JP2008137114A - ロボット、ならびにその制御方法および制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドによって物体を的確に把持できているか否かを自ら確認しうるロボット等を提供する。
【解決手段】カメラ１０２を通じて得られる画像に基づくハンドル（物体）Ｈの位置および姿勢（外部情報）と、ロータリーエンコーダ１０４の出力等に応じたロボット１の姿勢に基づく、ハンドルＨが的確に把持されていると仮定した場合のハンドルＨの位置および姿勢（内部情報）とが整合しているか否かが判定される。外部情報および内部情報が整合していると判定されたことに応じて、各ハンド１３に設けられた６軸力センサ１０６によって検知される力に基づいてハンドルＨの把持状態の良否が判定される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自律的な移動機能と、ハンドによる物体の把持機能とを有するロボット等に関する。

自律的な移動機能を有するロボットにカートＣを押させるため、このカートＣのハンドルに付されたマークをロボットに搭載された赤外線カメラを通じてロボットに認識させる手法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００５−１６４３２３号公報 第０１００段落〜第０１０１段落、図１７

しかし、たとえばロボットがハンドルを的確に把持していない（握り損ねている）にもかかわらずカートＣを押そうと移動し、これによってカートＣが予期せぬ方向に動く場合がある。このような事態を回避するため、従来はロボットがそのハンドによってハンドルを的確に把持したか否かは人間の目視によって確認されていた。

そこで、本発明は、ハンドによって物体を的確に把持できているか否かを自ら確認しうるロボット等を提供することを解決課題とする。

前記課題を解決するための第１発明のロボットは、制御システムを備え、かつ、該制御システムによって制御される自律的な移動機能と、一または複数のハンドの動作による物体の把持機能とを有するロボットであって、前記制御システムが、前記物体の位置および姿勢を測定するための第１センサの出力信号に基づき、該物体の位置および姿勢を外部情報として認識する第１認識処理部と、前記ハンドの位置および姿勢を測定するための第２センサの出力信号に基づき、該ハンドによる把持状態が良であると仮定した場合の該物体の位置および姿勢を内部情報として認識する第２認識処理部と、該第１認識処理部により認識された該外部情報と該第２認識処理部により認識された該内部情報とが合致しているという１次把持条件が満たされているか否かを判定する１次確認処理部と、該１次確認処理部によって該１次把持条件が満たされていると判定されたことを要件として前記ロボットが静止している状態で、該ハンドの位置、姿勢または位置および姿勢を変化させたときの、該ロボットに搭載されている撮像装置を通じて得られた該物体の画像または該ハンドに設けられている力センサの出力信号に基づいて該ハンドから該物体に作用する力の方向または当該力の方向および強さを測定し、当該測定方向が第１目標方向に一致している、または当該測定方向および強さのそれぞれが第１目標方向および第１目標値のそれぞれに一致しているという２次把持条件が満たされているか否かを判定する２次確認処理部とを備えていることを特徴とする。

第１発明のロボットによれば、１次確認処理において外部情報および内部情報の合致性に鑑みて物体の把持状態の良否が判定される。さらに、２次確認処理においてロボットが静止している状態で一または複数のハンドから物体に作用する力の方向または当該力の方向および強さ（以下適宜「力の方向等」という。）に鑑みて物体の把持状態の良否が判定される。このような二重の判定によって、ロボットがそのハンドによる物体の把持状態の良否を確認することができる。また、ロボットはこのような確認を経ることで、物体を把持した状態で移動を開始することができる。さらに、物体の把持状態が不良のままでロボットが移動を開始したために、たとえばハンドが物体から離反してしまいロボットが静止したままの物体に接触するような事態が回避されうる。

なお、物体の把持状態が「良」であるとは、たとえばロボットが移動した場合に物体がロボットと一緒に移動しうる程度に、ロボットがその一または複数のハンドによって物体を把持していることを意味する。また、撮像装置を通じて得られた画像を通じてハンドから物体に作用する力が測定される際、当該画像から得られる物体の加速度と、その質量（たとえば制御システムを構成するコンピュータのメモリに予め格納されている。）とが用いられる。

また、第２発明のロボットは、第１発明のロボットにおいて、前記２次確認処理部が前記複数のハンドのそれぞれから前記物体に作用する力の合力が０となるように前記ロボットの動作を制御しながら、該複数のハンドによる該物体の把持状態の良否を判定することを特徴とする。

第２発明のロボットによれば、複数のハンドのそれぞれに作用する力の方向または当該力およびその方向に鑑みて物体の把持状態の良否が判定される。この際、複数のハンドから物体に作用する合力が０になるようにロボットの動作が制御される。このため、物体の把持状態が良であれば当該判定中に物体が不必要に動いて判定精度が低下したり、物体がロボットに接触したりする事態が回避されうる。

さらに、第３発明のロボットは、第１または第２発明のロボットにおいて、前記制御システムが、前記２次確認処理部によって前記２次把持条件が満たされているハンドによる前記物体の把持状態が良であると判定されたことを要件として前記ロボットを移動開始後、該ハンドの位置、姿勢または位置および姿勢を変化させ、前記撮像装置を通じて得られた該物体の画像または前記力センサの出力信号に基づいて該ハンドから該物体に作用する力の方向または方向および強さを測定し、当該測定方向が第２目標方向に一致している、または当該測定方向および強さのそれぞれが第２目標方向および第２目標値のそれぞれに一致しているという３次把持条件が満たされているか否かを判定する３次確認処理部を備えていることを特徴とする。

第３発明のロボットによれば、３次確認処理においてロボットが静止している状態で一または複数のハンドから物体に作用する力の方向等に鑑みて物体の把持状態の良否がさらに判定される。これにより、ロボットの静止時においてハンドによる物体の把持状態が「良」であったにもかかわらず、ロボットの移動開始後にハンドが物体から外れてしまい、その把持状態が「不良」に変化したような状況が確実に認識されうる。

また、第４発明のロボットは、第３発明のロボットにおいて、前記制御システムが、前記３次確認処理部により前記３次把持条件が満たされていないと判定されたことを要件として前記ロボットの移動のための動作を停止させることを特徴とする。

第４発明のロボットによれば、移動開始後にハンドによる物体の把持状態が「不良」であると判定されたことに応じて移動のための動作が停止される。これにより、物体の把持状態が不良であるにもかかわらずロボットが移動し続け、ロボットが物体に接触するような事態が回避されうる。

さらに、第５発明のロボットは、第１〜第４発明のうちいずれか１つのロボットにおいて、前記２次確認処理部によって前記２次把持条件が満たされていないと判定されたことを要件として前記制御システムが該ハンドの位置および姿勢のうち一方または両方が変化するように前記ロボットの動作を制御し、前記２次確認処理部が該複数のハンドによる該物体の把持状態の良否を再度判定することを特徴とする。

第５発明のロボットによれば、ハンドに作用する力の方向等に鑑みて物体の把持状態が不良であると判定された場合、当該ハンドの位置、姿勢またはその両者が変更された上で当該判定が繰り返される。これにより、１次把持条件の充足性に鑑みて物体の把持状態が良であると判定される一方、複数のハンドのそれぞれに作用する力に関する２次把持条件の充足性に鑑みて物体の把持状態が不良である状況でも、当該物体の把持状態が良になるようにロボットの動作が適当に補正されうる。

前記課題を解決するための第６発明の方法は、自律的な移動機能と、一または複数のハンドの動作による物体の把持機能とを有するロボットの制御方法であって、前記物体の位置および姿勢を測定するための第１センサの出力信号に基づき、該物体の位置および姿勢を外部情報として認識する第１認識処理と、前記ハンドの位置および姿勢を測定するための第２センサの出力信号に基づき、該ハンドによる把持状態が良であると仮定した場合の該物体の位置および姿勢を内部情報として認識する第２認識処理と、該第１認識処理において認識された該外部情報と該第２認識処理部により認識された該内部情報とが合致しているという１次把持条件が満たされているか否かを判定する１次確認処理と、該１次確認処理において該１次把持条件が満たされていると判定されたことを要件として前記ロボットが静止している状態で、該ハンドの位置、姿勢または位置および姿勢を変化させたときの、該ロボットに搭載されている撮像装置を通じて得られた該物体の画像または該ハンドに設けられている力センサの出力信号に基づいて該ハンドから該物体に作用する力の方向または当該力の方向および強さを測定し、当該測定方向が第１目標方向に一致している、または当該測定方向および強さのそれぞれが第１目標方向および第１目標値のそれぞれに一致しているという２次把持条件が満たされているか否かを判定する２次確認処理とを実行することを特徴とする。

第６発明の方法によれば、ロボットに（１）内部情報および外部情報の合致性に関する１次把持条件の充足性判定、ならびに（２）ハンドから物体に作用する力の方向等に関する２次把持条件の充足性判定という二重の判定を通じて、ハンドによる物体の把持状態の良否を確認させることができる。

前記課題を解決するための第７発明のプログラムは、自律的な移動機能と、一または複数のハンドの動作による物体の把持機能とを有するロボットに搭載されているコンピュータを、該ロボットを制御するシステムとして機能させるプログラムであって、前記コンピュータを、前記物体の位置および姿勢を測定するための第１センサの出力信号に基づき、該物体の位置および姿勢を外部情報として認識する第１認識処理部と、前記ハンドの位置および姿勢を測定するための第２センサの出力信号に基づき、該ハンドによる把持状態が良であると仮定した場合の該物体の位置および姿勢を内部情報として認識する第２認識処理部と、該第１認識処理部により認識された該外部情報と該第２認識処理部により認識された該内部情報とが合致しているという１次把持条件が満たされているか否かを判定する１次確認処理部と、該１次確認処理部によって該１次把持条件が満たされていると判定されたことを要件として前記ロボットが静止している状態で、該ハンドの位置、姿勢または位置および姿勢を変化させたときの、該ロボットに搭載されている撮像装置を通じて得られた該物体の画像または該ハンドに設けられている力センサの出力信号に基づいて該ハンドから該物体に作用する力の方向または当該力の方向および強さを測定し、当該測定方向が第１目標方向に一致している、または当該測定方向および強さのそれぞれが第１目標方向および第１目標値のそれぞれに一致しているという２次把持条件が満たされているか否かを判定する２次確認処理部とを備えている制御システムとして機能させることを特徴とする。

第７発明のプログラムによれば、ロボットに搭載されているコンピュータを、（１）内部情報および外部情報の合致性に関する１次把持条件の充足性判定、ならびに（２）ハンドから物体に作用する力の方向等に関する２次把持条件の充足性判定という二重の判定を通じて、ハンドによる物体の把持状態の良否を確認するシステムとして機能させることができる。

本発明のロボットの実施形態について図面を用いて説明する。

図１および図２は本発明のロボットの構成説明図であり、図３〜図６は本発明のロボットの機能説明図である。

まず、ロボットの構成について図１および図２を用いて説明する。

図１に示されているロボット１は脚式移動ロボットであり、人間と同様に、基体１０と、基体１０の上方に配置された頭部１１と、基体１０の上部に上部両側から延設された左右の腕部１２と、左右の腕部１２のそれぞれの先端に設けられているハンド１３と、基体１０の下部から下方に延設された左右の脚部１４とを備えている。また、ロボット１はその動作を制御する制御システム２０を備えている。

基体１０はヨー軸回りに相対的に回動しうるように上下に連結された上部および下部により構成されている。基体１０の下部にはロボット１の前方下方を撮像範囲とする腰カメラ（カメラ）１０１が内蔵されている。腰カメラ１０１は近赤外線ランプ（図示略）からロボット１の前方下方に向けて発せられた近赤外光の物体による反射光を検知することにより当該物体の位置等を測定するために用いられる。

頭部１１は基体１０に対してヨー軸回りに回動する等、動くことができる。頭部１１には左右一対の頭カメラ１０２が搭載されている。なお、頭カメラ１０２としてはＣＣＤカメラ、赤外線カメラ等、種々の周波数帯域における光を感知しうるカメラが採用されてもよい。なお「第１センサ」としては腰カメラ１０１および頭カメラ１０２のうち一方のみが採用されてもよく、ミリ波レーダ、超音波センサ等、種々のセンサまたはこれらの組み合わせが採用されてもよい。頭カメラ１０２はステレオではなく単眼であってもよい。そのほか、データベースへの検索やＧＰＳの利用によって、ロボット座標系におけるハンドルＨの位置および姿勢が認識されてもよい。

腕部１２は第１腕リンク１２２と、第２腕リンク１２４とを備えている。基体１０と第１腕リンク１２１とは肩関節１２１を介して連結され、第１腕リンク１２２と第２腕リンク１２４とは肘関節１２３を介して連結され、第２腕リンク１２４とハンド１３とは手根関節１２５を介して連結されている。肩関節１２１はロール、ピッチおよびヨー軸回りの回動自由度を有し、肘関節１２３はピッチ軸回りの回動自由度を有し、手根関節１２５はロール、ピッチ、ヨー軸回りの回動自由度を有している。手根関節１２５付近には６軸力センサ１０６が設けられている。

脚部１４は第１脚リンク１４２と、第２脚リンク１４４と、足部１４６とを備えている。基体１０と第１脚リンク１４２とは股関節１４１を介して連結され、第１脚リンク１４２と第２脚リンク１４４とは膝関節１４３を介して連結され、第２脚リンク１４４と足部１４６とは足関節１４５を介して連結されている。股関節１４１はロール、ピッチおよびロール軸回りの回動自由度を有し、膝関節１４３はピッチ軸回りの回動自由度を有し、足関節１４５はロールおよびピッチ軸回りの回動自由度を有している。

ハンド１３は、手掌部から延設され、人間の手の親指、人差指、中指、薬指および小指のそれぞれに相当する５つの指機構１３１〜１３５を備えている。第１指機構１３１と、横並びの４つの指機構１３２〜１３５とが対向して配置されている。

第１指機構１３１は、人間の手の第１中手骨、親指の基節および末節に相当する３つのリンク部材と、当該３つのリンク部材を覆う弾性カバーとを備えている。３つのリンク部材は手掌部から順に人間の手の第１中手骨の基部側の関節、親指の中手指節関節および指節間関節のそれぞれに相当する関節を介して連結されている。第１指機構１３１は、手掌部に収納されたモータから、減速機構等により構成される動力伝達機構を介して伝達される力に応じて各関節において曲がりうる。モータから第１指機構１３１に伝達される動力は制御システム２０によって制御される。

指機構１３２〜１３５は、たとえば特開２００３−１８１７８７号公報に記載されている指機構と同様の構成とされ、また、それぞれがほぼ同様の構成とされている。たとえば、第５指機構１３５は、人間の手の小指の基節、中節および末節のそれぞれに相当する３つのリンク部材と、当該３つのリンク部材を覆う弾性カバーとを備えている。３つのリンク部材は手掌部から順に人間の手の小指の中手指節関節、近位指節間関節および遠位指節間関節のそれぞれに相当する関節を介して連結されている。第５指機構１３５は、動力源としてのモータ（図示略）から、動力伝達機構を介して伝達される動力に応じて、各関節において内側に曲がることができる。モータから第５指機構１３５に伝達される動力は、第１指機構１３１と同様に制御システム２００によって制御される。

なお、指機構１３１〜１３５のうち、複数の指機構が共通の一のモータによって駆動されてもよく、本実施形態における第１指機構１３１のように一の指機構が一のモータによって駆動されてもよい。また、動力伝達機構は、前掲の特開２００３−１８１７８７号公報に記載されているようにワイヤやプーリ等によって構成されてもよく、各指機構を屈伸運動させるようにモータの動力を伝達しうるあらゆる構成が採用されてもよい。

制御システム２０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等によって構成され、腰カメラ１０１およびカメラ１０２のそれぞれを通じて得られる画像、腕部１２および脚体１４等におけるロボット１の各関節角度を表すロータリーエンコーダ１０４からの出力、ハンド１３に作用する力を検出するための６軸力センサ１０６からの出力等に基づき、アクチュエータ（または電動モータ）１０８の動作を制御することによりロボット１の動作を制御する。なお、制御システムはロボット１の内部ネットワークを通じて接続された主制御ユニットおよび一または複数の副制御ユニットより構成される分散制御システムであってもよい。

ロボット１に搭載されているコンピュータを制御システム２０として機能させるための「制御プログラム」はメモリに予め格納されていてもよいが、ロボット１からの要求があった等の任意のタイミングでサーバからネットワークや人工衛星を介して当該コンピュータに配信（ダウンロード）または放送され、当該プログラム用のメモリに格納されてもよい。

制御システム２０は第１認識処理部２１１１と、第２認識処理部２１２と、１次確認処理部２２１と、２次確認処理部２２２と、３次確認処理部２２３とを備えている。

第１認識処理部２１１は腰カメラ（第１センサ）１０１の出力信号や頭カメラ（第１センサ）１０２の画像信号に基づき、図１に示されているようなカートＣのハンドルＨ等の物体の位置および姿勢を「外部情報」として認識する。

第２認識処理部２１２はロボット１の関節１２１、１２３、１２５、１４１、１４３、１４５等に設けられたロータリーエンコーダ（第２センサ）１０４の出力、およびリンク１２２、１２４、１４２、１４４等の長さ等により定まるロボット１の姿勢に基づき、ハンドルＨの把持状態が良であると仮定した場合のハンドルＨの位置および姿勢を「内部情報」として認識する。

１次確認処理部２２１は第１認識処理部２１１により認識された外部情報と第２認識処理部２１２により認識された内部情報とが合致しているという「１次把持条件」が満たされているか否かを判定する。

２次確認処理部２２２は１次確認処理部２２１によって１次把持条件が満たされていると判定されたことを要件としてロボット１が静止している状態においてハンド１３の位置、姿勢または位置および姿勢（以下適宜「位置等」という。）を変化させる。また、２次確認処理部２２２は６軸力センサ１０６の出力信号に基づいてハンド１３からハンドルＨに作用する力の方向および強さを測定する（この測定は、ハンドルＨからハンド１３に作用する反力の方向および強さを測定することと等価である）。そして、２次確認処理部２２２は当該測定方向および強さのそれぞれが第１目標方向および第１目標値のそれぞれに一致しているという「２次把持条件」が満たされているか否かを判定する。

３次確認処理部２２３は２次確認処理部２２２によって２次把持条件が満たされていると判定されたことを要件としてロボット１の移動開始後にハンド１３の位置等を変化させる。また、３次確認処理部２２３は６軸力センサ１０６の出力信号に基づいてハンド１３からハンドルＨに作用する力の方向および強さを測定する。さらに、３次確認処理部２２３は当該測定方向および強さのそれぞれが第２目標方向および第２目標値のそれぞれに一致しているという「３次把持条件」が満たされているか否かを判定する。

続いて、前記構成のロボット１の機能、具体的にはカートＣのハンドルＨ等の物体の把持状態の良否を判定する機能について図３〜図６を用いて説明する。

第１認識処理部２１１が腰カメラ（第１センサ）１０１等の出力信号または画像信号に基づき、ハンドルＨ等の物体の位置および姿勢を「外部情報」として認識する「第１認識処理」を実行する（図３／Ｓ００２）。

たとえば図１に示されているようにカートＣに付されている複数のマーク（近赤外線を反射する塗料が付されている。）Ｍのそれぞれの位置および姿勢が腰カメラ１０１の出力信号に基づいて測定される。また、頭カメラ１０２の出力信号に基づいてカートＣの位置および姿勢が測定される。腰カメラ１０１および頭カメラ１０２が併用されることにより、たとえば周囲が暗いために頭カメラ１０２によるカートＣの位置等の検知が困難である場合も腰カメラ１０１によってマークＭの位置および姿勢、ひいてはハンドルＨの位置および姿勢が検知されうる。これは逆の場合も同様である。各マークＭの位置はロボット１の重心等を原点Ｏとし、ロボット１の基本水平面をＸ−Ｙ平面とし、基本矢状面をＹ−Ｚ平面とし、かつ、基本前額面をＺ−Ｘ平面とするロボット座標系における座標（Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁）により表現される。ロボット座標系における腰カメラ１０１の座標と、図１に示されているようにハンドルＨ付近の点を原点Ｏ’とする物体座標系における各マークＭの座標（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）とが用いられることにより、ハンドルＨの座標が認識されうる。また、各マークＭを結ぶ線分、ひいては当該線分に平行なハンドルＨの各座標軸に対する傾斜角度θ_1X，θ_1Y，θ_1ZがハンドルＨの姿勢として認識されうる。

また、第２認識処理部２１２がロータリーエンコーダ（第２センサ）１０４の出力信号に基づいてロボット１の姿勢に基づき、ハンド１３によるハンドルＨの把持状態が良であると仮定した場合のハンドルＨの位置および姿勢を「内部情報」として認識する「第２認識処理」を実行する（図３／Ｓ００４）。

たとえば前記のロボット座標系における左右の手根関節１２５のそれぞれの座標（Ｘ_2L，Ｙ_2L，Ｚ_2L）および（Ｘ_2R，Ｙ_2R，Ｚ_2R）に基づき、内部情報としてのハンドルＨの中点の座標（Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂）およびハンドルＨの各座標軸に対する傾斜角度θ_2X，θ_2Y，θ_2Zのそれぞれは次式（１）および（２ａ）〜（２ｃ）のそれぞれにしたがって算定または認識される。ロボット座標系における左右の手根関節１２５のそれぞれの座標は、ロボット座標系における固定点である左右の肩関節１２１のロータリーエンコーダ１０４の出力に応じた肩関節角度、左右の肘関節１２３のロータリーエンコーダ１０４の出力に応じた肘関節角度、ならびにメモリに予め格納されている左右の第１腕リンク１２２および第２腕リンク１２４のそれぞれの長さに基づき、測定または認識されうる。

（Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂）
＝（（Ｘ_2L＋Ｘ_2R）／２，（Ｙ_2L＋Ｙ_2R）／２，（Ｚ_2L＋Ｚ_2R）／２） ‥（１）

θ_2X＝ｔａｎ^-1｛（Ｙ₂ ²＋Ｚ₂ ²）^1/2／Ｘ₂｝ ‥（２ａ）
θ_2y＝ｔａｎ^-1｛（Ｚ₂ ²＋Ｘ₂ ²）^1/2／Ｙ₂｝ ‥（２ｂ）
θ_2Z＝ｔａｎ^-1｛（Ｘ₂ ²＋Ｙ₂ ²）^1/2／Ｚ₂｝ ‥（２ｃ）

なお「外部情報」および「内部情報」はロボット座標系ではなく、カートＣ等の物体の特定点を規準点とする物体座標系や、定常的に静止している点を基準点とする静止座標系を基準として認識されてもよい。

続いて、１次確認処理部２２１が第１認識処理部２１１により認識された外部情報と第２認識処理部２１２により認識された内部情報とが合致しているという「１次把持条件」が満たされているか否かを判定する「１次確認処理」を実行する（図３／Ｓ００６）。１次確認処理は指機構１３１〜１３５の屈曲を伴うハンド１３の握りこみ動作の後で実行されてもよい。具体的には次式（３）および（４ａ）〜（４ｃ）により表される不等式がすべて成立するか否かに応じて、外部情報および内部情報が合致しているか否かが判定される。

（Ｘ₂−Ｘ₁）²＋（Ｙ₂−Ｙ₁）²＋（Ｚ₂−Ｚ₁）²≦δ ‥（３）

｜θ_2X−θ_1X｜≦ε_X ‥（４ａ）
｜θ_2Y−θ_1Y｜≦ε_Y ‥（４ｂ）
｜θ_2Z−θ_1Z｜≦ε_Z ‥（４ｃ）

ここでδ、ε_X、ε_Yおよびε_Zのそれぞれは微小な正の値である。式（３）はハンド１３によるハンドルＨの把持状態が不良であるとき、ハンドルＨの基準座標とロボット１の左右の手根関節１２５の中点座標とはほぼ一致することに鑑みて設定されている。式（４ａ）〜（４ｃ）はロボット１によりハンドルＨが的確に把持されているとき、ハンドルＨとロボット１の左右の手根関節１２５を結ぶ線分とがほぼ平行になることに鑑みて設定されている。

１次確認処理部２２１は１次把持条件が満たされていない、すなわち、外部情報および内部情報が合致していないと判定したことに応じて（図３／Ｓ００６‥ＮＯ）、「１次補正処理」を実行する（図３／Ｓ００８）。これにより、ハンド１３によるハンドルＨの握りなおし、左右の脚部１４の動作制御によるロボット１の立ち位置や向きの調節、および左右の腕部１２の動作制御による左右のハンド１３の位置や姿勢の調節のうち一部または全部が実行される。その上で、前記第１認識処理、第２認識処理および１次確認処理が再度実行される（図３／Ｓ００２，Ｓ００４，Ｓ００６参照）。

一方、１次確認処理部２２１により１次把持条件が満たされている、すなわち、外部情報および内部情報が合致していると判定されたことに応じて（図３／Ｓ００６‥ＹＥＳ）、２次確認処理部２２２がロボット１が静止した状態においてハンドルＨの把持状態の良否を判定する「２次確認処理」を実行する（図３／Ｓ０１０）。なお、把持状態が「良」であるとは、たとえばロボット１が移動した場合にカートＣがロボット１と一緒に移動しうる程度に、ロボット１がそのハンド１３によってカートＣのハンドルＨを把持していることを意味する。

具体的には２次確認処理部２２２はロボット１が静止した状態でハンドルＨの位置および姿勢のうち一方または両方を変化させる。これにより、たとえば図４に矢印で示されているように左右のハンド１３のそれぞれからハンドルＨに対して力ｆ_Lおよびｆ_Rが作用する。そして、２次確認処理部２２２はハンド１３のそれぞれに設けられた６軸力センサ１０６による力の検知結果が「２次把持条件」を満たしているか否かに応じてハンドルＨの把持状態の良否を判定する。

たとえば図５（ａ）に示されているようにハンドルＨが５つの指機構１３１〜１３５によりしっかりと握りこまれている状態を考える。この状態では、ハンド１３の位置等を変化させると６軸力センサ１０６により検知される力、すなわち、ハンド１３がハンドルＨから受ける反力は図６に実線で示されているように増加した後で少し低下してから安定する。また、６軸力センサ１０６により測定される安定時の力ｆの方向および強さのそれぞれが、第１目標力ｆ₁₀の方向（第１目標方向）および強さ（第１目標値）のそれぞれに合致する。力の方向が合致するとは、力の方向の偏差（２つの力ベクトルのなす角度で表される。）の大きさが閾値以下になることを意味する。同様に力の強さが合致するとは、力の強さの偏差の大きさが所定の閾値以下になることを意味する。これにより、６軸力センサ１０６による力検知結果が１次把持条件を満たしている、ひいては把持状態が「良」であると判定される。なお、１次把持条件としては６軸力センサ１０６による測定力の方向および強さのそれぞれが第１目標方向および第１目標値のそれぞれに合致することのほか、当該測定力の方向が第１目標方向に合致することが採用されてもよい。

その一方、図５（ｂ）に示されているようにハンドルＨが５つの指機構１３１〜１３５によってしっかりと握りこまれていない状態を考える。この状態では、ハンド１３の位置等を変化させると６軸力センサ１０６により検知される力は図６に一点鎖線で示されているように鈍く増加した後で不安定になる。また、６軸力センサ１０６により測定される安定時の力ベクトルｆの方向および強さのそれぞれが、第１目標力ベクトルｆ₁₀の方向（第１目標方向）および強さ（第１目標力）のそれぞれに合致しない。これにより、６軸力センサ１０６による力検知結果が１次把持条件を満たしていない、ひいては把持状態が「不良」であると判定される。

２次確認処理部２２２は２次把持条件が満たされていない、すなわち、ハンドルＨの把持状態が不良であると判定したことに応じて（図３／Ｓ０１０‥ＮＯ）、「２次補正処理」を実行する（図３／Ｓ０１２）。これにより、ハンド１３によるハンドルＨの握りなおし、左右の脚部１４の動作制御によるロボット１の立ち位置や向きの調節、および左右の腕部１２の動作制御による左右のハンド１３の位置や姿勢の調節のうち一部または全部が実行される。その上で、前記２次確認処理が再度実行される（図３／Ｓ０１０参照）。１次補正処理および２次補正処理の内容は同一でも異なっていてもよい。

２次確認処理に際してハンド１３から方向、強さ、または方向および強さが異なる複数種類の力がハンドルＨに作用するようにハンド１３の位置等が複数のパターンで変化させられ、ハンド１３の位置等の各変化パターンに応じた力検知結果の総合的評価によってハンド１３によるハンドルＨの把持状態の良否が判定されてもよい。これにより、たとえばロボット１がカートＣを押し、引き、または横にずらすようにアーム１２等を動かしたときにハンド１３に作用する力の方向および強さに基づいてハンドルＨの把持状態の良否が判定されうる。

一方、２次確認処理部２２２によって２次把持条件が満たされている、すなわち、ハンドルＨの把持状態が良であると判定されたことに応じて（図３／Ｓ０１０‥ＹＥＳ）、制御システム２０がロボット１を移動開始させ（図３／Ｓ０１４）、３次確認処理部２２３がハンドルＨの把持状態の良否を判定する「３次確認処理」を実行する（図３／Ｓ０１６）。

具体的には３次確認処理部２２３はロボット１の移動開始後にハンドルＨの位置および姿勢のうち一方または両方を変化させる。そして、３次確認処理部２２３はハンド１３のそれぞれに設けられた６軸力センサ１０６による力の検知結果が「３次把持条件」を満たしているか否かに応じてハンドルＨの把持状態の良否を判定する。２次把持条件としては６軸力センサ１０６による測定力の方向および強さのそれぞれが第２目標方向および第２目標値のそれぞれに合致すること、または当該測定力の方向が第２目標方向に合致することが採用されてもよい。３次把持条件における「第２目標方向」および「第２目標値」のそれぞれは２次把持条件における「第１目標方向」および「第１目標値」のそれぞれと同じであってもよいし異なっていてもよい。

３次確認処理に際してハンド１３から方向、強さ、または方向および強さが異なる複数種類の力がハンドルＨに作用するようにハンド１３の位置等が複数のパターンで変化させられ、ハンド１３の位置等の各変化パターンに応じた力検知結果の総合的評価によってハンド１３によるハンドルＨの把持状態の良否が判定されてもよい。

３次確認処理部２２３により把持状態が良であると判定された場合（図３／Ｓ０１６‥ＹＥＳ）、制御システム２０はロボット１の移動を継続させる（図３／Ｓ０１８）。これにより、ロボット１はその目的地までの計画経路に沿ってハンドルＨを介してカートＣを押しながらあるいは引きながら移動する。また、制御システム２０はロボット１が目的地に到達したか否かを判定する（図３／Ｓ０２０）。ロボット１が目的地に到達したか否かは、腰カメラ１０１または頭カメラ１０２を通じて目的地付近に付されたマーカのロボット座標系における位置が測定された上で、ロボット座標系の原点から当該測定位置までの（Ｘ−Ｙ方向の）距離が閾値以下になったか否かに応じて判定される。

制御システム２０はロボット１が目的地に到達していないと判定した場合（図３／Ｓ０２０‥ＮＯ）、３次確認処理部２２３による３次確認処理が再実行される（図３／Ｓ０１６参照）。一方、制御システム２０はロボット１が目的地に到達したと判定した場合（図３／Ｓ０２０‥ＹＥＳ）、ロボット１の移動または移動のための動作を停止させる（図３／Ｓ０２２）。また、３次確認処理部２２３により把持状態が不良であると判定された場合も（図３／Ｓ０１６‥ＮＯ）、制御システム２０はロボット１の移動または移動動作を停止させる（図３／Ｓ０２２）。

前記機能を発揮するロボット１によれば、１次確認処理において、外部情報および内部情報の合致性に関する１次把持条件の充足性に鑑みて物体の把持状態の良否が判定される（図３／Ｓ００６参照）。さらに、２次確認処理において、ロボット１が静止している状態でハンド１３の位置等が変化させられたときの６軸力センサ１０６による力検知結果に関する「２次把持条件」の充足性に鑑みてハンドルＨの把持状態の良否が判定される（図３／Ｓ０１０参照）。このような二重の判定によって、ロボット１がそのハンド１３によるハンドルＨの把持状態の良否を確認することができる。また、ロボット１はこのような確認を経ることで、ハンドルＨを把持した状態で移動を開始することができる。さらに、物体の把持状態が不良のままでロボット１が移動を開始したために、たとえばハンド１３がハンドルＨから離反してしまいロボット１がカートＣに接触するような事態が回避されうる。

また、３次確認処理において、ロボット１の移動開始後、ハンド１３の位置等が変化させられたときの６軸力センサ１０６による力検知結果に関する「３次把持条件」の充足性に鑑みてハンドルＨの把持状態の良否が判定される（図３／Ｓ０１６参照）。これにより、ロボット１の静止時においてハンドルＨの把持状態が「良」であったにもかかわらず、ロボット１の移動開始後にハンド１３がハンドルＨから外れてしまい、その把持状態が「不良」に変化したような状況が確実に認識されうる。

また、ロボット１の移動開始後に３次把持条件が満たされていない、すなわち、ハンド１３によるハンドルＨの把持状態が「不良」であると判定されたことに応じてロボット１の移動のための動作が停止される（図３／Ｓ０１６‥ＮＯ，Ｓ０２２参照）。これにより、少なくとも脚部１４の動作は停止させられる。ただし、腕部１２の動作は必要に応じて継続されうる。そして、ハンドルＨの把持状態が不良であるにもかかわらずロボット１が移動し続け、ロボット１がカートＣに接触するような事態が回避されうる。

さらに、ハンド１３に作用する力の方向等に鑑みてハンドルＨの把持状態が不良であると判定された場合、ハンド１３の位置等が変更された上で当該判定が繰り返される（図３／Ｓ０１０，Ｓ０１２参照）。これにより、内部情報および外部情報の合致している一方、複数のハンド１３のそれぞれに作用する力に鑑みてハンドルの把持状態が不良である状況でも、当該ハンドルＨの把持状態が良になるようにロボット１の動作が適当に補正されうる。

なお、カートＣのハンドルＨ（図１参照）のほか、テーブルの上に置かれたトレイ、ファイル、箱等、さまざまな物体がロボット１により的確に把持されているか否かが前記手法によって確認されてもよい。

前記実施形態では６軸力センサ１０６によりハンドルＨからハンド１３に作用する力、すなわち、ハンド１３からハンドルＨを介してカートＣに作用する力が検知または測定された。これに代わる他の実施形態として頭カメラ１０２等の撮像装置を通じて得られた画像を通じてハンド１３からカートＣに作用する力Ｆが測定されてもよい。この場合、当該画像から得られるカートＣの加速度αが測定され、かつ、カートＣの質量ｍおよび床面との動摩擦力ｆ’がメモリから読み出され、これらパラメータの値に基づいてロボット１からカートＣに作用する力Ｆ（＝ｍ・α−ｆ’）が測定されてもよい。

また、２次確認処理部２２２が左右のハンド１３のそれぞれからハンドルＨに作用する力の合力が０となるようにロボット１の動作を制御しながら、２次把持条件が満たされているか否かが判定されてもよい。この場合、ハンドルＨの把持状態が良であれば当該判定中にカートＣが不必要に動いて判定精度が低下したり、カートＣがロボット１に接触したりする事態が回避されうる。

本発明のロボットの構成説明図 本発明のロボットの構成説明図 本発明のロボットの機能説明図 本発明のロボットの機能説明図 本発明のロボットの機能説明図 本発明のロボットの機能説明図

符号の説明

１‥ロボット、１３‥ハンド、２０‥制御システム、１０１‥腰カメラ（第１センサ）、ＣＣＤ１０２‥カメラ（第１センサ）、１０４‥ロータリーエンコーダ（第２センサ）、２１１‥第１認識処理部、２１２‥第２認識処理部、２２１‥１次確認処理部、２２２‥２次確認処理部、２２３‥３次確認処理部、Ｈ‥カートＣのハンドル（物体）

Claims (7)

1. 制御システムを備え、かつ、該制御システムによって制御される自律的な移動機能と、一または複数のハンドの動作による物体の把持機能とを有するロボットであって、
   前記制御システムが、
   前記物体の位置および姿勢を測定するための第１センサの出力信号に基づき、該物体の位置および姿勢を外部情報として認識する第１認識処理部と、
   前記ハンドの位置および姿勢を測定するための第２センサの出力信号に基づき、該ハンドによる把持状態が良であると仮定した場合の該物体の位置および姿勢を内部情報として認識する第２認識処理部と、
   該第１認識処理部により認識された該外部情報と該第２認識処理部により認識された該内部情報とが合致しているという１次把持条件が満たされているか否かを判定する１次確認処理部と、
   該１次確認処理部によって該１次把持条件が満たされていると判定されたことを要件として前記ロボットが静止している状態で、該ハンドの位置、姿勢または位置および姿勢を変化させたときの、該ロボットに搭載されている撮像装置を通じて得られた該物体の画像または該ハンドに設けられている力センサの出力信号に基づいて該ハンドから該物体に作用する力の方向または当該力の方向および強さを測定し、当該測定方向が第１目標方向に一致している、または当該測定方向および強さのそれぞれが第１目標方向および第１目標値のそれぞれに一致しているという２次把持条件が満たされているか否かを判定する２次確認処理部とを備えていることを特徴とするロボット。
2. 請求項１記載のロボットにおいて、前記２次確認処理部が前記複数のハンドのそれぞれから前記物体に作用する力の合力が０となるように前記ロボットの動作を制御しながら、該複数のハンドによる該物体の把持状態の良否を判定することを特徴とするロボット。
3. 請求項１または２記載のロボットにおいて、前記制御システムが、前記２次確認処理部によって前記２次把持条件が満たされているハンドによる前記物体の把持状態が良であると判定されたことを要件として前記ロボットを移動開始後、該ハンドの位置、姿勢または位置および姿勢を変化させ、前記撮像装置を通じて得られた該物体の画像または前記力センサの出力信号に基づいて該ハンドから該物体に作用する力の方向または方向および強さを測定し、当該測定方向が第２目標方向に一致している、または当該測定方向および強さのそれぞれが第２目標方向および第２目標値のそれぞれに一致しているという３次把持条件が満たされているか否かを判定する３次確認処理部を備えていることを特徴とするロボット。
4. 請求項３記載のロボットにおいて、前記制御システムが、前記３次確認処理部により前記３次把持条件が満たされていないと判定されたことを要件として前記ロボットの移動のための動作を停止させることを特徴とするロボット。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のロボットにおいて、前記２次確認処理部によって前記２次把持条件が満たされていないと判定されたことを要件として前記制御システムが該ハンドの位置および姿勢のうち一方または両方が変化するように前記ロボットの動作を制御し、前記２次確認処理部が該複数のハンドによる該物体の把持状態の良否を再度判定することを特徴とするロボット。
6. 自律的な移動機能と、一または複数のハンドの動作による物体の把持機能とを有するロボットの制御方法であって、
   前記物体の位置および姿勢を測定するための第１センサの出力信号に基づき、該物体の位置および姿勢を外部情報として認識する第１認識処理と、
   前記ハンドの位置および姿勢を測定するための第２センサの出力信号に基づき、該ハンドによる把持状態が良であると仮定した場合の該物体の位置および姿勢を内部情報として認識する第２認識処理と、
   該第１認識処理において認識された該外部情報と該第２認識処理部により認識された該内部情報とが合致しているという１次把持条件が満たされているか否かを判定する１次確認処理と、
   該１次確認処理において該１次把持条件が満たされていると判定されたことを要件として前記ロボットが静止している状態で、該ハンドの位置、姿勢または位置および姿勢を変化させたときの、該ロボットに搭載されている撮像装置を通じて得られた該物体の画像または該ハンドに設けられている力センサの出力信号に基づいて該ハンドから該物体に作用する力の方向または当該力の方向および強さを測定し、当該測定方向が第１目標方向に一致している、または当該測定方向および強さのそれぞれが第１目標方向および第１目標値のそれぞれに一致しているという２次把持条件が満たされているか否かを判定する２次確認処理とを実行することを特徴とする方法。
7. 自律的な移動機能と、一または複数のハンドの動作による物体の把持機能とを有するロボットに搭載されているコンピュータを、該ロボットを制御するシステムとして機能させるプログラムであって、
   前記コンピュータを、
   前記物体の位置および姿勢を測定するための第１センサの出力信号に基づき、該物体の位置および姿勢を外部情報として認識する第１認識処理部と、
   前記ハンドの位置および姿勢を測定するための第２センサの出力信号に基づき、該ハンドによる把持状態が良であると仮定した場合の該物体の位置および姿勢を内部情報として認識する第２認識処理部と、
   該第１認識処理部により認識された該外部情報と該第２認識処理部により認識された該内部情報とが合致しているという１次把持条件が満たされているか否かを判定する１次確認処理部と、
   該１次確認処理部によって該１次把持条件が満たされていると判定されたことを要件として前記ロボットが静止している状態で、該ハンドの位置、姿勢または位置および姿勢を変化させたときの、該ロボットに搭載されている撮像装置を通じて得られた該物体の画像または該ハンドに設けられている力センサの出力信号に基づいて該ハンドから該物体に作用する力の方向または当該力の方向および強さを測定し、当該測定方向が第１目標方向に一致している、または当該測定方向および強さのそれぞれが第１目標方向および第１目標値のそれぞれに一致しているという２次把持条件が満たされているか否かを判定する２次確認処理部とを備えている制御システムとして機能させることを特徴とするプログラム。

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