JP2006102881A

JP2006102881A - 把持ロボット装置

Info

Publication number: JP2006102881A
Application number: JP2004293262A
Authority: JP
Inventors: Yoshinaga Taguchi; 喜祥田口; Takao Horie; 貴雄堀江
Original assignee: Nagasaki Prefectural Government
Current assignee: Nagasaki Prefectural Government
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】高価な画像処理装置を用いることなく特定の物体の適切な把持場所及び握力を認識して把持できる把持ロボット装置を提供する。
【解決手段】複数の物体Ｂに識別情報が記録されたＩＣタグ３を設け、各物体Ｂを自動的に識別して制御コンピュータ７で制御されるロボットマニピュレータ２で把持する把持ロボット装置１であって、ロボットマニピュレータ２のハンド２ｂ近接位置にＩＣタグリーダアンテナ４とＣＣＤカメラ５を取り付け、各物体Ｂの識別情報と物体Ｂの形状情報及びその把持位置を示す把持情報が関連付けられたデータベースを制御コンピュータ２に設け、前記ＣＣＤカメラ５で撮像した物体Ｂの画像とデータベースの形状情報を比較して物体の位置・姿勢・把持位置を算出する算出手段を制御コンピュータ７に設け、同算出手段で算出した把持動作情報に基づいてロボットマニピュレータ２を作動させて物体Ｂを把持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ティーチングすることなく複数の物体を自動的に認識し、把持する事が可能な把持ロボット装置に関する。

従来から、特定の物を把持するロボットマニピュレータが商品化されているが、複数の物体を自動的認識し、把持するロボットの開発は難しいとされている。その大きな原因として、視覚センサのみを用いて物体を認識する事は、現状の画像センサ及びコンピュータ技術では情報量が非常に多く困難であるためだと考えられている。特別に高性能な画像処理装置を用いれば把持対象物の判別が可能となる事も考えられるが、システムが高価なものとなるという問題点がある。ティーチングを行わずに複数の物体を自動的に認識し、把持するためには、画像認識などにより対象物を正確に認識する必要がある。また、画像だけではわかりにくい、対象物の材質、剛性、強度、重量、把持に必要な握力などを事前に認識しておく必要がある。
特開２００３−２７１９２９号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、高価な画像処理装置を用いることなく特定の物体の適切な把持場所及び握力を認識して把持できる把持ロボット装置を提供することにある。

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１）複数の物体に識別情報が記録されたＩＣタグを設け、各物体を自動的に識別してコンピュータで制御されるロボットマニピュレータで把持する把持ロボット装置であって、ロボットマニピュレータのハンド近接位置にＩＣタグリーダアンテナを取り付け、同アンテナの近接位置に撮像器を取り付け、各物体の識別情報と物体の形状情報及びその把持位置を示す把持情報が関連付けられたデータベースをコンピュータに設け、前記撮像器で撮像した物体の画像とデータベースの形状情報を比較して物体の位置・姿勢・把持位置を算出する算出手段をコンピュータに設け、同算出手段で算出した把持動作情報に基づいてロボットマニピュレータを作動させて物体を把持できるようにしたことを特徴とする把持ロボット装置
２）ＩＣタグリーダアンテナが指向性を有し、ＩＣタグが発信する信号の強弱で物体の方向を認識できるようにしたものである前記１）記載の把持ロボット装置
にある。

本発明によれば、対象物の認識はＩＣタグとデータベースを用いて行い、対象物の位置、姿勢、把持を行う場所を画像により計測することでＩＣタグにより認識ミスをほとんど起こさずに対象物を認識し、認識結果を用いてデータベースにアクセスする事が可能となる。また、データベースには、対象物の形状、材質、剛性、重量、把持に必要な握力など視覚情報からだけでは把握が難しい情報も登録されており、把持を行う場所や握力を正確に決定できる。さらに、データベースから得られる形状情報と撮像器で得られる画像を比較することにより、対象物の位置・姿勢の計測が可能となり、把持を行うために必要なロボットの軌跡計算を容易に行う事ができる。以上のことにより、複数対象物を自動的に把持することができるロボットを開発する事が可能となる。

本発明のＩＣタグリーダアンテナは指向性を有したものを用いると、ＩＣタグが発信する信号の強弱で物体のおよその方向を認識し易くなる。データベースはロボットを制御するコンピュータ内に設ける場合もあるが、ロボットを制御するコンピュータとネットワークで接続された別のコンピュータ内に設け、ネットワークを通して参照されるのが一般的である。以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。

図１は実施例の把持ロボット装置の説明図、図２は実施例のＩＣタグリーダアンテナとＣＣＤカメラの説明図、図３は実施例の制御コンピュータとデータベースの説明図、図４は実施例の制御コンピュータのプログラムの説明図、図５は実施例のＩＣタグの信号強度を示すグラフ、図６は実施例のロボットマニピュレータの動作を示すフローである。

本実施例の把持ロボット装置１は、図１に示すようにテーブルＴ上に軸支された多関節のアーム２ａを有するロボットマニピュレータ２のハンド２ｂ近接部に複数の物体Ｂに付設した各ＩＣタグ３の識別ＩＤを無線で受信する指向性を備えたＩＣタグリーダアンテナ４を取り付け、同ＩＣタグリーダアンテナ４の近接位置にＣＣＤカメラ５を同方向にして取り付け、ＩＣタグリーダアンテナ４で受信した識別ＩＤを読み取るＩＣタグリーダ６を接続し、ロボットマニピュレータ２の各駆動部・ＣＣＤカメラ５・ＩＣタグリーダ６を制御する制御コンピュータ７を接続している。

制御コンピュータ７は、図３に示すようにＣＰＵ７ａ・メモリ７ｂ・ハードディスクドライブ７ｃ・インターフェイス７ｄを主要部として構成され、インターフェイス７ｄにはＣＣＤカメラ５・ＩＣタグリーダ６・ロボットマニピュレータ２を作動させる各モータ２ｃが接続されている。ハードディスクドライブ７ｃには複数の物品Ｂの把持情報が記録されたデータベース８とそのデータベース８を参照して接続された各部を制御するプログラム９がインストールされている。

データベース８は、図３に示すように各物体Ｂに付設されているＩＣタグ３内の識別ＩＤ００１，００２・・・が記録された識別ＩＤ欄８ａと、各識別ＩＤに対応する物体Ｂの名称データが記録された名称欄８ｂと、各物品Ｂの３次元形状データが記録された形状欄８ｃと、ロボットマニピュレータ２が物体Ｂを把持する際の所要の握力データが記録された握力欄８ｄと、物体Ｂの把持座標が記録された把持位置欄８ｅとで構成されている。また、その他に各物体Ｂの弾性値，色・テクスチャ情報等のデータも入力しておく（図示せず）。

プログラム９は、図４に示すようにＩＣタグリーダアンテナ４を走査させて複数の物体Ｂから把持しようとする物体Ｂを検索する物体検索部９ｂと、識別した物体Ｂの識別ＩＤからデータベース８を検索して把持に必要な情報を取得する把持情報取得部９ｃと、把持情報に基づいて把持しようとする物体Ｂまでの軌道を算出する動作軌道決定部９ｄとを備えた制御部９ａを設けている。

また、接続されたＩＣタグリーダ６を制御するＩＣタグリーダ制御部９ｆと、ＩＣタグリーダアンテナ４で受信した信号の強弱を判定する信号強度判定部９ｇと、ＩＣタグ３から把持すべき物体Ｂの識別ＩＤを取得する識別ＩＤ取得部９ｈとを備えた識別ＩＤ読取部９ｅを設け、ＣＣＤカメラ５を制御するＣＣＤカメラ制御部９ｊと、撮像した画像を所定の形態に変換する画像処理部９ｋとを備えた撮像部９ｉを設け、アーム２ａ及びハンド２ｂの各モータ２ｃを制御するモータ制御部９ｎを備えた駆動部９ｍを設けている。

本実施例の把持動作を図６のフローに基づいて説明する。図１に示すようにテーブルＴ上にＩＣタグ３を付設した各種形状の複数の物体Ｂが不規則に置かれており、制御コンピュータ７に特定の識別ＩＤが記録された物体Ｂの把持を指示する。まず、ＩＣタグリーダアンテナ４で走査して各物体Ｂの識別ＩＤ信号を計測する。特定の識別ＩＤ信号を発見後、信号は図２，５に示すように角度θに応じて強弱が変化するから、その信号強度の変化を計測しながらより強度の大きくなる方向へアーム２ａを作動させる。

信号強度が極大の値を示す位置及び方向に来ると、ＣＣＤカメラ５でＩＣタグリーダアンテナ４の向きと同方向を撮像する。撮像された物体Ｂの画像は制御コンピュータ７内に取り込まれてデータベース８内の特定の識別ＩＤに対応する３次元形状データと照合し、把持指示した特定の物体Ｂであることを確認する。次いで、照合した結果からテーブルＴ上の物体Ｂまでの距離・姿勢・把持位置が算出され、その算出結果に基づいてロボットマニピュレータ２の把持動作軌道が決定され、同軌道に沿ってロボットマニピュレータ２を作動させて物体Ｂを所要の握力で把持する。

このように、本実施例によれば対象物の認識はＩＣタグとデータベースを用いて行い、対象物の位置、姿勢、把持を行う場所を画像により計測するから、ＩＣタグにより認識ミスをほとんど起こさずに対象物を正確に認識し、認識結果を用いてデータベースにアクセスする事が可能となる。また、データベースには、対象物の形状、材質、剛性、重量、把持に必要な握力など視覚情報からだけでは把握が難しい情報も登録されており、把持を行う場所や握力を正確に決定できる。さらに、データベースから得られる形状データと画像から得られる形状データを比較することにより、対象物の位置・姿勢の計測が可能となり、把持を行うために必要なロボットの軌跡計算を容易に行う事ができる。

図７に示すのは、この把持ロボット装置を移動台車に搭載した実施例の他の例である。図７は実施例の他の例の把持ロボット装置の説明図である。図中、１０は移動台車、１１は無線通信用のアンテナである。図７に示す把持ロボット装置１は、移動台車１０に図示しないカメラが備えており、遠隔地に有する制御コンピュータ７から無線により把持ロボット装置１及び移動台車１０を遠隔操作できるようにしている。その他、符号、構成は実施例と同じである。

本発明の把持ロボット装置は、食品や食器など形状や硬さが様々に異なり一般的な把持ロボットでは把持が困難な場合に有用である。

実施例の把持ロボット装置の説明図である。実施例のＩＣタグリーダアンテナとＣＣＤカメラの説明図である。実施例の制御コンピュータとデータベースの説明図である。実施例の制御コンピュータのプログラムの説明図である。実施例のＩＣタグの信号強度を示すグラフである。実施例のロボットマニピュレータの動作を示すフローである。実施例の他の例の把持ロボット装置の説明図である。

符号の説明

１把持ロボット装置
２ロボットマニピュレータ
２ａアーム
２ｂハンド
２ｃモータ
３ＩＣタグ
４ＩＣタグリーダアンテナ
５ＣＣＤカメラ
６ＩＣタグリーダ
７制御コンピュータ
７ａＣＰＵ
７ｂメモリ
７ｃハードディスクドライブ
７ｄインターフェイス
８データベース
８ａ識別ＩＤ欄
８ｂ名称欄
８ｃ形状欄
８ｄ握力欄
８ｅ把持位置欄
９プログラム
９ａ制御部
９ｂ物体検索部
９ｃ把持情報取得部
９ｄ動作軌道決定部
９ｅ識別ＩＤ読取部
９ｆＩＣタグリーダ制御部
９ｇ信号強度判定部
９ｈ識別ＩＤ取得部
９ｉ撮像部
９ｊＣＣＤカメラ制御部
９ｋ画像処理部
９ｍ駆動部
９ｎモータ制御部
１０移動台車
１１アンテナ
Ｂ物体
Ｔテーブル

Claims

複数の物体に識別情報が記録されたＩＣタグを設け、各物体を自動的に識別してコンピュータで制御されるロボットマニピュレータで把持する把持ロボット装置であって、ロボットマニピュレータのハンド近接位置にＩＣタグリーダアンテナを取り付け、同アンテナの近接位置に撮像器を取り付け、各物体の識別情報と物体の形状情報及びその把持位置を示す把持情報が関連付けられたデータベースをコンピュータに設け、前記撮像器で撮像した物体の画像とデータベースの形状情報を比較して物体の位置・姿勢・把持位置を算出する算出手段をコンピュータに設け、同算出手段で算出した把持動作情報に基づいてロボットマニピュレータを作動させて物体を把持できるようにしたことを特徴とする把持ロボット装置。
ＩＣタグリーダアンテナが指向性を有し、ＩＣタグが発信する信号の強弱で物体の方向を認識できるようにしたものである請求項１記載の把持ロボット装置。