transmitted from the antenna 3 and a high-frequency signal received by the antenna 3. 521, an orthogonal demodulation unit 522 connected to the transmission / reception signal separation unit 521 to demodulate a signal component from the high-frequency signal received by the antenna 3, and an oscillation device 523 connected to the transmission / reception signal separation unit 521 and the orthogonal demodulation unit 522. Be composed. On the other hand, the arithmetic processing unit 51 is constituted by a general personal computer, is connected to the quadrature demodulation unit 522, and stores a demodulated data in a main memory of the personal computer. It comprises an arrival direction estimating means 513 which is connected to the storage means 512 and which comprises an arithmetic program for estimating the radio wave arrival direction based on the reception signal stored in the reception signal storage means 512. The control unit 2 and the radio wave direction-of-arrival detecting device 5 are connected by Ethernet (registered trademark), and can communicate with each other by a TCP / IP protocol.
[0027]
The radio wave transmitting device 4 is disposed on the work target 6 to be grasped by the robot 1, and as shown in FIG. 5, an antenna 43 for receiving or transmitting a high-frequency signal, and an antenna 43 connected to the antenna 43 and received by the antenna 43. A signal reflection / absorption unit 41 that reflects or absorbs the high-frequency signal by changing the termination condition of the high-frequency signal, and recognition ID data that is connected to the signal reflection / absorption unit 41 and specifies the work target 6. And the individual data storage means 42 which previously stores individual data such as.
[0028]
The operation of the robot system having the above configuration will be described with reference to a flow chart of FIG. 6, in which the work target 6 is recognized by the robot manipulator, the work target 6 is gripped by the hand 1a, and the work target 6 is moved. .
[0029]
The work target 6 of the first embodiment is a columnar object as shown in FIG. 7, and the radio wave transmitting device 4 is disposed on a circular surface which is the upper surface. It is assumed that the provided surface is placed on the floor so that it faces upward, and the initial position on the floor is unknown.
[0030]
The first step (Step 1) of the operation of the robot system is a substantially circumferential direction detecting operation. As shown in FIG. 8, the robot 1 forms an M element circular array antenna (M is an arbitrary number and is also referred to as an “arbitrary element number circular array antenna”) with a virtual half wavelength interval, as shown in FIG. Operates so as to draw a circumference (one circumference or a circle or arc within an arbitrary angle range) in a plane parallel to the floor surface while maintaining the posture along the vertical direction. The work planning / executing means 2111 inputs the data of the center coordinates, diameter, and each speed of the circumferential motion programmed in advance to the target trajectory generating means 2112, and the target trajectory generating means 2112 converts the circumferential trajectory at each time. A CP (Continuous Path) trajectory of the hand position / posture of the robot 1 is generated. Feedback control is executed by the control input calculation unit 2113 and the kinematics calculation unit 2114 so that the hand 1a of the robot 1 follows the generated CP trajectory, and the circumferential motion of the hand 1a is realized. Every time when the circumferential motion of the antenna 3 is performed and the antenna 3 reaches the position corresponding to the arrangement position of the antenna element of the M-element circular array antenna at a virtual half-wavelength interval, the radio wave arrival direction detecting device 5 The oscillated high frequency signal is radiated from the antenna 3. Whether the antenna 3 has reached the position corresponding to the arrangement position of the antenna element is determined by the fact that the antenna 3 is equivalent to the arrangement position of the antenna element of the M element circular array antenna having a virtual half-wavelength interval due to the circumferential motion, as described later. Each time the robot arrives at a position, the trigger is detected by transmitting a trigger signal from the control unit 2 to the radio wave arrival direction detecting device 5 based on the joint angle information output from the encoder of each joint of the robot 1. It is oscillated by the oscillation device 523 every time a signal is detected.
[0031]
Next, in a second step (Step 2), the positional relationship between the robot 1 and the work target 6 is determined. That is, the radio wave transmitting device 4 disposed on the work target 6 receives the high-frequency signal radiated from the antenna 3 and transmits the recognition ID data for identifying the work target 6 stored in the individual data storage unit 42. send. The operation of the radio wave transmitting device 4 will be described in detail. The high frequency signal received by the antenna 43 is reflected or absorbed by the signal reflection / absorption means 41 due to a change in the termination condition of the high frequency signal. The operation of the signal reflection / absorption means 41 changes. As a specific example of this termination condition change, when a switch is used to switch to a 50 ohm resistor and to a short state (or open state) to the ground, when a junction is made to 50 ohm, the signal is absorbed as heat by the resistor. In the short state, the light is reflected and re-emitted from the antenna 43 into the air. It is also possible to change the impedance by changing the bias current of the diode, thereby changing the phase of the reflected signal. The former case corresponds to amplitude modulation (ASK), and the latter case corresponds to phase modulation (PSK). The individual data storage unit 42 includes, for example, a read-only memory or a non-volatile memory and a microcomputer, and recognition ID data such as an ID number unique to the work object 6 is stored as an example of the individual data. By switching the switch of the signal reflection / absorption means 41 in accordance with the recognition ID data unique to 6, the recognition ID data unique to the work object 6 can be transmitted from the antenna 43. For example, when transmitting by amplitude modulation, the ID data described in binary reflects a signal in the case of 1 of the binary and absorbs the signal in the case of 0 of the binary, Can be realized.
[0032]
The transmitted recognition ID data of the work target 6 is received again by the radio wave arrival direction detecting device 5. The signal received by the antenna 3 is separated from the transmission signal generated by the transmitting device 523 by the transmission / reception signal separation unit 521 and input to the quadrature demodulation unit 522. The transmission / reception signal separating means 521 is realized by a circulator using ferrite or the like, for example. According to the circulator, the transmission signal is transmitted from the transmitting device 523 to the antenna 3, and the reception signal is transmitted from the antenna 3 to the quadrature demodulation means 522. Separated. The quadrature demodulation unit 522 performs quadrature demodulation on the received signal using the transmission signal from the transmission device 523 as a local signal to obtain a baseband signal. In this case, for example, in the case of amplitude modulation, the in-phase component (I component) and the quadrature component (Q component) are demodulated at a position corresponding to 1, and the I component and Q component become 0 at a position corresponding to 0. The I component and the Q component represent the relative phase difference between the local signal and the received signal. The received signal storage unit 512 stores a baseband signal of the I component and the Q component of a predetermined number of samples. This baseband signal is stored every time the antenna 3 reaches a position corresponding to the arrangement position of the antenna element of the M-element circular array antenna at a virtual half-wavelength interval by the circumferential movement. This is executed by transmitting a trigger signal from the control unit 2 to the received signal storage unit 512 based on the joint angle information output from the encoder of (1), and the reception signal storage unit 512 stores M sets (M is an arbitrary number; M The same number of baseband signals as the number of elements are stored. Specifically, for example, when the virtual antenna is a typical half-wavelength M-element array, the control unit 2 moves the robot 1 to rotate the antenna 3 every half wavelength (M−1), and each time, The transmission signal is transmitted and received, and the baseband signal is stored in the quadrature demodulation means 522 and the reception signal storage means 512. That is, the operation of the robot 1 for moving the antenna 3 (M−1) times is performed by the control unit 2, and after the last baseband signal is stored in the received signal storage unit 512, the received signal storage unit 512 , M sets of baseband signals are stored.
[0033]
Thereafter, the direction-of-arrival estimation unit 513 estimates the direction of arrival of the radio wave using the direction-of-arrival estimation algorithm based on the signal stored in the received signal storage unit 512. The direction-of-arrival estimation algorithm is a method of changing the phase of a received signal from the phase information of a plurality of sets of baseband I and Q components stored in the received signal storage means 512 and performing beam sweep, that is, the maximum reception by Fourier transform. A Fourier method for detecting the direction, a MUSIC method for estimating the arrival direction from the eigenvector of the covariance matrix of the baseband signal in the received signal storage unit 512, or the like can be used. The MUSIC method is described in detail, for example, in Nobuyoshi Kikuma, "Adaptive Signal Processing by Array Antenna," Science and Technology Publishing (1998), but in brief, eigenvectors of a covariance matrix obtained from a received signal are obtained. In this method, a noise subspace is obtained, and the direction of arrival of a radio wave is estimated using the fact that the noise vector is orthogonal to the steering vector corresponding to the direction of arrival of the radio wave. When the steering vector used here is used for estimating the normal direction of arrival, the direction in which the radio wave travels from the transmission source to the array antenna is one direction, whereas the work object identification device 4 and the radio wave arrival direction detection device are used. In consideration of the fact that the radio wave reciprocates in 5 and the path length is doubled, the steering vector of the array which is twice the actual antenna element interval is used.
[0034]
Further, as the method of estimating the direction of arrival, the following method can be adopted. When the distance between the radio wave arrival direction detection device 5 and the work object identification device 4 is large, the operation of the robot 1 is controlled by the control unit 2 and the antennas 3 are sequentially arranged at regular intervals (a distance of approximately half the wavelength of the transmission signal). After that, the arrival direction estimating means 513 estimates the arrival direction of the radio wave using the correlation matrix or covariance matrix of all the baseband signals in the received signal storage means 512, and the radio wave arrival direction detecting device 5 and the work object identification When the distance of the device 4 is short, the control unit 2 causes the robot 1 to sequentially move the antenna 3 at a smaller number of times and at equal intervals (a distance of approximately half the wavelength of the transmission signal), and then the arrival direction estimating means 513 transmits the radio wave. The direction of arrival is estimated.
[0035]
This is because when the distance between the radio wave arrival direction detection device 5 and the work object identification device 4 is sufficiently large, the electromagnetic wave is in the far field, and the phase relationship between the arrival direction and each array received signal is represented by a steering vector. Strictly holds, but as the work object identification device 4 approaches the equivalent array of the radio wave arrival direction detection device 5, this relationship becomes less strict and the estimation error increases. By reducing the number of movements of the antenna 3 to reduce this effect, the number of elements of the equivalent array antenna is reduced, and the error length is reduced.
[0036]
In addition, since the position estimation accuracy of the work object identification device 4 depends on the distance and angle estimation accuracy between the radio wave arrival direction detection device 5 and the work object identification device 4, the radio wave arrival direction detection device 5, the work object identification device 4 Are more distant, the angle estimation accuracy is required. Further, the MUSIC method has a higher estimation accuracy but a larger processing amount than the Fourier method. From this viewpoint, when the distance between the radio wave arrival direction detection device 5 and the work object identification device 4 is large, the arrival direction is determined for all equivalent array antennas obtained by the control unit 2 moving the antenna 1 by the robot 1. The estimating means 513 estimates the direction of arrival of the radio wave by MUSIC using the correlation matrix or covariance matrix of all the baseband signals of the received signal storage means 512, and the distance between the radio wave arrival direction detecting device 5 and the work object identification device 4 is determined. When the distance is near, the control unit 2 causes the robot 1 to move the antenna 3 with the same number of times or a smaller number of times, and then the arrival direction estimation unit 513 changes the phases of all the received signals, thereby sweeping the directivity. By estimating the direction of arrival of the radio wave by the Fourier method that detects the strength of the received signal, the optimal radio wave from the viewpoint of processing amount It is possible to perform the DOA estimation.
[0037]
With this configuration, even when the antenna 3 is moved by the robot 1 by the control unit 2, the local signal can be used as a phase reference by using the internal oscillating device 523 as a local. , It is possible to estimate the direction of arrival of radio waves with high accuracy as in the case of the array antenna.
[0038]
As a result of the execution of these algorithms, the arrival direction estimating means 513 of the radio wave arrival direction detecting device 5 was detected by the work target state detecting means 2115 of the control unit 2 by estimating the arrival direction of the radio wave from the radio wave transmitting device 4. The result and the information of the ID data for recognition are transferred by communication.
[0039]
In the control unit 2, the work object state detection means 2115 refers to the work object database based on the recognition ID data transferred from the arrival direction estimation means 513, and obtains the shape data of the diameter and height of the cylinder as the work object 6. Obtain. The work target state detection means 2115 calculates the center of the circumferential motion from the arrival direction estimation (detection) result by the arrival direction estimation means 513 and the calculation result of the position / posture of the hand 1a of the robot 1 by the kinematics calculation means 2114. , The direction in which the work object 6 exists, that is, the approximate existence direction of the work object 6 is detected.
[0040]
Here, when the work target 6 is close to the trajectory of the circumferential motion during the substantially circumferential direction detection operation in the second step (Step 2), the work target 6 is moved from the work target 6 depending on the position of the measurement point on the circumference. Since the radio wave arrival directions are greatly different, the estimation accuracy of the arrival direction estimation means 513 is greatly reduced. In this case, the substantially circumferential direction detection operation is performed again at a sufficiently distant position such as a position where the first joint of the robot 1 is turned 180 degrees. The first joint of the robot 1 is the base 1e.
[0041]
The third step (Step 3) of the above operation is a detailed circumferential direction detection operation. The work planning / executing unit 2111 passes through the hand 1a of the robot 1 shown in FIG. 9 and is orthogonal to the floor surface and the approximate existence direction of the work object 6 based on the detection result of the approximate existence direction of the work object 6. A straight line trajectory 82 perpendicular to a plane 81 parallel to is prepared, and the hand 1 a of the robot 1 is moved along the straight line trajectory 82 under the control of the control unit 2. With the movement of the hand 1a of the robot 1 along the linear trajectory 82, the antenna 3 draws a linear trajectory along the linear trajectory 82, so that an N-element linear array antenna with a virtual half-wavelength interval (N is an arbitrary number different from the above M) ), And at the same time, similarly to the first step (Step 1), the arrival direction detection means 513 detects the arrival direction of the radio wave. The detection based on the linear trajectory realizes more accurate direction estimation.
[0042]
Next, a fourth step (Step 4) of the operation is a detailed radial direction detection operation. As shown in FIG. 10, the work plan / execution unit 2111 is included in a plane 83 that passes through the hand 1 a of the robot 1 and is orthogonal to the floor and parallel to the direction in which the work object 6 exists, and is parallel to the floor. A straight line trajectory 84 is planned, the hand 1a of the robot 1 is moved along the straight line trajectory 84 under the control of the controller 2, and the arrival direction estimating means 513 detects the direction of arrival of the radio wave. As described above, as a result of the three detection operations, the work target state detection unit 2115 performs a calculation regarding the geometric relationship, and calculates the arrangement position of the work target 6 on the floor.
[0043]
Next, the fifth to eighth steps (Step 5 to Step 8) are manipulation operations by the robot 1, such as an approach operation, a gripping operation of the work target 6 by the hand 1a, a transport operation, and an installation / release operation. The work plan / execution means 2111 is shown in FIG. 11 based on the height information of the cylinder as the work object 6 obtained from the detected recognition ID data and the arrangement position information calculated by the work object state detection means 2115. In this manner, the hand 1a approaches the work target 6 from the direction perpendicular to the center axis of the cylinder (see the fifth step (Step 5)), and the hand 1a grips the work target 6 from the diametric direction of the cylinder (the sixth work). Step (see Step 6) is planned. The planned motion is generated as a target trajectory by the target trajectory generating unit 2112, and the hand 1a approaches the work target 6 (see the fifth step (Step 5)), and the work target 6 is gripped by the hand 1a (sixth step (Step 6)). (See Step 6)), the transport operation of the work object 6 gripped by the hand 1a (see the seventh step (Step 7)), the installation operation of the work object 6 gripped by the hand 1a, and the release operation of the work object 6 from the hand 1a. (Refer to the eighth step (Step 8)).
[0044]
As described above, the presence of the radio wave transmitting device 4 on the work target 6 and the presence of the radio wave arrival direction detection device 5 enable the direction of the work target 6 to be detected. Thus, the position and the like of the work object 6 can be detected by the work object state detection means 2115, so that even if the arrangement position of the work object 6 is unknown, the work object 6 can be reliably captured and held by the hand 1a. An intelligent robot system can be configured.
[0045]
In the first embodiment, the movement is performed on the circumference as the rough detection operation. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be exerted by moving on a square orbit. In addition, although the movement is performed on a straight line as the detailed detection operation, the movement may be performed in an arc shape. The detailed detection operation is described as moving on a straight line in the directions shown in FIGS. 9 and 10. However, the present invention is not limited to this, and the same applies to the combination of linear trajectories shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b). The effect can be exhibited. Note that FIG. 12A shows an example in which, in addition to the linear trajectory 82 orthogonal to the plane 81 of FIG. 9, a vertically upward linear trajectory along the plane 81 is added. FIG. 12B shows an example in which a linear orbital motion in two directions along a plane parallel to the floor surface and an opening angle of about 90 degrees is performed.
[0046]
(2nd Embodiment)
FIG. 13 is a diagram illustrating an operation target of the robot system according to the second embodiment of the present invention. The work target 61 has a rectangular parallelepiped shape, and the radio wave transmitting devices 4a and 4b are provided on two end surfaces at both ends in the longitudinal direction, respectively. These radio wave transmitting devices 4a and 4b have a high frequency circuit configured to operate on electromagnetic waves having different frequencies.
[0047]
The structure of the robot system according to the present embodiment is the same as the structure of the robot system according to the first embodiment shown in FIG. 1 except that two radio wave transmitting devices 4a and 4b are provided. In FIG. 14, means having the same functions as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in FIG. 1, and description thereof is omitted.
[0048]
When the two radio wave transmitting devices 4a and 4b are arranged as described above and the respective radio wave transmitting devices 4a and 4b operate on electromagnetic waves having different frequencies, the transmission frequency of the oscillation device 523 of the radio wave arrival direction detecting device 5 is changed. By switching, it becomes possible to determine each of the radio wave transmitting devices 4a and 4b. Therefore, the position of each of the radio wave transmitting devices 4a and 4b is specified by the work target state detection unit 2115, and the posture of the long axis 85 of the rectangular parallelepiped as the work target 61 (the long axis on the floor surface) is determined from the line connecting the positions. Facing direction) can be detected. Therefore, as shown in FIG. 13, the operation of gripping the direction of the short axis 86 near the center of the rectangular parallelepiped by the hand of the manipulator is realized, and stable gripping is possible.
[0049]
As described above, the provision of the two radio wave transmitting devices 4a and 4b makes it possible to detect not only the position of the work target 61 but also the posture thereof, and it is possible to detect work targets of various shapes. It is possible to cope with various postures of the work target.
[0050]
In the second embodiment, two radio wave transmitting devices 4a and 4b are provided. However, the present invention is not limited to this. For example, by providing three radio wave transmitting devices 4a and 4b, a six-dimensional position / posture of a work target can be obtained. Can be specified, and furthermore, by arranging four or more, a specific part to be worked can be specified.
[0051]
In addition, if the arrangement position of the radio wave transmitting device on the work object is stored in the individual data storage means 42 or the work object database can be obtained from the recognition ID data so that a plurality of radio waves can be obtained. Since the method (position, posture, etc.) to be grasped can be determined from the position detection result of the transmitting device and the arrangement position information on the work object, the radio wave transmitting devices are respectively disposed on the two end surfaces at both ends in the longitudinal direction. The system can flexibly cope with any arrangement method and other various work targets, not limited to the case where the operation is performed.
[0052]
In addition, it is needless to say that different radio waves are radiated to each of a plurality of different work objects so that different work objects can be distinguished.
[0053]
(Third embodiment)
FIG. 15 is a diagram showing a robot of the robot system according to the third embodiment of the present invention. The robot 1 of the robot system according to the third embodiment of the present invention is characterized in that three antennas 3a, 3b, and 3c are provided. The antennas 3a, 3b, and 3c are arranged at intervals of half the wavelength of the signal transmitted by the transmitting device.
[0054]
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a radio wave arrival direction detecting device 5A of the robot system according to the third embodiment of the present invention. The radio wave direction-of-arrival detection device 5A has a high-frequency circuit section 52A having a triple structure corresponding to the three antennas 3a, 3b, and 3c. That is, the transmission / reception signal separation unit 521 separates a high-frequency signal connected to the antenna 3a and transmitted from the antenna 3a and a high-frequency signal received by the antenna 3a. The quadrature demodulation unit 522a is connected to the transmission / reception signal separation unit 521 and the oscillation device 523, demodulates a signal component from a high-frequency signal received by the antenna 3a, and stores the demodulated signal component in the reception signal storage unit 512. The orthogonal demodulation unit 522b is connected to the antenna 3b and the oscillation device 523, demodulates a signal component from a high-frequency signal received by the antenna 3b, and stores the demodulated signal component in the received signal storage unit 512. The orthogonal demodulation unit 522c is connected to the antenna 3c and the oscillation device 523, demodulates a signal component from a high-frequency signal received by the antenna 3c, and stores the demodulated signal component in the received signal storage unit 512. Therefore, the quadrature demodulation units 522a, 522b, and 522c have basically the same function as the quadrature demodulation unit 522.
[0055]
The structure of the robot system in this embodiment is the same as that of FIG. 1 except that three antennas 3a, 3b, and 3c are provided, and that the high-frequency circuit unit 52A has a triple structure. Since the structure of the robot system is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 15, means having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals in FIG. 15, and description thereof will be omitted.
[0056]
By arranging the three antennas 3a, 3b, and 3c in the robot 1, the phases of the radio waves received by the three antennas 3a, 3b, and 3c are compared without operating the robot 1. This makes it possible to estimate the direction of arrival of the radio wave. Therefore, the general circumferential direction detection operation, which is the first step (Step 1) of the operation of the robot system described in the first embodiment, is performed by, for example, setting the posture of the robot 1 shown in FIG. It is possible to simplify the measurement, for example, by performing the measurement only with the rotated posture, and it is possible to shorten the time required for recognizing and grasping the work object 6 and to speed up the operation.
[0057]
In the third embodiment, the number of antennas to be provided is three, but the number is not limited to three. Also, the arrangement position of the antenna is not limited to the position shown in FIG. 15, but may be any other arrangement position such as disposing a plurality of antennas 3c and 3d on the hand 1a as shown in FIG. Similar effects can be exerted. In this case, it can be interpreted that the antennas 3c and 3d correspond to the antennas 3a and 3b in FIG.
[0058]
(Fourth embodiment)
FIG. 18 is a diagram illustrating a controller 21A of the control unit 2 of the robot system according to the fourth embodiment of the present invention. The controller 21A of the control unit 2 of the robot system according to the fourth embodiment of the present invention functions as an example of an instruction input unit, and is connected to the audio input unit 2143 such as a microphone and the audio input unit 2143 to receive an audio signal. A voice capturing means 2142 and a voice signal connected to the voice capturing means 2142 and digitized and input to perform voice recognition, and input voice recognition result information to the work planning / executing means 2111; It is characterized in that an instruction input unit 214 including a voice recognition unit 2141 including a voice recognition program and the like is provided.
[0059]
The structure of the robot system according to the present embodiment is the same as the structure of the robot system according to the first embodiment shown in FIG. 1 except that the instruction input means 214 is provided. Means having the same functions as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in FIG. 1, and description thereof will be omitted.
[0060]
By arranging the instruction input means 214 in this way, if the worker inputs, for example, the name of the work object 6 to be grasped by voice via the sound input means 2143, a sound signal of the name of the work object 6 is generated. It is digitized by the voice capturing means 2142. Then, the digitized signal is used by the voice recognition means 2141 to identify the recognition ID data of the work object 6 corresponding to the name. The work plan / execution unit 2111 detects the position of the work target 6 corresponding to the ID data for recognition, and realizes the grasp of the target work target 6 by the hand 1a of the robot 1.
[0061]
In the fourth embodiment, the instruction input is performed by voice. However, the present invention is not limited to this. The instruction or information on the work target 6 may be input to the work plan / execution unit 2111 by a graphical interface of a personal computer. It goes without saying that it is possible.
[0062]
Note that, as an example of an instruction input unit for inputting an instruction to select a work target 6 to be worked, a voice input unit 2143 is described, but the present invention is not limited to this. 973.
[0063]
(Fifth embodiment)
FIG. 19 is a diagram illustrating a detailed configuration of the robot 1, the control unit 2, the radio wave arrival direction detection device 5, and the image recognition unit 970 of the robot system according to the fifth embodiment of the present invention. The robot system according to the fifth embodiment of the present invention is characterized in that an image recognition unit 970 is provided. The image recognition unit 970 captures an image captured by the imaging device 973 functioning as an example of an instruction input unit disposed on the wrist 1b of the robot 1 through an image capturing unit 972 that is an extension board, and the image recognition unit 971. Performs image recognition processing. The image recognition processing is performed by the image recognition means 971, and the work target 6 is recognized by the pattern matching processing with the image of the work target 6 registered in advance.
[0064]
The structure of the robot system according to the present embodiment is the same as the structure of the robot system according to the first embodiment shown in FIG. 1 except that the image recognition unit 970 is provided. Means having the same functions as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in FIG. 1, and description thereof will be omitted.
[0065]
By arranging the image recognizing unit 970 in this way, it is possible to perform position detection in which the radio wave arrival direction detecting device 5 and the image recognizing unit 970 cooperate. For this cooperation, the image recognition unit 970, the work target state detection unit 2115 of the control unit 2, and the arrival direction estimation unit 513 of the radio wave arrival direction detection device 5 communicate with each other by means such as communication. Information or various instructions are transferred as appropriate.
[0066]
FIG. 20 is a flowchart illustrating an example of the position detection operation in which the radio wave arrival direction detection device 5 and the image recognition unit 970 cooperate. The eleventh to fourteenth steps (Step 11 to Step 14) are the same as the first to fourth steps (Step 1 to Step 4) of FIG. 6, respectively, and the sixteenth step (Step 16) is the fifth step of FIG. The step (Step 5) is the same, the eighteenth step (Step 18) is the same as the sixth step (Step 6) in FIG. 6, and the twentieth step (Step 21) is the same as the seventh step (Step 7) in FIG. The 21st step (Step 21) is the same as the 8th step (Step 8) in FIG.
[0067]
In the eleventh step to the fourteenth step (Step 11 to Step 14), the radio wave arrival direction estimating function of the radio wave arrival direction detecting device 5 similar to the first step to the fourth step (Step 1 to Step 4) in FIG. The position is detected. Thereafter, in a fifteenth step (Step 15), the arrangement posture of the grasping target 6 is detected by the image recognition function of the image recognition unit 970, and the detection result information is transmitted from the image recognition unit 970 to the control unit 2 by communication or the like. By doing so, the control unit 2 determines the direction in which the hand 1a of the robot 1 approaches the grasping target 6, and the position / posture at which the grasping target 6 is grasped by the hand 1a. After that, in the sixteenth step (Step 16), the approach operation by the hand 1a of the robot 1 with respect to the grasping target 6 is executed under the control of the control unit 2 as in the fifth step (Step 5) of FIG. Next, in a seventeenth step (Step 17), image recognition is performed by the image recognition unit 970 based on the image captured by the imaging device 973, and the image recognition information is transmitted from the image recognition unit 970 to the control unit 2 by communication or the like. By performing visual feedback under the control of the control unit 2, fine adjustment of the position of the hand 1a with respect to the gripping target 6 is performed so that the gripping can be performed more reliably. After that, the gripping operation in the eighteenth step (Step 18) under the control of the control unit 2 is performed. In a nineteenth step (Step 19), image recognition is performed by the image recognition unit 970 based on the image captured by the imaging device 973, and the image recognition information is transmitted from the image recognition unit 970 to the control unit 2 by communication or the like. Then, the control unit 2 confirms whether or not the hand 1a has successfully gripped the work target 6 by image recognition. If the grasping is successful, in the twentieth step (Step 20), as in the seventh step (Step 7) in FIG. 6, the operation of transporting the work target 6 by the hand 1a is executed, and then the twenty-first step (Step 21). In the same manner as in the eighth step (Step 8) of FIG. 6, the operation of setting the work object 6 by the hand 1a and the operation of releasing the hand 1a from the work object 6 are executed.
[0068]
As described above, by linking the radio wave arrival direction detecting device 5 and the image recognizing unit 970, it is possible to detect the position and orientation of the grasping target 6, confirm the success or failure of the grasping operation, and improve grasping accuracy by visual feedback. Thus, a reliable gripping operation is realized.
[0069]
In the first, second, and third embodiments, the robot 1 is a multi-link manipulator. However, the present invention is not limited to this, and other types of robots such as a mobile robot having wheels and a bipedal walking robot may be used. The effect can be exhibited.
[0070]
Although the operation for detecting the direction of arrival of radio waves is performed by moving the antenna 3 by operating the manipulator, the detection operation can be performed by providing a dedicated movable mechanism for moving the antenna 3.
[0071]
In the first, second, and third embodiments, the operation of recognizing and gripping the work target is described as an example. However, the present invention is not limited to such a work, and a place where the gripped object to be worked should be placed. By arranging the radio wave transmitting device, it is possible to recognize the transportation / movement destination. In addition, by arranging the radio wave transmitting device at a position or a position of the work to be welded or painted, the effect can be exhibited as a means for recognizing a position or a position of the work or weld to be painted.
[0072]
In the first, second, and third embodiments, the controller 21 of the control unit 2 and the arithmetic processing unit 51 of the radio wave arrival direction detecting device 5 are configured by a general personal computer. However, it goes without saying that the same effect is exerted in other computer configurations and digital IC circuit configurations.
[0073]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in other various modes. For example, in the above embodiment, the robot 1 performs the circumferential motion. However, the robot 1 is not limited to the circumferential motion, and may perform an arc motion within a predetermined angle range or a linear motion within a predetermined length range. Alternatively, a circular motion or an arc motion in both the clockwise and counterclockwise directions, a reciprocating linear motion within a predetermined length range, or a motion in which any one of the above motions is appropriately performed may be performed. Good.
[0074]
Further, the recognition ID data of the work target 6 includes, in addition to the identification information such as the ID number, the weight information, the softness information, and the fragility information of the work target 6, and the information is used. Thus, the gripping operation, transport operation, installation operation, and the like of the hand 1a of the robot 1 may be controlled.
[0075]
Note that by appropriately combining any of the various embodiments described above, the effects of the respective embodiments can be achieved.
[0076]
【The invention's effect】
According to the robot system of the present invention, the work object identification device that emits the electromagnetic wave is disposed on the work object, and has the radio wave arrival direction detection device that estimates and detects the arrival direction of the transmitted electromagnetic wave. Thus, the direction in which the work target exists can be estimated and detected. Therefore, if the work object state detection means is further provided, the position and state of the work object are detected by the work object state detection means from the detection result of the radio wave arrival direction detection device by combining several estimation detection operations. Therefore, it is possible to configure an intelligent robot system that can capture and grasp the work target even when the arrangement position of the work target is unknown.
[0077]
More specifically, the robot system according to the first aspect of the present invention includes a robot, a control unit that controls the operation of the robot, at least one robot-side antenna provided in the robot, and At least one work object identification device that emits electromagnetic waves, and the control unit causes the robot to operate, thereby moving the position of the antenna on the robot side, and transmitting the electromagnetic waves emitted from the work object identification device. A radio wave arrival direction detection device for estimating and detecting an arrival direction of the electromagnetic wave transmitted from the work target identification device based on a result received by the antenna on the robot side.
[0078]
Thereby, the position of the transmission source, that is, the position of the work target can be detected by detecting the electromagnetic wave transmitted by the work target identification device disposed on the work target by the radio wave arrival direction detection device, and the position of the work target can be detected. Can be specified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a robot system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of a robot system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a detailed configuration of a control unit of the robot system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a detailed configuration of a radio wave arrival direction detecting device of the robot system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a detailed configuration of a radio wave transmitting device of the robot system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart of an operation of the robot manipulator of the robot system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating an operation target of the robot system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic circumferential direction detection operation of the robot system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a detailed circumferential direction detection operation of the robot system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a detailed radial direction detection operation of the robot system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating a gripping operation of the robot system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing another detailed detection operation of the robot system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating a work target of the robot system according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram illustrating a gripping operation in the robot system according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram illustrating a robot of a robot system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram illustrating a radio wave arrival direction detecting device of a robot system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a diagram illustrating another antenna arrangement position of the robot system according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a diagram illustrating a controller of a control unit of a robot system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram illustrating a detailed configuration of a robot system according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a flowchart for detecting a gripping target position of the robot system according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional robot system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Robot, 1a ... Hand, 1b ... Wrist part, 1c ... Arm link, 1d ... Leg link, 1e ... Base part, 2 ... Control part, 21 and 21A ... Controller, 211 ... Control means, 212 ... D / A board 213 counter, 2111 work planning / execution means, 2112 target trajectory generation means, 2113 control input calculation means, 2114 kinematics calculation means, 2115 kinematics calculation means, 214 instruction input means, 2141 voice Recognition means, 2142 ... voice capturing means, 2143 ... voice input means, 22 ... motor driver, 3, 3a, 3b, 3c ... antenna, 4, 4a, 4b ... radio wave transmitting device, 41 ... signal reflection and absorption means, 42 ... Individual data storage means, 43 ... antenna, 5, 5A ... radio wave arrival direction detection device, 51 ... arithmetic processing unit, 512 ... reception signal storage means, 513 ... arrival direction estimation means , 52, 52A high-frequency circuit section, 521 transmission / reception signal separation means, 522, 522a, 522b, 522c quadrature demodulation means, 523 oscillation device, 6, 61 work object, 81 flat plane, 82 linear track, 83 .., A linear trajectory, 84, a linear trajectory, 85, a long axis, 86, a short axis, 970, an image recognition unit, 971, an image recognition unit, 972, an image capturing unit, and 973, an imaging device.

Claims (13)

ロボット（１）と、
上記ロボットの動作を制御する制御部（２）と、
上記ロボットに配設された少なくとも１つのロボット側のアンテナ（３）と、
作業対象（６）に配設され、電磁波を発信する少なくとも１つの作業対象識別装置（４）と、
上記制御部により上記ロボットを動作させることにより上記ロボット側のアンテナの位置を移動させて上記作業対象識別装置から発信される上記電磁波を上記ロボット側のアンテナで受信した結果を基に、上記作業対象識別装置から発信される上記電磁波の到来方向を推定して検知する電波到来方向検知装置（５）とを備えることを特徴とするロボットシステム。Robot (1),
A control unit (2) for controlling the operation of the robot,
At least one robot-side antenna (3) disposed on the robot;
At least one work object identification device (4) disposed on the work object (6) and transmitting an electromagnetic wave;
By operating the robot by the control unit, the position of the antenna on the robot side is moved, and the electromagnetic wave transmitted from the work object identification device is received by the antenna on the robot side. A robot system comprising: a radio wave arrival direction detection device (5) for estimating and detecting the arrival direction of the electromagnetic wave transmitted from the identification device. 上記制御部（２）は、上記電波到来方向検知装置（５）の検知結果より上記作業対象の状態を検知する作業対象状態検知手段（２１１５）を有する請求項１に記載のロボットシステム。The robot system according to claim 1, wherein the control unit (2) includes a work target state detection unit (2115) that detects a state of the work target from a detection result of the radio wave arrival direction detection device (5). 上記電波到来方向検知装置（５）は、
送信信号を発生する発振器（５２３）と、
上記ロボット側のアンテナと上記発振器とに接続され、かつ、上記ロボット側のアンテナが受信した受信信号と上記送信信号とを分離する送受信信号分離手段（５２１）と、
上記発振器から発生する上記送信信号を用いて上記送受信信号分離手段からの出力である受信信号をベースバンド信号に直交復調する直交復調手段（５２２）と、
上記ロボットが上記ロボット側のアンテナを上記送信信号の波長の略半分の距離だけ移動する毎に上記直交復調手段の出力であるベースバンド信号を記憶する受信信号記憶手段（５１２）と、
上記受信信号記憶手段に記憶された上記複数組のベースバンド信号を用いて上記ロボット側のアンテナで受信された上記受信信号の電磁波の到来方向を推定して検知する到来方向推定手段（５１３）とを有する請求項１に記載のロボットシステム。The radio wave arrival direction detecting device (5)
An oscillator (523) for generating a transmission signal;
Transmission / reception signal separation means (521) connected to the robot-side antenna and the oscillator and separating the reception signal and the transmission signal received by the robot-side antenna;
Orthogonal demodulation means (522) for orthogonally demodulating a reception signal output from the transmission / reception signal separation means into a baseband signal using the transmission signal generated from the oscillator;
A reception signal storage unit (512) for storing a baseband signal output from the quadrature demodulation unit every time the robot moves the antenna on the robot side by a distance substantially half the wavelength of the transmission signal;
Direction-of-arrival estimating means (513) for estimating and detecting the direction of arrival of the electromagnetic wave of the received signal received by the robot-side antenna using the plurality of sets of baseband signals stored in the received signal storage means; The robot system according to claim 1, comprising: 上記作業対象識別装置（４）は、
上記電波到来方向検知装置の送出する送信信号を受信する作業対象側のアンテナ（４３）と、
作業対象の個別データを記憶する個別データ記憶手段（４２）と、
上記個別データ記憶手段の出力を用いて上記作業対象側のアンテナの受信信号を反射又は吸収することにより変調する信号反射吸収手段（４１）を有し、上記作業対象側のアンテナが上記信号反射吸収手段の出力を送出する請求項１に記載のロボットシステム。The work object identification device (4) is
An antenna (43) on the work target side for receiving a transmission signal transmitted by the radio wave arrival direction detection device;
Individual data storage means (42) for storing individual data to be worked;
A signal reflection / absorption means (41) for modulating by reflecting or absorbing a reception signal of the work object side antenna using an output of the individual data storage means; 2. The robot system according to claim 1, wherein the output of the means is transmitted. 上記ロボット側のアンテナ（３）は、上記ロボットに複数個配設され、かつ、
上記電波到来方向検知装置（５）は、
送信信号を発生する発振器（５２３）と、
上記ロボット側のアンテナと上記発振器とに接続され、かつ、上記ロボット側のアンテナ（３）が受信した受信信号と上記送信信号とを分離する少なくとも１個の送受信信号分離手段（５２１）と、
上記発振器から発生する上記送信信号を用いて上記送受信信号分離手段からの出力である複数個の受信信号をベースバンド信号に直交復調する複数個の直交復調手段（５２２）と、
上記直交復調手段の出力する複数組のベースバンド信号を用いて上記複数個の受信信号の電磁波の到来方向を推定して検知する到来方向推定手段（５１３）とを有する請求項１に記載のロボットシステム。A plurality of antennas (3) on the robot side are provided on the robot, and
The radio wave arrival direction detecting device (5)
An oscillator (523) for generating a transmission signal;
At least one transmission / reception signal separating means (521) connected to the robot-side antenna and the oscillator and separating the reception signal and the transmission signal received by the robot-side antenna (3);
A plurality of orthogonal demodulation means (522) for orthogonally demodulating a plurality of reception signals output from the transmission / reception signal separation means into a baseband signal using the transmission signal generated from the oscillator;
The robot according to claim 1, further comprising an arrival direction estimating unit (513) for estimating and detecting an arrival direction of the electromagnetic waves of the plurality of reception signals using a plurality of sets of baseband signals output from the quadrature demodulation unit. system. 上記作業対象状態検知手段（２１１５）は、上記制御部により上記ロボット側のアンテナを略円弧上を移動させるときの上記ロボット側のアンテナの移動動作により上記作業対象識別装置の存在方向を検知する請求項２に記載のロボットシステム。The work object state detection means (2115) detects an existence direction of the work object identification device by a movement operation of the robot antenna when the control unit moves the robot antenna on a substantially circular arc. Item 3. The robot system according to item 2. 上記作業対象状態検知手段（２１１５）は、上記制御部により上記ロボット側のアンテナを互いに方向の異なる少なくとも２つの略直線上を移動させるときの上記ロボット側のアンテナの移動動作により上記作業対象識別装置の位置を検知する請求項２又は６に記載のロボットシステム。The work object state detecting means (2115) is configured to move the robot antenna on at least two substantially straight lines having different directions from each other by the control unit. The robot system according to claim 2, wherein the position of the robot is detected. 上記作業対象識別装置（４）は、上記作業対象に配置された少なくとも１組の作業対象識別装置（４ａ，４ｂ）より構成され、かつ、
上記作業対象状態検知手段（２１１５）は、上記少なくとも１組の作業対象識別装置の位置を検知することにより上記作業対象の姿勢を検知する請求項１〜７のいずれか１つに記載のロボットシステム。The work object identification device (4) includes at least one set of work object identification devices (4a, 4b) arranged on the work object, and
The robot system according to any one of claims 1 to 7, wherein the work object state detection means (2115) detects a posture of the work object by detecting a position of the at least one set of work object identification devices. . 上記作業対象識別装置（４）は、上記作業対象の認識用個別データを記憶する個別データ記憶手段（４２）を有し、かつ、上記個別データ記憶手段には上記作業対象識別装置の上記作業対象上での配設位置情報が記録されている請求項８に記載のロボットシステム。The work object identification device (4) has individual data storage means (42) for storing the individual data for recognition of the work object, and the individual data storage means has the work object of the work object identification device. The robot system according to claim 8, wherein the arrangement position information is recorded. 上記作業対象識別装置は、上記作業対象（６）の複数箇所に配設された複数の作業対象識別装置より構成されて、上記複数の作業対象識別装置のそれぞれが異なる周波数の電磁波を発信する請求項８に記載のロボットシステム。The work object identification device includes a plurality of work object identification devices disposed at a plurality of locations of the work object (6), and each of the plurality of work object identification devices emits an electromagnetic wave having a different frequency. Item 9. The robot system according to item 8. 上記制御部は、作業を行う対象である作業対象（６）を選択する指示を入力するための指示入力手段（２１４３，９７３）を有する請求項１に記載のロボットシステム。2. The robot system according to claim 1, wherein the control unit includes an instruction input unit (2143, 973) for inputting an instruction for selecting a work target (6) as a work target. 上記指示入力手段は、音声により指示を行う音声入力手段（２１４３）である請求項１１に記載のロボットシステム。The robot system according to claim 11, wherein the instruction input means is a voice input means (2143) for giving an instruction by voice. 動作を制御する制御部（２）と、
少なくとも１つのロボット側のアンテナ（３）と、
上記制御部により上記ロボットを動作させることにより上記ロボット側のアンテナの位置を移動させて、作業対象（６）に配設されかつ電磁波を発信する少なくとも１つの作業対象識別装置（４）から発信される上記電磁波を上記ロボット側のアンテナで受信した結果を基に、上記作業対象識別装置から発信される上記電磁波の到来方向を推定して検知する電波到来方向検知装置（５）とを備えることを特徴とするロボット。A control unit (2) for controlling operation;
At least one robot-side antenna (3);
By operating the robot by the control unit, the position of the antenna on the robot side is moved and transmitted from at least one work object identification device (4) disposed on the work object (6) and transmitting an electromagnetic wave. A radio wave arrival direction detection device (5) for estimating and detecting the arrival direction of the electromagnetic wave transmitted from the work target identification device based on the result of receiving the electromagnetic wave by the antenna on the robot side. Robot with features.
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