JP2022120550A - ロボットシステム、ロボットシステムの制御方法、ロボットシステムを用いた物品の製造方法、制御プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 把持姿勢の設定を容易に行うことができるロボットシステムを提供する。【解決手段】 複数の距離センサと、制御装置と、ロボットハンド本体とを備えた、対象物の把持を行うロボットシステムであって、制御装置は、距離センサの検出結果に基づき、対象物に対する前記ロボットハンド本体の相対的な位置およびまたは姿勢を制御する、ことを特徴とするロボットシステムを採用した。【選択図】 図３

Description

本発明は、ロボットシステムに関する。

近年、従来人手で行われていたカメラやプリンタなどの工業製品の製造工程を、ロボットハンドとロボットアームを有するロボット装置を用いて自動化する要求が高まっている。これら製品を構成する部品（ワーク）は、小型かつ精密な部品が多く、形状、材質など多岐に渡っている。そのため、ロボットハンドに正しく把持させるべく、ワークに適した把持姿勢をロボットハンドに設定する必要がある。上述の方法の１つとして特許文献１に記載の技術がある。下記特許文献１には、カメラを指先に設置し、指先のカメラを用いてワークの距離計測を行い、ワークに適した把持姿勢を設定する技術が開示されている。

特開２００９－６６６７８号公報

しかしながら特許文献１に記載された技術は、カメラを用いてワークの位置姿勢を計測するため画像処理が必要となる。画像処理を実行させる場合、各種調整（照明の姿勢調整、カメラの校正、画像処理のパラメータ調整など）といった作業が発生し、把持姿勢の設定を容易に行うことが困難になるという課題がある。

本発明は、上述の事情に鑑み、把持姿勢の設定を容易に行うことができるロボットシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では、複数の距離センサと、制御装置と、ロボットハンド本体とを備えた、対象物の把持を行うロボットシステムであって、前記制御装置は、前記距離センサの検出結果に基づき、前記対象物に対する前記ロボットハンド本体の相対的な位置およびまたは姿勢を制御する、ことを特徴とするロボットシステムを採用した。

本発明によれば、把持姿勢の設定を容易に行うことができる。

本発明を採用可能なロボットシステムの概略構成を示した説明図である。 本発明を採用可能なセンサのシステム構成を示した説明図である。 本発明を採用可能なエンドエフェクタの概略構成を示した説明図である。 本発明を採用可能なロボットシステムに係る処理手順を示すフローチャート図である。 本発明を採用可能なセンサデータ取得に係る処理手順を示すフローチャート図である。 本発明を採用可能な指令値算出に係る処理手順を示すフローチャート図である。 本発明を採用可能なロボットシステムに係る処理の遷移図である。 本発明の第２の実施形態に係るセンサの概略を示した説明図である。 本発明の第３の実施形態に係るワークの概略を示した説明図である。 本発明の第３の実施形態に係るエンドエフェクタの概略構成を示した説明図である。 本発明の第３の実施形態に係るロボットシステムに係る処理の遷移図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するに好適な実施形態につき詳細に説明する。なお、以下に示す実施例はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変更することができる。また、各実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明を採用可能なロボットシステムの概略構成を示した説明図である。本実施形態のロボットシステム１００は、ロボットアーム本体２００、ロボットハンド本体３００、センサノード８００、ロボットハンド制御装置５００、ロボットアーム制御装置４００、センサ制御装置７００、外部入力装置９００で構成される。把持対象物であるワークＷ１は、載置台Ｓ１上に載置されている。

ロボットシステム１００によってワークＷ１を操作し、他のワークに組付けることにより、工業製品、ないしは物品を製造することができる。例えば、このワークＷ１に対する操作は、ロボットアーム本体２００とロボットハンド本体３００を用いて把持対象物としてのワークＷ１を把持し、移動させ、さらにワークＷ１を他のワークに嵌合または組付といった操作で実行される。

ロボットアーム本体２００は、本実施形態では多関節のロボットアームであり、ロボットアーム本体２００の根元は台座６００に固定されている。ロボットアーム本体２００の先端には、エンドエフェクタであるロボットハンド本体３００が装着されている。またロボットハンド本体３００はセンサノード８００を備えている。このロボットハンド本体３００を用いてワークＷ１に対して操作を行う。また、ロボットアーム本体２００の各関節には、これらの関節を各々駆動する駆動源としてのモータ、およびモータの回転角度を検出する位置検出手段としてのエンコーダがそれぞれ設けられている。なお、エンコーダの設置位置および出力方式は問わない。

ロボットハンド本体３００は後述するモータと開閉機構により２本の指を開閉し、ワークＷ１の把持ないし解放を行う１自由度以上のハンドであり、ワークＷ１をロボットアーム本体２００に対して相対変位させないように把持できれば良い。なお、本実施形態では指の本数を２本としたが、当業者が適宜変更することができる。また本実施形態において、ロボットハンド３００は不図示のモータ駆動で指を動作させているが、空気圧駆動のようなエアグリッパであっても良い。

ロボットアーム制御装置４００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４０３を有している。また外部との通信を担うアームＩＦ（Ｉｎｔｅｒ Ｆａｃｅ）４０４、外部ＩＦ４０５、フラッシュＲＯＭ４０６を有している。ＲＯＭ４０２あるいは、フラッシュＲＯＭ４０６は、ロボットアーム本体２００の各種動作に応じて対応する駆動部を制御するためのプログラムや、それらの制御に必要なデータ等を記憶している。ＲＡＭ４０３はＣＰＵ４０１の作業領域として機能する。

アームＩＦ４０４は、ロボットアーム本体と通信するためのインタフェースとして機能する。外部ＩＦ４０５は、ロボットハンド制御装置５００、センサ制御装置７００、外部入力装置９００と通信するためのインタフェースとして機能する。ＣＰＵ４０１は、ロボットハンド本体３００の移動先であるロボットアーム本体２００の先端の目標位置及び姿勢に対して各関節が取るべき角度を計算する。そしてアームＩＦ４０４を介して各関節のモータを制御するサーボ回路（不図示）へと指令値を出力し、ロボットアーム本体２００の各関節を駆動制御する。これによってロボットハンド本体３００に把持されたワークＷ１を目標位置へと搬送することができる。

ロボットハンド制御装置５００もロボットアーム制御装置４００と同様に、ＣＰＵ５０１、ＲＯＭ５０２、ＲＡＭ５０３、ハンドＩＦ５０４、外部ＩＦ５０５、フラッシュＲＯＭ５０６を有している。ＲＯＭ５０２あるいは、フラッシュＲＯＭ５０６は、ロボットハンド本体３００の各種動作に応じて対応する駆動部を制御するためのプログラムや、それらの制御に必要なデータ等を記憶している。ＲＡＭ５０３はＣＰＵ５０１の作業領域として機能する。

ハンドＩＦ５０４は、ロボットハンド本体３００と通信するためのインタフェースとして機能する。外部ＩＦ５０５は、ロボットアーム制御装置４００、センサ制御装置７００、外部入力装置９００と通信するためのインタフェースとして機能する。ＣＰＵ５０１は、ロボットハンド本体３００の指部の目標位置に対して駆動源が取るべき角度を計算する。そして、ハンドＩＦ５０４を介して駆動源を制御するサーボ回路（不図示）へと指令値を出力し、ロボットハンド本体３００の指部を駆動制御する。これによってロボットハンド本体３００によりワークＷ１を把持することができる。

図２は、本実施形態センサシステムの制御構成を示した制御ブロック図である。本実施形態のセンサシステムは、センサ８１１～８１６、センサノード８００、センサ８１１～８１６を制御するセンサ制御装置７００で構成される。

センサ８１１～８１６は、ワークＷ１までの距離を計測可能な距離センサである。センサ８１１～８１６は、近接センサであっても、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサであっても良いが、本実施形態では近接センサとする。近接センサは、ＬＥＤ（不図示）とフォトトランジスタ（不図示）から成るフォトリフレクタである。送信部であるＬＥＤは、赤外線ＬＥＤが好適である。送信部から発光された光をワークＷ１が反射して、その反射光を受信部のフォトトランジスタが受信をすることで距離を計測する。フォトトランジスタは、距離に応じた反射光の輝度を電流として出力する。抵抗を介することで電流は電圧として計測することができる。

センサノード８００は、電源コントローラ８０１とセンサデータ取得部８０２を有している。電源コントローラ８０１は、センサ８１１～８１６の電源をそれぞれオンオフ制御することができる。センサデータ取得部８０２は、センサ８１１～８１６の出力（検出結果）をそれぞれ取得することができる。本実施形態の場合、センサ８１１～８１６は近接センサであるためセンサの出力は電圧となり、センサデータ取得部８０２はＡＤコンバータと同等のものとなる。また、電源コントローラ８０１とセンサデータ取得部８０２は、センサ制御装置７００と通信するため、シリアル通信が可能なノードＩＦ８０４を備えている。

センサ制御装置７００は、ＣＰＵ７０１、ＲＯＭ７０２、ＲＡＭ７０３、センサＩＦ７０４、外部ＩＦ７０５、フラッシュＲＯＭ７０６を有している。ＲＯＭ７０２あるいは、フラッシュＲＯＭ７０６は、センサ８１１～８１６の電源制御やセンサデータを取得し、補正するためのプログラムや、それらの制御に必要なデータ等を記憶している。ＲＡＭ７０３はＣＰＵ７０１の作業領域として機能する。センサＩＦ７０４は、センサノード８００内の電源コントローラ８０１とセンサデータ取得部８０２と通信するためノードＩＦ８０４と接続されるインタフェースとして機能する。外部ＩＦ７０５は、ロボットアーム制御装置４００、ロボットハンド制御装置５００などと通信するためのインタフェースとして機能する。

図３は、本実施形態のロボットハンド本体３００の概略構成を示した図である。ロボットハンド本体３００は、ハンド用モータドライバ３０１、エンコーダ３０２、ハンド用モータ３０３、ギヤ３０４、指部３０５、３０６、スライドガイド３０７、３０８を有している。

ハンド用モータドライバ３０１は、ハンド用モータ３０３の回転角をエンコーダ３０２で計測し、各制御装置からの指令値に基づきフィードバック制御する。そしてギヤ３０４、スライドガイド３０７、３０８を介して、指部３０５、３０６の位置を制御することができる。

指部３０５の先端には、センサ８１１、８１２、８１３、８１４が図示の位置に配置される。センサ８１１、８１２、８１３は、ワークＷ１のＺ軸方向の厚みよりも小さい範囲で同一面内に配置され、指部３０５とワークＷ１の把持方向（Ｘ軸方向）の距離を計測可能である。またセンサ８１４は、指部３０５と台座６００または載置台Ｓ１の手先方向（Ｚ軸方向）の距離を計測可能に配置される。また、指部３０５の先端には、ワークＷ１と接触する面となる接触部３０９が設けられている。接触部３０９は、センサ８１１～８１３が設けられている面とは異なる面（各センサが設けられている面から所定の高さを有する段差）となるように設けられている。これによりワークＷ１を把持する際、ワークＷ１と各センサとが接触する危険性を低減し、センサが故障する可能性を低減できる。

一方、センサ８１５、８１６は、ワークＷ１に対して、ワークＷ１のＹ軸方向（指部の把持方向と直交する方向）の幅よりも大きい長さとなる位置となるようにロボットハンド本体３００の掌部に傾斜を持って配置される。上述の配置により各センサによりワークの面を確実に計測することが可能となる。

次に、本実施形態のロボットシステム１００における処理手順を図４に示すフローチャートを用いて説明する。前提として、ワークＷ１は、直方体とし、載置台Ｓ１の中でロボットハンド本体３００に対して所定の角度傾斜し、ラフに置かれているものとする。また、ワークＷ１をロボットハンド本体３００の指部３０５、３０６によって把持できる位置から開始するものとする。センサ８１１～８１６によって、ワークＷ１または載置台Ｓ１を計測することで、ロボットハンド本体３００の位置姿勢を適切に変更し把持を行う。また下記で述べるフローは各制御装置のＣＰＵが相互に通信を行うことで実行されるものとする。

まずステップＳ１０にて、指部３０５、３０６の目標値を設定する。この目標値は、把持直前の幅Ｄ_ｒｅｆ、載置台Ｓ１とのクリアランスｈ_ｒｅｆ、位置決め許容値ε_ｘｙｚ、姿勢決め許容値ε_Ｔｘｙｚである。これらの値は、ロボットハンド本体３００の目標となる把持姿勢を決める値である。本実施形態では、これらの値の設定により、ロボットハンド本体３００がワークＷ１に沿う（各指部の接触面が、接触するワークＷ１の面に対して略平行となる、掌部の面が、掌部に対向するワークＷ１の面に対して略平行となる）把持姿勢を目標とする。位置決め許容値ε_ｘｙｚは、センサによって計測される各指部および掌部とワークとの距離の許容値、姿勢決め許容値ε_Ｔｘｙｚは、センサの計測結果から幾何学的に求められる指部および掌部とワークとの相対的な角度の許容値である。

次にステップＳ２０にて、センサ制御装置７００が、センサ８１１～８１６のセンサデータを取得する。詳細は、図５を用いて後述する。

次にステップＳ３０にて、センサ制御装置７００が、ロボットハンド本体３００の位置姿勢の現在値を取得する。外部ＩＦ７０５を介して、ロボットアーム制御装置４００とロボットハンド制御装置５００とから、ロボットハンド本体３００の位置および姿勢の情報であるｘ、ｙ、ｚ、Ｔ_ｘ、Ｔ_ｙ、Ｔ_ｚと指部３０５、３０７の相対的な位置関係である把持幅Ｈを取得する。

次にステップＳ４０にて、制御完了条件と比較する。制御完了条件は、各計測値Ｄが次式を満たす場合である。

各計測値Ｄの下付き数字は、各センサ８１１～８１６の内、どのセンサで取得したセンサデータに関する距離の計測値であるかを示している。Ｄ_１はセンサ８１１の計測値、Ｄ_２はセンサ８１２の計測値、Ｄ_３はセンサ８１３の計測値、Ｄ_４はセンサ８１４の計測値、Ｄ_５はセンサ８１５の計測値、Ｄ_６はセンサ８１６の計測値である。αはセンサ８１５がロボットハンド本体３００の掌部となす角である。Ｌ_７ａはセンサ８１１とセンサ８１３のそれぞれの計測点間の長さ、Ｌ_７ｃはセンサ８１５とセンサ８１６のそれぞれの計測点間の長さ、Ｌ_７ｇはセンサ８１１とセンサ８１２のそれぞれの計測点間の長さである。制御完了条件を満たす場合、完了となる。

逆に、目標値が制御完了条件を満たさない場合、ステップＳ４０：Ｎｏより、ステップＳ５０に進む。ステップＳ５０では、センサ制御装置７００がロボットアーム制御装置４００とロボットハンド制御装置５００に送信する指令値を算出する。詳細は、図６を用いて後述する。

次にステップＳ６０より、外部ＩＦ７０５を介して、算出した指令値をそれぞれロボットアーム制御装置４００とロボットハンド制御装置５００に送信する。そしてステップＳ２０の直前に戻り、再度センサデータを取得し、計測値が式（１）で示す制御完了条件を満たすか判定を行う。

ステップＳ４０にて、各計測値が制御完了条件を満たせば、ロボットハンド本体３００が適切な把持姿勢であると判断し、把持姿勢の調整に関する制御フローを終了する。

次にセンサデータの取得を行うステップＳ２０について詳述する。図５は、本実施形態におけるセンサデータ取得に係る処理手順（ステップＳ２０）を示すフローチャートである。

まずステップＳ２１にて、変数ｉに１をセットする。変数ｉは、センサ番号を示す。センサ番号は、各計測値Ｄの下付き数字のセンサと対応する。

次にステップＳ２２にて、変数ｉがセンサ総数Ｎを超えているか判断する。本実施形態の場合、Ｎは６である。変数ｉがセンサ総数Ｎを超えていない場合、ステップＳ２２：Ｎｏより、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、変数ｉの値に従って、センサ８１１～８１６のいずれかを電源コントローラ８０１を用いてＯＮする。例えば、変数ｉが１の場合はセンサ８１１のみをＯＮし、変数ｉが６の場合はセンサ８１６のみをＯＮする。

次にステップＳ２４にて、ＯＮしたいずれかのセンサ８１１～８１６からのセンサデータ取得部８０２を用いて、センサデータを取得する。本実施形態の場合、センサ８１１～８１６は近接センサであるので、センサデータは電圧である。また、センサデータを複数回取得して、フィルタ処理をしても良い。

そしてステップＳ２５にて、センサ８１１～８１６を電源コントローラ８０１によって、すべてＯＦＦする。

そしてステップＳ２６にて、変数ｉをインクリメントし、ステップＳ２２の直前に戻る。以上のフローを繰り返し、必要な数のセンサからセンサデータを取得する。

ステップＳ２２において、変数ｉがセンサ総数Ｎを超えている場合、ステップＳ２２：Ｙｅｓより、ステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では、センサデータを距離計測データに補正する。近接センサの場合、近接センサの焦点距離以降は、計測対象物との距離が大きくなると、電圧は低下するので、テーブルや多項式を用いて、電圧から距離に補正することができる。その際に、テーブルや多項式の係数の値を事前に取得し、フラッシュＲＯＭ７０６に保存しておくと好適である。このようにすることで、他のセンサのＬＥＤ光の影響を軽減でき、センサの計測精度を向上可能である。以上によりセンサデータを取得し、センサデータの取得の制御フローを終了する。

次にロボットハンド本体３００の位置姿勢を調整する指令値算出の制御フローについて詳述する。図６は、本実施形態における指令値算出および位置姿勢の調整に係る処理手順（ステップＳ３０～ステップＳ６０）の詳細を示すフローチャートである。図７は、図６の制御フローチャートにおけるロボットハンド本体３００の状態図である。ここで図７（ａ）より、ワークＷ１は、ロボットハンド本体３００に対して所定の角度傾斜している状態からスタートする。

図６より、まずステップＳ７１にて、Ｘ、Ｙ軸姿勢の完了条件と比較する。完了条件は、次式をすべて満たすことである（図７（ａ）～（ｄ））。

図７（ａ）より、センサ８１１、センサ８１３からの検出値が、式（２）を満たすか判定し、満たされなければステップＳ７５に進み、Ｙ軸周りの姿勢を補正する指令値を出力し、ステップＳ７１の直前まで戻りロボットハンド本体３００の姿勢を変更する。センサ８１１、センサ８１３からの検出値が式（２）を満たせば、Ｙ軸周りの姿勢が図７（ｂ）の状態となり、ロボットハンド本体３００のＹ軸周りの姿勢の調整が完了する。

同様に図７（ｃ）より、センサ８１５、センサ８１６からの検出値が、式（２）を満たすか判定し、満たされなければステップＳ７５に進み、Ｘ軸周りの姿勢を補正する指令値を出力し、ステップＳ７１の直前まで戻りロボットハンド本体３００の姿勢を変更する。センサ８１５、センサ８１６からの検出値が式（２）を満たせば、Ｘ軸周りの姿勢が図７（ｄ）の状態となり、ロボットハンド本体３００のＸ周り軸の姿勢の調整が完了する。

ここで、ステップＳ７５において、Ｘ，Ｙ軸周りの姿勢補正の指令値は、次式にて算出する。

ステップＳ７１にて、Ｘ軸周りの姿勢、Ｙ軸周りの姿勢の調整が完了すれば、ステップＳ７２に進む。ステップＳ７２では、Ｚ軸位置の完了条件と比較する（図７（ｅ）（ｆ））。

図７（ｅ）より、センサ８１４からの検出値が、式（４）を満たすか判定し、満たされなければステップＳ７６に進み、Ｚ軸の位置を補正する指令値を出力し、ステップＳ７２の直前まで戻りロボットハンド本体３００の姿勢を変更する。センサ８１４からの検出値が式（４）を満たせば、図７（ｆ）の状態となり、ロボットハンド本体３００のＺ軸の位置の調整が完了する。

ここで、ステップＳ７６において、Ｚ軸位置補正の指令値は、次式にて算出する。

ステップＳ７２にて、Ｚ軸の位置の調整が完了すれば、ステップＳ７３に進む。ステップＳ７３では、Ｚ軸周りの姿勢の完了条件と比較する（図７（ｇ）（ｈ））。

図７（ｇ）より、センサ８１１、センサ８１２からの検出値が、式（６）を満たすか判定し、満たされなければステップＳ７７に進み、Ｚ軸周りの姿勢を補正する指令値を出力し、ステップＳ７３の直前まで戻りロボットハンド本体３００の姿勢を変更する。センサ８１１、センサ８１２からの検出値が式（６）を満たせば、図７（ｈ）の状態となり、ロボットハンド本体３００のＺ軸周りの姿勢の調整が完了する。

ここで、ステップＳ７７において、Ｚ軸周りの姿勢補正の指令値は、次式にて算出する。

ステップＳ７３にて、Ｚ軸周りの姿勢の調整が完了すれば、ステップＳ７４に進む。ステップＳ７４では、Ｘ軸位置、Ｙ軸位置の完了条件と比較する（図７（ｉ）（ｊ））。

図７（ｉ）より、センサ８１１、センサ８１２、センサ８１３からの検出値が、式（８）を満たすか判定し、満たされなければステップＳ７８に進み、Ｘ軸位置、Ｙ軸位置を補正する指令値を出力する。そしてステップＳ７４の直前まで戻りロボットハンド本体３００の姿勢を変更する。センサ８１１、センサ８１２、センサ８１３からの検出値が式（８）を満たせば、図７（ｊ）の状態となり、ロボットハンド本体３００のＸ軸位置、Ｙ軸位置の調整が完了する。この際、指部３０５、３０６の駆動量により調整を行い、さらに調整を行う。

ここで、ステップＳ７８において、Ｘ軸位置、Ｙ軸位置補正の指令値は、次式にて算出する。

以上のフローにより、ロボットハンド本体３００の姿勢において、ワークＷが傾斜していても、ワークＷに沿った把持姿勢に調整を行うことができる。よって、例えばカメラを用いずとも、ロボットハンド本体３００の把持姿勢の調整を行うことができる。ゆえにカメラの画像処理に伴う調整などを削減することができ、ワークに沿った把持姿勢の設定を容易に行うことができる。

（第２の実施形態）
上述の第１の実施形態では、１種類のセンサを複数用いてロボットハンド本体３００の姿勢を調整する場合について説明した。しかしながら、光学的性質が異なる２種類のセンサを用いてロボットハンド本体３００の姿勢を調整する場合においても実施できる。なお、以下では、第１の実施形態とは異なるハードウェアや制御系の構成の部分について図示し説明する。また、第１の実施形態と同様の部分については上記と同様の構成ならびに作用が可能であるものとし、その詳細な説明は省略するものとする。

図８は、本実施形態におけるセンサの概略を示した図である。把持部３０５’上のセンサ８１１と同一面内にセンサ８１１’を隣接して配置している。本実施形態では、センサ８１１は近接センサであり、センサ８１１’はＴＯＦセンサとする。説明の簡略化のため、図示は省略するが、センサ８１１と同様に、センサ８１２～８１６において、近接センサ８１２～８１６それぞれの同一面内にＴＯＦセンサを隣接して配置している。

一般的に、近接センサは、測定レンジが短いが、高分解能である。また、ＴＯＦセンサは、測定レンジが長いが、低分解能である。それぞれの長所を生かし、短所を補うために、以下のように用いる。それぞれのセンサでワークＷ１を計測した際に、処理に用いるセンサ値Ｄを次式で決定する。

ただし、Ｄ_ｐｒｏｘは近接センサでの計測値、Ｄ_ｔｏｆはＴＯＦセンサでの計測値、Ｄ_ｔｈは閾値である。本実施形態においては、Ｄ_ｔｈは２０ｍｍ程度が好適である。より具体的に言えば、各々のセンサの分解能の特性を活かし、近接センサで近距離を、ＴＯＦセンサで遠距離を計測する。式（１０）によるセンサ値Ｄを用いることで、第１の実施形態と同様に、ワークＷ１と各指部との距離を計測することでき、ロボットハンド本体３００の位置姿勢を調整することができる。

以上、本実施形態によれば、２種類のセンサを用いてワークＷ１と各指部との距離を計測してロボットハンド本体３００の位置姿勢を調整できる。近接センサで近距離を、ＴＯＦセンサで遠距離を計測することで、センサを１種類のみのときよりも測定レンジを大きく、かつ、近距離を精度良く計測することができる。

（第３の実施形態）
上述の第１の実施形態では、対称性が高い直方体のワークの場合について説明した。しかしながら、直方体よりも対称性が低い凸型のワークの場合においても実施できるものである。なお、以下では、第１の実施形態とは異なるハードウェアや制御系の構成の部分について図示し説明する。また、第１の実施形態と同様の部分については上記と同様の構成ならびに作用が可能であるものとし、その詳細な説明は省略するものとする。

図９は、本実施形態に係るワークＷ２の概略を示した図である。直方体よりも対称性が低い凸型となっている。図１０は、本実施形態におけるロボットハンド本体３００’の概略構成を示した図である。

第１の実施形態と大きく異なる点は、指部３０５と同様に、指部３０６にもセンサ８２１～８２４が配置されている点である。センサ８２１～８２３は、ワークＷ２のＺ軸方向の厚みよりも小さい範囲で同一面内に配置され、指部３０６とワークＷ２の把持方向（Ｘ軸方向）の距離を計測可能である。またセンサ８２４は、指部３０６と台座６００または載置台Ｓ１の手先方向（Ｚ軸方向）の距離を計測可能に配置される。そして、センサ８３１、８３２は、各指部または各指部の動作軸（軸Ａ）に対して、ワークＷ２のＹ軸方向の幅よりも大きい長さ離間する位置となるようにロボットハンド本体３００’の掌部に、掌部に対して垂直に配置される。上述の配置により各センサによりワークの面を確実に計測することが可能となる。

次に、本実施形態におけるロボットハンド本体３００’の把持姿勢の調整の処理手順を、第１の実施形態と同様に、図４、図６に示すフローチャート図を用いて説明する。また図１１は、本実施形態における図６の制御フローチャートにおけるロボットハンド本体３００’の状態図である。前提として、ワークＷ２は、載置台Ｓ１の中でロボットハンド本体３００’に対して所定の角度傾斜し、ラフに置かれているものとする。また、ワークＷ２をロボットハンド本体３００’の指部３０５、３０６によって把持できる位置から開始するものとする。また各センサによって、ワークＷ２または載置台Ｓ１を計測することで、ロボットハンド本体３００の位置姿勢を適切に変更し把持を行う。また下記で述べるフローは各制御装置のＣＰＵが相互に通信を行うことで実行されるものとし、第１の実施形態と異なる部分を詳述する。

図４において、本実施形態におけるステップＳ４０における制御完了条件は、各センサの計測値Ｄが次式をすべて満たすことである。

各計測値Ｄの下付き数字は、各センサ８１１～８１４、８２１～８２４、８３１、８３２の内、どのセンサで取得したセンサデータに関する距離の計測値であるかを示している。Ｄ_８１１はセンサ８１１の計測値、Ｄ_８１２はセンサ８１２の計測値、Ｄ_８１３はセンサ８１３の計測値、Ｄ_８１４はセンサ８１４の計測値である。Ｄ_８２１はセンサ８２１の計測値、Ｄ_８２２はセンサ８２２の計測値、Ｄ_８２３はセンサ８２３の計測値、Ｄ_８２４はセンサ８２４の計測値である。Ｄ_８３１はセンサ８３１の計測値、Ｄ_８３２はセンサ８３２の計測値である。

Ｌ_ａ１はセンサ８１１とセンサ８１３のそれぞれの計測点間の長さ、Ｌ_ａ２はセンサ８２１とセンサ８２３のそれぞれの計測点間の長さである。Ｌ_ｃはセンサ８３１とセンサ８３２のそれぞれの計測点間の長さである。Ｌ_ｇ１はセンサ８１１とセンサ８１２のそれぞれの計測点間の長さ、Ｌ_ｇ２はセンサ８２１とセンサ８２２のそれぞれの計測点間の長さである。把持直前の幅Ｄ_ｒｅｆ、載置台Ｓ１とのクリアランスｈ_ｒｅｆ、位置決め許容値ε_ｘｙｚ、姿勢決め許容値ε_Ｔｘｙｚは、第１の実施形態と同様に設定されているものとする。

図６より、ステップＳ７１にて、Ｘ、Ｙ軸姿勢の完了条件と比較する。本実施形態におけるステップＳ７１の完了条件は、次式をすべて満たすことである（図１１（ａ）～（ｄ））。

図１１（ａ）より、センサ８１１、センサ８１３、センサ８２１、センサ８２３からの検出値が、式（１２）を満たすか判定し、満たされなければステップＳ７５に進み、Ｙ軸周りの姿勢を補正する指令値を出力する。そしてステップＳ７１の直前まで戻りロボットハンド本体３００’の姿勢を変更する。センサ８１１、センサ８１３、センサ８２１、センサ８２３からの検出値が式（１２）を満たせば、Ｙ軸周りの姿勢が図１２（ｂ）の状態となり、ロボットハンド本体３００’のＹ軸周りの姿勢の調整が完了する。

同様に図１１（ｃ）より、センサ８３１、センサ８３２からの検出値が、式（１２）を満たすか判定し、満たされなければステップＳ７５に進み、Ｘ軸周りの姿勢を補正する指令値を出力する。そして、ステップＳ７１の直前まで戻りロボットハンド本体３００’の姿勢を変更する。センサ８３１、センサ８３２からの検出値が式（１２）を満たせば、Ｘ軸周りの姿勢が図１１（ｄ）の状態となり、ロボットハンド本体３００’のＸ周り軸の姿勢の調整が完了する。

ここで、ステップＳ７５において、Ｘ，Ｙ軸周りの姿勢補正の指令値は、次式にて算出する。

ステップＳ７１にて、Ｘ軸周りの姿勢、Ｙ軸周りの姿勢の調整が完了すれば、ステップＳ７２に進む。本実施形態のステップＳ７２では、次式のＺ軸位置の完了条件と比較する（図１１（ｅ）（ｆ））。

図１１（ｅ）より、センサ８１４、センサ８２４からの検出値が、式（１４）を満たすか判定し、満たされなければステップＳ７６に進み、Ｚ軸の位置を補正する指令値を出力し、ステップＳ７２の直前まで戻りロボットハンド本体３００’の姿勢を変更する。センサ８１４、センサ８２４からの検出値が式（１４）を満たせば、図１１（ｆ）の状態となり、ロボットハンド本体３００のＺ軸の位置の調整が完了する。

ここで、本実施形態のステップＳ７６において、Ｚ軸位置補正の指令値は、次式にて算出する。

ステップＳ７２にて、Ｚ軸の位置の調整が完了すれば、ステップＳ７３に進む。本実施形態のステップＳ７３では、次式のＺ軸周りの姿勢の完了条件と比較する（図１１（ｇ）（ｈ））。

図１１（ｇ）より、センサ８１１、センサ８１２、センサ８２１、センサ８２２からの検出値が、式（１６）を満たすか判定し、満たされなければステップＳ７７に進み、Ｚ軸周りの姿勢を補正する指令値を出力する。そしてステップＳ７３の直前まで戻りロボットハンド本体３００’の姿勢を変更する。センサ８１１、センサ８１２、センサ８２１、センサ８２２からの検出値が式（１６）を満たせば、図１１（ｈ）の状態となり、ロボットハンド本体３００’のＺ軸周りの姿勢の調整が完了する。

ここで、本実施形態のステップＳ７７において、Ｚ軸周りの姿勢補正の指令値は、次式にて算出する。

ステップＳ７３にて、Ｚ軸周りの姿勢の調整が完了すれば、ステップＳ７４に進む。本実施形態のステップＳ７４では、Ｘ軸位置、Ｙ軸位置の完了条件と比較する（図７（ｉ）（ｊ））。

図１１（ｉ）より、センサ８１１～８１３、センサ８２１～８２３、センサ８３１、８３２からの検出値が、式（１８）を満たすか判定し、満たされなければステップＳ７８に進み、Ｘ軸位置、Ｙ軸位置を補正する指令値を出力する。そしてステップＳ７４の直前まで戻りロボットハンド本体３００’の姿勢を変更する。センサ８１１～８１３、センサ８２１～８２３、センサ８３１、８３２からの検出値が式（１８）を満たせば、図１１（ｊ）の状態となり、ロボットハンド本体３００’のＸ軸位置、Ｙ軸位置の調整が完了する。この際、指部３０５、３０６の駆動量により調整を行い、さらに調整を行う。

ここで、ステップＳ７８において、Ｘ軸位置、Ｙ軸位置補正の指令値は、次式にて算出する。

以上のフローにより、ロボットハンド本体３００’の姿勢において、対称性の低い凸型ワークが傾斜していても、ワークに沿った把持姿勢に調整を行うことができる。よって、例えばカメラを用いずとも、ロボットハンド本体３００’の把持姿勢の調整を行うことができる。ゆえにカメラの画像処理に伴う調整などを削減することができ、ワークに沿った把持姿勢の設定を容易に行うことができる。

（その他の実施形態）
以上述べた第１～第３の実施形態の処理手順は具体的には各制御装置により実行されるものである。従って上述した機能を実行可能なソフトウェアのプログラムを記録した記録媒体を、各制御装置を統合する制御装置に供給し、統合的に処理を行うＣＰＵが記録媒体に格納されたプログラムを読み出し実行することによって達成されるよう構成することができる。この場合、記録媒体から読み出されたプログラム自体が上述した各実施形態の機能を実現することになり、プログラム自体およびそのプログラムを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。

また、各実施形態では、コンピュータで読み取り可能な記録媒体が各ＲＯＭ或いは各ＲＡＭ或いは各フラッシュＲＯＭであり、ＲＯＭ或いはＲＡＭ或いはフラッシュＲＯＭに制御プログラムが格納される場合について説明した。しかしながら本発明はこのような形態に限定されるものではない。本発明を実施するための制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、制御プログラムを供給するための記録媒体としては、ＨＤＤ、外部記憶装置、記録ディスク等を用いてもよい。

また上述した種々の実施形態では、ロボットアーム本体２００が複数の関節を有する多関節ロボットアームを用いた場合を説明したが、関節の数はこれに限定されるものではない。ロボットアームの形式として、垂直多軸構成を示したが、パラレルリンク型など異なる形式の関節においても上記と同等の構成を実施することができる。

また、指部が平行リンク機構であり、把持動作をさせる際に、指部が把持方向に直交する方向（Ｚ軸方向）に移動する際にも、大きく効果を発揮する。把持の前だけでなく、把持動作中にも上述した把持姿勢調整の制御フローを実行させることで、Ｚ軸方向に移動する指部にあわせて、ロボットハンド本体のＺ軸方向における位置が調整されるので、指部が載置台やトレーと接触することを低減することができる。

また上述した種々の実施形態は、制御装置に設けられる記憶装置の情報に基づき、伸縮、屈伸、上下移動、左右移動もしくは旋回の動作またはこれらの複合動作を自動的に行うことができる機械に適用可能である。

なお本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。

１００ ロボットシステム
２００ ロボットアーム本体
３００、３００’ ロボットハンド本体
３０１ ハンド用モータドライバ
３０２ エンコーダ
３０３ モータ
３０４ ギヤ
３０５、３０５’、３０６ 指部
３０７、３０８ スライドガイド
４００ ロボットアーム制御装置
５００ ロボットハンド制御装置
６００ 基台
７００ センサ制御装置
８００ センサノード
８０１ 電源コントローラ
８０２ センサデータ取得部
８１１～８１６、８２１～８２４、８３１、８３２ センサ
８１１’ ＴＯＦセンサ
Ｓ１ 載置台
Ｗ１、Ｗ２ ワーク

Claims (17)

1. 複数の距離センサと、制御装置と、ロボットハンド本体とを備えた、対象物の把持を行うロボットシステムであって、
   前記制御装置は、
   前記距離センサの検出結果に基づき、前記対象物に対する前記ロボットハンド本体の相対的な位置およびまたは姿勢を制御する、
   ことを特徴とするロボットシステム。
2. 請求項１に記載のロボットシステムにおいて、
   前記ロボットハンド本体は指部を備えており、
   前記複数のセンサのうち３つの距離センサは前記指部に設けられており、前記指部の先端から、前記対象物が載置されている面に対して直交する方向における前記対象物の長さ以下の範囲、に配置されている、
   ことを特徴とするロボットシステム。
3. 請求項２に記載のロボットシステムにおいて、
   前記指部は掌部に設けられており、
   前記３つの距離センサとは別の２つの距離センサは前記掌部に設けられており、前記対象物を前記指部で把持する方向と直交する方向の長さよりも大きい長さ前記指部から離間した位置に配置されている、
   ことを特徴とするロボットシステム。
4. 請求項３に記載のロボットシステムにおいて、
   前記３つの距離センサおよび前記２つの距離センサとは別のセンサは、前記指部の先端かつ前記対象物が載置されている載置台と前記指部の先端との距離が計測可能な位置に配置されている、
   ことを特徴とするロボットシステム。
5. 請求項２から４のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
   前記距離センサのうち同じ面内に設けられている２つの距離センサは、光学的性質が異なる２種類のセンサとなっている、
   ことを特徴とするロボットシステム。
6. 請求項５に記載のロボットシステムにおいて、
   前記２種類のセンサは、近接センサとＴＯＦセンサである、
   ことを特徴とするロボットシステム。
7. 請求項２から６のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
   前記指部に設けられる距離センサは、前記指部において前記対象物と接触する面とは異なる面に設けられている、
   ことを特徴とするロボットシステム。
8. 請求項２から７のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
   前記制御装置は、
   前記距離センサの検出結果に基づき、前記対象物に対する前記指部の相対的な位置を制御する、
   ことを特徴とするロボットシステム。
9. 請求項２から８のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
   前記制御装置は、
   前記指部の第１面と、前記対象物における前記第１面と接触する第２面とが、略平行となるように、前記ロボットハンド本体の相対的な姿勢を制御する、
   ことを特徴とするロボットシステム。
10. 請求項３または４に記載のロボットシステムにおいて、
    前記制御装置は、
    前記掌部の第３面と、前記対象物における前記第３面と対向する位置にある第４面とが、略平行となるように、前記ロボットハンド本体の相対的な姿勢を制御する、
    ことを特徴とするロボットシステム。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
    ロボットハンド本体は、前記複数の距離センサを統合して制御するセンサノードを備えている、
    ことを特徴とするロボットシステム。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
    前記制御装置により、前記対象物に対する前記ロボットハンド本体の相対的な位置およびまたは姿勢を自動で制御できる、
    ことを特徴とするロボットシステム。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
    前記指部は、前記対象物を把持する際に、前記対象物を前記指部で把持する方向と直交する方向に移動し、
    前記制御装置は、
    前記指部の把持動作中に、前記距離センサの検出結果に基づき、前記対象物に対する前記ロボットハンド本体の相対的な位置およびまたは姿勢を制御する、
    ことを特徴とするロボットシステム。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、前記ロボットハンド本体が設けられたロボットアームを有し、前記ロボットハンド本体と前記ロボットアームとを用いて物品の製造を行うことを特徴とする物品の製造方法。
15. 複数の距離センサと、制御装置と、ロボットハンド本体とを備えた、対象物の把持を行うロボットシステムの制御方法であって、
    前記制御装置が、
    前記距離センサの検出結果に基づき、前記対象物に対する前記ロボットハンド本体の相対的な位置およびまたは姿勢を制御する、
    ことを特徴とする制御方法。
16. 請求項１５に記載の制御方法をコンピュータで実行可能な制御プログラム。
17. 請求項１６に記載の制御プログラムを格納した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。

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