JP4002250B2 - ロボットシステム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットシステム及びその制御方法に係り、より詳しくは、光発生装置を利用して命令を下すロボットシステム及びその制御方法に関する。

移動ロボットが作業経路を通じて移動するように命令したり教示したりする方法（teaching method）として指示ペンダント方式とオフラインプログラム方式とがある。

図１は、従来の指示ペンダント方式を説明するための指示ペンダントシステムのブロック構成図である。

図１に示すように、指示ペンダントシステムは、指示ペンダント１００、移動ロボット１１０、制御部１２０及びメモリ部１３０を有する。

指示ペンダント１００は、使用者から移動ロボット１１０の移動経路などをキーボードを通じて入力として受け、入力情報を制御部１２０に出力する。制御部１２０は移動ロボット１１０を入力情報に従って移動させ、作業内容をメモリ部１３０に保存することができる。

操作者はロボットの立場で移動経路及び作業内容を詳細に構想し、指示ペンダント１００各々のボタン操作を通じてロボットを移動させる。所望の軌跡及び指示点になったとき、遂行された一連の過程及び位置情報を前記メモリ部１３０に貯蔵させる。操作者は作業内容の構想、ロボットの操作、保存作業を反復的に遂行して全体的な作業が完了したときに保存された作業のテスト走行を実行し、走行結果が最初操作者が構想した作業内容と一致すれば、移動ロボット１１０が保存された作業内容によって作業を遂行するようにする。

指示ペンダント方式が指示ペンダント１００という遠隔操作装置を利用して、必要な動作をいちいち入力して繰り返す方式であれば、オフラインプログラム方式は、操作者がコンピュータに正確な命令をグラフィックやテキストを通じて入力してシミュレーションを実行し、これを移動ロボットに実行させる方式といえる。

オフラインプログラム方式を具体的にみると、操作者は作業内容をロボットの立場で構想し、グラフィックまたはテキストを使用して作業内容を実現する一連の過程と位置情報とを保存する。

保存された作業内容はシミュレーションを通じてディスプレイされ、操作者は自分が構想した作業内容と比較検討する。操作者が構想した作業内容と一致しなければ、これを修正してシミュレーションを繰り返し、一致する場合にはシミュレーション情報を移動ロボットの制御部にダウンロードして実際的なテスト走行を実施する。

実際的なテスト走行の結果、実際的な位置とシミュレーション上の位置とに差があれば、補正作業を行い、操作者が初期構想した作業内容と一致すれば、移動ロボットが反復的に作業を遂行するようにする。

従来の指示ペンダント方式は移動ロボットが実際的に動作するようにして教示するため、安全が不十分で、多くの時間がかかるという問題が発生し得た。特に、教示された作業内容を部分的に修正することが不可能であるため、作業修正に困難さが発生することもあった。

一方、従来のオフラインプログラム方法は、シミュレーションを遂行するために高価なコンピュータシステムとプログラムとを要し、シミュレーション結果と実際的な位置との差があって補正の手続きが必ず必要となる問題点があるので、過程が複雑になり、即時的な教示が困難である問題があった。

本発明の目的は、費用節減、操作の容易性及び操作の安全性の効果を得ることができ、補正作業が不要となって即刻な作業指示が可能になるロボットシステム及びその制御方法を提供することである。

上記の目的は、本発明によって、移動のための駆動部を有する移動ロボットを含むロボットシステムにおいて、光を発信し、前記光の反射地点の位置に従って命令を下す光指令部と、前記反射地点を映像情報として入力を受けて前記反射地点の位置を測定する位置読取部と、前記位置読取部で測定された前記反射地点の位置に基づいて前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡を判断し、前記駆動部に前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡を出力して前記駆動部を制御する制御部と、を含むことを特徴とするロボットシステムによって達成することができる。

前記ロボットシステムは、命令情報と前記命令情報に当該する反射地点の命令軌跡とを保存するメモリ部をさらに含み、前記制御部は、前記位置読取部で測定された前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が、前記メモリ部に保存された前記命令情報に当該する前記命令軌跡と一致するかを判断し、前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡と前記命令軌跡とが一致する場合、前記命令情報を前記駆動部に出力するようにするのが好ましい。

前記光指令部は、レーザーを利用して３次元空間上の一定の地点を指すレーザーポインター装備とすることができ、前記位置読取部は、前記光指令部から発信される光の反射地点を測定する撮像装置を有することができる。

前記目的は、本発明によって、移動のための駆動部を有する移動ロボットを含むロボットシステムの制御方法において、光を発信し、前記光の反射地点の位置に従って命令を下す光指令部を備え、命令情報と前記命令情報に当該する反射地点の命令軌跡とを保存するメモリ部を備え、光指令部から発信された光が反射される反射地点を一定時間の単位で測定し、測定された反射地点の間隔の変化が所定の基準間隔よりも小さい場合、前記反射地点の位置座標が描く軌跡を測定し、前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が前記命令軌跡と一致するかを判断し、前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が前記命令軌跡と一致する場合、前記命令軌跡に当該する前記移動ロボットが前記命令情報を実行するようにすることを特徴とするロボットシステムの制御方法によって達成することができる。

前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が前記命令軌跡と一致せず、前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が線分をなす軌跡を描く場合、線分をなす軌跡に沿って前記移動ロボットを移動させるようにすることができる。前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が前記命令軌跡と一致せず、前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が閉ループを示す場合、前記閉ループが形成する領域に前記移動ロボットを移動させるようにすることができる。前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が前記命令軌跡と一致せず、前記反射地点の位置座標の軌跡が一地点を示す場合、前記一地点に前記移動ロボットを移動させるようにすることができる。

前記ロボットシステム制御方法は、前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡による数個の制御動作を一つの命令軌跡として前記メモリ部に保存できるようにするのが好ましい。

本発明により、費用節減、操作の容易性及び操作の安全性の効果を得ることができ、補正作業が不要となって即刻な作業指示が可能である。

図２は、本発明の実施例によるロボットシステムのブロック構成図である。
図２に示すように、ロボットシステムは、駆動部１０、光指令部２０、位置読取部３０、メモリ部４０及び制御部５０を有する。

駆動部１０は、移動ロボットに装着されて移動ロボットを動くようにする一体の機械的装置を含み、移動ロボットの移動方向及び速度などは制御部５０から指令を受ける。

光指令部２０は光を発信し、前記光の反射地点の位置に従って命令を下し、ロボットの操作者が移動ロボットを移動させる位置、移動軌跡及びパターン命令などを伝達する。光指令部２０は直進性を有して反射され、移動ロボットの位置読取部３０に入力できるいかなる光源でも用いることができる。

位置読取部３０は光指令部２０から発信されて教示される反射地点に関する情報の入力を受け、前記反射地点の位置を測定して制御部５０に出力する。教示地点情報を受信する位置読取部３０の受信装置は、光指令部２０で用いられる光の形態によって変えられる。レーザーが用いられると、受信装置として撮像装置を用いることができ、撮像装置は映像情報の形態でデータを受信し、所定のイメージプロセシング作業を通じてロボットからの座標を算出し、座標値を制御部５０に出力する。

制御部５０は、位置読取部３０で測定された反射地点の座標に基づいて反射地点の位置座標が描く軌跡を判断し、駆動部１０に出力して駆動部１０を制御する。

メモリ部４０は、命令情報と前記命令情報に当該する反射地点の命令軌跡とを保存する。前記制御部５０は前記位置読取部３０で測定された前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が、前記メモリ部４０に保存された前記命令情報に当該する前記命令軌跡と一致するかを判断し、前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡と前記命令軌跡とが一致する場合、前記命令情報を前記駆動部１０に出力して駆動部１０を制御することができる。

図３は、本発明の実施例によるロボットシステムの制御方法のフローチャートである。

以下、図２及び図３を参照して、本発明の具体的な実施例について説明する。
移動ロボットの操作者は、光指令部２０としてレーザーポインター装備を使用して一定の地点を照らして教示点を発生させる（Ｓ１）。移動ロボットに装着された撮像装置が教示点を映像情報として受信し、所定のイメージプロセシング過程を経てロボットからの相対的な座標を算出する（Ｓ２）。

制御部５０は、現在、位置読取部３０から入力された教示点の座標と移転教示点の座標とを比較して、一定の間隔以上の差があるかを判断する（Ｓ３）。

もし、教示点の変化が一定の間隔よりも大きい場合には、継続的な教示点の変化があることと判断して、少しの時間遅延をもたせ（Ｓ４）、操作者が次の教示点を発生する時間を許容し、位置読取部３０が次の教示点の情報を得るようにする（Ｓ２）。

もし、教示点の変化が一定の間隔よりも小さい場合には、操作者の命令が終了したことと判断し、今まで獲得された教示点の情報を分析する。まず、制御部５０は今までの教示点が描く反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡を判断し、この軌跡がメモリ部４０に保存されている命令軌跡と一致するかを判断する（Ｓ５）。

反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が命令軌跡と一致する場合、制御部５０は命令軌跡に該当する命令を実行する（Ｓ６）。

図４は、本発明の実施例による反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡と命令軌跡とが一致することを示した図面である。

図４に示した移動ロボット６０は、駆動部１０、撮像装置３１及び清掃装置６１を持っている。

駆動部１０は、モータ、モータ駆動回路、駆動軸、車輪などを含み、移動ロボット６０を移動させる一体の機械的手段を含む。撮像装置３１はレーザーポインター装置が教示する地点を映像として獲得し、清掃装置６１は指定された移動経路に沿って清掃作業を遂行する。

図４に示した移動ロボット６０及び光指令部２０として用いられるレーザーポインター装置２１は、図５及び図６においても同一であり、以下、説明を省略する。

図４に示したように、命令軌跡がＶ字軌跡であり、これに該当する命令が直進命令である場合、反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡としてＶ字軌跡が発生すると、制御部５０は、駆動部１０が移動ロボット６０を直進させるように制御する。このとき、移動ロボット６０は移動と同時に清掃作業を遂行するようにすることも可能である。

反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が命令軌跡と一致しない場合には、反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡のパターンに従って各々の意味を解釈して移動ロボット６０を移動させる。

反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が命令軌跡と一致しない場合、反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が線分をなす軌跡であるかを判断し（Ｓ７）、線分をなす軌跡でない場合には閉ループの軌跡であるかを判断し（Ｓ８）、閉ループの軌跡でない場合には一定の点を指すのかを判断する（Ｓ９）。

反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が線分をなす軌跡である場合、制御部５０は、移動ロボット６０が線分をなす軌跡に沿って移動するように駆動部１０を制御する（Ｓ１０）。

図５は、本発明の実施例による反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が線分をなす軌跡である場合を示した図面である。反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡がＳ字の曲線を描く場合、移動ロボット６０は制御部５０によって曲線に沿って移動するように制御される。

反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が閉ループを形成する場合、制御部５０は、閉ループが形成する領域に移動ロボット６０が移動するように駆動部１０を制御する（Ｓ１１）。

図６は、本発明の実施例による反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が閉領域を形成することを示した図面である。

図６に示すように、移動ロボット６０が清掃装置６１を有する場合、制御部５０は移動ロボット６０に所望する掃除領域を指定して教示し、移動ロボット６０を作業領域に移動させるようにするだけでなく、当該領域を清掃するようにすることも可能である。

反射地点の位置座標の軌跡が一地点を指す場合、制御部５０は、前記一地点に移動ロボット６０が移動するように駆動部１０を制御する（Ｓ１２）。

制御部５０は、反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡のパターンを組み合わせて一つの作業命令が行われるようにすることができ、これを座標として保存して、移動ロボット６０の反復的な作業の遂行を可能にすることができる。

以上、本発明のいくつかの実施例を示して説明したが、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者であれば発明の原則や精神から外れずに本実施例を変形できることが分かる。そして、発明の範囲は添付された請求項及びその均等物によって決められなければならない。

従来の指示ペンダント方式を説明するための指示ペンダントシステムのブロック構成図である。 本発明の実施例によるロボットシステムのブロック構成図である。 本発明の実施例によるロボットシステムの制御方法のフローチャートである。 本発明の実施例による反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡と命令軌跡とが一致することを示した図面である。 本発明の実施例による反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が線分をなす軌跡である場合を示した図面である。 本発明の実施例による反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が閉領域を形成する場合を示した図面である。

符号の説明

１０ 駆動部
２０ 光指令部
３０ 位置読取部
３１ 撮像装置
４０ メモリ部
５０ 制御部
６０ 移動ロボット動部
６１ 清掃装置

Claims (9)

1. 移動のための駆動部を有する移動ロボットを含むロボットシステムにおいて、
   光を発信する光指令部と、
   前記光の反射地点を映像情報として入力を受けて前記反射地点の位置を測定する位置読取部と、
   前記位置読取部で測定された前記反射地点の位置に基づいて前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡を判断し、前記駆動部に前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡を出力して前記駆動部を制御する制御部と、
   ロボットの移動を命令する命令情報と前記命令情報に対応する命令軌跡とを保存するメモリ部とを含み、
   前記制御部は、前記位置読取部で測定された前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が、前記メモリ部に保存された前記命令情報に当該する前記命令軌跡と一致するかを判断し、前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡と前記命令軌跡とが一致する場合、前記命令情報を前記駆動部に出力することを特徴とするロボットシステム。
2. 前記光指令部は、レーザーを利用して３次元空間上の一定の地点を指すレーザーポインター装備であることを特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記位置読取部は、前記光指令部から発信される光の反射地点を測定する撮像装置を有することを特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
4. 移動のための駆動部を有する移動ロボットを含むロボットシステムの制御方法において、
   光を発信する光指令部を備え、
   ロボットの移動を命令する命令情報と前記命令情報に対応する命令軌跡とを保存するメモリ部を備え、
   光指令部から発信された光が反射される反射地点を一定時間の単位で測定し、
   測定された反射地点の間隔の変化が所定の基準間隔より小さくなると、測定を終了し、
   前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が前記命令軌跡と一致するかを判断し、
   前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が前記命令軌跡と一致する場合、前記命令軌跡に当該する前記移動ロボットが前記命令情報を実行するようにすることを特徴とするロボットシステムの制御方法。
5. 前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が前記命令軌跡と一致しない場合、前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡のパターンを判別し、該判別の結果に基づいて、前記移動ロボットの移動の仕方を選択し、選択した前記仕方に基づいて前記移動ロボットを移動させることを特徴とする請求項４に記載のロボットシステムの制御方法。
6. 前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が線分をなす軌跡を描く場合、線分をなす軌跡に沿って前記移動ロボットを移動させることを特徴とする請求項５に記載のロボットシステムの制御方法。
7. 前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が閉ループを示す場合、前記閉ループが形成する領域に前記移動ロボットを移動させることを特徴とする請求項５に記載のロボットシステムの制御方法。
8. 前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡が一地点を示す場合、前記一地点に前記移動ロボットを移動させることを特徴とする請求項５に記載のロボットシステムの制御方法。
9. 前記反射地点の位置座標を順に結んで得られる軌跡による２個以上の制御動作を一つの命令軌跡として前記メモリ部に保存することを特徴とする請求項４に記載のロボットシステムの制御方法。

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