JP2007331075A

JP2007331075A - 移動作業ロボットの物体把持システムおよび物体把持方法

Info

Publication number: JP2007331075A
Application number: JP2006167523A
Authority: JP
Inventors: Takahide Kanehara; 孝英包原
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】移動作業ロボットにより物体の把持を行うロボットシステムにおいて、ロボットへの更新作業なしに把持対象物情報の追加ができるようにするとともに、移動機構の利用により、ロボットの現在位置では実行不可能な把持姿勢候補も選択できるようにする。
【解決手段】把持対象物４を把持する移動作業ロボット１と、把持対象物４に関する移動作業ロボット１の把持姿勢候補データを保持するデータベース３と、からなる物体把持システムにおいて、移動作業ロボット１が、物体認識センサによって把持対象物４を認識し、認識した把持対象物に関する把持姿勢候補データを、無線接続されたデータベース３から取得し、把持姿勢候補データの中から、移動作業ロボット１の現在位置におけるマニピュレータ１２が、認識した把持対象物を把持可能な把持姿勢候補だけを選択するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動機構とマニピュレータを備えた移動作業ロボットと、ネットワーク接続されたデータベースからなる物体把持システムおよび物体把持方法に関する。

従来のロボットによる物体把持姿勢の選択方法としては、ロボット自身に把持計画部を備え、一連の作業計画の中で作業対象として選択した対象物に関して、実行可能な把持姿勢を探索し、その時点で実行可能な把持姿勢がない場合、別の物体が把持対象となるように作業計画をし直し、新たに把持対象として選択した物体について実行可能な把持姿勢を探索するという方法があった（例えば、特許文献１参照）。
特開平０３−１５６６０９号公報

従来の物体把持姿勢の選択システム、および、選択方法では、把持計画部をロボットが内蔵しているが、人間の生活空間のように、対象物の種類を予め限定できない場合、事前に把持対象となる全ての物体について把持計画に必要となるデータを、ロボットに格納しておくことはできず、把持対象物の種類を増やす場合にはロボットに対するデータの更新作業が必要になるという問題があった。また、物体の把持計画を行う際、選択した姿勢による把持が実行不可能な場合、作業計画の変更により対応する方法では、把持可能な別の対象物体がない場合には、作業ができなくなるという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、予め全ての対象物に関する把持姿勢データをロボットに格納する代わりに外部のデータベースに把持姿勢データを格納しておき、このデータを参照して把持姿勢を選択することにより、ロボット側での更新作業を不要にするとともに、移動ロボットの移動機構を利用することにより、作業計画の変更による対象物の変更を行うことなく、実現可能な把持姿勢を選択することができる把持姿勢選択システム、および、把持姿勢選択方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に記載の発明は、把持対象物を把持するためのロボットハンドを有するマニピュレータと、該マニピュレータを搭載して環境を移動できる移動機構と、前記把持対象物を認識する物体認識センサと、を備えた移動作業ロボットと、前記把持対象物に関する前記移動作業ロボットの把持姿勢候補データを保持するデータベースと、からなる物体把持システムにおいて、前記移動作業ロボットが、前記物体認識センサによって前記把持対象物を認識し、該認識した把持対象物に関する前記把持姿勢候補データを、前記移動作業ロボットと無線接続された前記データベースを有するデータベースサーバに要求し、該要求への応答によって前記データベースサーバから送出された前記把持姿勢候補データの中から、前記移動機構の現在位置における、前記認識した把持対象物を把持可能な前記把持姿勢候補を選択することで該把持対象物の把持を行う物体把持システムとした。
また、請求項２に記載の発明は、前記把持姿勢候補データには、把持姿勢ごとの前記マニピュレータの原点位置が存在しうる原点範囲データが与えられており、前記認識した把持対象物を把持可能な把持姿勢を選択する際は、前記移動機構の現在位置における前記マニピュレータの原点位置を含む前記把持姿勢候補を選択する請求項１記載の物体把持システムとした。
また、請求項３に記載の発明は、前記把持姿勢の選択において、前記移動機構の現在位置における前記マニピュレータが、前記認識した把持対象物を把持可能な把持姿勢が無い場合、前記移動作業ロボットは、前記把持姿勢候補データの中から任意の把持姿勢を選択し、該任意の把持姿勢が可能となるような前記現在位置とは別の位置へ前記移動機構によって移動する請求項１記載の物体把持システムとした。
また、請求項４に記載の発明は、前記移動作業ロボットは、前記任意の把持姿勢を選択するに先立って、前記物体認識センサによって識別した障害物の情報に基づき、前記把持姿勢候補データの中から前記マニピュレータが実行できない把持姿勢を削除する請求項３記載の物体把持システムとした。
また、請求項５に記載の発明は、前記移動作業ロボットから前記データベースサーバへの要求は、前記移動作業ロボットの情報を含んだ要求メッセージを送出することで行い、前記データベースサーバは、前記移動作業ロボットの情報と、前記移動作業ロボットが認識した把持対象物と、に適合した前記把持姿勢候補データを前記移動作業ロボットに送出する請求項１記載の物体把持システムとした。
また、請求項６に記載の発明は、前記物体認識センサによる前記把持対象物の認識は、前記データベースサーバに保存された形状モデルデータベースに基づいて認識する請求項１記載の物体把持システムとした。
また、請求項７に記載の発明は、把持対象物を把持するための物体把持方法において、環境を移動可能であって前記把持対象物を把持できる移動作業ロボットで前記把持対象物を認識し、前記認識された把持対象物に関する前記移動作業ロボットの把持姿勢候補データを、前記移動作業ロボットと無線接続されたデータベースから取得し、前記把持姿勢候補データのなかから、前記移動作業ロボットが現在位置において前記認識された把持対象物を把持可能な把持姿勢を選択することで該把持対象物の把持を行う物体把持システムの物体把持方法とした。
また、請求項８に記載の発明は、前記把持姿勢の選択において、前記認識された把持対象物を把持可能な把持姿勢が無い場合、把持可能な把持姿勢を任意に選択し、該任意の把持姿勢を実現できる位置に移動してから、前記認識された把持対象物を把持する請求項８記載の物体把持システムの物体把持方法とした。

本発明によると、把持対象物の種類を増やしたい場合には、データベースの情報を更新すれば、各稼動場所におけるロボットは、そのデータを参照して把持姿勢を選択するので、ロボット側での更新作業なしに把持対象物を追加することができ、また、把持姿勢の選択においては、移動機構を利用してロボットの現在位置を変えることにより、把持姿勢選択の幅を広げることができる。また、把持対象物の認識についても、ロボットは外部のデータベースに格納された、把持対象物の形状データを用いるため、新しく把持対象物の形状データを追加した場合にも、ロボット側の更新作業を行うことなく、データベースを参照する全てのロボットが、新しい把持対象物を認識できるようになる。

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の方法を実施する把持姿勢選択システムの構成を示すシステム構成図である。図において、１は移動作業ロボット、１１、１２、１３は、それぞれ、移動作業ロボット１が備える移動機構、マニピュレータ、ロボットハンドである。図のように、移動作業ロボット１は移動機構１１によって環境を自律して移動できる。移動機構１１にはサーボモータ等の駆動源によって可動する複数の関節を備えたマニピュレータ１２が複数搭載されている。マニピュレータ１２の先端には対象物を把持できるロボットハンド１３がそれぞれ備えられている。２は移動作業ロボットと外部のコンピュータが通信を行うためのインターネットなどのネットワーク、３は移動作業ロボット１の把持対象となる物体に対応する把持姿勢候補データを格納するデータベースサーバ、４は把持対象物、５は移動作業ロボットがネットワーク２に接続するための無線アクセスポイントである。

図２は、移動作業ロボット１がデータベースサーバ３とやりとりするメッセージの内容を表す図である。６は移動作業ロボット１が、把持対象物が何であるかを認識した後、データベースサーバ３に対し、当該把持対象物に対応する把持姿勢候補のデータを要求するための把持姿勢データ要求メッセージであり、７はデータベースサーバ３が、把持姿勢データ要求メッセージ６に対する応答として移動作業ロボット１に返信する把持姿勢候補データである。
把持姿勢データ要求メッセージ６は、メッセージを送信する移動作業ロボットの情報を表すロボット情報部と、当該ロボットが物体認識センサ（図示しない）により認識した物体の情報を表す対象物情報部からなる。ロボット情報部は、ロボット本体の型式、マニピュレータの型式、ロボットハンドの型式からなり、対象物情報部は、対象物の種類を特定するように予め定めた対象物識別子、対象物毎に予め定められた対象物の基準点を、前記物体認識センサにより認識した結果である基準点座標、および、対象物の姿勢を表す姿勢データからなる。
把持姿勢候補データ７は、対象物毎に予め定められた把持姿勢候補の数を表す候補データ数に続いて、各候補データの情報が、候補データの数だけ繰返される形式をとり、各候補データの情報は、候補データ番号、把持対象物を把持するためのロボットハンドの位置と姿勢を表すデータ、ロボットハンドが当該姿勢をとる場合にマニピュレータがロボットに取付けられた位置を表すマニピュレータ原点が存在し得る範囲を表すデータからなる。各候補データにおける、マニピュレータ原点の範囲データは、ロボット、マニピュレータ、ロボットハンドの型式により決定されるロボットの機構、および、把持対象物とロボットハンドの組合わせにより予め定められたロボットハンドの把持姿勢から、逆運動学計算によって求められるマニピュレータ原点の座標値の範囲を表すデータである。

図３は、図１に示す把持姿勢選択システムにおいて、把持姿勢を決定する処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて本発明の方法を順を追って説明する。
はじめにステップ１で移動作業ロボット１は対象物の認識を行う。移動作業ロボット１は、対象物の認識に際し、ロボット本体に格納した対象物の形状データを用いても、外部のデータベースに格納された形状データを用いてもよい。次にステップ２で移動作業ロボット１は、把持姿勢データ要求メッセージ６をデータベースサーバ３に送信し、ステップ３でデータベースサーバ３から把持姿勢候補データ７を受信する。次にステップ４で、ステップ３で受信した把持姿勢候補データ７の中に、現在のマニピュレータ原点の位置を含む把持姿勢候補データがあるかを検索し、当該データがある場合は、ステップ５に進み当該姿勢を把持姿勢として選択し、当該データがない場合は、ステップ６に進む。ステップ６では、受信した把持姿勢データの中から実際には実行できない把持姿勢を排除する。例えば、把持しようとする対象物の面が作業台に面している把持姿勢候補や、移動作業ロボットから見て対象物が作業台の奥に置かれており、マニピュレータが届かないような把持姿勢候補を、移動作業ロボット１が装備する図示しない物体認識センサや近接覚センサにより識別して、排除する。ステップ７では、それまでの処理の結果、選択可能な把持姿勢候補が残されているか検索し、選択可能な候補がない場合は、ステップ１１に進み当該対象物の把持は不可能であると判断し，選択可能な候補がある場合は、ステップ８へ進む。ステップ８では、把持姿勢候補データの中から任意の一つを選択し、当該把持姿勢データが示すマニピュレータ原点の領域内への移動を試み、ステップ９で移動が成功したか否かを判定し、移動が成功した場合は、ステップ１０に進んで当該姿勢を把持姿勢として選択し、移動が失敗した場合は、当該把持姿勢を把持姿勢候補から除外して、ステップ７に戻る。
このように、把持姿勢候補の中に移動作業ロボットの現在位置で把持できるものがない場合でも、把持姿勢候補データに、移動作業ロボットが移動する目標位置に対応するマニピュレータ原点位置が与えられているので、移動によって実現可能な把持姿勢が存在する場合は、対応する位置に移動して対象物体の把持を行うことができるのである。
また、移動作業ロボット１が参照する把持姿勢候補データは，データベースサーバ３で保持、管理されているため、新しい対象物体を把持させる場合は、データベースサーバ３にデータを追加することにより、データベースを参照する全ての移動作業ロボットが新しい対象物に対応することができるのである。

本発明の実施例を示す把持姿勢選択システムの構成を示す構成図本発明で使用するメッセージの内容を示すメッセージ仕様図本発明の把持姿勢選択の処理手順を示すフローチャート

符号の説明

１移動作業ロボット
２ネットワーク
３データベースサーバ
４把持対象物
５無線アクセスポイント
１１移動機構
１２マニピュレータ
１３ロボットハンド

Claims

把持対象物を把持するためのロボットハンドを有するマニピュレータと、該マニピュレータを搭載して環境を移動できる移動機構と、前記把持対象物を認識する物体認識センサと、を備えた移動作業ロボットと、
前記把持対象物に関する前記移動作業ロボットの把持姿勢候補データを保持するデータベースと、からなる物体把持システムにおいて、
前記移動作業ロボットが、前記物体認識センサによって前記把持対象物を認識し、該認識した把持対象物に関する前記把持姿勢候補データを、前記移動作業ロボットと無線接続された前記データベースを有するデータベースサーバに要求し、該要求への応答によって前記データベースサーバから送出された前記把持姿勢候補データの中から、前記移動機構の現在位置における、前記認識した把持対象物を把持可能な前記把持姿勢候補を選択することで該把持対象物の把持を行うこと特徴とする物体把持システム。
前記把持姿勢候補データには、把持姿勢ごとの前記マニピュレータの原点位置が存在しうる原点範囲データが与えられており、前記認識した把持対象物を把持可能な把持姿勢を選択する際は、前記移動機構の現在位置における前記マニピュレータの原点位置を含む前記把持姿勢候補を選択することを特徴とする請求項１記載の物体把持システム。
前記把持姿勢の選択において、前記移動機構の現在位置における前記マニピュレータが、前記認識した把持対象物を把持可能な把持姿勢が無い場合、前記移動作業ロボットは、前記把持姿勢候補データの中から任意の把持姿勢を選択し、該任意の把持姿勢が可能となるような前記現在位置とは別の位置へ前記移動機構によって移動することを特徴とする請求項１記載の物体把持システム。
前記移動作業ロボットは、前記任意の把持姿勢を選択するに先立って、前記物体認識センサによって識別した障害物の情報に基づき、前記把持姿勢候補データの中から前記マニピュレータが実行できない把持姿勢を削除することを特徴とする請求項３記載の物体把持システム。
前記移動作業ロボットから前記データベースサーバへの要求は、前記移動作業ロボットの情報を含んだ要求メッセージを送出することで行い、前記データベースサーバは、前記移動作業ロボットの情報と、前記移動作業ロボットが認識した把持対象物と、に適合した前記把持姿勢候補データを前記移動作業ロボットに送出することを特徴とする請求項１記載の物体把持システム。
前記物体認識センサによる前記把持対象物の認識は、前記データベースサーバに保存された形状モデルデータベースに基づいて認識することを特徴とする請求項１記載の物体把持システム。
把持対象物を把持するための物体把持方法において、
環境を移動可能であって前記把持対象物を把持できる移動作業ロボットで前記把持対象物を認識し、
前記認識された把持対象物に関する前記移動作業ロボットの把持姿勢候補データを、前記移動作業ロボットと無線接続されたデータベースから取得し、
前記把持姿勢候補データのなかから、前記移動作業ロボットが現在位置において前記認識された把持対象物を把持可能な把持姿勢を選択することで該把持対象物の把持を行うことを特徴とする物体把持システムの物体把持方法。
前記把持姿勢の選択において、前記認識された把持対象物を把持可能な把持姿勢が無い場合、把持可能な把持姿勢を任意に選択し、該任意の把持姿勢を実現できる位置に移動してから、前記認識された把持対象物を把持することを特徴とする請求項８記載の物体把持システムの物体把持方法。