JP3239277B2

JP3239277B2 - 知能ロボット

Info

Publication number: JP3239277B2
Application number: JP18727492A
Authority: JP
Inventors: 正実但馬
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 2001-12-17
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: JPH0631666A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体を把持する為の複
数の指を有するハンドをアームの先端に備えると共に、
そのハンドに視覚機能を備えて、自律的に動作する知能
ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】物体の移動，取り付け，取り外し等を行
うロボットは、物体を把持する為の複数の指をハンドに
設け、そのハンドをアームの先端に設けて、指令に従っ
て物体を把持する動作を行う構成が一般的である。又物
体とハンドとの間の距離を、例えば、レーザ光照射によ
る距離測定手段や三角測量法を適用した距離測定手段等
により測定し、その距離に従ってハンドを物体の位置ま
で移動させて、ハンドに設けた指でその物体を把持する
制御を行うか、又はカメラによる撮像画像を処理して物
体の位置や形状を判定し、その判定結果に基づいて物体
を把持する制御を行う知能ロボットも知られている。

【０００３】このような知能ロボットに於ける距離測定
手段やカメラ等は、ハンドの指で物体を把持する場合の
邪魔にならないように、ハンドから離れた位置に設ける
ものであった。その為に、座標原点が異なるから、距離
測定や画像処理に於いて座標変換処理を必要とするもの
であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の知能ロボット
は、指定した位置にハンドを移動させた後に物体を把持
する動作を行う構成が一般的であった。又距離センサや
ＴＶカメラ等をハンドの外側等に設けるものであるか
ら、距離センサにより物体までの距離を測定した後、距
離センサの位置座標とハンドの位置座標との変換処理を
行うことになる。又ＴＶカメラによる撮像画像を処理し
て物体の認識や物体までの距離を測定する場合も、ＴＶ
カメラの位置座標とハンドの位置座標との変換処理を行
うことになる。従って、制御手段の処理量が多くなる問
題がある。

【０００５】又物体に対するハンドの移動経路に障害物
が存在する場合、回避制御を行う機能を備えていないも
のであるから、ハンドが障害物に衝突して破損する問題
がある。又物体の真上にハンドを移動させてから、その
物体を把持するように制御するものであるが、ハンドの
中心（物体を把持する複数の指間の中心）と物体の中心
とがずれる場合が多く、このように中心がずれた場合に
は、複数の指による物体に対する把持力が不均等に加わ
ることになって、物体を正常に把持できない場合が生じ
る問題がある。そこで、ハンドを移動する毎に距離測定
処理を繰り返し、ハンドの中心を物体の中心に位置合せ
する制御を行うことも考えられているが、ロボットとし
ての動作速度が遅くなる問題がある。

【０００６】又距離測定結果等に対応して、サーボ系を
制御し、ハンドを目標位置に移動させるものであり、そ
の移動過程に於ける状況の変化があっても、又誤った移
動指令の場合でも、その時点の制御指令に従った制御動
作を行うものである。従って、状況に対応した柔軟な制
御ができないものであった。

【０００７】本発明は、距離測定等に於ける座標変換処
理が必要でなく、ハンドの移動制御過程に於ける状況変
化にも自律的に対応可能とし、且つ精度の高い制御を可
能とすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の知能ロボット
は、図１を参照して説明すると、物体６を把持する為の
複数の指２を有するハンド３をアーム１の先端に備えた
知能ロボットに於いて、ハンド３に、このハンド３の指
２間の中心から、この指２間で把持する物体６側の方向
の光路の入出射光を分岐及び合成する光分岐・合成素子
５と、この光分岐・合成素子５を介して物体６までの距
離を測定する距離センサ７と、光分岐・合成素子５を介
して物体６の画像を取得する光学センサ８とを設け、距
離センサ７による物体６までの距離測定結果と、光学セ
ンサ８による物体６の画像の処理結果とに基づいて、ハ
ンド３の位置と姿勢とを制御すると共に、複数の指２を
駆動して物体６を把持する制御機能を備えている。

【０００９】又ハンド３を頂点として光路４をコニカル
スキャンして距離センサ７により物体６の取り付け面の
距離を測定し、複数個所の測定距離が等しくなるように
ハンド３の姿勢を制御する制御機能を備えている。又光
学センサ８の視野を４象限に分割し、各象限の画像を比
較して、ハンド３の中心からの光路４と物体６の中心と
のずれを検出し、このずれを補正するようにアーム１と
ハンド３とを制御する制御機能を備えている。

【００１０】又物体６の面にマークを照射するレーザ照
射器９を設け、そのマークを光学センサ８により撮像し
た画像を処理して、マークが撮像画像の中心となるよう
にアーム１とハンド３とを制御する制御機能を備えてい
る。又ハンド３の指２の先端に物体６方向を撮像する光
学センサを設け、この光学センサによる撮像画像を処理
してアーム１とハンド３とを制御する制御機能を備えて
いる。又ハンド３の指間の中心から、指２により把持す
る物体６側の方向の光路４の入出射光を分岐及び合成す
る光分岐・合成素子５と光学的に結合し、物体６の側面
側を光学センサ８により撮像する為の可動ミラーをハン
ド３の側面側に設けることができる。

【００１１】ハンド３に設けた複数の指２の内側に圧力
センサを設け、複数の指２による物体６を把持した時の
圧力センサにより検出した各指２の把持力を均等化させ
るように制御する制御機能を備えることができる。又光
学センサ８の撮像画像を処理してアーム１とハンド３と
を制御し、このハンド３の指２間の中心が物体６の直上
に移動するまでの間の距離センサ７又は光学センサ８に
よる距離測定結果が所定の距離以下の時に障害物と判断
して、ハンド３の移動経路を迂回制御する制御機能を備
えることができる。

【００１２】

【作用】アーム１にハンド３を設け、このハンド３に複
数の指２を設けると共に、指２間の中心から物体６側の
方向の光路４にハーフミラー等の光分岐・合成素子５を
設け、この光分岐・合成素子５を介して物体６までの距
離を測定する距離センサ７と物体６を撮像するＴＶカメ
ラ等の光学センサ８とを設けて、ハンド３の指２間の中
心位置座標と距離測定位置座標及び物体撮像位置座標と
を一致させて、座標変換処理の省略を可能とし、且つ指
２間で物体６を把持する為の指２の駆動制御が容易とな
る。

【００１３】又コニカルスキャンによる距離測定を行っ
て、複数個所の測定距離が等しくなるようにハンド３の
姿勢を制御すると、スキャン経路による形状は、ハンド
３の指２間の中心を頂点とし、物体６の取り付け面を底
面とした円錐体形状を示すものとなるから、ハンド３の
指２の取り付け面と、物体６の取り付け面とが平行の関
係となる。又光学センサ８の視野を４象限に分割し、物
体６の撮像画像について各象限の画像の面積比較等によ
り比較し、中心対称形の物体６の場合は、各象限の画像
面積が等しくなるように制御すると、光学センサ８の視
野中心（光路４）と物体６の中心とを一致させることが
できる。

【００１４】又物体６の面にレーザ照射器９により照射
したマークを光学センサ８により撮像し、そのマークが
撮像画像の中心の位置となるように、アーム１とハンド
３とを制御すると、ハンド３の指間の中心と物体６の中
心とを一致させることができる。又ハンド３の指２の先
端方向に光学センサを設けて物体６を撮像し、その撮像
画像を基に物体６を把持する為の制御を行うことができ
る。又物体６を側面側から光学センサ８により撮像する
ように、光分岐・結合素子５を介して可動ミラーをハン
ド３の側面側に光路１０を形成するように設けて、指２
により物体６を把持した状態に於ける物体６の状態を観
測することができる。

【００１５】ハンド３の指２間で物体６を把持した時
に、各指２の圧力センサが検知した圧力が等しくなる
と、各指２は均等な力で物体６を把持していることにな
り、安定に物体６を把持することができる。又ハンド３
の指２間の中心が物体６の真上となるまでの間のハンド
３を移動中に於いて、距離センサ７又は光学センサ８に
よる距離測定結果が所定距離以下の時に障害物有りと判
断して、ハンド３の移動経路を迂回制御して、障害物に
対するハンド３の衝突を回避する。

【００１６】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例について
説明する。図１に於いて、１はアーム、２は指、３はハ
ンド、４は光路、５はハーフミラー等の光分岐・合成素
子、６は物体、７は距離センサ、８はＴＶカメラ等の光
学センサ、９はレーザ照射器、１０は光路を示す。

【００１７】前述のように、ハンド３に複数の指２を設
け、この指２によって物体６を把持するように駆動制御
する構成を有し、又ハンド３の指２間の中心から物体６
側方向の光路４に光分岐・合成素子５を設ける。この光
分岐・合成素子５を介して距離センサ７及び光学センサ
８を設けて、物体６方向の距離測定及び画像撮像を可能
とする。従って、ハンド３と物体６との間の距離は、ハ
ンド３の指２間の中心から物体６側方向の光路４に沿っ
て測定することになるから、座標変換処理を必要としな
いものとなり、処理量を削減し、高速制御が可能とな
る。又レーザ照射器９で所定のマークを物体６に照射し
て、光学センサ８の撮像画像処理により物体６に対する
ハンド３の所定位置への制御を容易とし、又可動ミラー
をハンド３の外側に設けて、物体６の側面側を光学セン
サ８により撮像可能とする光路１０を設けることができ
る。

【００１８】アーム１やハンド３の指の駆動制御を行う
制御機能は、図２に示す機能部を有するもので、同図に
於いて、１１は外部からのおおまかな作業指示部、１２
は計算機による移動経路指示部、１３は減算器による補
正部、１４はディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）
による各軸サーボ指令発生部、１５は減算器による補正
部、１６は増幅器（ＡＭＰ）による各軸サーボ系増幅
部、１７はアームに対する駆動・位置検出部、１８はハ
ンドおよび指各センサ情報検出部、１９はセンサ信号処
理部を示す。

【００１９】作業指示部１１は、ロボットに対しておお
まかな作業指示を与えるもので、例えば、レーザ照射器
９により物体６上にマークを照射する指示等が含まれ
る。移動経路指示部１２は、作業指示部１１による指示
に従って移動経路情報を補正部１３を介して各軸サーボ
指令発生部１４に加える。この各軸サーボ指令発生部１
４からの指令情報を補正部１５を介して各軸サーボ系増
幅部１６に加えて増幅し、駆動・位置検出部１７により
アーム１の関節等の各軸サーボモータ等を駆動制御し、
その位置検出情報を補正部１５に位置補正として示すよ
うに入力して、フィードバック制御を行う。

【００２０】又アーム駆動・位置検出部１７によりアー
ム１の制御等を行い、ハンドおよび指各センサ情報検出
部１８による検出情報をセンサ信号処理部１９に於いて
処理し、補正部１３にハンド３の誘導及び経路補正の情
報を加えてフィードバック制御を行い、ハンド３の複数
の指２間の中心と物体６の中心との位置を一致させる制
御等を行う。

【００２１】距離センサ７及び光学センサ８により得ら
れたセンサ信号を、センサ信号処理部１９の処理により
補正部１３にフィードバックして、自律的にアーム１の
制御等を行うもので、例えば、（１）．光学センサ８に
よる撮像画像の処理により移動すべき方向を判定し、
（２）．中距離以上の移動に於いては、光学センサ８に
よる複数枚の画像を用いて物体６までの距離を算出し、
近距離の移動に於いては、距離センサ７による距離測定
結果を用いて、目的の物体６に対するハンド３の移動制
御を行う。（３）．物体６までの移動経路に障害物が存
在する場合は、距離センサ７による測定距離或いは光学
センサ８による撮像画像の処理によって、迂回制御を行
う。（４）．ハンド３を物体６の近くに移動させると、
ハンド３の指２間の中心と物体６の中心とを一致させる
ように制御する。（５）．指２を駆動して物体６を把持
させ、例えば、指２に設けた圧力センサにより物体６を
把持する力をフィードバック制御して、物体６を安定に
把持する。

【００２２】知能ロボットの動作機構の概要を図３に示
すもので、２１は作業台、２２は物体、２３はアーム、
２４〜２７はアームの関節部のモータ（Ｍ）、２８はハ
ンド、２９は指、３０は回転位置を検出するエンコー
ダ、３１は制御計算機及び画像処理器、３２はレーザ照
射器、３３は照射制御器、３４はおおまかな経路指示を
与える計算機、３５はセンサ処理部、３６はサーボ指令
部、３７は１軸分の電気回路系、３８は減算器、３９は
直流アンプを示す。

【００２３】アーム２３（図１のアーム１に相当）は、
複数の関節を有するもので、各関節対応のモータ２４〜
２７毎に、エンコーダ３０や符号３４〜３９の機能部分
を備えて、おおまかな経路指示に従ってフィードバック
制御を行うものである。又アーム２３の先端にハンド２
８を設け、そのハンド２８に複数の指２９を設ける。こ
のハンド２８は、図１に示すハンド３に相当し、距離セ
ンサ７及び光学センサ８を含む構成を備えている。

【００２４】計算機３４によるおおまかな経路指示は、
図２に於けるおおまかな作業支持部１１と計算機移動経
路指示部１２の機能に相当し、センサ処理部３５は、図
２に於けるセンサ信号処理部１９の機能に相当し、サー
ボ指令部３６は、図２に於ける各軸サーボ指令発生部１
４の機能に相当する。又減算器３８は、図２に於ける補
正部１５の機能に相当し、直流アンプ３９は、図２に於
ける各軸サーボ系増幅部１６の機能に相当し、エンコー
ダ３０は、図２に於けるアーム駆動・位置検出部１７の
機能に相当する。そして、レーザ照射器３２からの物体
２２上へのマーク照射とこのマーク検出等のフィードバ
ック制御により、ハンド２８を物体２２の真上に移動さ
せて、ハンド２８の指２９を駆動して物体２２を把持す
る。

【００２５】又ハンド２８は、例えば、図４に示す構成
とすることができる。同図に於いて、（）内の数字は図
１に於ける符号を示し、４１はハンド（３）、４２は光
軸（光路４に相当）、４３はアーム連結部、４３Ａはコ
ニカルスキャン機構、４４，４５は指Ａ，Ｂ（２）、４
６は物体（６）、４７は作業面、４８はミラー（分岐・
合成素子５に相当）、４９はＴＶカメラ（光学センサ８
に相当）、５０は距離センサ（７）、５１はシャッタ、
５２はミラー、５３はモータ、５４は圧力センサを示
す。

【００２６】指４４，４５間の中心の位置から物体４６
側の方向の光軸４２に、ダイクロイックミラー又はハー
フミラーからなるミラー４８を設け、このミラー４８を
介して距離センサ５０とＴＶカメラ４９とを光軸４２に
光学的に結合し、又ミラー５２とモータ５３とからなる
可動ミラーをハンド４１の外側に設けて、物体４６を側
面側からＴＶカメラ４９により撮像できるように、ミラ
ー４８と光学的に結合する。シャッタ５１は可動ミラー
を介した物体２２側の画像をＴＶカメラ４９により撮像
させるか否かを制御する為のものである。

【００２７】把持する物体４６をＴＶカメラ４９により
撮像し、画像処理により物体４６を認識してハンド４１
を物体４６の真上に移動する制御が、前述のおおまかな
経路指示に従った移動制御後に引き続き行う。又コニカ
ルスキャン機構４３Ａは、作業面４７（又は物体の取り
付け面）或いは、物体２２が平面形状の場合に、ハンド
４１の指４４，４５間の中心に相当するミラー４８の位
置を中心としたコニカルスキャンにより複数個所につい
ての距離を測定する。この場合、ハンド４１又はミラー
４８を駆動して、ミラー４８を頂点とした円錐形状に光
軸４２を移動させて、複数個所で距離を測定する。な
お、距離センサ５０をミラー４８に対して円運動させ
て、コニカルスキャンを行わせることも可能である。

【００２８】このコニカルスキャンによる複数個所の測
定距離が等しくなるように、ハンド４１の姿勢を制御す
る。それにより、ハンド４１の指４４，４５の取り付け
面と作業面４７（物体４６の取り付け面）とを平行関係
（作業面４７に対して最初の光軸４２を垂直の関係）と
なるように制御することができる。又指４４，４５で物
体４６を把持した時、その指４４，４５の内側（指で物
体を把持する側）に設けた圧力センサ５４による検出信
号が等しくなるように、物体４６の指４４，４５による
把持力を制御して、各指４４，４５により均等に物体４
６を把持することができる。

【００２９】この場合に、物体４６の重量や形状等の性
質に対応した把持力を予め設定して、各指４４，４５の
把持力がこの設定値となるように制御することもでき
る。又各指４４，４５が物体４６に当接する初期状態の
圧力センサ５４による検出信号が等しくなるように制御
することによって、軽い物体４６でも倒すことなく、均
等に把持することができる。

【００３０】又ハンド４１と物体４６との位置関係に対
応してモータ５３によりミラー５２の角度を制御して、
物体４６の側面側をＴＶカメラ４９により撮像し、物体
４６の把持直前や把持中の状態を観測することができ
る。又ＴＶカメラ４９は、小型のもので、親指カメラ等
と称されるものを用いるもので、小型のハンドの場合
は、ファイバスコープ等を利用することができる。又各
指の先端にも光学センサを設けて、各指と物体とのずれ
を撮像画像の処理によって判定し、ハンド４１或いは各
指の位置制御を行うことができる。

【００３１】又ハンド４１と物体４６とが或る程度離れ
ている場合には、光軸４２を介してＴＶカメラ４９によ
り撮像した物体４６の画像と、可動ミラーを含む光路２
を介してＴＶカメラ４９により撮像した物体４６の画像
とが一致するように、モータ５３を制御してミラー５２
の角度θを求めると、物体４６までの距離Ｌは、ミラー
４８，５２間の距離Ｍとして、Ｌ＝Ｍ・ｔａｎθにより
求めることができる。

【００３２】又物体４６に比較的近いハンド４１の位置
に於ける距離センサ５０による距離測定は、例えば、三
角測量の原理を利用して行うことができるものであり、
レーザ光の出射角と受光素子の入射角との関係を基に物
体４６までの距離を測定することができる。このような
光学的な距離測定手段は既に知られている各種の手段を
適用することができる。

【００３３】又ＴＶカメラ４９により撮像した物体４６
の画像を一時記憶しておき、その画像と、ハンド４１を
水平方向に移動した後の物体４６を撮像した画像とがず
れるものであり、その画像押を一致させるようにハンド
４１を傾斜させた時、その角度と、ハンド４１の水平方
向の移動距離とにより、三角測量の原理で、ハンド４１
と物体４６との間の距離を求めることができる。

【００３４】物体４６を真上からＴＶカメラ４９により
撮像した画像は、例えば、図５に示すものとなる。この
場合に、レーザ照射器３２（図３参照）により物体４６
上にマーカ５６を照射した状態を撮像した場合を示し、
両側に指４４，４５の一部も撮像した場合を示す。この
場合のマーカ４６が撮像画面の中心となるようにハンド
４１を制御することができる。又距離センサ５０も光学
的に距離測定を行うことから、この距離センサ５０から
可視光等をマーカ４６として照射することもできる。

【００３５】又ハンド４１の水平方向の移動によるＸ，
Ｙ，Ｚの三次元表示の概要を図６に示す。そのほぼ中央
部分の盛り上がっている部分が円盤状の物体を示してい
る。前述の距離測定手段として、例えば、距離センサ５
０は、６０〜１４０ｍｍ程度と至近距離とに於いて使用
し、ＴＶカメラ４９は、それ以外の距離測定に使用する
ことができる。又ＴＶカメラ４９の周知の自動焦点機構
を利用した距離測定手段を利用することもできる。

【００３６】又ＴＶカメラの撮像画面の処理として、図
７に示すように、全体の画像を６１で示す場合に、物体
を撮像した画面６２に対して画像処理画面６３として示
すように、４象限に分割する。この場合の４象限分割の
中心が、ハンドの指間の中心に相当するように設定する
ものであり、従って、円盤状の物体の画面６２が、各象
限内で同一面積となるように、ハンドの位置を制御す
る。それにより、ハンド４１の指４４，４５間の中心
（光軸４２）と物体４６の中心とを一致させることがで
きる。

【００３７】この場合の制御手段として、図８に示す構
成を用いることができる。同図に於いて、６３は図７に
於ける画像処理画面、６４〜６７は加算器、６８〜７０
は減算器である。画像処理画面６３に於ける４象限の各
ブロックＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに含まれる画素数を例えば３，
１５，２５，７としたとき、全体の画素数を示す和信号
（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）＝５０と、Ｙ方向偏差を示す差信号
（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）＝−１４と、Ｘ方向偏差を示す
差信号（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）＝−３０とを求める。

【００３８】これら和信号と２種類の差信号によって、
Ｘ，Ｙ方向の移動量が判るから、ハンド４１の指４４，
４５間の中心（光軸）と、物体４６に対応する画面６２
の中心とを一致させるように、アームを駆動制御して、
ハンド４１の位置制御を行うことができる。なお、この
ような追尾方法は、移動するミサイル自体、又はそれを
追尾するミサイル追尾システム等に適用されている技術
を利用することもできる。

【００３９】図９は画像処理の例を示し、（ａ）はＴＶ
画像、（ｂ）は２値画像、（ｃ）は密度関数を示す。こ
の場合、輪郭抽出により物体認識を行うもので、（ａ）
に示すＴＶ画像から処理ウィンドウ内に於けるエッジ抽
出によって２値化を行って、（ｂ）に示す２値画像を得
る。その後、縦（Ｙ）軸又は横（Ｘ）軸方向に於ける黒
ピクセル数を、横軸（又は縦軸）についてカウントする
と、（ｃ）に示す横（Ｘ）軸又は縦（Ｙ）軸の密度関数
が得られる。この密度関数の特徴から、物体を判断・認
識して、その大きさや形状が、目的とする物体か否かの
判断を行うことができる。一般に丸い物体の場合には、
図示のように、Ｘ方向の密度関数と、Ｙ方向の密度関数
とは同一形状となる。

【００４０】図１０はコニカルスキャン時の距離センサ
出力を例示したものである。アームを駆動して、ハンド
を目標の物体に接近させ、物体の取り付け面に対してコ
ニカルスキャンを行う。即ち、図４に於ける光軸４２を
中心軸とし、且つミラー４８を頂点としたコニカルスキ
ャン（円錐状走査）を行う。その時の走査角θと、距離
Ｒとの測定結果を示す。

【００４１】図４に於ける物体４６の作業面４７（物体
の取り付け面）に対して、円錐の中心軸が垂直である
と、円錐形の側面の頂点から底面までの長さは等しくな
る。即ち、コニカルスキャンによる走査角θが変化して
も距離Ｒは一定となる。しかし、図１０に示す測定結果
の場合は、円錐の中心軸が傾斜している状態を示すこと
になるから、この距離Ｒが一定となるようにハンド４１
の姿勢を制御するものである。

【００４２】なお、コニカルスキャンによる連続的な距
離測定のみでなく、例えば、１２０°おきの３点または
９０°おきの４点等の複数個所に於ける距離を測定する
ことによっても、物体の取り付け面に対するハンドの指
を取り付けた面とを平行状態とする姿勢制御を行うこと
もできる。

【００４３】又ハンドの移動経路は、一般的には、物理
的な最短経路で目標に向かう場合と、一旦、横（または
縦）に動き、その後、縦（または横）に動いて、目標に
向かう場合とがある。しかし、その移動経路の途中に障
害物があると、従来のロボットは、障害物回避機能を備
えていないので、ハンドが障害物に衝突することにな
る。これに対して、本発明は、障害物を回避する機能を
設けているものである。即ち、前述のコニカルスキャン
の機能を利用することができる。

【００４４】例えば、図１１に於いて、ハンド７１の物
体７３に対するコースＡ，Ｂ，Ｃの移動経路について、
障害物体７２が存在する場合、前述のコニカルスキャン
を行いながらハンド７１の移動制御を行うものである。
その場合のコースＡは、水平方向に移動した後、垂直方
向に移動する移動経路を示し、障害物体７２に衝突する
ことなく、ハンド７１を目標の物体７３に移動させるこ
とができる。又コースＣは、最初に垂直方向に移動し、
物体７３の取り付け面に対して所定の距離で水平方向に
移動させるもので、障害物体７２に衝突する。従って、
このコースＣは、通常は採用しないものである。

【００４５】又コースＢはおおまかな移動経路として最
短距離の移動経路の場合で、作業時間が短縮されること
から比較的多く適用されるものであるが、障害物体７２
にハンド７１が衝突する移動経路となる。しかし、本発
明に於いては、前述のように、コニカルスキャンにより
距離測定を継続して移動し、障害物体７２上のＰ点に於
ける測定距離Ｒが、予め設定された所定の距離Ｒ１以下
となると、コースＢを外れたコースＤのように測定距離
Ｒが距離Ｒ１以下とならない移動経路に従って、ハンド
７１を水平方向に移動制御する。

【００４６】そして、障害物体７２の上を通過して、Ｒ
＞Ｒ１の関係となると、目標の物体７３に向かって円弧
状の移動経路に沿ってハンド７１の移動制御を行う。そ
して、物体７３を識別し、Ｒ＜Ｒ１の関係となると、ハ
ンド７１を物体７３の取り付け面に対して前述の姿勢制
御を行うと共に、ハンド７１の指間の中心と物体７３の
中心とを一致させる制御を行った後、ハンド７１を下降
させて、ハンド７１の指を駆動して物体７３を把持す
る。

【００４７】なお、知能ロボットの安全の為に、アーム
の各関節の移動可能範囲を、計算機で予め設定してお
き、アームの関節に設けられている角度（または位置）
検出器（エンコーダ）によって検出された位置情報が、
各関節の移動可能範囲内になるように、計算機によって
常時監視し、アームの破損防止及び他の構造物の破損防
止を行う制御は、図示を省略した制御機能によって行わ
れている。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、距離セ
ンサ７と光学センサ８をハンド３の指２間の中心を通る
光路４に光分岐・結合素子５を介して光学的に結合した
ものであり、物体６に対する正確な位置合わせの制御が
容易となり、又座標変換演算処理が必要でなくなり、物
体６を把持する制御を自律的に且つ高速で実行できる利
点がある。又コニカルスキャンにより距離測定を行う構
成を備えたことにより、物体６の取り付け面に対するハ
ンド３の姿勢制御を行い、ハンド３の指２による物体６
の把持を正確に行うことができる。又光学センサ８によ
る撮像画像の処理や、物体６上に照射したマークの検
出、識別処理により物体６に対するハンド３の位置制御
を精度良く行うことができる。

【００４９】又ハンド３の指２の先端側にも光学センサ
を設けて、物体６側の撮像画像処理により、物体６の把
持過程に於ける移動経路の補正制御を精度良く行うこと
ができる。又ハンド３に可動ミラーを設けて、光分岐・
合成素子５と光学的に結合して、光学センサ８により物
体６の側面側からの撮像を可能とし、２眼視による距離
測定と状態監視とを行うことができる。又各指２に圧力
センサを設けて、物体６を把持する時に、均等な力で物
体６を安定に把持するように制御することができる。

【００５０】又ハンド３の移動経路上に障害物体が存在
する場合に於いても、距離測定をコニカルスキャン等を
利用して継続し、所定の距離以下となった時に障害物体
が存在すると判定して、迂回制御に移行させることがで
きるから、自律的に障害物体に対する回避の制御が可能
となる。従って、おおまかな指示を与えるだけで、自律
的な制御による物体６の把持の動作が可能となる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的構成を示す図である。

【図２】本発明を適用したロボットシステムの基本動作
を説明するシステムブロック図である。

【図３】ロボットの動作機構を示す図である。

【図４】ハンドの内部の構成を示す図である。

【図５】ＴＶカメラのモニタ画像を例示する図である。

【図６】アームの水平走査によって測距する場合の、三
次元ディスプレイ表示の例を示す図である。

【図７】ＴＶカメラの画像と画像処理画面を例示する図
である。

【図８】ハンド制御用偏差信号の発生回路を例示する図
である。

【図９】画像処理の例を示す図である。

【図１０】コニカルスキャン時の距離センサ出力を例示
する図である。

【図１１】距離センサを用いた障害物回避の経路例を示
す図である。

【符号の説明】

１アーム２指３ハンド４光路５光分岐・合成素子６物体７距離センサ８光学センサ９レーザ照射器１０光路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体を把持する為の複数の指を有するハ
ンドをアームの先端に備えた知能ロボットに於いて、前記ハンドに、該ハンドの指間の中心から該指間で把持
する物体側の方向の光路の入出射光を分岐及び合成する
光分岐・合成素子と、該光分岐・合成素子を介して前記
物体までの距離を測定する距離センサと、前記光分岐・
合成素子を介して前記物体の画像を取得する光学センサ
とを設け、前記距離センサによる前記物体までの距離測定結果と、
前記光学センサによる前記物体の画像の処理結果とに基
づいて、前記ハンドの位置と姿勢とを制御すると共に、
前記複数の指を駆動して前記物体を把持する制御機能を
備えたことを特徴とする知能ロボット。
【請求項２】前記ハンドを頂点として前記光路をコニ
カルスキャンして前記距離センサにより前記物体の取り
付け面の距離を測定し、複数個所の測定距離が等しくな
るように前記ハンドの姿勢を制御する制御機能を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の知能ロボット。
【請求項３】前記光学センサの視野を４象限に分割
し、各象限の画像を比較して、前記ハンドの中心からの
光路と前記物体の中心とのずれを検出し、該ずれを補正
するように前記アームと前記ハンドとを制御する制御機
能を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の知能
ロボット。
【請求項４】前記物体の面にマークを照射するレーザ
照射器を設け、前記マークを前記光学センサにより撮像
した画像を処理して、前記マークが撮像画像の中心とな
るように前記アームと前記ハンドとを制御する制御機能
を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の知能ロ
ボット。
【請求項５】前記ハンドの指の先端に前記物体方向を
撮像する光学センサを設け、該光学センサによる撮像画
像を処理して前記アームと前記ハンドとを制御する制御
機能を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか
１項記載の知能ロボット。
【請求項６】前記ハンドの指間の中心から該指間で把
持する物体側の方向の光路の入出射光を分岐及び合成す
る前記光分岐・合成素子と光学的に結合し、前記物体の
側面側を前記光学センサにより撮像する為の可動ミラー
を前記ハンドの側面側に設けたことを特徴とする請求項
１乃至５の何れか１項記載の知能ロボット。
【請求項７】前記ハンドに設けた複数の指の内側に圧
力センサを設け、該複数の指による前記物体を把持した
時の前記圧力センサにより検出した各指の把持力を均等
化させるように制御する制御機能を備えたことを特徴と
する請求項１乃至６の何れか１項記載の知能ロボット。
【請求項８】前記光学センサの撮像画像を処理して前
記アームと前記ハンドとを制御し、該ハンドの指間の中
心が前記物体の直上に移動するまでの間の前記距離セン
サ又は前記光学センサによる距離測定結果が所定の距離
以下の時に障害物と判断して該ハンドの移動経路を迂回
制御する制御機能を備えたことを特徴とする請求項１乃
至７の何れか１項記載の知能ロボット。