JP2018069430A

JP2018069430A - ロボットの制御方法

Info

Publication number: JP2018069430A
Application number: JP2016216220A
Authority: JP
Inventors: 佳昭朝原; Yoshiaki Asahara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2018-05-10
Anticipated expiration: 2036-11-04
Also published as: JP6708098B2

Abstract

【課題】簡単な構成で把持対象物の把持動作を安全に停止させることができるロボットの制御方法を実現する。【解決手段】本発明の一形態に係るロボット１の制御方法は、移動台車２に連結されたロボットハンド４で把持対象物を把持して自律移動するロボットの制御方法であって、ロボットハンド４で把持対象物を把持してロボット１が移動している際に当該把持対象物の把持動作を停止する場合、移動台車２の移動軌跡を現在から遡った際の複数の移動台車２の投影領域内にロボット１の投影領域が収まるように、移動台車２を制御し、その後、ロボットハンド４を制御して把持対象物を地面に載置して当該把持対象物の把持動作を停止する。【選択図】図５

Description

本発明は、ロボットの制御方法に関し、例えば、移動台車に連結されたロボットハンドで把持対象物を把持して自律移動するロボットの制御方法に関する。

ロボットがロボットハンドで把持対象物を把持しつつ移動する際に当該ロボットに異常などが生じた場合、把持対象物の把持動作を安全に停止させる必要がある。例えば、特許文献１のロボットハンドは、ロボットアーム本体の先端に回転可能にフィンガーを備えており、当該フィンガーは、通電時に非把持状態となり、非通電時に把持状態となる。これにより、停電時や非常停止などにより電圧が低下した時でも、把持対象物の落下を抑制しつつ、把持対象物の把持動作を安全に停止させることができる。

特開２０１５−２１７４６６号公報

特許文献１のロボットハンドは、ロボットアーム本体の先端に回転可能にフィンガーを設けることで、把持対象物の落下を抑制している。つまり、把持対象物の落下を抑制するために、ロボットハンドに特殊な機構を設ける必要があり、ロボットハンドの構成が複雑である。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で把持対象物の把持動作を安全に停止させることができるロボットの制御方法を実現する。

本発明の一態様に係るロボットの制御方法は、移動台車に連結されたロボットハンドで把持対象物を把持して自律移動するロボットの制御方法であって、
前記ロボットハンドで前記把持対象物を把持して前記ロボットが移動している際に当該把持対象物の把持動作を停止する場合、前記移動台車の移動軌跡を現在から遡った際の複数の前記移動台車の投影領域内に前記ロボットの投影領域が収まるように、前記移動台車を制御し、その後、前記ロボットハンドを制御して前記把持対象物を地面に載置して当該把持対象物の把持動作を停止する。
これにより、ロボットや把持対象物が人や物と接触する可能性を抑制しつつ、把持対象物を地面に載置でき、特殊な機構を用いなくても、簡単な構成で把持対象物の把持動作を安全に停止させることができる。

本発明によれば、簡単な構成で把持対象物の把持動作を安全に停止させることができるロボットの制御方法を実現することができる。

実施の形態のロボットを模式的に示す斜視図である。実施の形態のロボットの制御系を模式的に示すブロック図である。ロボットの座標系を説明するための図である。実施の形態のロボットの制御方法の上位フローを示すフローチャート図である。実施の形態のロボットの制御方法における安全停止モードのフローを示すフローチャート図である。ロボットの移動軌跡を説明するための図である。把持対象物のリリース姿勢が移動履歴に収まらない場合を例示する図である。把持対象物のリリース姿勢が移動履歴に収まった場合を例示する図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。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。

先ず、本実施の形態のロボットの基本構成を説明する。図１は、本実施の形態のロボットを模式的に示す斜視図である。図２は、本実施の形態のロボットの制御系を模式的に示すブロック図である。図３は、ロボットの座標系を説明するための図である。

本実施の形態のロボット１は、図１に示すように、移動台車２、胴体部３及びロボットハンド４を備えており、例えば、外部の操作部から入力される操作情報に基づいて、移動台車２に胴体部３を介して連結されたロボットハンド４のグリッパで把持対象物を把持して自律移動する。

ここで、移動台車２の移動動作及びロボットハンド４の把持動作は、図２に示すように、アクチュエータ５、知能システム部６、サーボコントローラ７、動作情報保存部８及び安全制御部９によって実行される。

アクチュエータ５は、移動台車２の車輪及びロボットハンド４の各関節を駆動させる。知能システム部６は、図示を省略した環境認識部が認識した環境情報を参照しつつ、操作部から入力される操作情報に基づいて移動台車２及びロボットハンド４の各アクチュエータ５を動作させるための指令情報を生成し、当該指令情報をサーボコントローラ７に出力する。つまり、知能システム部６は、ロボット１の通常タスクを実行する。

サーボコントローラ７は、知能システム部６又は安全制御部９から入力される指令情報に基づいて移動台車２及びロボットハンド４の各アクチュエータ５を動作させるための電流情報又は電圧情報を生成し、当該電流情報又は電圧情報に基づいて各アクチュエータ５を制御する。

動作情報保存部８は、各アクチュエータ５の動作情報を保存する。詳細には、動作情報保存部８は、各アクチュエータ５の動作情報を時系列に並べて動作履歴情報｛（ｘ_ｔ、ｙ_ｔ、θ_ｔ）、ｇｒｉｐｐｅｒ_ｔ｝を安全制御部９に出力する。

ここで、図３に示すように、ｘ_ｔ、ｙ_ｔは、ロボット１の起動時における移動台車２の中心位置を原点とする時間ｔでの移動台車２の中心位置（座標）、θ_ｔは、ロボット１の起動時における移動台車２の中心位置を原点とする時間ｔでの移動台車２の向きを示す。これらのｘ_ｔ、ｙ_ｔ、θ_ｔは、例えば、オドメトリ法によって、移動台車２の車輪の回転角の積算から求めることができる。また、ｇｒｉｐｐｅｒ_ｔは、時間ｔでのロボットハンド４のグリッパの開閉状態を示し、例えば、グリッパの開閉状態を２値で示すことができる。

安全制御部９は、詳細は後述するが、動作情報保存部８から入力される動作履歴情報に基づいてロボット１の安全停止動作を実行する。

次に、本実施の形態のロボットの制御方法を説明する。図４は、本実施の形態のロボットの制御方法の上位フローを示すフローチャート図である。図５は、本実施の形態のロボットの制御方法における安全停止動作のフローを示すフローチャート図である。図６は、ロボットの移動軌跡を説明するための図である。図７は、把持対象物のリリース姿勢が移動履歴に収まらない場合を例示する図である。図８は、把持対象物のリリース姿勢が移動履歴に収まった場合を例示する図である。

先ず、図４に示すように、操作者がロボット１の通常タスクモードを開始するために操作部を操作すると、ロボット１の通常タスクモードが開始する。知能システム部６は、操作部から通常タスクモードを開始させる旨の操作情報が入力されると、通常タスクをロボット１に実行させる準備を行う（Ｓ１）。詳細には、知能システム部６は、操作情報に基づいて移動台車２及びロボットハンド４の各アクチュエータ５を動作させるための指令情報を生成し、当該指令情報をサーボコントローラ７に出力する。

一方、操作者が安全停止モードを開始するために操作部を操作（例えば、停止ボタンを押下）すると、ロボット１の安全停止モードが開始する。安全制御部９は、操作部から安全停止モードを開始させる旨の操作情報が入力されると、安全停止動作をロボット１に実行させる準備を行う（Ｓ２）。

詳細には、図５に示すように、安全制御部９は、安全停止モードを開始すると、動作情報保存部８から入力される動作履歴情報に基づいて、現在、把持対象物を把持しているか否かを判定する（Ｓ２１）。安全制御部９は、現在、把持対象物を把持していないと判定すると（Ｓ２１のＮＯ）、安全停止モードを終了する。

一方、安全制御部９は、現在、把持対象物を把持していると判定すると（Ｓ２１のＹＥＳ）、動作履歴を参照する時間Ｔを現在に初期化する（Ｓ２２）。そして、安全制御部９は、動作情報保存部８から入力される動作履歴情報に基づいて、時間Ｔ（即ち、時間Ｔを初期化した状態では現在）の動作履歴を参照する（Ｓ２３）。

次に、安全制御部９は、動作情報保存部８から入力される動作履歴情報に基づいて、時間Ｔで把持対象物を把持動作中（即ち、グリッパが開状態から閉状態に変化中）か否かを判定する（Ｓ２４）。安全制御部９は、時間Ｔで把持対象物を把持動作中であると判定すると（Ｓ２４のＹＥＳ）、時間Ｔから現在までの動作履歴を逆再生する指令情報を生成し、サーボコントローラ７に出力する（Ｓ２５）。なお、時間Ｔを初期化した状態では、グリッパが既に把持対象物を把持した状態であるので、グリッパが把持動作中でないと判定する。

一方、安全制御部９は、時間Ｔで把持対象物を把持動作中でないと判定すると（Ｓ２４のＮＯ）、動作情報保存部８から入力される動作履歴情報に基づいて、時間Ｔから現在までのロボット１の移動軌跡（即ち、時間Ｔを初期化した状態では現在のロボット１の移動軌跡）を算出する（Ｓ２６）。ロボット１の移動軌跡は、図６に示すように、予め設定されたサンプリング周期ΔＴで取得された、各時間での移動台車２の中心位置を中心とする台車半径Ｒの円の集合体である。

次に、安全制御部９は、時間Ｔから現在までのロボット１の移動軌跡内に、ロボット１の投影領域（即ち、ロボット１のリリース姿勢での投影領域）が収まるか否かを判定する（Ｓ２７）。安全制御部９は、時間Ｔから現在までのロボット１の移動軌跡内に、ロボット１の投影領域が収まらないと判定すると（Ｓ２７のＮＯ）、時間Ｔを上述のサンプリング周期ΔＴで遡らせ、Ｓ２３に戻る（Ｓ２８）。つまり、動作履歴を参照する時間を１ステップ遡らせる。ちなみに、図７は、時間Ｔを現在から２ステップ遡らせた際のロボット１の移動軌跡（即ち、複数の移動台車２の投影領域）を示し、この状態では、ロボット１の移動軌跡内にロボット１の投影領域が収まっていない。ここで、図７では、ロボット１の投影領域をハッチングで示している。

一方、安全制御部９は、ロボット１の移動軌跡内にロボット１の投影領域が収まっていると判定すると（Ｓ２７のＹＥＳ）、時間Ｔから現在までの動作履歴を逆再生し、その後、把持対象物を地面に載置する指令情報を生成し、サーボコントローラ７に出力する（Ｓ２９）。ちなみに、図８は、時間Ｔを現在から３ステップ遡らせた際のロボット１の移動軌跡を示し、この状態では、ロボット１の移動軌跡内にロボット１の投影領域が収まっている。ここで、図８では、ロボット１の投影領域をハッチングで示している。

説明を図４に戻して、サーボコントローラ７は、安全制御部９から指令情報が入力されているか否かを判定する（Ｓ３）。サーボコントローラ７は、安全制御部９から指令情報が入力されていると判定すると（Ｓ３のＹＥＳ）、安全制御部９から入力された指令情報に基づいて移動台車２及びロボットハンド４の各アクチュエータ５を動作させるための電流情報又は電圧情報を生成し、当該電流情報又は電圧情報に基づいて各アクチュエータ５を制御することで、安全停止動作を実行する（Ｓ４）。つまり、ロボット１は、安全停止動作を通常タスクに対して優先して実行するべく、現在までの動作を逆再生するように動作し、その後、ロボット１の移動軌跡上に把持対象物を載置（即ち、リリース）する。これにより、安全停止モードが終了する。

一方、サーボコントローラ７は、安全制御部９から指令情報が入力されていないと判定すると（Ｓ３のＮＯ）、知能システム部６から入力された指令情報に基づいて移動台車２及びロボットハンド４の各アクチュエータ５を動作させるための電流情報又は電圧情報を生成し、当該電流情報又は電圧情報に基づいて各アクチュエータ５を制御することで、通常タスクを実行する（Ｓ５）。つまり、ロボット１は、例えば、把持対象物を把持して目標位置まで運搬し、その後、把持対象物を地面に載置する。これにより、通常タスクモードが終了する。

ロボットが把持対象物を載置する場合、載置先に人や物がいないことを確認する必要がある。このとき、光学式センサは、金属光沢がある物体やガラスのように透明な物体は検知することができない。つまり、光学式センサは、未検知の場合、危険側に判断してしまう。

また、光学式センサは部品数が多く故障率が高い。そのため、安全性を保証することは困難である。一方、安全性を保証した光学式センサが市販されているが、部品が二重系実装されており、高価である。また、センササイズが大きくなるため、ロボットへの搭載性が悪い。

ここで、一度、ロボット１が通過した所は人や物が存在する可能性が低い。そのため、本実施の形態のロボットの制御方法では、安全停止モードの際に、現在までの動作を逆再生するように動作し、その後、ロボット１の移動軌跡上に把持対象物を載置する。これにより、ロボット１や把持対象物が人や物と接触する可能性を抑制しつつ、把持対象物を地面に載置でき、特殊な機構を用いなくても、簡単な構成で把持対象物の把持動作を安全に停止させることができる。

しかも、ロボット１の動作を単純に逆再生させるものであるので、光学式センサに頼らなくても把持対象物の把持動作を安全に停止させることができ、ロボット１への搭載性の悪い光学式センサを搭載しなくてもよい。

また、光学式センサを用いて把持対象物の把持動作を停止させる場合に比べて、安価に、信頼性の高いシステムを構築することができる。

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、上述のロボットの制御方法は、安全停止モードの際に、安全制御部９がロボット１の動作を逆再生しているが、安全制御部９がロボット１の向きを反転させて環境認識部が認識した環境情報を参照しつつ、現在までのロボット１の移動軌跡に沿って当該ロボット１を移動させてもよい。これにより、人や物との接触を回避することができる。このとき、把持対象物は、ロボット１の移動軌跡上に載置される。

例えば、安全停止モードの際におけるロボット１の動作の逆再生時に、ロボット１の動作速度を下げることが好ましい。

例えば、上述のロボットの制御方法は、移動台車２の中心位置をオドメトリ法によって求めているが、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）センサなどを用いて求めてもよい。

例えば、ｇｒｉｐｐｅｒ_ｔは、ロボットハンドのグリッパの形状に応じて、適宜、様々な値をとることができ、例えば、グリッパの開閉角度などでもよい。グリッパが多指ハンドであれば、自由度×角度の分だけ情報を持つことも可能である。

１ロボット
２移動台車
３胴体部
４ロボットハンド
５アクチュエータ
６知能システム部
７サーボコントローラ
８動作情報保存部
９安全制御部

Claims

移動台車に連結されたロボットハンドで把持対象物を把持して自律移動するロボットの制御方法であって、
前記ロボットハンドで前記把持対象物を把持して前記ロボットが移動している際に当該把持対象物の把持動作を停止する場合、前記移動台車の移動軌跡を現在から遡った際の複数の前記移動台車の投影領域内に前記ロボットの投影領域が収まるように、前記移動台車を制御し、その後、前記ロボットハンドを制御して前記把持対象物を地面に載置して当該把持対象物の把持動作を停止する、ロボットの制御方法。