JP2022150024A - ワーク把持方法、ロボット制御装置およびワーク把持システム - Google Patents

Abstract

【課題】障害物との衝突を回避しつつ把持作業を完遂できるワーク把持方法を提供する。【解決手段】線状または帯状であるワークをロボットハンドで把持する方法であって、前記ワークの３次元形状を計測して、前記ロボットハンドで把持する把持位置および該把持位置におけるワーク方向を算出する３次元計測工程と、前記ロボットハンドが前記把持位置を所定の把持角度で把持するためのアプローチ候補方向を算出する工程と、前記アプローチ候補方向を採用した場合に前記ロボットハンドを含むロボットの可動部が障害物に衝突するか否かを判定する衝突判定工程とを有し、前記衝突判定工程において衝突すると判定された場合は、前記アプローチ候補方向を修正する修正工程を経て前記衝突判定工程を繰り返し、衝突しないと判定された場合は、当該判定の基礎となった前記アプローチ候補方向を採用して前記ワークを把持するワーク把持方法。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットハンドを用いて線状または帯状のワークを把持する方法に関する。また、本発明はかかる把持方法を実施するためのロボット制御装置およびワーク把持システムに関する。

作業対象物（ワーク）を３次元カメラ等で認識して、自律的に把持するロボットの普及が進んでいる。線状のワークを把持することについて、特許文献１には、複数の線状物の３次元形状を計測して、その中の１本の線状物をロボットハンドで把持する際に他の線状物が干渉するか否かを判定してロボットハンドで把持する方法が記載されている。また、特許文献２には、収容筒から突出する部分が自重によって撓んだチューブについて、その３次元形状を計測してロボットハンドで把持することが記載されている。帯状のワークを把持することについて、特許文献３および４には、帯状物の３次元形状を計測し、ロボットハンドによって所定の把持位置を所定の把持角度で把持する方法が記載されている。また、特許文献５には、フレキシブルフラットケーブル等の可撓性を有する長尺部材を把持して、先端のケーブル側コネクタを基板側コネクタに接続するロボットが記載されている。

国際公開第ＷＯ２０１９／０９８０７４号 特開２０２１－０２４０６８号公報 特開２０２０－０３７１４７号公報 特開２０２０－０４１８６２号公報 特開２０１５－０３００８６号公報 特開２０１０－２４０７８２号公報

ロボットに自律的に作業を行わせる場合、動作するロボットと環境中の障害物との干渉が問題となることがある。ロボットハンドによる把持作業において、ワークをおおよそ一定の位置に供給することにより、ロボットハンド自体が障害物に衝突することは避けることができる。しかし、湾曲していたり向きの一定しない線状物や帯状物を把持する場合などでは、ロボットの手首関節や肘関節が、隣接する作業エリアや通路との境界に設置された間仕切り壁や、ロボット自身の胴体に衝突することが起こり得る。

特許文献６には、動作をティーチングされたロボットに関して、ロボットに動作を指示する制御信号に基づいてハンド部の移動を模擬し、ハンド部が異物体と衝突すると判定された場合に、ハンド部を異物体から遠ざかる方向に動作させて衝突を回避する制御方法が記載されている。しかし、特許文献６には衝突を回避する方法は記載されているが、衝突を回避しつつ目的とする作業を完遂する方法は記載されていない。自律的に作業を行うロボットでは、衝突を回避しつつ目的とする作業を完遂できることが求められる。

また、自律走行するロボットでは、周囲の環境を常に３次元計測しながら、障害物との衝突を避けるように走行軌道を修正することが行われる。しかし、周囲の３次元計測を常時行うことには計算の負荷が大きいという問題がある。

本発明は、上記を考慮してなされたものであり、ロボットハンドによる線状または帯状のワーク把持作業において、少ない計算量で、環境中の障害物との衝突を回避しつつ把持作業を完遂できる方法を提供することを目的とする。

本発明のワーク把持方法は、線状または帯状であるワークをロボットハンドで把持する方法であって、前記ワークの３次元形状を計測して、前記ロボットハンドで把持する把持位置および該把持位置における前記ワークの長さ方向であるワーク方向を算出する３次元計測工程と、前記ロボットハンドが前記把持位置を所定の把持角度で把持するためのアプローチ候補方向を算出する工程と、前記アプローチ候補方向を採用した場合に前記ロボットハンドを含むロボットの可動部が障害物に衝突するか否かを判定する衝突判定工程とを有し、前記衝突判定工程において前記ロボットの可動部が前記障害物に衝突すると判定された場合は、前記アプローチ候補方向を修正する修正工程を経て前記衝突判定工程を繰り返し、前記衝突判定工程において衝突しないと判定された場合は、当該判定の基礎となった前記アプローチ候補方向を採用して前記ワークを把持する。

本発明のロボット制御装置は、線状または帯状であるワークを所定の把持角度でロボットハンドに把持させる制御装置であって、前記ワークを撮像する撮像部と、障害物の位置を記憶する記憶部と、演算部とを有する。そして、前記演算部は、前記撮像部が取得した撮像データに基づいて、前記ワークを前記ロボットハンドで把持する把持位置および該把持位置における前記ワークの方向を算出し、前記ロボットハンドが前記把持位置を所定の把持角度で把持するためのアプローチ候補方向を算出し、前記アプローチ候補方向を採用した場合に前記ロボットハンドを含むロボットの可動部が前記障害物に衝突するか否かの衝突判定を行い、前記衝突判定によって前記ロボットの可動部が前記障害物に衝突すると判定した場合は、前記アプローチ候補方向を修正して、修正後の該アプローチ候補方向を採用した場合の前記衝突判定を行い、前記衝突判定によって前記ロボットの可動部が前記障害物に衝突しないと判定した場合は、当該判定の基礎となった前記アプローチ候補方向を採用して前記ロボットハンドに前記ワークを把持させる。

本発明のワーク把持システムは、上記のロボット制御装置と、前記ロボットハンドとを備えたロボットとを有する。

本発明のワーク把持方法、ロボット制御装置またはワーク把持システムによれば、ロボットハンドによる線状または帯状であるワークの把持作業において、少ない計算量で、環境中の障害物との衝突を回避しつつ把持作業を完遂できる。

本発明の第１実施形態のワーク把持システムの構成を示す図である。 本発明の第１実施形態のワーク把持方法の工程フロー図である。 線状物の把持位置および把持角度を説明するための図である。 本発明の第１実施形態において把持位置と線状物方向を算出する工程を説明するための図である。 本発明の第１実施形態において標準アプローチ方向を算出する工程を説明するための図である。 本発明の第１実施形態において修正アプローチ方向を算出する工程を説明するための図である。 本発明の第２実施形態のワーク把持システムの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態のワーク把持方法の工程フロー図である。 帯状物の把持位置および把持角度を説明するための図である。 Ａ：本発明の第２実施形態において標準アプローチ方向を算出する工程を説明するための図、Ｂ：帯状物の仰角を説明するための図である。 本発明の第３実施形態のワーク把持方法の工程フロー図である。

本発明の第１実施形態を図１～６に基づいて説明する。本実施形態のワークは線状物である。

図１を参照して、本実施形態の線状物把持システム１０は、多関節ロボット１１、３次元カメラ（撮像部）１７、制御部１８および記憶部１９を有する。このうち、３次元カメラ１７、制御部１８および記憶部１９が本実施形態のロボット制御装置を構成する。ロボット１１の作業エリアと、隣接する作業エリアや通路との境界には間仕切り壁２５が設置されている。ロボット１１は、アームの先端にロボットハンド１２を備え、円筒状の容器２０に収容された複数本の線状物Ｓから１本を選択して把持する。なお、本明細書において、多関節ロボット１１およびロボットハンド１２をそれぞれ単にロボットまたはハンドということがある。

多関節ロボット１１の形式は特に限定されず、各種公知のものを用いることができる。ロボット１１は作業エリアに設置され、アームの先端にロボットハンド１２を備え、手首関節１３、肘関節１４、肩関節１５を備える。ロボットハンド１２の形式は特に限定されず、線状物Ｓを把持可能な各種公知のものを用いることができる。ロボットハンドによる線状物の把持は、複数本の指部によって線状物を挟持する他、吸着把持や磁力把持など各種公知の手法を用いることができる。

３次元カメラ１７は、線状物Ｓの３次元形状を計測するための３次元計測機である。３次元計測機の種類は特に限定されないが、好ましくはステレオカメラを用いる。ステレオカメラは異なる視点から撮像された２枚の画像を用いて３角測量の原理によって計測点の３次元位置を算出するもので、特許文献１に記載されたようにエピポーラ線を利用することで、線状物の３次元形状を高速に計測できる。

制御部１８はロボット１１および３次元カメラ１７の動作を制御する。また、制御部１８は、３次元カメラ１７が取得した画像に基づいて複数の線状物Ｓから把持する線状物を選定し、線状物の把持位置やハンド１２が把持位置にアプローチする方向を算出するなど、各種演算を行う。また、制御部１８は、各種の設定値を記憶部１９に記憶させる。制御部１８および記憶部１９は、外付けのパソコン等であってもよいし、３次元カメラ１７に内蔵されていてもよい。

線状物Ｓの種類は特に限定されず、断面形状も円、多角形、不定形など特に限定されない。線状物Ｓは、周方向のどの方向からでも把持できる長尺物であればよい。線状物の例としては、金属ワイヤー、電線、ガラス繊維、光ファイバ、乾麺、植物の根や茎、合成樹脂製のファイバやチューブなどが挙げられる。また、第２実施形態で述べるように、幅を有する帯状物であって、断面のどの方向からでも把持できる長尺物も本実施形態の線状物に含まれる。

線状物は１本ずつ供給されてもよいし、複数本が供給されて、その中から１本を選択してハンド１２で把持してもよい。線状物を収容する容器の形状は特に限定されず、円筒状やトレイ状などとすることができる。また、線状物は容器に収容せず、例えば台に載置して供給してもよい。図１では、複数の線状物Ｓが円筒容器２０に収容されている。ワークが線状物である場合は、作業スペースの節約や取り扱いの容易さのため、筒状の容器に収容して供給することが好ましい。

ロボットハンド１２は、線状物Ｓが円筒容器２０から突出して、自重によって撓んだ部分を把持する。線状物の突出部分の形状（向きや撓み量）は個々の線状物によって異なるため、ハンド１２で線状物を把持する際には、各線状物の形状に応じてハンド１２の向きを変える必要がある。その結果、ロボットハンド１２が装着されたロボット１１の手首関節１３や肘関節１４がロボット自身の胴体１６や間仕切り壁２５などの障害物に衝突することが起こり得る。

次に、本実施形態の線状物把持方法を、図２の流れに沿って説明する。

（Ｓ０）ロボットハンド１２で線状物Ｓを把持する際の把持位置および把持角度を予め設定して、記憶部１９に記憶させておく。図３を参照して、把持位置Ｇはハンド１２が把持する線状物Ｓ上の位置である。把持位置Ｇは、例えば線状物Ｓの先端からＸｍｍなどとして特定することができる。把持角度φは、線状物Ｓを把持するハンド１２と線状物Ｓが成す角度である。線状物Ｓが湾曲している場合は、把持角度φはハンド１２と把持位置Ｇにおける線状物Ｓの接線とが成す角度である。把持位置Ｇにおける線状物方向Ｔを、把持位置Ｇにおける線状物の接線であって線状物Ｓの先端に向かう方向とすれば、把持角度φは、例えばハンド１２が把持位置Ｇに向かって前進する方向のベクトルＡと、線状物方向Ｔが成す角度によって特定することができる。

把持位置Ｇおよび把持角度φは、ハンド１２で線状物Ｓを把持した後に続く作業、例えば、把持した線状物Ｓをコネクタに接続するとか、加工装置に供給するなど、後続する作業が実施しやすいように、後続する作業の要請に応じて設定される。例えば、線状物Ｓを把持した後に線状物の先端を加工機の穴に挿入する場合は、線状物を略直角方向から把持することで、線状物を加工機に挿入する際にロボットハンドが加工機に接触しにくく、孔の奥まで差し込むことができるため、把持角度は９０度に設定することが好ましい。

また、障害物の位置を予め設定しておく。障害物の位置は、図１を参照して、ロボット１１の胴体１６や間仕切り壁２５など、線状物Ｓの把持作業時にロボット１１の手首関節などの可動部が衝突する可能性のある物体の位置情報を設定して記憶部１９に記憶させておく。

また、理想アプローチ方向を予め設定しておく。理想アプローチ方向は、ハンド１２が把持角度φで把持位置Ｇに向かう方向のうち、把持作業や後続する作業が容易となる方向や、ロボット１１の可動部が障害物に衝突しにくい方向など、線状物Ｓの供給位置や作業内容に応じた好ましい方向の中から選択して、記憶部１９に記憶させておく。例えば、鉛直または斜めに立てた円筒容器２０に収容された線状物Ｓを把持する場合、線状物を把持する際に、垂れ下がった線状物の先端部にロボットハンドが接触することを防ぐため、ロボットハンドの待機位置側から線状物にアプローチすることが好ましい。したがって、図１のようにロボットハンド１２の待機位置が線状物の上方にある場合は、線状物の上側からアプローチすることが好ましく、把持位置Ｇの真上から、把持位置Ｇに向かって鉛直に降下する方向を理想アプローチ方向（図５のＡｉ）として設定すると作業上の都合がよいことが多い。一方、ロボットハンドの待機位置が線状物の下方にある場合は線状物の下側からアプローチすることが好ましく、把持位置Ｇの真下から、把持位置Ｇに向かって鉛直に上昇する方向を理想アプローチ方向として設定すると作業上の都合がよいことが多い。

以下の説明では、所定の把持角度φが９０度、理想アプローチ方向Ａｉが鉛直下向きであるとして説明する。

（Ｓ１）３次元カメラ１７で線状物Ｓの３次元形状を計測して、複数の線状物の中から他の線状物と干渉せずに把持可能な線状物を選択する。このような線状物の選択は、特許文献１に記載された方法を用いて行うことができる。

（Ｓ２）図４を参照して、選択された線状物Ｓの３次元計測結果と、工程Ｓ０で設定された把持位置の情報に基づいて、把持しようとする線状物の把持位置Ｇを算出する。また、算出した把持位置Ｇにおける線状物Ｓの接線を線状物方向Ｔとして算出する。

（Ｓ３）図５を参照して、ハンド１２が把持位置Ｇを所定の把持角度φで把持可能な方向（以下「アプローチ可能方向Ａｐ」という）のうち、ハンド１２を把持位置Ｇに向かわせる方向の第１候補として、アプローチ候補方向Ａｃを算出する。本実施形態では、アプローチ可能方向Ａｐのうち理想アプローチ方向Ａｉに最も近い標準アプローチ方向Ａｓをアプローチ候補方向Ａｃとする。

把持位置Ｇに所定の把持角度φ＝９０度で向かうアプローチ可能方向Ａｐは、把持位置Ｇを含み線状物方向Ｔに垂直な平面をアプローチ面Ｐａとすると、アプローチ面Ｐａ上で把持位置Ｇへ向かう方向である。したがって、線状物方向Ｔと理想アプローチ方向Ａｉを含む平面を標準アプローチ面Ｐｓとすると、標準アプローチ方向Ａｓは、アプローチ面Ｐａと標準アプローチ面Ｐｓの交線として求められる。標準アプローチ方向Ａｓは、標準アプローチ面Ｐｓ上で線状物方向Ｔと成す角度を把持角度φとして把持位置Ｇに向かう方向である。なお、標準アプローチ方向Ａｓは理想アプローチ方向Ａｉと一致する場合もあるが、一般には一致しない。

（Ｓ４）ハンド１２が把持位置Ｇに向かう方向として標準アプローチ方向Ａｓを採用した場合に、ハンドによる線状物Ｓの把持作業中にロボット１１の可動部が障害物に衝突するか否かを制御部１８が判定する。例えば、ハンド１２が把持位置Ｇに向かうときに、ロボット１１の手首関節１３や肘関節１４がロボットの胴体１６や間仕切り壁２５等の障害物と干渉しないかを３次元シミュレーション計算によって確認することで、把持作業時の衝突の有無を判定できる。

衝突判定のための３次元シミュレーション計算は、ロボットの可動部全ての動作シミュレーションを計算してもよいし、可動部の代表的な部位のみの計算をして判定してもよい。例えば、ロボットの各関節の中心から半径Ｒ１、Ｒ２、・・・の球体をロボット関節領域として設定し、ハンド１２が標準アプローチ方向Ａｓに沿って把持位置Ｇに向かうと仮定したときに、ロボット関節領域が予め設定した障害物と干渉するかを計算することで、ロボット全体の動作シミュレーションをするよりも計算負荷を少なくしつつ高精度の判定ができる。

（Ｓ５）線状物Ｓが大きく湾曲しているなどの場合で、ロボット１１の可動部が障害物に衝突すると判定された場合は、ハンド１２が把持位置Ｇにアプローチする方向を修正する。具体的には、図６を参照して、アプローチ面Ｐａ上で標準アプローチ方向Ａｓを線状物方向Ｔの周りに修正角αだけ回転させて、ハンド１２を把持位置Ｇに向かわせる方向の次の候補として修正アプローチ方向Ａｍを算出する。つまり、アプローチ候補方向Ａｃを標準アプローチ方向Ａｓから修正アプローチ方向Ａｍに修正する。修正アプローチ方向Ａｍは標準アプローチ面Ｐｓ上にはないが、線状物の把持角度はφとなる。

次いで、衝突判定工程（Ｓ４）に戻って、ハンド１２が把持位置Ｇに向かう方向として修正アプローチ方向Ａｍを採用した場合に、ハンドによる線状物Ｓの把持作業中にロボット１１の可動部が障害物に衝突するか否かを制御部１８が判定する。修正アプローチ方向Ａｍに対してもロボット１１の可動部が障害物に衝突すると再度判定された場合は、修正角αを変更して次の修正アプローチ方向Ａｍを算出して衝突判定工程（Ｓ４）に戻り、衝突の生じない修正アプローチ方向Ａｍが得られるまでこれを繰り返す。

標準アプローチ方向Ａｓを線状物方向Ｔの周りに回転させて修正アプローチ方向Ａｍを求めるとき、および修正アプローチ方向Ａｍを線状物方向Ｔの周りに回転させて次の修正アプローチ方向Ａｍを求めるときの修正角αは、予め設定して記憶部１９に記憶させておくことができる。例えば、いずれかの回転方向をプラスとして、＋１５度、－１５度、＋３０度、－３０度、・・・のような修正角αのリストを作成しておいて、順番に適用してもよい。あるいは例えば、修正角αの増分を一定の角度、例えば＋１５度として、修正工程（Ｓ５）を実施する度に標準アプローチ方向Ａｓまたは修正アプローチ方向Ａｍをさらに＋１５度ずつ回転させてもよい。

（Ｓ６）衝突判定工程（Ｓ４）において、ハンド１２による線状物Ｓの把持作業中にロボット１１の可動部が障害物に衝突しないと判定された場合は、当該判定の基礎となったアプローチ候補方向Ａｃ、すなわち標準アプローチ方向Ａｓまたは修正アプローチ方向Ａｍを採用して、ロボット１１に線状物Ｓの把持動作をさせる。

なお、所定の回数修正アプローチ方向を算出しても衝突判定工程において衝突するという判定が出続けた場合、把持角度φを多少変更して、標準アプローチ方向を修正し、再度衝突判定を行ってもよい。また、（Ｓ１）の工程に戻って把持する線状物を別の線状物に選定し直してもよいし、把持を中止してもよい。

以上の説明では把持角度φが９０度である場合について説明したが、本実施形態の線状物把持方法は、これ以外の条件でも実施することができる。把持角度φが９０度でない場合、ハンド１２が把持位置Ｇを当該把持角度φで把持可能なアプローチ可能方向Ａｐは、把持位置Ｇを頂点、線状物方向Ｔを回転軸として、頂角が２φである円錐の母線となる。したがって、アプローチ面Ｐａはこの円錐の側面となる。標準アプローチ方向Ａｓは、円錐の側面であるアプローチ面Ｐａと、理想アプローチ方向Ａｉと線状物方向Ｔを含む平面である標準アプローチ面Ｐｓとの交線として求められる。

以上の方法によって、ロボットハンド１２によって、線状物Ｓの所定の把持位置Ｇを所定の把持角度φ、または所定の把持角度φに近い角度で把持することができる。また、ほとんどの線状物Ｓに対して、理想アプローチ方向Ａｉに近い標準アプローチ方向Ａｓからその線状物Ｓを把持できるので、ロボットハンド１２で線状物Ｓを把持したときの両者の位置関係等の状態がほぼ一定となる。これにより、３次元カメラ１７での撮像や把持作業に後続する作業が容易になり、また、作業者がロボット１１の動作を監視する場合にもロボットハンド１２の動きの予測性が高まる。さらに、ロボット１１と障害物の衝突が予想されるような状況が生じても、標準アプローチ方向Ａｓを回転させて修正アプローチ方向Ａｍを求めることで、ロボットと環境中の障害物との衝突を回避しつつ所定の把持角度で把持作業を完遂できる。

なお、本記実施形態では、ハンド１２を把持位置Ｇに向かわせる方向の第１候補として、理想アプローチ方向Ａｉに最も近い標準アプローチ方向Ａｓを算出したが、本発明の線状物把持方法では、理想アプローチ方向や標準アプローチ方向を用いることは必須ではない。理想アプローチ方向を設定することなく、アプローチ可能方向Ａｐから任意に選択した方向を第１候補としてもよい。

次に本発明の第２実施形態を図７～１０に基づいて説明する。本実施形態のワークは帯状物である。

図７を参照して、本実施形態の帯状物把持システム３０の機器構成は、第１実施形態と同じであるので、各部の説明は省略する。ロボットハンド１２はリール３１に巻かれた帯状物Ｂを把持する。

帯状物Ｂの種類は特に限定されない。帯状物の例としては、フラットケーブル、布地、フィルム、リボンなどが挙げられる。帯状物の断面形状は、例えば、中央部が厚く形成された凸レンズ状であったり、多くのリボンのように一方または両方の側端辺に折り返し部分などの厚肉部分が形成されていたりして、厚さが一様でなくてもよい。

ところで、帯状物を、例えば幅方向の両側からハンド１２の指部で挟み込むと、帯状物が幅方向に折りたたまれた状態で把持されることがある。しかし、このような状態で把持しても問題なければ、言い換えると、帯状物を断面のどの方向からでも把持可能である場合は、その帯状物は線状物と同視することができる。第１実施形態の線状物にはこのような帯状物も含まれる。本実施形態では、帯状物を概略厚さ方向の両側から挟み込んで把持する場合について説明する。

帯状物Ｂは１本ずつ供給されてもよいし、複数本が供給されて、その中から１本を選択してハンド１２で把持してもよい。図７では、１本の帯状物Ｂがリール３１に巻かれて供給されている。帯状物は、例えばトレイ状容器や台に載置して供給してもよい。

本実施形態の帯状物把持方法を図８の流れに沿って説明する。第１実施形態と同様の部分については説明を省略する。

（Ｓ１０）把持位置、把持角度、障害物位置、理想アプローチ方向を設定して、記憶部１９に記憶させる。図９を参照して、把持位置Ｇおよび把持角度φは、例えば、帯状物Ｂの中心線Ｃや左右のエッジのいずれか一方を線状物とみなして第１実施形態と同様に設定できる。本実施形態では、帯状物Ｂの中心線Ｃを線状物とみなして設定する。把持角度φは、第１実施形態と同様に、多くの場合で９０度に設定することが好ましい。理想アプローチ方向は、帯状物Ｂの供給位置や把持後の作業内容に応じて設定され、ハンド１２が帯状物の側方から把持位置Ｇに向かい、帯状物を厚さ方向に挟持できる確率の高い方向を設定する。理想アプローチ方向は、多くの場合、帯状物の側方から水平に把持位置Ｇに向かう方向に設定するのが好ましい。

（Ｓ１１）図１０Ａを参照して、３次元カメラ１７で帯状物Ｂの３次元形状を計測し、工程Ｓ１０で設定された把持位置の情報に基づいて把持位置Ｇを算出する。また、算出した把持位置Ｇにおける帯状物の中心線Ｃの接線を帯状物方向Ｔとして算出する。さらに本実施形態では、把持位置Ｇにおける帯状物Ｂの幅方向Ｗを算出する。帯状物幅方向Ｗは、中心線Ｃおよび帯状物の面の法線と直交する方向である。帯状物の面の３次元形状は、特許文献３または４に記載された方法を用いて求めることができる。

なお、複数本の帯状物の中から１本を選択してハンド１２で把持する場合は、３次元計測の結果に基づいて、把持する帯状物を選択できる。例えば、トレイに載置された帯状物のうち最も上にあるものや端にあるものを把持する帯状物として選択できる。

（Ｓ１２）ハンド１２が把持位置Ｇを所定の把持角度φで把持可能なアプローチ可能方向のうち、ハンド１２を把持位置Ｇに向かわせる方向の第１候補として、理想アプローチ方向Ａｉに最も近い標準アプローチ方向Ａｓをアプローチ候補方向Ａｃとして算出する。

把持角度φ＝９０度の場合の標準アプローチ方向Ａｓは、第１実施形態と同様に、把持位置Ｇを含み帯状物方向Ｔに垂直なアプローチ面Ｐａと、帯状物方向Ｔと理想アプローチ方向Ａｉを含む標準アプローチ面Ｐｓとの交線として求められる。このとき、図１０Ｂを参照して、アプローチ面Ｐａ上で標準アプローチ方向Ａｓと帯状物幅方向Ｗとの成す角度を仰角θとして算出する。

（Ｓ１３）帯状物Ｂが捩じれていることなどにより仰角θが大きすぎると、ハンド１２で帯状物Ｂを把持したときに、帯状物が折れ曲がって把持される恐れがある。そこで、帯状物Ｂの性状に応じて許容される仰角の最大値、例えば４５度、を設定しておき、仰角θが許容範囲内であるか否かを判定する。仰角θが許容範囲外である場合は、標準アプローチ方向Ａｓを帯状物方向Ｔの周りに回転させた修正アプローチ方向Ａｍを算出して、アプローチ候補方向Ａｃを標準アプローチ方向Ａｓから修正アプローチ方向Ａｍに修正し（Ｓ１５）、再度仰角θが許容範囲内であるか否かを判定する。ここで、標準アプローチ方向Ａｓを帯状物方向Ｔの周りに回転させることは仰角θを変更することに他ならないので、修正アプローチ方向Ａｍは、標準アプローチ方向Ａｓを仰角θが小さくなる方向に回転させて求めるのが好ましい。

（Ｓ１４）仰角θが許容範囲内であった場合は、当該仰角判定の基礎となったアプローチ候補方向Ａｃ、すなわち標準アプローチ方向Ａｓまたは修正アプローチ方向Ａｍを採用した場合に、ハンドによる帯状物Ｂの把持作業中にロボット１１の可動部が障害物に衝突するか否かを制御部１８が判定する。衝突判定の結果、ロボット１１の可動部が障害物に衝突すると判定された場合は、次の修正アプローチ方向Ａｍを算出して（Ｓ１５）、仰角判定（Ｓ１３）、衝突判定（Ｓ１４）を行い、衝突の生じない修正アプローチ方向Ａｍが得られるまでこれを繰り返す。

（Ｓ１６）衝突判定の結果、ハンド１２による帯状物Ｂの把持作業中にロボット１１の可動部が障害物に衝突しないと判定された場合は、当該衝突判定の基礎となったアプローチ候補方向Ａｃ、すなわち標準アプローチ方向Ａｓまたは修正アプローチ方向Ａｍを採用して、ロボット１１に帯状物Ｂの把持動作をさせる。

以上のとおり、本実施形態では、予め理想アプローチ方向を設定し、ハンド１２を把持位置Ｇに向かわせる方向の第１候補として、理想アプローチ方向Ａｉに最も近い標準アプローチ方向Ａｓを算出する。そして、ロボット１１と障害物の衝突が予想されるような状況が生じた場合には、標準アプローチ方向Ａｓを回転させて修正アプローチ方向Ａｍを求めることで、ロボットと環境中の障害物との衝突を回避しつつ、ロボットハンド１２によって帯状物Ｂの所定の把持位置Ｇを所定の把持角度φで把持することができる。

次に本発明の第３実施形態を説明する。本実施形態のワークは第２実施形態と同じ帯状物である。本実施形態は、理想アプローチ方向を設定しない点で第２実施形態と異なる。

本実施形態の帯状物把持システムの機器構成は第２実施形態と同じである。以下において、各部の符号は第２実施形態と同じものを用いる。

本実施形態の帯状物把持方法を図１１の流れに沿って説明する。第１実施形態または第２実施形態と同様の部分については説明を省略する。

（Ｓ２０）把持位置Ｇ、把持角度φおよび障害物位置を設定する。本実施形態では理想アプローチ方向は設定しない。

（Ｓ２１）帯状物Ｂの３次元計測を行い、把持位置Ｇ、帯状物方向Ｔおよび帯状物幅方向Ｗを算出する。

（Ｓ２２）ハンド１２が把持位置Ｇを所定の把持角度φで把持可能なアプローチ可能方向Ａｐのうち、ハンド１２を把持位置Ｇに向かわせる方向の第１候補として、仰角θ＝０度である方向をアプローチ候補方向Ａｃとして算出する。このようなアプローチ候補方向Ａｃは、帯状物方向Ｔと帯状物幅方向Ｗを含む平面と、把持角度φ＝９０度の場合は把持位置Ｇを含み帯状物方向Ｔに垂直なアプローチ面Ｐａとの交線として求められる。

（Ｓ２３）上記アプローチ候補方向Ａｃを採用した場合に、ハンド１２による帯状物Ｂの把持作業中にロボット１１の可動部が障害物に衝突するか否かを制御部１８が判定する。衝突判定の結果、ロボット１１の可動部が障害物に衝突すると判定された場合は、第１実施形態および第２実施形態と同様に、アプローチ候補方向Ａｃを帯状物方向Ｔの周りに回転させた修正アプローチ方向Ａｍを算出して（Ｓ２４）、アプローチ候補方向Ａｃを修正し、再度衝突判定を行い、衝突の生じない修正アプローチ方向Ａｍが得られるまでこれを繰り返す。なお、修正アプローチ方向Ａｍは、仰角θが許容される最大値、例えば４５度、を超えない範囲で求める。

（Ｓ２５）衝突判定の結果、ハンド１２による帯状物Ｂの把持作業中にロボット１１の可動部が障害物に衝突しないと判定された場合は、当該判定の基礎となったアプローチ候補方向Ａｃ、すなわち衝突判定工程（Ｓ２３）において最初に判定の基礎とされたアプローチ候補方向Ａｃまたは修正アプローチ方向Ａｍを採用して、ロボット１１に帯状物Ｂの把持動作をさせる。

以上のとおり、本実施形態では、予め理想アプローチ方向を設定するのではなく、ハンド１２を把持位置Ｇに向かわせる方向の第１候補として、把持しようとする帯状物Ｂの姿勢に応じて、仰角θが０度であるアプローチ候補方向Ａｃを算出する。そして、ロボット１１と障害物の衝突が予想されるような状況が生じた場合には、当該アプローチ候補方向Ａｃを回転させて修正アプローチ方向Ａｍを求めることで、ロボットと環境中の障害物との衝突を回避しつつ、ロボットハンド１２によって帯状物Ｂの所定の把持位置Ｇを所定の把持角度φで把持することができる。

本発明は上記実施形態には限定されず、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

また、障害物の位置設定は、例えば事前にＣＡＤデータ等を登録しておいてもよいし、他の三次元計測カメラで計測した計測データを記憶部１９に入力することで設定してもよい。

１０ 線状物把持システム（ワーク把持システム）
１１ 多関節ロボット
１２ ロボットハンド
１３ 手首関節
１４ 肘関節
１５ 肩関節
１６ 胴体
１７ ３次元カメラ（撮像部）
１８ 制御部
１９ 記憶部
２０ 円筒容器
２５ 間仕切り壁
３０ 帯状物把持システム（ワーク把持システム）
３１ リール
Ａｃ アプローチ候補方向
Ａｉ 理想アプローチ方向
Ａｍ 修正アプローチ方向
Ａｐ アプローチ可能方向
Ａｓ 標準アプローチ方向
Ｂ 帯状物（ワーク）
Ｃ 帯状物の中心線
Ｇ 把持位置
Ｐａ アプローチ面
Ｐｓ 標準アプローチ面
Ｓ 線状物（ワーク）
Ｔ 線状物方向、帯状物方向（ワーク方向）
Ｗ 帯状物幅方向
α 修正角
φ 把持角度
θ 仰角

Claims (10)

1. 線状または帯状であるワークをロボットハンドで把持する方法であって、
   前記ワークの３次元形状を計測して、前記ロボットハンドで把持する把持位置および該把持位置における前記ワークの長さ方向であるワーク方向を算出する３次元計測工程と、
   前記ロボットハンドが前記把持位置を所定の把持角度で把持するためのアプローチ候補方向を算出する工程と、
   前記アプローチ候補方向を採用した場合に前記ロボットハンドを含むロボットの可動部が障害物に衝突するか否かを判定する衝突判定工程とを有し、
   前記衝突判定工程において前記ロボットの可動部が前記障害物に衝突すると判定された場合は、前記アプローチ候補方向を修正する修正工程を経て前記衝突判定工程を繰り返し、
   前記衝突判定工程において衝突しないと判定された場合は、当該判定の基礎となった前記アプローチ候補方向を採用して前記ワークを把持する、
   ワーク把持方法。
2. 前記修正工程は、修正前の前記アプローチ候補方向を前記ワーク方向の周りに回転させることにより修正後の前記アプローチ候補方向を算出する工程である、
   請求項１に記載のワーク把持方法。
3. 前記衝突判定工程において最初に判定の基礎とされる前記アプローチ候補方向が、前記ロボットハンドが前記把持位置を前記所定の把持角度で把持可能な方向のうち、所定の理想アプローチ方向に最も近い標準アプローチ方向である、
   請求項１または２に記載のワーク把持方法。
4. 前記ワークが線状物であり、
   前記理想アプローチ方向が、上方から鉛直下向きまたは下方から鉛直上向きに前記把持位置に向かう方向である、
   請求項３に記載のワーク把持方法。
5. 前記ワークが帯状物であり、
   前記理想アプローチ方向が、前記帯状物の側方から水平に前記把持位置に向かう方向である、
   請求項３に記載のワーク把持方法。
6. 前記ワークが帯状物であり、
   前記３次元計測工程において、前記ワーク方向とともに、前記把持位置における前記ワークの幅方向である帯状物幅方向を算出し、
   前記衝突判定工程において最初に判定の基礎とされる前記アプローチ候補方向が、前記ロボットハンドが前記把持位置を前記所定の把持角度で把持可能な方向のうち、前記ワーク方向および前記帯状物幅方向を含む平面上で前記把持位置に向かう方向である、
   請求項１または２に記載のワーク把持方法。
7. 前記ワークが可撓性を有する、
   請求項１～６のいずれか一項に記載のワーク把持方法。
8. 前記所定の把持角度が直角である、
   請求項１～７のいずれか一項に記載のワーク把持方法。
9. 線状または帯状であるワークを所定の把持角度でロボットハンドに把持させる制御装置であって、
   前記ワークを撮像する撮像部と、障害物の位置を記憶する記憶部と、演算部とを有し、
   前記演算部は、
   前記撮像部が取得した撮像データに基づいて、前記ワークを前記ロボットハンドで把持する把持位置および該把持位置における前記ワークの方向を算出し、
   前記ロボットハンドが前記把持位置を所定の把持角度で把持するためのアプローチ候補方向を算出し、
   前記アプローチ候補方向を採用した場合に前記ロボットハンドを含むロボットの可動部が前記障害物に衝突するか否かの衝突判定を行い、
   前記衝突判定によって前記ロボットの可動部が前記障害物に衝突すると判定した場合は、前記アプローチ候補方向を修正して、修正後の該アプローチ候補方向を採用した場合の前記衝突判定を行い、
   前記衝突判定によって前記ロボットの可動部が前記障害物に衝突しないと判定した場合は、当該判定の基礎となった前記アプローチ候補方向を採用して前記ロボットハンドに前記ワークを把持させる、
   ロボット制御装置。
10. 請求項９に記載のロボット制御装置と、前記ロボットハンドとを備えたロボットとを有する、
    ワーク把持システム。

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