JP2020199610A - ロボットアームの手動操作 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた手動操作性を備えるロボットシステムを提供する。【解決手段】ロボットアーム（１）と、撮像装置（２）と、制御アルゴリズムとを備え、該撮像装置（２）は、該ロボットアーム（１）の出力軸に固定され、被写体（３）の状態を検出し、該制御アルゴリズムは、該状態を駆動量に変換し、該ロボットアーム（１）を駆動することを特徴とするロボットシステム。典型的には、作業者の右手を被写体とし、前記アルゴリズムが、前記状態の時間変化量を、それを補償する駆動量に変換するアルゴリズムであることを特徴とする。【選択図】図１

Description

ロボットアームの手動操作に関する。

ＰＴＰ制御を主体とする従来の産業用ロボットは、始点と終点の教示や動作プログラムの作成に多大な労力を必要とした。

このような負担を軽減することを目的として、例えば文献１〜３のように、操作者のジェスチャを利用してロボットを動作させる装置が公知である。

一方で、安全柵が不要な協働ロボットの利用が広がり、ロボットを直接、手動で操作する利用方法が可能となった。

特に、重量物の搬送用途に着目したとき、いわゆるパワーアシスト装置として、このような利用方法が期待できる。

ロボットを直接、操作する方法としては、ロボットの各軸に備えた力センサから外力を推定し、その外力にロボットを追従させる方法が一般的である。

特許６２２１２２４ 特許６２８４２８４ ＷＯ２０１７-０３３３６６

ところが、各軸に力センサを備えるロボットは、慣性質量を相殺する制御が難しいため、操作感が重くなる欠点があった。そこで、撮像装置を用いた非接触制御に基づいて、優れた手動操作性を実現しようとするのが本発明の課題である。

係る課題を解決するため、ロボットアームと、撮像装置と、制御アルゴリズムとを備え、該撮像装置は、該ロボットアームの出力軸に固定され、被写体の状態を検出し、該制御アルゴリズムは、該状態を駆動量に変換し、該ロボットアームを駆動することを特徴とするロボットシステムを提供する。

ロボットアームは、垂直多関節型、直交型、スカラ型、デルタ型など、任意の方式のロボットアームであってよく、出力軸はロボットアームの先端の構成要素であり、通常はツールの取付が可能なフランジを備える出力軸である。

撮像装置は、被写体の状態を検出できるものであれば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、赤外線カメラ、距離画像カメラ、レーザースキャナなど、任意の方式の撮像装置であってよい。また超音波センサ、近接センサなど、必ずしも画像センサである必要はないが、時系列データを取得するセンサでなければならない。

被写体の状態とは、パターン認識における状態であり、被写体の位置、速度、加速度、姿勢、姿勢の変化など、前記撮像装置が取得したデータから計算できるすべての物理量である。姿勢とは３つの回転角で定まる物理的姿勢のほか、骨格等の物理モデルの内部パラメータの状態（関節角など）なども含む。撮像装置が被写体の状態を検出する方法は、公知のパターン認識アルゴリズムを用いればよい。

被写体の状態は、座標変換や逆運動学など、公知の計算方法により、ロボットアームの駆動量に変換することができる。駆動量とは、典型的には、回転関節においては回転角、直動関節においては変位である。

撮像装置は、ロボットアームの出力軸に固定されるのであって、それ以外の地面、壁、天井などに固定されるものであってはならない。すなわち撮像装置は、ツールに対する相対的な位置が不変であって、典型的にはツールやワークと逆の方向を撮像する。

被写体は、典型的には操作者の手であるが、適当な識別パターンを印刷した板や球、あるいはそれらを先端に備えた操作棒などでもよい。

被写体の状態を駆動量に変換する前記アルゴリズムは、典型的には、前記状態の時間変化量を、それを補償する駆動量に変換するアルゴリズムである。

時間変化量を補償するとは、すなわち、時間が経過しても被写体の状態が変化せず、撮像装置が撮像する被写体が、常に一定の見かけを保つようにロボットアームを駆動するということであり、撮像装置が被写体に追従するということである。

このとき、被写体の状態を適当に変化させることで、撮像装置と相対位置不変に設置されたツールを所望の状態に変化させることができ、非接触でロボットアームを操作できる。

前記アルゴリズムにジェスチャ認識等を加えることにより、ロボットアームの微動、半自動化など様々な応用が可能となる。

非接触でロボットアームを操作できるため、作業者の負担が少ない。

また、非接触のため、ロボットアームの駆動中に検出した外力と、操作のために加えた外力を識別する必要がなく、障害物との接触を容易に検出することができる。そのため安全性が高く、高精度で高価な力センサを用いる必要がない。

撮像装置が被写体に追従するため、撮像状態が概して一定となり、安定な画像処理が可能となる。特に、撮像装置と被写体との間に遮蔽物を想定する必要がない。

実施例を示した図である。 搬送システムの実施例の第１の作業を示した図である。 搬送システムの実施例の第２の作業を示した図である。 搬送システムの実施例の第３の作業を示した図である。

図１は本発明の実施例を示したものであり、ロボットアーム（１）と、撮像装置（２）と、制御アルゴリズムとを備え、該撮像装置（２）は、該ロボットアーム（１）の出力軸に固定され、被写体（３）の状態を検出し、該制御アルゴリズムは、該状態を駆動量に変換し、該ロボットアーム（１）を駆動することを特徴とするロボットシステムである。

ロボットアームは、前腕と、上腕と、昇降腕と、旋回腕とを含む４軸のスカラ型ロボットアームであって、出力軸は前腕を上下に貫通しており、上側に撮像装置（２）を、下側にツール（４）を固定している。

撮像装置（２）は、レンズを備えるＣＣＤビデオカメラであって、鉛直上側を撮像し、時系列データを取得する。ツール（４）は６つの真空吸着パッドを含む吸着ハンドである。

被写体（３）は、作業者の右手であって、撮像装置（２）がこれを撮像している。

図２〜４は、該ロボットシステム（５）を含む搬送システムの実施例であり、パレット（６）上にパレタイズされたワーク（７）を、該ロボットシステム（５）を駆動して、コンベア（８）上に搬送する一連の作業を示したものである。

図２はロボットシステム（５）の操作を開始する作業を示しており、作業者が、任意の初期状態にあるロボットアームの上方に右手をかざし、撮像装置に右手を撮像させる作業を示したものである。

操作開始の判定は、例えば（ア）右手が一定時間、一定の撮像範囲内に止まる、（イ）右手が特定の姿勢をとる、（ウ）右手が特定の動作をする、などの時空間的特徴を利用すればよい。この実施例は（ア）の特徴を利用している。

図３は、作業者が、右手ならびにそれに追従するツールをワークの直上に移動させ、下方に押下し、ツールでワークを吸着した状態を示したものである。

ツールが下方に押下されるまでの間、ツールは作業者の右手の移動に追従する。これは、右手の位置の時間変化量を、それを補償する駆動量に変換する前記アルゴリズムに基づく動作である。その間、撮像装置が撮像する右手は、ロボットアームの動作により一定の見かけを保つ。

この実施例では、ロボットアームの昇降腕が力センサを備える必要があり、ツールがワークに当接した際の反力を検知し、その状態を保持する必要がある。

このときの吸着開始の判定は、例えば右手を閉じた状態に変化させるなどのジェスチャを利用すればよい。

図４は、作業者が、右手ならびにそれに追従するツールおよびワークを、コンベアの直上に移動させ、下方に押下した状態を示したものである。

ツールが下方に押下されるまでの間、前記アルゴリズムにより、ツールおよびワークは作業者の右手の移動に追従する。ロボットアームが、ツールをワークに押下した際の反力を検知したとき、ロボットアームはその状態を保持する。

その後、右手の適当なジェスチャなどに基づいて吸着を終了し、右手を移動させてロボットアームを適当な位置に退避し、右手の別のジェスチャなどで動作終了の判定を行い、一連の動作が終了する。動作終了の判定を行わず、搬送動作を繰り返しおこなってもよい。

Claims (2)

1. ロボットアームと、撮像装置と、制御アルゴリズムとを備え、該撮像装置は、該ロボットアームの出力軸に固定され、被写体の状態を検出し、該制御アルゴリズムは、該状態を駆動量に変換し、該ロボットアームを駆動することを特徴とするロボットシステム。
2. 前記アルゴリズムが、前記状態の時間変化量を、それを補償する駆動量に変換するアルゴリズムであることを特徴とする、前記請求項１に記載のロボットシステム。