JP2015157340A - Robot, control device, robot system, and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボット、制御装置、ロボットシステム、および制御方法に関する。 The present invention relates to a robot, a control device, a robot system, and a control method.
従来、ロボットの制御手法として種々の手法が考案されてきた。例えば、撮像部により撮像される画像のデータに基づいて、視覚的なフィードバック制御を行う制御手法がある。また、例えば、ロボットが外部環境から受ける反力に基づいてフィードバック制御を行う制御手法がある。これらの制御手法により制御されるロボットは、例えば、部品の組み付け作業などに利用され、作業の精度を高めるための技術が考案されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
Conventionally, various methods have been devised as robot control methods. For example, there is a control method for performing visual feedback control based on image data captured by an imaging unit. Further, for example, there is a control method for performing feedback control based on a reaction force that the robot receives from the external environment. Robots controlled by these control methods are used, for example, for assembling parts and the like, and techniques for improving the accuracy of the work have been devised (see, for example,
しかしながら、従来の技術では、作業の精度を十分に高めることができなかった。例えば、従来の技術では、特定の制御手法によりロボットを制御し、作業の成功と失敗とを検出する。作業の失敗を検出した場合、作業を開始する前の状態に戻してから改めて同一の制御手法により作業を再実行する。この場合、ロボットの制御が同一の制御手法に基づいているため、作業を成功させることができないことがあった。また、作業が成功したとしても、成功させるまでに何度も作業の再実行が必要となり、作業に時間を要することがあった。 However, the conventional technique has not been able to sufficiently improve the accuracy of work. For example, in the conventional technology, a robot is controlled by a specific control method to detect success and failure of work. When the failure of the work is detected, the work is re-executed by the same control method after returning to the state before the work is started. In this case, since the control of the robot is based on the same control method, the work may not be successful. Further, even if the work is successful, it is necessary to re-execute the work many times before the work is successful, and the work sometimes takes time.
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、作業の精度を高めることができるロボット、制御装置、ロボットシステム、および制御方法を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a robot, a control device, a robot system, and a control method that can improve work accuracy.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一実施形態は、力センサーと、撮像部の撮像画像を用いた第1制御と前記力センサーの出力を用いた第2制御とを切り替える制御部と、を含み、前記制御部は、前記第1制御と前記第2制御とのうちいずれか一方の制御で所定作業を開始させた後、前記第1制御と前記第2制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、ロボットである。
この構成により、ロボットは、第1制御と第2制御とを切り替えて所定作業を行うため、いずれかの制御により作業を行う場合に比して、作業の精度を高めることができる。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and one embodiment of the present invention uses a force sensor, a first control using a captured image of an imaging unit, and an output of the force sensor. A control unit that switches between the first control and the second control, after the control unit starts a predetermined work by either one of the first control and the second control, In the second control, the robot performs the predetermined work by another control different from the one control.
With this configuration, since the robot performs the predetermined work by switching between the first control and the second control, the accuracy of the work can be improved as compared with the case where the work is performed by any control.
また、本発明の一実施形態は、前記制御部は、前記第1制御と前記第2制御とのうちいずれか一方の制御で所定作業を開始させた後、前記所定作業が達成されないと判定した場合に、前記第1制御と前記第2制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、ロボットである。
この構成により、ロボットは、第1制御により所定作業が達成できなかった場合には第2制御により所定作業を行う。また、第2制御により所定作業が達成できなかった場合には第1制御により所定作業を行う。従って、所定作業中に問題が発生した場合であっても別の制御手法により作業を継続し、作業を達成することができるため、作業の精度を高めることができる。
In one embodiment of the present invention, the control unit determines that the predetermined work is not achieved after starting the predetermined work by any one of the first control and the second control. In this case, the robot causes the predetermined operation to be performed by another control different from the one control of the first control and the second control.
With this configuration, when the predetermined work cannot be achieved by the first control, the robot performs the predetermined work by the second control. When the predetermined work cannot be achieved by the second control, the predetermined work is performed by the first control. Therefore, even if a problem occurs during the predetermined work, the work can be continued by another control method and the work can be achieved, so that the work accuracy can be improved.
また、本発明の一実施形態は、前記制御部は、作業時間が所定時間を超えた場合に前記所定作業が達成されないと判定する、ロボットである。
この構成により、ロボットは、作業が達成されないことを適切に判定し、制御手法を切り替えることができるため、作業の精度を高めることができる。
Moreover, one Embodiment of this invention is a robot with which the said control part determines with the said predetermined | prescribed operation | work not being achieved when work time exceeds predetermined time.
With this configuration, the robot can appropriately determine that the work is not achieved and switch the control method, so that the precision of the work can be improved.
また、本発明の一実施形態は、前記制御部は、前記ロボットの備える把持部の移動距離が所定距離を超えた場合に前記所定作業が達成されないと判定する、ロボットである。
この構成により、ロボットは、作業が達成されないことを適切に判定し、制御手法を切り替えることができるため、作業の精度を高めることができる。
Moreover, one Embodiment of this invention is a robot with which the said control part determines with the said predetermined | prescribed operation | work not being achieved when the movement distance of the holding part with which the said robot exceeds predetermined distance.
With this configuration, the robot can appropriately determine that the work is not achieved and switch the control method, so that the precision of the work can be improved.
また、本発明の一実施形態は、前記制御部は、前記力センサーが所定の大きさを超えた力を検出した場合に前記所定作業が達成されないと判定する、ロボットである。
この構成により、ロボットは、作業が達成されないことを適切に判定し、制御手法を切り替えることができるため、作業の精度を高めることができる。
In one embodiment of the present invention, the control unit determines that the predetermined operation is not achieved when the force sensor detects a force exceeding a predetermined magnitude.
With this configuration, the robot can appropriately determine that the work is not achieved and switch the control method, so that the precision of the work can be improved.
また、本発明の一実施形態は、前記制御部は、前記ロボットの備える把持部が所定領域外に移動した場合に前記所定作業が達成されないと判定する、ロボットである。
この構成により、ロボットは、作業が達成されないことを適切に判定し、制御手法を切り替えることができるため、作業の精度を高めることができる。
Moreover, one Embodiment of this invention is a robot with which the said control part determines with the said predetermined | prescribed operation | work not being achieved when the holding part with which the said robot is moved out of the predetermined area | region.
With this configuration, the robot can appropriately determine that the work is not achieved and switch the control method, so that the precision of the work can be improved.
また、本発明の一実施形態は、力センサーを備え、撮像部の撮像画像を用いた第1制御と前記力センサーの出力を用いた第2制御とにより所定作業を行うロボットを動作させる制御装置であって、前記ロボットに、前記第1制御と前記第2制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させた後、前記第1制御と前記第2制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、制御装置である。
この構成により、制御装置は、第1制御と第2制御とを切り替えてロボットに所定作業を行わせるため、作業の精度を高めることができる。
Also, an embodiment of the present invention includes a force sensor, and a control device that operates a robot that performs a predetermined operation by first control using an image captured by an imaging unit and second control using an output of the force sensor. And after making the said robot start the said predetermined | prescribed operation | work by any one control of said 1st control and said 2nd control, said one of said 1st control and said 2nd control The control device causes the predetermined work to be performed by another control different from the control.
With this configuration, the control device switches between the first control and the second control to cause the robot to perform a predetermined operation, so that the accuracy of the operation can be improved.
また、本発明の一実施形態は、撮像部と、力センサーを備え、前記撮像部の撮像画像を用いた第1制御と前記力センサーの出力を用いた第2制御とにより所定作業を行うロボットと、前記第1制御と前記第2制御とを切り替える制御部と、を含み、前記制御部は、前記ロボットに、前記第1制御と前記第2制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させた後、前記第1制御と前記第2制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、ロボットシステムである。
この構成により、ロボットシステムにおいて、制御装置は、第1制御と第2制御とを切り替えてロボットに所定作業を行わせるため、作業の精度を高めることができる。
According to another embodiment of the present invention, a robot includes an imaging unit and a force sensor, and performs a predetermined operation by first control using an image captured by the imaging unit and second control using an output of the force sensor. And a control unit that switches between the first control and the second control, and the control unit controls the robot to perform the predetermined control by either one of the first control and the second control. In the robot system, after the work is started, the predetermined work is performed by another control different from the one of the first control and the second control.
With this configuration, in the robot system, the control device switches between the first control and the second control to cause the robot to perform a predetermined operation, so that the accuracy of the operation can be improved.
また、本発明の一実施形態は、力センサーを備え、撮像部の撮像画像を用いた第1制御と前記力センサーの出力を用いた第2制御とにより所定作業を行うロボットを動作させる制御方法であって、前記第1制御と前記第2制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させることと、前記第1制御と前記第2制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせることと、を含む制御方法である。
この制御方法により、制御装置20は、第1制御と第2制御とを切り替えてロボットに所定作業を行わせるため、作業の精度を高めることができる。
Also, an embodiment of the present invention includes a force sensor, and a control method for operating a robot that performs a predetermined operation by first control using a captured image of an imaging unit and second control using an output of the force sensor. The starting of the predetermined work by one of the first control and the second control is different from the one of the first control and the second control. Performing the predetermined work by another control.
With this control method, the
以上のように、本発明によれば、ロボット、制御装置、ロボットシステム、および制御方法は、それぞれ、作業の精度を高めることができる。 As described above, according to the present invention, the robot, the control device, the robot system, and the control method can each increase the accuracy of work.
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
[本実施形態に係るロボットシステムの概要]
図1は、本発明の一実施形態に係るロボットシステム1の概略的な構成例を示す図である。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[Outline of Robot System According to this Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a
本実施形態に係るロボットシステム1は、挿入物を把持し、把持した挿入物を被挿入物に挿入する嵌合作業を行うシステムである。ロボットシステム1は、ロボット10と、制御装置20と、撮像部30と、を備える。ロボット10は、その内部に制御装置20を含む。撮像部30とロボット10とは、回線40を介して通信可能に接続される。本実施形態において、回線40は、有線であるが、回線40は無線であってもよい。
The
ロボット10は、1本の腕(アーム)を構成するマニピュレーター11を備える単腕のロボットである。マニピュレーター11は、その先端部に把持部(ハンド)12と力(力覚)センサー13とを備える。
把持部12は、挿入物51を把持する。
力センサー13は、把持部12に加わる力とモーメントとを検出する。力センサー13は、検出した力とモーメントとを示す力覚情報を制御装置20に出力する。
The
The
The
撮像部30は、カメラモジュールを備え、挿入物51と被挿入物61とを撮像する。また、撮像部30は、回線40と接続された通信部を備え、回線40を介して、撮像した画像の情報である対象物画像情報を制御装置20に送信する。本実施形態において、撮像部30は、ロボット10が把持する挿入物51を含む画像を撮像することが可能な配置で備えられる。
The
制御装置20は、第1制御と第2制御との2種類の制御手法によりロボット10を制御する。第1制御は、撮像部30の撮像画像を用いた制御であり、いわゆるビジュアルサーボである。
図2は、本実施形態に係る第1制御に用いる対象物画像と目標画像(参照画像)との一例を示す図である。
The
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an object image and a target image (reference image) used for the first control according to the present embodiment.
図2(a)は、対象物画像の一例を示す画像である。図2(b)は、目標画像の一例を示す画像である。図2(a)および図2(b)において示される画像には、円柱状の形状を有する挿入物51と被挿入物61とが撮像されている。被挿入物61は、円柱状の窪み62を有する。窪み62は、挿入物51を挿入可能な円柱状に形成され、被挿入物61を貫通しない。なお、本実施形態において、被挿入物61は、ロボット10のマニピュレーター11が届く範囲内に固定されて配置されている。
FIG. 2A is an image showing an example of the object image. FIG. 2B is an image showing an example of the target image. In the images shown in FIGS. 2A and 2B, an
対象物画像は、制御途中の挿入物51と被挿入物61とを撮像したものである。また、対象物画像は、撮像部30により随時取得される。目標画像は、制御の結果として得られる挿入物51と被挿入物61との像を示す。ロボットシステム1は、第1制御において、対象物画像と目標画像とを比較し、対象物画像が目標画像に一致するように視覚的なフィードバック制御を行う。例えば、制御装置20は、ロボット10を第1制御して挿入物51を少しずつ動かすことにより、挿入物51を窪み62に挿入する作業を行う。ロボットシステム1は、第1制御において、対象物画像と目標画像とが一致した場合、作業が達成されたと判定する。
The object image is an image of the
第2制御は、ロボット10の力センサーの出力を用いた制御であり、いわゆるインピーダンス制御である。
インピーダンス制御とは、ロボット10に外力が加わったとき、当該外力による変位(スチフネス)、速度(粘性)、および慣性(加速度)の応答が所望の値となるようにアクチュエーターの駆動トルクを制御する制御手法である(例えば、非特許文献、わかりやすいロボットシステム入門、松日楽 信人、他、オーム社、2010.7.15、p131−p134参照)。
The second control is control using the output of the force sensor of the
The impedance control is a control for controlling the driving torque of the actuator so that the response of displacement (stiffness), speed (viscosity), and inertia (acceleration) due to the external force becomes a desired value when an external force is applied to the
本実施形態において、ロボットシステム1は、挿入物51を被挿入物61に押し当て、押し当てる力が所望の値となるように第2制御を行う。ロボットシステム1は、被挿入物61の表面に挿入物51を押し当てながら挿入物51の位置を動かすことで、被挿入物61の表面を走査する。挿入物51が窪み62に至ると、押圧の対象が失われるため、ロボットシステム1は、第2制御のフィードバック制御により、挿入物51を窪み62内部に移動させる。これにより、挿入物51が窪み62に挿入される。挿入物51が窪み62に挿入されると、ロボットシステム1による挿入物51の走査方向への移動が抑制される。ロボットシステム1は、第2制御において、例えば、当該動作の抑制を検出した場合、作業が達成されたと判定する。
In the present embodiment, the
[本実施形態に係る制御装置の概要]
図3は、本発明の一実施形態に係る制御装置の概略的な構成の一例を示すブロック図である。
制御装置20は、ロボット10の動作を制御する制御装置であり、装置の内部にCPU(Central Processing Unit)を備える。制御装置20は、記憶部21と、入力部22と、出力部23と、制御部24とを備える。
[Outline of Control Device According to this Embodiment]
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a control device according to an embodiment of the present invention.
The
記憶部21は、例えば、HDD(Hard Disc Drive)、フラッシュメモリー、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、ROM(Read Only Memory)、またはRAM(Random Access Memory)などを備え、制御装置20が備えるCPUが実行するための各種プログラムやCPUが実行した処理の結果などを記憶する。
The
また、記憶部21は、第1制御に用いる目標画像の情報である目標画像情報を記憶する。また、記憶部21は、第1制御と第2制御との2種類の制御手法のうち、選択中の制御手法を示す制御選択情報を記憶する。制御部24は、例えば、制御装置20が備えるCPUが記憶部21に記憶されているプログラムを実行することによって機能する。
In addition, the
入力部22は、外部からの入力を受け付ける。入力部22は、例えば、ロボットシステム1のユーザーから入力される操作を受け付けるためのキーボードやマウスなどを備える。また、入力部22は、例えば、通信用インターフェイスを備え、外部装置からの入力を受け付ける機能を備える。
The
出力部23は、外部への出力を行う。出力部23は、例えば、ユーザーに対して音声情報を出力するスピーカーなどを備えてよい。また、出力部23は、例えば、通信用インターフェイスを備え、外部装置へ情報を出力する機能を備えてよい。
The
制御部24は、対象物画像取得部241と、目標画像取得部242と、センサー出力取得部243と、制御切替部244と、ロボット第1制御部245と、ロボット第2制御部246と、を備える。
The
対象物画像取得部241は、回線40を介して、撮像部30から対象物画像情報を取得する。対象物画像取得部241は、取得した対象物画像情報を制御切替部244に出力する。
目標画像取得部242は、記憶部21から目標画像情報を読み出し、読み出した目標画像情報を制御切替部244に出力する。
センサー出力取得部243は、ロボット10から力覚情報を取得し、取得した力覚情報を制御切替部244に出力する。
The object
The target
The sensor
制御切替部244は、第1制御と第2制御とを切り替える。制御切替部244は、記憶部21から制御選択情報を読み出す。制御切替部244は、読み出した制御選択情報が第1制御を示す場合、対象物画像取得部241から取得した対象物画像情報と目標画像取得部242から取得した目標画像情報とをロボット第1制御部245に出力する。制御切替部244は、読み出した制御選択情報が第2制御を示す場合、センサー出力取得部243から取得した力覚情報をロボット第2制御部246に出力する。
The
ロボット第1制御部245は、第1制御信号生成部2451と、第1制御判定部2452と、を備える。
第1制御信号生成部2451は、制御切替部244から対象物画像情報と目標画像情報とを取得する。第1制御信号生成部2451は、取得した情報に基づいて第1制御を行うための制御信号を生成する。第1制御信号生成部2451は、生成した制御信号をロボット10に出力し、ロボット10を第1制御する。
第1制御判定部2452は、第1制御により所定作業が達成されたか否かを判定する。第1制御判定部2452が所定作業が達成されたと判定した場合、制御装置20は、当該作業を終了し、次の作業をロボット10に行わせる。また、所定作業が達成されないと判定した場合、第1制御判定部2452は、第2制御を示す情報を制御選択情報として、記憶部21に記憶させる。
The robot
The first control
The first
ロボット第2制御部246は、第2制御信号生成部2461と、第2制御判定部2462と、を備える。
第2制御信号生成部2461は、制御切替部244から力覚情報を取得する。第2制御信号生成部2461は、取得した力覚情報に基づいて第2制御を行うための制御信号を生成する。第2制御信号生成部2461は、生成した制御信号をロボット10に出力し、ロボット10を第2制御する。
第2制御判定部2462は、第2制御により所定作業が達成されたか否かを判定する。第2制御判定部2462が所定作業が達成されたと判定した場合、制御装置20は、当該作業を終了し、次の作業をロボット10に行わせる。また、所定作業が達成されないと判定した場合、第2制御判定部2462は、第1制御を示す情報を制御選択情報として記憶部21に記憶させる。
The robot
The second control
The second
[本実施形態に係るロボットシステムの動作の概要]
図4は、ロボットシステム1の動作の第1例を示すフローチャートである。
まず、制御装置20は、ロボット10を第1制御して所定作業を開始させる(ステップS101)。次に、制御装置20は、所定作業が達成されたか否かを判定する(ステップS102)。所定作業が達成された場合(ステップS102;YES)、制御装置20は、ロボット10による当該作業を終了する。また、所定作業が達成されない場合(ステップS102;NO)、制御装置20は、第2制御により所定作業を行う(ステップS103)。その後、制御装置20は、ロボット10による当該作業を終了する。このように、制御装置20は、制御手法を切り替えた後は、作業が達成されたか否かに関わらず作業を終了させてもよい。
[Outline of operation of robot system according to this embodiment]
FIG. 4 is a flowchart showing a first example of the operation of the
First, the
図5は、ロボットシステム1による作業手順の第1例を説明するための図である。
図5(a)は、ロボット10、挿入物51、および被挿入物61の作業開始前の状態を示す。図5(a)において示されるように、作業開始前においてロボット10は、挿入物51を把持しているが、挿入物51は、被挿入物61の窪み62に挿入されていない。
FIG. 5 is a diagram for explaining a first example of a work procedure by the
FIG. 5A shows a state of the
図5(b)は、図4のステップS101における第1制御開始後のロボット10、挿入物51、および被挿入物61の状態を示す。図5(b)において示されるように、ロボット10は、例えば、矢印71が示す方向に挿入物51を移動させ、窪み62を探索することにより対象物画像と目標画像とを一致させるように動作する。
FIG. 5B shows the state of the
図5(c)は、図4のステップS102における判定に係る所定作業が達成された場合の一例を示す図である。図5(c)において示されるように、第1制御により挿入物51が被挿入物61の窪み62に挿入されており、第1制御により所定作業が達成されている。
FIG.5 (c) is a figure which shows an example when the predetermined operation | work concerning determination in step S102 of FIG. 4 is achieved. As shown in FIG. 5C, the
図5(d)は、図4のステップS102における判定に係る所定作業が達成されていない場合の一例を示す図である。図5(d)において示されるように、挿入物51が被挿入物61の窪み62に挿入されておらず、第1制御により所定作業が達成されていない。この一例において、制御装置20は、所定作業が達成されていないと判定する基準として、例えば、時間や移動距離、力などを用いる。時間に基づく判定において、例えば、第1制御の開始から所定時間以内に対象物画像と目標画像とを一致させることができない場合に、制御装置20は、所定作業が達成されていないと判定する。また、移動距離に基づく判定において、例えば、ロボット10の把持部12や挿入物51の任意の点の軌跡が、第1制御の開始から所定距離を超えても対象物画像と目標画像とを一致させることができない場合に、制御装置20は、所定作業が達成されないと判定する。また、力に基づく判定において、例えば、力センサー13が所定以上の力を検出した場合に、制御装置20は、所定作業が達成されないと判定する。
FIG. 5D is a diagram illustrating an example when the predetermined work related to the determination in step S102 of FIG. 4 is not achieved. As shown in FIG. 5D, the
図5(e)は、図4のステップS103における第2制御開始後のロボット10、挿入物51、および被挿入物61の状態を示す。上述したように、制御装置20は、例えば、図5(d)において示されるように第1制御が失敗した場合、ロボット10の制御を第2制御に切り替える。図5(e)において示されるように、ロボット10は、挿入物51を、第2制御により被挿入物61に押し当てながら、例えば、矢印72が示すように移動させ、窪み62を探索する。そして、ロボット10は、探索した窪み62に挿入物51を挿入する。
FIG. 5E shows the state of the
図6は、ロボットシステム1の動作の第2例を示すフローチャートである。
まず、制御装置20は、ロボット10を第2制御して所定作業を開始させる(ステップS201)。次に、制御装置20は、所定作業が達成されたか否かを判定する(ステップS202)。所定作業が達成された場合(ステップS202;YES)、制御装置20は、ロボット10による当該作業を終了する。また、所定作業が達成されない場合(ステップS202;NO)、制御装置20は、ロボット10を制御して第1制御により所定作業を行う(ステップS203)。その後、制御装置20は、ロボット10による当該作業を終了する。
FIG. 6 is a flowchart showing a second example of the operation of the
First, the
図7は、ロボットシステム1による作業手順の第2例を説明するための図である。
図7(a)は、ロボット10、挿入物51、および被挿入物61の作業開始前の状態を示す。図7(a)において示されるように、作業開始前においてロボット10は、挿入物51を把持しているが、挿入物51は、被挿入物61の窪み62に挿入されていない。
FIG. 7 is a diagram for explaining a second example of the work procedure by the
FIG. 7A shows a state of the
図7(b)は、図6のステップS201における第2制御開始後のロボット10、挿入物51、および被挿入物61の状態を示す。図7(b)において示されるように、ロボット10は、挿入物51を、被挿入物61に押し当てながら、例えば、矢印72が示す方向に移動させ、窪み62を探索する。
FIG. 7B shows the state of the
図7(c)は、図6のステップS202における判定に係る所定作業が達成された場合の一例を示す図である。図7(c)において示されるように、第2制御により挿入物51が被挿入物61の窪み62に挿入されており、第2制御により所定作業が達成されている。
FIG. 7C is a diagram illustrating an example when the predetermined work related to the determination in step S202 of FIG. 6 is achieved. As shown in FIG. 7C, the
図7(d)は、図6のステップS202における判定に係る所定作業が達成されていない場合の一例を示す図である。図7(d)において示されるように、挿入物51が被挿入物61の窪み62に挿入されておらず、第2制御により所定作業が達成されていない。この一例において、制御装置20は、所定作業が達成されていないと判定する基準として、例えば、時間や移動距離、領域などを用いる。時間に基づく判定において、例えば、第2制御の開始から所定時間以内に被挿入物61の有する窪み62を探索できない場合に、制御装置20は、所定作業が達成されないと判定する。また、移動距離に基づく判定において、例えば、ロボット10の把持部12や挿入物51の任意の点の軌跡が、第2制御の開始から所定距離を超えても窪み62を探索できない場合に、制御装置20は、所定作業が達成されないと判定する。また、領域に基づく判定において、例えば、窪み62の探索中に、挿入物51が押し当てられる被挿入物61の面上の所定領域を、挿入物51が外れてしまった場合に、所定作業が達成されないと判定する。
FIG. 7D is a diagram illustrating an example when the predetermined work related to the determination in step S202 of FIG. 6 is not achieved. As shown in FIG. 7D, the
図7(e)は、図6のステップS203における第1制御開始後のロボット10、挿入物51、および被挿入物61の状態を示す。上述したように、ロボットシステム1は、例えば、図7(d)において示されるように第1制御が失敗した場合、ロボット10の制御を第1制御に切り替える。図7(e)において示されるように、ロボット10は、挿入物51を、例えば、矢印71が示す方向に移動させ、窪み62に挿入物51を近づけることにより、対象物画像と目標画像とを一致させるように動作する。そして、ロボットシステム1は、挿入物51を被挿入物61に挿入する。
FIG. 7E shows the state of the
図8は、ロボットシステム1の動作の第3例を示すフローチャートである。
まず、制御装置20は、ロボット10を第1制御して所定作業を行わせる(ステップS301)。次に、制御装置20は、所定作業が達成されたか否かを判定する(ステップS302)。所定作業が達成された場合(ステップS302;YES)、制御装置20は、ロボット10による当該作業を終了する。また、所定作業が達成されない場合(ステップS302;NO)、制御装置20は、ロボット10を第2制御して所定作業を行わせる(ステップS303)。次に、制御装置20は、所定作業が達成されたか否かを判定する(ステップS304)。所定作業が達成された場合(ステップS304;YES)、制御装置20は、ロボット10による当該作業を終了する。また、所定作業が達成されない場合(ステップS304;NO)、制御装置20は、ステップS301に処理を戻す。
FIG. 8 is a flowchart showing a third example of the operation of the
First, the
[本実施形態に係るロボットシステムによる作業の変形例の概要]
図9は、ロボットシステム1による作業の変形例を説明するための図である。
図9(a)は、ロボットシステム1による作業の変形例の概要を示す図である。図9(a)において示されるように、この変形例において、ロボットシステム1は、円錐状の挿入物52を、被挿入物63が有する窪み64に対して矢印73が示す方向に挿入する作業を行う。
[Outline of Modification of Work by Robot System According to this Embodiment]
FIG. 9 is a diagram for explaining a modification of the work performed by the
FIG. 9A is a diagram showing an outline of a modified example of work by the
図9(b)は、ロボットシステム1による作業の変形例の概要を示す図である。図9(b)は、挿入物52と被挿入物63との断面図を示す。図9(b)において示されるように、窪み64には、例えば、粘性体が埋め込まれており、ロボットシステム1は、挿入物52を任意の挿入量で挿入する。矢印74は、挿入物52の挿入によりロボット10に与えられる反力Fの方向を示す。反力Fは、挿入物52の挿入量に応じて変化し、当該挿入量が大きくなる程、反力Fは増大する。長さLは、挿入物52が被挿入物63から延出する部分の長さを示す。
FIG. 9B is a diagram showing an outline of a modified example of work by the
ロボットシステム1は、例えば、この変形例において、所定の制御手法で作業を完了するようにしてよい。ロボットシステム1は、例えば、挿入物52の挿入量が重要である場合、第1制御により処理を完了する。具体的には、ロボットシステム1は、例えば、図9(a)において示されるような挿入物52の挿入前の状態を目標として第2制御を行う。そして、ロボットシステム1は、制御手法を切り替え、挿入物52が被挿入物61から延出する長さが所定長Lとなるように第1制御を行う。これにより、ロボットシステム1は、任意の挿入量で挿入物52を被挿入物63に挿入することができ、例えば、挿入後の挿入物52と被挿入物63との外観を目標画像と一致させることができる。
For example, in this modification, the
ロボットシステム1は、例えば、挿入物52の押し込みトルクが重要である場合、第2制御により処理を完了する。具体的には、ロボットシステム1は、例えば、図9(a)において示されるような挿入物52の挿入前の状態を目標として第1制御を行う。そして、ロボットシステム1は、制御手法を切り替え、挿入物52から受ける反力Fが所定の大きさを超えるように第2制御を行う。これにより、ロボットシステム1は、任意の押し込みトルクで挿入物52を被挿入物63に挿入することができるため、例えば、挿入物52を被挿入物63に所定の力で固定することができる。
For example, when the pushing torque of the
[ロボットシステムの他の構成例]
本実施形態では、図1において示されるように単腕のロボット10を備えるロボットシステム1について説明したが、ロボット10とは異なるロボットを備えるロボットシステムに、本実施形態と同様の構成を適用することが可能である。
図10は、他の構成例に係るロボットシステム1aの概略的な構成の第1例を示す図である。
ロボットシステム1aは、ロボット10aと、制御装置20aと、撮像部30aと、を備える。ロボット10aと制御装置20aとは、回線41を介して通信可能に接続される。制御装置20aと撮像部30aとは、回線42を介して通信可能に接続される。本実施形態において、回線41と回線42とは、有線であるが、回線41と回線42とは、無線であってもよい。
[Other configuration examples of the robot system]
In the present embodiment, the
FIG. 10 is a diagram illustrating a first example of a schematic configuration of a
The
ロボット10aは、1本のマニピュレーター11aを備える単腕のロボットである。マニピュレーター11aは、上述したロボット10のマニピュレーター11と同様の構成を備える。
制御装置20aは、上述したロボット10の制御装置20と同様の構成を備える。また、制御装置20aは、ロボット10aの外部装置である。このようにロボット10aと制御装置20aとは、一体の装置でなくてもよい。
The
The
図11は、他の構成例に係るロボット8の概略的な構成の第2例を示す図である。
図11は、ロボット8の正面図を示す。ロボット8は、撮像部82と、制御装置83と、格納部801と、胴体部分802〜804と、左側の車輪805と、右側の車輪806と、左側のマニピュレーター811と、右側のマニピュレーター814と、を備える。
FIG. 11 is a diagram illustrating a second example of a schematic configuration of a
FIG. 11 shows a front view of the
ロボット8は、それぞれ腕(アーム)を構成する2本のマニピュレーター811、814を備える双腕ロボットである。また、ロボット8は、制御装置83と一体に構成されている。ロボット8の動作は、制御装置83から入力される制御信号により制御される。
The
格納部801の上面には、胴体部材802、胴体部材803、胴体部材804の順に部材が取り付けられている。また、最も上部の胴体部材804の左側には、左腕を構成するマニピュレーター811が取り付けられており、当該胴体部材804の右側には、右腕を構成するマニピュレーター814が取り付けられている。また、格納部801の底面の左側には、車輪805が取り付けられており、格納部801の底面の右側には、車輪806が取り付けられている。ロボット8は、車輪805、806を、例えば、人手により、または、制御装置83の自動制御により回転させることにより移動する。また、格納部801の上面には、撮像部82が取り付けられている。また、格納部801は、制御装置83を格納する。
Members are attached to the upper surface of the
マニピュレーター811、814は、それぞれ、垂直多関節ロボットの一種であり、ロボットアームとして機能する。マニピュレーター811は、その先端に把持部812と力センサー813とを備える。マニピュレーター814は、その先端に把持部815と力センサー816とを備える。
Each of the
力センサー813は、把持部812に加わる力とモーメントとを検出する。力センサー816は、把持部815に加わる力とモーメントとを検出する。
把持部812、815は、それぞれ把持する対象となる物体(対象物)を把持する。
マニピュレーター811、814、および把持部812、815は、把持部812、815により把持される対象物を移動させ、当該対象物の位置や姿勢を変化させる。
撮像部82は、把持部812、815により把持される対象物を含む画像を撮像することが可能な配置で備えられる。撮像部82は、カメラモジュールを備え、把持部812、815によって把持される対象物を撮像する。
The
The gripping
The
The
制御装置83は、左腕のマニピュレーター811および把持部812と、右腕のマニピュレーター814および把持部815とを制御する。制御装置83は、2つのマニピュレーター811、814を同時に関連付けて制御してもよく、それぞれ別個に制御してもよい。制御装置83は、例えば、図3において示される制御装置20と同様の概略構成を備え、撮像部82や力センサー813、816から取得する情報に基づいてロボット8の動作を制御する。
The
図11のような双腕のロボット8を用いて、例えば、図4や図6において示される挿入物51を被挿入物61に挿入する作業を行う場合、制御装置83は、例えば、右腕の把持部815が被挿入物61を把持するように制御し、左腕の把持部812が挿入物51を把持するように制御してもよい。そして、制御装置83は、例えば、左腕または右腕のいずれかを第1制御または第2制御し、挿入物51を被挿入物61に挿入する作業を行ってよい。
For example, when performing the operation of inserting the
一構成例として、ロボット10は、力センサー13と、撮像部30の撮像画像を用いた第1制御と前記力センサー13の出力を用いた第2制御とを切り替える制御部24と、を含み、前記制御部24は、前記第1制御と前記第2制御とのうちいずれか一方の制御で所定作業を開始させた後、前記第1制御と前記第2制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、ロボットである。
As an example of the configuration, the
また、一構成例として、前記制御部24は、前記第1制御と前記第2制御とのうちいずれか一方の制御で所定作業を開始させた後、前記所定作業が達成されないと判定した場合に、前記第1制御と前記第2制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる。
Further, as one configuration example, when the
また、一構成例として、前記制御部24は、作業時間が所定時間を超えた場合に前記所定作業が達成されないと判定する。
As one configuration example, the
また、一構成例として、前記制御部24は、前記ロボット10の備える把持部12の移動距離が所定距離を超えた場合に前記所定作業が達成されないと判定する。
Further, as one configuration example, the
また、一構成例として、前記制御部24は、前記力センサー13が所定の大きさを超えた力を検出した場合に前記所定作業が達成されないと判定する。
As one configuration example, the
また、一構成例として、前記制御部24は、前記ロボット10の備える把持部12が所定領域外に移動した場合に前記所定作業が達成されないと判定する。
As one configuration example, the
また、一構成例として、制御装置20は、力センサー13を備え、撮像部30の撮像画像を用いた第1制御と前記力センサー13の出力を用いた第2制御とにより所定作業を行うロボット10を動作させる制御装置20であって、前記ロボット10に、前記第1制御と前記第2制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させた後、前記第1制御と前記第2制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、制御装置である。
Further, as one configuration example, the
また、一構成例として、ロボットシステム1は、撮像部30と力センサー13とを備え、前記撮像部30の撮像画像を用いた第1制御と前記力センサー13の出力を用いた第2制御とにより所定作業を行うロボット10と、前記第1制御と前記第2制御とを切り替える制御部24と、を含み、前記制御部24は、前記ロボット10に、前記第1制御と前記第2制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させた後、前記第1制御と前記第2制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、ロボットシステムである。
As one configuration example, the
また、一構成例は、力センサー13を備え、撮像部の撮像画像を用いた第1制御と前記力センサー13の出力を用いた第2制御とにより所定作業を行うロボット10を動作させる制御方法であって、前記第1制御と前記第2制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させることと、前記第1制御と前記第2制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせることと、を含む制御方法である。
In addition, one configuration example includes a
[以上の実施形態のまとめ]
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
[Summary of the above embodiments]
The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.
なお、上述した各例において、マニピュレーターは、任意の自由度を有してよい。マニピュレーターの自由度は、例えば、6軸や7軸の自由度であってよく、5軸以下の自由度や8軸以上の自由度であってもよい。
なお、上述した各例において、撮像部は、例えばロボットが設置されている台の上面や床面、天井、壁面などに固定されて備えられてもよい。また、撮像部は、例えば、人手により撮像方向や撮像角度などを変化させることが可能な構成であってもよい。また、撮像部は、自動的に撮像方向や撮像角度などを変化させる構成を備えてよい。また、撮像部は、ロボットと一体であってもよいし、一体でなくてもよい。
In each example described above, the manipulator may have an arbitrary degree of freedom. The degree of freedom of the manipulator may be, for example, a degree of freedom of 6 axes or 7 axes, or a degree of freedom of 5 axes or less or a degree of freedom of 8 axes or more.
In each example described above, the imaging unit may be provided fixed to, for example, an upper surface, a floor surface, a ceiling, or a wall surface of a table on which the robot is installed. In addition, the imaging unit may be configured to be able to change the imaging direction, the imaging angle, and the like manually. The imaging unit may be configured to automatically change the imaging direction, the imaging angle, and the like. Further, the imaging unit may be integrated with the robot or may not be integrated.
なお、上述した各例において、制御装置は、第1制御と第2制御とを任意のタイミングで切り替えてもよい。例えば、制御装置20は、第1制御により挿入物51を被挿入物61に近づけてから第2制御に切り替えてよい。これにより、ロボットシステム1は、第2制御による窪み62の走査範囲を縮減し、短時間で作業を終了することができる。また、制御装置20は、第1制御または第2制御のいずれかで所定作業が達成されたと判定された後に制御手法を切り替えて、切り替えた後の制御手法でも所定作業が達成されたと判定されたときに所定作業を終了してもよい。これにより、正確に所定作業を達成することができる。
In each example described above, the control device may switch between the first control and the second control at an arbitrary timing. For example, the
また、制御装置は、所定作業が達成されたか否かを複数の条件で判定してよい。例えば、制御装置20は、作業時間、移動距離、および領域による判定の一部またはすべてを組み合わせて判定してよい。また、制御装置は、所定作業が達成できない場合、作業の対象物の位置関係を変更してから制御手法を切り替えて所定作業を再開してよいし、位置関係を変更せずに制御手法を切り替えて所定作業を再開してもよい。また、制御装置は、同一の制御手法で所定の回数、所定作業が達成できないと判定された場合に、制御手法を切り替えて所定作業を再開してもよい。
Further, the control device may determine whether or not the predetermined work has been achieved under a plurality of conditions. For example, the
なお、上述した各例において、ロボット、制御装置、および撮像部は、任意の公知の機能を備えてよい。
なお、上述した各例において、挿入物、被挿入物、および被挿入物が有する窪みの形状は、上述したものに限定されない。例えば、被挿入物は、内部を貫通する孔を有し、また、ロボットシステムは、挿入物を被挿入物に挿入させる作業以外にも、例えば、部品同士を緩く組み合わせる嵌合作業を行ってもよい。
In each example described above, the robot, the control device, and the imaging unit may have any known function.
In addition, in each example mentioned above, the shape of the hollow which an insert, a to-be-inserted object, and a to-be-inserted object have is not limited to what was mentioned above. For example, the object to be inserted has a hole penetrating the inside, and the robot system may perform, for example, a fitting operation for loosely combining parts in addition to the operation for inserting the insert into the object to be inserted. Good.
なお、以上に説明した装置(例えば、ロボット10、10a、8や制御装置20、20a)における任意の構成部の機能を実現するためのプログラムを、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録し、そのプログラムをコンピューターシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここで言う「コンピューターシステム」とは、OS(Operating System)や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM(Read Only Memory)、CD(Compact Disk)−ROM等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことを言う。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリー(RAM:Random Access Memory)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
It should be noted that a program for realizing the functions of arbitrary components in the devices described above (for example, the
また、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピューターシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピューターシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことを言う。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
In addition, the above program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting a program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line.
Further, the above program may be for realizing a part of the functions described above. Further, the program may be a so-called difference file (difference program) that can realize the above-described functions in combination with a program already recorded in the computer system.
1…ロボットシステム、10…ロボット、20…制御装置、30…撮像部、11…マニピュレーター、12…把持部、13…力センサー、21…記憶部、22…入力部、23…出力部、24…制御部、241…対象物画像取得部、242…目標画像取得部、243…センサー出力取得部、244…制御切替部、245…ロボット第1制御部、246…ロボット第2制御部、2451…第1制御信号生成部、2452…第1制御判定部、2461…第2制御信号生成部、2462…第2制御判定部、40…回線、51…挿入物、61…被挿入物、62…窪み
DESCRIPTION OF
Claims (9)
撮像部の撮像画像を用いた第1制御と前記力センサーの出力を用いた第2制御とを切り替える制御部と、を含み、
前記制御部は、
前記第1制御と前記第2制御とのうちいずれか一方の制御で所定作業を開始させた後、前記第1制御と前記第2制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、
ロボット。 A force sensor;
A control unit that switches between a first control using a captured image of the imaging unit and a second control using the output of the force sensor,
The controller is
After starting a predetermined operation by any one of the first control and the second control, the control is performed by another control different from the one control of the first control and the second control. To perform predetermined work,
robot.
請求項1に記載のロボット。 When the control unit determines that the predetermined work is not achieved after starting the predetermined work by any one of the first control and the second control, the first control and the first control Causing the predetermined work to be performed by another control different from the one control among the two controls,
The robot according to claim 1.
請求項2に記載のロボット。 The control unit determines that the predetermined work is not achieved when the work time exceeds a predetermined time,
The robot according to claim 2.
請求項2または請求項3に記載のロボット。 The control unit determines that the predetermined work is not achieved when a movement distance of a gripping unit included in the robot exceeds a predetermined distance.
The robot according to claim 2 or claim 3.
請求項2から請求項4のいずれか一項に記載のロボット。 The control unit determines that the predetermined work is not achieved when the force sensor detects a force exceeding a predetermined magnitude,
The robot according to any one of claims 2 to 4.
請求項2から請求項5のいずれか一項に記載のロボット。 The control unit determines that the predetermined operation is not achieved when a gripping unit included in the robot moves out of a predetermined region.
The robot according to any one of claims 2 to 5.
前記ロボットに、前記第1制御と前記第2制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させた後、前記第1制御と前記第2制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、
制御装置。 A control device that includes a force sensor and operates a robot that performs a predetermined operation by first control using an image captured by an imaging unit and second control using an output of the force sensor;
After the robot is caused to start the predetermined work by one of the first control and the second control, the first control and the second control are different from the one control. Causing the predetermined work to be performed under other control,
Control device.
力センサーを備え、前記撮像部の撮像画像を用いた第1制御と前記力センサーの出力を用いた第2制御とにより所定作業を行うロボットと、
前記第1制御と前記第2制御とを切り替える制御部と、を含み、
前記制御部は、
前記ロボットに、前記第1制御と前記第2制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させた後、前記第1制御と前記第2制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせる、
ロボットシステム。 An imaging unit;
A robot that includes a force sensor, and performs a predetermined operation by a first control using a captured image of the imaging unit and a second control using an output of the force sensor;
A control unit that switches between the first control and the second control,
The controller is
After the robot is caused to start the predetermined work by one of the first control and the second control, the first control and the second control are different from the one control. Causing the predetermined work to be performed under other control,
Robot system.
前記第1制御と前記第2制御とのうちいずれか一方の制御で前記所定作業を開始させることと、
前記第1制御と前記第2制御とのうち前記一方の制御とは異なる他の制御で前記所定作業を行わせることと、
を含む制御方法。 A control method including a force sensor, and operating a robot that performs a predetermined operation by first control using an image captured by an imaging unit and second control using an output of the force sensor,
Starting the predetermined work by any one of the first control and the second control;
Causing the predetermined work to be performed by another control different from the one control of the first control and the second control;
Control method.
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