JP2009279700A - Work gripping method and work gripping device - Google Patents

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Hirotaka Hojo
博崇 北條
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for recognizing the shape and position of a flexible work and gripping the work. <P>SOLUTION: This work gripping device in which the attitude of the fingers is changed in three degrees of freedom comprises a rotating shaft drive section 101 which has an installation surface 105 for mounting on a robot arm and a center axis in the direction normal to the installation surface 105; a rotating drive section 102 connected to the rotating shaft drive section 101 in such a manner as to have a center axis positioned at a predetermined angle α1 relative to the center axis of the rotating shaft drive section 101; a rotating drive section 103 connected to the rotating shaft drive section 102 in such a manner as to have a center axis positioned at a predetermined angle α2 relative to the center axis of the rotating shaft drive section 102; a finger mechanism for holding the flexible work connected to the rotating drive section 103, and a robot controller for controlling these operations. The robot controller grips the work in a desired gripping attitude by calculating the attitude of the finger mechanism. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、非整列状態で配置された不定形性或いは柔軟性をもつワーク(例えば、方形上の布などの可変シート状物品。以下、「柔軟物」という場合がある。)の把持方法および装置に関し、例えば、山積みされた洗濯物の山から洗濯した一の洗濯物の特徴部を把持する技術に関する。   The present invention relates to a method for gripping a workpiece having an indeterminate form or flexibility arranged in a non-aligned state (for example, a variable sheet-like article such as a cloth on a square, hereinafter sometimes referred to as “flexible object”). The present invention relates to a device, for example, a technique for grasping a characteristic part of one laundry washed from a pile of stacked laundry.

従来のランドリー工場における選択工程は次の手順で行われる。まず、入荷した汚れた布片を集めて一緒にして水または洗浄剤によって洗濯または洗浄する洗濯工程で該布片の汚れを落とした後、脱水工程に導入し、脱水機で該布片を脱水し、互いの布片が絡みつき塊状となった布片の絡みを解いて布片を山積とする。
該布片は柔軟で形を崩しやすい性質のために布片を自動的に折り畳むための機械化が困難で該布片の山積から該布片の一枚を取出して展開し折畳むには、手で広げて折り畳むか、もしくは、該布片を人手によって広げた後、布片の縁(辺)を揃えて折畳み装置に供給して折り畳むかであった。
The selection process in a conventional laundry factory is performed according to the following procedure. First, the soiled cloth pieces received are collected together and washed or washed with water or a cleaning agent, and then the cloth pieces are cleaned, and then introduced into the dehydration process. The cloth pieces are dehydrated with a dehydrator. Then, the cloth pieces in which the cloth pieces are entangled with each other are untangled and the cloth pieces are piled up.
The cloth piece is flexible and easily deformed, so that it is difficult to mechanize the cloth piece automatically and it is difficult to take out one piece of the cloth piece from the pile and unfold it. The cloth pieces were spread and folded by hand, or the cloth pieces were spread by hand, and then the edges (sides) of the cloth pieces were aligned and supplied to the folding device for folding.

しかし、高温多湿の悪環境の下で人手によって山積みとなった該布片の中から一枚一枚取り上げ広げて折畳み装置に揃えるには重労働となり、その上、手間がかかるので作業能率が悪くコスト高となる等の問題点があった。
そこで、布片を折り畳む装置が考え出されたが、洗濯脱水後の布片を山積みにし、山積みとなった布片から一枚一枚を掴み上げて、布片の対角の角部を稜として折り畳む手段を機械化した装置(例えば、特許文献1)があるが、従来の装置は操作が複雑で手間が掛かり、折り畳みの精度が悪いと言った問題点があった。
However, it takes a lot of labor to pick up each piece of cloth piled up by hand under a hot and humid adverse environment and arrange it in a folding device. There were problems such as high.
Therefore, a device for folding cloth pieces was devised, but the cloth pieces after washing and dewatering were piled up, picked up one by one from the piled cloth pieces, and the diagonal corners of the cloth pieces were ridged There is a device (for example, Patent Document 1) in which the folding means is mechanized, but the conventional device has a problem that the operation is complicated and time-consuming and the folding accuracy is poor.

そこで、出願人の関連会社によって、方形状布片の任意の部分を掴んで吊し、吊された布片の角部の一つを掴んで吊す方法および装置が提言された(特許文献2)。
また、出願人の関連会社により、おしぼり等の方形状布片を三角形状に折り畳んで吊す装置が提言された(特許文献3)。
Therefore, an affiliated company of the applicant proposed a method and apparatus for grasping and hanging an arbitrary part of a rectangular cloth piece and grasping one of the corners of the suspended cloth piece (Patent Document 2). .
Further, an applicant's affiliated company has proposed a device for folding a rectangular cloth piece such as a hand towel into a triangular shape (Patent Document 3).

ところで、ロボットハンドにより人間と同様の作業を行うためには、ワークがロボットハンドの作業可能空間に存在すること、すなわち、ロボットハンドの手先効果器が到達可能であり、かつ、手先効果器が所望の姿勢をとることができる空間内に存在することが必要である。この作業可能空間は到達可能空間の部分集合であり、その中で所望の姿勢を表現できる空間はさらに限定される。
6軸マニピュレータのロボットハンドにおいては、ワーク姿勢に対応するツール姿勢を表現するための関節角の計算が可能で制御しやすいが、表現できない特異姿勢を到達可能空間内に含んでいるためそのポーズの表現ができないことがある。別の観点から説明すれば、ロボットハンドの作業可能到達可能の中で作業を行うようにプログラムする必要がある。このような従来のロボットハンドにおいては、不定形のワークを正確に把持し、展張することは極めて困難であった。
By the way, in order to perform the same work as a human being with a robot hand, it is necessary that the work exists in a workable space of the robot hand, that is, the hand effector of the robot hand is reachable and the hand effector is desired. It is necessary to exist in a space that can take the attitude of This workable space is a subset of the reachable space, and the space in which a desired posture can be expressed is further limited.
In the 6-axis manipulator robot hand, it is easy to control and control the joint angle for expressing the tool posture corresponding to the workpiece posture. However, since the reachable space contains a singular posture that cannot be represented, I may not be able to express. From another point of view, it is necessary to program the robot hand to perform work while the work is reachable. In such a conventional robot hand, it is extremely difficult to accurately grasp and spread an irregular shaped workpiece.

視覚認識センサによりワークを認識し、ロボットハンドの位置決め、姿勢決めを行う把持方法としては、例えば、特許文献4および5に記載されるものがある。しかし、出現するワーク姿勢の方向性に対応するためのツール姿勢が特異点を含む場合に、その姿勢の表現ができないという課題を解決するものではなかった。
特許文献6は、2軸が同軸状に位置する姿勢で、その中間に位置する軸が不規則な動作を行う特異点の問題を解決すべき課題としている。同文献に記載のロボットハンドは、手先効果器を同一姿勢とした状態で直線的に動作させることが多いことに着目し、多関節型アームの先端に直動軸を設け、その直動軸によりアームに対する手先効果器の相対的な位置を変更することにより、特異点の位置をずらすことが開示されている。
As a gripping method for recognizing a workpiece by a visual recognition sensor and positioning and determining a posture of a robot hand, there are methods described in Patent Documents 4 and 5, for example. However, when the tool posture for corresponding to the directionality of the workpiece posture that appears includes a singular point, the problem that the posture cannot be expressed has not been solved.
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-228561 has a problem to solve the singularity problem in which two axes are coaxially positioned and an axis positioned in the middle performs an irregular operation. Paying attention to the fact that the robot hand described in this document often moves linearly with the hand effector in the same posture, a linear motion axis is provided at the tip of the articulated arm, and the linear motion axis It is disclosed that the position of the singular point is shifted by changing the relative position of the hand effector with respect to the arm.

特公平5−34262号公報Japanese Patent Publication No. 5-34262 特許3379857号公報Japanese Patent No. 3379857 特許3801758号公報Japanese Patent No. 3801758 特開2003−94367号公報JP 2003-94367 A 特開2006−130580号公報JP 2006-130580 A 特開2001−54889号公報JP 2001-54889 A

特異点を回避するために直動軸や回動軸を増設すると、フィンガー等の手先効果器の姿勢(ツール姿勢)を実現するための関節角の組み合わせが倍増し制御が複雑になるという問題、コストや重量が増加するという問題が生じることになる。
他方、5軸以下のロボットハンドでは、ワーク姿勢とツール姿勢を合致させる計算解が無い場合があり、把持ができなかったり、把持後の姿勢がきれいにならないという問題がある。
If a linear motion axis or a rotation axis is added to avoid a singular point, the combination of joint angles for realizing the posture (tool posture) of a hand effector such as a finger is doubled and the control becomes complicated, The problem of increased cost and weight arises.
On the other hand, in a robot hand having 5 axes or less, there is a case where there is no calculation solution for matching the workpiece posture and the tool posture, and there is a problem that the posture cannot be gripped or the posture after gripping is not clean.

本発明は、柔軟物であるワークの形状や位置を認識し、把持するための方法および装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for recognizing and gripping the shape and position of a workpiece that is a flexible object.

上記課題を解決するための手段の概要は次のとおりである。
(1)把持姿勢の表現
(1−1)ワークを把持するための姿勢変換ツールを提供する。この姿勢変換ツールは、アーム部に取り付けることができ、手先効果器(例えば、フィンガー機構)と、姿勢変換のための駆動機構と、姿勢表現のための駆動アクチュエータの移動量・回転量の計算手段を有する。
(1−2)仮想の姿勢変換を含む姿勢表現を実現する。柔軟物であるワークの特性を生かして、把持後の手先効果器とワークの姿勢(ポーズ)が正確に合うようにする。ロボットハンドの関節角度の制御を、仮想フィンガーと仮想関節を含ませて計算すること、或いは、許容範囲内での布の変形を利用することで自由度の小さなロボットハンドでの作業を可能とする。
(2)関節角度の計算
姿勢変換ツールにより所望の把持姿勢を表現するためには、全ての駆動アクチュエータの移動量・回転量を計算する手段を有するロボットコントローラが必要である。通常は、座標やツールパラメータ等の制御値を入力すれば、逆運動学計算により全ての駆動アクチュエータの移動量・回転量を演算することができる。しかし、その制御値が特異姿勢(特異点)を含む場合には、通常の演算では解が得られない。ここで、特異姿勢とは、関節とモーターの数は足りているのに、特定の方向に動けなくなる姿勢をいう。この特異姿勢がどこにあるかは、マニピュレータの各リンクの長さと、それぞれのリンクに対して関節がどの向きに固定されているかという関係から決定される。特異姿勢を回避するために、本発明では、次の2つの手法を取る。
(2−1)手先効果器の姿勢(ツール姿勢)をワーク姿勢に合わせたときが特異点となる場合、姿勢変換ツールの関節回転角を変化させ、異なるツール姿勢について演算を行う。
(2−2)特異点を含まないツール姿勢の一覧をテーブル配列に記憶しておき、テーブル配列の中から設定された作業に最適なツール姿勢を選択する。
The outline of the means for solving the above problems is as follows.
(1) Expression of gripping posture (1-1) A posture conversion tool for gripping a workpiece is provided. This posture conversion tool can be attached to the arm unit, and is a hand effector (for example, a finger mechanism), a drive mechanism for posture conversion, and a means for calculating the amount of movement and rotation of the drive actuator for posture expression. Have
(1-2) A posture expression including virtual posture conversion is realized. Making use of the characteristics of the workpiece, which is a flexible object, the hand effector after gripping and the posture of the workpiece (pose) are accurately matched. The robot hand joint angle control can be calculated by including virtual fingers and virtual joints, or the deformation of the cloth within the allowable range can be used to allow the robot hand to work with a small degree of freedom. .
(2) Calculation of joint angle In order to express a desired gripping posture by the posture conversion tool, a robot controller having means for calculating the movement amount / rotation amount of all the drive actuators is required. Normally, if control values such as coordinates and tool parameters are input, the movement amounts and rotation amounts of all the drive actuators can be calculated by inverse kinematic calculation. However, when the control value includes a singular posture (singular point), a solution cannot be obtained by a normal calculation. Here, the peculiar posture refers to a posture in which the number of joints and motors is sufficient, but it cannot move in a specific direction. Where this unique posture is located is determined from the relationship between the length of each link of the manipulator and the orientation in which the joint is fixed with respect to each link. In order to avoid the singular posture, the present invention takes the following two methods.
(2-1) When the posture of the hand effector (tool posture) matches the workpiece posture is a singular point, the joint rotation angle of the posture conversion tool is changed, and calculation is performed for different tool postures.
(2-2) A list of tool postures not including singular points is stored in a table array, and an optimum tool posture for the set work is selected from the table array.

通常、マニピュレータにはヤコビ行列が特異となる関節角度の組み合わせが存在する。マニピュレータはその作業空間の境界に特異点をもっており、大部分は作業空間の内部に特異点の軌跡を持っている。特異点は次の二つに分類できる。一つは作業空間境界特異点であり、マニピュレータが伸びきった状態や折り曲がって重なった状態で存在し、手先効果器が作業空間付近あるいは境界状にある状態である。もう一つは作業空間内部特異点であり、一般的に二つ以上の関節軸が一直線上に並んだときにおこる。姿勢変換ツールはこの両方の特異点に対してツール姿勢の変化をさせることでこれらの特異点を回避する。
なお、特異姿勢の判定には、ヤコビ行列の行列式を計算し正則行列であるか判定することが好ましい。ヤコビ行列が特異である場合、すなわち逆行列が存在しない場合、その行列は正則行列でなく行列式は0になることで判定できる。ここで、ヤコビ行列とは、それぞれの関節が微小回転を行ったとき、それに応じて手先がデカルト座標でどれだけ動いたか、といった関係を表した行列である。逆運動学計算は一般に計算が複雑になるが、ヤコビ行列が求まるとロボットハンドの動きを簡単に計算することができるからである。
Usually, a manipulator has a combination of joint angles that makes the Jacobian matrix unique. Manipulators have singularities at the boundaries of their workspace, and most have singularity trajectories inside the workspace. Singular points can be classified into the following two types. One is a work space boundary singularity, which exists in a state where the manipulator is fully extended or folded and overlapped, and the hand effector is in the vicinity of the work space or in a boundary shape. The other is a singular point inside the work space, generally occurring when two or more joint axes are aligned. The posture conversion tool avoids these singular points by changing the tool posture with respect to both of these singular points.
For the determination of the singular posture, it is preferable to determine whether the matrix is a regular matrix by calculating a determinant of the Jacobian matrix. When the Jacobian matrix is singular, that is, when there is no inverse matrix, the matrix is not a regular matrix and can be determined by the determinant being 0. Here, the Jacobian matrix is a matrix that represents a relationship such as how much the hand moves in Cartesian coordinates in response to each joint performing a slight rotation. This is because inverse kinematics calculation is generally complicated, but once the Jacobian matrix is obtained, the movement of the robot hand can be easily calculated.

以上の技術思想に基づく課題を解決するための手段を下記に記載する。
[1]開閉動作するフィンガーによりワークを把持する把持部と、把持部を空間内で移動させる多数軸からなる駆動部と、把持位置情報取得手段と、演算部とを備えるロボットハンドシステムにより柔軟物であるワークを把持する方法であって、把持位置情報取得手段により取得したワークの特徴部の情報に基づき柔軟物の把持位置を判定する第1工程、前記演算部が、開状態にあるフィンガー内にワークの把持位置が位置するよう、把持部の経路および姿勢を設定する第2工程、前記駆動部により前記把持部を移動させ、ワークの把持位置を把持する第3工程、を有することを特徴とするワークの把持方法。
[2]前記駆動部は、2自由度での姿勢変換を可能とし、前記演算部は、前記第2工程において、前記ワークの座標系と前記フィンガーの座標系の原点および2つの軸を一致させ、前記ワークの第1の軸に対する許容回転角度を設定し、当該許容回転角度内で把持部を回動させる仮想軸を設定し、把持部の経路および姿勢を設定する工程を有することを特徴とする[1]に記載のワークの把持方法。
[3]前記駆動部は、1自由度での姿勢変換を可能とし、前記演算部は、前記第2工程において、前記ワークの座標系と前記フィンガーの座標系の原点および2つの軸を一致させ、前記ワークの第1の軸に対する許容回転角度を設定し、当該許容回転角度内で把持部を回動させる第1の仮想軸と、前記ワークの第1の軸に直交する第2の軸に対する許容回転角度を設定し、当該許容回転角度内で把持部を回動させる第2の仮想軸とを設定し、把持部の経路および姿勢を設定する工程を有することを特徴とする[1]に記載のワークの把持方法。
[4]前記ワークが、シート状の布類であることを特徴とする[1]ないし[3]のいずれかに記載のワークの把持方法。
[5]フィンガーの姿勢変換を3自由度で行うワークの把持装置であって、ロボットアームへの取付面(105)を有し、取付面(105)に対する法線方向に中心軸をもつ回転軸駆動部(101)と、回転軸駆動部(101)に、回転軸駆動部(101)の中心軸と所定の角度α1を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部(102)と、回転軸駆動部(102)に、回転軸駆動部(102)の中心軸と所定の角度α2を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部(103)と、回転駆動部(103)に接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、これらの作動を制御するロボットコントローラと、を備え、前記ロボットコントローラは、フィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持するワークの把持装置。
[6]フィンガーの姿勢変換を2自由度で行うワークの把持装置であって、ロボットアームへの取付面(105)を有し、取付面(105)に対する法線方向に中心軸をもつ回転軸駆動部(101)と、回転軸駆動部(101)に、回転軸駆動部(101)の中心軸と所定の角度α1を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部(102)と、回転軸駆動部(102)に、回転軸駆動部(102)の中心軸と所定の角度α2を構成する中心軸をもつように接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、これらの作動を制御するロボットコントローラと、を備え、前記ロボットコントローラは、ワークの変形方向に仮想軸を設定し、フィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持するワークの把持装置。
[7]フィンガー機構の先端の位置決めをデカルト座標で制御するロボットアームをさらに備えることを特徴とする[5]または[6]に記載のワークの把持装置。
[8]フィンガーの姿勢変換を1自由度で行うワークの把持装置であって、ロボットアームへの取付面(105)を有し、取付面(105)に対する法線方向と所定の角度α1を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部(102)と、回転軸駆動部(102)に、回転軸駆動部(102)の中心軸と所定の角度α2を構成する中心軸をもつように接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、これらの作動を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、把持姿勢が特異姿勢となった場合に、回転駆動部(102)を所定角度回転し、取付面(105)に接続可能な6自由度のロボットアームの関節を姿勢変換に利用してフィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持することを可能とするワークの把持装置。
[9]ロボットアームへの取付面(105)と、取付面(105)に接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、コントローラと、を備え、前記コントローラは、把持姿勢が特異姿勢となった場合に、ワークの変形方向に仮想軸を設定し、取付面(105)に接続可能な6自由度のロボットアームの関節を姿勢変換に利用してフィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持することを可能とするワークの把持装置。
[10]ワークの把持位置を規定する1ないし3点の特徴部の情報を取得する把持位置情報取得手段をさらに備え、前記ロボットコントローラは、前記特徴部の情報に基づきワーク姿勢を演算し、ワーク姿勢に基づきフィンガー機構の把持姿勢を演算する演算工程と、把持姿勢が特異点でないかを判定し、特異点であると判定した場合には再度把持姿勢を演算する判定工程とを有することを特徴とする[8]または[9]に記載のワークの把持装置。
Means for solving the problems based on the above technical idea will be described below.
[1] A robot hand system including a gripping unit that grips a workpiece with fingers that open and close, a driving unit that includes multiple axes that move the gripping unit in space, a gripping position information acquisition unit, and a calculation unit. A first step of determining a gripping position of a flexible object on the basis of information on a characteristic part of the workpiece acquired by the gripping position information acquisition unit, and the calculation unit is in a finger in an open state. A second step of setting the path and posture of the gripping unit so that the gripping position of the workpiece is positioned at the second position, and a third step of gripping the gripping position of the workpiece by moving the gripping unit by the driving unit. The gripping method of the workpiece.
[2] The drive unit enables posture conversion with two degrees of freedom, and the calculation unit matches the origin of the coordinate system of the workpiece with the origin of the coordinate system of the finger and two axes in the second step. A step of setting an allowable rotation angle with respect to the first axis of the workpiece, setting a virtual axis for rotating the gripping portion within the allowable rotation angle, and setting a path and posture of the gripping portion. The work gripping method according to [1].
[3] The drive unit enables posture conversion with one degree of freedom, and the calculation unit causes the coordinate system of the workpiece and the origin of the coordinate system of the finger and two axes to coincide in the second step. A first virtual axis that sets an allowable rotation angle with respect to the first axis of the workpiece and rotates the gripping portion within the allowable rotation angle, and a second axis that is orthogonal to the first axis of the workpiece. [1], including a step of setting an allowable rotation angle, setting a second virtual axis for rotating the grip portion within the allowable rotation angle, and setting a path and posture of the grip portion. The workpiece gripping method described.
[4] The work gripping method according to any one of [1] to [3], wherein the work is a sheet-like cloth.
[5] A workpiece gripping device that performs finger posture conversion with three degrees of freedom, having a mounting surface (105) for the robot arm, and a rotation axis having a central axis in a normal direction to the mounting surface (105) A drive unit (101), and a rotary drive unit (102) connected to the rotary shaft drive unit (101) so as to have a central axis that forms a predetermined angle α1 with the central axis of the rotary shaft drive unit (101) A rotation drive unit (103) connected to the rotation axis drive unit (102) so as to have a central axis that forms a predetermined angle α2 with the central axis of the rotation axis drive unit (102), and the rotation drive unit (103 A finger mechanism for holding a workpiece that is a flexible object, and a robot controller for controlling the operation of the workpiece. The robot controller calculates a posture of the finger mechanism to obtain a desired workpiece. A workpiece gripping device that grips in a different gripping posture.
[6] A workpiece gripping device that performs finger posture conversion with two degrees of freedom, having a mounting surface (105) for the robot arm, and a rotation axis having a central axis in a normal direction to the mounting surface (105) A drive unit (101), and a rotary drive unit (102) connected to the rotary shaft drive unit (101) so as to have a central axis that forms a predetermined angle α1 with the central axis of the rotary shaft drive unit (101) A finger mechanism for holding a workpiece, which is a flexible object, connected to the rotary shaft drive unit (102) so as to have a central axis that forms a predetermined angle α2 with the central axis of the rotary shaft drive unit (102). A robot controller for controlling these operations, wherein the robot controller sets a virtual axis in the deformation direction of the workpiece and calculates the posture of the finger mechanism to hold the workpiece in a desired holding posture. Gripping device.
[7] The workpiece gripping device according to [5] or [6], further including a robot arm that controls positioning of the tip of the finger mechanism with Cartesian coordinates.
[8] A workpiece gripping device that changes the posture of a finger with one degree of freedom, and has a mounting surface (105) to the robot arm, and forms a predetermined angle α1 with the normal direction to the mounting surface (105). The rotation drive unit (102) connected so as to have a central axis and a rotation axis drive unit (102) having a central axis that forms a predetermined angle α2 with the central axis of the rotation axis drive unit (102). A finger mechanism for holding a workpiece, which is a flexible object, and a controller that controls the operation of the finger mechanism. When the gripping posture becomes a specific posture, the controller drives the rotation drive unit (102 ) Is rotated by a predetermined angle, and the posture of the finger mechanism is calculated by using the joint of the robot arm of 6 degrees of freedom connectable to the mounting surface (105) for posture conversion, thereby gripping the workpiece in a desired gripping posture. A workpiece gripping device that makes it possible to
[9] An attachment surface (105) to the robot arm, a finger mechanism for holding a workpiece that is a flexible object connected to the attachment surface (105), and a controller, wherein the controller has a gripping posture. In the case of a unique posture, a virtual axis is set in the deformation direction of the workpiece, and the posture of the finger mechanism is calculated by using the joint of the robot arm with 6 degrees of freedom connectable to the mounting surface (105) for posture transformation. Thus, a workpiece gripping device that enables a workpiece to be gripped in a desired gripping posture.
[10] The apparatus further includes gripping position information acquisition means for acquiring information on one to three feature portions that define the gripping position of the workpiece, and the robot controller calculates a workpiece posture based on the information on the feature portion, A calculation step of calculating a gripping posture of the finger mechanism based on the posture, and a determination step of determining whether the gripping posture is a singular point and calculating the gripping posture again when it is determined that the gripping posture is a singular point The workpiece gripping device according to [8] or [9].

本発明によれば、不定形で柔軟な布のようなワークの特徴部を、ワーク姿勢に対する許容範囲内のツール姿勢で把持することが可能となる。
また、従来技術では自由度が不足するとされたロボットハンドによっても、把持後のワーク姿勢とツール姿勢が一致するように把持することができる。
さらに、特異点を回避した把持姿勢を常時設定することが可能となる。
According to the present invention, it is possible to grip a workpiece feature such as an indeterminate and flexible cloth with a tool posture within an allowable range for the workpiece posture.
Further, even with a robot hand that is considered to have insufficient degrees of freedom in the prior art, it can be gripped so that the workpiece posture after gripping matches the tool posture.
Furthermore, it is possible to always set a gripping posture that avoids singular points.

最良の形態の本発明を、洗濯されたタオル等の布類のハンドリングシステムの例で説明する。
本発明のハンドリングシステムは、図1に示すように、コンベア装置9により搬送されるワーク5を、ロボットハンドA10およびロボットハンドB20により折畳機8に投入するためのものである。
本発明のハンドリングシステムの構成要素は、フレーム1内に配置される。このハンドリングシステムは、プルアップハンド2、全体撮像機構3、認識用台7、ロボットハンドA10、およびロボットハンドB20を実質的な構成要素とする。
The best mode of the present invention will be described with an example of a handling system for a cloth such as a washed towel.
As shown in FIG. 1, the handling system of the present invention is for loading a work 5 conveyed by a conveyor device 9 into a folding machine 8 by a robot hand A10 and a robot hand B20.
The components of the handling system of the present invention are arranged in the frame 1. This handling system includes the pull-up hand 2, the entire imaging mechanism 3, the recognition base 7, the robot hand A10, and the robot hand B20 as substantial components.

なお、本明細書において用いる下記の「用語」は、特に断りの無い限り次の意味を有する。
位置:3次元のデカルト座標で表現された位置
姿勢:3次元のデカルト座標のなかで表現された別の座標系の方向
ポーズ:位置・姿勢、および、ある座標系のなかにある別の座標系の位置・姿勢
座標:ある座標系で表現された座標値
In addition, the following "term" used in this specification has the following meaning unless there is particular notice.
Position: Position and orientation expressed in 3D Cartesian coordinates: Direction of another coordinate system expressed in 3D Cartesian coordinates Pose: Position and orientation, and another coordinate system in a certain coordinate system Position and orientation coordinates: coordinate values expressed in a certain coordinate system

《撮像機構》
フレーム1の上方位置には、ステレオ視覚センサである全体撮像機構3が設けられている。
全体撮像機構3は、投影パターン60を投射するためのプロジェクタ31を有している。全体撮像機構3での撮像により、ワークの高さ計測および端部の位置を識別可能である。
<< Imaging mechanism >>
An overall imaging mechanism 3 that is a stereo visual sensor is provided above the frame 1.
The entire imaging mechanism 3 has a projector 31 for projecting the projection pattern 60. It is possible to identify the height of the workpiece and the position of the end by imaging with the whole imaging mechanism 3.

ロボットハンドA10に搭載される手先撮像機構A13およびロボットハンドB20に搭載される手先撮像機構B23についても、あおり光学系により構成した。手先撮像機構13および手先撮像機構23は、投影パターン60を投射するために、プロジェクタ31と同様のプロジェクタ41を有している。   The hand image pickup mechanism A13 mounted on the robot hand A10 and the hand image pickup mechanism B23 mounted on the robot hand B20 are also configured by the tilt optical system. The hand imaging mechanism 13 and the hand imaging mechanism 23 include a projector 41 similar to the projector 31 in order to project the projection pattern 60.

《ロボットハンド》
本発明のロボットハンド10,20は、多数軸の関節からなるアーム部11,21と、アーム部11,21に取り付けられた姿勢変換ツール100とを備える。ロボットハンドの構成については、実施例において詳細に説明する。
《Robot hand》
The robot hands 10 and 20 of the present invention include arm portions 11 and 21 formed of multi-axis joints, and a posture conversion tool 100 attached to the arm portions 11 and 21. The configuration of the robot hand will be described in detail in the embodiments.

《1.作業工程の概要》
図2は、本発明のハンドリングシステムにおける作業工程の概要を説明するための図面である。
(a)最高点の検出
この工程では、全体撮像機構3での撮像データに基づき、ワークの山6の最高点を検出する。ここで、ワークの山6は、洗濯後、脱水された状態で積層された無模様単色のタオルの山である。ワークの山6の最高点をロボットハンドAまたはBにより掴む。
(b)ワークの端部の把持
(i)ロボットハンドにより掴んだワーク5を、認識用台7の上に展開する。
(ii)手先撮像機構によりワークの一方の概ね端部と思われる箇所を判定し、フィンガー機構により当該箇所を掴む。
<< 1. Outline of work process >>
FIG. 2 is a drawing for explaining the outline of the work process in the handling system of the present invention.
(a) Detection of highest point In this step, the highest point of the workpiece peak 6 is detected based on the imaging data of the entire imaging mechanism 3. Here, the pile 6 of the work is a pile of non-patterned monochromatic towels stacked after being washed and dehydrated. Grab the highest point of the workpiece peak 6 with the robot hand A or B.
(b) Grasping the workpiece edge
(i) The work 5 gripped by the robot hand is developed on the recognition table 7.
(ii) A location that is considered to be one of the end portions of the workpiece is determined by the hand imaging mechanism, and the location is grasped by the finger mechanism.

(c)ワークの角部の把持
フィンガー機構で掴んだワークをプルアップハンド2に受け渡す。プルアップハンド2により吊されたワークの角部を手先撮像機構により判定し、フィンガー機構によりワークの角部を把持する。
(d) ワークの他の角部の把持
ワークの角部を把持した状態で、ロボットハンドによりワークを上方に引き上げる。すると、他の角部がワークの下方に位置される。ワークの他の角部を手先撮像機構4により判定し、もう一方のロボットハンドのフィンガー機構によりワークの他の角部を把持する。
(e)ワークの折畳機への投入
2つの角部を掴まれたワークは、2つのロボットハンドにより展張された状態で、折畳機のコンベア上に載置される。折畳機によりワークは所定の折り数で折り畳まれる。
(c) Grasping the corner of the workpiece Transfer the workpiece gripped by the finger mechanism to the pull-up hand 2. The corner of the work suspended by the pull-up hand 2 is determined by the hand imaging mechanism, and the corner of the work is gripped by the finger mechanism.
(d) Holding the other corner of the workpiece While holding the corner of the workpiece, pull the workpiece upward by the robot hand. Then, the other corner is positioned below the workpiece. The other corner of the workpiece is determined by the hand imaging mechanism 4 and the other corner of the workpiece is gripped by the finger mechanism of the other robot hand.
(e) Inserting the work into the folding machine The work gripped at the two corners is placed on the conveyor of the folding machine in a state of being extended by two robot hands. The work is folded at a predetermined number of folds by the folding machine.

《2.フィンガー機構による把持》
図3は、フィンガー機構によりワークを把持する手順の流れ図である。
まず、計測命令により把持位置情報を取得する。ロボットアームに取り付けられた計測センサを移動することで計測原点を計測用の設定ポーズに移動する。ワーク5の撮像によりワーク5の把持位置情報が入力される。手先撮像機構4によりワーク5を撮像し、特徴点情報を含む画像データをコンローラに送信し、その撮像データに画像処理を施すことにより把持位置の判定が行われる。より詳細には、特徴点としての端点(P1)、長辺点(P2)、短辺点(P3)が検出される箇所を把持位置とする(STEP1)。本実施例では、特徴点のXYZ座標をそれぞれ測定し、ワーク5の姿勢を算出可能としている。
次に撮像した計測原点のポーズ情報をコントローラに入力し、STEP1で計測した座標値をロボット座標に変換するための基礎情報とする(STEP2)。
そして座標変換を行いロボット座標でのワーク端部のポーズを得て、このポーズがフィンガーの把持ポーズとなる(STEP3)。
ワーク5の把持位置が確定すると、把持位置までのロボットハンドの経路・姿勢の計算が行われる(STEP4)。続いて、算出したロボットハンドの経路に、特異点が含まれるなどにより経路・姿勢の表現が不可能でないかのチェックが行われる(STEP5)。経路・姿勢に不具合がある場合には、経路に不具合が含まれないことが確認されるまで経路の再計算が行われる。経路が確定すると、ロボットハンドへ経路情報が送信される(STEP6)。
<< 2. Grip by finger mechanism >>
FIG. 3 is a flowchart of a procedure for gripping a workpiece by the finger mechanism.
First, grip position information is acquired by a measurement command. By moving the measurement sensor attached to the robot arm, the measurement origin is moved to the setting pose for measurement. The grip position information of the workpiece 5 is input by imaging the workpiece 5. The workpiece 5 is imaged by the hand imaging mechanism 4, image data including feature point information is transmitted to the controller, and image processing is performed on the imaged data to determine the gripping position. More specifically, a position where an end point (P1), a long side point (P2), and a short side point (P3) as feature points are detected is set as a gripping position (STEP 1). In the present embodiment, the XYZ coordinates of feature points are measured, and the posture of the workpiece 5 can be calculated.
Next, the pose information of the imaged measurement origin is input to the controller and used as basic information for converting the coordinate value measured in STEP 1 into robot coordinates (STEP 2).
Then, coordinate transformation is performed to obtain the pose of the workpiece end in the robot coordinates, and this pose becomes the finger grip pose (STEP 3).
When the gripping position of the workpiece 5 is determined, the path / posture of the robot hand up to the gripping position is calculated (STEP 4). Subsequently, it is checked whether or not the path / posture expression is impossible because the calculated path of the robot hand includes a singular point (STEP 5). When there is a defect in the route / posture, the route is recalculated until it is confirmed that the route does not include the defect. When the route is fixed, route information is transmitted to the robot hand (STEP 6).

本発明の詳細を実施例で説明する。が、本発明は実施例によって何ら限定されるものではない。   Details of the present invention will be described in the examples. However, the present invention is not limited to the examples.

[1]構造
実施例1のロボットハンドは、3自由度以上のアーム部11と、その先端に取り付けられた3自由度の姿勢変換ツール100を備えるものである。
アーム部11は、複数のマニピュレータにより構成され、例えば、図17に示すようなXYZの3軸を有するカーテジアン(デカルト座標系)ロボットアームであってもよいし、図6に示すような垂直多関節アームでもよい。アーム部11の各関節軸は、いずれも、例えば、サーボモータ等のアクチュエータ及び遊星歯車型等の減速機並びにエンコーダ等の位置検出器からなり、前記アクチュエータは、図示しないロボットコントローラにより駆動制御される。
本実施例では、フィンガーの先端点の位置は姿勢変換ツール100による姿勢変化によっては変化しない。先端点の位置はロボットアーム11で表現され、把持姿勢は姿勢変換ツール100で表現される。図示しないロボットコントローラが、フィンガーの先端点の位置制御とフィンガーの姿勢制御を行う。
姿勢変換ツール100は、図7、図8に示す如く構成され、取り付け面105に対して手先効果器104の姿勢を3自由度で変化させることができる。ツール100は、取り付け面105により、ロボットアーム部11に接続される。図7、図8ではΣMBがツールの取り付け面(メカニカルインターフェース)105のポーズ(座標系)であり、Σがフィンガーの姿勢を規定する座標系である。取り付け面105から順に、第一の関節101、第二の関節102、第三の関節103が配置され各関節ポーズが決められる。図7では、これらの関節軸をフィンガー先端の一点で交差するように配置している。手先効果器104の先端は、開閉を行う2指フィンガーが設けられており、把持部を構成する。この把持部は、ロータリーアクチュエータ103に取り付けられており、所望の姿勢を規定することができる。ロータリーアクチュエータ103のもう一方の端部には、フィンガーの長さ方向(W方向)に対してα度傾斜した回転軸が配置され、該回転軸はロータリーアクチュエータ102と接続されている。ロータリーアクチュエータ102のもう一方の端部にはその回転軸に対してα度傾斜した回転軸が配置され、該回転軸にはロータリーアクチュエータ101が接続される。ここでα、αはともに鋭角である。また、α、αは、後述する理由により同じ角度とすることが好ましい。
なお、本実施例の姿勢変換ツール100は、姿勢変化のみを目的としたものである。そのため、ワーク端部とフィンガー端部の並進位置関係を制御できるように、ツール100またはワークを並進移動するための移動機構を設けることが望ましい。
[1] Structure The robot hand according to the first embodiment includes an arm unit 11 having three or more degrees of freedom and a posture changing tool 100 having three degrees of freedom attached to the tip thereof.
The arm unit 11 is composed of a plurality of manipulators, and may be, for example, a Cartesian (Cartesian coordinate system) robot arm having three axes of XYZ as shown in FIG. 17, or a vertical articulated joint as shown in FIG. An arm may be used. Each joint shaft of the arm unit 11 includes, for example, an actuator such as a servo motor, a planetary gear type speed reducer, and a position detector such as an encoder, and the actuator is driven and controlled by a robot controller (not shown). .
In the present embodiment, the position of the tip point of the finger does not change due to the posture change by the posture conversion tool 100. The position of the tip point is expressed by the robot arm 11, and the gripping posture is expressed by the posture conversion tool 100. A robot controller (not shown) controls the position of the finger tip and the posture of the finger.
The posture conversion tool 100 is configured as shown in FIGS. 7 and 8, and can change the posture of the hand effector 104 with respect to the attachment surface 105 with three degrees of freedom. The tool 100 is connected to the robot arm unit 11 by an attachment surface 105. 7 and 8, Σ MB is a pose (coordinate system) of a tool mounting surface (mechanical interface) 105, and Σ 3 is a coordinate system that defines the posture of the finger. In order from the mounting surface 105, a first joint 101, a second joint 102, and a third joint 103 are arranged to determine each joint pose. In FIG. 7, these joint axes are arranged so as to intersect at one point of the finger tips. The tip of the hand effector 104 is provided with a two-finger finger that opens and closes and constitutes a gripping portion. This gripping part is attached to the rotary actuator 103 and can define a desired posture. At the other end of the rotary actuator 103, a rotating shaft inclined by α 2 degrees with respect to the finger length direction (W direction) is arranged, and the rotating shaft is connected to the rotary actuator 102. At the other end of the rotary actuator 102, a rotation axis inclined by α 1 degree with respect to the rotation axis is arranged, and the rotary actuator 101 is connected to the rotation axis. Here, α 1 and α 2 are both acute angles. Further, α 1 and α 2 are preferably set to the same angle for the reason described later.
Note that the posture conversion tool 100 of this embodiment is intended only for posture change. Therefore, it is desirable to provide a moving mechanism for translating the tool 100 or the workpiece so that the translational positional relationship between the workpiece end and the finger end can be controlled.

上記において、αを大きく設定するほど自由に姿勢表現ができる範囲が大きくなる。α=90度では、理論上、ツール姿勢のW方向姿勢を、球面の全表面から中心に向かうような自由度表現できるが、ワークを把持するときツール自体がワークに干渉しやすくなるため現実的でない。したがって、広範囲な姿勢変換をしない場合は、リンクの長さが短くなり小型軽量になるのでαを小さく設定する方が有利である。でαは、例えば、18度、22.5度、45度の中から選択して採用するのが好ましい。αとαは異なっても制御可能だが数値の絶対値は同じ値であることが好ましい。差が生じたときに、θ1軸付近で作業不可能な範囲が発生するためである。
本発明の構成においては、上述のとおり各軸の延長線が交差するように配置されているため、関節ポーズの原点は公差する点に配置される。従って、最も簡便に計算できるようにパラメータを決定すると、diとai−1は、全ての関節について0になる。また、フィンガー先端の交差位置が計算上の関節ポーズの原点位置になるので、関節3のポーズがそのままツール姿勢になる。
このようにリンクパラメータを決定することにより、各関節の回転角θ1〜3を回転させたときのツール姿勢(フィンガーポーズ)を計算できることになる。
本実施例では、ツール100の剛性とのトレードオフを計算しながら必要な姿勢表現範囲を設定している。例えば、α=α=18度のときは、頂角72度の円錐内でフィンガーは把持姿勢を表現する。例えば、α=α=45度のときは、頂角180度、すなわち半球内でフィンガーは把持姿勢を表現する。上述したロボットハンドのリンクパラメータをDH記法(デナビット−ハーテンベルク記法)で表したものが下記表1である。このリンクパラメータによれば、把持部の先端の位置は変わらない。すなわち、ツール取り付け面ポーズΣMBとフィンガー原点ポーズΣの並進位置は、θが回転しても不変である。
MB1の変換については本来d1を計算に含める必要があるが、簡便のためMB0 01の形式にしている。実際の先端の位置制御については並進移動量を計算するが、このときその制御値にMB0に含めたd0に相当する補正を加えることでフィンガー先端の位置制御が可能である。
また、図8では、計算の簡便のためにΣの位置をメカニカルインターフェースのポーズΣMBの原点からd離れた場所にしている。一般的な、多関節ロボットやカーテジアンロボットのコントローラを用いて、ロボット遊端軸とΣ間のリンクパラメータを入力・設定することで所望のΣの姿勢を表現でき、その姿勢から把持姿勢をとるためにはθi(i=1から3)の回転角を計算すればよい。
In the above, as α 1 is set larger, the range in which the posture can be expressed freely becomes larger. When α = 90 degrees, the W-direction posture of the tool posture can theoretically be expressed in degrees of freedom from the entire surface of the spherical surface toward the center, but it is realistic because the tool itself easily interferes with the workpiece when gripping the workpiece. Not. Therefore, non extensive posture conversion, it is advantageous to set small alpha 1 Since the length of the link is shortened it becomes small and light. Α 1 is preferably selected from, for example, 18 degrees, 22.5 degrees, and 45 degrees. Although α 1 and α 2 can be controlled even if they are different, the absolute values of the numerical values are preferably the same. This is because when the difference occurs, a work impossible range is generated near the θ1 axis.
In the configuration of the present invention, since the extension lines of the axes intersect as described above, the origin of the joint pose is arranged at a tolerance point. Accordingly, when parameters are determined so that they can be calculated most simply, di and a i−1 are 0 for all joints. Further, since the intersection position of the finger tips becomes the origin position of the calculated joint pose, the pose of the joint 3 becomes the tool posture as it is.
By determining the link parameters in this manner, the tool posture (finger pose) when the rotation angles θ1 to 3 of each joint are rotated can be calculated.
In this embodiment, a necessary posture expression range is set while calculating a trade-off with the rigidity of the tool 100. For example, when α 1 = α 2 = 18 degrees, the fingers express a gripping posture within a cone having an apex angle of 72 degrees. For example, when α 1 = α 2 = 45 degrees, the apex angle is 180 degrees, that is, the fingers express the gripping posture in the hemisphere. Table 1 below shows the link parameters of the robot hand described above in DH notation (Denabit-Hartenberg notation). According to this link parameter, the position of the tip of the grip portion does not change. That is, the translation positions of the tool attachment surface pose Σ MB and the finger origin pose Σ 0 are unchanged even when θ rotates.
For conversion of MB T 1 , d1 should be included in the calculation, but for the sake of simplicity, the format is MB T 0 0 T 1 . For the actual position control of the tip, the translational movement amount is calculated. At this time, the position control of the finger tip can be performed by adding a correction corresponding to d0 included in MB T 0 to the control value.
Further, in FIG. 8, for the sake of simplicity of calculation, the position of Σ 0 is set at a position d 0 away from the origin of the mechanical interface pause Σ MB . General, articulated by using a robot or Cartesian robot controller of can express desired sigma 0 posture by inputting and setting the link parameters between the robot the free end shaft and sigma 0, gripping posture from the posture In order to take this, the rotation angle of θi (i = 1 to 3) may be calculated.

DH記法においては、関節i−1軸とi軸が唯一つもつ共通法線をX軸とおき、各軸の軸方向をZ軸と考え、関節i−1からiの間の共通法線(X軸)周りのひねり角をαi-1とし(図8iii参照)、関節iのZ軸周りの各共通法線(X軸)の角度をθiとするパラメータとしている(図8iv参照)。共通法線の長さはai-1である。また、Z軸上での共通法線のずれをdiとしている。 In the DH notation, the common normal that the joint i-1 axis and the i axis have only one is taken as the X axis, the axial direction of each axis is considered as the Z axis, and the common normal between the joints i-1 to i ( The twist angle around (X axis) is α i-1 (see FIG. 8iii), and the angle of each common normal (X axis) around the Z axis of joint i is θi (see FIG. 8iv). The length of the common normal is a i-1 . In addition, the shift of the common normal on the Z axis is denoted by di.

[2]把持姿勢の表現
手先効果器のツール姿勢の変換表現方法としては、同次変換行列を用いた方法が知られている。上述したツール100の各関節に回転角度を与えたときのツール姿勢の姿勢表現は、順運動学計算で算出でき、下記式1および2のとおりとなる。ここで、θ1は符号101の回転軸に、θ2は符号102の回転軸に、θ3は符号103の回転軸に対応する。また、α1=18°、α2=−18度と見る。なお、表記法で、si=sinθi、ci=cosθiである。
[2] Representation of gripping posture As a transformation representation method of the tool posture of the hand effector, a method using a homogeneous transformation matrix is known. The posture expression of the tool posture when the rotation angle is given to each joint of the tool 100 described above can be calculated by forward kinematics calculation, and is expressed by the following equations 1 and 2. Here, θ1 corresponds to the rotation axis denoted by reference numeral 101, θ2 corresponds to the rotation axis denoted by reference numeral 102, and θ3 corresponds to the rotation axis denoted by reference numeral 103. Further, α1 = 18 ° and α2 = −18 degrees. In the notation, s i = sin θ i and c i = cos θ i .

世界座標をロボットの制御座標に一致させる設定をしておけば、例えば、ツール姿勢のUVWの各軸の世界座標の各基底軸成分を行列で表現することができる。ワーク姿勢と合致するツール姿勢が把持姿勢となる。   If the world coordinates are set to match the control coordinates of the robot, for example, each base axis component of the world coordinates of each axis of the UVW of the tool posture can be expressed in a matrix. The tool posture that matches the workpiece posture is the gripping posture.

[3]ワーク姿勢の識別
ワーク姿勢は、例えば、ステレオ視覚センサなどの外部センサにより得られたワーク特徴部の情報に基づき取得される。外部センサと、ロボットハンドの接続態様の一例を図13に、外部センサとロボットハンドの通信処理フローの一例を図14に示す。ただし、本発明の外部視覚センサはこれに限定されるものではなく、他の公知の構成を適用することが可能である。
ワーク姿勢は、ワーク端部の特徴部により規定されるワークの姿勢のことであり、例えば、図4に示すように、端部P1、長辺上の点P2、短辺上の点P3のデカルト座標(直交座標)でのベース座標値(XYZ座標値)で規定される。ここで、ワークが布のような柔軟物である場合、その形状が変化するので既知の形状モデルとのマッチングによりポーズ推定することが困難な場合が多いという問題がある。このため、ワーク端部の識別された特徴部の3点から、長辺方向および短辺方向のベクトルを識別し、ポーズ推定を行う処理を施している。
本実施例の姿勢変換ツール100は、3つの関節の回転自由度を有しており、把持部のツール姿勢がワーク姿勢と同じ姿勢になるようにする。このポ−ジングのために関節角度の計算を行う際に、上述のP1〜P3の座標情報を目標把持姿勢情報に変換する手順を、図15を参照しながら以下に説明する。
以下では、ワーク姿勢の短辺方向とツール姿勢のW方向を一致させた際の計算方法を述べるが、ワーク姿勢の長辺方向をツール姿勢のV方向を一致させた際も同様の手順により計算を行うことができることはもちろんである。
[3] Identification of workpiece posture The workpiece posture is acquired based on information on a workpiece feature obtained by an external sensor such as a stereo visual sensor. An example of a connection mode between the external sensor and the robot hand is shown in FIG. 13, and an example of a communication processing flow between the external sensor and the robot hand is shown in FIG. However, the external visual sensor of the present invention is not limited to this, and other known configurations can be applied.
The workpiece posture is the workpiece posture defined by the feature portion of the workpiece edge. For example, as shown in FIG. 4, the Cartesian of the end portion P1, the point P2 on the long side, and the point P3 on the short side. It is defined by base coordinate values (XYZ coordinate values) in coordinates (orthogonal coordinates). Here, when the work is a flexible object such as a cloth, since the shape changes, there is a problem that it is often difficult to estimate the pose by matching with a known shape model. For this reason, a process of identifying a vector in the long side direction and the short side direction from three points of the identified characteristic part of the workpiece end and performing pose estimation is performed.
The posture conversion tool 100 according to the present embodiment has the degree of freedom of rotation of the three joints so that the tool posture of the gripper is the same as the workpiece posture. A procedure for converting the above-described coordinate information of P1 to P3 into target gripping posture information when calculating the joint angle for this posing will be described below with reference to FIG.
In the following, the calculation method when the short side direction of the workpiece posture and the W direction of the tool posture are matched will be described, but the same procedure is performed when the long side direction of the workpiece posture is matched with the V direction of the tool posture. Of course you can do that.

(1)Pn(Xn,Yn,Zn)(n=1,2,3)から短辺ベクトルP3、長辺ベクトルP2を導出する。
Pn(u,v,w)= Pn(u,v,w)−P1(u,v,w)
(2)短辺ベクトルと長辺ベクトルの内積を判定し、特徴部の直角度の不良を判定する。不良なら違う端部を探す、若しくは、放棄して次のワークを識別する。これは、不定形で柔軟な布のようなワークの場合、認識した端部形状が明らかに直角を形成していないことを意味しているからである。ベクトルが直交する場合内積は0になるので、適当な閾値以下であれば良好と判断し、処理を進行する。
(3)短辺ベクトル方向を正規化しベクトルWとする。
(4)短辺ベクトルと長辺ベクトルの外積を計算し、正規化しベクトルUとする。
(5)外積W×Uを計算し、正規化しベクトルVとする。
(6)世界座標の基底で表現したベクトルUVWからなる回転行列Rと、端点位置P1を成分とする同次変換行列GTMとして、これをワーク把持目標姿勢とする(式3参照)。
ここでは、センサ座標系でワークポーズを求め、世界座標に変換しているが、3点のセンサ座標系での座標値を世界座標値に変換してから世界座標でのワークポーズを求めてもよい。
(1) A short side vector P3 and a long side vector P2 are derived from Pn (Xn, Yn, Zn) (n = 1, 2, 3).
Pn (u, v, w) = Pn (u, v, w)-P1 (u, v, w)
(2) The inner product of the short side vector and the long side vector is determined, and the perpendicularity defect of the feature is determined. If it is defective, look for a different edge or abandon it to identify the next workpiece. This is because, in the case of a workpiece such as an irregular and flexible cloth, the recognized end shape clearly does not form a right angle. If the vectors are orthogonal, the inner product is 0, so if it is less than an appropriate threshold value, it is judged good and the process proceeds.
(3) Normalize the direction of the short side vector to obtain vector W.
(4) The cross product of the short side vector and the long side vector is calculated and normalized to obtain the vector U.
(5) Calculate the outer product W × U and normalize it to a vector V.
(6) and the rotation matrix R formed of vector UVW expressed in the base of the world coordinates, the end point position P1 as homogeneous transformation matrix G T M whose components, which is referred to as work gripping target posture (see Equation 3).
Here, the work pose is obtained in the sensor coordinate system and converted into world coordinates, but the coordinate value in the three sensor coordinate system is converted into the world coordinate value and then the work pose in world coordinates is obtained. Good.

なお、ワーク姿勢とツール姿勢の間に相対姿勢差を設ける場合には、ワーク姿勢に相対姿勢を表現する回転行列を作用させて把持姿勢を求めるとよい(式11参照)。   When a relative posture difference is provided between the workpiece posture and the tool posture, a gripping posture may be obtained by applying a rotation matrix expressing the relative posture to the workpiece posture (see Expression 11).

[4]関節回転角の計算
本実施例の姿勢変換ツール100で、把持姿勢を表現する際の各関節の回転角は、ワーク姿勢として与えられた回転行列RのWx、Wy、Wz成分に基づき回転軸駆動部103〜101の有するJ1’〜J3’の関節角度を算出することができる。
具体的には実施例1でJ1’からJ3’の回転角がθ1からθ3であたえられたときの把持姿勢をしめす回転行列は、θnによる回転をn-1Tnとして表記すると式4のようになる。
[4] Calculation of Joint Rotation Angle In the posture conversion tool 100 of this embodiment, the rotation angle of each joint when expressing the grip posture is based on the Wx, Wy, and Wz components of the rotation matrix R given as the workpiece posture. The joint angles of J1 ′ to J3 ′ included in the rotary shaft driving units 103 to 101 can be calculated.
Specifically, in the first embodiment, when the rotation angle from J1 ′ to J3 ′ is given from θ1 to θ3, the rotation matrix indicating the gripping posture is expressed as Equation 4 when the rotation by θn is expressed as n−1 T n. become.

上記式3の右辺は、計測により求められたワークポーズ情報であるが、これを上記式4の右辺とした方程式を考える。ここで、行列03で示されるワーク姿勢と、上記式で表現されるフィンガー姿勢を一致させるためのθ1からθ3の回転角度を求める逆運動学の計算式は、下記の式5〜7により規定される。
まず、Wz成分から、下記式5に基づきθ2が計算できる。
The right side of the above equation 3 is the work pause information obtained by measurement, and an equation with this as the right side of the above equation 4 is considered. Here, the inverse kinematic calculation formula for obtaining the rotation angle of θ1 to θ3 for matching the workpiece posture shown by the matrix 0 T 3 and the finger posture represented by the above equation is given by the following equations 5-7. It is prescribed.
First, from the Wz component, θ2 can be calculated based on Equation 5 below.

次に、Wx成分に、acosθ+bsinθ=C のときのθを求める公式である下記6を適用することで、θ1が計算できる。
Next, θ1 can be calculated by applying the following 6 which is a formula for obtaining θ when acos θ + bsin θ = C to the Wx component.

最後に、Vz成分から、下記式5に基づきθ3が計算できる。
Finally, from the Vz component, θ3 can be calculated based on Equation 5 below.

前記の計算は数4の行列の右辺の成分のうちのWz,Wy,Wz以外からも同様に求めることができる。
三角関数の特性で除算ができない等の問題が生じるケースがあるが、事前チェックとその状態からθを推測する。これによって3点のデカルト座標値が与えられたときの把持姿勢をとるための3軸マニピュレータの関節角度回転角の計算が可能になる。
また、デカルト座標で制御するロボットの取り付け面に本ツールを接続して、フィンガー先端の位置制御を行う場合には、式4の行列の左から下記の並進移動演算子を作用させることで順運動学の式になるので、並進移動量を含む運動学の計算式は下記式8および9のとおりとなる。
よって、並進移動量は上式の逆運動学を解くことによりベクトルPx,Py,Pzとなる。本実施例のフィンガー先端位置はθ1から3の回転によって変化しないという特徴があるので、単純に並進移動ベクトルを計算するだけですむ。
The above calculation can be similarly obtained from components other than Wz, Wy, and Wz in the right-hand side of the matrix of Equation 4.
There are cases in which division is not possible due to the characteristics of the trigonometric function, etc., but θ is estimated from a prior check and its state. This makes it possible to calculate the joint angle rotation angle of the three-axis manipulator for taking a gripping posture when given three Cartesian coordinate values.
In addition, when this tool is connected to the mounting surface of a robot controlled by Cartesian coordinates and the finger tip position is controlled, the following translational movement operator is applied from the left side of the matrix in Equation 4 to move forward. Therefore, the kinematic calculation formula including the translational movement amount is as shown in the following formulas 8 and 9.
Therefore, the translational movement amount becomes the vectors Px, Py, and Pz by solving the inverse kinematics of the above equation. Since the finger tip position of the present embodiment has the feature that it does not change with the rotation of θ1 to 3, it is only necessary to simply calculate the translational movement vector.

[5]フィンガー姿勢とワーク姿勢のマッチングによる関節回転角の計算
逆運動学計算による演算が困難な場合や、ワーク姿勢の選択肢が限られているような場合においては、演算を簡便に行うために、予め算出したθ1、θ2、θ3についてそれぞれの回転角の組み合わせのときの回転行列がどうなるか テーブルを持っておき、ワーク姿勢の回転行列と最もマッチする組み合わせを採用してもよい。表2は、θ1、θ2の選択肢を−135度から180度まで45度おきに設定したときの変換テーブルを例示するものである。なお、表2ではθ3=0としているが、実際にはθ3の選択肢についても同様のテーブルを用意する。
手先効果器が2指フィンガーの場合、反転した姿勢でも把持できるので反転姿勢の行列(ベクトルUおよびVの符号を入れ替えた行列)を選択肢に含めるとよい。
ベクトルWは、W=U×Vで示される外積である。姿勢一致の度合いは、フィンガー姿勢を構成するUVWの各ベクトルとワーク姿勢を構成するUVW座標軸の各基底ベクトルとの内積を判定する。ここで、どの軸を優先的にマッチングさせるかについては、把持の過程でおこる接触によりワークがより容易に回転可能な方向のベクトルを優先マッチングする。
なお、下記表2では各θiの選択肢を45°おきに設定しているが、より高精度な把持が必要なときはさらに細かいθiの選択肢を用意してマッチングさせることも当然可能である。
[5] Calculation of joint rotation angle by matching finger posture and workpiece posture When calculation by inverse kinematics is difficult, or when the choice of workpiece posture is limited, in order to perform calculation easily What happens to the rotation matrix when the rotation angles are combined for θ1, θ2, and θ3 calculated in advance may be stored and a combination that best matches the rotation matrix of the workpiece posture may be employed. Table 2 exemplifies a conversion table when options of θ1 and θ2 are set every 45 degrees from −135 degrees to 180 degrees. In Table 2, θ3 = 0 is set, but actually a similar table is prepared for the options of θ3.
When the hand effector is a two-finger finger, since it can be gripped even in an inverted posture, a matrix of inverted postures (a matrix in which the signs of vectors U and V are exchanged) may be included in the options.
The vector W is an outer product represented by W = U × V. The degree of attitude matching determines the inner product of each UVW vector constituting the finger attitude and each base vector of the UVW coordinate axes constituting the workpiece attitude. Here, as to which axis is to be preferentially matched, a vector in a direction in which the workpiece can be more easily rotated by contact that occurs in the gripping process is preferentially matched.
In Table 2 below, the choices for each θi are set every 45 °. However, if more precise gripping is required, it is naturally possible to prepare and match the finer choices of θi.

実施例2は、2自由度の姿勢変換ツールに関する。本実施例では、回転軸駆動部103を有しない点で実施例1の姿勢変換ツールと相違する。本実施例は、布などワークが変形することを利用し、把持により変形したワーク姿勢とツール姿勢を一致させる制御を行う。
[1]ワークの自由度
ワーク姿勢は、並進3自由度以外に3自由度をもつ。この点、本実施例の姿勢変換ツール100は、2自由度しか有しないため、ワーク姿勢と合致するツール姿勢を表現できない場合がある。しかし、ワークが布などの柔軟物である場合には、ワーク姿勢とツール姿勢に誤差があっても、2本のフィンガーの間にワークの端部が位置すればワークの把持は可能である。本実施例では、ワークが把持により変形することを利用し、ワーク姿勢とツール姿勢の許容される誤差を前提とした制御をおこなっている。
Example 2 relates to a posture conversion tool having two degrees of freedom. The present embodiment is different from the posture conversion tool of the first embodiment in that it does not have the rotation axis driving unit 103. The present embodiment uses the deformation of a workpiece such as a cloth, and performs control to match the workpiece posture deformed by gripping with the tool posture.
[1] Freedom of work The work posture has 3 degrees of freedom other than 3 degrees of translation. In this regard, since the posture conversion tool 100 according to the present embodiment has only two degrees of freedom, a tool posture that matches the workpiece posture may not be expressed. However, when the workpiece is a flexible object such as a cloth, the workpiece can be gripped if the end portion of the workpiece is positioned between the two fingers even if there is an error between the workpiece posture and the tool posture. In the present embodiment, control is performed on the premise of an allowable error between the workpiece posture and the tool posture by utilizing the fact that the workpiece is deformed by gripping.

[2]許容姿勢誤差
ワーク姿勢とツール姿勢との姿勢誤差は、ワーク姿勢を規定するU軸、V軸、W軸のそれぞれの軸に対して検討する必要がある。
下記の法則が実験結果により確認された(図12参照)。
(1)U軸に対して生じた姿勢誤差は、ワークを把持した後も修正されない。
(2)V軸およびW軸に対して生じた姿勢誤差は、許容範囲内の誤差であれば把持に伴うワークの変形により修正される。
[2] Permissible posture error The posture error between the workpiece posture and the tool posture needs to be examined for each of the U, V, and W axes that define the workpiece posture.
The following law was confirmed by the experimental results (see FIG. 12).
(1) The posture error generated with respect to the U axis is not corrected even after the workpiece is gripped.
(2) A posture error generated with respect to the V-axis and the W-axis is corrected by deformation of the workpiece accompanying gripping if it is within an allowable range.

姿勢誤差の許容範囲を決定するためのパラメータとしては、2指フィンガーの場合、ワークの最大厚さ、フィンガーの解放幅、フィンガーの幅、フィンガーの長さ(見かけ)、ワーク姿勢識別の正確性、ロボットハンドの動作制御の正確性、再現性などが挙げられる。より具体的には、図16および下記式10により求まるクリアランスDが、ロボット動作の正確性、再現性誤差よりも大きければ把持できる。
The parameters for determining the allowable range of posture error include, in the case of two finger fingers, the maximum workpiece thickness, finger release width, finger width, finger length (apparent), accuracy of workpiece posture identification, Examples include the accuracy and reproducibility of robot hand motion control. More specifically, if the clearance D obtained by FIG. 16 and the following equation 10 is larger than the accuracy and reproducibility error of the robot operation, the gripping can be performed.

[3]仮想軸および仮想フィンガー
上記許容姿勢誤差を規定することにより、自由度の低いロボットハンドを用いることが可能となる。また、ワーク姿勢に合致するツール姿勢が特異姿勢になる場合も、特異姿勢と異なるツール姿勢で把持を行うことが可能になる。
本実施例では、ワーク側のV軸およびW軸に対する変形を追加軸の一つの操作によるものとしてとらえている。すなわち、布の変形を仮想関節、フィンガーの回転と定義することで少ない自由度の姿勢変化ツールによっても把持姿勢を表現することが可能となる。
例えば、姿勢変化ツールが1自由度、2自由度の場合、仮想軸を持つ仮想フィンガーで把持姿勢を演算する。この際、仮想フィンガーは、ワーク姿勢と完全に合致する姿勢を取ることを前提に演算を行う。仮想フィンガーと実際のフィンガーの姿勢誤差が、把持可能な許容誤差範囲にあるならば把持は可能である。
例えば、図11に示すように、吊り下げた布片のV軸方向を合わせて把持を行う場合、布片の端部の姿勢は、長辺方向(V方向)が下向きの方向性を有することとなる。そして、実験の結果、V方向に中心軸を有する角度が30度の円錐のなかに殆どの布片が存在することが確認された。この範囲内で把持姿勢を取れば、把持により変形した布片の姿勢とフィンガーの姿勢は合致することとなる。
また、仮想関節に接続された仮想フィンガーを付加して演算を行うことにより、演算を簡便・高速に行うことを可能としている。すなわち、一方では仮想フィンガーをワーク姿勢に正確に合わせる計算を行い、他方では実際の関節および仮想関節の回転角度を計算し、把持のための進入から把持までの経路等をチェックする際に仮想関節の回転角度が前述の許容誤差内であるか判定し、許容誤差内であれば把持するという演算処理を行っている。
[3] Virtual axis and virtual finger By specifying the allowable posture error, it is possible to use a robot hand with a low degree of freedom. Further, even when the tool posture that matches the workpiece posture becomes a unique posture, it is possible to perform gripping with a tool posture different from the unique posture.
In this embodiment, the deformation of the workpiece side with respect to the V-axis and the W-axis is regarded as being caused by one operation of the additional shaft. That is, by defining the deformation of the cloth as virtual joints and finger rotations, it is possible to express the gripping posture even with a posture changing tool with a small degree of freedom.
For example, when the posture change tool has one degree of freedom and two degrees of freedom, the gripping posture is calculated with a virtual finger having a virtual axis. At this time, the calculation is performed on the assumption that the virtual finger takes a posture that completely matches the workpiece posture. If the posture error between the virtual finger and the actual finger is within an allowable error range that can be gripped, gripping is possible.
For example, as shown in FIG. 11, when gripping a cloth piece that is suspended along the V-axis direction, the end of the cloth piece has a direction in which the long side direction (V direction) is downward. It becomes. As a result of the experiment, it was confirmed that most of the cloth pieces were present in a cone having a central axis in the V direction of 30 degrees. If the gripping posture is taken within this range, the posture of the cloth deformed by the gripping and the posture of the finger coincide.
In addition, the calculation can be performed simply and at high speed by adding a virtual finger connected to the virtual joint and performing the calculation. That is, on the one hand, the virtual finger is accurately adjusted to the work posture, and on the other hand, the actual joint and the rotation angle of the virtual joint are calculated, and the virtual joint is checked when checking the path from entry to grip for gripping. It is determined whether the rotation angle is within the above-described allowable error, and if it is within the allowable error, a calculation process of gripping is performed.

[4]計算方法
回転軸駆動部103の有する間接の回転角θ1、回転軸駆動部102の有する間接の回転角θ2は、以下の手順により算出される。
まず、ワーク姿勢の回転行列Rをステレオ視覚センサからの情報に基づき算出する。次に、ワーク姿勢のW軸方向に着目する。
W軸がθ1+θ2を頂角とする円錐内にあり、かつ、θ1を頂角とする円錐の外にある場合、W軸は一致させられるがU,V軸は一致できない姿勢が存在することになる。W軸はZ方向に一致したとき以外は、W軸を一致させたときにはワークとの相対姿勢は一義的に決まり、2種類の組み合わせができる。このうち相対姿勢差が最も小さな組み合わせを選び、その姿勢差が限界以内であれば最終的な把持姿勢の変化なく把持ができる。具体的には以下の手順で計算する。
(1)W成分を一致させるための回転角(θ1、θ2)を計算する。
(2)W成分を一致させ、ワーク姿勢にツール姿勢を合わせたときのW軸周りの仮想フィンガーの回転角を計算する。
(3)許容値と比較して良否判定を行う。
[4] Calculation Method The indirect rotation angle θ1 of the rotation shaft driving unit 103 and the indirect rotation angle θ2 of the rotation shaft driving unit 102 are calculated by the following procedure.
First, the rotation matrix R of the workpiece posture is calculated based on information from the stereo visual sensor. Next, attention is focused on the W-axis direction of the workpiece posture.
When the W axis is in a cone with an apex angle of θ1 + θ2 and outside the cone with an apex angle of θ1, there must be a posture in which the W axis can be matched but the U and V axes cannot be matched. become. Except when the W axis coincides with the Z direction, when the W axis coincides, the relative posture with the workpiece is uniquely determined, and two types of combinations are possible. Of these, the combination having the smallest relative posture difference is selected, and if the posture difference is within the limit, gripping can be performed without any change in the final gripping posture. Specifically, the calculation is performed according to the following procedure.
(1) Calculate rotation angles (θ1, θ2) for matching the W components.
(2) The rotation angle of the virtual finger around the W axis when the tool component is matched to the workpiece posture is calculated by matching the W component.
(3) A pass / fail judgment is made by comparison with an allowable value.

上記(1)においては、3自由度の姿勢変換ツールの逆運動学計算において、θ3を実際の値に固定して行えばよい。
上記(2)、(3)においては、W軸周りの直交度を判定すればよいのでワーク姿勢のVベクトルとツール姿勢のVベクトルの内積を計算する。内積はベクトルの直交度を判定できるので、ワークがフィンガーの把持動作に伴いW軸周りに回転する角度を表す数値である。
上記式8の把持条件パラメータを用いて、把持可能な回転誤差の範囲θの閾値を設け、この閾値に当てはまる内積の値を判定し、直交度が小さい方(ベクトルが一致する側)を採用する。
In the above (1), θ3 may be fixed to an actual value in the inverse kinematic calculation of the posture conversion tool having three degrees of freedom.
In the above (2) and (3), since the orthogonality around the W axis has only to be determined, the inner product of the V vector of the workpiece posture and the V vector of the tool posture is calculated. Since the inner product can determine the orthogonality of the vector, it is a numerical value representing the angle at which the work rotates around the W axis in accordance with the gripping operation of the fingers.
Using the gripping condition parameter of Equation 8 above, a threshold value of the grippable rotation error range θ is provided, the value of the inner product that applies to this threshold value is determined, and the one with the smaller orthogonality (the side where the vectors match) is adopted. .

[1]6自由度アーム部
実施例3は、姿勢変換ツールの駆動部105(θ1回転軸)をアーム部のJ6回転軸と擬制し、駆動部103(θ3回転軸)を排除した構成である。本実施例の姿勢変換ツールは、それ自体による姿勢変換の自由度は1である。また、ツール姿勢のW軸を回転軸の傾斜角α、αと同じ角度で傾斜させて取り付ける構成である。
[1] Six-degree-of-freedom arm unit The third embodiment has a configuration in which the driving unit 105 (θ1 rotation axis) of the posture conversion tool is simulated as the J6 rotation axis of the arm unit, and the driving unit 103 (θ3 rotation axis) is eliminated. . The posture conversion tool of the present embodiment has one degree of freedom in posture conversion by itself. In addition, the tool posture W axis is tilted at the same angle as the tilt angles α 1 and α 2 of the rotation axis.

ステレオ視覚センサに限定されない外部の視覚センサと、アーム部および姿勢変換ツール100とからなる把持装置により、柔軟物であるワークを把持する際の処理フローは以下のようになる。
(1)ワークを供給する。
(2)視覚センサによりワークの形状等情報を取得する。
(3)ワーク姿勢情報から、フィンガーの把持姿勢を計算する。
(4)計算した把持姿勢のヤコビ行列に基づき特異姿勢であるか否かを判定する。
(5-1)特異姿勢と判定された場合、姿勢変換ツールにより把持部の姿勢を変換する。
(5-2)把持部の姿勢変更後、把持姿勢を再計算し、特異姿勢であるか否かを判定する。
(5-3)上記ステップを所定回数繰り返しても特異姿勢を回避できない場合には処理を中止する。
(6-1)特異姿勢で無いと判定された場合、ロボットハンドに把持姿勢と、ツール100の姿勢情報等のパラメータを送信する。
(6-2)ロボットハンドが最終的な把持姿勢をとる。
A processing flow when gripping a workpiece, which is a flexible object, by a gripping device including an external visual sensor that is not limited to a stereo visual sensor, an arm unit, and a posture conversion tool 100 is as follows.
(1) Supply workpieces.
(2) Acquire information such as the shape of the workpiece using a visual sensor.
(3) The finger gripping posture is calculated from the workpiece posture information.
(4) It is determined whether or not the posture is unique based on the calculated Jacobian matrix of the gripping posture.
(5-1) If the posture is determined to be unique, the posture of the gripper is converted by the posture conversion tool.
(5-2) After changing the posture of the gripping part, the gripping posture is recalculated to determine whether or not it is a unique posture.
(5-3) If the singular posture cannot be avoided even if the above steps are repeated a predetermined number of times, the processing is stopped.
(6-1) When it is determined that the posture is not unique, parameters such as a gripping posture and posture information of the tool 100 are transmitted to the robot hand.
(6-2) The robot hand takes the final gripping posture.

[2]特異点回避の詳細
a)ワークの状態については、例えば、(ア)山積みにされたタオルの山のような場合、(イ)一枚取り出されて平板に皺等があるまま展張して乗せられた場合、(ウ)一枚のタオルの概略端部をロボットハンドで把持して端部高さをそろえて吊り下げられた状態、があげられる。姿勢変換ツール100による把持は、作業の必要に応じ、(i)姿勢変換を行って、或いは、(ii)予め指定した姿勢で行うことができる。
上記(ア)、(イ)の場合、ワーク姿勢に対するツール姿勢を合わせる必要は無いので下向きの一定の姿勢を把持姿勢として把持を行う。
上記(ウ)の場合、例えば、吊り下げられた布の端部特徴部の姿勢と合致するツール姿勢により把持を行う必要があるので、前段階として別の搬送手段を用いてワークを規定位置まで搬送してから把持を行う。
[2] Details of singularity avoidance
a) As to the state of the workpiece, for example, (a) in the case of piles of towels piled up, (b) when one piece is taken out and placed on a flat plate with wrinkles etc. ) A state in which the outline end of one towel is held by a robot hand and is suspended with the same end height. The gripping by the posture conversion tool 100 can be performed by (i) posture conversion or (ii) a posture specified in advance according to the necessity of work.
In the cases (a) and (b) described above, since it is not necessary to match the tool posture with the workpiece posture, gripping is performed with a fixed downward posture as the gripping posture.
In the case of the above (c), for example, since it is necessary to grip with a tool posture that matches the posture of the end feature portion of the suspended cloth, the workpiece is brought to a specified position using another transport means as a previous step. Grasp after transporting.

b)視覚センサによるワーク形状の認識は、上記(ア)、(イ)の場合には一点の把持位置情報のみでも把持を行うことができる。この際、視覚センサをベースフレーム12に固定し、センサ座標系の計測原点とそのセンサ座標系を世界座標系との同次変換行列形式で持っておくことが好ましい。
上記(ウ)の場合には3点の位置情報(P1〜P3の位置情報)が必要である。一般に、ロボットハンドにより作業をする際には、ロボット座標(本実施例では世界座標と統合している)による3点座標値を計測する。但し、実施例1のように、ワーク姿勢の原点位置をツール姿勢の原点位置と一致できるものとして処理してもよい。
上記の視覚センサは、6軸マニピュレータの遊端に取り付けた。この構成において、3点情報STMは、視覚センサの座標系での座標になるので、これを世界座標の座標に変換する。ここで、6軸マニピュレータのメカニカルインターフェースの姿勢と、視覚センサの計測原点姿勢GTSは既知であり、この姿勢差をツールパラメータとして設定すると(図18参照)、視覚センサの計測原点を制御点としてロボットハンドを動作することができる。
以上より、各点の世界座標値は、座標変換式(Tm=GTS STM)で視覚センサの内部座標から世界座標値に変換できる(図15参照)。
b) The workpiece shape can be recognized by the visual sensor in the cases (a) and (b) above, even with only one grip position information. At this time, it is preferable to fix the visual sensor to the base frame 12 and to have the measurement origin of the sensor coordinate system and the sensor coordinate system in a homogeneous transformation matrix format with the world coordinate system.
In the case of (c) above, three points of position information (position information of P1 to P3) are necessary. In general, when working with a robot hand, three-point coordinate values are measured using robot coordinates (in this embodiment, integrated with world coordinates). However, as in the first embodiment, the origin position of the workpiece posture may be processed so as to match the origin position of the tool posture.
The visual sensor was attached to the free end of a 6-axis manipulator. In this configuration, the three-point information S T M becomes coordinates in the coordinate system of the visual sensor, and is converted into coordinates in world coordinates. Here, the mechanical interface of the six-axis manipulator orientation, measurement origin posture G T S of the vision sensor is known, setting this attitude difference as tool parameters (see FIG. 18), the control point measuring origin of the visual sensor As a robot hand.
Thus, world coordinates of each point can be converted into the world coordinate value from the internal coordinates of the visual sensor coordinate transformation equation (Tm = G T S S T M) ( see FIG. 15).

次に3点の位置情報から、実施例1と同様の手順でワーク姿勢を回転行列Rの形式に変換する。そして、ロボットベース座標からのワーク原点の位置ベクトルと合わせて同次変換行列にする。ここでは、ワーク姿勢とツール姿勢のポーズが同じとなるようにするので、把持姿勢はワーク姿勢と一致させる。続いて、把持姿勢を取ったときのヤコビ行列の行列式を計算し、正則行列であるかを判定する。正則行列でないと判定された場合には特異姿勢であり、その姿勢表現が困難であるためその回避を行う。
本実施例の姿勢変換ツール100は、ベースプレート12および取り付け面105に対し、手先効果器に8種類の姿勢をとらせることができる。すなわち、図10に示すように、J7回転軸は、その原点から、0,90,180,270度の回転角を選択することができ(回転角で4種類の選択)、順手把持および逆手把持の2種類の選択が可能であり、計8種類の把持姿勢を選択することができる。
ヤコビ行列に基づきその目標位置が特異姿勢であるか否かを判定し、特異姿勢であった場合には違うJ7回転角を再設定し、正則判定し、特異姿勢にならないJ7回転角を把持姿勢として選択する。なお、ロボットコントローラに送信する前の段階で、ロボットシミュレータに送信して特異姿勢になる場合には違うJ7選択肢を当てはめて再計算をすると、ロボットコントローラがアラームになり再起動されることが回避できるので好ましい。全てのJ7回転角が特異姿勢である場合には、把持はできないので処理を中止する(例えば、ワークを離し、制御プログラムの最初に戻る。)。
特異姿勢でない把持姿勢が見つかった場合にはその把持姿勢を表現し把持を行う。把持したワークは次工程に受け渡される。
Next, the work posture is converted into the format of the rotation matrix R from the position information of the three points in the same procedure as in the first embodiment. Then, together with the position vector of the workpiece origin from the robot base coordinates, a homogeneous transformation matrix is formed. Here, since the pose of the work posture and the tool posture are made the same, the grip posture is made to coincide with the work posture. Subsequently, a determinant of the Jacobian matrix when the gripping posture is taken is calculated to determine whether the matrix is regular. If it is determined that the matrix is not a regular matrix, it is a singular posture, and since it is difficult to express the posture, it is avoided.
The posture conversion tool 100 of the present embodiment can cause the hand effector to take eight types of postures with respect to the base plate 12 and the attachment surface 105. That is, as shown in FIG. 10, the J7 rotation axis can be selected from 0, 90, 180, and 270 degrees of rotation angle from the origin (four types of rotation angle selection), forward grip and reverse hand grip Can be selected, and a total of eight types of gripping postures can be selected.
Based on the Jacobian matrix, it is determined whether or not the target position is a singular posture. If it is a singular posture, a different J7 rotation angle is reset, a regular determination is made, and a J7 rotation angle that does not become a singular posture is determined as a gripping posture. Select as. In addition, if it is sent to the robot simulator and becomes a singular posture before being sent to the robot controller, recalculation using a different J7 option can avoid the robot controller from being restarted due to an alarm. Therefore, it is preferable. If all the J7 rotation angles are in the unique posture, the gripping cannot be performed and the processing is stopped (for example, the work is released and the process returns to the beginning of the control program).
When a gripping posture that is not a unique posture is found, the gripping posture is expressed and gripped. The gripped work is transferred to the next process.

[3]特異点回避の他の態様
上記[2]ではヤコビ行列を用いて特異点判定したが、ワークとロボットとの相対位置を規定してワークの存在範囲内での6軸多関節ロボットのJ5関節の姿勢を数個に限定し、その姿勢を極力保持してJ6軸とJ7軸の回転により、ワーク姿勢とツール姿勢を一致させることによっても特異姿勢を回避することができる。
例えば、ワークが上記(ウ)の状態にある場合、ワーク姿勢のW方向の分布は地面に対して水平方向になることが多く、その場合ツール姿勢のV方向の分布は概ね垂直方向になり、U軸周りの回転は±30度以内に殆どの場合収まることとなる。
[3] Other aspects of singularity avoidance In the above [2], the singularity is determined using the Jacobian matrix. The unique posture can also be avoided by limiting the posture of the J5 joint to a few, keeping the posture as much as possible, and matching the workpiece posture and the tool posture by rotating the J6 axis and the J7 axis.
For example, when the workpiece is in the state (c), the distribution of the workpiece posture in the W direction is often horizontal with respect to the ground. In this case, the distribution of the tool posture in the V direction is generally vertical. In most cases, the rotation around the U axis falls within ± 30 degrees.

また、2台のロボットハンドを図18に示すような対向配置とすると、ロボットと作業空間の関係の場合、1台のロボットハンドの姿勢担当範囲は、作業範囲の半分に限定でき、図18の例では、ロボットAの姿勢担当範囲はA01からA14となる。そして、ワーク姿勢のW方向により、ツールパラメータを規定する表3に示すような分類表に当てはめて姿勢変換ツールの姿勢を変更する。
より詳細には、作業領域内でのびきった状態にならない姿勢でJ5関節の基本姿勢を2つ選び、その基本姿勢で表現できるツール姿勢をJ7関節の回転で決める(図19参照)。そして、ツールパラメータ設定後に、ワーク姿勢とツール姿勢を当てはめる制御を行う。J7関節によるツールパラメータの選択肢を増やすことで、一つのJ5姿勢でWベクトルを上から見た場合の90度の範囲をカバーすることができ、反転姿勢により180度のワーク姿勢変化に対応可能である。このときのJ5関節の姿勢は、J4、J6関節が一直線上になる特異姿勢をとらないで作業空間での把持作業を設計可能である(図19参照)。従って、この範囲での把持作業ではヤコビ行列の正則判定を行う必要なく、制御が簡便になる。また、別の利点として、予め想定姿勢を限定できるので、ロボットアームに取り付けた視覚センサや姿勢変換ツールの配線が、ロボット関節動作の全てにおいて破損しない構成でないときでも想定外の動作による破損を予防できる。
If the two robot hands are arranged opposite to each other as shown in FIG. 18, in the case of the relationship between the robot and the work space, the posture handling range of one robot hand can be limited to half of the work range. In the example, the posture charge range of the robot A is A01 to A14. Then, according to the W direction of the workpiece posture, the posture of the posture conversion tool is changed by applying to a classification table as shown in Table 3 that defines the tool parameters.
More specifically, two basic postures of the J5 joint are selected in a posture that does not extend in the work area, and a tool posture that can be expressed by the basic posture is determined by rotation of the J7 joint (see FIG. 19). Then, after the tool parameter is set, control for applying the workpiece posture and the tool posture is performed. By increasing the tool parameter options with J7 joints, it is possible to cover a 90-degree range when the W vector is viewed from the top with one J5 posture, and it is possible to cope with a 180-degree workpiece posture change by the reversed posture. is there. The posture of the J5 joint at this time can design a gripping operation in the work space without taking a specific posture in which the J4 and J6 joints are in a straight line (see FIG. 19). Therefore, in the gripping work in this range, it is not necessary to perform regular judgment of the Jacobian matrix, and the control becomes simple. Another advantage is that the assumed posture can be limited in advance, so that even if the wiring of the visual sensor or posture conversion tool attached to the robot arm is not damaged in all robot joint operations, damage due to unexpected motion is prevented. it can.

上記のツールパラメータは、メカニカルインターフェースMIの姿勢とツール姿勢の関係を規定するものであり、ロボットハンドの第6軸関節ポーズから手先効果器ポーズまでのリンクパラメータの一部である。一般的な6軸ロボットコントローラにおいて、上記MIの原点ポーズに対してフィンガー制御点までの並進距離をx、y、zで表す。またMIの原点座標軸方向に対してX、Y、Z軸の順に回転して表現した姿勢変化は、x、y、z軸周りの回転角A、B、Cで表される。この関係は、α=A、β=B、γ=Cとした場合、下記式11のとおりとなる。
ここでは、上記式4の説明において、θからθの回転によりフィンガーの姿勢変換をしたときのツールパラメータが計算できる。本実施例のようにθのみの回転の場合にはθ、θに実際の固定値をあてはめれば、下記式11の右辺が計算できるので、上記回転角ABCが計算可能になる。
The above tool parameters define the relationship between the posture of the mechanical interface MI and the tool posture, and are part of the link parameters from the sixth axis joint pose to the hand effector pose of the robot hand. In a general 6-axis robot controller, the translation distance to the finger control point with respect to the origin pose of the MI is represented by x, y, and z. Further, the posture change expressed by rotating in the order of the X, Y, and Z axes with respect to the origin coordinate axis direction of the MI is represented by rotation angles A, B, and C around the x, y, and z axes. This relationship is expressed by the following formula 11 when α = A, β = B, and γ = C.
Here, in the description of Equation 4 above, it is possible to calculate tool parameters when the posture of the finger is changed by rotation from θ 1 to θ 3 . In the case of rotation only by θ 2 as in this embodiment, if the actual fixed values are applied to θ 1 and θ 3 , the right side of the following equation 11 can be calculated, and therefore the rotation angle ABC can be calculated.

6軸ロボットコントローラは、ロボット座標での制御値とツールパラメータが分かれば姿勢表現するので、J7回転角を特異点にならないように決めることで特異点を回避する。J7回転角の選択肢は、90度おきである。本実施例では、傾斜角が18度であり、制御点であるフィンガーポーズは図のように変化するので、いずれかの回転角でワークとの相対姿勢は9度以内で把持が可能になる。従って、リストの姿勢変化は制御点とリスト中心を結んだ線から9度以内に限定できるため、特異姿勢が図19に示す立方体状に設定した作業範囲内で発生しない。
また、前記のようにJ7姿勢変換機構をもたない場合でも、布のように変形するワークでは、図12に示すようなワーク座標系でのVまたはW軸周りの許容回転角度内での姿勢誤差を含めたツールパラメータを入力することでも、特異姿勢を回避して正確にワークポーズとフィンガーポーズを合致させて把持することができる。このときのツールパラメータは、遊端の関節ポーズから実際のフィンガーポーズのVまたはW軸周りに設定した仮想軸を回転したフィンガーポーズまでのツールパラメータを上記式11により計算することで設定できる。
The 6-axis robot controller expresses the posture if the control value and the tool parameter in the robot coordinates are known, so that the singular point is avoided by determining the J7 rotation angle not to be a singular point. The options for the J7 rotation angle are every 90 degrees. In this embodiment, the tilt angle is 18 degrees, and the finger pose that is the control point changes as shown in the figure, so that the relative posture with respect to the work can be held within 9 degrees at any rotation angle. Therefore, the change in the posture of the list can be limited to within 9 degrees from the line connecting the control point and the center of the list, so that the unique posture does not occur within the work range set in the cube shape shown in FIG.
In addition, even when the J7 posture changing mechanism is not provided as described above, a workpiece deformed like a cloth has a posture within an allowable rotation angle around the V or W axis in the workpiece coordinate system as shown in FIG. By inputting the tool parameters including the error, it is possible to avoid the singular posture and accurately match the work pose and the finger pose. The tool parameters at this time can be set by calculating the tool parameters from the joint pose at the free end to the finger pose obtained by rotating the virtual axis set around the V or W axis of the actual finger pose by the above equation 11.

本実施例で使用する2指フィンガーは、以下のような選択肢から適当なものを採用する。
フィンガーおよびグリッパーは、平行把持型、支点開閉型、パラレルリング型から採用する。平行把持型は、図9に示すように、グリッパーの爪取り付け部がスライドするタイプである。支点開閉型は、爪またはグリッパーの取り付け部に支点を設け、爪がレバーの一部として揺動して把持する(図示せず)。パラレルリンク型は、図20に示すように、爪をパラレルリンクで構成し爪の把持動作がリンク形状と拘束条件によりきまる軌道に沿って把持する。
平行把持型は、把持ストロークが小さく把持力が高いので、上記[2](ア)、(イ)のような目的の動作に向く。把持ストロークが大きいとワークを何枚も把持してしまうこと、絡んだ場合でもスリップせず引き上げられることがその理由である。
支点開閉型は、把持ストロークが大きいので、上記[2](ウ)のような目的に向く。把持ストロークが大きいので、位置の認識精度や動作精度が悪くても把持ができるからである。
図20に示すパラレルリンク型は、フィンガー先端が同じ姿勢で円軌道に沿って把持する。柔軟物ワークとフィンガーの相対関係においては、図16に示すようなフィンガー解放時のクリアランスDが適当量必要である。クリアランスDの値が小さいと把持しにくくなり、大きすぎると把持特徴部以外のものを把持する可能性が大きくなるからである。ここではフィンガーの進入軸方向の位置を補正変化させることでクリアランスDを制御することができる。パラレルリンク型は、通常フィンガーが閉じたときの先端位置を制御点として制御するところ、ワークの厚みtが不定な場合や仮想軸を用いて演算したときの姿勢差θにより実際のクリアランスDが小さくなる場合には、把持制御点を奥側に補正してやることで対応ができる利点を有する。従って、上記[2](ア)、(イ)、(ウ)のいずれにも好適に使用可能である。
なお、パラレルリンク型以外であっても、グリッパーのアクチュエータを直接制御することで開閉幅自体を制御してもよいのはもちろんである。
把持姿勢について補足すると、上記[2](ア)、(イ)のときは下向きの固定姿勢で布をつまむように把持することになる。特に(イ)のときは、図20のようなパラレルハンドの爪先端部を平板に平行に配置した姿勢をとり、進入把持することで、ワークが広がっていた場合に、ワーク姿勢に合わせた把持が可能である。爪の形状をこのように構成すれば、平行把持型や支点開閉型においても同様の把持が可能であるが、パラレルリンク型の方が奥に進入しながら把持するのでより把持がしやすいという有利な効果を奏する。
As the two-finger finger used in this embodiment, an appropriate one from the following options is adopted.
The fingers and grippers are adopted from a parallel gripping type, a fulcrum opening / closing type, and a parallel ring type. As shown in FIG. 9, the parallel gripping type is a type in which the nail attachment portion of the gripper slides. The fulcrum opening / closing type is provided with a fulcrum at the attachment portion of the claw or gripper, and the claw swings and grips as a part of the lever (not shown). In the parallel link type, as shown in FIG. 20, the claws are constituted by parallel links, and the claws are gripped along a track determined by the link shape and restraint conditions.
Since the parallel gripping type has a small gripping stroke and a high gripping force, the parallel gripping type is suitable for the intended operation as described in [2] (a) and (b) above. The reason is that a large number of workpieces are gripped when the gripping stroke is large, and the workpieces can be pulled up without slipping even when they are entangled.
Since the fulcrum opening / closing type has a large gripping stroke, the fulcrum opening / closing type is suitable for the purpose [2] (c). This is because the gripping stroke is large, so that gripping can be performed even if the position recognition accuracy and operation accuracy are poor.
The parallel link type shown in FIG. 20 holds the finger tips along the circular orbit with the same posture. In the relative relationship between the flexible workpiece and the fingers, an appropriate amount of clearance D when the fingers are released as shown in FIG. 16 is required. This is because if the value of the clearance D is small, it is difficult to grip, and if it is too large, the possibility of gripping something other than the gripping feature increases. Here, the clearance D can be controlled by correcting and changing the position of the finger in the approach axis direction. In the parallel link type, the tip position when the finger is normally closed is controlled as a control point, and the actual clearance D is small due to the posture difference θ when the workpiece thickness t is indefinite or calculated using a virtual axis. In this case, there is an advantage that it can be dealt with by correcting the grip control point to the back side. Therefore, it can be suitably used for any of the above [2] (a), (b), and (c).
Of course, the opening / closing width itself may be controlled by directly controlling the actuator of the gripper even if it is not a parallel link type.
Supplementing the gripping posture, in the case of [2] (a) and (b) above, the cloth is gripped so as to be pinched in a downward fixed posture. Especially in case of (A), when the workpiece is spread by taking the posture that the tip of the parallel hand claw is arranged parallel to the flat plate as shown in FIG. Is possible. If the shape of the nail is configured in this way, the same gripping is possible in the parallel gripping type and the fulcrum opening / closing type, but the parallel link type grips while approaching the back, so that it is easier to grip. Has an effect.

本発明によれば、病院やホテル等で使用するシーツや包布、枕カバー、衣類、病衣、バスタオル、フェイスタオル等の貸出を行い、ユーザーが使用した後に回収、工場にて洗濯・クリーニングの後、再び提供するリネンサプライ事業のライン全体の自動化を実現することが可能となる。より具体的には、例えば、洗濯機へ投入を行う作業や、洗濯後のリネン類の端点を摘んで仕上げ機へ投入を行う作業など、従来作業員により手作業で行っていた作業を自動化することが可能となる。   According to the present invention, sheets, wraps, pillow covers, clothes, sick clothes, bath towels, face towels, etc. used in hospitals, hotels, etc. are rented and collected after being used by the user, washed and cleaned at the factory. After that, it will be possible to automate the entire linen supply business line. More specifically, for example, work that has been performed manually by a conventional worker, such as work for loading into a washing machine, work for picking an end point of linen after washing and loading into a finishing machine, etc. It becomes possible.

本発明のハンドリングシステムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a handling system of the present invention. 本発明のハンドリングシステムの作業工程の概要を説明するための図面である。It is drawing for demonstrating the outline | summary of the work process of the handling system of this invention. 本発明のフィンガー機構によりワークを把持する手順の流れ図である。It is a flowchart of the procedure which hold | grips a workpiece | work by the finger mechanism of this invention. (i) 本発明の撮像機構による特徴部撮像の説明図と、(ii)本発明のフィンガー機構の姿勢変化の説明図である。(i) It is explanatory drawing of the characteristic part imaging by the imaging mechanism of this invention, (ii) It is explanatory drawing of the attitude | position change of the finger mechanism of this invention. 本発明の投影装置を備える撮像機構の説明図である。It is explanatory drawing of an imaging mechanism provided with the projection apparatus of this invention. 本発明のロボットハンドの全体構成図である。It is a whole block diagram of the robot hand of this invention. 本発明の姿勢変換ツールの全体構成図である。It is a whole block diagram of the attitude | position conversion tool of this invention. XYZ固定角した場合の姿勢変換ツールによる姿勢制御のイメージ図である。It is an image figure of attitude | position control by the attitude | position conversion tool at the time of carrying out XYZ fixed angle. 手先効果器の姿勢変換を説明するための図面である。It is drawing for demonstrating attitude | position conversion of a hand effector. 姿勢変換ツールのJ7回転軸により原点からの回転角を選択する様子を説明するための図面である。It is drawing for demonstrating a mode that the rotation angle from an origin is selected with the J7 rotating shaft of an attitude | position conversion tool. 仮想軸とワークの長辺の存在範囲を説明するための円錐モデルである。It is a cone model for explaining the existence range of a virtual axis and the long side of a work. (i) ワークと仮想フィンガーの姿勢が合致した状態を示す図面と、(ii)(i)の場合における実際のフィンガー機構およびワークの姿勢を示した図面である。(i) Drawing which shows the state which the attitude | position of the workpiece | work and virtual finger | toe matched, and the drawing which showed the actual finger mechanism and the attitude | position of a workpiece | work in the case of (ii) (i). 外部センサと、ロボットハンドの接続態様の一例を示す図面である。It is drawing which shows an example of the connection aspect of an external sensor and a robot hand. 外部センサとロボットハンドの通信処理フローの一例を示す図面である。It is drawing which shows an example of the communication processing flow of an external sensor and a robot hand. ワークの特徴部の座標情報を目標把持姿勢情報に変換する手順を説明するための図面である。It is drawing for demonstrating the procedure which converts the coordinate information of the characteristic part of a workpiece | work into target holding | grip attitude | position information. 姿勢誤差の許容範囲を決定するためのクリアランスDを算出するための要素を説明するための図面である。It is a figure for demonstrating the element for calculating the clearance D for determining the tolerance | permissible_range of an attitude | position error. カーテジアンロボットアームによる構成例を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows the structural example by a Cartesian robot arm. 2台のロボットハンドを対向配置した場合のロボットハンドの姿勢担当範囲を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the attitude charge range of the robot hand at the time of arrange | positioning two robot hands facing each other. 一つのリスト姿勢で、90度の姿勢変化ができること説明する図面である。It is a figure explaining that the attitude | position change of 90 degree | times can be performed by one list attitude | position. パラレルリンク式のフィンガーグリッパーの図面である。It is drawing of a parallel link type finger gripper.

符号の説明Explanation of symbols

1 フレーム
2 プルアップハンド(吊し用ハンド)
3 全体撮像機構(全体用ステレオ視覚センサ)
4 手先撮像機構(ハンド用ステレオ視覚センサ)
5 ワーク(布類)
6 ワークの山
7 認識用台
8 折畳機
9 コンベア装置
10 ロボットハンドA
11 アーム部
12 ベースプレート
20 ロボットハンドB
31,41 プロジェクタ(投影装置)
32,33,42,43 カメラ(撮像素子)
51 長辺
52 短辺
60 投影パターン
71 ロボットベースポーズ
72 ワークベースポーズ
73 XYZ並進移動ベクトル
100 姿勢変換ツール
103〜101 ロータリーアクチュエータ(回転軸駆動部)
104 エンドエフェクタ(手先効果器)
105 取り付け面
1 Frame 2 Pull-up hand (hanging hand)
3 Whole imaging mechanism (stereo vision sensor for whole)
4 Hand imaging mechanism (stereo vision sensor for hands)
5 Work (cloth)
6 Work pile 7 Recognition base 8 Folding machine 9 Conveyor device 10 Robot hand A
11 Arm 12 Base plate 20 Robot hand B
31, 41 Projector (Projector)
32, 33, 42, 43 Camera (imaging device)
51 Long side 52 Short side 60 Projection pattern 71 Robot base pose 72 Work base pose 73 XYZ translational movement vector 100 Posture conversion tool 103-101 Rotary actuator (rotary axis drive unit)
104 End effector (hand effector)
105 Mounting surface

Claims (10)

開閉動作するフィンガーによりワークを把持する把持部と、把持部を空間内で移動させる多数軸からなる駆動部と、把持位置情報取得手段と、演算部とを備えるロボットハンドシステムにより柔軟物であるワークを把持する方法であって、
把持位置情報取得手段により取得したワークの特徴部の情報に基づき柔軟物の把持位置を判定する第1工程、
前記演算部が、開状態にあるフィンガー内にワークの把持位置が位置するよう、把持部の経路および姿勢を設定する第2工程、
前記駆動部により前記把持部を移動させ、ワークの把持位置を把持する第3工程、
を有することを特徴とするワークの把持方法。
A workpiece that is a flexible object by a robot hand system that includes a gripping unit that grips a workpiece with fingers that open and close, a drive unit that includes multiple axes that move the gripping unit in space, a gripping position information acquisition unit, and a calculation unit. A method of gripping
A first step of determining the gripping position of the flexible object based on the information on the characteristic part of the workpiece acquired by the gripping position information acquiring unit;
A second step of setting the path and posture of the gripping part so that the gripping position of the workpiece is positioned in the finger in the open state,
A third step of moving the gripping part by the driving part to grip the gripping position of the workpiece;
A method of gripping a workpiece, comprising:
前記駆動部は、2自由度での姿勢変換を可能とし、
前記演算部は、前記第2工程において、前記ワークの座標系と前記フィンガーの座標系の原点および2つの軸を一致させ、前記ワークの第1の軸に対する許容回転角度を設定し、当該許容回転角度内で把持部を回動させる仮想軸を設定し、把持部の経路および姿勢を設定する工程を有することを特徴とする請求項1に記載のワークの把持方法。
The drive unit enables posture conversion with two degrees of freedom,
In the second step, the calculation unit matches the origin of the coordinate system of the workpiece and the coordinate system of the finger and two axes, sets an allowable rotation angle with respect to the first axis of the workpiece, and sets the allowable rotation The method for gripping a workpiece according to claim 1, further comprising a step of setting a virtual axis for rotating the gripper within an angle and setting a path and posture of the gripper.
前記駆動部は、1自由度での姿勢変換を可能とし、
前記演算部は、前記第2工程において、前記ワークの座標系と前記フィンガーの座標系の原点および2つの軸を一致させ、前記ワークの第1の軸に対する許容回転角度を設定し、当該許容回転角度内で把持部を回動させる第1の仮想軸と、前記ワークの第1の軸に直交する第2の軸に対する許容回転角度を設定し、当該許容回転角度内で把持部を回動させる第2の仮想軸とを設定し、把持部の経路および姿勢を設定する工程を有することを特徴とする請求項1に記載のワークの把持方法。
The drive unit enables posture conversion with one degree of freedom,
In the second step, the calculation unit matches the origin of the coordinate system of the workpiece and the coordinate system of the finger and two axes, sets an allowable rotation angle with respect to the first axis of the workpiece, and sets the allowable rotation An allowable rotation angle with respect to a first virtual axis for rotating the gripping portion within the angle and a second axis orthogonal to the first axis of the workpiece is set, and the gripping portion is rotated within the allowable rotation angle. 2. The workpiece gripping method according to claim 1, further comprising a step of setting a second virtual axis and setting a path and posture of the gripping portion.
前記ワークが、シート状の布類であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のワークの把持方法。   The method for gripping a workpiece according to claim 1, wherein the workpiece is a sheet-like cloth. フィンガーの姿勢変換を3自由度で行うワークの把持装置であって、
ロボットアームへの取付面(105)を有し、取付面(105)に対する法線方向に中心軸をもつ回転軸駆動部(101)と、
回転軸駆動部(101)に、回転軸駆動部(101)の中心軸と所定の角度α1を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部(102)と、
回転軸駆動部(102)に、回転軸駆動部(102)の中心軸と所定の角度α2を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部(103)と、
回転駆動部(103)に接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、
これらの作動を制御するロボットコントローラと、を備え、
前記ロボットコントローラは、フィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持するワークの把持装置。
A workpiece gripping device that performs posture conversion of fingers with three degrees of freedom,
A rotating shaft drive unit (101) having a mounting surface (105) to the robot arm and having a central axis in a direction normal to the mounting surface (105);
A rotary drive unit (102) connected to the rotary shaft drive unit (101) so as to have a central axis that forms a predetermined angle α1 with the central axis of the rotary shaft drive unit (101);
A rotary drive unit (103) connected to the rotary shaft drive unit (102) so as to have a central axis that forms a predetermined angle α2 with the central axis of the rotary shaft drive unit (102);
A finger mechanism for holding a workpiece which is a flexible object connected to the rotation drive unit (103);
A robot controller for controlling these operations,
The robot controller is a workpiece gripping device that grips a workpiece in a desired gripping posture by calculating a posture of a finger mechanism.
フィンガーの姿勢変換を2自由度で行うワークの把持装置であって、
ロボットアームへの取付面(105)を有し、取付面(105)に対する法線方向に中心軸をもつ回転軸駆動部(101)と、
回転軸駆動部(101)に、回転軸駆動部(101)の中心軸と所定の角度α1を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部(102)と、
回転軸駆動部(102)に、回転軸駆動部(102)の中心軸と所定の角度α2を構成する中心軸をもつように接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、
これらの作動を制御するロボットコントローラと、を備え、
前記ロボットコントローラは、ワークの変形方向に仮想軸を設定し、フィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持するワークの把持装置。
A workpiece gripping device for performing finger posture conversion with two degrees of freedom,
A rotating shaft drive unit (101) having a mounting surface (105) to the robot arm and having a central axis in a direction normal to the mounting surface (105);
A rotary drive unit (102) connected to the rotary shaft drive unit (101) so as to have a central axis that forms a predetermined angle α1 with the central axis of the rotary shaft drive unit (101);
A finger mechanism for holding a workpiece, which is a flexible object, connected to the rotation axis drive unit (102) so as to have a center axis that forms a predetermined angle α2 with the center axis of the rotation axis drive unit (102);
A robot controller for controlling these operations,
The robot controller is a workpiece gripping device that grips a workpiece in a desired gripping posture by setting a virtual axis in the deformation direction of the workpiece and calculating the posture of the finger mechanism.
フィンガー機構の先端の位置決めをデカルト座標で制御するロボットアームをさらに備えることを特徴とする請求項5または6に記載のワークの把持装置。   The workpiece gripping apparatus according to claim 5 or 6, further comprising a robot arm that controls positioning of the tip of the finger mechanism with Cartesian coordinates. フィンガーの姿勢変換を1自由度で行うワークの把持装置であって、
ロボットアームへの取付面(105)を有し、取付面(105)に対する法線方向と所定の角度α1を構成する中心軸をもつように接続された回転駆動部(102)と、
回転軸駆動部(102)に、回転軸駆動部(102)の中心軸と所定の角度α2を構成する中心軸をもつように接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、
これらの作動を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、把持姿勢が特異姿勢となった場合に、回転駆動部(102)を所定角度回転し、取付面(105)に接続可能な6自由度のロボットアームの関節を姿勢変換に利用してフィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持することを可能とするワークの把持装置。
A workpiece gripping device that performs posture conversion of a finger with one degree of freedom,
A rotation drive unit (102) having a mounting surface (105) to the robot arm and connected so as to have a central axis that forms a predetermined angle α1 with a normal direction to the mounting surface (105);
A finger mechanism for holding a workpiece, which is a flexible object, connected to the rotation axis drive unit (102) so as to have a center axis that forms a predetermined angle α2 with the center axis of the rotation axis drive unit (102);
A controller for controlling these operations,
When the gripping posture becomes a unique posture, the controller rotates the rotation drive unit (102) by a predetermined angle and uses the joint of the 6-degree-of-freedom robot arm that can be connected to the mounting surface (105) for posture conversion. A workpiece gripping device that can grip a workpiece in a desired gripping posture by calculating the posture of the finger mechanism.
ロボットアームへの取付面(105)と、取付面(105)に接続された柔軟物であるワークを保持するためのフィンガー機構と、コントローラと、を備え、
前記コントローラは、把持姿勢が特異姿勢となった場合に、ワークの変形方向に仮想軸を設定し、取付面(105)に接続可能な6自由度のロボットアームの関節を姿勢変換に利用してフィンガー機構の姿勢を計算することによりワークを所望の把持姿勢で把持することを可能とするワークの把持装置。
A mounting surface (105) to the robot arm, a finger mechanism for holding a work that is a flexible object connected to the mounting surface (105), and a controller.
The controller sets a virtual axis in the deformation direction of the workpiece when the gripping posture becomes a unique posture, and uses a joint of a 6-degree-of-freedom robot arm that can be connected to the mounting surface (105) for posture conversion. A workpiece gripping device that can grip a workpiece in a desired gripping posture by calculating the posture of the finger mechanism.
ワークの把持位置を規定する1ないし3点の特徴部の情報を取得する把持位置情報取得手段をさらに備え、
前記ロボットコントローラは、前記特徴部の情報に基づきワーク姿勢を演算し、ワーク姿勢に基づきフィンガー機構の把持姿勢を演算する演算工程と、把持姿勢が特異点でないかを判定し、特異点であると判定した場合には再度把持姿勢を演算する判定工程とを有することを特徴とする請求項8または9に記載のワークの把持装置。
Gripping position information acquisition means for acquiring information on one to three feature parts defining the gripping position of the workpiece;
The robot controller calculates a workpiece posture based on the information on the feature, calculates a gripping posture of the finger mechanism based on the workpiece posture, determines whether the gripping posture is a singular point, and is a singular point. 10. The workpiece gripping apparatus according to claim 8, further comprising a determination step of calculating a gripping posture again when the determination is made.
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