JP2020028957A - 干渉回避装置およびロボットシステム - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1〜3では、ロボットアームの先端のセンサによってワークおよび該ワークの近傍の物体の位置を検出しながら、ハンドが物体と干渉しないようにハンドの位置を制御している。
また、カメラ画像は、周辺からロボットおよび障害物を見た画像である。このようなカメラ画像に基づいて、ロボットから見た障害物の正確な位置を把握することは難しい。
また、3Dカメラの撮像範囲にロボットのマーカが含まれる必要があるため、3Dカメラの位置および姿勢が制限される。したがって、ロボットの動作領域内に3Dカメラの死角が生じ得る。死角に存在する物体は干渉領域に設定されないため、このような物体とのロボットの干渉を回避することができない。
本発明の一態様は、ロボットと、該ロボットの周辺に配置された周辺物体との干渉を回避する干渉回避装置であって、前記ロボットのロボットアームの先端部に取り付けられ、前記ロボットの周辺の距離画像を取得する3次元センサと、前記距離画像における前記周辺物体の座標をロボット座標系における座標に変換し、該ロボット座標系における前記周辺物体の座標に基づいて前記周辺物体の位置データを作成する位置データ作成部と、前記位置データを記憶する記憶部と、前記ロボット座標系に基づいて前記ロボットを制御する制御部とを備え、該制御部が、前記記憶部に記憶された前記周辺物体の位置データに基づいて、前記ロボットの前記周辺物体との干渉を回避するように前記ロボットを制御する干渉回避装置である。
3次元センサはロボットアームの先端部に取り付けられているので、周辺物体の正確な位置データを簡便に取得することができる。このような正確な位置データに基づき、ロボットの周辺物体との干渉を確実に回避することができる。
また、ロボットから見た周辺物体の距離画像が3次元センサによって得られる。したがって、ロボットの動作領域内に3次元センサの死角が生じることがなく、動作領域内の周辺物体の存在を正確に把握することができる。また、ロボットから見た周辺物体の正確な位置を得ることができる。
距離画像内にはロボットの一部分が含まれ得る。距離画像内のロボットの一部分の位置は、ロボットの動作に伴って変化する。したがって、距離画像内のロボットの一部分の位置データが記憶部に記憶された場合、制御部は、距離画像の取得時のロボットの一部分の位置に周辺物体が存在している誤認識し、当該位置を回避するようにロボットを制御してしまう。上記構成によれば、このような誤認識を防止し、ロボットの不要な回避動作を無くすことができる。
この構成によれば、1つの3次元センサを用いて、ロボットの周辺の広範囲の距離画像を取得することができる。
この構成によれば、作業中のロボットが配置され得る動作領域内の全ての周辺物体の座標が距離画像から取得され、全ての周辺物体に関する位置データが記憶部に記憶される。これにより、ロボットの周辺物体との干渉をより確実に回避することができる。
本実施形態に係るロボットシステム10は、図1に示されるように、ロボット1の周辺に周辺物体Oが配置されている環境において、作業中のロボット1の周辺物体Oとの干渉を回避するようにロボット1を制御するシステムである。周辺物体Oは、例えば、機器、他のロボット、および構造物等である。ロボットシステム10は、図1および図2に示されるように、ロボット1と、ロボット1に接続された制御装置2と、ロボット1の周辺物体Oとの干渉を回避する干渉回避装置3とを備えている。
記憶部12には、動作プログラム21が格納されている。ロボット制御部11は、動作プログラム21に基づいて各サーボモータを駆動するためのロボット制御信号を生成し、ロボット制御信号を各サーボモータに送信する。これにより、ロボットアーム4が動作プログラム21に基づいて動作する。ロボット制御部11によるロボット1の制御には、ロボット座標系Aでの座標が使用される。
記憶部12には、位置データ23として、周辺物体Oの表面の位置の座標Pi=(Xi,Yi,Zi)(i=1,2,…,n)が記憶されている。座標Piは、ロボット座標系Aでの座標である。ロボット制御部11は、ロボット1の3次元形状を、複数の円柱状の領域Cj(j=1,2,…,m)として定義する。すなわち、ロボット1の3次元形状は、複数の領域Cjの組み合わせとして表される。実際には、ロボット1の3次元形状を複数の領域Cjの組み合わせによって正確に表すことは難しいので、ロボット1全体が複数の領域Cjの組み合わせに含まれるように、各領域Cjが設定される。
本実施形態に係るロボットシステム10によれば、位置データ作成プログラム22が実行され、その後に動作プログラム21が実行される。
位置データ作成プログラム22が実行されると、図3に示されるように、ロボットアーム4の動作によって3次元センサ13の位置および姿勢が変更され、複数の位置および姿勢で3次元センサ13が距離画像を取得する。これにより、ロボット1の周辺の距離画像が取得される(ステップS1)。距離画像は、3次元センサ13から制御装置2に送信され、記憶部12に記憶される。次に、位置データ作成部15において、距離画像内の周辺物体Oの3次元の座標が取得され、周辺物体Oの座標がロボット座標系Aにおける座標に変換され(ステップS2)、ロボット座標系Aにおける周辺物体Oの座標から周辺物体Oの位置データ23が作成される(ステップS3)。位置データ23は、記憶部12に記憶される(ステップS4)。
また、距離画像はロボットアーム4の先端部から周辺物体Oを見た画像である。したがって、3次元センサ13によって撮像することができない死角がロボット1の動作領域内に生じず、動作領域内に存在する周辺物体Oを距離画像から確実に認識することができる。また、ロボット1から見た周辺物体Oの正確な位置を距離画像から得ることができる。
位置データ作成部15は、座標変換後の周辺物体Oの座標がロボット1の可動部分の自己座標であるか否かを判別する。ロボット1の可動部分の自己座標は、距離画像取得時に可動部分が配置される3次元領域のロボット座標系Aにおける座標である。位置データ作成部15は、自己座標である周辺物体Oの座標以外の他の周辺物体Oの座標から位置データ23を作成する。
このように、位置データ23に含まれる座標の数を減らすことによって、位置データ23の情報量を減らすことができる。また、ロボット1の周辺物体Oとの干渉の判定に要する処理時間を減らすことができる。
2 制御装置
3 干渉回避装置
4 ロボットアーム
5 基台
10 ロボットシステム
11 ロボット制御部
12 記憶部
13 3次元センサ
14 センサ制御部
15 位置データ作成部
21 動作プログラム
22 位置データ作成プログラム
23 位置データ
Claims (5)
- ロボットと、該ロボットの周辺に配置された周辺物体との干渉を回避する干渉回避装置であって、
前記ロボットのロボットアームの先端部に取り付けられ、前記ロボットの周辺の距離画像を取得する3次元センサと、
前記距離画像における前記周辺物体の座標をロボット座標系における座標に変換し、該ロボット座標系における前記周辺物体の座標に基づいて前記周辺物体の位置データを作成する位置データ作成部と、
前記位置データを記憶する記憶部と、
前記ロボット座標系に基づいて前記ロボットを制御する制御部とを備え、
該制御部が、前記記憶部に記憶された前記周辺物体の位置データに基づいて、前記ロボットの前記周辺物体との干渉を回避するように前記ロボットを制御する干渉回避装置。 - 前記位置データ作成部は、
前記ロボット座標系における前記周辺物体の座標の各々が前記ロボットの自己座標であるか否かを判別し、該自己座標は、前記距離画像の取得時の前記ロボットの前記ロボット座標系における座標であり、
前記自己座標である前記周辺物体の座標以外の他の前記ロボット座標系における前記周辺物体の座標に基づいて前記位置データを作成する請求項1に記載の干渉回避装置。 - 前記ロボットアームが、複数の関節を有し、該複数の関節の動作によって前記3次元センサの位置および姿勢を3次元的に変更可能であり、
前記制御部が、前記ロボットアームの前記複数の関節を動作させながら前記3次元センサに前記距離画像を取得させる請求項1または請求項2に記載の干渉回避装置。 - 前記3次元センサが、前記ロボットの動作領域の全体を含む範囲の前記距離画像を取得する請求項1から請求項3のいずれかに記載の干渉回避装置。
- ロボットアームを有するロボットと、
請求項1から請求項4のいずれかに記載の干渉回避装置とを備えるロボットシステム。
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