JP2024002787A - 把持位置設定方法およびロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】把持力の上限値が制限される対象物に対しても、対象物の変形、破損を抑制しつつ、安定して把持することができる把持位置設定方法およびロボットシステムを提供すること。【解決手段】把持位置設定方法は、作業面に配置されている対象物をエンドエフェクターで把持し、把持した際のエンドエフェクターの高さを高さＴ１として記憶し、エンドエフェクターを上側に移動させて対象物を作業面から離間させ、エンドエフェクターを下側に移動させて対象物を作業面に接触させ、接触した際のエンドエフェクターの高さを高さＴ２として記憶し、高さＴ１と高さＴ２との差ΔＴを求める作業ステップと、差ΔＴに基づいて、対象物の把持位置を設定する設定ステップと、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、把持位置設定方法およびロボットシステムに関する。

特許文献１には、ロボットのグリッパーで把持対象物を把持する際の把持力を設定する方法が記載されている。具体的には、把持力が付加されていない状態の把持対象物をカメラで撮像して得られる第１画像と、把持力を付加した状態の把持対象物をカメラで撮像して得られる第２画像と、から把持力を付加したことによる把持対象物の変形量を求め、求めた変形量に基づいて把持力を設定する。

国際公開２０１８／０９２２５４号公報

しかしながら、特許文献１には、把持対象物の把持位置については特に考慮されていない。例えば、把持対象物の重心付近を把持する場合よりも、重心から離れた箇所を把持する場合の方が把持力を高く設定する必要がある。また、把持対象物の種類によっては、変形や破損をさせないために把持力の上限値が制限される場合がある。そのため、把持対象の把持位置を考慮しない特許文献１では、把持力が高く設定される場合があり、把持対象物の把持を適切に行えないおそれがある。

本発明の把持位置設定方法は、対象物を把持するエンドエフェクターを有するロボットを備えるロボットシステムにおいて、前記エンドエフェクターによる前記対象物の把持位置を設定する把持位置設定方法であって、
作業面に配置されている前記対象物を前記エンドエフェクターで把持し、把持した際の前記エンドエフェクターの高さを高さＴ１として記憶し、前記エンドエフェクターを上側に移動させて前記対象物を前記作業面から離間させ、前記エンドエフェクターを下側に移動させて前記対象物を前記作業面に接触させ、前記接触した際の前記エンドエフェクターの高さを高さＴ２として記憶し、前記高さＴ１と前記高さＴ２との差ΔＴを求める作業ステップと、
前記差ΔＴに基づいて、前記対象物の前記把持位置を設定する設定ステップと、を含む。

本発明のロボットシステムは、対象物を把持するエンドエフェクターを有するロボットを備えるロボットシステムであって、
作業面に配置されている前記対象物を前記エンドエフェクターで把持し、把持した際の前記エンドエフェクターの高さを高さＴ１として記憶し、前記エンドエフェクターを上側に移動させて前記対象物を前記作業面から離間させ、前記エンドエフェクターを下側に移動させて前記対象物を前記作業面に接触させ、前記接触した際の前記エンドエフェクターの高さを高さＴ２として記憶し、前記高さＴ１と前記高さＴ２との差ΔＴを求める作業ステップと、
前記差ΔＴに基づいて、前記対象物の前記把持位置を設定する設定ステップと、を実行する。

第１実施形態に係るロボットシステムの全体図である。 把持位置設定方法を説明するフローチャートである。 ロボットハンドでワークを把持した状態を示す図である。 ワークを持ち上げた状態を示す図である。 ワークを作業面に接触させた状態を示す図である。 ワークを持ち上げる軌道とワークを作業面に接触させる軌道とを同じにすることによる効果を説明するため図である。 ワークを持ち上げる軌道とワークを作業面に接触させる軌道とを同じにすることによる効果を説明するため図である。 各作業ステップにおけるワークの把持位置の一例を示す図である。 第２実施形態に係る把持位置設定方法を説明するフローチャートである。 ワークが作業面に接触した際に生じるモーメントを示す図である。 ワークを持ち上げた状態を示す図である。 次回の作業ステップの把持位置を示す図である。 ワークを持ち上げた状態を示す図である。 次回の作業ステップの把持位置を示す図である。 ワークを持ち上げた状態を示す図である。 次回の作業ステップの把持位置を示す図である。 第３実施形態に係る把持位置設定方法を説明するフローチャートである。 作業ステップでのワークの把持位置を示す図である。 作業ステップでのワークの把持位置を示す図である。 作業ステップでのワークの把持位置を示す図である。 作業ステップでのワークの把持位置を示す図である。 作業ステップでのワークの把持位置を示す図である。 作業ステップでのワークの把持位置を示す図である。 第４実施形態に係る把持位置設定方法を説明するフローチャートである。

以下、本発明の把持位置設定方法およびロボットシステムを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るロボットシステムの全体図である。図２は、把持位置設定方法を説明するフローチャートである。図３は、ロボットハンドでワークを把持した状態を示す図である。図４は、ワークを持ち上げた状態を示す図である。図５は、ワークを作業面に接触させた状態を示す図である。図６および図７は、それぞれ、ワークを持ち上げる軌道とワークを作業面に接触させる軌道とを同じにすることによる効果を説明するため図である。図８は、各作業ステップにおけるワークの把持位置の一例を示す図である。なお、図２を除く各図の上側が鉛直方向上側であり、下側が鉛直方向下側である。

図１に示すロボットシステム１は、対象物としてのワークＷを保持するロボット２と、ロボット２の駆動を制御する制御装置３と、を有している。

ロボット２は、駆動軸を６つ有する６軸垂直多関節ロボットであり、基台２１と、基台２１に回動自在に連結されているロボットアーム２２と、ロボットアーム２２の先端に装着されているエンドエフェクター２３と、ロボットアーム２２とエンドエフェクター２３との間に装着されている力センサー２４と、を有している。また、ロボットアーム２２は、複数のアーム２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６が回動自在に連結されてなるロボティックアームであり、６つの関節Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６を備えている。これら６つの関節Ｊ１～Ｊ６のうち、関節Ｊ２、Ｊ３、Ｊ５は、それぞれ、曲げ関節であり、関節Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６は、それぞれ、ねじり関節である。

関節Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６には、それぞれ、モーターＭとエンコーダーＥとが設置されている。制御装置３は、ロボットシステム１の運転中、各関節Ｊ１～Ｊ６について、エンコーダーＥの出力が示す関節Ｊ１～Ｊ６の回転角度を制御目標に一致させるサーボ制御（フィードバック制御）を実行する。

エンドエフェクター２３は、対象物であるワークＷを把持する構成であり、アーム２２６に接続されている基部２３１と、基部２３１に開閉自在に連結されている一対の爪部２３２、２３３と、一対の爪部２３２、２３３を開閉する駆動機構２３４と、を有している。このようなエンドエフェクター２３は、駆動機構２３４により一対の爪部２３２、２３３を閉じることでワークＷを把持することができ、一対の爪部２３２、２３３を開くことでワークＷを離すことができる。ただし、エンドエフェクター２３の構成は、ワークＷを把持することができれば、特に限定されない。

力センサー２４は、エンドエフェクター２３に加わる力を検出する。力センサー２４の構成としては、特に限定されないが、例えば、水晶で構成された受圧体を有し、この受圧体が力を受けることにより生じる電荷の大きさに基づいて受けた力を検出する構成とすることができる。なお、力センサー２４の配置は、エンドエフェクター２３に加わる力を検出することができれば、特に限定されない。また、力センサー２４は、省略してもよい。

以上、ロボット２について説明したが、ロボット２の構成は、特に限定されない。例えば、スカラロボット（水平多関節ロボット）、上述のロボットアーム２２を２本備えた双腕ロボット等であってもよい。また、基台２１が固定されていない自走式のロボットであってもよい。

制御装置３は、ロボット２の駆動を制御する。制御装置３は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサー（ＣＰＵ）と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部装置との接続を行う外部インターフェースと、を有する。メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。なお、制御装置３の構成要素の一部または全部は、ロボット２の筐体の内側に配置されてもよい。また、制御装置３は、複数のプロセッサーにより構成されてもよい。

以上、ロボットシステム１の構成について簡単に説明した。次に、ロボットシステム１において行われるワークＷの把持位置設定方法について説明する。例えば、ワークＷを把持する位置によって、安定して持ち上げるのに必要な最低限の把持力に違いが生じる。一般的には、重心から離れた位置を把持する程、安定して持ち上げるのに必要な最低限の把持力が大きくなる傾向にある。つまり、より強く把持しなければならない傾向にある。また、ワークＷの種類によっては、変形、破損を防止するために把持力の上限値が制限される場合もある。つまり、強く把持することが禁止されているワークＷもある。そこで、ロボットシステム１では、エンドエフェクター２３でワークＷを把持する位置を適切に設定し、なるべく小さい把持力でワークＷを安定して把持することを実現している。これにより、把持力の上限値が制限されるワークＷに対しても、ワークＷの変形、破損を抑制しつつ、安定して把持することができる。

なお、ワークＷの把持位置設定方法は、実作業を行う前に実施される。そして、実作業では、把持位置設定方法により設定された把持位置Ｐ０においてワークＷを把持する。

ロボットシステム１が行う把持位置設定方法は、図２に示すように、作業ステップＳ１と、設定ステップＳ３と、を含んでいる。また、作業ステップＳ１は、作業面Ｆに配置されているワークＷをエンドエフェクター２３で把持する把持ステップＳ１１と、把持した際のエンドエフェクター２３の高さを高さＴ１として記憶する第１記憶ステップＳ１２と、エンドエフェクター２３を上側に移動させてワークＷを持ち上げる持ち上げステップＳ１３と、エンドエフェクター２３を下側に移動させてワークＷを作業面Ｆに接触させる接触ステップＳ１４と、接触した際のエンドエフェクター２３の高さを高さＴ２として記憶する第２記憶ステップＳ１５と、高さＴ１と高さＴ２との差ΔＴを求める差分検出ステップＳ１６と、を含んでいる。設定ステップＳ３は、作業ステップＳ１で求められた差ΔＴに基づいてワークＷの把持位置Ｐ０を設定する。

特に、本実施形態では、作業ステップＳ１を、ワークＷを把持する位置を変えながら予め決められた所定回数Ｎだけ繰り返して行ってＮ個の差ΔＴを取得する。そして、設定ステップＳ３では、作業ステップＳ１で求められた複数の差ΔＴに基づいてワークＷの把持位置を設定する。以下、これら各ステップＳ１、Ｓ３について詳細に説明する。

［作業ステップＳ１］
－把持ステップＳ１１－
把持ステップＳ１１では、制御装置３は、ロボット２の駆動を制御して、図３に示すように、作業面Ｆに配置されているワークＷをエンドエフェクター２３で把持する。この際の把持力は、予め設定されており、例えば、実作業と同じ把持力（ワークＷの変形や破損が生じない適正値）に設定されている。これにより、実作業と同じ条件でワークＷを把持することとなるため、実作業中においてワークＷを安定して把持することができるようになる。そのため、スムーズな実作業が可能となる。

－第１記憶ステップＳ１２－
第１記憶ステップＳ１２では、制御装置３は、把持ステップＳ１１でワークＷを把持した際のエンドエフェクター２３の高さを高さＴ１として記憶する。なお、本実施形態では、エンドエフェクター２３の高さを示す基準点としてロボットアーム２２の先端に設定されているＴＣＰ（ツールセンターポイント）を用いており、このＴＣＰのＺ軸座標（鉛直軸座標）を高さＴ１として記憶する。ただし、エンドエフェクター２３の高さを示す基準点としては、特に限定されず、例えば、エンドエフェクター２３の中心や先端に設定されている点を使用してもよい。

－持ち上げステップＳ１３－
持ち上げステップＳ１３では、制御装置３は、ロボット２の駆動を制御して、図４に示すように、エンドエフェクター２３を鉛直方向上側に所定距離だけ移動させて作業面ＦからワークＷを持ち上げる。つまり、ワークＷを作業面Ｆから離間させる。この際、ワークＷの把持位置と重心Ｇとの相対的位置関係によっては、鎖線で示すように、ワークＷがエンドエフェクター２３に対して傾かない場合もあるし、実線で示すように、自重によりワークＷがエンドエフェクター２３に対して傾く場合もある。傾きの程度もワークＷの把持位置と重心Ｇとの相対的位置関係によって変化する。

－接触ステップＳ１４－
接触ステップＳ１４では、制御装置３は、ロボット２の駆動を制御して、図５に示すように、エンドエフェクター２３を鉛直方向下側に移動させてワークＷを作業面Ｆに接触させる。なお、接触時にエンドエフェクター２３に加わる力は、力センサー２４によって検出される。そのため、制御装置３は、力センサー２４の検出値（出力）に基づいて作業面ＦとワークＷとの接触を検出する。これにより、作業面ＦとワークＷとの接触を簡単かつ精度よく検出することができる。

ここで、持ち上げステップＳ１３でのエンドエフェクター２３の鉛直方向上側への移動速度Ｖｕと、本ステップＳ１４でのエンドエフェクター２３の鉛直方向下側への移動速度Ｖｄとは、Ｖｕ＞Ｖｄの関係であることが好ましい。移動速度Ｖｕを大きくすることにより、ワークＷに働く慣性が大きくなり、ワークＷがエンドエフェクター２３に対して傾き易くなる。したがって、差ΔＴが大きくなり易く、ワークＷの把持位置をより精度よく設定することができる。一方、移動速度Ｖｄを小さくすることにより、作業面Ｆとの接触時の衝撃を抑えることができ、ワークＷの変形、破損等を効果的に抑制することができる。ただし、移動速度Ｖｕ、Ｖｄの関係は、特に限定されず、Ｖｕ≦Ｖｄであってもよい。また、移動速度Ｖｕ、Ｖｄは、それぞれ、把持力、ワークＷの重量、形状等によって適宜設定することができる。

－第２記憶ステップＳ１５－
第２記憶ステップＳ１５では、制御装置３は、接触ステップＳ１４でワークＷが作業面Ｆに接触した際のエンドエフェクター２３の高さを高さＴ２として記憶する。なお、第１記憶ステップＳ１２と同様に、ワークＷが作業面Ｆに接触した際のＴＣＰのＺ軸座標（鉛直軸座標）を高さＴ２として記憶する。

－差分検出ステップＳ１６－
差分検出ステップＳ１６では、制御装置３は、図５に示すように、高さＴ１と高さＴ２との差ΔＴを求める。ここで、前述したように、持ち上げステップＳ１３では、エンドエフェクター２３を鉛直方向上側に移動させ、接触ステップＳ１４では、エンドエフェクター２３を鉛直方向下側に移動させている。つまり、ワークＷを作業面Ｆから離間させる際のエンドエフェクター２３の軌道Ｑ１と、ワークＷを作業面Ｆに接触させる際のエンドエフェクター２３の軌道Ｑ２と、が同じである。

例えば、軌道Ｑ１、Ｑ２が異なっていると、図６に示すように、作業面Ｆが水平面であれば、ワークＷが元々あった場所と同じ高さで作業面Ｆと接触するため、差ΔＴがずれないが、図７に示すように、作業面Ｆが水平面に対して傾斜している場合、ワークＷが元々あった場所よりも高い位置あるいは低い位置で作業面Ｆと接触するため、差ΔＴが不正確となる。これに対して、軌道Ｑ１、Ｑ２が同じであれば、ワークＷが元々あった場所に再配置されるため、作業面Ｆの傾きに関わらず、差ΔＴを精度よく求めることができる。

以上、作業ステップＳ１について詳細に説明した。本実施形態では、このような作業ステップＳ１を、ワークＷを把持する位置を変えながら予め決められた所定回数Ｎだけ繰り返して行ってＮ個の差ΔＴを取得する。一例として、図８にＮ＝３のときの把持位置Ｐ１（１回目の作業ステップＳ１での把持位置）、Ｐ２（２回目の作業ステップＳ１での把持位置）、Ｐ３（３回目の作業ステップＳ１での把持位置）を示す。各回の把持位置は、作業ステップＳ１を開始する前に予め設定されている。

なお、各回のワークＷの把持位置としては、特に限定されないが、例えば、ユーザーからの入力、ワークＷのＣＡＤデータ等によりワークＷの重心Ｇが特定されている場合にはワークＷの重心Ｇ付近を中心に設定することが好ましい。また、ワークＷの重心Ｇが不明であるがワークＷの形状が特定されている場合にはワークＷの中心付近を中心に設定することも好ましい。一般的に、ワークＷの重心付近や中心付近を把持することで、より小さい把持力で安定してワークＷを持ち上げることができる。そのため、当該部分を中心に各回の把持位置を設定することにより、ワークＷをより安定して把持することができる把持位置を特定できる可能性が高まる。ただし、各回の把持位置としては、特に限定されない。

［設定ステップＳ３］
設定ステップＳ３では、Ｎ回の作業ステップＳ１で得られたＮ個の差ΔＴに基づいてワークＷの把持位置を設定する。具体的には、Ｎ個の差ΔＴから最小の差ΔＴを抽出し、抽出した差ΔＴが得られた回における把持位置を、ワークＷの把持位置Ｐ０として設定する。つまり、ワークＷを持ち上げた際に、ワークＷの傾き（姿勢変化）が最も小さかった回における把持位置を、ワークＷの把持位置Ｐ０として決定する。これにより、実作業において、ワークＷの変形や破損が生じない適正な把持力で、ワークＷを安定して把持することができる。そのため、実作業を円滑に実施することができる。特に、本実施形態では、Ｎ個の把持位置から最も好ましい把持位置を選択するため、上述の効果が顕著となり、適切な把持位置を設定し易くなる。

ただし、把持位置を決定する方法としては、特に限定されない。例えば、予め差ΔＴの許容値（閾値）を設定し、まずは、Ｎ個の差ΔＴから許容値以内にある差ΔＴを抽出する。抽出した差ΔＴが１つであれば、その差ΔＴが得られた回における把持位置を、ワークＷの把持位置として決定する。一方で、抽出した差ΔＴが複数であれば、これらから任意で選択した１つの差ΔＴが得られた回における把持位置を、ワークＷの把持位置として決定する。このような方法によっても、本実施形態と同様の効果が得られる。

以上、ロボットシステム１について詳細に説明した。このようなロボットシステム１で行われる把持位置設定方法は、対象物としてのワークＷを把持するエンドエフェクター２３を有するロボット２を備えるロボットシステム１において、エンドエフェクター２３によるワークＷの把持位置を設定する把持位置設定方法であって、作業面Ｆに配置されているワークＷをエンドエフェクター２３で把持し、把持した際のエンドエフェクター２３の高さを高さＴ１として記憶し、エンドエフェクター２３を上側に移動させてワークＷを作業面Ｆから離間させ、エンドエフェクター２３を下側に移動させてワークＷを作業面Ｆに接触させ、接触した際のエンドエフェクター２３の高さを高さＴ２として記憶し、高さＴ１と高さＴ２との差ΔＴを求める作業ステップＳ１と、差ΔＴに基づいて、ワークＷの把持位置Ｐ０を設定する設定ステップＳ３と、を含んでいる。このような方法によれば、ロボットシステム１では、ワークＷの把持位置Ｐ０を適切に設定し、なるべく小さい把持力でワークＷを安定して把持することを実現することができる。これにより、把持力の上限値が制限されるワークＷに対しても、ワークＷの変形、破損を抑制しつつ、安定して把持することができる。

また、前述したように、把持位置設定方法では、エンドエフェクター２３がワークＷを把持する位置を変更しながら作業ステップＳ１を所定回数Ｎ繰り返す。これにより、Ｎ個の把持位置から最も好ましい把持位置を選択することができる。そのため、適切な把持位置Ｐ０を設定し易くなる。

また、前述したように、設定ステップＳ３では、最も小さい差ΔＴに対応する作業ステップＳ１でエンドエフェクター２３がワークＷを把持した位置を把持位置Ｐ０として設定する。これにより、ワークＷをより安定して把持することができる把持位置Ｐ０を設定することができる。

また、前述したように、把持位置設定方法では、ワークＷと作業面Ｆとの接触は、ロボット２に配置されている力センサー２４の検出値に基づいて判断する。これにより、作業面ＦとワークＷとの接触を簡単かつ精度よく検出することができる。

また、前述したように、ワークＷを作業面Ｆから離間させる際のエンドエフェクター２３の軌道Ｑ１と、ワークＷを作業面Ｆに接触させる際のエンドエフェクター２３の軌道Ｑ２と、が同じである。これにより、ワークＷを元々あった場所に再配置することができるため、差ΔＴを精度よく求めることができる。そのため、ワークＷの把持位置Ｐ０を精度よく設定することができる。

また、前述したように、ワークＷを作業面Ｆから離間させる際のエンドエフェクター２３の移動速度Ｖｕは、ワークＷを作業面Ｆに接触させる際のエンドエフェクター２３の移動速度Ｖｄよりも大きい。このように、移動速度Ｖｕを大きくすることにより、ワークＷに働く慣性が大きくなり、ワークＷがエンドエフェクター２３に対して傾き易くなる。したがって、差ΔＴが大きくなり、ワークＷの把持位置Ｐ０をより精度よく設定することができる。一方で、移動速度Ｖｄを小さくすることにより、作業面Ｆとの接触時の衝撃を抑えることができ、ワークＷの変形、破損等を効果的に抑制することができる。

また、前述したように、ロボットシステム１は、ワークＷを把持するエンドエフェクター２３を有するロボット２を備えるロボットシステムであって、作業面Ｆに配置されているワークＷをエンドエフェクター２３で把持し、把持した際のエンドエフェクター２３の高さを高さＴ１として記憶し、エンドエフェクター２３を上側に移動させてワークＷを作業面Ｆから離間させ、エンドエフェクター２３を下側に移動させてワークＷを作業面Ｆに接触させ、接触した際のエンドエフェクター２３の高さを高さＴ２として記憶し、高さＴ１と高さＴ２との差ΔＴを求める作業ステップＳ１と、差ΔＴに基づいて、ワークＷの把持位置Ｐ０を設定する設定ステップＳ３と、を実行する。このような方法によれば、ロボットシステム１では、ワークＷを把持する位置を適切に設定し、なるべく小さい把持力でワークＷを安定して把持することを実現することができる。これにより、把持力の上限値が制限されるワークＷに対しても、ワークＷの変形、破損を抑制しつつ、安定して把持することができる。

＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態に係る把持位置設定方法を説明するフローチャートである。図１０は、ワークが作業面に接触した際に生じるモーメントを示す図である。図１１は、ワークを持ち上げた状態を示す図である。図１２は、次回の作業ステップの把持位置を示す図である。図１３は、ワークを持ち上げた状態を示す図である。図１４は、次回の作業ステップの把持位置を示す図である。図１５は、ワークを持ち上げた状態を示す図である。図１６は、次回の作業ステップの把持位置を示す図である。

本実施形態のロボットシステム１は、把持位置設定方法が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボットシステム１と同様である。そのため、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態における図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

前述した第１実施形態の把持位置設定方法では、各作業ステップＳ１でワークＷを把持する位置が予め設定されていたが、本実施形態の把持位置設定方法では、初回の作業ステップＳ１でワークＷを把持する位置についてだけ予め設定されており、それ以降の作業ステップＳ１でワークＷを把持する位置については、それ以前の作業ステップＳ１で検出されたトルクＢに基づいて決定する。以下、本実施形態の把持位置設定方法について、図９に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。

本実施形態の把持位置設定方法は、図９に示すように、作業ステップＳ１と、次回把持位置決定ステップＳ２と、設定ステップＳ３と、を含んでいる。本実施形態では、作業ステップＳ１で取得される差ΔＴが予め設定されている閾値以下となるまで、ワークＷを把持する位置を変えながら作業ステップＳ１を繰り返すように構成されている。

［作業ステップＳ１］
－把持ステップＳ１１～接触ステップＳ１４－
把持ステップＳ１１～接触ステップＳ１４は、前述した第１実施形態と同様である。そのため、説明を省略する。

－第２記憶ステップＳ１５－
第２記憶ステップＳ１５では、制御装置３は、接触ステップＳ１４でワークＷが作業面Ｆに接触した際のエンドエフェクター２３の高さを高さＴ２として記憶する。また、制御装置３は、接触ステップＳ１４でワークＷが作業面Ｆに接触した際にエンドエフェクター２３に加わるトルクＢを記憶する。トルクＢは、例えば、図１０に示すように、ワークＷがエンドエフェクター２３に対して傾いた状態で作業面Ｆに接触すると、ワークＷを回転させる力Ａ（モーメント）が生じ、この力Ａによりエンドエフェクター２３に加わる力である。このようなトルクＢは、力センサー２４からの出力値に基づいて求めることができる。

－差分検出ステップＳ１６－
差分検出ステップＳ１６では、制御装置３は、高さＴ１と高さＴ２との差ΔＴを求める。

［次回把持位置決定ステップＳ２］
次回把持位置決定ステップＳ２では、制御装置３は、まず、直前の作業ステップＳ１において求められた差ΔＴが、予め定められた閾値以下であるかを判定する。差ΔＴが閾値以下である場合、制御装置３は、本ステップＳ２を終了し、設定ステップＳ３に移行する。

反対に、差ΔＴが閾値を超えている場合、制御装置３は、ワークＷの把持位置を変えて再び作業ステップＳ１を行う。この際、制御装置３は、次回（２回目）の作業ステップＳ１におけるワークＷの把持位置Ｐ２を、前回（１回目）の作業ステップＳ１で取得したトルクＢに基づいて決定する。具体的には、接触ステップＳ１４でワークＷが作業面Ｆに接触した際にエンドエフェクター２３に加わるトルクＢの向きからワークＷがエンドエフェクター２３に対して左右どちらに傾斜しているかを検出することができる。そのため、例えば、図１１に示すように、ワークＷが右側に傾いている場合には、図１２に示すように、次回（２回目）の作業ステップＳ１におけるワークＷの把持位置Ｐ２を前回（１回目）の作業ステップＳ１におけるワークＷの把持位置Ｐ１から右側にずらす。

仮に、２回目の作業ステップＳ１で取得した差ΔＴについても閾値を超える場合、制御装置３は、再び作業ステップＳ１を行うが、その際のワークＷの把持位置は、２回目の作業ステップＳ１において取得したトルクＢに基づいて決定する。例えば、図１３に示すように、２回目の作業ステップＳ１でもワークＷが右側に傾いている場合には、図１４に示すように、次回（３回目）の作業ステップＳ１におけるワークＷの把持位置Ｐ３を把持位置Ｐ２からさらに右側にずらす。これに対して、図１５に示すように、２回目の作業ステップＳ１でワークＷが左側に傾いている場合には、図１６に示すように、次回（３回目）の作業ステップＳ１におけるワークＷの把持位置Ｐ３を把持位置Ｐ２から左側にずらし、把持位置Ｐ１と把持位置Ｐ２との間に位置させる。

３回目の作業ステップＳ１以降は、上述と同様に、次回の作業ステップＳ１におけるワークＷの把持位置を、前回の作業ステップＳ１におけるトルクＢに基づいて決定すればよい。このように、次回の作業ステップＳ１におけるワークＷの把持位置を、前回の作業ステップＳ１におけるトルクＢ（ワークＷと作業面Ｆとの接触時の力センサー２４の検出値）に基づいて決定することにより、作業ステップＳ１の回数を重ねる毎に差ΔＴを減少させることができ、より少ない回数で差ΔＴを閾値以下にすることができる。そのため、把持位置をより短時間に設定することができる。

［設定ステップＳ３］
設定ステップＳ３では、前回すなわち差ΔＴが閾値以下となったときの作業ステップＳ１での把持位置をワークＷの把持位置Ｐ０として決定する。

以上のように、本実施形態の把持位置設定方法では、差ΔＴが閾値以下となるまで、エンドエフェクター２３によるワークＷの把持位置を変更しながら作業ステップＳ１を繰り返す。そのため、より確実に、適切なワークＷの把持位置Ｐ０を設定することができる。

また、前述したように、エンドエフェクター２３がワークＷを把持する位置は、前回の作業ステップＳ１におけるワークＷと作業面Ｆとの接触時の力センサー２４の検出値すなわちトルクＢに基づいて決定する。作業ステップＳ１の回数を重ねる毎に差ΔＴを減少させることができ、より少ない回数で差ΔＴを閾値以下にすることができる。そのため、把持位置をより短時間に設定することができる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図１７は、第３実施形態に係る把持位置設定方法を説明するフローチャートである。図１８ないし図２３は、それぞれ、作業ステップでのワークの把持位置を示す図である。

本実施形態のロボットシステム１は、把持位置設定方法が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボットシステム１と同様である。そのため、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態における図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

前述した第１実施形態の把持位置設定方法では、各作業ステップＳ１でワークＷを把持する位置が予め設定されていたが、本実施形態の把持位置設定方法では、初回の作業ステップＳ１でワークＷを把持する位置についてだけ予め設定されており、それ以降の作業ステップＳ１でワークＷを把持する位置については、それまでに得られた差ΔＴに基づいて決定する。以下、本実施形態の把持位置設定方法について詳細に説明する。

本実施形態の把持位置設定方法は、図１７に示すように、作業ステップＳ１と、次回把持位置決定ステップＳ２と、設定ステップＳ３と、を含んでいる。特に、本実施形態では、作業ステップＳ１を、ワークＷの把持位置を変えながら予め決められた所定回数Ｎだけ繰り返して行ってＮ個の差ΔＴを取得する。そして、設定ステップＳ３では、作業ステップＳ１で求められたＮ個の差ΔＴに基づいてワークＷの把持位置を設定する。

［作業ステップＳ１］
前述した第１実施形態と同様である。そのため、説明を省略する。なお、本実施形態では、図１８に示すように、１回目の作業ステップＳ１におけるワークＷの把持位置Ｐ１は、ワークＷの中心付近に位置している。

［次回把持位置決定ステップＳ２］
次回把持位置決定ステップＳ２では、制御装置３は、まず、これまでに取得した差ΔＴから最小の差ΔＴを抽出する。次に、制御装置３は、抽出した最小の差ΔＴに対応する把持位置に基づいて、次回の作業ステップＳ１における把持位置を決定する。なお、１回目の作業ステップＳ１を終えた状態では、１つの差ΔＴしか取得していないため、把持位置Ｐ１に基づいて次回（２回目）の作業ステップＳ１における把持位置Ｐ２を決定する。図１９に示す例では、把持位置Ｐ１から右側にずれた位置に把持位置Ｐ２が設定されている。ただし、これに限定されず、把持位置Ｐ１から左側にずれた位置に把持位置Ｐ２を設定してもよい。

仮に、２回目の作業ステップＳ１での差ΔＴが、これまでに取得した差ΔＴの中で最小の場合には、把持位置Ｐ２に基づいて、次回（３回目）の作業ステップＳ１における把持位置Ｐ３を決定する。具体的には、把持位置Ｐ２から右側または左側にずらした位置に把持位置Ｐ３を設定する。図２０に示す例では、把持位置Ｐ２から左側に把持位置Ｐ１、Ｐ２の離間距離よりも短い距離だけずらした位置に把持位置Ｐ３が設定されている。反対に、２回目の作業ステップＳ１での差ΔＴが、これまでに取得した差ΔＴの中で最小ではない場合、つまり、１回目の作業ステップＳ１における差ΔＴが最小の場合、把持位置Ｐ１に基づいて把持位置Ｐ３を決定する。図２１に示す例では、把持位置Ｐ１から左側（把持位置Ｐ２と反対側）にずらした位置に把持位置Ｐ３を設定する。以下、図２１の場合を例にして説明を続ける。

仮に、３回目の作業ステップＳ１での差ΔＴが、これまでに取得した差ΔＴの中で最小の場合には、把持位置Ｐ３に基づいて、次回（４回目）の作業ステップＳ１における把持位置Ｐ４を決定する。具体的には、把持位置Ｐ３から右側または左側にずらした位置に把持位置Ｐ４を設定する。図２２に示す例では、把持位置Ｐ３から右側に把持位置Ｐ１、Ｐ３の離間距離よりも短い距離だけずらした位置に把持位置Ｐ４が設定されている。反対に、３回目の作業ステップＳ１での差ΔＴが、これまでに取得した差ΔＴの中で最小ではない場合、つまり、１回目の作業ステップＳ１での差ΔＴが最小の場合、把持位置Ｐ１に基づいて把持位置Ｐ４を決定する。具体的には、把持位置Ｐ１から、その両隣にある把持位置Ｐ２、Ｐ３のうち差ΔＴが小さい側にずらした位置に把持位置Ｐ４を設定する。例えば、２回目よりも３回目の作業ステップＳ１における差ΔＴの方が小さい場合には、図２３に示すように、把持位置Ｐ１から左側に把持位置Ｐ１、Ｐ３の離間距離よりも短い距離だけずらした位置に把持位置Ｐ４を設定する。

このように、これまでに取得した中で最小の差ΔＴとなった回の作業ステップＳ１における把持位置に基づいて次回の把持位置を決定することにより、作業ステップＳ１の回数を重ねる毎に差ΔＴを減少させることができ、所定回数Ｎの間に、十分に小さい差ΔＴを得られる可能性が高まる。そのため、把持位置Ｐ０をより適切に設定することができる。

［設定ステップＳ３］
設定ステップＳ３では、Ｎ回の作業ステップＳ１で得られたＮ個の差ΔＴに基づいてワークＷの把持位置を設定する。具体的には、Ｎ個の差ΔＴから最小の差ΔＴを抽出し、抽出した差ΔＴが得られた回における把持位置を、ワークＷの把持位置Ｐ０として設定する。

以上のように、本実施形態の把持位置設定方法では、エンドエフェクター２３がワークＷを把持する位置は、これまでに取得した最小の差ΔＴに基づいて変更する。このような方法によれば、作業ステップＳ１の回数を重ねる毎に差ΔＴを減少させることができ、所定回数Ｎの間に、十分に小さい差ΔＴを得られる可能性が高まる。そのため、把持位置Ｐ０をより適切に設定することができる。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
図２４は、第４実施形態に係る把持位置設定方法を説明するフローチャートである。

本実施形態のロボットシステム１は、把持位置設定方法が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボットシステム１と同様である。そのため、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態における図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

本実施形態に係る把持位置設定方法では、前述した第１、第２実施形態を組み合わせたような方法で把持位置Ｐ０を設定する。つまり、作業ステップＳ１を、ワークＷの把持位置を変えながら予め決められた所定回数Ｎだけ繰り返して行ってＮ個の差ΔＴを取得するが、Ｎ個の差ΔＴを取得する前に差ΔＴが閾値以下となれば、その時点で差ΔＴの取得を止め、設定ステップＳ３に移行する。このような方法によれば、Ｎ回目よりも前に差ΔＴが閾値以下となれば、その時点で設定ステップＳ３に移行できるため、把持位置Ｐ０を設定するのに要する時間を短縮することができる。反対に、作業ステップＳ１の回数を予め設定しておくことにより、過度な回数の作業ステップＳ１が行われるのを防止でき、把持位置Ｐ０を設定するのに要する時間の過度な延長を抑制することができる。

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

以上、本発明の把持位置設定方法およびロボットシステムを図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。また、把持位置設定方法およびロボットシステムは、同様の機能を発揮し得る任意の工程と置換することができる。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１…ロボットシステム、２…ロボット、２１…基台、２２…ロボットアーム、２２１…アーム、２２２…アーム、２２３…アーム、２２４…アーム、２２５…アーム、２２６…アーム、２３…エンドエフェクター、２３１…基部、２３２…爪部、２３３…爪部、２３４…駆動機構、２４…力センサー、３…制御装置、Ａ…力、Ｂ…トルク、Ｅ…エンコーダー、Ｆ…作業面、Ｇ…重心、Ｊ１…関節、Ｊ２…関節、Ｊ３…関節、Ｊ４…関節、Ｊ５…関節、Ｊ６…関節、Ｍ…モーター、Ｎ…所定回数、Ｐ０…把持位置、Ｐ１…把持位置、Ｐ２…把持位置、Ｐ３…把持位置、Ｐ４…把持位置、Ｑ１…軌道、Ｑ２…軌道、Ｓ１…作業ステップ、Ｓ１１…把持ステップ、Ｓ１２…第１記憶ステップ、Ｓ１３…持ち上げステップ、Ｓ１４…接触ステップ、Ｓ１５…第２記憶ステップ、Ｓ１６…差分検出ステップ、Ｓ２…次回把持位置決定ステップ、Ｓ３…設定ステップ、Ｔ１…高さ、Ｔ２…高さ、ＴＣＰ…ツールセンターポイント、Ｖｄ…移動速度、Ｖｕ…移動速度、Ｗ…ワーク

Claims (10)

1. 対象物を把持するエンドエフェクターを有するロボットを備えるロボットシステムにおいて、前記エンドエフェクターによる前記対象物の把持位置を設定する把持位置設定方法であって、
   作業面に配置されている前記対象物を前記エンドエフェクターで把持し、把持した際の前記エンドエフェクターの高さを高さＴ１として記憶し、前記エンドエフェクターを上側に移動させて前記対象物を前記作業面から離間させ、前記エンドエフェクターを下側に移動させて前記対象物を前記作業面に接触させ、前記接触した際の前記エンドエフェクターの高さを高さＴ２として記憶し、前記高さＴ１と前記高さＴ２との差ΔＴを求める作業ステップと、
   前記差ΔＴに基づいて、前記対象物の前記把持位置を設定する設定ステップと、を含むことを特徴とする把持位置設定方法。
2. 前記エンドエフェクターが前記対象物を把持する位置を変更しながら前記作業ステップを所定回数繰り返す請求項１に記載の把持位置設定方法。
3. 前記設定ステップでは、最も小さい前記差ΔＴに対応する前記作業ステップで前記エンドエフェクターが前記対象物を把持した位置を前記把持位置として設定する請求項２に記載の把持位置設定方法。
4. 前記差ΔＴが閾値以下となるまで、前記エンドエフェクターによる前記対象物の前記把持位置を変更しながら前記作業ステップを繰り返す請求項１に記載の把持位置設定方法。
5. 前記対象物と前記作業面との接触は、前記ロボットに配置されている力センサーの検出値に基づいて判断する請求項２または４に記載の把持位置設定方法。
6. 前記エンドエフェクターが前記対象物を把持する位置は、前回の前記作業ステップにおける前記対象物と前記作業面との接触時の前記力センサーの検出値に基づいて決定する請求項５に記載の把持位置設定方法。
7. 前記エンドエフェクターが前記対象物を把持する位置は、これまでに取得した最小の前記差ΔＴに基づいて変更する請求項２または４に記載の把持位置設定方法。
8. 前記対象物を前記作業面から離間させる際の前記エンドエフェクターの軌道と、前記対象物を前記作業面に接触させる際の前記エンドエフェクターの軌道と、が同じである請求項１に記載の把持位置設定方法。
9. 前記対象物を前記作業面から離間させる際の前記エンドエフェクターの移動速度は、前記対象物を前記作業面に接触させる際の前記エンドエフェクターの移動速度よりも大きい請求項１に記載の把持位置設定方法。
10. 対象物を把持するエンドエフェクターを有するロボットを備えるロボットシステムであって、
    作業面に配置されている前記対象物を前記エンドエフェクターで把持し、把持した際の前記エンドエフェクターの高さを高さＴ１として記憶し、前記エンドエフェクターを上側に移動させて前記対象物を前記作業面から離間させ、前記エンドエフェクターを下側に移動させて前記対象物を前記作業面に接触させ、前記接触した際の前記エンドエフェクターの高さを高さＴ２として記憶し、前記高さＴ１と前記高さＴ２との差ΔＴを求める作業ステップと、
    前記差ΔＴに基づいて、前記対象物の前記把持位置を設定する設定ステップと、を実行することを特徴とするロボットシステム。