JP2014039983A - ロボットハンド、制御方法及び制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】被保持部材を良好に保持することができるロボットハンドを提供する。
【解決手段】本発明の一形態に係るロボットハンド１０は、被保持部材を保持する保持部３と、保持部３が連結されるロボットアーム２と、保持部３及びロボットアーム２を制御する制御装置１と、を備えるロボットハンドであって、制御装置１は、被保持部材の表面の曲率情報を導出し、被保持部材の表面の曲率情報に基づいて、保持部３及びロボットアーム２を制御する。このようなロボットハンドは、被保持部材の表面の曲率に基づいて、保持部及びロボットアームを制御するので、被保持部材の大きさや形状等を予め認識していなくても、被保持部材を良好に保持することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットハンド、制御方法及び制御プログラムに関し、例えば被保持部材を保持する保持部と、保持部が連結されるロボットアームと、保持部及びロボットアームを制御する制御装置を備えるロボットハンド、制御方法及び制御プログラムに関する。

ロボットアームの端部に保持部の一種として吸着部を備え、当該吸着部によって被吸着部材を吸着する技術が知られている。例えば特許文献１には、予め被吸着部材に接触する接触センサを備えており、当該接触センサが被吸着部材に接触することで、吸着部の被吸着部材に対する吸着位置を割り出す技術が開示されている。

特開平９−２６２７８５号公報

特許文献１の技術は、予め被吸着部材の大きさや形状等が既知でないと、被吸着部材を良好に吸着することができない。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、被保持部材を良好に保持することができるロボットハンド、制御方法及び制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明の一形態に係るロボットハンドは、被保持部材を保持する保持部と、前記保持部が連結されるロボットアームと、前記保持部及び前記ロボットアームを制御する制御装置と、を備えるロボットハンドであって、前記制御装置は、被保持部材の表面の曲率情報を導出し、前記被保持部材の表面の曲率情報に基づいて、前記保持部及び前記ロボットアームを制御する。

上述のロボットハンドにおいて、前記制御装置は、周辺情報を取得する周辺情報取得部と、前記保持部で前記被保持部材を保持する候補点をユーザが入力する入力部と、ワールド座標系での前記候補点の位置情報及び前記候補点の周辺における近傍点の位置情報を、前記周辺情報取得部が取得した周辺情報及び前記入力部を介して入力された前記候補点の位置情報に基づいて導出する位置情報導出部と、前記位置情報導出部が導出した前記候補点の周辺における近傍点の位置情報に基づいて、前記被保持部材の表面の曲率情報を導出する曲率情報導出部と、前記曲率情報が示す曲率が所定の閾値以下か否かを判定する判定部と、前記曲率が所定の閾値以下であると、前記曲率情報導出部が曲率情報を導出する際に導出した法線情報、及び前記位置情報導出部が導出した前記候補点の位置情報に基づいて、前記保持部及び前記ロボットアームを制御する制御部と、を備えることが好ましい。

上述のロボットハンドにおいて、前記曲率情報導出部は、前記候補点の周辺における近傍点の位置情報に基づく分散・共分散行列を算出し、前記分散・共分散行列の固有ベクトル及び固有値を算出し、前記固有ベクトル及び前記固有値に基づいて前記法線情報及び前記曲率情報を導出することが好ましい。

上述のロボットハンドにおいて、前記位置情報導出部は、前記曲率が所定の閾値より大きいと、前記候補点の周辺における任意の近傍点を次の候補点とし、ワールド座標系での前記次の候補点の位置情報及び前記次の候補点の周辺における近傍点の位置情報を、前記周辺情報取得部が取得した周辺情報に基づいて導出することが好ましい。

上述のロボットハンドにおいて、前記入力部には、前記保持部で前記被保持部材を保持する候補点に加えて、前記被保持部材が載置される載置面における前記被保持部材を囲む複数の抽出点が入力され、前記曲率情報導出部は、前記抽出点が入力されると、前記被保持部材の表面の曲率情報に代わって、ワールド座標系での前記抽出点の位置情報に基づいて、前記載置面の法線情報を導出することが好ましい。

本発明の一形態に係るロボットハンドは、被保持部材を保持する保持部と、前記保持部が連結されるロボットアームと、前記保持部及び前記ロボットアームを制御する制御装置と、を備えるロボットハンドであって、前記制御装置は、周辺情報を取得する周辺情報取得部と、前記保持部で前記被保持部材を保持する保持点、及び前記被保持部材が載置される載置面における前記被保持部材を囲む複数の抽出点を、ユーザが入力する入力部と、ワールド座標系での前記保持点の位置情報及び前記抽出点の位置情報を、前記周辺情報取得部が取得した周辺情報、前記入力部を介して入力された前記保持点の位置情報及び前記抽出点の位置情報に基づいて導出する位置情報導出部と、前記位置情報導出部が導出した前記抽出点の位置情報に基づいて、前記載置面の法線情報を導出する法線情報導出部と、前記法線情報導出部が導出した載置面の法線情報及び前記位置情報導出部が導出した保持点の位置情報に基づいて、前記保持部及び前記ロボットアームを制御する制御部と、を備える。

本発明の一形態に係る制御方法は、被保持部材を保持する保持部及び前記保持部が連結されるロボットアームの制御方法であって、被保持部材の表面の曲率情報を導出し、前記被保持部材の表面の曲率情報に基づいて、前記保持部及び前記ロボットアームを制御する。

上述の制御方法において、前記保持部で前記被保持部材を保持する候補点の入力を促す第１の工程と、ワールド座標系での前記候補点の位置情報及び前記候補点の周辺における近傍点の位置情報を導出する第２の工程と、前記候補点の周辺における近傍点の位置情報に基づいて、前記被保持部材の表面の曲率情報を導出する第３の工程と、前記曲率情報が示す曲率が所定の閾値以下か否かを判定する第４の工程と、前記曲率が所定の閾値以下であると、前記曲率情報を導出する際に導出した法線情報、及びワールド座標系での前記候補点の位置情報に基づいて、前記保持部及び前記ロボットアームを制御する第５の工程と、を備えることが好ましい。

上述の制御方法において、前記第３の工程では、前記候補点の周辺における近傍点の位置情報に基づく分散・共分散行列を算出し、前記分散・共分散行列の固有ベクトル及び固有値を算出し、前記固有ベクトル及び前記固有値に基づいて前記法線情報及び前記曲率情報を導出することが好ましい。

上述の制御方法において、前記第２の工程では、前記曲率が所定の閾値より大きいと、前記候補点の周辺における任意の近傍点を次の候補点とし、ワールド座標系での前記次の候補点の位置情報及び前記次の候補点の周辺における近傍点の位置情報を算出することが好ましい。

上述の制御方法において、前記被保持部材が載置される載置面における前記被保持部材を囲む複数の抽出点の入力を促す第６の工程をさらに備え、前記抽出点が入力されると、前記第３乃至第５の工程に代わって、ワールド座標系での前記抽出点の位置情報に基づいて、前記載置面の法線情報を導出し、前記載置面の法線情報及びワールド座標系での前記候補点の位置情報に基づいて、前記保持部及び前記ロボットアームを制御することが好ましい。

本発明の一形態に係る制御プログラムは、被保持部材を保持する保持部及び前記保持部が連結されるロボットアームの制御プログラムであって、コンピュータに、前記被保持部材の表面の曲率情報を導出し、前記被保持部材の表面の曲率情報に基づいて、前記保持部及び前記ロボットアームを制御する処理を実行させる。

以上、説明したように、本発明によると、被保持部材を良好に保持することができるロボットハンド、制御方法及び制御プログラムを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るロボットハンドを示すブロック図である。 （ａ）は保持部で被保持部材を保持した様子を概略的に示す平面図である。（ｂ）は（ａ）の側面図である。 被保持部材の表面に凸部があり、保持部によって被保持部材を保持できない様子を示す側面図である。 入力部を介して候補点を入力する様子を概略的に示す図である。 （ａ）は所定の範囲Ｒ、候補点Ｐ１、近傍点Ｐ２及び所定の範囲Ｒより外の点Ｐ３の関係を概略的に示す平面図である。（ｂ）は（ａ）の側面図である。 （ａ）はベクトルｖ１及びｖ２と候補点Ｐ１及び近傍点Ｐ２との関係を示す図である。（ｂ）はベクトルｖ１及びｖ３と候補点Ｐ１及び近傍点Ｐ２との関係を示す図である。 （ａ）は被保持部材を保持する保持部と候補点Ｐ１との配置関係を示す平面図である。（ｂ）は（ａ）の側面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るロボットハンドの動作を示すフローチャート図である。 変形し易い被保持部材が載置面に載置されている様子を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るロボットハンドを示すブロック図である。 （ａ）は変形し易い被保持部材の法線を説明するための図である。（ｂ）は変形し易い被保持部材を当該被保持部材の法線と直交する方向から保持部によって保持する様子を示す図である。 入力部を介して保持点及び抽出点を入力する様子を概略的に示す図である。 （ａ）は載置面の法線を説明するための図である。（ｂ）は変形し易い被保持部材を載置面の法線と直交する方向から保持部によって保持する様子を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るロボットハンドの動作を示すフローチャート図である。 本発明の第３の実施の形態に係るロボットハンドを示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係るロボットハンドの動作を示すフローチャート図である。 第２のモードに設定する他の形態を示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜第１の実施の形態＞
本実施の形態のロボットハンドは、例えば変形し難い被保持部材の表面の曲率情報を導出し、当該曲率情報に基づいてロボットアーム及び保持部を制御する。これにより、被保持部材の表面の凹凸を検出することができ、予め被保持部材の大きさや形状等を認識していなくても、被保持部材を良好に保持することができる。

以下に本実施の形態のロボットハンドを具体的に説明する。図１に示すように、ロボットハンド１０は、ロボットアーム２、保持部３及び制御装置１を備えている。ロボットアーム２は、一般的なロボットアームと同様に一つ又は複数の関節を有し、先端部が三次元方向に動作可能な構成とされている。なお、本実施の形態のロボットアーム２の根元部は、図示を省略したロボットの胴体部分に関節を介して連結される。

保持部３は、ロボットアーム２の先端部に関節を介して連結されている。保持部３は、例えばエアーの吸引によって被保持部材に吸着する吸着機構を備えている。つまり、保持部３は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、被保持部材の露出面に吸着する。このとき、図３に示すように、被保持部材の被吸着面に凹凸があると、被保持部材に良好に吸着することができない。

但し、本実施の形態の保持部３は、吸着機構によって被保持部材を保持しているが、被保持部材を保持する構成は特に限定されず、磁力や摩擦力等を用いて保持する構成でも良い。

本実施の形態の制御装置１は、周辺情報取得部４、入力部５、位置情報導出部６、曲率情報導出部７、判定部８及び制御部９を備えている。周辺情報取得部４は、ロボットの周辺情報を取得する。

周辺情報取得部４は、例えばステレオやＬＲＦ（Laser Range Finder）等の一般的な距離センサを備えている。距離センサは、例えばロボットアーム２が連結されるロボットの頭部に設けられており、距離センサの各画素の画素信号に基づいて周辺情報を導出する。周辺情報には、少なくともロボットの所定の位置（基準位置）を原点とするワールド座標系での座標情報及び三次元ベクトルを示す情報が含まれる。周辺情報取得部４は、取得した周辺情報を、入力部５及び位置情報導出部６に出力する。

入力部５は、保持部３で被保持部材を保持する候補点をユーザが入力する手段である。入力部５は、例えばＨＭＩ（Human Machine Interface）で構成されている。詳細には、入力部５は、図４に示すように、例えば表示部５ａを備えており、周辺情報取得部４から入力される周辺情報を当該表示部５ａに表示する。このとき、周辺情報にＲＧＢ情報が含まれていると、当該周辺情報をカラー画像として表示部５ａに表示することができ、視認性が向上する。

入力部５は、表示部５ａ上に例えば図示を省略したタッチパネルを備えている。タッチパネルの任意の位置にユーザが接触すると、接触した位置の座標情報が位置情報導出部６に出力される。例えば、図４に示すように、ユーザが表示部５ａに表示されている被保持部材を保持部３で保持することを希望する場合は、表示部５ａに表示されている被保持部材における保持部３で保持したい位置、即ち候補点Ｐ１を指やタッチペン等で接触する。これにより、表示部５ａ上での候補点Ｐ１の座標情報をタッチパネルが導出し、タッチパネルは当該座標情報を位置情報導出部６に出力する。

但し、本実施の形態の入力部５は、タッチパネルを用いて入力を実行したが、一般的なコンピュータのようにマウスを用いて所定の位置を選択する等の方法によって入力を実行しても良く、入力方法は特に限定されない。

位置情報導出部６は、候補点Ｐ１のワールド座標系での位置情報を、周辺情報取得部４が取得した周辺情報及び入力部５が導出した座標情報に基づいて導出する。詳細には、位置情報導出部６は、例えば予め設定されている周辺情報取得部４の周辺情報に含まれるワールド座標系での座標情報と入力部５の座標情報との対応関係情報をメモリ（図示を省略）等から読み出し、当該対応関係情報を参照して、周辺情報取得部４から入力される周辺情報に含まれるワールド座標系での座標情報と入力部５から入力される座標情報とに基づいて、候補点Ｐ１のワールド座標系での座標情報を導出する。位置情報導出部６は、導出した候補点Ｐ１のワールド座標系での座標情報を制御部９に出力する。

また、位置情報導出部６は、候補点Ｐ１の周辺における近傍点のワールド座標系での位置情報を、周辺情報取得部４が取得した位置情報に基づいて導出する。詳細には、位置情報導出部６は、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、候補点Ｐ１を中心とする所定の範囲Ｒ内に複数の近傍点Ｐ２を設定する。例えば、位置情報導出部６は、候補点Ｐ１を中心とする所定の範囲Ｒ内に配置される周辺情報取得部４の複数の画素と対応する位置を近傍点Ｐ２として設定する。

このとき、所定の範囲Ｒは、周辺情報取得部４の吸着機構で吸着可能な範囲、例えば候補点Ｐ１を中心とする当該吸着機構で吸着可能な範囲の半径ｒで描かれた円の内部領域（図５（ａ）及び（ｂ）の破線内）に設定されることが好ましい。このように所定の範囲Ｒを設定することで、図示例では４個の近傍点Ｐ２が設定される。なお、図５（ａ）及び（ｂ）で示される所定の範囲Ｒより外側の点Ｐ３も、周辺情報取得部４の画素と対応している。

そして、位置情報導出部６は、候補点Ｐ１のワールド座標系での位置情報の導出と同じ要領で、各々の近傍点Ｐ２のワールド座標系での座標情報を導出し、当該座標情報及び周辺情報取得部４が取得した周辺情報に基づいて各々の近傍点Ｐ２のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報を導出して曲率情報導出部７に出力する。なお、本発明では、座標情報及び／又は三次元ベクトルを示す情報を位置情報という。

さらに、位置情報導出部６は、後述するように判定部８から判定結果を示す情報が入力されると、複数の近傍点Ｐ２のうち、１つの近傍点Ｐ２を次の候補点に設定し、上述した候補点Ｐ１のワールド座標系での座標情報の導出と同じ要領で、次の候補点のワールド座標系での座標情報を導出して制御部９に出力する。

また、位置情報導出部６は、上述した近傍点Ｐ２のワールド座標系での位置情報の導出と同じ要領で、次の候補点の周辺における近傍点のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報を導出して曲率情報導出部７に出力する。なお、次の候補点としては、例えば候補点Ｐ１に最も近い近傍点Ｐ２が設定される。

曲率情報導出部７は、入力される近傍点Ｐ２のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報に基づいて、被保持部材の表面の曲率情報を導出する。詳細には、曲率情報導出部７は、複数の近傍点Ｐ２（本実施の形態では４つの近傍点Ｐ２）のワールド座標系での三次元ベクトルに基づく分散・共分散行列を算出し、当該分散・共分散行列の固有ベクトル（ｖ１、ｖ２、ｖ３）及び固有値（λ１≧λ２≧λ３）を算出する。ここで、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、λ１に対応するｖ１とλ２に対応するｖ２とを含む面は複数の近傍点Ｐ２を含む面と略等しく、λ３に対応するｖ３はｖ１とｖ２とを含む面の法線ベクトルとなり、本実施の形態では当該法線ベクトルを法線情報として用いる。曲率情報導出部７は、算出した固有ベクトルを示す情報を制御部９に出力する。

そして、曲率情報導出部７は、固有値を用いて複数の近傍点Ｐ２を含む面の曲率情報を導出する。曲率は以下の式１で算出することができる。曲率情報導出部７は、導出した曲率情報を判定部８に出力する。

判定部８は、入力される曲率情報が示す曲率が所定の閾値以下か否かを判定する。ここで、ｖ１とｖ２とを含む面の凹凸が小さいほど、λ１及びλ２の値が大きくなり、λ３の値が小さくなる。一方、ｖ１とｖ２とを含む面の凹凸が大きいほど、λ１及びλ２の値が小さくなり、λ３の値が大きくなる。そのため、曲率の値の大小によって、ｖ１とｖ２とを含む面の凹凸の程度を判定することができる。

判定部８は、入力される曲率情報が示す曲率が所定の閾値以下であると、制御部９に判定結果を示す情報を出力する。一方、判定部８は、入力される曲率情報が示す曲率が所定の閾値より大きいと、位置情報導出部６に判定結果を示す情報を出力する。

制御部９は、判定部８から判定結果を示す情報が入力されると、入力される候補点Ｐ１のワールド座標系での座標情報及び固有ベクトルを示す情報に基づいて、ロボットアーム２及び保持部３を制御する。詳細には、上述したようにｖ３は、ｖ１とｖ２とを含む平面、即ち被保持部材における複数の近傍点Ｐ２を含む面の法線と略平行に配置されるので、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｖ３と略平行であって、且つ候補点Ｐ１が保持部３の吸着機構の略中央に配置されるように制御する。

このような構成のロボットハンド１０は、図８に示す流れでロボットアーム２及び保持部３を制御する。なお、以下の説明では制御装置１を用いてロボットアーム２及び保持部３の制御を実現しているが、ソフトウェア資源を用いてロボットアーム２及び保持部３の制御を実現しても良い。

先ず、周辺情報取得部４でロボットの周辺情報を取得し、取得した周辺情報を入力部５及び位置情報導出部６に出力する（Ｓ１）。

次に、入力部５は、表示部５ａに周辺情報を表示し、ユーザに保持部３で被保持部材を保持する候補点Ｐ１の入力を促す（Ｓ２）。

次に、ユーザが候補点Ｐ１を入力すると、入力部５は入力された位置の座標情報を導出して位置情報導出部６に出力する（Ｓ３）。

次に、位置情報導出部６は、周辺情報取得部４が取得した周辺情報及び入力部５が導出した座標情報に基づいて、候補点Ｐ１のワールド座標系での座標情報を導出して制御部９に出力すると共に、候補点Ｐ１の周辺における近傍点Ｐ２のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報を導出して曲率情報導出部７に出力する（Ｓ４）。

次に、曲率情報導出部７は、入力される近傍点Ｐ２のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報に基づいて、被保持部材の表面の曲率情報を導出して判定部８に出力すると共に、固有ベクトルを示す情報を制御部９に出力する（Ｓ５）。

次に、判定部８は、入力される曲率情報が示す曲率が所定の閾値以下か否かを判定する（Ｓ６）。そして、判定部８は、入力される曲率情報が示す曲率が所定の閾値以下であると（Ｓ６のＹＥＳ）、制御部９に判定結果を示す情報を出力する（Ｓ７）。

次に、制御部９は、判定結果を示す情報が入力されると、入力される候補点Ｐ１のワールド座標系での座標情報及び固有ベクトルを示す情報に基づいて、ロボットアーム２及び保持部３を制御する（Ｓ８）。

一方、判定部８は、入力される曲率情報が示す曲率が所定の閾値より大きいと（Ｓ６のＮＯ）、位置情報導出部６に判定結果を示す情報を出力する（Ｓ９）。

位置情報導出部６は、判定結果を示す情報が入力されると、複数の近傍点Ｐ２のうち、１つの近傍点Ｐ２を次の候補点に設定し（Ｓ１０）、その後、上述のＳ４の工程に戻る。

このようなロボットハンド１０、制御方法及び制御プログラムは、被保持部材の表面の曲率に基づいて、ロボットアーム２及び保持部３を制御するので、被保持部材の大きさや形状等を予め認識していなくても、被保持部材を良好に保持することができる。しかも、曲率を算出する際に用いる固有ベクトル等に基づいて、簡単に保持部３の被保持部材への最適なアプローチ経路を導出することができる。

ここで、上述のように所定の範囲Ｒを周辺情報取得部４の吸着機構で吸着可能な範囲と略等しい範囲に設定すると、当該吸着機構が吸着する領域の曲率を導出することができ、被保持部材をさらに良好に保持することができる。

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態のロボットハンドは、例えば変形し易い被保持部材を保持する際に当該被保持部材の周辺領域における表面の曲率を算出、例えば図９に示すように、載置面Ｔ上に載置されたレシート等を保持する際に載置面Ｔの曲率情報を導出し、当該曲率情報に基づいてロボットアーム及び保持部を制御する。これにより、被保持部材が変形し易い部材であっても、被保持部材を良好に保持することができる。

以下に本実施の形態のロボットハンドを具体的に説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と重複する説明は省略し、同一の符号を用いて示す。図１０に示すように、ロボットハンド２０は、ロボットアーム２、保持部３及び制御装置２１を備えており、制御装置２１は、ロボットアーム２及び保持部３を制御する。ここで、被保持部材が変形し易い場合、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、被保持部材の表面の法線に基づいてロボットアーム２及び保持部３を制御すると、被保持部材が変形して当該被保持部材を良好に保持できない場合がある。

本実施の形態の制御装置２１は、周辺情報取得部４、入力部５、位置情報導出部２２、法線情報導出部２３及び制御部２４を備えている。本実施の形態では、入力部５を介して、保持部３で被保持部材を保持する保持点、及び被保持部材が載置される載置面Ｔにおける当該被保持部材を囲む複数の抽出点をユーザが入力する。

つまり、図１２に示すように、ユーザが表示部５ａに表示されている被保持部材における保持部３で保持したい位置（保持点Ｐ４）を指やタッチペン等で接触する。さらに、ユーザが表示部５ａに表示されている被保持部材が載置されている載置面Ｔにおける当該被保持部材を囲む複数の抽出点Ｐ５を指やタッチペン等で接触する。

これにより、表示部５ａでの保持点Ｐ４の座標情報、及び表示部５ａでの各々の抽出点Ｐ５の座標情報をタッチパネルが導出し、タッチパネルは当該座標情報を位置情報導出部２２に出力する。

位置情報導出部２２は、保持点Ｐ４のワールド座標系での位置情報を、周辺情報取得部４が取得した周辺情報及び入力部５が導出した座標情報に基づいて導出する。詳細には、位置情報導出部２２は、例えば予め設定されている周辺情報取得部４の周辺情報に含まれるワールド座標系での座標情報と入力部５の座標情報との対応関係情報をメモリ等から読み出し、当該対応関係情報を参照して、周辺情報取得部４から入力される周辺情報に含まれるワールド座標系での座標情報と入力部５から入力される保持点Ｐ４の座標情報とに基づいて、保持点Ｐ４のワールド座標系での座標情報を導出する。位置情報導出部２２は、導出した保持点Ｐ４のワールド座標系での座標情報を制御部２４に出力する。

また、位置情報導出部２２は、各々の抽出点Ｐ５のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報を、第１の実施の形態の近傍点Ｐ２のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報と同じ要領で導出し、導出した各々の抽出点Ｐ５のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報を法線情報導出部２３に出力する。

ここで、位置情報導出部２２は、例えば最初に入力される座標情報が保持点Ｐ４の座標情報を示し、その後に入力される座標情報が抽出点Ｐ５の座標情報を示しているものと区別する。但し、位置情報導出部２２における、保持点Ｐ４の座標情報と抽出点Ｐ５の座標情報との区別方法は特に限定されない。

法線情報導出部２３は、入力される抽出点Ｐ５のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報に基づいて、載置面Ｔの法線情報を導出する。載置面Ｔの法線情報は、第１の実施の形態の被保持部材の表面の法線情報と同様に固有ベクトルから導出することができるので、複数の抽出点Ｐ５のワールド座標系での三次元ベクトルに基づく分散・共分散行列を算出し、当該分散・共分散行列の固有ベクトル及び固有値を算出する。そして、法線情報導出部２３は、算出した固有ベクトルを示す情報を制御部２４に出力する。

制御部２４は、入力される保持点Ｐ４のワールド座標系での座標情報、及び固有ベクトルを示す情報に基づいて、ロボットアーム２及び保持部３を制御する。詳細には、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、当該固有ベクトルにおける法線方向の成分と略平行であって、且つ保持点Ｐ４が保持部３の吸着機構の略中央に配置されるように、制御部２４はロボットアーム２及び保持部３を制御する。

このような構成のロボットハンド２０は、図１４に示す流れでロボットアーム２及び保持部３を制御する。なお、以下の説明では制御装置２１を用いてロボットアーム２及び保持部３の制御を実現しているが、ソフトウェア資源を用いてロボットアーム２及び保持部３の制御を実現しても良い。

先ず、周辺情報取得部４でロボットの周辺情報を取得し、取得した周辺情報を入力部５及び位置情報導出部２２に出力する（Ｓ１１）。

次に、入力部５は、表示部５ａに周辺情報を表示し、ユーザに保持部３で被保持部材を保持する保持点Ｐ４、及び被保持部材が載置されている載置面Ｔにおける当該被保持部材を囲む複数の抽出点Ｐ５の入力を促す（Ｓ１２）。

次に、ユーザが保持点Ｐ４及び抽出点Ｐ５を入力すると、入力部５は入力された位置の各々の座標情報を導出して位置情報導出部２２に出力する（Ｓ１３）。

次に、位置情報導出部２２は、周辺情報取得部４が取得した周辺情報及び入力部５が導出した座標情報に基づいて、保持点Ｐ４のワールド座標系での座標情報を算出して制御部２４に出力すると共に、各々の抽出点Ｐ５のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報を算出して法線情報導出部２３に出力する（Ｓ１４）。

次に、法線情報導出部２３は、入力される抽出点Ｐ５のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報に基づいて、固有ベクトルを算出して当該固有ベクトルを示す情報（法線情報）を制御部２４に出力する（Ｓ１５）。

次に、制御部２４は、入力される保持点Ｐ４のワールド座標系での座標情報、及び固有ベクトルを示す情報に基づいて、ロボットアーム２及び保持部３を制御する（Ｓ１６）。

このようなロボットハンド２０、制御方法及び制御プログラムは、載置面Ｔの法線に基づいて、ロボットアーム２及び保持部３を制御するので、変形し易い被保持部材を保持部３で良好に保持することができる。しかも、被保持部材の大きさや形状等を予め認識する必要がない。

＜第３の実施の形態＞
本実施の形態のロボットハンドは、第１の実施の形態の制御装置と第２の実施の形態の制御装置とを組み合わせた構成である。つまり、変形し難い被保持部材と、変形し易い被保持部材と、を良好に保持することができる構成とされている。

以下に本実施の形態のロボットハンドを具体的に説明する。なお、以下の説明において、第１及び第２の実施の形態と重複する説明は省略し、同一の符号を用いて示す。図１５に示すように、ロボットハンド３０が備える制御装置３１は、周辺情報取得部４、入力部５、位置情報導出部３２、曲率情報導出部３３、判定部８及び制御部３４を備えている。

本実施の形態では、ユーザが表示部５ａを視認、又は実際に目視して被保持部材が変形し難いと判断した場合は、ユーザは被保持部材における保持部３で保持したい位置のみを入力部５から入力する。

一方、ユーザが表示部５ａを視認、又は実際に目視して被保持部材が変形し易いと判断した場合は、ユーザは被保持部材における保持部３で保持したい位置を入力部５から入力し、さらに被保持部材が載置されている載置面Ｔにおける当該被保持部材を囲む複数の抽出点を入力部５から入力する。

位置情報導出部３２は、入力される座標情報が１つであると、変形し難い被保持部材を保持する第１のモードに設定し、第１の実施の形態と同じ要領で、候補点のワールド座標系での座標情報を導出して、第１のモードである旨の情報と共に制御部３４に出力する。また、位置情報導出部３２は、第１の実施の形態と同じ要領で、候補点の周辺における近傍点のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報を導出して、第１のモードである旨の情報と共に曲率情報導出部３３に出力する。

ここで、位置情報導出部３２は、判定部８から判定結果を示す情報が入力されると、第１の実施の形態と同じ要領で、複数の近傍点のうち、１つの近傍点を次の候補点に設定し、次の候補点のワールド座標系での座標情報を導出して制御部３４に出力する。また、位置情報導出部３２は、次の候補点の周辺における近傍点のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報を導出して、第１のモードである旨の情報と共に曲率情報導出部３３に出力する。

一方、位置情報導出部３２は、入力される座標情報が複数あると、変形し易い被保持部材を保持する第２のモードに設定し、第２の実施の形態と同じ要領で、保持点のワールド座標系での座標情報を導出して、第２のモードである旨の情報と共に制御部３４に出力し、さらに各々の抽出点のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報を導出して、第２のモードである旨の情報と共に曲率情報導出部３３に出力する。

曲率情報導出部３３は、第１のモードである旨の情報と共に近傍点のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報が入力されると、第１の実施の形態と同じ要領で、分散・共分散行列を算出し、当該分散・共分散行列の固有ベクトル及び固有値を算出する。曲率情報導出部３３は、算出した固有ベクトルを示す情報を制御部３４に出力する。そして、曲率情報導出部３３は、算出した固有値を用いて複数の近傍点を含む面の曲率情報を導出して判定部８に出力する。

一方、曲率情報導出部３３は、第２のモードである旨の情報と共に抽出点のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報が入力されると、第２の実施の形態と同じ要領で、分散・共分散行列を算出し、当該分散・共分散行列の固有ベクトル及び固有値を算出する。曲率情報導出部３３は、算出した固有ベクトルを示す情報を第２のモードである旨の情報と共に制御部３４に出力する。

つまり、本実施の形態の曲率情報導出部３３は、第１の実施の形態の曲率情報導出部７、及び第２の実施の形態の法線情報算出部２３として機能する。

判定部８は、第１の実施の形態と同じ要領で、入力される曲率情報が示す曲率が所定の閾値以下か否かを判定し、当該曲率が所定の閾値以下であると、その旨の情報を制御部３４に出力する。一方、判定部８は、入力される曲率が所定の閾値より大きいと、その旨の情報を位置情報導出部３２に出力する。

制御部３４は、判定結果が入力されると、第１の実施の形態と同じ要領で、入力される候補点のワールド座標系での座標情報、及び固有ベクトルを示す情報に基づいて、ロボットアーム２及び保持部３を制御する。

一方、制御部３４は、第２のモードである旨の情報が入力されると、第２の実施の形態と同じ要領で、入力される保持点のワールド座標系での座標情報、及び固有ベクトルを示す情報に基づいて、ロボットアーム２及び保持部３を制御する。

このような構成のロボットハンド３０は、図１６に示す流れでロボットアーム２及び保持部３を制御する。なお、以下の説明では制御装置３１を用いてロボットアーム２及び保持部３の制御を実現しているが、ソフトウェア資源を用いてロボットアーム２及び保持部３の制御を実現しても良い。

先ず、周辺情報取得部４でロボットの周辺情報を取得し、取得した周辺情報を入力部５及び位置情報導出部３２に出力する（Ｓ２１）。

次に、入力部５は、表示部５ａに周辺情報を表示し、ユーザに保持部３で被保持部材を保持する候補点、又は保持部３で被保持部材を保持する保持点及び被保持部材が載置されている載置面における当該被保持部材を囲む複数の抽出点の入力を促す（Ｓ２２）。

次に、ユーザが候補点、又は保持点及び抽出点を入力すると、入力部５は入力された位置の座標情報を導出して位置情報導出部３２に出力する（Ｓ２３）。

次に、位置情報導出部３２は、入力される座標情報が１つか否かを判定する（Ｓ２４）。位置情報導出部３２は、入力される座標情報が１つであると（Ｓ２４のＹＥＳ）、変形し難い被保持部材を保持する第１のモードに設定し、候補点のワールド座標系での座標情報を導出して第１のモードである旨の情報と共に制御部３４に出力する。また、位置情報導出部３２は、候補点の周辺における近傍点のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報を導出して第１のモードである旨の情報と共に曲率情報導出部３３に出力する（Ｓ２５）。

次に、曲率情報導出部３３は、第１のモードである旨の情報と共に近傍点のワールド座標系での位置情報が入力されると、当該近傍点のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報に基づいて、被保持部材の表面の曲率情報を導出して判定部８に出力すると共に、固有ベクトルを示す情報を制御部３４に出力する（Ｓ２６）。

次に、判定部８は、入力される曲率情報が示す曲率が所定の閾値以下か否かを判定する（Ｓ２７）。そして、判定部８は、入力される曲率情報が示す曲率が所定の閾値以下であると（Ｓ２７のＹＥＳ）、制御部３４に判定結果を示す情報を出力する（Ｓ２８）。制御部３４は、判定結果を示す情報が入力されると、入力される候補点のワールド座標系での座標情報及び固有ベクトルを示す情報に基づいて、ロボットアーム２及び保持部３を制御する（Ｓ２９）。

判定部８は、入力される曲率情報が示す曲率が所定の閾値より大きいと（Ｓ２７のＮＯ）、位置情報導出部３２に判定結果を示す情報を出力する（Ｓ３０）。位置情報導出部３２は、判定結果を示す情報が入力されると、複数の近傍点のうち、１つの近傍点を次の候補点に設定し（Ｓ３１）、その後、上述のＳ２５の工程に戻る。

一方、位置情報導出部３２は、入力される座標情報が複数あると（Ｓ２４のＮＯ）、変形し易い被保持部材を保持する第２のモードに設定し、保持点のワールド座標系での座標情報を第２のモードである旨の情報と共に制御部３４に出力し、また、位置情報導出部３２は、各々の抽出点のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報を第２のモードである旨の情報と共に曲率情報導出部３３に出力する（Ｓ３２）。

曲率情報導出部３３は、第２のモードである旨の情報と共に抽出点のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報が入力されると、当該抽出点のワールド座標系での三次元ベクトルを示す情報に基づいて、固有ベクトルを算出して当該固有ベクトルを示す情報を制御部３４に出力する（Ｓ３３）。

次に、制御部３４は、入力される保持点のワールド座標系での座標情報、及び固有ベクトルを示す情報に基づいて、ロボットアーム２及び保持部３を制御する（Ｓ２９）。

このようなロボットハンド３０、制御方法及び制御プログラムは、被保持部材の表面の曲率に基づいて被保持部材を保持する第１のモードと、載置面Ｔの法線に基づいて被保持部材を保持する第２のモードと、を備えているので、変形し難い被保持部材及び変形し易い被保持部材の両方を良好に保持することができる。しかも、被保持部材の大きさや形状等を予め認識する必要がない。

以上、本発明に係るロボットハンド、制御方法及び制御プログラムの実施の形態を説明したが、上記に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、保持部３で変形し易い被保持部材を保持する際に、入力部５を介して被保持部材を囲む複数の抽出点を入力しているが、図１７に示すように、保持点Ｐ４を入力した後に、載置面を示す領域内の一つの点Ｐ６を入力することで、変形し易い被保持部材を保持する旨を位置情報導出部に認識させても良い。つまり、入力部５が、画像処理によって被保持部材の領域と他の領域とを認識し、他の領域での入力を検出すると、複数の抽出点を抽出して当該抽出点の座標情報、及び第２のモードである旨の情報を位置情報導出部に出力しても良い。

１０、２０、３０ ロボットハンド
１ 制御装置
２ ロボットアーム
３ 保持部
４ 周辺情報取得部
５ 入力部、５ａ 表示部
６ 位置情報導出部
７ 曲率情報導出部
８ 判定部
９ 制御部
２１ 制御装置
２２ 位置情報導出部
２３ 法線情報導出部
２４ 制御部
３１ 制御装置
３２ 位置情報導出部
３３ 曲率情報導出部
３４ 制御部
Ｐ１ 候補点
Ｐ２ 近傍点
Ｐ４ 候補点
Ｐ４ 保持点
Ｐ５ 抽出点
ｒ 半径
Ｒ 所定の範囲
Ｔ 載置面

Claims (12)

1. 被保持部材を保持する保持部と、前記保持部が連結されるロボットアームと、前記保持部及び前記ロボットアームを制御する制御装置と、を備えるロボットハンドであって、
   前記制御装置は、被保持部材の表面の曲率情報を導出し、前記被保持部材の表面の曲率情報に基づいて、前記保持部及び前記ロボットアームを制御するロボットハンド。
2. 前記制御装置は、
   周辺情報を取得する周辺情報取得部と、
   前記保持部で前記被保持部材を保持する候補点をユーザが入力する入力部と、
   ワールド座標系での前記候補点の位置情報及び前記候補点の周辺における近傍点の位置情報を、前記周辺情報取得部が取得した周辺情報及び前記入力部を介して入力された前記候補点の位置情報に基づいて導出する位置情報導出部と、
   前記位置情報導出部が導出した前記候補点の周辺における近傍点の位置情報に基づいて、前記被保持部材の表面の曲率情報を導出する曲率情報導出部と、
   前記曲率情報が示す曲率が所定の閾値以下か否かを判定する判定部と、
   前記曲率が所定の閾値以下であると、前記曲率情報導出部が曲率情報を導出する際に導出した法線情報、及び前記位置情報導出部が導出した前記候補点の位置情報に基づいて、前記保持部及び前記ロボットアームを制御する制御部と、
   を備える請求項１に記載のロボットハンド。
3. 前記曲率情報導出部は、前記候補点の周辺における近傍点の位置情報に基づく分散・共分散行列を算出し、前記分散・共分散行列の固有ベクトル及び固有値を算出し、前記固有ベクトル及び前記固有値に基づいて前記法線情報及び前記曲率情報を導出する請求項２に記載のロボットハンド。
4. 前記位置情報導出部は、前記曲率が所定の閾値より大きいと、前記候補点の周辺における任意の近傍点を次の候補点とし、ワールド座標系での前記次の候補点の位置情報及び前記次の候補点の周辺における近傍点の位置情報を、前記周辺情報取得部が取得した周辺情報に基づいて導出する請求項２又は３に記載のロボットハンド。
5. 前記入力部には、前記保持部で前記被保持部材を保持する候補点に加えて、前記被保持部材が載置される載置面における前記被保持部材を囲む複数の抽出点が入力され、
   前記曲率情報導出部は、前記抽出点が入力されると、前記被保持部材の表面の曲率情報に代わって、ワールド座標系での前記抽出点の位置情報に基づいて、前記載置面の法線情報を導出する請求項２乃至４のいずれか１項に記載のロボットハンド。
6. 被保持部材を保持する保持部と、前記保持部が連結されるロボットアームと、前記保持部及び前記ロボットアームを制御する制御装置と、を備えるロボットハンドであって、
   前記制御装置は、
   周辺情報を取得する周辺情報取得部と、
   前記保持部で前記被保持部材を保持する保持点、及び前記被保持部材が載置される載置面における前記被保持部材を囲む複数の抽出点を、ユーザが入力する入力部と、
   ワールド座標系での前記保持点の位置情報及び前記抽出点の位置情報を、前記周辺情報取得部が取得した周辺情報、前記入力部を介して入力された前記保持点の位置情報及び前記抽出点の位置情報に基づいて導出する位置情報導出部と、
   前記位置情報導出部が導出した前記抽出点の位置情報に基づいて、前記載置面の法線情報を導出する法線情報導出部と、
   前記法線情報導出部が導出した載置面の法線情報及び前記位置情報導出部が導出した保持点の位置情報に基づいて、前記保持部及び前記ロボットアームを制御する制御部と、
   を備えるロボットハンド。
7. 被保持部材を保持する保持部及び前記保持部が連結されるロボットアームの制御方法であって、
   被保持部材の表面の曲率情報を導出し、前記被保持部材の表面の曲率情報に基づいて、前記保持部及び前記ロボットアームを制御する制御方法。
8. 前記保持部で前記被保持部材を保持する候補点の入力を促す第１の工程と、
   ワールド座標系での前記候補点の位置情報及び前記候補点の周辺における近傍点の位置情報を導出する第２の工程と、
   前記候補点の周辺における近傍点の位置情報に基づいて、前記被保持部材の表面の曲率情報を導出する第３の工程と、
   前記曲率情報が示す曲率が所定の閾値以下か否かを判定する第４の工程と、
   前記曲率が所定の閾値以下であると、前記曲率情報を導出する際に導出した法線情報、及びワールド座標系での前記候補点の位置情報に基づいて、前記保持部及び前記ロボットアームを制御する第５の工程と、
   を備える請求項７に記載の制御方法。
9. 前記第３の工程では、前記候補点の周辺における近傍点の位置情報に基づく分散・共分散行列を算出し、前記分散・共分散行列の固有ベクトル及び固有値を算出し、前記固有ベクトル及び前記固有値に基づいて前記法線情報及び前記曲率情報を導出する請求項８に記載の制御方法。
10. 前記第２の工程では、前記曲率が所定の閾値より大きいと、前記候補点の周辺における任意の近傍点を次の候補点とし、ワールド座標系での前記次の候補点の位置情報及び前記次の候補点の周辺における近傍点の位置情報を算出する請求項８又は９に記載の制御方法。
11. 前記被保持部材が載置される載置面における前記被保持部材を囲む複数の抽出点の入力を促す第６の工程をさらに備え、
    前記抽出点が入力されると、前記第３乃至第５の工程に代わって、ワールド座標系での前記抽出点の位置情報に基づいて、前記載置面の法線情報を導出し、前記載置面の法線情報及びワールド座標系での前記候補点の位置情報に基づいて、前記保持部及び前記ロボットアームを制御する請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の制御方法。
12. 被保持部材を保持する保持部及び前記保持部が連結されるロボットアームの制御プログラムであって、
    コンピュータに、前記被保持部材の表面の曲率情報を導出し、前記被保持部材の表面の曲率情報に基づいて、前記保持部及び前記ロボットアームを制御する処理を実行させる制御プログラム。

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