JP4001105B2 - Grasping method of arbitrarily shaped object by robot - Google Patents

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Description

本発明はロボットによって任意の形状の物体を把持する方法に関し、特に、視覚センサによって対象物の形状を認識して物体を把持する方法に関する。   The present invention relates to a method of gripping an object having an arbitrary shape by a robot, and more particularly to a method of gripping an object by recognizing the shape of an object using a visual sensor.

産業用ロボットなどでは、通常、把持対象物・処理内容が限定されており、対象物に応じたロボットハンドの形状や把持制御が行われている。さらに、把持対象物を単品から複数に拡大し、それぞれに応じた処理を行わせる技術として視覚センサを用いたロボットハンドがある(例えば、特許文献1、2参照。)
特許文献1の技術は、ハンドの指中心軸と、光学式の距離センサ、視覚センサの光軸を一致させることで、座標変換演算を不要としてハンドの動作速度の向上を図ったものである。特許文献2の技術は、ロボットハンドに対象物であるワークを撮像する撮像手段を配置し、撮像した画像を基にしてワークの位置、形状を算出してハンドの把持姿勢制御を行うものである。
特開平6−31666号公報 特開2003−94367号公報
In an industrial robot or the like, usually, the object to be grasped and the processing content are limited, and the shape of the robot hand and the grasping control according to the object are performed. Furthermore, there is a robot hand using a visual sensor as a technique for enlarging a gripping object from a single item to a plurality of items and performing processing corresponding to each (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
The technique of Patent Document 1 aims to improve the operation speed of the hand by making the finger center axis of the hand coincide with the optical axis of the optical distance sensor and the visual sensor so that the coordinate conversion calculation is unnecessary. The technique of Patent Document 2 is to place an imaging means for imaging a workpiece, which is an object, on a robot hand, calculate the position and shape of the workpiece based on the captured image, and control the gripping posture of the hand. .
JP-A-6-31666 JP 2003-94367 A

これらの技術では、把持対象物がロボットハンドによる把持を想定した把持部を持っていたり、ロボットハンドでの把持に適した形態をとっていることが前提となっている。しかしながら、ロボットハンドの適用範囲をさらに拡大していく場合、任意の形状を有する多様な物体を適切に把持する動作を行う必要が出てくる。   These techniques are based on the premise that the object to be grasped has a grasping portion that is assumed to be grasped by the robot hand, or has a form suitable for grasping by the robot hand. However, when the application range of the robot hand is further expanded, it is necessary to perform an operation of appropriately grasping various objects having arbitrary shapes.

そこで本発明は、視覚センサを有し、ロボットハンドによって任意形状物体を適切に把持することを可能とするロボットによる任意形状物体の把持方法を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for gripping an arbitrarily shaped object by a robot that has a visual sensor and can appropriately grasp an arbitrarily shaped object by a robot hand.

上記課題を解決するため、本発明に係るロボットによる任意形状物体の把持方法は、視覚センサと、多指・多関節を有するロボットハンドとを有するロボットによる任意形状物体の把持方法であって、(1)視覚センサで取得した対象物体の画像から、数種の所定単純形状のうちで対象物体形状に近似する単純形状を画像認識により求め、(2)求めた単純形状とその向き・大きさに基づいて、把持点を含む対象物体の断面が矩形となる把持形態である方形把持及び把持点を含む対象物体の断面が円形となる把持形態である円形把持から適切な把持方法を選択すると共に把持に用いる指の本数、把持方向、把持点の重心位置、及び把持点の配置を設定し、(3)それに応じてロボットハンドの各指の把持点を算出し、(4)各指を制御して把持動作を行うことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a method for gripping an arbitrarily shaped object by a robot according to the present invention is a method for grasping an arbitrarily shaped object by a robot having a visual sensor and a robot hand having multiple fingers and multiple joints, 1) From the image of the target object acquired by the visual sensor, a simple shape that approximates the target object shape is obtained from image recognition among several predetermined simple shapes, and (2) the obtained simple shape and its orientation and size are determined. based on, the cross-section of a target object including a gripping point section of the object including rectangular gripping and gripping point is holding pattern as a rectangle to select the appropriate holding method and a circular gripping a grip form a circular Set the number of fingers used for gripping, the gripping direction, the gravity center position of the gripping point, and the placement of the gripping point, and (3) calculate the gripping point of each finger of the robot hand accordingly, and (4) Control The gripping operation is performed.

この所定単純形状は、直方体を含み、対象物体が直方体に近似すると判定した場合は、床面を含まない対向する2面のうち2面間の距離の最も小さな2面上に把持点を配置する方形把持により把持動作を行うとよい。 When it is determined that the predetermined simple shape includes a rectangular parallelepiped and the target object approximates a rectangular parallelepiped, grip points are arranged on the two surfaces having the smallest distance between the two surfaces, which do not include the floor surface. The gripping operation may be performed by square gripping.

直方体近似の対象物を方形把持により把持する場合は、前記直方体における前記把持点が配置される把持平面の中心と、該把持平面の把持点の重心を一致させるとよい。 If an object of rectangular approximation gripping the square grip has a central grip plane the gripping point in the rectangular parallelepiped are arranged, it may match the center of gravity of the gripping point on the gripping plane.

また、所定単純形状は、楕円球を含み、対象物体が楕円球に近似すると判定した場合は、物体の中心を通る水平面と物体の表面との交線上に把持点を配置する円形把持により把持動作を行うとよい。 The predetermined simple shape comprises an oval sphere, if the target object is determined to approximate the ellipsoid, gripping operation by a circular gripping placing gripping point on intersection line between a horizontal plane and the surface of the object passing through the center of the object It is good to do.

楕円球近似の対象物を円形把持により把持する場合は、把持に関与する指のうち、対象物体よりロボットの体に近い側に配置される指の把持点の重心位置と、対象物体よりロボットの体に遠い側に配置される指の把持点の重心位置とを結ぶ線が近似した楕円球の中心を通るよう各把持点を配置するとよい。   When gripping an object that is an ellipsoidal approximation by circular gripping, among the fingers involved in gripping, the position of the center of gravity of the gripping point of the finger placed closer to the body of the robot than the target object, and the robot from the target object Each gripping point may be arranged so that the line connecting the center of gravity of the gripping point of the finger placed on the side far from the body passes through the approximate center of the elliptic sphere.

さらに、所定の単純形状は、円柱を含み、対象物体が円柱に近似すると判定した場合は、円柱の中心軸の向きにより、円柱表面と該中心軸を含む平面との交線上に把持点を配置する方形把持と、円柱の端面上に把持点を配置する円形把持のいずれかを選択して把持動作を行うとよい。 Furthermore, when it is determined that the predetermined simple shape includes a cylinder and the target object approximates a cylinder, the gripping point is arranged on the intersection of the cylinder surface and the plane including the center axis depending on the direction of the center axis of the cylinder. The gripping operation may be performed by selecting either the square gripping to be performed or the circular gripping in which the gripping point is arranged on the end surface of the cylinder.

円柱近似の対象物を方形把持により把持する場合は、把持に関与する指のうち、対象物体よりロボットの体に近い側に配置される指の把持点の重心位置と、対象物体よりロボットの体に遠い側に配置される指の把持点の重心位置とを結ぶ線が近似した円柱の中心軸と交わるよう各把持点を配置するとよい。   When gripping an object with a cylindrical approximation by square grip, among the fingers involved in gripping, the center of gravity position of the grip point of the finger placed closer to the robot body than the target object, and the robot body from the target object It is preferable to arrange each gripping point so that a line connecting the center of gravity of the gripping point of the finger placed on the far side intersects the approximate center axis of the cylinder.

本発明においては、まず、対象物の画像を視覚センサにより撮像し、取得した画像から画像認識を行うことで、対象物を単純な形状(直方体、円柱、楕円球等)へ当てはめる(近似する)。近似した形状、その向き、大きさから方形把持、円形把持のうちで適切な把持方法を選択し、選択した把持方法による把持点を算出する。求めた把持点から逆算して把持点への各指の移動経路を求め、求めた移動経路に応じて各指を制御し、対象物を把持する。   In the present invention, first, an image of an object is picked up by a visual sensor, and image recognition is performed from the acquired image, so that the object is applied (approximated) to a simple shape (a rectangular parallelepiped, a cylinder, an elliptic sphere, etc.). . An appropriate gripping method is selected from the approximate shape, its orientation, and size from among square gripping and circular gripping, and a gripping point by the selected gripping method is calculated. The movement path of each finger to the gripping point is obtained by calculating backward from the obtained gripping point, each finger is controlled according to the obtained movement path, and the object is gripped.

算出した把持点へロボットハンドの指を配置可能か否かを判定し、配置不能と判定した場合には、把持面または把持点を所定の軸に対して回転させて再試行するとよい。 It is determined whether or not the finger of the robot hand can be placed at the calculated gripping point. If it is determined that the finger cannot be placed, the gripping surface or the gripping point may be rotated about a predetermined axis and retried.

対象物とロボットとの位置関係によっては、設定した把持点と指との対応関係が満たされるよう指を配置することができない場合がある。このような場合は、把持面または把持点を所定のを中心として回転させて再試行、つまり、把持点の設定と把持点への各指の移動経路の設定を行う。 Depending on the positional relationship between the object and the robot, the finger may not be placed so that the set correspondence between the gripping point and the finger is satisfied. In such a case, the gripping surface or the gripping point is rotated around a predetermined axis , and a retry is performed, that is, the gripping point is set and the movement path of each finger to the gripping point is set.

本発明によれば、対象物を単純な形状に当てはめ、当てはめた形状に応じて把持方法、把持点の設定を行うことで、比較的複雑な形状を有する任意の物体についても把持が可能となり、ロボットハンドの適用範囲が拡大する。また、当てはめを行うことで、把持方法、把持点の選択部分のプログラムを共通化し、簡略化することができるので、制御に必要なプログラム容量が少なくてすみ、確実な把持が行える。   According to the present invention, it is possible to grip an arbitrary object having a relatively complicated shape by fitting an object to a simple shape and setting a gripping method and a gripping point according to the fitted shape. The application range of robot hands is expanded. In addition, since the fitting method and the program for selecting the gripping point can be made common and simplified by performing the fitting, the program capacity required for the control can be reduced, and reliable gripping can be performed.

対象物とロボットの位置関係によって、最初に設定した把持点での把持が困難な場合も、把持面・把持点を所定のを中心として回転させることで把持点の調整を簡略化することができ、把持不能となるのを抑制して、対象物を確実に把持することができる。 Even if it is difficult to grip at the initially set gripping point due to the positional relationship between the object and the robot, the gripping point adjustment can be simplified by rotating the gripping surface and gripping point around a predetermined axis. It is possible to suppress gripping and prevent the object from being gripped.

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the drawings as much as possible, and duplicate descriptions are omitted.

図1は本発明に係るロボットによる任意形状物体の把持方法が適用されるロボットハンドの構成を示す図であり、図2は、その制御系、つまり、本発明に係るロボットによる任意形状物体の把持方法を実行する制御系を示すブロック構成図である。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a robot hand to which a method of gripping an arbitrarily shaped object by a robot according to the present invention is applied. FIG. 2 is a diagram illustrating a control system thereof, that is, gripping an arbitrarily shaped object by a robot according to the present invention. It is a block block diagram which shows the control system which performs a method.

本実施形態のロボットハンド1は、母指10、示指11、中指12、薬指13の4指からなる。母指10は、4つの関節ごとにそれぞれモータ14が配置された4自由度のリンク系であり、根元に6軸力センサ15が配置されている。この6軸力センサ15は、互いに直交する3軸方向のそれぞれに沿う方向の力と、各軸方向回りの力を独立に検出可能なセンサである。他の3指11〜13は、最先端の関節を除く3つの関節ごとにそれぞれモータ14が配置され、最先端の関節は、隣接する関節と連動する構成とされている(連動関節17)。したがって、4関節でそれぞれ3自由度のリンク系を構成する。ロボットハンド1全体の自由度は13となる。各指11〜13の根元にはそれぞれ母指10と同様に6軸力センサ15が配置されている。これらの各指の先端10t〜13tは、曲面形状の弾性体で構成されている。さらに、各関節には、関節の曲げ角度を検出するためのエンコーダポテンションメータ16が配置されている。   The robot hand 1 according to the present embodiment includes four fingers: a thumb 10, an index finger 11, a middle finger 12, and a ring finger 13. The thumb 10 is a four-degree-of-freedom link system in which a motor 14 is arranged for each of four joints, and a six-axis force sensor 15 is arranged at the root. The six-axis force sensor 15 is a sensor that can independently detect a force in a direction along each of the three axial directions orthogonal to each other and a force around each axial direction. The other three fingers 11 to 13 are configured such that the motor 14 is arranged for each of the three joints excluding the most advanced joint, and the most advanced joint is configured to interlock with an adjacent joint (interlocking joint 17). Therefore, each of the four joints constitutes a link system having three degrees of freedom. The degree of freedom of the entire robot hand 1 is 13. A 6-axis force sensor 15 is arranged at the base of each finger 11 to 13 like the thumb 10. The tips 10t to 13t of these fingers are composed of curved elastic bodies. Further, an encoder potentiometer 16 for detecting the bending angle of the joint is disposed at each joint.

このロボットハンド1は、図1、図2では図示を省略しているが、アーム7によって、ロボット本体8に取り付けられている。ロボット本体8は、左右にアーム7を有し、頭部にカメラアイ3を備えている。アーム7にもモータとエンコーダポテンションメータが配置され、ロボットハンド1を所望の位置に移動させることが可能な構成となっている。   Although not shown in FIGS. 1 and 2, the robot hand 1 is attached to the robot body 8 by an arm 7. The robot body 8 has arms 7 on the left and right sides and a camera eye 3 on the head. The arm 7 is also provided with a motor and an encoder potentiometer so that the robot hand 1 can be moved to a desired position.

制御系は、RAM、ROM、CPU等で構成される制御ECU2を中心に構成されており、把持対象物の画像を撮影するカメラアイ3の出力画像から画像認識によって対象物の形状・位置を認識する画像認識部20と、認識結果を基にして把持位置・把持姿勢を計算する把持姿勢演算部21と、ロボットハンド1の動きを制御するハンド制御部22とを有している。ハンド制御部22には、上述した各6軸力センサ15と、エンコーダポテンションメータ16の各出力信号が入力され、モータドライバ4により、各モータ14の動きを制御する。   The control system is mainly configured by a control ECU 2 including a RAM, a ROM, a CPU, and the like, and recognizes the shape and position of an object by image recognition from an output image of a camera eye 3 that captures an image of the grasped object. An image recognizing unit 20, a gripping posture calculating unit 21 that calculates a gripping position / griping posture based on the recognition result, and a hand control unit 22 that controls the movement of the robot hand 1. The 6-axis force sensor 15 and the output signals of the encoder potentiometer 16 are input to the hand control unit 22, and the movement of each motor 14 is controlled by the motor driver 4.

制御系は、このような構成に限られるものではなく、指示された姿勢となるようロボットハンド1の動きを制御する制御部と、画像認識装置や把持姿勢の演算部を、別体としてもよい。また、ハードウェア的に区分されていてもソフトウェア的に区分されていてもよい。   The control system is not limited to such a configuration, and the control unit that controls the movement of the robot hand 1 so as to have the instructed posture, and the image recognition device and the gripping posture calculation unit may be separated. . Further, it may be divided by hardware or software.

続いて、このロボットハンド1によって把持対象物を把持する際の制御方法を具体的に説明する。図3は、制御処理のメインフローチャートである。   Next, a control method for gripping a gripping object by the robot hand 1 will be specifically described. FIG. 3 is a main flowchart of the control process.

最初に、カメラアイ3から入力された画像情報を基にして、画像認識部20が画像認識により、把持対象物を所定の単純形状のいずれかに当てはめる(ステップS1)。ここでは、直方体(立方体を含む)、円柱、楕円球(真円球を含む)のうちいずれかの単純形状への当てはめ(近似)を行うものとする。この当てはめにおいては、把持対象物を内包する最小の単純形状を求める。図4〜図6は、それぞれ、任意形状物体、コップ、りんごを直方体、円柱、楕円球に当てはめた場合の当てはめの例を示している。この当てはめは、テンプレートマッチング、特徴抽出、相関演算等によって行うことができる。単純形状に当てはめたら、当てはめた単純形状の大きさと向きを求める(ステップS3)。   First, based on the image information input from the camera eye 3, the image recognition unit 20 applies the gripping object to one of the predetermined simple shapes by image recognition (step S1). Here, it is assumed that fitting (approximation) to any simple shape among a rectangular parallelepiped (including a cube), a cylinder, and an elliptical sphere (including a perfect sphere) is performed. In this fitting, a minimum simple shape including the grasped object is obtained. 4 to 6 show examples of fitting in the case where an arbitrarily shaped object, a cup, and an apple are fitted to a rectangular parallelepiped, a cylinder, and an elliptic sphere, respectively. This fitting can be performed by template matching, feature extraction, correlation calculation, or the like. If it is applied to the simple shape, the size and orientation of the applied simple shape are obtained (step S3).

ステップS5では、当てはめた単純形状の種別を判別し、判別した単純形状に応じてステップS11、S31、S41へと分岐させる。   In step S5, the type of the applied simple shape is determined, and the process branches to steps S11, S31, and S41 according to the determined simple shape.

ステップS11では、当てはめた単純形状が直方体の場合の把持方法決定処理を行う。具体的な処理のフローチャートを図7に示す。まず、把持方法を方形把持に設定する(ステップS110)。ここで、方形把持は、把持点を含む対象物断面が矩形となる把持形態である。そして、対向する2面の組み合わせ(3組存在する。)のうち、2面間の距離が最も近い2面を把持平面とする(ステップS112)。   In step S11, a gripping method determination process is performed when the fitted simple shape is a rectangular parallelepiped. A flowchart of specific processing is shown in FIG. First, the gripping method is set to square gripping (step S110). Here, the square grip is a grip form in which the cross section of the object including the grip point is rectangular. Then, the two surfaces having the shortest distance between the two surfaces in the combination of the two surfaces facing each other (there are three sets) are set as the gripping plane (step S112).

次に、その2面のうち一方が床面に接している面か否かを判定する(ステップS114)。床面に接している場合には、他の対向する2面の組みあわせ(2組)のうち、2面間の距離が近いほうを把持平面に設定する(ステップS116)。床面に接していない場合には、選択していた把持平面を維持する。   Next, it is determined whether one of the two surfaces is in contact with the floor surface (step S114). If it is in contact with the floor surface, the combination of the two opposing surfaces (two sets) that has a shorter distance between the two surfaces is set as the gripping plane (step S116). If it is not in contact with the floor, the selected grip plane is maintained.

ここで、2面間の距離が最も近い対向する2平面の組み合わせが2組以上存在する場合(いずれかの断面が正方形の場合)には、ロボット本体8に近い側の平面を含む組み合わせを優先し、距離も同一の場合には、ロボット本体8に対して外側に位置する側の平面を含む組み合わせを優先する。   Here, when there are two or more pairs of opposing two planes having the shortest distance between the two surfaces (when either cross section is a square), the combination including the plane closer to the robot body 8 is given priority. If the distances are the same, a combination including a plane on the outer side with respect to the robot body 8 is given priority.

把持平面が確定したら、対象物の主軸方向の長さLMを判定して分岐する(ステップS118)。ここで、直方体における主軸とは、物体の中心を通り、把持平面を構成する長辺方向に平行な直線を指す。把持平面が正方形の場合には、ロボット本体8に近い側の辺方向に平行な直線を主軸とする。 When gripping plane is determined and branches to determine the main axis of the length L M of the object (step S118). Here, the main axis in the rectangular parallelepiped refers to a straight line that passes through the center of the object and is parallel to the long side direction constituting the grip plane. When the grip plane is a square, a straight line parallel to the side direction closer to the robot body 8 is used as the main axis.

主軸方向の長さLMが短く、L未満の場合には、ステップS120に移行して2本指把持とし、主軸方向の長さLMが十分に長く、L(L>L)を超える場合には、ステップS122に移行して4本指把持とし、主軸方向の長さLMがL以上L以下の場合には、ステップS124に移行して3本指把持に設定する。 When the length L M in the main axis direction is short and less than L 0 , the process proceeds to step S120 to hold two fingers, the length L M in the main axis direction is sufficiently long, and L 1 (L 1 > L 0 ), The process moves to step S122 to hold four fingers, and if the length L M in the main axis direction is L 0 or more and L 1 or less, the process goes to step S124 and is set to hold three fingers. To do.

把持に用いる指の本数が確定したらステップS126へと移行して主軸方向を判定する。主軸方向が横(例えば、水平面となす角度が45度未満の場合)と判定した場合には、把持方向を上方からに設定する(ステップS128)。主軸方向が横ではなく鉛直に近いと判定した場合には、把持方向を横方向からに設定する(ステップS130)。   When the number of fingers used for gripping is determined, the process proceeds to step S126 to determine the spindle direction. When it is determined that the main axis direction is horizontal (for example, when the angle formed with the horizontal plane is less than 45 degrees), the gripping direction is set from above (step S128). If it is determined that the main axis direction is not horizontal but close to vertical, the gripping direction is set from the horizontal direction (step S130).

把持方向、把持面、把持に用いる指の本数が確定したら、ステップS13へと移行して把持点の空間座標位置を求める。   When the gripping direction, the gripping surface, and the number of fingers used for gripping are determined, the process proceeds to step S13 to obtain the spatial coordinate position of the gripping point.

4本指把持の場合の把持点位置を図8に示す。ここで、対象物6を当てはめた直方体60で表し、この直方体60には、把持平面60A、60Bと主軸60Cが設定されている。主軸60C上に直方体60の中心60Oを設定し、把持平面60A、60Bおよび主軸60Cに直交する直線60Dと把持平面60A(両把持平面60A、60Bのうち、ロボットに近い側の平面)の交点を母指10による把持点10Xとし、直線60Dと把持平面60Bの交点を中指12による把持点12Xとする。そして、把持平面60B上で12Xから主軸60C方向にΔlずつ離れた2点(2点の中心が12Xとなる。)をそれぞれ示指11による把持点11X、薬指13による把持点13Xとする。   FIG. 8 shows gripping point positions in the case of four-finger gripping. Here, it represents with the rectangular parallelepiped 60 to which the target object 6 was fitted, The holding plane 60A, 60B and the main axis | shaft 60C are set to this rectangular parallelepiped 60. FIG. The center 60O of the rectangular parallelepiped 60 is set on the main axis 60C, and the intersections of the holding planes 60A and 60B and the straight line 60D orthogonal to the main axis 60C and the holding plane 60A (the plane closer to the robot of the both holding planes 60A and 60B). A gripping point 10X by the thumb 10 is set, and an intersection of the straight line 60D and the gripping plane 60B is a gripping point 12X by the middle finger 12. Then, two points (the center of the two points are 12X) that are separated by 12 from 12X in the direction of the main axis 60C on the gripping plane 60B are defined as a gripping point 11X by the index finger 11 and a gripping point 13X by the ring finger 13, respectively.

2本指把持の場合は、図9に示されるように、4本指把持の場合と同一の手法で、把持点10X、12Xを求める。なお、中指12に代えて示指11により把持してもよい(この場合には、把持点12X位置に把持点11Xを配置することになる)。   In the case of gripping with two fingers, as shown in FIG. 9, grip points 10X and 12X are obtained by the same method as in the case of gripping with four fingers. In addition, you may hold | grip with the index finger 11 instead of the middle finger 12 (In this case, the holding point 11X will be arrange | positioned in the holding point 12X position).

3本指指示の場合も基本的な配置は4本指把持の場合と同様である。その把持点位置を図10に示す。この場合も、把持平面60A、60Bおよび主軸60Cに直交する直線60Dと把持平面60A、60Bそれぞれの交点を求める。60Aとの交点を母指10による把持点10Xとする点は2本指、4本指把持の場合と共通するが、直線60Dと把持平面60Bの交点自体をいずれかの指の把持点に設定するのではなく、この交点を示指11による把持点11Xと中指12による把持点12Xの中点とする。ここで、把持点11Xと12Xは、主軸60C方向にΔl離れて配置される。   In the case of a three-finger instruction, the basic arrangement is the same as in the case of four-finger gripping. The gripping point position is shown in FIG. Also in this case, intersections between the straight lines 60D orthogonal to the gripping planes 60A and 60B and the main axis 60C and the gripping planes 60A and 60B are obtained. The point at which the intersection point with 60A is the gripping point 10X by the thumb 10 is the same as in the case of gripping two fingers or four fingers, but the intersection point of the straight line 60D and the gripping plane 60B is set as the gripping point of any finger. Instead, this intersection is set as the midpoint of the gripping point 11X by the index finger 11 and the gripping point 12X by the middle finger 12. Here, the gripping points 11X and 12X are arranged at a distance of Δl in the direction of the main shaft 60C.

把持点座標が決まったら、把持点に各指を配置するための把持姿勢を逆運動学手法により算出する(ステップS15)。具体的には、各指→手首→アームの順に先端からロボット本体へ向かってそれぞれの姿勢と位置を算出する。   When the gripping point coordinates are determined, a gripping posture for placing each finger at the gripping point is calculated by an inverse kinematic method (step S15). Specifically, each posture and position are calculated from the tip toward the robot body in the order of each finger, wrist, and arm.

把持姿勢が算出できたら、アーム関節角が可動範囲内にあるか否かを判定する(ステップS17)。可動範囲外の場合は、ステップS19へと移行して把持点の調整処理を行う。この把持点調整処理は直方体の場合、以下のようにして行う。   If the grip posture can be calculated, it is determined whether or not the arm joint angle is within the movable range (step S17). If it is out of the movable range, the process proceeds to step S19 to perform grip point adjustment processing. This gripping point adjustment processing is performed as follows in the case of a rectangular parallelepiped.

把持方向が横方向からに設定されている場合の調整例を図11に示す。初期設定の把持方向が図中の1に示される方向からだとすると、これを1→2→3→4の順に上から見て反時計回りに90度ずつ変更する。つまり、把持平面を反時計回りに隣接の面へと移動させていくことになる。   FIG. 11 shows an example of adjustment when the gripping direction is set from the lateral direction. If the initial gripping direction is from the direction indicated by 1 in the figure, this is changed in the order of 1 → 2 → 3 → 4 by 90 degrees counterclockwise as viewed from above. That is, the gripping plane is moved counterclockwise to the adjacent surface.

把持方向が上方向からに設定されている場合の調整例を図12に示す。初期設定の把持方向が図中の5に示される方向からだとする(ここで、図の手前側に母指を配置するものとする。図中他の場合も数字は母指に近い側を示す)。この場合も、把持方向を5→6→7→8の順に上から見て反時計回りに90度ずつ変更する。つまり、把持平面を反時計回りに隣接の面へと移動させていくことになる点では横方向からの場合と同様である。   An adjustment example when the gripping direction is set from above is shown in FIG. Assume that the initial gripping direction is from the direction indicated by 5 in the figure (where the thumb is placed on the front side of the figure. In other cases, the number indicates the side closer to the thumb) ). Also in this case, the gripping direction is changed by 90 degrees counterclockwise when viewed from above in the order of 5 → 6 → 7 → 8. That is, it is the same as the case from the side in that the gripping plane is moved counterclockwise to the adjacent surface.

次のステップS21では、把持方向調整の限界位置に至っていないかを判定する。具体的には、直方体の場合は、初期設定位置に戻った場合を限界位置と判定し、把持不能と判定してステップS23へと移行し、把持不能である旨を報知して処理を終了する。把持方向が初期位置に至っていない場合には限界位置に至っていないと判定してステップS13へと戻り、把持点位置座標の計算から再計算を行う。   In the next step S <b> 21, it is determined whether or not the gripping direction adjustment limit position has been reached. Specifically, in the case of a rectangular parallelepiped, the case of returning to the initial setting position is determined as the limit position, it is determined that gripping is impossible, the process proceeds to step S23, the gripping is impossible, and the process ends. . If the gripping direction has not reached the initial position, it is determined that the limit position has not been reached, and the process returns to step S13 to perform recalculation from the calculation of the gripping point position coordinates.

ステップS17でアームが可動範囲内にあると判定した場合は、把持動作へと移行する。具体的には、アーム、手首のモータを制御して目標把持姿勢を得る(ステップS25)。次に、ハンド制御部22は、エンコーダポテンションメータ16の出力が所定の角度位置となるようモータドライバ4によりロボットハンド1の各モータ14を制御することで、各指の先端を求めた把持位置へと配置する(ステップS27)。そして、6軸力センサ15の出力から算出した把持力が目標値となるようモータ14の動作を制御することで把持を行う(ステップS29)。把持後は、別のプログラムに移行し、対象物の移動や姿勢変更等所定の動作を実行する。   If it is determined in step S17 that the arm is within the movable range, the process proceeds to a gripping operation. Specifically, the target gripping posture is obtained by controlling the motors of the arm and wrist (step S25). Next, the hand control unit 22 controls each motor 14 of the robot hand 1 by the motor driver 4 so that the output of the encoder potentiometer 16 is at a predetermined angular position, thereby obtaining the grip position where the tip of each finger is obtained. (Step S27). Then, gripping is performed by controlling the operation of the motor 14 so that the gripping force calculated from the output of the six-axis force sensor 15 becomes a target value (step S29). After gripping, the program shifts to another program, and a predetermined operation such as movement of the object and posture change is executed.

ステップS5で当てはめた単純形状が楕円球であった場合には、ステップS31へと分岐して楕円球の場合の把持方法決定処理を行う。この場合の詳細な処理のフローチャートを図13に示す。まず、上方からの円形把持に設定する(ステップS310)。円形把持は、把持点を含む対象物断面が楕円形(真円形を含む)となる把持形態である。最初に、把持に用いる指の本数を決定する。具体的には、対象物の中心を含む水平断面における長径DLをしきい値Dと比較する(ステップS312)。長径DLがしきい値D未満の場合には、2本指把持とし(ステップS314)、長径DLがしきい値D以上の場合には、4本指把持とする(ステップS316)。 If the simple shape fitted in step S5 is an elliptical sphere, the process branches to step S31 to perform a gripping method determination process in the case of an elliptical sphere. FIG. 13 shows a flowchart of detailed processing in this case. First, the circular grip from above is set (step S310). Circular gripping is a gripping form in which a cross section of an object including a gripping point is elliptical (including a true circle). First, the number of fingers used for gripping is determined. Specifically, the major axis D L in the horizontal cross section including the center of the object is compared with the threshold D 0 (step S312). When the long diameter D L is less than the threshold D 0 , the two fingers are gripped (step S 314), and when the long diameter D L is the threshold D 0 or more, the four fingers are gripped (step S 316). .

把持方法を決定したら、ステップS13へと移行して把持点位置を求める。把持点位置の求め方を図14を参照して説明する。ここで、対象物6を当てはめた楕円球を62とし、楕円球62中で、中心62Oを含む水平断面を62Dで、その水平断面62Dと楕円球62の表面との交線である円周を62Rで、中心62Oを通る垂直線ベクトルを62Vでそれぞれ表す。   When the gripping method is determined, the process proceeds to step S13 to determine the gripping point position. A method of obtaining the gripping point position will be described with reference to FIG. Here, the elliptical sphere fitted with the object 6 is defined as 62, the horizontal section including the center 62O is 62D in the elliptical sphere 62, and the circumference that is the intersection of the horizontal section 62D and the surface of the elliptical sphere 62 is defined as the circle. A vertical line vector passing through the center 62O is represented by 62V and 62V.

アーム7の付け根の空間位置座標をR1、その鉛直下向きに所定距離h離れた位置の空間位置座標をR2とする。ここで、R1の空間位置座標が(x,y,z)で表されるとき、R2の空間位置座標は、(x,y,z−h)で表せる。R1、R2、62Oを含む平面を求め、この平面Pと円周62Rの交点2点を求め、そのうちのロボット本体8に近い側を母指10による把持点10Xとし、他方の点を中指12による把持点12Xとする(図15(a)参照)。2本指把持の場合には、これで把持点設定処理は終了する。   The spatial position coordinate of the base of the arm 7 is R1, and the spatial position coordinate at a position that is a predetermined distance h away vertically downward is R2. Here, when the spatial position coordinates of R1 are represented by (x, y, z), the spatial position coordinates of R2 can be represented by (x, y, z-h). A plane including R1, R2, and 62O is obtained, two intersection points of the plane P and the circumference 62R are obtained, and the side closer to the robot body 8 is set as a gripping point 10X by the thumb 10, and the other point is set by the middle finger 12. The gripping point is 12X (see FIG. 15A). In the case of two-finger gripping, the gripping point setting process ends here.

4本指把持の場合には、さらに、把持点12Xから距離Δlずつ離れた円周62R上の2点をそれぞれ示指11による把持点11X、薬指13による把持点13Xとする(図15(b)参照)。距離Δlに代えて、把持点12Xを中心62Oに対して±θだけ円周62R上にずらした位置に把持点11X、13Xを配置してもよい。   In the case of four-finger gripping, two points on the circumference 62R that are separated by a distance Δl from the gripping point 12X are set as a gripping point 11X by the index finger 11 and a gripping point 13X by the ring finger 13, respectively (FIG. 15B). reference). Instead of the distance Δl, the gripping points 11X and 13X may be arranged at positions where the gripping point 12X is shifted on the circumference 62R by ± θ with respect to the center 62O.

把持点座標が決まったら把持姿勢の算出を行う(ステップS15)。これ以降の処理は、把持点調整処理を除いて当てはめた形状が直方体の場合と同一である。そのため、処理の異なる把持点調整処理についてのみ説明する。   When the gripping point coordinates are determined, the gripping posture is calculated (step S15). The subsequent processing is the same as that when the fitted shape is a rectangular parallelepiped except for the gripping point adjustment processing. Therefore, only the gripping point adjustment process with different processes will be described.

ステップS19の把持点調整処理は、円形把持の場合には以下のように行う。図15(a)(b)に示される各把持点位置を、円周62R上で鉛直軸を中心として反時計回りに5度ずつ移動させる。ステップS39では、この移動角度が初期設定位置から180度を超えた場合に、限界位置と判定して把持不能と判定する。   The gripping point adjustment process in step S19 is performed as follows in the case of circular gripping. Each gripping point position shown in FIGS. 15A and 15B is moved by 5 degrees counterclockwise around the vertical axis on the circumference 62R. In step S39, when the movement angle exceeds 180 degrees from the initial setting position, it is determined as the limit position and it is determined that the grip is impossible.

ステップS5で当てはめた形状が円柱であった場合には、ステップS41に移行して把持方法決定処理を行う。具体的な処理のフローチャートを図16に示す。まず、主軸の方向を判定する(ステップS410)。主軸方向が横方向(主軸と鉛直方向とのなす角度が所定角度、例えば45度、以上の場合)にある、つまり円柱が横倒しになっていると判定した場合には、ステップS412へと移行してさらに円柱の長さを判定して分岐する。円柱の長さLが短く、L未満の場合には、ステップS414に移行して2本指把持とし、円柱の長さLが十分に長く、L(L>L)を超える場合には、ステップS416に移行して4本指把持とし、円柱の長さLがL以上L以下の場合には、ステップS418に移行して3本指把持に設定する。 If the shape fitted in step S5 is a cylinder, the process proceeds to step S41 to perform a gripping method determination process. A flowchart of specific processing is shown in FIG. First, the direction of the spindle is determined (step S410). If it is determined that the main axis direction is the horizontal direction (when the angle between the main axis and the vertical direction is a predetermined angle, for example, 45 degrees or more), that is, it is determined that the cylinder is lying down, the process proceeds to step S412. Then, determine the length of the cylinder and branch. When the length L P of the cylinder is short and less than L 0 , the process proceeds to step S414 to hold two fingers, the length L P of the cylinder is sufficiently long, and L 1 (L 1 > L 0 ) is set. when it exceeds the set to transition to four-finger grip to step S416, if the length L P of the cylinder is L 0 or L 1 or less is set to migrate to three fingers gripping the step S418.

ステップS414、S418で2本指または3本指把持に設定した場合には、さらに、円柱の直径Dとしきい値Dthとを比較する(ステップS420)。D>Dthであり、円柱よりも円盤に近い形状であると判定した場合には、横方向からの4本指による方形把持に変更する(ステップS422)。DがDth以下と判定した場合と、ステップS416で4本指把持に設定した場合は、上方からの方形把持に設定する(ステップS424)。 Step S414, in the case of setting the two fingers or three fingers grasping at S418 is further compared with the diameter D P and the threshold Dth of the cylinder (step S420). If D P > Dth and it is determined that the shape is closer to the disk than the cylinder, the shape is changed to square gripping with four fingers from the lateral direction (step S422). And if the D P is determined to less Dth, if you set the four-finger grip in step S416, it sets the square gripping from above (step S424).

ステップS410で主軸方向が縦方向と判定した場合には、ステップS426へと移行して円柱の長さ(高さ)Lとしきい値Lth(Lth>L)とを比較する。L>Lthの場合には、十分に長い円柱であると判定して、横からの4本指による方形把持に設定する(ステップS428)。LがLth以下の場合には、円柱が短いと判定して上方からの円形把持に設定し(ステップS430)、円柱の直径Dとしきい値Dth2とを比較する(ステップS432)。 Principal axis direction at step S410 is when it is determined that the vertical direction, the process proceeds to step S426 length of the cylinder (height) comparing the L P and the threshold Lth (Lth> L 1). If L P > Lth, the cylinder is determined to be a sufficiently long cylinder, and is set to square gripping with four fingers from the side (step S428). If L P is less than or equal to Lth, it is determined that the cylinder is short and is set to circular gripping from above (step S430), and the diameter D P of the cylinder and the threshold value Dth2 are compared (step S432).

>Dth2であり、十分な太さの円柱であると判定した場合には、4本指把持とする(ステップS434)。逆にDがDth2以下で十分な太さのない細い円柱と判定した場合は、2本指把持に設定する(ステップS436)。 When it is determined that D P > Dth2 and the cylinder is sufficiently thick, the four-finger grip is set (step S434). If it is determined that the thin cylindrical D P is not enough thickness in Dth2 less Conversely, setting the two fingers gripping (step S436).

把持方法を決定したら、ステップS13へと移行して把持点位置を求める。この場合の把持点位置の求め方を図17〜図20を参照して説明する。ここで、対象物6を当てはめた円柱を61で表し、円柱61の主軸を61c、その中心を61Oとし、壁面を61w、両端面をそれぞれ61A、61Bで表す。   When the gripping method is determined, the process proceeds to step S13 to determine the gripping point position. A method for obtaining the gripping point position in this case will be described with reference to FIGS. Here, a cylinder fitted with the object 6 is represented by 61, the main axis of the cylinder 61 is 61c, its center is 61O, the wall surface is 61w, and both end surfaces are represented by 61A and 61B, respectively.

方形把持の場合には、基本的には直方体の場合に類似する。まず、円盤の端面を把持する場合には、図17(a)に示されるように、端面61A、61Bをそれぞれ把持平面として、図8に示される直方体60の場合と同様の方法で各把持点10X〜13Xを配置する。これにより、中心軸上に把持点10Xと12Xとが配置されることになる。   In the case of rectangular gripping, it is basically similar to that of a rectangular parallelepiped. First, when gripping the end surface of the disk, as shown in FIG. 17A, each end point 61A, 61B is used as a gripping plane, and each gripping point is processed in the same manner as in the case of the rectangular parallelepiped 60 shown in FIG. 10X to 13X are arranged. As a result, the gripping points 10X and 12X are arranged on the central axis.

横向きの円柱を上方から把持する場合(4本指把持の場合)は、図17(b)に示されるように、円柱61の中心61Oを通り、主軸61cに直交する水平方向の直線61Dを求め、これと壁面61wとの交点をそれぞれ母指10による把持点10X、中指12による把持点12Xとする。そして、把持点12Xをはさみ、主軸方向にそれぞれΔlだけ離れた点をそれぞれ示指11による把持点11X、薬指13による把持点13Xとする。   When gripping a horizontal cylinder from above (in the case of holding four fingers), as shown in FIG. 17B, a horizontal straight line 61D passing through the center 61O of the cylinder 61 and orthogonal to the main axis 61c is obtained. The intersection of this and the wall surface 61w is defined as a gripping point 10X by the thumb 10 and a gripping point 12X by the middle finger 12, respectively. Then, the gripping point 12X is sandwiched, and the points separated by Δl in the main axis direction are set as the gripping point 11X by the index finger 11 and the gripping point 13X by the ring finger 13, respectively.

縦向きの円柱を横方向から把持する場合を、図18、図19を参照して説明する。図14に示される場合と同様に、アーム7の付け根の空間位置座標をR1、その鉛直下向きに所定距離h離れた位置の空間位置座標をR2とする。そして、R1、R2をロボット本体8側に距離sだけシフトさせた点をR1’、R2’とする。これは、図19に示されるように、横方向からの円柱把持の場合には、ロボットハンド1の付け根部分およびアーム7部分より対象物6は図中の左右方向でロボット本体8よりに位置させる必要があることから、これを考慮してR1、R2をロボット本体8側へ所定距離シフトさせるものである。このシフト量sは、横方向から物体を把持する際の指先とアーム7中心の延長線との距離に応じて適宜設定される。   A case where a vertically oriented cylinder is gripped from the lateral direction will be described with reference to FIGS. As in the case shown in FIG. 14, the spatial position coordinate of the base of the arm 7 is R1, and the spatial position coordinate of a position that is a predetermined distance h away vertically downward is R2. The points where R1 and R2 are shifted by the distance s toward the robot body 8 are denoted as R1 'and R2'. As shown in FIG. 19, in the case of gripping a cylinder from the lateral direction, the object 6 is positioned closer to the robot body 8 in the left-right direction in the figure than the base portion of the robot hand 1 and the arm 7 portion. In consideration of this, R1 and R2 are shifted by a predetermined distance toward the robot body 8 side. The shift amount s is appropriately set according to the distance between the fingertip and the extension line at the center of the arm 7 when the object is gripped from the lateral direction.

設定したR1’、R2’と円柱61の中心61Oを通る平面P’を求める。円柱61の中心61Oを通り、主軸61cに直交する横断面61sを求め、この横断面61sと平面P’との交点をそれぞれ母指10による把持点10X、中指12による把持点12Xとする。示指11による把持点11X、薬指13による把持点13Xは、それぞれ把持点12Xから主軸方向にそれぞれΔl離れた点として求めることができる。   A plane P ′ passing through the set R 1 ′, R 2 ′ and the center 61 O of the cylinder 61 is obtained. A cross section 61s passing through the center 61O of the cylinder 61 and orthogonal to the main axis 61c is obtained, and the intersections of the cross section 61s and the plane P 'are defined as a gripping point 10X by the thumb 10 and a gripping point 12X by the middle finger 12, respectively. The gripping point 11X by the index finger 11 and the gripping point 13X by the ring finger 13 can be obtained as points separated from the gripping point 12X by Δl in the main axis direction, respectively.

上方からの円形把持の場合には、端面に把持点を配置する。具体的には、図18の場合と同様に平面P’を求め、これと端面61Aの円周との交点をそれぞれ母指10による把持点10X、中指12による把持点12Xとする。示指11による把持点11X、薬指13による把持点13Xは、楕円球の場合と同様の手法により配置される。   In the case of circular grip from above, grip points are arranged on the end faces. Specifically, as in the case of FIG. 18, the plane P ′ is obtained, and the intersections between the plane P ′ and the circumference of the end surface 61 </ b> A are set as a gripping point 10 </ b> X by the thumb 10 and a gripping point 12 </ b> X by the middle finger 12, respectively. The gripping point 11X by the index finger 11 and the gripping point 13X by the ring finger 13 are arranged by the same method as in the case of an elliptic sphere.

把持点座標が決まったら把持姿勢の算出を行う(ステップS15)。これ以降の処理は、把持点調整処理を除いて当てはめた形状が直方体の場合と同一である。円柱の場合の把持点調整処理は、円柱が縦向きの場合は、楕円球の場合と同様に主軸を中心にして移動させればよい。円柱が横向きの場合も主軸を中心に移動させるが、この場合、ロボットハンド1の先端または本体が床面に衝突する可能性がある。そのため、円柱の直径に応じて限界位置となる角度を変更する。   When the gripping point coordinates are determined, the gripping posture is calculated (step S15). The subsequent processing is the same as that when the fitted shape is a rectangular parallelepiped except for the gripping point adjustment processing. The gripping point adjustment process in the case of a cylinder may be moved around the main axis as in the case of an elliptical sphere when the cylinder is vertically oriented. Even when the cylinder is in the horizontal direction, it is moved around the main axis. In this case, the tip or the main body of the robot hand 1 may collide with the floor surface. Therefore, the angle that becomes the limit position is changed according to the diameter of the cylinder.

このように形状に応じて把持点を配置することで、できるだけ、物体中心を含む線または面上に各把持点を配置することができる。重心に近い位置である物体中心を囲むように把持点を設定することで、対象物体を確実に把持する可能性の高い把持点を設定できる。太くて短い円柱類似形状の物体が縦向きに置かれている場合には、端面を把持する形となるが、この場合も端面自体が重心に近い位置に存在するため、対象物体を確実に把持する可能性の高い把持点を設定できる点に変わりはない。   By arranging the gripping points according to the shape in this way, it is possible to place the gripping points on a line or a plane including the object center as much as possible. By setting the gripping point so as to surround the center of the object that is close to the center of gravity, it is possible to set a gripping point that is highly likely to grip the target object reliably. When a thick and short cylindrical object with a similar shape is placed vertically, the end face is gripped, but in this case as well, the end face itself is close to the center of gravity, so the target object is securely gripped. There is no change to the point where a gripping point that is likely to be set can be set.

そして、比較的複雑な形状を有する任意の物体に対しても単純な形状へと当てはめを行うことで、形状を認識できずに把持できなくなるケースを減らし、任意形状の物体に適切な把持点候補を設定することが可能となる。また、把持点設定の方法も簡略化されているため、設定を行うプログラムサイズを小さくし、かつ、高速で設定を行うことができるため、ロボットハンドの応答性も向上する。   And by applying a simple shape to any object with a relatively complex shape, the number of cases where the shape cannot be recognized and cannot be gripped is reduced, and a suitable gripping point candidate for an object of any shape Can be set. In addition, since the method of setting the gripping point is simplified, the size of the program for setting can be reduced and the setting can be performed at high speed, so that the responsiveness of the robot hand is improved.

さらに、当てはめた形状と実際の形状とに多少の差異があっても、把持力が目標値となるよう制御して把持を行うことで、その差異を吸収することができるため、当てはめの精度を高精度とする必要がなく、物体を適切に把持することができる。   Furthermore, even if there is a slight difference between the fitted shape and the actual shape, the gripping force can be absorbed by controlling the gripping force so that it becomes the target value, so the accuracy of the fitting is improved. It is not necessary to have high accuracy, and the object can be gripped appropriately.

ここでは、対象物を直方体、楕円球、円柱のいずれかに当てはめたうえで把持点を決定する手法を説明したが、当てはめる単純形状はこの3つに限られるものではなく、また、この3つが必須となるものでもない。   Here, the method of determining the gripping point after applying the object to any one of a rectangular parallelepiped, an elliptical sphere, and a cylinder has been described, but the simple shape to apply is not limited to these three, and these three are It is not essential.

また、指は4指に限られず、対向する2指以上があれば、2指、3指あるいは5指以上であってもよい。また、対向する指の組み合わせは、上述したように1指−多指の組み合わせに限られるものではなく、2指−2指や2指−3指等の組み合わせとしてもよい。   Also, the number of fingers is not limited to four, and may be two, three, or five or more if there are two or more opposing fingers. Further, the combination of opposing fingers is not limited to the one-finger-finger combination as described above, and may be a combination of two fingers-2 fingers, two fingers-3 fingers, or the like.

把持点の設定方法は、上述した処理ルーチンに限られるものではなく、方形把持、円形把持を基本として、ロボットハンドの指の配置、その可動範囲に応じて適宜設定すればよい。   The method for setting the gripping point is not limited to the above-described processing routine, and may be set as appropriate according to the arrangement of the fingers of the robot hand and the movable range based on square gripping and circular gripping.

本発明に係るロボットによる任意形状物体の把持方法が適用されるロボットハンドの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the robot hand to which the holding method of the arbitrarily-shaped object by the robot which concerns on this invention is applied. 本発明に係るロボットによる任意形状物体の把持方法を実行する制御系を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the control system which performs the holding | grip method of the arbitrarily-shaped object by the robot which concerns on this invention. 本発明に係る把持方法の制御処理のメインフローチャートである。It is a main flowchart of the control processing of the holding | grip method which concerns on this invention. 任意形状物体を直方体に当てはめた例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the arbitrarily-shaped object to the rectangular parallelepiped. コップを円柱に当てはめた例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the cup to the cylinder. りんごを楕円球に当てはめた例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the apple to the elliptical sphere. 直方体の把持方法決定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the holding | grip method determination processing of a rectangular parallelepiped. 直方体を4本指で把持する場合の把持点位置を示す図である。It is a figure which shows the holding | grip point position in the case of holding a rectangular parallelepiped with four fingers. 直方体を2本指で把持する場合の把持点位置を示す図である。It is a figure which shows the holding | grip point position in the case of holding a rectangular parallelepiped with two fingers. 直方体を3本指で把持する場合の把持点位置を示す図である。It is a figure which shows the holding | grip point position in the case of holding a rectangular parallelepiped with three fingers. 直方体を横方向から把持する場合の把持位置の調整を説明する図である。It is a figure explaining adjustment of a grasping position when grasping a rectangular parallelepiped from a horizontal direction. 直方体を上方向から把持する場合の把持位置の調整を説明する図である。It is a figure explaining adjustment of a grasping position when grasping a rectangular parallelepiped from an upper direction. 楕円球の把持方法決定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the grasping method determination process of an ellipsoid. 楕円球の把持点位置の設定を説明する図である。It is a figure explaining the setting of the grip point position of an ellipsoid. 楕円球を2本指で把持する場合(図15(a))と、4本指で把持する場合(図15(b))の把持点位置を示す図である。It is a figure which shows the holding | grip point position when holding an elliptical sphere with two fingers (FIG. 15A) and holding with four fingers (FIG. 15B). 円柱の把持方法決定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the holding | grip method determination process of a cylinder. 円柱を方形把持する場合の把持点位置を示す図である。It is a figure which shows the holding | grip point position in the case of carrying out square holding of the cylinder. 縦向き円柱の把持点位置の設定を説明する図である。It is a figure explaining the setting of the holding point position of a vertically oriented cylinder. 横方向からの縦向き円柱の把持点位置を示す図である。It is a figure which shows the holding | grip point position of the vertical cylinder from a horizontal direction. 上方からの縦向き円柱の把持点位置を示す図である。It is a figure which shows the holding | grip point position of the vertical cylinder from upper direction.

符号の説明Explanation of symbols

1…ロボットハンド、2…制御ECU、3…カメラアイ、4…モータドライバ、6…対象物、7…アーム、8…ロボット本体、10…母指、11…示指、12…中指、13…薬指、10t〜13t…先端、10X〜13X…各把持点、14…モータ、15…軸力センサ、16…エンコーダポテンションメータ、17…連動関節、20…画像認識部、21…把持姿勢演算部、22…ハンド制御部、60…直方体、61…円柱、62…楕円球。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Robot hand, 2 ... Control ECU, 3 ... Camera eye, 4 ... Motor driver, 6 ... Object, 7 ... Arm, 8 ... Robot main body, 10 ... Mother finger, 11 ... Indicating finger, 12 ... Middle finger, 13 ... Ring finger 10t to 13t ... tip, 10X to 13X ... each gripping point, 14 ... motor, 15 ... axial force sensor, 16 ... encoder potentiometer, 17 ... interlocking joint, 20 ... image recognition unit, 21 ... gripping posture calculation unit, 22 ... hand control unit, 60 ... cuboid, 61 ... column, 62 ... elliptical sphere.

Claims (8)

視覚センサと、多指・多関節を有するロボットハンドとを有するロボットによる任意形状物体の把持方法であって、
視覚センサで取得した対象物体の画像から画像認識により、数種の所定単純形状のうちで対象物体形状に近似する単純形状を求め、求めた単純形状とその向き・大きさに基づいて、把持点を含む対象物体の断面が矩形となる把持形態である方形把持及び把持点を含む対象物体の断面が円形となる把持形態である円形把持から適切な把持方法を選択すると共に把持に用いる指の本数、把持方向、把持点の重心位置、及び把持点の配置を設定し、それに応じて前記ロボットハンドの各指の把持点を算出し、前記各指を制御して把持動作を行うことを特徴とするロボットによる任意形状物体の把持方法。
A method of gripping an arbitrarily shaped object by a robot having a visual sensor and a robot hand having multiple fingers and multiple joints,
A simple shape that approximates the target object shape among several predetermined simple shapes is obtained by image recognition from the image of the target object acquired by the visual sensor, and the gripping point is determined based on the obtained simple shape and its orientation and size. the cross section of the target object with the cross section of the object including rectangular gripping and gripping point is holding pattern as a rectangle to select the appropriate holding method and a circular gripping a grip form a circular containing, used in the gripping fingers The gripping point, the gripping direction, the gravity center position of the gripping point, and the placement of the gripping point, the gripping point of each finger of the robot hand is calculated accordingly, and the gripping operation is performed by controlling each finger. A method of gripping an arbitrarily shaped object by a featured robot.
前記所定単純形状は、直方体を含み、対象物体が直方体に近似すると判定した場合は、床面を含まない対向する2面のうち2面間の距離の最も小さな2面上に把持点を優先して配置する方形把持により把持動作を行うこと特徴とする請求項1記載のロボットによる任意形状物体の把持方法。 When it is determined that the predetermined simple shape includes a rectangular parallelepiped and the target object approximates a rectangular parallelepiped, the gripping point is given priority on the two surfaces with the smallest distance between the two surfaces that do not include the floor surface. 2. The method for gripping an arbitrarily shaped object by a robot according to claim 1, wherein the gripping operation is performed by square gripping arranged in a vertical direction. 直方体近似の対象物を方形把持により把持する場合は、前記直方体における前記把持点が配置される把持平面の中心と、該把持平面の把持点の重心を一致させることを特徴とする請求項2記載のロボットによる任意形状物体の把持方法。 When gripping the rectangular gripping the object rectangular approximation, claim 2, wherein the center of the gripping plane the gripping point in the rectangular parallelepiped are arranged, to match the center of gravity of the gripping point on said gripping plane A method for gripping an arbitrarily shaped object by the robot described above. 前記所定単純形状は、楕円球を含み、対象物体が楕円球に近似すると判定した場合は、物体の中心を通る水平面と物体の表面との交線上に把持点を配置する円形把持により把持動作を行うことを特徴とする請求項1記載のロボットによる任意形状物体の把持方法。 When it is determined that the predetermined simple shape includes an elliptical sphere and the target object approximates an elliptical sphere, a gripping operation is performed by circular gripping in which a gripping point is arranged on the intersection line between the horizontal plane passing through the center of the object and the surface of the object. The method for gripping an arbitrarily shaped object by the robot according to claim 1, wherein: 楕円球近似の対象物を円形把持により把持する場合は、把持に関与する指のうち、対象物体よりロボットの体に近い側に配置される指の把持点の重心位置と、対象物体よりロボットの体に遠い側に配置される指の把持点の重心位置とを結ぶ線が近似した楕円球の中心を通るよう各把持点を配置することを特徴とする請求項4記載のロボットによる任意形状物体の把持方法。   When gripping an object that is an ellipsoidal approximation by circular gripping, among the fingers involved in gripping, the position of the center of gravity of the gripping point of the finger placed closer to the body of the robot than the target object, and the robot from the target object 5. An arbitrarily shaped object by a robot according to claim 4, wherein each grip point is arranged so that a line connecting the center of gravity of the grip point of the finger placed on the side far from the body passes through the approximate center of an elliptical sphere. Gripping method. 前記所定の単純形状は、円柱を含み、対象物体が円柱に近似すると判定した場合は、円柱の中心軸の向きにより、円柱表面と該中心軸を含む平面との交線上に把持点を配置する方形把持と、円柱の端面上に把持点を配置する円形把持のいずれかを選択して把持動作を行うことを特徴とする請求項1記載のロボットによる任意形状物体の把持方法。 When it is determined that the predetermined simple shape includes a cylinder and the target object approximates to a cylinder, a gripping point is arranged on the intersection line between the surface of the cylinder and a plane including the center axis according to the direction of the center axis of the cylinder. 2. The method for gripping an arbitrarily shaped object by a robot according to claim 1 , wherein a gripping operation is performed by selecting either a square grip or a circular grip in which a grip point is arranged on an end face of a cylinder. 円柱近似の対象物を方形把持により把持する場合は、把持に関与する指のうち、対象物体よりロボットの体に近い側に配置される指の把持点の重心位置と、対象物体よりロボットの体に遠い側に配置される指の把持点の重心位置とを結ぶ線が近似した円柱の中心軸と交わるよう各把持点を配置することを特徴とする請求項6記載のロボットによる任意形状物体の把持方法。   When gripping an object with a cylindrical approximation by square grip, among the fingers involved in gripping, the center of gravity position of the grip point of the finger placed closer to the robot body than the target object, and the robot body from the target object 7. The robot according to claim 6, wherein each of the grip points is arranged so that a line connecting the center of gravity of the grip point of the finger placed on the far side intersects the approximate center axis of the cylinder. Grasping method. 算出した把持点へロボットハンドの指を配置可能か否かを判定し、配置不能と判定した場合には、把持面または把持点を所定のを中心として回転させて再試行することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のロボットによる任意形状物体の把持方法。 It is determined whether or not the finger of the robot hand can be placed at the calculated gripping point, and when it is determined that the finger cannot be placed, the gripping surface or the gripping point is rotated around a predetermined axis and retried. A method for gripping an arbitrarily shaped object by the robot according to claim 1.
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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007098550A (en) * 2005-10-07 2007-04-19 Toyota Motor Corp Grip controlling device of robot hand
JP4956964B2 (en) * 2005-11-04 2012-06-20 トヨタ自動車株式会社 Robot hand gripping control device
JP4774964B2 (en) * 2005-12-06 2011-09-21 ソニー株式会社 Robot equipment
US8260463B2 (en) * 2006-02-02 2012-09-04 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Robot system
JP4811136B2 (en) * 2006-06-01 2011-11-09 日産自動車株式会社 Teaching apparatus and teaching method
JP4316630B2 (en) * 2007-03-29 2009-08-19 本田技研工業株式会社 Robot, robot control method, and robot control program
JP5448326B2 (en) * 2007-10-29 2014-03-19 キヤノン株式会社 Gripping device and gripping device control method
JP5500926B2 (en) * 2009-09-29 2014-05-21 キヤノン株式会社 Object gripping control method and apparatus
JP5560948B2 (en) * 2010-06-23 2014-07-30 株式会社安川電機 Robot equipment
JP5650021B2 (en) * 2011-03-03 2015-01-07 国立大学法人 東京大学 Three-dimensional environment restoration apparatus, processing method thereof, and program
JP5879704B2 (en) * 2011-03-10 2016-03-08 富士電機株式会社 Robot control apparatus, article take-out system, program, and robot control method
KR101260367B1 (en) * 2011-09-26 2013-05-07 한국과학기술연구원 Method for detecting grasping points using category recognition and computer readable record medium thereof
KR101941844B1 (en) 2012-01-10 2019-04-11 삼성전자주식회사 Robot and Control method thereof
JP6429450B2 (en) * 2013-10-31 2018-11-28 キヤノン株式会社 Information processing apparatus and information processing method
JP6536110B2 (en) * 2015-03-20 2019-07-03 セイコーエプソン株式会社 Robot control device and control method
JP6640060B2 (en) * 2016-09-27 2020-02-05 株式会社日立製作所 Robot system
US10324127B2 (en) 2017-06-08 2019-06-18 Advantest Corporation Electronic component handling apparatus, electronic component testing apparatus, and electronic component testing method
CN108189032B (en) * 2017-12-29 2023-01-03 日照市越疆智能科技有限公司 Automatic fetching method based on visual recognition and mechanical arm
KR102291422B1 (en) * 2019-11-18 2021-08-20 동아대학교 산학협력단 Robotic arm
WO2022014312A1 (en) * 2020-07-16 2022-01-20 ソニーグループ株式会社 Robot control device and robot control method, and program
WO2022085560A1 (en) * 2020-10-20 2022-04-28 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント Robot hand control device, and method for controlling robot hand
WO2023022237A1 (en) 2021-08-19 2023-02-23 京セラ株式会社 Holding mode determination device for robot, holding mode determination method, and robot control system
WO2023027187A1 (en) 2021-08-27 2023-03-02 京セラ株式会社 Trained model generation method, trained model generation device, trained model, and device for estimating maintenance state
WO2024122516A1 (en) * 2022-12-07 2024-06-13 ソフトバンクグループ株式会社 Robot control system, robot hand, robot control program, information management program, and information processing program

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6487176A (en) * 1987-09-28 1989-03-31 Fanuc Ltd Robot gripping-point determination system
JP2710836B2 (en) * 1988-08-23 1998-02-10 キヤノン株式会社 Hand device for gripping parts
JP2735136B2 (en) * 1990-07-20 1998-04-02 キヤノン株式会社 Robot hand and workpiece gripping method by robot hand
JPH03213287A (en) * 1990-01-17 1991-09-18 Hitachi Ltd Robot hand
JPH0696193A (en) * 1992-02-15 1994-04-08 Daikin Ind Ltd Method and device for displaying component identification result
JPH08141956A (en) * 1994-11-17 1996-06-04 Sanyo Electric Co Ltd Method for controlling object gripping robot
JPH08323678A (en) * 1995-05-25 1996-12-10 Sanyo Electric Co Ltd Soft object grip device
JPH09206641A (en) * 1996-01-31 1997-08-12 Sekisui Chem Co Ltd Automatic coating apparatus
JP2003094367A (en) * 2001-09-21 2003-04-03 Ricoh Co Ltd Robot hand with tip visual sense

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