JP2015157341A - ロボット、ロボットシステム、及び制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】力センサーと、アームと、制御部と、を含み、制御部は、撮像部により撮像された撮像画像を用いた第1の制御と力センサーの出力を用いた第2の制御とのうち、統計的に選択されたいずれか1つの制御によって、アームを動作させる、ロボットである。
【選択図】図2
Description
また、一方で、把持部の手先に外から力を加えた場合に生じる機械的なインピーダンス(慣性、減衰係数、剛性)を、目的とする作業に都合の良い値に設定するための位置と力の制御であるインピーダンス制御を行うロボットが知られている。
この構成により、制御部が、第1の制御と第2の制御とのうち、統計的に選択されたいずれか1つの制御によって、アームを動作させる。これにより、ロボットは、2つの方式の制御うちのいずれも用いることができる作業において、より適切な制御を行うことができる。
この構成により、ロボットは、2つの方式の制御うち、過去の動作結果における失敗数を示す情報に基づいて選択された、いずれか1つの制御によってアームを動作させる。これにより、ロボットは、2つの方式の制御うち、例えば、失敗数の少ない方式を選択できるため、より適切なアームの制御を行うことができる。
この構成により、ロボットは、2つの方式の制御うち、過去の動作結果における制御時間に基づいて選択された、いずれか1つの制御によってアームを動作させる。これにより、ロボットは、2つの方式の制御うち、例えば、制御速度が速い方式を選択できるため、より適切なアームの制御を行うことができる。
この構成により、ロボットは、2つの方式の制御うち、制御時間と成功回数とに基づいて選択された、いずれか1つの制御によってアームを動作させる。これにより、ロボットは、2つの方式の制御うち、例えば、全制御時間を成功回数で除算したサイクルタイムが短い作業効率の良い方式を選択できるため、より適切なアームの制御を行うことができる。
この構成により、ロボットは、2つの方式の制御うち、失敗数が小さい、又は、制御時間が短いいずれか1つの制御が選択される。これにより、ロボットは、2つの方式の制御うち、例えば、失敗数が小さい、又は、制御時間が短い方式を選択できるため、より適切なアームの制御を行うことができる。
この構成により、ロボットは、ビジュアルサーボと、インピーダンス制御とのうち、統計的に選択されたいずれか1つの制御によって、アームを動作させる。これにより、ロボットは、ビジュアルサーボと、インピーダンス制御との2つの方式の制御うちのいずれも用いることができる作業において、より適切な制御を行うことができる。
この構成により、ロボットシステムは、2つの方式の制御うち、過去の動作結果における制御時間に基づいて選択された、いずれか1つの制御によってロボットを動作させる。これにより、ロボットシステムは、2つの方式の制御うちのいずれも用いることができる作業において、より適切なロボットの制御を行うことができる。
この構成により、制御装置は、2つの方式の制御うち、過去の動作結果における制御時間に基づいて選択された、いずれか1つの制御によってロボットを動作させる。これにより、2つの方式の制御うちのいずれも用いることができる作業において、より適切なロボットの制御を行うことができる。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態によるロボット10の概略的な構成例を示す図である。
図1に示すように、ロボット10は、1本のマニピュレーターを備える単腕のロボットであり、把持部11、力覚センサー12、アーム部13、及び支持台15を備え、撮像部30と接続されている。ここで、把持部11及びアーム部13は、ロボット10のアーム14に対応する。また、ロボット10は、ロボット制御装置20を備えている。
なお、本実施形態では、一例として、単腕のロボットである場合について説明する。
力覚センサー12(力センサー)は、把持部11とアーム部13との間に設けられている。力覚センサー12は、3軸方向の力とトルクとを検出する。ここで、3軸方向の力は、把持部11とアーム部13との間で作用しているものである。トルクは、把持部11の取り付け方向の軸回りのものである。
アーム部13は、支持台15に対して、旋回可能、且つ屈伸可能に連結されている。
支持台15は、アーム部13と連結されており、例えば、床面などに固定されている。
制御部24は、例えば、撮像部30により撮像された撮像画像を用いたビジュアルサーボ(第1の制御)と、力覚センサー12の出力を用いたインピーダンス制御(第2の制御)とのうち、過去に試行した動作結果を示す履歴情報に基づいて統計的に選択されたいずれか1つの制御によって、アーム14を動作させる。
また、インピーダンス制御とは、把持部11の手先に外から力を加えた場合に生じる機械的なインピーダンス(慣性、減衰係数、剛性)を、目的とする作業に都合の良い値に設定するための位置と力の制御を行う制御方式である。すなわち、インピーダンス制御とは、力覚センサー12の出力に基づくフィードバック制御である。
また、制御部24は、制御方式の選択に利用する履歴情報を蓄積するために、ロボット10が行う作業に対して、ビジュアルサーボと、インピーダンス制御との両方を試行する制御を行う。例えば、制御部24は、ビジュアルサーボと、インピーダンス制御とにより作業を所定の回数(例えば、10回)ずつ、試行させて、それぞれの試行結果を履歴情報として記憶部23に記憶させる。制御部24は、例えば、作業を識別する識別情報(作業識別情報)と、試行においてかかった制御時間と、作業が成功(又は失敗)したか否かを示す成否情報とを関連付けて、履歴情報として記憶部23に記憶させる。ここで、“失敗”とは、作業において、ロボット10の動作が目標(ゴール)に到達できないことを示し、“成功”とは、ロボット10の動作が目標(ゴール)に到達できたことを示す。
制御部24は、目標画像取得部241、ビジュアルサーボ制御部242、目標インピーダンス設定部243、インピーダンス制御部244、及び制御選択部245を備えている。
図3は、本実施形態によるロボット10の試行動作の一例を示すフローチャートである。
なお、この図に示す処理は、例えば、ロボット10による作業を学習させた後で、実際にロボット10による作業を行う前の期間に実施されるものとする。また、この図に示す例では、試行回数は、ビジュアルサーボと、インピーダンス制御とでそれぞれ10回である場合の一例について説明する。
図4は、本実施形態における制御方式の選択動作の一例を示すフローチャートである。
図4において、まず、ロボット制御装置20の制御部24は、ビジュアルサーボによる試行履歴に基づいて失敗回数NFVと平均制御時間TVとを算出する(ステップS201)。すなわち、制御部24の制御選択部245は、記憶部23が記憶するビジュアルサーボによる試行履歴(10回分の履歴情報)に基づいて、10回の試行のうちの失敗回数NFVと、10回の制御時間の平均値である平均制御時間TVとを算出する。
また、制御選択部245は、ビジュアルサーボによる失敗回数NFVがインピーダンス制御による失敗回数NFIより少ない場合(ステップS203:NFV<NFI)に、処理をステップS206に進め、ビジュアルサーボによりロボット10を動作させる。
また、制御選択部245は、ビジュアルサーボによる失敗回数NFVがインピーダンス制御による失敗回数NFIと等しい場合(ステップS203:NFV=NFI)に、処理をステップS204に進め、平均制御時間による比較を行う。
また、ステップS206において、制御選択部245は、ビジュアルサーボによりロボット10を動作させる。すなわち、制御選択部245は、ビジュアルサーボ制御部242に対して、ロボット10を動作させる。
また、制御選択部245は、失敗回数に基づく判定と、平均制御時間に基づく判定とを入れ替えてもよい。例えば、制御選択部245は、ビジュアルサーボ)とインピーダンス制御とのうち、過去の動作結果における平均制御時間が短い制御を選択し、平均制御時間が等しい場合に、失敗回数が小さい制御を選択してもよい。
これにより、本実施形態によるロボット10は、2つの方式の制御うちのいずれも用いることができる作業において、いずれの制御を用いた方が良いのかを統計的に判定し、当該判定結果に基づいて制御を選択することができるので、より適切な制御を行うことができる。例えば、本実施形態によるロボット10は、広範囲のずれを補正することが可能であるが、制御の速度が比較的低速であるビジュアルサーボと、制御点付近の局所的なずれを高速に補正することができるインピーダンス制御とのうち、いずれの制御を用いた方が良いのかを統計的に判定することができる。すなわち、本実施形態によるロボット10は、作業ごとに、最適な制御方式に切り替えて、アーム14を動作させるので、より適切な制御を行うことができる。
これにより、本実施形態によるロボット10は、2つの方式の制御うち、例えば、失敗数の少ない方式を選択できるため、より適切なアーム14の制御を行うことができる。
これにより、本実施形態によるロボット10は、2つの方式の制御うち、例えば、平均制御時間の短い方式を選択できるため、より適切なアーム14の制御を行うことができる。
これにより、本実施形態によるロボット10は、2つの方式の制御うち、例えば、失敗数が小さい、又は、平均制御時間が短い方式を選択できるため、より適切なアーム14の制御を行うことができる。
これにより、本実施形態によるロボット10は、過去に複数回試行した履歴情報に基づいて適切な制御を統計的に選択するので、より適切なアーム14の制御を行うことができる。
これにより、本実施形態によるロボット制御装置20は、ロボットシステム1と同様に、ロボット10の制御をより適切に行うことができる。
これにより、本実施形態によるロボットシステム1は、ロボット10の制御をより適切に行うことができる。
次に、第2の実施形態によるロボット10について、図面を参照して説明する。
上述した第1の実施形態では、制御部24が、失敗回数及び平均制御時間に基づいて制御方式を選択する例を説明したが、本実施形態では、制御部24が、作業効率の指標である平均サイクルタイムに基づいて制御方式を選択する場合の一例について説明する。
なお、本実施形態によるロボット10の構成は、図1及び図2に示す第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
このように、平均サイクルタイムは、制御時間が短い程、短くなり、成功回数が多い程、短くなる。制御選択部245は、ビジュアルサーボによる試行履歴(履歴情報)による平均サイクルタイムCTVと、インピーダンス制御による試行履歴(履歴情報)による平均サイクルタイムCTIとをそれぞれ算出し、算出した平均サイクルタイムが短い方の制御を選択する。
なお、本実施形態によるロボット10の試行動作は、図3に示す第1の実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
図6は、本実施形態における制御方式の選択動作の一例を示すフローチャートである。
図6において、まず、ロボット制御装置20の制御部24は、ビジュアルサーボによる試行履歴に基づいて平均サイクルタイムCTVを算出する(ステップS301)。すなわち、制御部24の制御選択部245は、記憶部23が記憶するビジュアルサーボによる試行履歴(10回分の履歴情報)に基づいて、上述した式(1)を用いて、平均サイクルタイムCTVを算出する。
また、ステップS305において、制御選択部245は、ビジュアルサーボによりロボット10を動作させる。すなわち、制御選択部245は、ビジュアルサーボ制御部242に対して、ロボット10を動作させる。
これにより、本実施形態によるロボット10は、2つの方式の制御うち、例えば、平均サイクルタイムが短い作業効率の良い方式を選択できるため、より適切なアームの制御を行うことができる。なお、平均サイクルタイムは、作業時間と、失敗回数(又は成功回数)との両方を考慮した指標(統計量)であるので、本実施形態によるロボット10は、平均サイクルタイムを用いることで、簡易な手法により、作業時間と失敗回数(又は成功回数)との両方を考慮した適切な方式を選択することができる。
次に、第3の実施形態によるロボット10a及びロボットシステム1aについて、図面を参照して説明する。
上述した第1及び第2の実施形態では、1本のマニピュレーターを備える単腕のロボットである場合の一例を説明したが、2本以上のマニピュレーターを備えるロボットに適用することも可能である。本実施形態では、双腕のロボットを備えるロボットシステム1aに適用する場合の一例について説明する。
図7は、ロボットシステム1aの外観を示す正面図である。ただし、制御装置20は、便宜的に表すものであり、ロボット10aの本体内部に設けられている。
この図に示すロボットシステム1aは、格納部16と、胴体部材17〜19と、左側のマニピュレーター14A(第1のマニピュレーター)と、右側のマニピュレーター14B(第2のマニピュレーター)と、左側の車輪41と、右側の車輪42と、撮像部30aと、ロボット制御装置20aとを備えている。なお、マニピュレーター14Aは、力覚センサー12A及び把持部11Aを有し、マニピュレーター14Bは、力覚センサー12B及び把持部11Bを有している。
本実施形態では、ロボット10a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(14A,14B)を備える双腕ロボットである。ロボット10aは、ロボット制御装置20aと一体に構成されており、ロボット制御装置20aから入力された制御信号により動作が制御される。
なお、本実施形態に係るロボット10aは、人手により外力を加えることで、又は、装置により自動的に、左側の車輪41および右側の車輪42を回転させて、移動させることが可能である。
また、格納部16には、ロボット制御装置20aが格納されている。
なお、それぞれのマニピュレーター(14A,14B)の自由度は、任意の自由度であってもよく、例えば、3軸の自由度であってもよく、6軸の自由度であってもよく、7軸の自由度であってもよく、または、他の自由度であってもよい。
本実施形態では、マニピュレーター(14A,14B)を動作させることで、把持部(11A,11B)により把持される対象物WKを移動させること、つまり当該対象物WKの位置や姿勢を変化させることが可能である。
なお、本実施形態では、撮像部30aを格納部16の上面に備えたが、他の構成例として、撮像部30aは、他の任意の場所に備えられてもよく、例えば、ロボット10aにおける他の任意の場所に備えられてもよく、または、ロボット10a以外の場所として、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30aは、例えば、人手により外力を加えることで、または、装置により自動的に、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。
これにより、本実施形態におけるロボットシステム1aは、双腕のロボット10aであっても、第1及び第2の実施形態と同様に、ロボット10aの制御をより適切に行うことができる。
このように、マニピュレーター(14A,14B)を別々に制御することにより、マニピュレーター(14A,14B)を別々に2つの制御方式を切り替えて制御することができるので、ロボットシステム1aは、さらに適切にロボット10aを制御することができる。
例えば、上記の各実施形態において、ビジュアルサーボと、インピーダンス制御とのそれぞれの制御方式を複数回試行する場合に、それぞれのロボットシステム1(1a)により実施する形態を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、同型のロボットシステム1(1a)が複数存在する場合には、ロボットシステム1(1a)は、各ロボットシステム1(1a)で試行した複数台分の履歴情報に基づいて、統計的に制御方式を選択してもよい。この場合、ロボットシステム1(1a)は、各ロボットシステム1(1a)間のばらつきも考慮して、より適切に制御方式を選択することができる。また、例えば、2つのロボットシステム1(1a)で試行する場合には、通常10回の試行を各システムで5回ずつにするなど、各ロボットシステム1(1a)で試行する回数を低減することも可能であるとともに、試行に要する時間を短縮することができる。
また、複数のロボットシステム1(1a)がある場合に、代表のロボットシステム1(1a)を決定し、この代表のロボットシステム1(1a)で試行した履歴情報に基づいて、各ロボットシステム1(1a)が、統計的に制御方式を選択してもよい。
また、上記の各実施形態において、上述の統計量は、制御方式を選択する際に、制御部24が算出する例を説明したが、試行を行って履歴情報を取得する際に、制御部24がこれらの統計量を算出し、記憶部23に予め記憶させておいてもよい。この場合、制御部24は、記憶部23に予め記憶されている統計量に基づいて、制御方式を選択する。
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。
Claims (8)
- 力センサーと、
アームと、
制御部と、を含み、
前記制御部は、
撮像部により撮像された撮像画像を用いた第1の制御と前記力センサーの出力を用いた第2の制御とのうち、統計的に選択されたいずれか1つの制御によって、前記アームを動作させる、
ロボット。 - 前記制御部は、
前記第1の制御と前記第2の制御とのうち、過去の動作結果における失敗数を示す情報に基づいて、選択されたいずれか1つの制御によって、前記アームを動作させる、
請求項1に記載のロボット。 - 前記制御部は、
前記第1の制御と前記第2の制御とのうち、過去の動作結果における制御時間に基づいて、選択されたいずれか1つの制御によって、前記アームを動作させる、
請求項1又は請求項2に記載のロボット。 - 前記制御部は、
前記第1の制御と前記第2の制御とのうち、過去に試行した複数回の動作における制御時間と、前記複数回の動作のうちの成功回数とに基づいて、選択されたいずれか1つの制御によって、前記アームを動作させる、
請求項1に記載のロボット。 - 前記制御部は、
前記第1の制御と前記第2の制御とのうち、複数回試行した過去の動作結果における失敗数が小さい制御を選択し、
前記第1の制御と前記第2の制御との前記過去の動作結果における失敗数が等しい場合に、前記第1の制御と前記第2の制御とのうち、前記過去の動作結果における制御時間が短い制御を選択し、
選択した当該制御によって、前記アームを動作させる、
請求項1に記載のロボット。 - 前記第1の制御は、ビジュアルサーボであり、前記第2の制御は、インピーダンス制御である
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のロボット。 - 撮像部と、
力センサーを備えるロボットと、
前記ロボットを動作させる制御部と、を含み、
前記制御部は、
前記撮像部により撮像された撮像画像を用いた第1の制御と前記力センサーの出力を用いた第2の制御とのうち、統計的に選択されたいずれか1つの制御によって、前記ロボットを動作させる、
ロボットシステム。 - 力センサーを備えたロボットを動作させる制御装置であって、
撮像部により撮像された撮像画像を用いた第1の制御と前記力センサーの出力を用いた第2の制御のうち、統計的に選択されたいずれか1つの制御によって、前記ロボットを動作させる、
制御装置。
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JP6458912B1 (ja) * | 2018-01-24 | 2019-01-30 | 三菱電機株式会社 | 位置制御装置及び位置制御方法 |
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JP2012130977A (ja) * | 2010-12-20 | 2012-07-12 | Toshiba Corp | ロボット制御装置 |
JP2013180380A (ja) * | 2012-03-02 | 2013-09-12 | Seiko Epson Corp | 制御装置、制御方法及びロボット装置 |
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