JP2015136769A - エンドエフェクタの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はエンドエフェクタの制御方法を提供する。【解決手段】物体の三次元物理データを取得するステップ、ベクトル計画により吸着に適する位置を検出するステップ、及び制御命令を発しエンドエフェクタを制御し上述の位置で物体を吸着するステップを少なくとも含む。ここでは、ベクトル計画は、バーチャルプラットフォームを開設し、取得した物体の三次元物理データ構造をバーチャルの物体としてバーチャルプラットフォームに表示するステップ、バーチャルの物体上に一点の基準点を設定し、基準点から適切な距離離れる位置をエンドエフェクタの作業位置として設定するステップ、基準点を通過しバーチャルプラットフォームの平面に垂直になるステップ、各平面とバーチャルの物体の表面とが交錯する曲線を計算するステップ、及び各曲線上のエンドエフェクタの指の届く範囲で吸着位置をそれぞれ検出するステップを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、エンドエフェクタが物体を吸着する点を判断する制御方法に関する。

近年人件費の上昇に伴い工場の自動化が進んでいる。ロボットにより実行される作業は製造ライン上に固定される部材のピックアンドプレイスや簡単な組立てのみならず、少量の多様な形状の部材の組立てや製造にも使用されるようになり、このためより高い自由度のエンドエフェクタ及び対応する制御方法の需要が日増しに高まっている。

前述した従来の技術では、例えば、特許文献１には気圧によりロボットの指を駆動させ、物を挾持する動作と記載され、さらに、従来の技術には演算法により高い自由度のエンドエフェクタを演算制御させる方法が記載されている。しかしながら、物体の外観上特殊な曲線の造形が形成されると、データベースから適切な吸着方法が見つけられず、従来の技術では人間が教示しなければならなかった。しかし、この方法は時間と労力がかかり、多様な少量の製造ラインに応用させるには適さなかった。故に、高い自由度のエンドエフェクタに応用される人工知能による演算制御法を研究開発し、産業界の需要を満たす必要があった。

アメリカ特許出願第２０１００１５６１２５号明細書

そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的かつ効果的に課題を改善する本発明の提案に到った。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものである。上記課題解決のため、本発明は、エンドエフェクタの制御方法を提供することを主目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るエンドエフェクタの制御方法は、ソフトウェアによって実行され、少なくとも２軸の自由度をそれぞれ有する少なくとも２本の指を有し、各前記指の末端には吸着装置が設置されるエンドエフェクタに応用されるエンドエフェクタの制御方法であって、前記制御方法は、
物体の三次元物理データを取得するステップと、
ベクトル計画により吸着に適する位置を検出するステップと、
制御命令を出し、前記エンドエフェクタを制御して上述の位置で前記物体を吸着するステップを少なくとも含み、
ここでは、前記ベクトル計画のステップは、
バーチャルプラットフォームを開設し、取得した前記物体の三次元物理データの構造をバーチャルの物体としてバーチャルプラットフォーム上に表示するステップと、
前記バーチャルの物体上に一点の基準点を設定し、前記基準点から適切な距離離れる位置に前記エンドエフェクタの作業位置を設定するステップと、
前記基準点を通過し前記バーチャルプラットフォームの平面に垂直になり、前記平面の数量は前記エンドエフェクタの前記指の数量に対応し、各平面と隣接する平面の間の挟角は等しいステップと、
各平面と前記バーチャルの物体の表面の交錯する曲線を計算するステップと、
各曲線上に前記エンドエフェクタの前記指の届く範囲で吸着位置をそれぞれ検出し、前記エンドエフェクタの前記指は前記吸着位置の前記曲線上の法線ベクトル方向に沿い前記吸着位置に近接するステップをさらに含むことを特徴とする。

前記ベクトル計画中では、前記基準点を前記バーチャルの物体の重心或いは図心とすることを特徴とする。

前記ベクトル計画では、前記適切な距離は前記エンドエフェクタの前記指が届く範囲内であることを特徴とする。

前記ベクトル計画前記曲線上で適切な吸着位置を検出出来ない場合、前記曲線が対応する平面の付近で再度前記基準点を通過し前記バーチャルプラットフォームの第二平面に垂直になり、前記第二平面と前記バーチャルの物体の表面とが交錯する第二曲線を計算し、前記第二曲線で前述の方法により吸着位置を検出するステップを更に含むことを特徴とする。

前記制御方法は典型的な計画を更に含み、前記典型的な計画は、前記物体の三次元物理データを分析し、ソフトウェアに組込まれる簡単な幾何形状モデルと比較するステップ、前記物体の表面の形状がソフトウェアに組込まれる簡単な幾何形状モデルに相似するか確認するステップ、及びソフトウェアに組込まれる上述のモデルでの典型的な吸着位置を計算し、前記物体の三次元物理データから検出された前記物体の表面の吸着位置と対照するステップを含む。

前記制御方法は教示式計画を更に備え、前記教示式計画は、操作技師が前記制御エンドエフェクタを手動で直接前記物体付近に移動させるステップ、操作技師が手動で直接前記エンドエフェクタの前記指を制御して前記物体の表面の適切な位置に接触させるステップ、前記エンドエフェクタの前記指が上述の適切な位置で前記物体を吸着しているか確認するステップ、及び前述の前記エンドエフェクタの移動経路及び前記指の吸着位置を記録させるステップを含むことを特徴とする。

前記制御方法のステップは、
ａ．前記物体の三次元物理データを取得するステップ、
ｂ．典型的な計画により吸着に適する位置を検出するステップ、
ｃ．典型的な計画では吸着に適する位置を検出出来ない場合、ベクトル計画により吸着に適する位置を検出するステップ、
ｄ．ベクトル計画では吸着に適する位置が検出出来ない場合、教示式により計画吸着に適する位置を検出するステップ、
ｅ．制御命令を出し前記エンドエフェクタを制御し上述の位置で前記物体を吸着するステップとなることを特徴とする。

上述のステップにより吸着に適する位置を検出後、ソフトウェアにより吸着位置の前記法線ベクトルを計算するステップ、吸着位置上の前記法線ベクトルから延伸される予備位置を計算するステップ、前記エンドエフェクタの作業位置及び前記エンドエフェクタの前記指の前記物体を吸着する動作姿勢を計算し制御命令を発信するステップ、及び制御命令を実行し前記エンドエフェクタに前記物体を吸着させるステップを更に含むことを特徴とする。

本発明によれば、物体を吸着する位置を判断する数種類の方法を用い最も好ましい吸着位置を検出し、物体をスムーズに吸着する。

本発明に係るエンドエフェクタの制御方法を説明するフローチャートである。 本発明に係るエンドエフェクタの制御方法を説明する典型的な的な計画方法のフローチャートである。 本発明に係るエンドエフェクタの制御方法を説明する方ベクトルの計画方法のフローチャートである。 本発明に係るエンドエフェクタの制御方法を説明する指示の計画方法のフローチャートである。 本発明が吸入位置を発見した後の制御方法を説明するフローチャートである。 本発明が提供されるエンドエフェクタの使用状態を説明する概略図である。

以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

＜第１実施例＞
以下、第１実施例を図１〜６に基づいて説明する。本発明の実施形態に係るエンドエフェクタの制御方法はソフトウェアにより実行され、少なくとも２軸の自由度をそれぞれ有する少なくとも２本の指を有し、各前記指の末端には吸着装置が設置されるエンドエフェクタに応用される。この好ましい実施形態では、図６に示すように、すなわち、各々が４軸の自由度をそれぞれ有する３本の指１を有し、各指１は３本の指の関節１１をそれぞれ有し、各指の関節１１は隣接する指の関節に対し枢動し、上部の指の関節１１ａは他の指の関節を連動させて一緒に自転させて枢動させ、これにより４軸の自由度を形成させ、末端の指の関節１１ｂに設置される吸着装置１２が物体２の表面の位置Ｐ上のＮ方向に沿い物体２を吸着させる。

また、本発明の実施形態に係るエンドエフェクタの制御方法の工程は図１に示すように、
ａ．物体の三次元物理データを取得するステップ、
ｂ．典型的な計画により吸着に適する位置を検出するステップ、
ｃ．典型的な計画では吸着に適する位置を検出出来ない場合、ベクトル計画により吸着に適する位置を検出するステップ、
ｄ．ベクトル計画では吸着に適する位置が検出出来ない場合、教示式により計画吸着に適する位置を検出するステップ、
ｅ．制御命令を出しエンドエフェクタを制御し上述の位置で物体を吸着するステップ、
を含む。

上述の制御方法では、吸着する物体の図形或いはモデルのファイルをソフトウェアに入力し、或いは、三次元レーザースキャンや立体視覚等の他の方式により、物体の三次元物理データを取得する。次に、典型的な計画及びベクトル計画の順に実行し物体上の吸着に適する位置を検出するが、吸着に適する位置が検出出来ない場合、最後手段として教示式計画により吸着位置を決定する。以下には各種の計画を説明する。

先ず、前記典型的な計画のステップは図２に示すように、
物体の三次元物理データを分析し、ソフトウェアに組込まれる簡単な幾何形状モデルと比較するステップ、
前記物体の表面形状が何れかのソフトウェアに組込まれる簡単な幾何形状モデルに相似するか確認するステップ、
及びソフトウェアに組込まれる上述のモデルでの典型的な吸着位置を計算し、前記物体の三次元物理データから検出された前記物体の表面の吸着位置と対照するステップを含む。

上述の典型的な計画は、簡単に言えば、吸着する物体とソフトウェアに組込まれる各種の簡単な幾何形状、例えば球形体、平板、矩形体等のモデルとを比較し、判断手段により物体が簡単な幾何形状モデルの何れに近似するか分析し、ソフトウェアに組込まれる簡単な幾何形状モデルの演算法の公式を適用し、前記物体の三次元物理データと対照し、吸着位置を計算する。前記判断手段は、例えば各種の組込まれる簡単な幾何形状モデルの拡大縮小により、ターゲットの物体の外形が最も近似する内接及び外接の被覆体の体積を検出し、両者の体積の差分を計算し、閾値により上述の三組のデータを分析し、前記物体が組込まれる簡単な幾何形状モデルの何れに近似するか判断する。典型的な計画はソフトウェアには特定の幾何形状に対応する演算法が組込まれ、ターゲットの物体と特定の幾何形状とが近似するか確認するのみで、組込まれる公式を適用させて吸着位置を高速に計画する。

吸着する物体がソフトウェアに組込まれる簡単な幾何形状モデルの何れにも近似しない場合、ベクトル計画により吸着位置を検出する。前記ベクトル計画のステップは図３のように、
バーチャルプラットフォームを開設し、物体の三次元物理データ構造をバーチャルの物体としてバーチャルプラットフォーム上に表示するステップ、
バーチャルの物体に一点の基準点を設定し、前記基準点から適切な距離離れる位置にエンドエフェクタの作業位置を設定するステップ、
前記基準点を通過し前記バーチャルプラットフォームの平面に垂直になるステップ、
各平面と前記バーチャルの物体の表面とが交錯する曲線を計算するステップ、
及び各曲線上でエンドエフェクタの指が届く範囲で吸着位置をそれぞれ検出するステップを含む。

この計画では、前記基準点は前記バーチャルの物体の重心或いは図心であり、ソフトウェアにより計算し分析する。エンドエフェクタの作業位置は前記基準点から適切な距離をとり、前記適切な距離はエンドエフェクタの指が届く範囲である。これにより、前記エンドエフェクタは前記作業位置を計画により吸着する位置の基点とする。続いて、エンドエフェクタの指に対応する数量の前記基準点を通過し前記バーチャルプラットフォームの平面に垂直になり、各平面と隣接する平面との間の挟角は相等になり、これら平面と前記バーチャルの物体の表面とはそれぞれ交錯し曲線を形成させ、ソフトウェアにより計算し、各曲線上のエンドエフェクタの指が届く最も遠い位置から最も近い位置へ順に吸着位置を検出する。詳述すると、前記曲線は複数の点が接続されることで形成され、ソフトウェアにより各点の法線ベクトルを計算し、エンドエフェクタの指が何れか一点の法線ベクトルに沿い近接すると、前記の点が吸着に適合する位置となる。

上述の曲線で適切な吸着位置を検出出来ない場合、前記曲線の対応する平面付近で前記基準点を通過し前記バーチャルプラットフォームの第二平面に垂直になり、前記第二平面とバーチャルの物体の表面とが交錯する第二曲線を計算し、前記第二曲線上で前述の方法により吸着位置を検出する。本実施例では、前記第二平面と前述の平面とは１度離れる。それでも検出できない場合はこのステップを再度行う。

前記ベクトル計画により完成する吸着位置の計画は吸着特性及びエンドエフェクタの指が届く範囲の限界の条件に符合し、各吸着位置は物体の基準点に対し物体に平均的に分布され、各吸着位置は皆物体の基準点から離れるという長所を更に有する。これにより、エンドエフェクタは本方法による計画の吸着位置で安定的に物体を吸着出来る。

しかしながら、上述の典型的な計画及びベクトル計画でも吸着に適する位置を検出出来ない場合、最終的な手段として教示式計画により計画を行う。前記教示式計画は図４のように、操作技師が手動で直接エンドエフェクタを制御させ前記物体付近に移動させるステップと、操作技師が手動で直接エンドエフェクタの指を制御させて前記物体の表面の適切な位置に接触させるステップと、エンドエフェクタの指が上述の適切な位置で物体を吸着しているか確認するステップと、前述のエンドエフェクタの移動経路及び指の吸着位置を記録するステップを含む。

教示式計画は前述の２つのソフトウェアの自動演算を利用し実行される計画が失敗した場合、操作技師が手動方式でエンドエフェクタを直接制御し物体を掴み、掴んだ位置も操作技師の経験及び感覚に基づいた判断であり、手動による制御で掴んだ位置で物体の吸着の成功を確認後、ソフトウェアにエンドエフェクタの移動経路及び指の吸着位置を記録させ、後続のソフトウェアによるエンドエフェクタの自動制御を重複して実行する。

上述したように、本発明に係る制御方法は順に典型的な計画、ベクトル計画、及び教示式計画を実行し物体上で吸着に適する位置を検出し、ソフトウェアは制御エンドエフェクタの制御命令を発信する。より詳しくは、図５に示すように、吸着位置を検出後、先ずソフトウェアにより前記吸着位置の法線ベクトルを計算し、前記吸着位置の外へ前記法線ベクトルに沿い延伸される予備位置を更に計算し、同時にエンドエフェクタの作業位置を計算する。前記作業位置はエンドエフェクタの本体の置かれる位置であり、前記予備位置はエンドエフェクタの指が物体を吸着する前に置かれる位置である。次にエンドエフェクタの指が物体を吸着させるのに必要な動作姿勢を計算し、これに基き制御命令を発し、実行するとエンドエフェクタの指を制御して各指の関節が動作し物体を吸着させる。

なお、本発明は前述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

１ 指
１１ 指の関節
１１ａ 上部の指の関節
１１ｂ 末端の指の関節
１２ 吸着装置
２ 物
Ｐ 位置
Ｎ 方向

Claims (9)

1. ソフトウェアによって実行され、少なくとも２軸の自由度をそれぞれ有する少なくとも２本の指を有し、各前記指の末端には吸着装置が設置されるエンドエフェクタに応用されるエンドエフェクタの制御方法であって、前記制御方法は、
   物体の三次元物理データを取得するステップと、
   ベクトル計画により吸着に適する位置を検出するステップと、
   制御命令を出し、前記エンドエフェクタを制御して上述の位置で前記物体を吸着するステップを少なくとも含み、
   ここでは、前記ベクトル計画のステップは、
   バーチャルプラットフォームを開設し、取得した前記物体の三次元物理データの構造をバーチャルの物体としてバーチャルプラットフォーム上に表示するステップと、
   前記バーチャルの物体上に一点の基準点を設定し、前記基準点から適切な距離離れる位置に前記エンドエフェクタの作業位置を設定するステップと、
   前記基準点を通過し前記バーチャルプラットフォームの平面に垂直になり、前記平面の数量は前記エンドエフェクタの前記指の数量に対応し、各平面と隣接する平面の間の挟角は等しいステップと、
   各平面と前記バーチャルの物体の表面の交錯する曲線を計算するステップと、
   各曲線上に前記エンドエフェクタの前記指の届く範囲で吸着位置をそれぞれ検出し、前記エンドエフェクタの前記指は前記吸着位置の前記曲線上の法線ベクトル方向に沿って前記吸着位置に近接するステップをさらに含むことを特徴とするエンドエフェクタの制御方法。
2. 前記ベクトル計画中では、前記基準点を前記バーチャルの物体の重心或いは図心とすることを特徴とする、請求項１に記載のエンドエフェクタの制御方法。
3. 前記ベクトル計画中では、前記適切な距離は前記エンドエフェクタの前記指が届く範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載のエンドエフェクタの制御方法。
4. 前記ベクトル計画中は、前記曲線上で適切な吸着位置を検出出来ない場合、前記曲線が対応する平面の付近で再度前記基準点を通過し前記バーチャルプラットフォームの第二平面に垂直になり、前記第二平面と前記バーチャルの物体の表面とが交錯する第二曲線を計算し、前記第二曲線で前述の方法により吸着位置を検出するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のエンドエフェクタの制御方法。
5. 前記制御方法は典型的な計画を更に含み、前記典型的な計画は、前記物体の三次元物理データを分析し、ソフトウェアに組込まれる簡単な幾何形状モデルと比較するステップ、前記物体の表面の形状がソフトウェアに組込まれる簡単な幾何形状モデルに相似するか確認するステップ、及びソフトウェアに組込まれる上述のモデルでの典型的な吸着位置を計算し、前記物体の三次元物理データから検出された前記物体の表面の吸着位置と対照するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載のエンドエフェクタの制御方法。
6. 前記制御方法は教示式計画を更に備え、前記教示式計画は、操作技師が前記制御エンドエフェクタを手動で直接前記物体付近に移動させるステップ、操作技師が手動で直接前記エンドエフェクタの前記指を制御して前記物体の表面の適切な位置に接触させるステップ、前記エンドエフェクタの前記指が上述の適切な位置で前記物体を吸着しているか確認するステップ、及び前述の前記エンドエフェクタの移動経路及び前記指の吸着位置を記録させるステップを含むことを特徴とする、請求項５に記載のエンドエフェクタの制御方法。
7. 前記制御方法のステップの順序は、
   ａ．前記物体の三次元物理データを取得するステップ、
   ｂ．典型的な計画により吸着に適する位置を検出するステップ、
   ｃ．典型的な計画では吸着に適する位置を検出出来ない場合、ベクトル計画により吸着に適する位置を検出するステップ、
   ｄ．ベクトル計画では吸着に適する位置が検出出来ない場合、教示式により計画吸着に適する位置を検出するステップ、
   ｅ．制御命令を出し、前記エンドエフェクタを制御して上述の位置で前記物体を吸着するステップとなることを特徴とする、請求項６に記載のエンドエフェクタの制御方法。
8. 前記制御方法は教示式計画を更に備え、前記教示式計画は、操作技師が手動で直接前記エンドエフェクタを制御させ前記物体付近に移動させるステップ、操作技師が手動で直接前記エンドエフェクタを制御させ前記指を前記物体の表面の適切な位置に接触させるステップ、前記エンドエフェクタの前記指が上述の適切な位置で前記物体を吸着しているか確認するステップ、及び前述の前記エンドエフェクタの移動経路及び前記指の吸着位置を記録させるステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載のエンドエフェクタの制御方法。
9. 吸着に適する位置を検出後、前記制御方法は、ソフトウェアにより吸着位置の前記法線ベクトルを計算するステップ、吸着位置上の前記法線ベクトルから延伸される予備位置を計算するステップ、前記エンドエフェクタの作業位置及び前記エンドエフェクタの前記指の前記物体を吸着する動作姿勢を計算し制御命令を発信するステップ、及び制御命令を実行し前記エンドエフェクタに前記物体を吸着させるステップを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のエンドエフェクタの制御方法。