JP2010221320A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットにより行われるドア開閉方法に関し、特に開閉方向が未知であるドアを自動的に開閉できるようにする。
【解決手段】ロボットは、ロボットアーム１と、取っ手を把持するハンド形状あるいは引っ掛けられる形状の手先効果器２を備えており、ロボットがドア取っ手を把持している手先を様々な方向に動かし、力検出部３により力情報を検出するとともに手先位置計算部４により算出された手先の位置変位を検出する。力検出部３で検出された力が閾値以上ならば真のドア開閉方向ではなく、力検出部３で検出された力が閾値以下かつ手先位置計算部４により算出された動作の試行前後の手先の位置変位があれば、真のドア開閉方向であるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明はロボットに関し、特に開閉方向が未知であるドアを自動的に開閉する技術に関するものである。

近年、屋内や屋外を移動して、予め定められた作業や自律動作を行う移動型ロボットが開発されている。しかし、部屋や家の出入り口にはドアが設置されており、ロボットが出入り口を通過するためにはドアの開閉が必要となる。

従来のロボットによるドアの開閉の制御方法に関し、特許文献１には、力センサを備えた揺動可能なアームでドアを挟み込み開閉を行い、前記センサの検出値をドア開閉状態に条件付けることでドアの開閉およびドアの開閉状態の認識を行う技術が開示されている。また、特許文献２には、ティーチングされたドア開け動作を行い、ドアの開閉状態を力センサや位置変位等のドア検出手段により判断する技術が開示されている。さらに、特許文献３には、ロボットの移動機構部のみならず自重を用いてドアを開閉する技術が開示されている。

特開平１０−１１９８４６号公報 特開平６−１９０７７３号公報 特開２００７−３１９９８９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術は車体に取り付けられたドアの開閉に関するものであり、ドア開け動作は常に一定方向であることが前提であることから、開閉方向が未知であるドアに対して有効ではない。

また、特許文献２に開示された技術はドアの開閉状態を検出する手段を有していることを特徴とするが、ドアの開閉方向自体はティーチングされた方法によるもののみであり、開閉方向が未知のドアは開けることができない。ドアに対してロボットの相対位置や向きが変わった場合には、ドアの真の開閉方向がティーチングされたものと異なるためドアを開けられなくなる。

特許文献３に開示された技術は、前後方向に開閉するドアに対しては有効であるが、開閉方向が未知であるドアの開閉を可能とするものではなく、特にスライドドア等について対応できない。

本発明は、いかなる方向の開閉方向のドアであっても、事前にロボットにドア開閉方向情報を与えることなく、ドア開閉を実行可能なロボットを提供することを目的とする。

本発明にかかるロボットは、ドアの取っ手を把持部により把持可能なロボットアームと、前記ロボットアームに加わる力を検出する力検出部と、前記ドアの取っ手を把持した状態で前記把持部を任意の方向に移動するよう制御したときに、前記力検出部によって検出された力に基づいて、ドアの開く方向を判断する制御部を備えたものである。

本発明によれば、いかなる方向の開閉方向のドアであっても、事前にロボットにドア開閉方向情報を与えることなく、ドア開閉を実行可能なロボットを提供することができる。

本発明の実施の形態に係るロボットの全体構成例を示す図である。 開閉探索方向候補についてロボット側面方向から見た図である。 開閉探索方向候補についてロボット上方から見た図である。 本発明の実施の形態に係る処理の流れを示すフローチャートの図である。 上下方向に開閉するドアについて、開閉探索方向候補についてロボット側面方向から見た図である。 上下方向に開閉するドアについて、開閉探索方向候補についてロボット上方から見た図である。

以下に、添付した図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るロボット１０の全体構成例を示す図である。このロボット１０は、ロボットアーム１と、手先効果器２と、力検出部３と、手先位置計算部４と、軌道修正部５を備えている。

ロボットアーム１は、ロボット本体に取り付けられ、複数の関節を有する。ロボットアーム１は、制御部から出力された駆動信号により複数の関節に設けられたアクチュエータを操作することによって、人間の腕のように駆動することができる。

手先効果器２は、ドアの取っ手を把持するハンド形状あるいは引っ掛けられる形状を有し、ロボットアーム１の先端に設けられている。この手先効果器２も、把持動作を実現する複数のアクチュエータを有し、制御部から駆動信号によって、人間の腕のように駆動することができる。

力検出部３は、手先効果器２にかかる力を検出する。具体的には、力検出部３は、手先効果器２の手先部や指部、手首部に設置され、それらの部分に加わる力を検出する力センサによって構成される。力検出部３は、力の検出信号を制御部に出力する。

手先位置計算部４は、制御部に設けられ、手先効果器２の三次元位置情報を計算する。具体的には、各関節の現在角度等の情報から手先効果器２の三次元位置（ロボット本体に対する相対的な位置）を計算により求める。ここで、制御部は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の制御コンピュータにより構成され、予めインストールされた制御プログラムによって処理を実行する。

軌道制御部５は、制御部に設けられ、任意の方向へ手先を動かす駆動信号を生成し、ロボットアーム１に出力する。

次に、このように構成されたロボット１０によるドア開閉方法について説明する。なお、ドアは閉扉状態であり、ドアの取っ手は把持され、ドアとロボット手先部に拘束関係が発生しているものとする。開き戸、引き戸、スライドドア、グライドスライドドア、折り戸、引込み戸等、様々な種類があるドアについて、当該ロボット１０は、事前にドアの種類の情報を与えることなく、ドアを開けることができる。

図２や図３に示すように、ロボット１０は開閉探索方向候補に関する情報を制御部の記憶手段に保持している。開閉探索方向候補は、ロボット前後方向をＸ軸、左右方向をＹ軸とし、ＸＹ平面３６０°をα°刻みに探索方向を設定したものである。

次に、ロボット１０の処理について図４に示すフローチャートを用いて説明する。
ロボット１０は、まず、複数の開閉探索方向候補の中から、任意の１方向Ｓを選択し、Ｓ方向へ軌道制御部５によって手先効果器２を動かす（ステップＳ１０１）。

このとき、制御部は、力検出部３で検出される力が閾値Ｆを下回ったまま微小距離Ｌを動いたか否か判定する（ステップＳ１０２）。微小距離は手先位置計算部４で手先効果器の動作前後の出力差分により算出する。センサ３で検出された値が閾値Ｆを上回った場合は、その方向にはドアは開かないと判定する。

制御部は、ステップＳ１０２において、力検出部３で検出される力が閾値Ｆを下回ったまま微小距離Ｌを動かなかったと判定した場合には、ステップＳ１０３に移行する。そして、制御部は、処理中の、ドアが開かないと判定された方向は、探索方向候補から削除する（Ｓ１０３）。そして、制御部は、他の開閉探索方向候補が存在するかどうかを判定し、他の開閉探索方向候補が存在する場合にはステップＳ１０１に戻る。

一方、制御部は、ステップＳ１０２において力検出部３で検出される力が閾値Ｆを下回り微小距離Ｌ動いた場合には、ステップＳ１０４に移行する。制御部は、この方向がドアの真の開閉方向であると判定し、ドア閉め方向に動くことを防ぐため選んだ方向Ｓと反対の象限にある開閉探索方向候補を削除してステップＳ１０１に戻る。繰り返し処理を行い、ステップＳ１０３において他の開閉探索方向候補が存在しないと判定された場合には、Ｓ１０５においてドア開け完了と判定する。

このように本発明の実施の形態によれば、開閉方向が未知であるドアに対して、手先効果器２があらゆる方向に力を加え、それに対する反発力を力検出部３で検出するとともに手先位置計算部４で手先効果器の移動を算出することにより、いかなる方向に開閉するドアであっても開閉することが可能である。

また、センサ３は検出された力が閾値Ｆ以上になることで、その方向にドアが開かないことを判定しているが、手先効果器２を動かす際にトルク制御で動かすことにより、一定指示トルクで制御しているのに手先が一定時間Ｔの間動かなくなることで、その方向にドアが開かないことを判定できる。この場合は力検出部３が必要ない代わりに、トルク制御部及び時間計測部が必要となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、開閉探索方向候補について、ロボット上下方向をＺ軸として、ＸＺ平面・ＹＺ平面についてもそれぞれβ°、γ°刻みに探索方向を設定することで、オーブンのふたのように上下方向に開閉する扉にも対応できる。

１ ロボットアーム
２ 手先効果器
３ 力検出部
４ 手先位置計算部
５ 軌道制御部
１０ ロボット

Claims (1)

1. ドアの取っ手を把持部により把持可能なロボットアームと、
   前記ロボットアームに加わる力を検出する力検出部と、
   前記ドアの取っ手を把持した状態で前記把持部を任意の方向に移動するよう制御したときに、前記力検出部によって検出された力に基づいて、ドアの開く方向を判断する制御部を備えたロボット。

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