JP2019162684A - 把持制御装置、把持システム、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、より不都合の少ない把持制御装置を得る。【解決手段】実施形態の把持制御装置は、対象物を把持する把持装置を制御する把持制御装置であって、選択部と、第一決定部と、制御部と、を備える。選択部は、把持部材の数および配置によって定められる複数の把持形態の中から、対象物の情報としての第一情報に基づいて、対象物に対する少なくとも一つの把持形態を選択する。第一決定部は、把持装置の情報としての第二情報および障害物の情報としての第三情報のうち少なくとも一方に基づいて、選択された把持形態を実現する使用形態を決定する。制御部は、決定された使用形態によって少なくとも一つの把持部材が対象物を把持するよう把持装置を制御する。【選択図】図１３

Description

実施形態は、把持制御装置、把持システム、およびプログラムに関する。

従来、エンドエフェクタが対象物を把持するようアクチュエータを制御する把持制御装置が知られている。

特開２０１５−４７６８１号公報

この種の把持制御装置では、例えば、より不都合の少ない把持制御装置が得られれば、有益である。

実施形態の把持制御装置は、対象物を把持する把持装置を制御する把持制御装置であって、選択部と、第一決定部と、制御部と、を備える。選択部は、把持部材の数および配置によって定められる複数の把持形態の中から、対象物の情報としての第一情報に基づいて、対象物に対する少なくとも一つの把持形態を選択する。第一決定部は、把持装置の情報としての第二情報および障害物の情報としての第三情報のうち少なくとも一方に基づいて、選択された把持形態を実現する使用形態を決定する。制御部は、決定された使用形態によって少なくとも一つの把持部材が対象物を把持するよう把持装置を制御する。

図１は、実施形態のマニピュレータを含むマニピュレータシステムの模式的かつ例示的な構成図である。 図２は、第１実施形態のマニピュレータが有するエンドエフェクタの模式的かつ例示的な側面図である。 図３は、第１実施形態のエンドエフェクタの図２のIII方向から見た場合の模式的かつ例示的な図である。 図４は、実施形態のマニピュレータの制御装置の模式的かつ例示的なブロック図である。 図５は、第１実施形態のエンドエフェクタによる把持形態のモデルを示す模式的かつ例示的な図である。 図６は、第１実施形態のエンドエフェクタの対象物の表面において検出された把持可能な対象領域を示す模式的かつ例示的な図である。 図７は、第１実施形態の制御装置によって図６の対象領域に対して選択された把持形態のモデルのパッド領域を示す模式的かつ例示的な図である。 図８は、図６の対象領域と図７のパッド領域との重畳度の演算結果を示す模式的かつ例示的な図である。 図９は、第１実施形態のモデル選択部において対象領域に対応したモデルが選択され、把持位置姿勢決定部において対象領域に対応したパッド領域の図心が算出された場合の、一つのパターンにおける各吸着パッドの配置を示す模式的かつ例示的な図である。 図１０は、第１実施形態のモデル選択部において対象領域に対応したモデルが選択され、把持位置姿勢決定部において対象領域に対応したパッド領域の図心が算出された場合の、図９とは別のパターンにおける各吸着パッドの配置を示す模式的かつ例示的な図である。 図１１は、第１実施形態のモデル選択部において対象領域に対応したモデルが選択され、把持位置姿勢決定部において対象領域に対応したパッド領域の図心が算出された場合の、図９，１０とは別のパターンにおける各吸着パッドの配置を示す模式的かつ例示的な図である。 図１２は、第１実施形態のエンドエフェクタの現在位置および現在姿勢と、エンドエフェクタによる二つのパターンにおける、把持位置および把持姿勢と、現在位置および現在姿勢から把持位置および把持姿勢へ至る経路と、を示す、模式的かつ例示的な図である。 図１３は、第１実施形態の制御装置による制御手順を示す模式的かつ例示的なフローチャートである。 図１４は、第１実施形態の把持制御部による把持制御の一例を示す模式的かつ例示的な説明図である。 図１５は、第２実施形態のエンドエフェクタの模式的かつ例示的な斜視図である。 図１６は、第２実施形態のエンドエフェクタの模式的かつ例示的な側面図である。 図１７は、第２実施形態のエンドエフェクタの対象物において検出された把持可能な対象領域を示す模式的かつ例示的な図である。 図１８は、第２実施形態の変形例のエンドエフェクタの模式的かつ例示的な側面図である。

以下、把持制御装置の例示的な実施形態および変形例が開示される。以下に示される実施形態および変形例の構成や制御（技術的特徴）、ならびに当該構成や制御によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。

また、以下の実施形態および変形例には、同様の構成要素が含まれている。以下では、それら同様の構成要素には共通の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される場合がある。また、本明細書において、序数は、構成要素等を区別するために便宜上付与されており、優先順位や順番を示すものではない。

［第１実施形態］
図１は、マニピュレータ１０の構成図である。マニピュレータ１０は、図１には不図示の制御装置２０（図４参照）とともに、マニピュレータシステム１００を構成している。マニピュレータ１０は、ロボットアームとも称されうる。マニピュレータ１０は、対象物Ｔを把持し、当該対象物Ｔが存在した位置から別の場所に移す。マニピュレータ１０は、把持装置の一例である。マニピュレータシステム１００は、把持システムの一例である。制御装置２０は、把持制御装置の一例である。

マニピュレータ１０は、複数のアーム１１が関節１２において回動可能に連結された所謂多関節アームとして構成されている。制御装置２０は、図１には不図示の第一アクチュエータ１５（図４参照）の作動を制御することにより、各関節１２における二つのアーム１１の角度を変化させ、これによりマニピュレータ１０の位置や姿勢を変化させる。関節１２は、例えば、回転関節や、ボールジョイント等である。第一アクチュエータ１５は、制御装置２０が生じる電気的な制御信号によって駆動される。第一アクチュエータ１５は、例えば、モータや、人工筋肉等である。なお、マニピュレータ１０は、直動関節を含んでもよい。アーム１１は、可動部材の一例である。

マニピュレータ１０は、その先端に、エンドエフェクタ１３を有している。エンドエフェクタ１３は、可動部材の一例である。

図２は、エンドエフェクタ１３の側面図、図３は、エンドエフェクタ１３の図２の矢印IIIから見た図である。

エンドエフェクタ１３は、一例として、複数の吸着パッド１４Ａ〜１４Ｅ（１４）を有したバキュームチャックとして構成されている。制御装置２０は、図１には不図示の第二アクチュエータ１６（図４参照）の作動を制御することにより、吸着パッド１４からの空気の吸引を選択的に作動させ、これにより対象物Ｔを吸着して保持することができる。また、制御装置２０は、対象物Ｔを吸着している吸着パッド１４からの空気の吸引を停止するよう第二アクチュエータ１６を制御することにより、対象物Ｔをリリースすることができる。第二アクチュエータ１６は、例えば、空気圧系の電動ポンプや電動バルブ等である。吸着パッド１４は、吸着部や把持部等とも称されうる。吸着パッド１４は、把持部材の一例である。第二アクチュエータ１６は、アクチュエータの一例である。

吸着パッド１４による対象物Ｔの吸着は、対象物Ｔの吸着可能な面（吸着面、対象面）に近接した位置および姿勢で実行される必要がある。よって、制御装置２０は、エンドエフェクタ１３が対象物Ｔの吸着（把持）を開始する際には、エンドエフェクタ１３が対象物Ｔを吸着する（把持する）ことが可能な把持位置および把持姿勢となるよう、第一アクチュエータ１５を制御する。把持位置は、把持開始位置とも称され、把持姿勢は、把持開始姿勢とも称されうる。

図２に示されるように、複数の吸着パッド１４は、エンドエフェクタ１３の端面１３ａから突出している。複数の吸着パッド１４は、同一スペックを有している。吸着パッド１４は、略円筒形のノズルである。複数の吸着パッド１４の先端１４ａ（開口縁）は、端面１３ａに沿って、言い換えると略同一平面に沿って配置されている。

図３に示されるように、本実施形態では、吸着パッド１４の数は５である。四つの吸着パッド１４Ａ〜１４Ｄが、図３中に破線で示す仮想正方形Ｓの角部に位置するように配置され、一つの吸着パッド１４Ｅが、当該仮想正方形Ｓの中心（二つの対角線の交点）に位置するように配置されている。よって、複数の吸着パッド１４は、それらの図心Ｃｆ０（図３における重心）を中心とする回転対称（４回対称）に配置されている。制御装置２０は、エンドエフェクタ１３を、図心Ｃｆ０を通り吸着パッド１４の先端１４ａが略沿う仮想平面（または端面１３ａ）と直交する軸Ａｘ（図２，３参照）回りに回転させることにより、複数の吸着パッド１４の同一配置を、軸Ａｘ回りの複数（四つ）の回転角度で得ることができる。なお、軸Ａｘは、マニピュレータ１０の関節１２における回転軸とは限らない。

図４は、制御装置２０のブロック図である。制御装置２０は、演算処理部２１と、主記憶部２２と、補助記憶部２３と、を有している。演算処理部２１は、例えば、central processing unit（ＣＰＵ）である。制御装置２０は、主記憶部２２として、read only memory（ＲＯＭ）や、random access memory（ＲＡＭ）等を含み、補助記憶部２３として、hard disk drive（ＨＤＤ）や、solid state drive（ＳＳＤ）、フラッシュメモリ等を含む。

演算処理部２１は、情報取得部２１ａ、モデル選択部２１ｂ、把持位置姿勢決定部２１ｃ、経路算出部２１ｄ、干渉判断部２１ｅ、スコア算出部２１ｆ、パターン選択部２１ｇ、および把持制御部２１ｈを有している。

情報取得部２１ａは、対象物Ｔや、障害物Ｏ、マニピュレータ１０の情報（特徴情報、属性情報、検出情報）を取得する。対象物Ｔや、障害物Ｏ、マニピュレータ１０の情報は、例えば、センサ１７による検出値から得られる。センサ１７は、例えば、ＲＧＢ−Ｄセンサや、カメラ、接触センサ、距離センサ等である。また、情報取得部２１ａは、例えば、既知の対象物Ｔや、障害物Ｏ、マニピュレータ１０の情報を持つデータベースや、light detection and ranging、laser imaging detection and ranging（ＬＩＤＡＲ）、補助記憶部２３等から、情報を取得してもよい。また、情報取得部２１ａは、マニピュレータ１０の情報を、第一アクチュエータ１５や第二アクチュエータ１６から取得してもよいし、把持制御部２１ｈによる第一アクチュエータ１５や第二アクチュエータ１６への制御指令値から算出したりしてもよい。対象物Ｔの情報は、第一情報の一例である。マニピュレータ１０の情報は、第二情報の一例である。障害物Ｏの情報は、第三情報の一例である。

モデル選択部２１ｂは、少なくとも対象物Ｔの情報に基づいて、吸着パッド１４による把持態様を選択する。吸着パッド１４による対象物Ｔの把持形態を、本明細書ではモデルと称する。モデル選択部２１ｂは、選択部の一例である。

図５は、複数のモデルを示す図である。モデルは、吸着パッド１４の数および配置によって定まる吸着パッド１４による把持態様の区分であり、モードとも称されうる。モデルにおいては、使用される吸着パッド１４は完全には特定されていない。図５の各モデルにおいて実線の円で示されているのが作動中の吸着パッド１４であり、破線の円で示されているのが非作動中の吸着パッド１４である。本実施形態では、一つの吸着パッド１４を用いた把持態様としてモデル１およびモデル２が設定され、二つの吸着パッド１４を用いた把持態様としてモデル３およびモデル４が設定され、三つの吸着パッド１４を用いた把持態様としてモデル５およびモデル６が設定され、四つの吸着パッド１４を用いた把持態様としてモデル７が設定され、五つの吸着パッド１４を用いた把持態様としてモデル８が設定されている。

モデル１となる吸着パッド１４の組み合わせは、複数の吸着パッド１４のレイアウトの回転対称を考慮すると、四通りある。すなわち、吸着パッド１４Ａ（図３参照）が作動し他の吸着パッド１４Ｂ〜１４Ｅ（図３参照）が非作動の場合、吸着パッド１４Ｂが作動し他の吸着パッド１４Ａ，１４Ｃ〜１４Ｅが非作動の場合、吸着パッド１４Ｃが作動し他の吸着パッド１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｄ，１４Ｅが非作動の場合、吸着パッド１４Ｄが作動し他の吸着パッド１４Ａ〜１４Ｃ，１４Ｅが非作動の場合である。各モデルに属する組み合わせは、把持形態を満たす吸着パッド１４の使用形態（候補）を示しており、当該使用形態（候補）を本明細書ではパターンと称する。モデル１には、四つのパターンが含まれる。パターンにおいては、使用される吸着パッド１４は特定される。

同様に回転対称を考慮すると、モデル２、モデル５、モデル６、モデル７、およびモデル８となる吸着パッド１４の組み合わせは、それぞれ四通りである。言い換えると、モデル２、モデル５、モデル６、モデル７、およびモデル８には、それぞれ四つのパターンが含まれる。なお、モデル２には、非作動の吸着パッド１４Ａ〜１４Ｄの位置が異なる四つのパターンが含まれる。

また、モデル３およびモデル４では、回転対称を考慮すると、吸着パッド１４の組み合わせは四通りであるが、二つの吸着パッド１４の位置の入れ替え（反転）を考慮すると、組み合わせはさらに倍になる。したがって、モデル３およびモデル４となる吸着パッド１４の組み合わせは、それぞれ八通りである。言い換えると、モデル３およびモデル４には、それぞれ八つのパターンが含まれる。

また、図５を見れば明らかとなるように、本実施形態では、モデルには、非作動の中央の吸着パッド１４Ｅの両側に作動させる吸着パッド１４を配置する把持形態、すなわち、モデル６，７，８において中央の吸着パッド１４Ｅを非作動とする把持形態は、含まれていない。対象物Ｔの表面において中央の吸着パッド１４Ｅを配置可能な場合にあっては、当該吸着パッド１４Ｅを作動させた方が対象物Ｔをより確実に把持できるからである。

図５の各モデル１〜８に示されるＣｆ１〜Ｃｆ８は、吸着パッド１４の図心（重心）である。

モデル１〜８毎に、把持可能重量が定められている。モデル選択部２１ｂは、対象物Ｔの重量よりも把持可能重量が大きいモデルを選択する。

図６は、対象物Ｔの表面（吸着面、対象面）において検出された把持可能な対象領域Ｔａを示す図である。また、図７は、三つの吸着パッド１４を含むモデル５において吸着パッド１４が対象領域Ｔａと面するパッド領域Ｐａを示す図である。対象領域Ｔａは、把持可能領域とも称されうる。対象領域Ｔａは、例えば、対象物Ｔの表面のうち平面度が第一閾値以内であって面積が第二閾値以上の領域である。図６は、二値化されたデータを示しており、当該図６では、数値が「１」の場所が対象領域Ｔａであり、数値が「０」の場所が非対象領域Ｔｎ（把持不能領域）である。また、図７も二値化されたデータを示しており、図７では、数値が「１」の場所がパッド領域Ｐａであり、数値が「０」の場所が非パッド領域Ｐｎである。

モデル選択部２１ｂは、対象物Ｔの対象領域Ｔａの形状や大きさに基づいて、モデルを選択する。具体的に、モデル選択部２１ｂは、まず、センサ１７による検出値に基づいて得られた対象領域Ｔａを示す情報から、対象領域Ｔａ内に含まれる最大の四角形Ｑｔ（内接四角形）の大きさを示す情報、例えば、図６に示されるような長辺Ｌｌｔ（長さ）および短辺Ｌｓｔ（長さ）を取得する。長辺Ｌｌｔおよび短辺Ｌｓｔも、対象領域Ｔａを示す情報の一例である。

そして、モデル選択部２１ｂは、長辺Ｌｌｔおよび短辺Ｌｓｔに基づいて、四角形Ｑｔ内に配置可能な少なくとも一つのモデルを選択する。具体的には、例えば、補助記憶部２３には、各モデルについて、図７に示されるような当該モデルを収容可能な外接四角形Ｑｐの長辺Ｌｌｐおよび短辺Ｌｓｐを示す情報が記憶されている。モデル選択部２１ｂは、複数のモデルから、四角形Ｑｔの長辺Ｌｌｔが外接四角形Ｑｐの長辺Ｌｌｐ以上であり（Ｌｌｔ≧Ｌｌｐ）、かつ四角形Ｑｔの短辺Ｌｓｔが外接四角形Ｑｐの短辺Ｌｓｐ以上である（Ｌｓｔ≧Ｌｓｐ）モデルを、当該対象領域Ｔａの把持形態の候補として、選択する。

また、把持位置姿勢決定部２１ｃは、対象領域Ｔａに対して、把持形態の候補となったモデルにおける吸着パッド１４の吸着位置（把持位置）を決定する。図８は、図６の対象領域Ｔａと図７のモデル５のパッド領域Ｐａとの重畳度の演算結果である。具体的に、図８内の各ピクセルに示される数値は、当該ピクセルの位置にパッド領域Ｐａの図心Ｃｆｐ（図７における重心）が位置した場合における重畳度を示している。重畳度は、互いに重なりあっているピクセルについて、対象領域Ｔａを含む図６のデータにおけるピクセルの値（１または０）と、パッド領域Ｐａを含む図７のデータにおけるピクセルの値（１または０）とを乗算した値の、全ピクセル分の合計値（積算値）である。図８中に太枠Ｆｐで示されるように、把持位置は、対象領域Ｔａ内で、重畳度が最も高い位置、図８においては、パッド領域Ｐａの図心が太枠Ｆｐ内となる位置に、設定される。なお、パッド領域Ｐａを含むデータを回転角度を変更しながら、各角度位置について上記と同様の演算を実行することで、重畳度が最も高い回転角度（姿勢）を把持姿勢に決定することができる。なお、把持位置姿勢決定部２１ｃは、少なくとも重畳度が所定値（閾値）以上となるよう把持位置を設定すればよく、上記重畳度が最も大きい位置に把持位置を設定することは必須ではない。把持位置姿勢決定部２１ｃは、第二決定部の一例である。

経路算出部２１ｄは、エンドエフェクタ１３の現在位置および現在姿勢から、把持位置および把持姿勢に至る移動経路を算出する。また、干渉判断部２１ｅは、算出された移動経路でのエンドエフェクタ１３の移動について、マニピュレータ１０と障害物Ｏとの干渉の有無を判断する。

移動経路の算出および干渉の有無の判断は、選択されたモデルに含まれるパターン（候補）毎に、実行される。図９は、モデル選択部２１ｂにおいて対象領域Ｔａ（図９には不図示）に対応したモデル２が選択され、把持位置姿勢決定部２１ｃにおいて対象領域Ｔａに対応したパッド領域Ｐａの図心Ｃｆｐが算出された場合の、パターン５−１における各吸着パッド１４の配置を示している。図１０は、モデル選択部２１ｂにおいてモデル２が選択され、把持位置姿勢決定部２１ｃにおいてパッド領域Ｐａの図心Ｃｆｐが算出された場合の、パターン５−２における各吸着パッド１４の配置を示している。図１１は、モデル選択部２１ｂにおいてモデル２が選択され、把持位置姿勢決定部２１ｃにおいてパッド領域Ｐａの図心Ｃｆｐが算出された場合の、パターン５−７における各吸着パッド１４の配置を示している。図９と図１０とを比較すれば明らかとなるように、パターン５−１の場合とパターン５−２の場合とでは、対象領域Ｔａに対する吸着パッド１４Ａ〜１４Ｄの位置が異なるため、エンドエフェクタ１３（マニピュレータ１０）の現在位置および現在姿勢から把持位置および把持姿勢までの移動経路が異なることになる。また、図９，１０と図１１とを比較すれば明らかとなるように、パターン５−１およびパターン５−２の場合と、パターン５−７の場合とでは、エンドエフェクタ１３の、対象領域Ｔａに対する位置が異なるため、エンドエフェクタ１３（マニピュレータ１０）の現在位置および現在姿勢から把持位置および把持姿勢までの移動経路がそれぞれ異なることになる。なお、図９〜１１において、パターンの番号は、仮の番号である。

干渉判断部２１ｅは、図１１に示されるように、センサ１７による検出値等から、パターン５−７の把持位置および把持姿勢において、エンドエフェクタ１３と対象物Ｔの周辺の障害物Ｏ（例えば、対象物Ｔを収容している容器の壁）との干渉が明らかである場合には、当該パターン５−７については、パターンの選択の対象（候補）から除外する。

図１２は、エンドエフェクタ１３の現在位置Ｐｃ（現在姿勢）、把持位置Ｐ１（把持姿勢）、把持位置Ｐ２（把持姿勢）、現在位置Ｐｃから把持位置Ｐ１へ至る経路Ｒ１、および現在位置Ｐｃから把持位置Ｐ２へ至る経路Ｒ２、を示す図である。経路算出部２１ｄは、パターン毎に経路Ｒ１，Ｒ２を算出し、干渉判断部２１ｅは、各経路Ｒ１，Ｒ２でのエンドエフェクタ１３およびマニピュレータ１０の移動について、エンドエフェクタ１３およびマニピュレータ１０と対象物Ｔ以外の障害物Ｏとの干渉の有無を演算する。図１２の例では、把持位置Ｐ１となるパターンが選択された場合、現在位置Ｐｃから把持位置Ｐ１に至るまで、エンドエフェクタ１３およびマニピュレータ１０は障害物Ｏと干渉しないが、把持位置Ｐ２となるパターンが選択された場合、現在位置Ｐｃから把持位置Ｐ２に至るまでの間に、エンドエフェクタ１３およびマニピュレータ１０は障害物Ｏと干渉する。干渉判断部２１ｅは、干渉する経路Ｒ２に対応するパターン、すなわち、把持位置Ｐ２となるパターンについては、パターンの選択の対象（候補）から除外する。干渉判断部２１ｅは、判断部の一例である。

スコア算出部２１ｆは、各パターン（候補）について、パターン選択部２１ｇにおいてパターンを選択する指標（決定する指標）としてのスコアを算出する。スコア算出部２１ｆは、スコアの各項の変数（数値、物理量）をｘ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）、各項の係数（重み付け係数）をａ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）として、スコアｘを以下の式（１）により算出する。
ｘ＝ａ_１・ｘ_１＋ａ_２・ｘ_２＋・・・＋ａ_ｎ・ｘ_ｎ ・・・（１）

変数は、例えば、各パターンについて、吸着パッド１４の数や、吸着パッド１４の図心（重心）と対象物Ｔの図心（重心）との距離、現在位置および現在姿勢から把持位置および把持姿勢に至るまでの動作量（移動長、移動角度、エネルギ消費量）、現在位置および現在姿勢から把持位置および把持姿勢に至るまでの所要時間、把持位置および把持姿勢におけるエンドエフェクタ１３から障害物Ｏまでの距離、対象領域Ｔａの水平面との角度、対象領域Ｔａの高さ、等である。各係数は、吸着パッド１４の数が多いほどスコアが高く、吸着パッド１４の図心（重心）と対象物Ｔの図心（重心）との距離が短いほどスコアが高く、エンドエフェクタ１３から障害物Ｏまでの距離が短いほどスコアが低く、マニピュレータ１０と対象領域Ｔａの水平面との角度が小さいほどスコアが高く、対象領域Ｔａの高さが高いほどスコアが高くなるよう、設定される。なお、変数（数値、物理量）は、対象物Ｔの情報、マニピュレータ１０の情報、および障害物Ｏの情報のうち少なくとも一つの情報に基づく物理量であって、把持や搬送の、可否、効率、迅速性、エネルギ消費、確実性、ロバスト性、信頼性等に関与する物理量であればよく、上記例には限定されない。また、式（１）には少なくとも一つの項が含まれればよいし、変数の種類や数、指標毎の係数の大きさ等は、使用環境等に応じて、適宜に調整することができる。対象領域Ｔａを示す情報は、第四情報の一例である。

パターン選択部２１ｇは、スコアが最も高いパターンの使用形態（候補）を、制御に用いる使用形態として選択する（決定する）。

把持制御部２１ｈは、エンドエフェクタ１３およびマニピュレータ１０が、現在位置および現在姿勢から、当該選択されたパターンの使用形態について算出した移動経路を通り、算出した把持位置および把持姿勢となり、対象物Ｔを把持するよう、第一アクチュエータ１５および第二アクチュエータ１６を制御する。パターン選択部２１ｇは、第一決定部の一例である。把持制御部２１ｈは、制御部の一例である。

図１３は、制御装置２０による制御手順を示すフローチャートである。図１３に示されるように、演算処理部２１は、情報取得部２１ａとして機能し、対象物Ｔの情報、障害物Ｏの情報、およびマニピュレータ１０の情報を取得する（Ｓ１０）。次に、演算処理部２１は、モデル選択部２１ｂとして機能し、モデル（把持形態）を選択する（Ｓ１１）。Ｓ１１で選択されたモデルに含まれるパターンが、Ｓ１８におけるパターン選択の候補となる。次に、演算処理部２１は、把持位置姿勢決定部２１ｃとして機能し、モデルによる把持位置および把持姿勢を決定する（Ｓ１２）。

次に、演算処理部２１は、経路算出部２１ｄおよび干渉判断部２１ｅとして機能し、選択されたモデル（把持形態）に含まれる各パターン（使用形態の候補）について、エンドエフェクタ１３の現在位置および現在姿勢から把持位置および把持姿勢までの経路を算出するとともに、当該経路でのエンドエフェクタ１３およびマニピュレータ１０の移動について、エンドエフェクタ１３およびマニピュレータ１０と対象物Ｔ以外の障害物Ｏとの干渉の有無を演算する（Ｓ１３）。

エンドエフェクタ１３が現在位置および現在姿勢から障害物Ｏとの干渉無く把持位置および把持姿勢へ到達可能である場合には（Ｓ１４でＹｅｓ）、演算処理部２１は、スコア算出部２１ｆとして機能し、各パターンについて、スコアを算出する（Ｓ１５）。

他方、干渉がある場合には（Ｓ１４でＮｏ）、当該パターンをＳ１８におけるパターンの選択の候補から除外する（Ｓ１６）。

他の候補となるパターンが有る場合（Ｓ１７でＹｅｓ）、当該他の候補となるパターンについてＳ１３〜１６を実行する。

他方、他の候補となるパターンが無い場合（Ｓ１７でＮｏ）、パターン選択部２１ｇは、スコアが最も高いパターンの使用形態（候補）を、制御に用いる使用形態として選択し（Ｓ１８）、把持制御部２１ｈは、エンドエフェクタ１３およびマニピュレータ１０が、現在位置および現在姿勢から、当該選択されたパターンの使用形態について算出した移動経路を通り、算出した把持位置および把持姿勢となり、対象物Ｔを把持するよう、第一アクチュエータ１５および第二アクチュエータ１６を制御する（Ｓ１９）。

図１４は、把持制御部２１ｈによる把持制御の一例を示す説明図である。把持制御部２１ｈは、吸着パッド１４Ｂと障害物Ｏとの距離が距離ｈ（所定距離）以内である場合であって、当該吸着パッド１４Ｂを除く他の吸着パッド１４によって対象物Ｔを把持できる場合には、吸着パッド１４Ｂと障害物Ｏとの距離が距離ｈ以内である状態において、吸着パッド１４Ｂを非作動とすることができる。この場合、図１４の上段に示される把持開始時点から、エンドエフェクタ１３が移動し、図１４の中段に示される吸着パッド１４Ｂと障害物Ｏとの距離が距離ｈとなるまでの間、把持制御部２１ｈは、吸着パッド１４Ｂが非作動となるよう、第二アクチュエータ１６を制御する。そして、図１４の中段に示される吸着パッド１４Ｂと障害物Ｏとの距離が距離ｈである状態以降、吸着パッド１４Ｂが作動されるよう、第二アクチュエータ１６を制御する。この場合の吸着パッド１４Ｂは、第一把持部材の一例である。

上述した制御装置２０による演算処理や制御は、ソフトウエアによって実行されてもよいし、ハードウエアによって実行されてもよい。また、制御装置２０による演算処理や制御には、ソフトウエアによる演算処理や制御とハードウエアによる演算処理や制御とが含まれてもよい。ソフトウエアによる処理の場合にあっては、制御装置２０は、ＲＯＭや、ＨＤＤ、ＳＳＤ、フラッシュメモリ等の記録媒体（記憶媒体）に記憶されたプログラム（アプリケーション）を読み出して実行する。制御装置２０は、プログラムにしたがって作動することにより、制御装置２０に含まれる各部、すなわち、情報取得部２１ａ、モデル選択部２１ｂ、把持位置姿勢決定部２１ｃ、経路算出部２１ｄ、干渉判断部２１ｅ、スコア算出部２１ｆ、パターン選択部２１ｇ、把持制御部２１ｈ、等として、機能する。この場合、プログラムには、上記各部に対応するモジュールが含まれる。

プログラムは、それぞれインストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭや、ＦＤ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ、ＵＳＢメモリ等の、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されうる。また、プログラムは、通信ネットワークに接続されたコンピュータの記憶部に記憶され、ネットワーク経由でダウンロードされることによって導入されうる。また、プログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれてもよい。

また、制御装置２０の少なくとも一部がハードウエアによって構成される場合、当該制御装置２０には、例えば、field programmable gate array（ＦＰＧＡ）や、application specific integrated circuit（ＡＳＩＣ）等が含まれうる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、例えば、モデル選択部２１ｂ（選択部）は、対象物Ｔの情報（第一情報）に基づいて吸着パッド１４の数および配置によって定められる複数のモデル（把持形態）の中から対象物Ｔに対するモデルを選択し、パターン選択部２１ｇ（第一決定部）は、マニピュレータ１０の情報（第二情報）および障害物Ｏの情報（第三情報）のうち少なくとも一方に基づいて、選択されたモデルを実現する吸着パッド１４が特定されたパターン（使用形態）を決定し、把持制御部２１ｈは、決定されたパターンによって少なくとも一つの吸着パッド１４が対象物Ｔを把持するよう、第一アクチュエータ１５および第二アクチュエータ１６を制御する。このような構成によれば、制御装置２０は、例えば、モデル選択部２１ｂによって絞り込まれたモデルや、パターン選択部２１ｇによって絞り込まれたパターンについて、経路の算出や障害物Ｏとの干渉の有無の演算を実行することができるため、考えられる全てのパターンについて経路の算出や障害物Ｏとの干渉の有無の演算を実行する場合に比べて、制御装置２０の演算負荷を減らすことができる。よって、マニピュレータシステム１００は、例えば、対象物Ｔの把持や搬送をより迅速に実行することができる。

また、本実施形態では、例えば、把持位置姿勢決定部２１ｃ（第二決定部）は、モデル毎に、対象物Ｔの把持位置および把持姿勢を算出する。このような構成によれば、例えば、考えられる全てのパターンについて把持位置や把持姿勢を算出する場合に比べて、制御装置２０の演算負荷を減らすことができる。よって、マニピュレータシステム１００は、例えば、対象物Ｔの把持や搬送をより迅速に実行することができる。

また、本実施形態では、例えば、干渉判断部２１ｅ（判断部）は、パターン（使用形態の候補）毎に、エンドエフェクタ１３およびマニピュレータ１０（把持装置）が現在位置および現在姿勢から障害物Ｏと干渉することなく把持位置および把持姿勢に到達できるか否かを判断し、パターン選択部２１ｇは、現在位置および現在姿勢から障害物Ｏと干渉することなく把持位置および把持姿勢に到達できるパターンの候補の中から、制御に用いるパターンを決定する。このような構成によれば、例えば、エンドエフェクタ１３およびマニピュレータ１０による対象物Ｔの把持および搬送に際して、エンドエフェクタ１３およびマニピュレータ１０と障害物Ｏとの干渉を抑制することができる。

また、本実施形態では、例えば、スコア算出部２１ｆは、パターン（候補）毎に、少なくとも一つの物理量に基づくスコアを算出し、パターン選択部２１ｇは、スコアが最も高いパターンの候補を、制御に用いるパターンとして決定する。このような構成によれば、より適切なパターンによって、エンドエフェクタ１３およびマニピュレータ１０による対象物Ｔの把持および搬送が実現されうる。

また、本実施形態では、例えば、モデル選択部２１ｂは、対象領域Ｔａと各パターンにおける吸着パッド１４（把持部材）の配置とに基づいて、モデルを選択することができる。このような構成によれば、例えば、対象物Ｔを把持できないモデルおよび当該モデルに属するパターンについての無駄な演算を省くことができる。

また、本実施形態では、例えば、モデルには、使用しない吸着パッド１４の両側に使用する吸着パッドが配置されたモデルは含まれない。このような構成によれば、例えば、モデルの種類（数）を減らすことができる分、当該モデルを含む場合に比べて制御装置２０による演算負荷を減らすことができる。

また、本実施形態では、例えば、把持制御部２１ｈは、吸着パッド１４Ｂ（第一把持部材）と障害物Ｏとの距離が所定距離以内となる場合であって、当該吸着パッド１４Ｂを非作動としても他の吸着パッド１４によって対象物Ｔを把持できる場合にあっては、吸着パッド１４Ｂと障害物Ｏとの距離が距離ｈ以内である状態において当該吸着パッド１４Ｂが非作動となるよう、第二アクチュエータ１６を制御する。このような構成によれば、例えば、吸着パッド１４Ｂによる障害物Ｏの吸引を抑制することができる。

［第２実施形態］
図１５は、第２実施形態のエンドエフェクタ１３Ａの斜視図、図１６は、エンドエフェクタ１３Ａの側面図である。本実施形態のマニピュレータ１０Ａでは、エンドエフェクタ１３Ａの把持部材（可動部材）は、挟持部材１４１である。挟持部材１４１は、端面１３ａから当該端面１３ａと交差する方向（直交する方向）に突出している。挟持部材１４１は、第二アクチュエータ１６Ａによって、それぞれ、端面１３ａと交差する方向（図１５，１６のＺ方向）に伸縮可能に構成されるとともに、端面１３ａに沿う方向（図１５，１６のＸ方向およびＹ方向）に移動可能に構成されている。制御装置２０は、複数（二つ以上）の挟持部材１４１が選択的に突出し、対象物Ｔを挟持するよう、第二アクチュエータ１６Ａを制御する。エンドエフェクタ１３Ａは、例えば、表面が曲面やメッシュのような、吸着パッド１４によっては把持できない対象物Ｔを把持することができる。第二アクチュエータ１６Ａは、アクチュエータの一例である。

図１７は、対象物Ｔにおいて検出された把持可能な対象領域Ｔａを示す図である。図１７におけるｉ方向は図１５，１６のＸ方向に沿い、ｊ方向は図１５，１６のＹ方向に沿っている。本実施形態では、例えばＲＧＢ−Ｄセンサのようなセンサ１７によって検出された挟持部材１４１の伸縮方向における対象物Ｔの厚さ（高さ、深さ）により、対象領域Ｔａが定められる。図１７では、ピクセルの数値が０の部位は、対象物Ｔではない非対象領域Ｔｎであり、ピクセルの数値が１以上の部位は、対象領域Ｔａであり、各ピクセルの数値が大きいほど、対象物Ｔの厚さ（高さ）が大きいことを示している。この場合、制御装置２０は、例えば、ｉ，ｊ方向における二次元的な演算により、非対象領域Ｔｎとの境界において、ピクセルの数値が所定値（例えば３）以上の領域が、所定間隔で平行で並ぶ場合に、すなわち、図１７内の太枠Ｆｔで示すような部位Ｔａ１が存在する場合に、当該対象領域Ｔａを把持可能と判断することができる。

［第２実施形態の変形例］
図１８は、第２実施形態の変形例のエンドエフェクタ１３Ｂの側面図である。本変形例のマニピュレータ１０Ｂでは、エンドエフェクタ１３Ｂの把持部材（可動部材）は、掬い上げ部材１４２である。掬い上げ部材１４２は、端面１３ａから当該端面１３ａと交差する方向（直交する方向）に突出している。掬い上げ部材１４２の端部には、ペアを構成する他の掬い上げ部材１４２に近付く方向に向けて鉤型に曲がるように突出したフック１４２ａが設けられている。掬い上げ部材１４２は、第二アクチュエータ１６Ａによって、それぞれ、端面１３ａと交差する方向に伸縮可能に構成されるとともに、端面１３ａに沿って移動可能に構成されている。制御装置２０は、複数（二つ以上）の掬い上げ部材１４２が選択的に突出し、対象物Ｔを掬い上げるよう、第二アクチュエータ１６Ａを制御する。エンドエフェクタ１３Ｂは、吸着パッド１４や挟持部材１４１によっては把持できない対象物Ｔを把持することができる。

以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、実施形態の構成や形状は、部分的に入れ替えて実施することも可能である。また、各構成や形状等のスペック（構造や、種類、方向、形式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、角度、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。

例えば、把持部材は、吸着、挟持、掬い上げ以外の態様で対象物を把持するものであってもよい。また、把持部材の数や配置は種々に変更することができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ…マニピュレータ（把持装置）、１３，１３Ａ，１３Ｂ…エンドエフェクタ（可動部材）、１４Ａ〜１４Ｅ（１４）…吸着パッド（把持部材）、１４Ｂ…吸着パッド（第一把持部材）、１６，１６Ａ…第二アクチュエータ（アクチュエータ）、２０…制御装置（把持制御装置）、２１ｂ…モデル選択部（選択部）、２１ｃ…把持位置姿勢決定部（第二決定部）、２１ｅ…干渉判断部（判断部）、２１ｇ…パターン選択部（第一決定部）、２１ｈ…把持制御部（制御部）、１００…マニピュレータシステム、１４１…挟持部材（把持部材）、１４２…掬い上げ部材（把持部材）、Ｏ…障害物、Ｔ…対象物、Ｔａ…対象領域（領域）。

Claims (10)

1. 対象物を把持する把持装置を制御する把持制御装置であって、
   把持部材の数および配置によって定められる複数の把持形態の中から、前記対象物の情報としての第一情報に基づいて、前記対象物に対する少なくとも一つの前記把持形態を選択する選択部と、
   前記把持装置の情報としての第二情報および障害物の情報としての第三情報のうち少なくとも一方に基づいて、選択された前記把持形態を実現する使用形態を決定する第一決定部と、
   前記決定された使用形態によって少なくとも一つの前記把持部材が前記対象物を把持するよう前記把持装置を制御する制御部と、
   を備えた、把持制御装置。
2. 選択された前記把持形態における前記把持部材による前記対象物の把持位置および把持姿勢を決定する第二決定部を備えた、請求項１に記載の把持制御装置。
3. 前記把持形態を実現しうる前記使用形態の候補毎に、前記把持装置が現在位置および現在姿勢から前記障害物と干渉することなく前記把持位置および把持姿勢に到達できるか否かを判断可能な、判断部を備え、
   前記第一決定部は、現在位置および現在姿勢から前記障害物と干渉することなく前記把持位置および把持姿勢に到達できる前記候補の中から、前記使用形態を決定する、請求項２に記載の把持制御装置。
4. 前記第一情報、前記第二情報、および前記第三情報のうち少なくともいずれか一つに基づいて、前記把持形態を実現しうる前記使用形態の候補毎に、少なくとも一つの物理量に基づいたスコアであって前記第一決定部における決定の指標とするスコアを算出するスコア算出部を備え、
   前記第一決定部は、前記スコアが最も高い前記候補を、前記使用形態として決定する、請求項１〜３のうちいずれか一つに記載の把持制御装置。
5. 前記第一情報には、前記把持部材によって把持することが可能な領域を示す第四情報が含まれ、
   前記選択部は、前記第四情報と各把持形態における前記把持部材の配置とに基づいて、複数の前記把持形態の中から、前記対象物に対する少なくとも一つの前記把持形態を選択する、請求項１〜４のうちいずれか一つに記載の把持制御装置。
6. 前記把持装置は一直線上に並んだ三つ以上の前記把持部材を有し、
   前記選択部が選択可能な複数の前記把持形態には、使用しない前記把持部材の両側に使用する前記把持部材が配置された把持形態は含まれない、請求項１〜５のうちいずれか一つに記載の把持制御装置。
7. 前記制御部は、前記第一決定部によって使用が決定された複数の把持部材に含まれる第一把持部材と障害物との距離が所定距離以内となる場合であって、当該第一把持部材以外の把持部材によって対象物を把持できる場合には、前記第一把持部材と障害物との距離が所定距離以内である状態において前記第一把持部材が非作動となるよう前記把持装置を制御する、請求項１〜６のうちいずれか一つに記載の把持制御装置。
8. 対象物を把持する把持装置を制御する把持制御装置であって、
   把持部材の数および配置によって定められる複数の把持形態の中から、前記対象物に対する少なくとも一つの前記把持形態を選択する選択部と、
   選択された前記把持形態を実現する使用形態を決定する第一決定部と、
   前記決定された使用形態によって少なくとも一つの前記把持部材が前記対象物を把持するよう前記把持装置を制御する制御部と、
   を備えた、把持制御装置。
9. 請求項１〜８のうちいずれか一つに記載の把持制御装置と、
   把持部材と、前記把持制御装置によって制御され前記把持部材を作動させるアクチュエータと、を有した、マニピュレータと、
   を備えた、把持システム。
10. コンピュータを、請求項１〜８のうちいずれか一つに記載の把持制御装置の、
    前記選択部、前記第一決定部、および前記制御部として機能させるプログラム。

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