JP7149267B2 - 把持システム - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも２本の指部を有するハンド機構によって対象物を把持するための把持システムに関する。

人間の手の構造を模したエンドエフェクタやハンド機構等を用いて対象物を把持する技術が多く開発されている。例えば、特許文献１には、対象物を吸引により吸着させる吸着装置を利用したエンドエフェクタに関する技術が開示されている。当該エンドエフェクタは、３本の指部を有しており、各指部は、複数のアクチュエータによって、自転し、且つ基節骨、第１中節骨、第２中節骨、末節骨が回転駆動や相対的な屈折駆動される。このように各指部が多自由度に駆動されることで、各指部に設けられた吸着装置を、対象物の表面の法線方向に沿って該対象物に接近させて、吸着装置による吸引効果を対象物に作用させることが可能となる。

また、特許文献２には、３本の指部を有するエンドエフェクタが開示されており、そこでは２本又は３本の指部を用いた対象物の把持が行われている。例えば、特許文献２の図２４には２本の指部で鍵を挟んだ把持形態が示され、図２９には３本の指部でボールを把持した把持形態が示されている。また、特許文献２には、２つの指部が協働して比較的平らな対象物を把持する技術も開示されている。例えば、図３０Ａ及び図３０Ｂに示される把持形態では、平面上に置かれた鍵の側縁を挟み込み、そして一方の側縁をプレート部材とパッドとの間に捕捉しながら鍵を枢動させて立上げ、鍵を２つの指部の端面に挟み込むことでその把持が行われる。

特許第５５２５５８７号公報 特表２０１５－５３３６６９号公報

ハンド機構により対象物を把持しようとする場合、当該対象物を挟めるようにハンド機構が有する指部を対象物に対して配置する必要がある。そのため対象物の周囲に指部を配置するための空間が無い場合や、指部で把持するために当該指部が接触する対象物の所定の表面が露出していない場合には、ハンド機構による対象物の把持が困難となる。例えば、同種類の対象物が複数個容器などに並べて置かれている状態において、対象物を１個ずつ把持しようとする場合には、隣接する対象物や容器等が障害となってハンド機構による対象物の把持が困難となり得る。

このような場合、従来においては、広く対象物を吸引する吸着装置を備える把持装置が利用されている。ただし、このような吸着装置を利用する場合、その吸引力を対象物に適切に作用させるために、対象物の形状や構造等に応じて吸着装置を準備する必要があり、対象物の把持システムとしての汎用性が大きく阻害される。また、対象物の表面素材、形状によっては吸着装置による吸引力が作用しにくい場合やその吸引痕跡が残ってしまう場合もあり、やはり汎用性の高い把持システムを提供するまでには至っていないのが現状である。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、対象物が配置されている状況の影響を可及的に受けることなく当該対象物の把持を可能とする、汎用性の高い把持システムを提供することを目的とする。

本発明において、上記課題を解決するために、把持対象物の把持を可能とすべく把持対象物を傾倒させる構成を採用した。その上で、該把持対象物の傾倒、及び傾倒させた把持対象物の把持に関する動作内容を決定する。このような構成により、対象物の配置状況の影響を受けにくい把持の実現が可能となる。

詳細には、本発明は、複数の対象物が収容されている収容容器から、少なくとも２本の指部を有するハンド機構によって該収容されている対象物を取り出すための把持システムであって、前記複数の対象物のうち把持の対象となる把持対象物を、前記収容容器に収容されている状態のそれぞれの前記対象物の露出面積又は露出割合に基づいて決定する把持対象物決定部と、前記把持対象物を所定の方向に傾倒する第１動作のために、前記少なくとも２本の指部のうち第１指部を接触させる第１動作用接触面と、該所定の方向と、を決定する第１動作決定部と、前記第１動作により傾倒された状態にある前記把持対象物を把持する第２動作のために、前記少なくとも２本の指部のうち前記第１指部と異なる第２指部を接触させる、第２動作用接触面を決定する第２動作決定部と、を備える。

また、本発明は、複数の対象物が収容されている収容容器から、少なくとも２本の指部を有するハンド機構によって該収容されている対象物を取り出すための把持システムであって、前記収容容器の位置と、該対象物の位置及び該収容容器における該対象物の並びに関する情報を少なくとも含む環境情報を取得する取得部と、前記環境情報に基づいて、前記収容容器に収容されている前記対象物を把持するときに、対となる方向から前記ハンド機構の前記指部により挟んで把持するための所定の把持面が露出しているか否かを判定する判定部と、前記複数の対象物のうち把持の対象となる把持対象物を決定する把持対象物決定部と、を備えてもよい。前記把持対象物決定部は、前記判定部により前記所定の把持面が露出していないと判定されたときに、前記環境情報から算出される、前記収容容器に収容されている状態のそれぞれの前記対象物の露出面積に基づいて、前記把持対象物を決定してもよい。更に、上記把持システムは、前記環境情報から算出される、前記収容容器に収容されている状態の前記把持対象物の露出面積に基づいて、該把持対象物の底面の一部が前記収容容器の床面に接触した状態で該把持対象物を所定の方向に傾倒する第１動作のために、前記少なくとも２本の指部のうち第１指部を接触させる第１動作用接触面と、該所定の方向と、を決定する第１動作決定部と、前記把持対象物の露出面積に基づいて、前記第１動作により傾倒された状態にある前記対象物を把持する第２動作のために、前記少なくとも２本の指部のうち前記第１指部と異なる第２指部を接触させる、第２動作用接触面を決定する第２動作決定部と、を備えてもよい。

対象物が配置されている状況の影響を可及的に受けることなく、当該対象物の把持が可能となる。

実施例に係るロボットアームの概略構成を示す図である。 実施例に係るハンド機構の斜視図である。 実施例に係るハンド機構の上面図である。 実施例に係るハンド機構の指部の側面図である。 実施例に係るハンド機構の指部の先端部側を図４の矢印Ａの方向から見た図である。 実施例に係るハンド機構の、ベース部における指部の接続部近傍部分の内部構造、および、指部における基端部および第２関節部の内部構造を示す図である。 実施例に係るハンド機構の指部における第２関節部の可動範囲を示す図である。 実施例に係るハンド機構の、指部における第１関節部および第２指リンク部の内部構造を示す図である。 実施例に係るハンド機構の指部における第１関節部の可動範囲を示す図である。 実施例に係るハンド機構の指部の第１指リンク部の先端側における感圧センサの配置を示す図である。 実施例に係る制御装置に含まれる各機能部を示すブロック図である。 実施例に係る把持システムで実行される把持制御のフローチャートである。 収容容器における複数の対象物の配置状態の一例を示す図である。 収容容器に配置された対象物に関する環境情報の一部を示す図である。 実施例に係るハンド機構で行われる直接把持を示す図である。 実施例に係るハンド機構で行われる傾倒把持を説明するための第１の図である。 実施例に係るハンド機構で行われる傾倒把持を説明するための第２の図である。 実施例に係るハンド機構で行われる傾倒把持を説明するための第３の図である。 実施例に係るハンド機構で行われる傾倒把持を説明するための第４の図である。 実施例に係るハンド機構で行われる傾倒把持を説明するための第５の図である。 図１２に示す把持制御で行われる把持対象物を決定するための処理のフローチャートである。 図１２に示す把持制御で行われる把持対象物の傾倒把持のための動作パラメータを決定する処理のフローチャートである。 収容容器内の把持対象物を傾倒させた状態を示す第１の図である。 ハンド機構により把持対象物を把持する際の指の配置パターンを示す図である。 把持対象物の傾倒把持が完了した後に更新された、収容容器に配置された対象物に関する環境情報の一部を示す図である。 収容容器内の把持対象物を傾倒させた状態を示す第２の図である。 収容容器における複数の対象物の配置状態の一例を示す図である。 図１２に示す把持制御に対して追加的に行われる、傾倒把持を繰り返し実施するための処理のフローチャートである。

上記の本発明の把持システムは、少なくとも２本の指部を有するハンド機構を用いて対象物の把持を行うシステムである。ここで、ハンド機構が有する指部については、それぞれの指部の構成（関節の位置や数、指部を構成するリンク機構等の形状や数等）が異なって形成されてもよく、一部又は全部の指部の構成が同一に形成されていてもよい。また、各指部を駆動するアクチュエータは、公知の形態のアクチュエータを採用することができる。

ここで、上記把持システムでは、把持対象物決定部が、複数の対象物のうち把持の対象となる把持対象物を、収容容器に収容されている状態のそれぞれの対象物の露出面積又は露出割合に基づいて決定する。さらに、上記把持システムでは、第１動作決定部が、把持対象物を傾倒させる第１動作のために必要な動作パラメータである第１動作用接触面と、傾倒方向（所定の方向）とを決定する。また、第２動作決定部が、第１動作により傾倒された状態にある把持対象物を把持する第２動作のために必要な動作パラメータである第２動作用接触面を決定する。

このような本発明の把持システムによれば、収容容器に収容された複数の対象物の中から把持対象物を選択するとともに、ハンド機構によって、該把持対象物を傾倒させてから把持することが可能となる。そのため、対象物が配置されている状況の影響を可及的に受けることなく当該対象物を把持することが可能となる。

また、上記把持システムでは、把持対象物決定部により複数の対象物の中から把持対象物が決定され、取得部により取得された環境情報に基づいて、判定部により上記所定の把持面の存否が判定されてもよい。当該環境情報は、収容容器に収容されている複数の対象物を、１つの対象物ごとに把持するために必要な情報であり、少なくとも、対象物の位置、収容容器での対象物の並びに関する情報を含む。なお、これらの情報は、各情報が個別に識別できるように各情報をそのまま包含する形で環境情報としてまとめられていてもよく、又は、各情報が関連付けられ加工された形態で環境情報としてまとめられてもよい。なお、環境情報は、予め把持システムに提供されてもよく、またはカメラ等の撮像装置によって得られる撮像結果を利用して得ることもできる。

また、当該所定の把持面は、ハンド機構の指部によって対となる方向からの把持を可能とする把持対象物の表面である。したがって、仮に把持対象物において所定の把持面が露出している場合には、その把持対象物に対してハンド機構の指部が対となる方向から接触し当該所定の把持面に接触することで、把持対象物の把持が可能となることを意味する。このような所定の把持面を利用した把持を、以降、「直接把持」と称する。したがって、そのような場合には、把持対象物の位置や姿勢を変えることなく、ハンド機構はその指部によって把持対象物を把持することが可能となる。なお、当該対となる方向とは、対象物を安定して把持するためには、把持対象物に接触する方向が、好ましくは互いに１８０度反対となる二方向であるが、別法として、把持対象物の把持が可能である限りにおいて対象物に接触する方向が適宜ずれていてもよい。

一方で、把持対象物において所定の把持面が露出していないと判定された場合、当該把持対象物に対して、ハンド機構は上記直接把持を行うことが困難であることを意味する。そこで、このような場合には、ハンド機構によって把持対象物の把持が可能となるように、把持対象物を傾倒させる第１動作が行われ、その第１動作によって傾倒された状態となっている把持対象物を把持する第２動作が行われてもよい。そして、当該第１動作のために必要な動作パラメータである第１動作用接触面と、傾倒方向（所定の方向）については、第１動作決定部により環境情報から算出される把持対象物の露出面積に基づいて決定されてもよい。当該第２動作のために必要な動作パラメータである第２動作用接触面についても、第２動作決定部により把持対象物の露出面積に基づいて決定されてもよい。

このように本発明の把持システムでは、対象物の配置されている状態が直接把持が困難な状態である場合には、第１動作決定部及び第２動作決定部により決定された上記動作パラメータに従って、ハンド機構により直接把持とは異なる形態の把持対象物の把持が実現可能となる。すなわち、収容容器における対象物の配置状態、特に、複数の対象物が収容容器に配置されている中での把持対象物に関する配置状態を的確に反映して、第１動作及び第２動作を好適に実現し把持対象物を安定して把持することが可能となる。このような構成の採用により、把持前に置かれている対象物の配置状況による影響を事実上排除して、把持対象物を安定して把持することが可能となり、以て、当該把持システムの汎用性は極めて高いものとなり得る。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

ここでは、本発明に係る把持システムをロボットアームに適用した場合について説明する。当該把持システムは、ロボットアーム１の先端に設けられたハンド機構２を用いて、把持の対象物を把持するためのシステムである。図１は、本実施例に係るロボットアーム１の概略構成を示す図である。ロボットアーム１は、ハンド機構２、アーム機構３、および台座部４を備えている。アーム機構３の一端にハンド機構２が取り付けられている。また、アーム機構３の他端が台座部４に取り付けられている。ハンド機構２は、アーム機構３に接続されたベース部２０と、該ベース部２０に設けられた４本の指部２１とを備えている。なお、ハンド機構２の詳細な構成については後述する。

＜アーム機構＞
アーム機構３は、第１アームリンク部３１、第２アームリンク部３２、第３アームリンク部３３、第４アームリンク部３４、第５アームリンク部３５、および接続部材３６を備えている。そして、ハンド機構２のベース部２０が、アーム機構３の第１アームリンク部３１の一端側に形成された第１関節部３０ａに接続されている。第１関節部３０ａには、第１アームリンク部３１に対してハンド機構２を該第１アームリンク部３１の軸周りに回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。第１アームリンク部３１の他端側は、第２関節部３０ｂで第２アームリンク部３２の一端側に接続されている。第１アームリンク部３１と第２アームリンク部３２とはその中心軸が垂直に交わるように接続されている。そして、第２関節部３０ｂには、第２アームリンク部３２に対して、第１アームリンク部３１を、その他端側を中心に該第２アームリンク部３２の軸周りに回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。次に、第２アームリンク部３２の他端側は、第３関節部３０ｃで第３アームリンク部３３の一端側に接続され、第３関節部３０ｃには、第３アームリンク部３３に対して第２アームリンク部３２を相対的に回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。

同じように、第３アームリンク部３３の他端側は、第４関節部３０ｄで第４アームリンク部３４の一端側に接続され、第４アームリンク部３４の他端側は、第５関節部３０ｅで第５アームリンク部３５に接続されている。そして、第４関節部３０ｄには、第４アームリンク部３４に対して第３アームリンク部３３を相対的に回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。また、第５関節部３０ｅには、第５アームリンク部３５に対して第４アームリンク部３４を相対的に回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。さらに、第５アームリンク部３５は、台座部４から垂直に配置された接続部材３６に第６関節部３０ｆで接続されている。第５アームリンク部３５と接続部材３６とは、それぞれの中心軸が同軸となるように接続されている。そして、第６関節部３０ｆには、第５アームリンク部３５を、該第５アームリンク部３５および接続部材３６の軸回りに回転させるためのモータ（図示略）が設けられている。アーム機構３をこのような構成とすることで、該アーム機構３を５自由度の自由度を有する機構とすることができる。

＜ハンド機構＞
次に、ハンド機構２の構成について図２から図１０に基づいて説明する。図２はハンド機構２の斜視図である。図３はハンド機構２の上面図である。また、図２、図３に示すように、ハンド機構２においては、ベース部２０に４本の指部２１が、ハンド機構２の長手方向（図３において紙面に垂直な方向）の軸を中心とした円周上に、等角度間隔（すなわち９０ｄｅｇ間隔）に配置されている。また、４本の指部２１は全て同一の構造を有し且つ同一の長さである。但し、各指部２１の動作は、それぞれ独立して制御される。

図４から図１０は、ハンド機構２の指部２１の構成およびその駆動機構について説明するための図である。図４は指部２１の側面図である。なお、図４では、ベース部２０が透過された状態で記載されており、ベース部２０の内部に位置する指部２１の一部の内部構造をも示している。また、図５は、指部２１の先端部側を図４の矢印Ａの方向から見た図である。

指部２１は、第１指リンク部２１１、第２指リンク部２１２、および基端部２１３を有している。そして、指部２１の基端部２１３がベース部２０に接続されている。ここで、基端部２１３は、図３において矢印で示すように、ベース部２０に対して指部２１の長手方向（図３において紙面に垂直な方向）の軸回りに回転可能に接続されている。また、指部２１において、基端部２１３に第２指リンク部２１２の一端が接続されている。そして、この第２指リンク部２１２と基端部２１３との接続部に第２関節部２３が形成されている。

そして、図６に基づいて基端部２１３の駆動機構および第２関節部２３の駆動機構について説明する。図６は、ベース部２０における指部２１の接続部近傍部分の内部構造、および、指部２１における基端部２１３および第２関節部２３の内部構造を示す図である。この図６に示すように、ベース部２０の内部には、指部２１全体を回転させる、基端部２１３の回転軸に接続された歯車６５、および、第３モータ５３の回転軸に接続された歯車６６が設けられている。そして、歯車６５と歯車６６とが噛み合っている。このような構成により、第３モータ５３が回転すると、その回転力が二つの歯車６５、６６を介して基端部２１３の回転軸に伝達される。つまり、第３モータ５３によって指部２１全体を回転駆動させることが可能となっている。

また、第２関節部２３の内部には、ウォームホイール６３と、該ウォームホイール６３に対して噛み合ったウォーム６４が設けられている。そして、第２関節部２３における第２指リンク部２１２の回転軸にウォームホイール６３が接続されている。また、ベース部２０の内部に設けられた第２モータ５２の回転軸にウォーム６４が接続されている。このような構成により、第２モータ５２が回転駆動すると、その回転力がウォーム６４およびウォームホイール６３によって第２指リンク部２１２の回転軸に伝達され、第２指リンク部２１２は、基端部２１３に対して相対的に回転駆動されることになる。このとき、第２モータ５２による駆動力と第３モータ５３による駆動力は、それぞれ独立してその作動対象に伝わるように構成されている。そして、図７は、第２モータ５２の駆動力により実現される、指部２１における第２関節部２３の可動範囲を示す図である。この図７に示すように、第２関節部２３は屈曲および伸展可能に形成されている。

次に、指部２１において、第２指リンク部２１２の他端に第１指リンク部２１１の一端が接続されている。そして、この第１指リンク部２１１と第２指リンク部２１２との接続部に第１関節部２２が形成されている。図８に基づいて第１関節部２２の駆動機構について説明する。図８は、指部２１における第１関節部２２および第２指リンク部２１２の内部構造を示す図である。第１関節部２２の内部には、互いに嵌合する二つの傘歯車６１、６２が設けられている。そして、第１関節部２２における第１指リンク部２１１の回転軸に一方の傘歯車６１が接続されている。また、第２指リンク部２１２の内部に設けられた第１モータ５１の回転軸に他方の傘歯車６２が接続されている。このような構成により、第１モータ５１が回転駆動すると、その回転力が二つの傘歯車６１、６２によって第１指リンク部２１１の回転軸に伝達され、第１指リンク部２１１は、第２指リンク部２１２に対して相対的に回転駆動されることになる。図９は、第１モータ５１の駆動力により実現される、指部２１における第１関節部２２の可動範囲を示す図である。この図９に示すように、第１関節部２２は屈曲および伸展可能に形成されている。

また、図２、図４に示すように、本実施例では、指部２１において、第１関節部２２よりも先端部側の第１指リンク部２１１よりも、該第１関節部２２よりベース部２０側（基端部２１３側）の第２指リンク部２１２の方が長くなっている。

また、図２、図４、図５、図１０に示すように、本実施例では、指部２１の第１指リンク部２１１の先端側に感圧センサ７０が設けられている。感圧センサ７０は、第１指リンク部２１１の先端側に作用する外力（圧力）を検出するセンサである。また、図４に示すように、感圧センサ７０は、第１指リンク部２１１の先端側における、第１関節部２２の屈曲方向側の壁面２１５および伸展方向側の壁面２１６の両面に設けられている。ここで、本実施例では、第１指リンク部２１１の先端側における第１関節部２２の屈曲方向側の壁面２１５は曲面状に形成されている。そこで、図１０に示すように、第１指リンク部２１１の先端側における第１関節部２２の屈曲方向側の壁面２１５には、複数の感圧センサ７０をその曲面形状に沿って並べて設置してもよい。

＜台座部＞
次に、台座部４の内部に配置されたロボットアーム１の制御装置であるアーム制御装置４２と、ハンド機構２の制御装置であるハンド制御装置４３の構成について、図１１に基づいて説明する。アーム制御装置４２及びハンド制御装置４３によって、本実施形態の把持システムの制御装置が形成される。図１１は、アーム制御装置４２及びハンド制御装置４３に含まれる各機能部を示すブロック図である。アーム制御装置４２は、ロボットアーム１のアーム機構３に搭載される各モータを駆動するための駆動信号を生成する各ドライバを含み、各ドライバからの駆動信号が、対応する各モータに供給されるように構成される。アーム制御装置４２は、演算処理装置及びメモリを有するコンピュータであり、機能部として、アーム制御部４２０、およびモータ状態量取得部４２１を有している。各機能部は、アーム制御装置４２において所定の制御プログラムが実行されることで形成される。

アーム制御部４２０は、ハンド制御装置４３が有する、後述の環境情報取得部４３２によって取得された環境情報に基づいて、アーム機構３の各関節部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅに設けられたモータを制御することで、該アーム機構３を動かし、それによって、ハンド機構２を、対象物の把持のために適した所定の把持可能位置に移動させる。また、アーム機構３の各関節部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅに設けられたモータには、それぞれの回転状態に関する状態量（モータの回転軸の回転位置や回転速度等）を検出するエンコーダ（図示略）が設けられている。そして、各モータのエンコーダによって検出された各モータの状態量が、アーム制御装置４２のモータ状態量取得部４２１に入力される。そして、アーム制御部４２０は、モータ状態量取得部４２１に入力された各モータの状態量に基づいて、例えば、ハンド機構２が上記の所定の把持可能位置に移動するように各モータをサーボ制御する。

次に、ハンド制御装置４３は、ハンド機構２に搭載される各モータを駆動するための駆動信号を生成する各ドライバを含み、各ドライバからの駆動信号が、対応する各モータに供給されるように構成される。ハンド制御装置４３は、演算処理装置及びメモリを有するコンピュータであり、機能部として、モータ状態量取得部４３０、センサ情報取得部４３１、環境情報取得部４３２、直接把持制御部４３３、判定部４３４、把持対象物決定部４３５、第１動作決定部４３６、第２動作決定部４３７、動作制御部４３８、把持判定部４３９を有している。各機能部は、ハンド制御装置４３において所定の制御プログラムが実行されることで形成される。

ハンド制御装置４３は、所定の把持可能位置に移動されたハンド機構２を、環境情報取得部４３２によって取得された環境情報に基づいて制御するように構成されている。環境情報取得部４３２は、ハンド機構２よって把持すべき対象物や収容容器に関する情報である環境情報を取得する。ここで、環境情報には、少なくとも対象物の位置、収容容器での対象物の並びに関する情報を含む。この環境情報には、これらの各情報がそれぞれ個別に識別できるように含まれていてもよく、別法として、各情報が関連付けられて形成される複合的な情報として含まれていてもよい。更には、対象物や収容容器の形状や寸法に関する情報、並びに、対象物の周囲に存在する該対象物以外の物に関する情報も含まれてもよい。この環境情報取得部４３２は、ユーザによって入力された環境情報を取得してもよい。また、対象物を含む画像を撮像する視覚センサが設けられている場合、環境情報取得部４３２は、該視覚センサによって撮像された画像に公知の画像処理を施すことで環境情報を取得してもよい。

また、直接把持制御部４３３は、対象物の把持形態の１つである直接把持をハンド機構２に実行させる機能部である。直接把持とは、把持前に配置された状態の対象物をそのままの状態で、すなわち当該対象物の位置や姿勢を変更することなく、ハンド機構２が有する指部２１のうち少なくとも２つの指部を当該対象物に対して接触させて挟むことで行われる把持の形態である。直接把持制御部４３３によって実行される直接把持の詳細については後述する。

次に、判定部４３４は、把持予定の対象物の配置状態が、上記の直接把持が可能な状態であるか否かを、対象物の環境情報に基づいて判定する機能部である。また、把持対象物決定部４３５は、収容容器に配置されている複数の対象物の中から把持の対象となる対象物（把持対象物）を決定する機能部である。把持対象物決定部４３５による決定処理も、収容容器に収容されている対象物の環境情報に基づいて行われる。また、第１動作決定部４３６は、判定部４３４によって直接把持が行えない状態に把持対象物が配置されている場合に、直接把持とは異なる把持形態である傾倒把持のための第１動作に関連する動作パラメータ（第１動作用接触面と傾倒方向）を決定する機能部であり、また、第２動作決定部４３７は、当該傾倒把持のために第１動作に続いて行われる第２動作に関連する動作パラメータ（第２動作用接触面）を決定する機能部である。傾倒把持は、後述の図１６～図１８Ｃに示すように、対象物１０を傾倒させてその姿勢を変化させることで、その対象物１０を把持できるようにその側面を露出させた上で行われる把持形態である。この傾倒把持を実現させるために、上記の第１動作及び第２動作が必要となる。また、第１動作及び第２動作の詳細、並びに、各動作に関連する動作パラメータの詳細については、後述する。なお、動作制御部４３８は、上記の動作パラメータに基づいて、ハンド機構２に傾倒把持を実行させる機能部であり、把持判定部４３９は、その実行させられた傾倒把持が成功したか否かを判定する機能部である。

そして、ハンド制御装置４３では、上記の直接把持であれ、直接把持とは異なる傾倒把持であれ、対象物の把持のためにハンド機構２の各指部２１を駆動させる第１モータ５１、第２モータ５２、および第３モータ５３が環境情報に基づいて制御される。ハンド機構２の各第１モータ５１、各第２モータ５２、および各第３モータ５３には、それぞれの回転状態に関する状態量（モータの回転軸の回転位置や回転速度等）を検出するエンコーダ（図示略）が設けられている。そして、各モータ５１、５２、５３のエンコーダによって検出された各モータ５１、５２、５３の状態量が、モータ状態量取得部４３０に入力される。そして、ハンド制御装置４３は、モータ状態量取得部４３０に入力された各モータ５１、５２、５３の状態量に基づいて各指部２１における各モータ５２、５２、５３をサーボ制御し対象物の把持を行う。

さらに、ハンド制御装置４３では、センサ情報取得部４３１に、ハンド機構２の各指部２１の先端側に設けられた感圧センサ７０の検出値が入力される。そして、ハンド制御装置４３は、センサ情報取得部４３１によって取得された各指部２１の感圧センサ７０の検出値に基づいて、指部２１の対象物への接触を検知でき、その検知信号に基づいて各指部２１における各モータ５１、５２、５３を制御することもできる。

なお、図１１では、把持システムに含まれる制御装置として、アーム制御装置４２とハンド制御装置４３とが区別して示されているが、別法として、各機能部が、両装置が一体化された一の制御装置内に形成される構成を採用することもできる。また、把持システムに含まれる制御装置が、アーム制御装置４２とハンド制御装置４３とに区別される場合でも、図１１に示す各機能部は、技術的な齟齬が生じない限りにおいて実質的に何れかの制御装置内に形成されればよく、必要に応じてアーム制御装置４２とハンド制御装置４３との間で適切な情報の授受を行うことができる。また、アーム制御装置４２またはハンド制御装置４３における各機能部のうちの一部が、アーム制御装置４２およびハンド制御装置４３とは別体の制御装置内に形成される構成を採用することもできる。

＜把持制御＞
ここで、図１２に基づいて、ロボットアーム１に搭載されたハンド機構２を用いた把持システムによる対象物の把持制御について説明する。当該把持制御は、アーム制御装置４２及びハンド制御装置４３において所定の制御プログラムが実行されることで実現される。なお、本実施例においては、図１３の上段（ａ）に示すように、複数の対象物１０が収容容器８０内に配置された状態で、把持制御により、各対象物１０がハンド機構２により把持されていくものとする。把持制御が開始される前の状態では、収容容器８０内に横３列、縦３列の状態で複数の対象物１０が収容されており、各対象物１０はいずれも同じ直方体状の形状を有している。なお、本実施例では、収容容器８０における対象物１０の配置位置を、対象物１０毎に区別して識別する際には、参照番号である「１０」に、配置位置を識別するための表記を付加するものとする。当該表記は、図１３の下段（ｂ）に示すように、収容容器８０内の横列の位置と縦列の位置とをマトリックスの形式で表すものである。例えば、収容容器８０の前方横一列の対象物１０の参照番号は、左から順に１０（１＿１）、１０（１＿２）、１０（１＿３）と記載することができる。なお、収容容器８０における対象物１０の配置位置を対象物１０毎に表す必要が無い場合には、上記表記を省略する場合もある。

また、収容容器８０は、その左右側方及び後方においては、対象物１０と同程度の高さを有する周壁部８２を有しているが、その前方は、内部の対象物１０を外に取り出しやすくするために切り欠かれた形状の前方壁部８１となっている。具体的には、前方壁部８１においては、周壁部８２に繋がる左右の端壁部８１ａ、８１ｃは周壁部８２の同程度の高さを有しているが、その中央部分では、対象物１０の１０％程度の高さを有する低壁部８１ｂが設けられている。したがって、図１３に示す収容容器８０内の前方横一列の３つの対象物１０について、左右の両端の対象物１０（１＿１）、１０（１＿３）は、その前面が端壁部８１ａ、８１ｃによってその高さ方向に沿って覆われているが、中央の対象物１０（１＿２）の前面は、低壁部８１ｂのみによって覆われ、比較的大きく露出した状態となっている。

以下に、把持制御の詳細について説明する。先ず、Ｓ１０１では、ハンド機構２が所定の把持可能位置に移動される。当該処理は、アーム制御装置４２のアーム制御部４２０によって実行される。具体的には、環境情報取得部４３２によって取得された環境情報が、ハンド制御装置４３からアーム制御装置４２へと引き渡される。そして、この引き渡された環境情報に基づいて、ハンド機構２が位置すべき所定の把持可能位置、すなわち、収容容器８０に配置されている複数の対象物１０のそれぞれに対してハンド機構２が作用することで各対象物の把持が可能となる位置が算出される。例えば、環境情報に含まれる収容容器８０の位置情報を基準として、その把持が可能となるように所定距離、当該収容容器８０から離間した位置を所定の把持可能位置として算出してもよい。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、所定の把持可能位置に移動されたハンド機構２によって、対象物を直接把持することができるか否かが判定される。当該判定は、上記の判定部４３４によって上記環境情報に基づいて行われる。ここで、把持制御が開始されたときの環境情報に含まれる、図１３（ａ）に示す配置状態に対応する、収容容器８０における対象物１０の並びに関する情報について、図１４に基づいて説明する。なお、当該並びに関する情報以外に、収容容器８０や各対象物１０の位置情報が、環境情報に含まれている。図１４に示す並びに関する情報は、対象物１０毎に、把持完了フラグ、左側面露出割合、前面露出割合、右側面露出割合が紐付けられている。対象物１０の個々は、上記の配置位置を識別するための表記が対象物ＩＤとされて、識別される。また、把持完了フラグは、「１」が設定されている場合は、その対象物１０はハンド機構２の把持により既に収容容器８０から取り出された状態を意味し、「０」が設定されている場合は、その対象物１０はまだ収容容器８０内に留まっている状態を意味する。また、左側面露出割合は、対象物１０の左側面（図１３において対象物１０に向かって左側の側面）が、他の物体（収容容器８０や自己以外の対象物１０等）によって覆われていない程度を表す指標であり、その値が１００％のとき当該左側面は完全に露出している状態を意味し、その値が０％のとき当該左側面は完全に覆われている状態を意味する。また、前面露出割合及び右側面露出割合も、左側面露出割合と同じように、対象物１０の前面及び右側面が、他の物体によって覆われていない程度を表す指標である。なお、図１４において、対象物１０の背面の露出割合に関する情報が各対象物に紐付けられていないのは、図１３に示す配置状態では、対象物１０の把持は常に前方から行われ、各対象物１０の背面は常に露出していない状態に置かれるからである。

上記の通り、図１３（ａ）に示す配置状態では、前方横一列の３つの対象物１０以外の対象物１０は、周壁部８２やその前方の３つの対象物１０によって側面が覆われている。したがって、対象物ＩＤが、２＿１～３＿３までの６つの対象物１０については、いずれも各面の露出割合は０％となる。一方で、前方横一列の３つの対象物１０のうち、左右両端側の対象物１０（１＿１）と対象物１０（１＿３）については、端壁部８１ａ、端壁部８１ｃの影響が考慮されて前面露出割合が７０％とされるが、左側面及び右側面の露出割合は０％とされる。また、中央の対象物１０（１＿２）については、低壁部８１ｂの影響が考慮されて前面露出割合が９０％とされ、左側面及び右側面の露出割合は０％とされる。なお、本願で言う「露出」は、ハンド機構２の指部２１がその露出した対象物１０の表面に接触できるように、その表面近くに指部２１が進入できる空間が形成されている程度に露出している状態を言う。

＜直接把持について＞
ここで、図１５に基づいてハンド機構２による直接把持の詳細について説明する。図１５に示す対象物１０は、直接把持が可能な状態で床面上に置かれている。直接把持が可能な状態では、図１５に示すように、対象物１０の端面１０ａと、それに対向する端面１０ｂとが、ともにハンド機構２の指部２１が接触可能な程度に露出した状態となっている。なお、本願において、ハンド機構２が有する４本の指部２１やそれを構成する第１指リンク部２１１を指部毎に区別して識別する際には、参照番号である「２１」や「２１１」に識別のための添え字である「Ａ」～「Ｄ」を付加するものとし、区別して識別する必要が無い場合には当該添え字の記載を省略する場合もある。また、添え字「Ａ」～「Ｄ」は、図３に示す指部２１の並びの状態で時計回りに順に、各指部に割当てられるものとする。ここで、対象物１０では、端面１０ａ及び端面１０ｂが露出しているため、ハンド機構２の指部２１Ａと指部２１Ｃによって図中の白抜き矢印で示す、対となる方向から対象物１０を挟んで把持することが可能となる。このとき、対象物１０の姿勢や位置を変更することなく、対象物１０の把持が可能であることから、図１５に示すように配置された対象物は、直接把持が可能な状態にある。

このような直接把持におけるハンド機構２の指部２１の動きを踏まえると、Ｓ１０２での判定部４３４による直接把持の可否判定は、上記のような対となる方向から対象物１０を挟んで把持することを可能とする、対象物１０の表面（本発明の所定の把持面に相当し、その一例が図１５に示す端面１０ａ、１０ｂとなる。）が露出しているかについて行われる判定処理である。したがって、対象物１０において対向する側面である左側側面と右側側面の両方が、直接把持が可能な程度（例えば、露出割合が６０％以上）に露出している状態の対象物１０が収容容器８０内に存在しているか否かに基づいて、直接把持の可否を判定することができる。図１４に示す並びに関する情報においては、何れの対象物の左右側面の露出割合も０％であるから、直接把持はできないとの判定が為されることになる。

Ｓ１０２で肯定判定されるとＳ１０３へ進み、否定判定されるとＳ１０４へ進む。ここで、Ｓ１０３では、Ｓ１０２での肯定判定を以て、ハンド機構２による直接把持が実施される。例えば、図１５に示すように、指部２１Ａの第１指リンク部２１１Ａが端面１０ａに接触し、指部２１Ｃの第１指リンク部２１１Ｃが端面１０ｂに接触することで対象物１０の直接把持が行われる。なお、直接把持においては少なくとも２つの指部２１により対象物１０が把持されればよいが、更に多くの指部２１を対象物１０に接触させて対象物１０をより安定的に把持してもよい。例えば、図１５に示す状態で、指部２１Ｂの第１指リンク部２１１Ｂや図示省略されている指部２１Ｄの第１指リンク部２１１Ｄが対象物１０に接触することでその直接把持を実施してもよい。Ｓ１０３の処理後、本制御が終了する。

次に、Ｓ１０４では、Ｓ１０２での否定判定を以て、直接把持とは異なる形態の傾倒把持を行うことで対象物１０の把持を実現すべく、その傾倒把持の対象となる対象物（把持対象物）１０の決定が行われる。

＜傾倒把持について＞
ここで、Ｓ１０４以降の処理の説明の前に、ハンド機構２による傾倒把持の詳細について、図１６～図１８Ｃに基づいて説明する。傾倒把持では、先ず、第１動作用接触面を利用して把持対象物１０の傾倒動作が行われる。この傾倒動作は本願発明の第１動作に相当し、ハンド機構２の指部２１が接触可能となる程度に把持対象物１０の側面を露出させるための動作であり、第１動作決定部４３６は、当該傾倒動作に関する動作パラメータである、第１動作用接触面と傾倒方向を決定する。第１動作用接触面は、ハンド機構２で把持対象物１０を傾倒させるためにその指部２１が接触する把持対象物１０の表面であり、傾倒方向は、当該第１動作用接触面に指部２１を接触させて把持対象物１０を傾倒させるときの傾倒方向である。これらの動作パラメータの決定処理については、後述する。そして、動作制御部４３８がこれらの動作パラメータに従ってハンド機構２を制御することで、傾倒動作が実現されることになる。

傾倒動作について、具体的に、図１６及び図１７に基づいて説明すると、動作制御部４３８は、指部２１Ａの第１指リンク部２１１Ａを第１動作用接触面である把持対象物１０の上面１０１に接触させる。したがって、上面１０１に接触する指部２１Ａが、本願発明の第１指部に相当する。なお、このとき他の指部２１Ｂ～２１Ｄは対象物１０には接触していない。そして、指部２１Ａと上面１０１との接触状態を維持したまま、動作制御部４３８は、指部２１Ａを駆動制御し把持対象物１０を傾倒方向（手前側）に引き倒す力を把持対象物１０に作用させる。そのため、図１７に示すように、把持対象物１０は、床面と接触しているその底面の一部を中心としてその上部が床面側に接近するように傾倒していくことになる。

そして、この傾倒動作の結果、把持前の配置状態において把持対象とはなっていない対象物１０’と接触していた把持対象物１０の背面（背部側の側面）１０２が露出していき、背面１０２と対象物１０’との間に空間が形成されていく。当該空間は、把持対象物１０の傾倒が進むほど大きくなっていく。当該空間が、ハンド機構２の指部２１Ａとは異なる指部２１Ｂ及び指部２１Ｄを進入できる程度に十分な大きさとなるまで、傾倒動作が継続される。このように指部２１Ｂ及び指部２１Ｄの進入に十分な程度の当該空間を、以下、進入空間と称する。

そして、十分な大きさの進入空間が形成されると、傾倒動作が停止される。このとき指部２１Ａが上面１０１に接触した状態が維持され、把持対象物１０は傾倒状態に維持される。その後、傾倒状態にある把持対象物１０に対して把持動作、すなわち本願発明の第２動作が行われる。なお、第２動作決定部４３７は、当該把持動作に関する動作パラメータである、第２動作用接触面を決定する。第２動作用接触面は、ハンド機構２で傾倒された把持対象物１０をその指部２１で接触して把持するための把持対象物１０の表面である。この動作パラメータの決定処理については、後述する。そして、動作制御部４３８がこの動作パラメータに従ってハンド機構２を制御することで、傾倒動作後の把持動作が実現されることになる。

この把持動作は、把持対象物１０が傾倒されその背面１０２が露出された状態で行われる把持対象物１０の把持である。当該把持動作について、図１８Ａ～図１８Ｃに基づいて具体的に説明する。なお、図１８Ａ～図１８Ｃは、把持動作によりハンド機構２が把持対象物１０を把持している同一の状態を、異なる視点から示したものである。図１８Ａは、対象物１０の背面１０２が見える方向からの図であり、図１８Ｂは、対象物１０を側方から見た図であり、図１８Ｃは、対象物の前面１０３が見える方向からの図である。

傾倒把持の把持動作では、把持対象物１０と隣接する対象物１０’との間に形成された進入空間に、指部２１Ｂの第１指リンク部２１１Ｂと指部２１Ｄの第１指リンク部２１１Ｄとを進入させ、両指リンク部を背面１０２に接触させるとともに、指部２１Ｃの第１指リンク部２１１Ｃを対象物１０の前面１０３に接触させる。すなわち、図１８Ａ～図１８Ｃに示す把持形態では、把持対象物１０の背面１０２と前面１０３が、第２動作用接触面となる。当該傾倒把持では、傾倒状態にある把持対象物１０を、その前後からハンド機構２の、傾倒状態に支持するために使用している指部２１Ａ以外の指部が利用されて、把持対象物１０の安定的な把持が実現される。したがって、この場合、第２動作用接触面である背面１０２と前面１０３に接触する指部２１Ｂ、指部２１Ｃ、指部２１Ｄが、本発明の第２指部又は第３指部に相当する。なお、当該把持動作における指部２１の接触パターンは、図１８Ａ～図１８Ｃに示す形態には限られない。例えば、別法として、上記把持動作に使用する指部２１の数は、３本ではなく２本でもよい。この場合、背面１０２と前面１０３のそれぞれに一本ずつの指部２１が接触する。

また、傾倒把持においてより安定して対象物を把持するためには、図１８Ｂに示すように、把持対象物１０を側方から見たときに、背面１０２側の指部２１の第１リンク指部と前面１０３側の指部２１の第１リンク指部とが概ね対向するのが好ましい。また、図１８Ａ～図１８Ｃに示すように３本の指部２１で傾倒把持を行う場合、背面１０２又は前面１０３から見たときに、１本の指部２１Ｃの作用点が、２本の指部２１Ｂ及び指部２１Ｄのそれぞれの作用点の間に位置するように、各指部２１が対象物に接触するのが好ましい。

このように傾倒把持は、上記の通り、対象物１０を傾倒させることで、傾倒前には露出していなかった側面（背面）を露出させて把持動作に利用する。そのため、把持対象物１０は、その把持のために現在配置されている状態から傾倒される必要がある。そこで、把持制御のＳ１０４での把持対象物の決定処理は、この点を踏まえ図１９に示すフローに従って行われる。当該決定処理は、把持対象物決定部４３５によって実行される。

＜把持対象物決定処理＞
先ず、Ｓ２０１では、現時点で収容容器８０に収容されている全ての対象物１０に関する環境情報、特に、図１４に示す並びに関する情報が取得される。次に、Ｓ２０２で、当該全ての対象物１０の側面の露出面積が算出される。具体的には、環境情報に含まれている対象物１０の寸法から得られる側面の面積に、並びに関する情報に含まれる露出割合に係る数値を乗じることで、各対象物１０における側面の露出面積が算出される。なお、本実施例では、対象物１０の前後左右の各側面はいずれも同じ面積とする。

次に、Ｓ２０３では、Ｓ２０２で算出された側面の露出面積に基づいて、把持対象物１０が決定される。対象物１０の傾倒把持を行う場合、その傾倒方向に位置する側面を利用して傾倒状態の対象物の把持を行うことを踏まえると、対象物１０を傾倒させる場合、可及的に露出面積の大きい側面が床面に近づくように傾倒させた方が、その後の対象物１０の把持を安定して行えると考えられる。そこで、本実施例では、収容容器８０に収容されている複数の対象物１０の中から、側面の露出面積が最も大きい対象物１０が把持対象物として決定される。図１３（ａ）の配置状態では、全ての対象物１０において、左右側面の露出割合が０％ではあるが、対象物１０（１＿２）の前面の露出割合は９０％と最も大きいため、対象物１０（１＿２）が把持対象物として決定される。

＜動作パラメータ決定処理＞
ここで、図１２の把持制御に戻る。上記把持対象物決定処理により把持対象物が決定されると、Ｓ１０５及びＳ１０６へ進む。Ｓ１０５では、傾倒把持のための第１動作に関する動作パラメータ（第１動作用接触面、及び傾倒方向）の決定が行われ、Ｓ１０６では、第１動作に続く第２動作に関する動作パラメータ（第２動作用接触面）の決定が行われる。Ｓ１０５及びＳ１０６の決定処理は、第１動作決定部４３６及び第２動作決定部４３７によって図２０に示すフローに従って行われる。

図２０に示す動作パラメータ決定処理の説明に際して、図２１に示すように、把持対象物は、収容容器８０に収容された複数の対象物１０のうち対象物１０（１＿２）であることを前提とする。把持対象物１０（１＿２）は、前面Ｓ１、背面Ｓ５、左側面Ｓ２、右側面Ｓ３、上面Ｓ４及び底面を有する立方体形状の物体である。先ず、Ｓ３０１では、把持対象物１０（１＿２）の環境情報が取得される。すなわち、把持対象物１０（１＿２）の左側面露出割合が０％、前面露出割合が９０％、右側面露出割合が０％であることや把持対象物１０（１＿２）の寸法等が認識される。そして、Ｓ３０２では、これらの露出割合に基づいて、把持対象物１０（１＿２）の各側面（左側面、前面、右側面）の露出面積が算出される。このとき、環境情報に把持対象物１０（１＿２）の寸法情報が利用される。

把持対象物の決定処理についてでも述べたように、露出面積が大きいほど把持対象物１０（１＿２）の傾倒動作、及びその後の把持動作を安定して行いやすい。そこで、Ｓ３０３では、Ｓ３０２で算出された把持対象物１０（１＿２）の側面のうち露出面積が最大となる側面が床面に近づくように傾倒する方向が、傾倒方向として決定される。本実施例では、把持対象物１０（１＿２）においては前面Ｓ１の露出面積が最大となるため、図２１に示すように、把持対象物１０（１＿２）の前面Ｓ１が手前側に傾倒する方向が傾倒方向として決定される。また、別法として、露出割合が大きいほど把持対象物１０（１＿２）の傾倒動作、及びその後の把持動作を安定して行いやすい場合もあることから、把持対象物１０（１＿２）の側面のうち露出割合が最大となる側面が床面に近づくように傾倒する方向を、傾倒方向として決定してもよい。

更に、Ｓ３０４では、当該決定された傾倒方向への把持対象物１０（１＿２）の傾倒を実現するために、ハンド機構２の指部２１が接触する表面（第１動作用接触面）の決定が行われる。当該決定には、把持対象物１０（１＿２）に関する環境情報、特に、把持対象物１０（１＿２）の形状や露出している表面等の情報が利用される。具体的には、把持対象物１０（１＿２）は、直方体形状でありその上面Ｓ４は露出した状態となっている。そこで、このような把持対象物１０（１＿２）の構造条件等に基づいて、上面Ｓ４が第１動作用接触面として決定される。

次に、Ｓ３０５では、傾倒動作により傾倒状態となった把持対象物１０（１＿２）を把持するために、ハンド機構２の指部２１が接触する表面（第２動作用接触面）の決定が行われる。当該決定にも、把持対象物１０（１＿２）に関する環境情報、特に、把持対象物１０（１＿２）の形状や露出している表面等の情報が利用される。具体的には、Ｓ３０２での算出の結果、露出面積が最大とされた前面Ｓ１と、それに対向し傾倒動作によって露出した状態となる背面Ｓ５とが第２動作用接触面として決定される。これにより、把持対象物１０（１＿２）を安定して把持することができる。また、別法として、把持対象物１０（１＿２）の寸法や形状によっては、傾倒動作に使用した第１動作用接触面である上面Ｓ４と、傾倒動作により露出した状態となる背面Ｓ５とを第２動作用接触面として決定することもできる。

次に、Ｓ３０６では、傾倒把持の把持動作に使用するハンド機構２の指部２１の数が決定される。ハンド機構２には４本の指部２１が備えられているため、把持対象物１０（１＿２）の安定的な把持のためには４本の指部２１を使用するのが最も好ましい。ただし、把持対象物１０（１＿２）の形状や、把持対象物１０（１＿２）と指部２１の寸法の相関等の理由で必ずしも４本の指部２１を把持動作に使用できるとは限らない。例えば、第２動作用接触面である前面Ｓ１と背面Ｓ５の幅が、２本の指部２１を並べて配置できる程度に広い場合には、図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、少なくとも一方の面に２本の指部２１を配置することで、３本又は４本の指部２１を把持動作に使用することができる。なお、傾倒把持では、少なくとも１本の指部２１を第１動作用接触面に接触させて把持対象物１０（１＿２）の傾倒動作を行っている。そのため、図２２（ａ）のように４本の指部２１を用いて把持動作を行うためには、傾倒状態にある把持対象物１０（１＿２）を先に３本の指部２１で把持し、その後、傾倒動作に使用していた上記少なくとも１本の指部２１に追加的に把持動作を行わせることになる。その結果、把持対象物１０（１＿２）の把持動作に要する時間が長くなったり、傾倒動作に使用していた指部２１を把持動作のために把持対象物１０（１＿２）から離したときに把持対象物１０（１＿２）のバランスが崩れたりする可能性がある。そこで、このような場合には、図２２（ｂ）に示すように３本の指部２１を把持動作に使用することで、把持の安定化や把持時間の短縮化を図ることができる。

また、前面Ｓ１と背面Ｓ５の幅が２本の指部２１を並べて配置できる程度には広くない場合には、図２２（ｃ）に示すように２本の指部２１を把持動作に使用する。なお、この場合、指部２１の把持対象物１０（１＿２）への接触位置や把持対象物１０（１＿２）の重量等によって、十分に安定した把持対象物１０（１＿２）の把持が難しい場合もあり得る。そのような場合には、図２２（ｄ）に示すように、２本の指部２１で把持し把持対象物１０（１＿２）を収容容器８０から取り出し、左側面Ｓ２や右側面Ｓ３が露出した状態となったときに、残りの指部でそれぞれの側面を追加的に把持するようにしてもよい。このように把持対象物１０（１＿２）の寸法等の環境情報に基づいて行われる、把持動作に使用される指部２１の数の変更に関する処理は、本願発明の使用指変更部により行われる処理に相当する。

このように上記動作パラメータ決定処理により、第１動作及び第２動作用の動作パラメータが決定されることになる（把持制御のＳ１０５及びＳ１０６の処理）。そして、再び把持制御に戻ると、Ｓ１０７では、Ｓ１０５で決定された第１動作用接触面（上面Ｓ４）にハンド機構２の指部２１Ａが接触されて、同じく決定された傾倒方向に従って把持対象物１０（１＿２）の傾倒動作が開始される（図１６、図１７、図２１も参照のこと）。この傾倒動作の結果、把持対象物１０（１＿２）の背面Ｓ５が露出していき、背面Ｓ５とその後ろの対象物１０（２＿２）との間に空間が形成されていく。そこで、Ｓ１０８で、当該空間がハンド機構２の指部２１が進入できる程度に大きくなり傾倒動作が完了したか否かが判定される。なお、当該判定は、把持対象物１０（１＿２）の引き倒し量に関連する、指部２１Ａの移動量に基づいて判定される。Ｓ１０８で肯定判定されるとＳ１０９へ進み、否定判定されると引き続き把持対象物１０（１＿２）の傾倒動作が継続される。

次に、Ｓ１０９では、Ｓ１０８での肯定判定を以て、傾倒動作を停止させる。このとき指部２１Ａが第１動作用接触面（上面）Ｓ４に接触した状態が維持される。そして、Ｓ１１０では、Ｓ１０６で決定された第２動作用接触面（前面Ｓ１と背面Ｓ５）にハンド機構２の指部２１が接触され、把持対象物１０（１＿２）の把持動作が行われる。なお、本実施例では、図２２（ｂ）に示すように３本の指部２１により当該把持動作が実現される。Ｓ１１０で対象物の把持動作が行われると、ハンド機構２が把持対象物１０（１＿２）を把持したまま把持対象物１０（１＿２）を所望の目的位置に移すことができる。

そして、把持対象物１０（１＿２）の把持が完了すると、Ｓ１１１で、収容容器８０に収容されている対象物１０に関する環境情報のうちその並びに関する情報の更新が行われる。並びに関する情報は、把持対象物１０（１＿２）の把持前は図１４に示した通りであるが、Ｓ１１１での更新後は図２３に示した状態となる。具体的には、把持対象物１０（１＿２）の把持完了フラグに「１」が設定される。それとともに、収容容器８０において把持対象物１０（１＿２）が取り出されたことをもって、把持対象物１０（１＿１）の右側面露出割合、把持対象物１０（１＿３）の左側面露出割合、把持対象物１０（２＿２）の前面露出割合の値が、それぞれ１００％に更新される。これにより、図１２に示す把持制御が終了する。

このように当該把持制御では、対象物１０が直接把持が可能なように配置されている場合には、その直接把持を実行する。これにより対象物１０の把持に要する時間の短縮を図ることができる。一方で、直接把持が可能ではない状態で対象物１０が収容容器８０内に配置されていても、ハンド機構２の指部２１Ａを第１動作用接触面に接触させて対象物１０を傾倒させて、残りの指部２１Ｂ～２１Ｄによって対象物１０の傾倒把持が実現される。この傾倒把持においては、指部２１Ａを接触させたまま対象物１０の把持が行われるため、対象物１０の傾倒把持が可能な状態を形成するために要する時間を可及的に短くすることができる。このように上記把持制御では、対象物１０の配置されている状況の影響を可及的に受けることなく対象物１０の把持を実現することができる。そのため、極めて効率的な対象物の把持や、把持後の対象物の移動が可能となる。

なお、把持対象物１０（１＿２）が収容容器８０から取り出された後に行われる把持制御においては、図２３に示す並びに関する情報を含む環境情報が利用される。この場合、対象物１０（１＿１）の右側面又は対象物１０（１＿３）の左側面又は対象物１０（２＿２）の前面の露出面積が最大となるため、何れかが把持対象物として決定されることになる。仮に、把持対象物１０（１＿１）が把持対象物に決定されたとすると、その側面のうち、右側面が前面よりも露出面積が大きくなるため、図２４に示すように把持対象物１０（１＿１）を右側に傾倒する方向が、第１動作における傾倒方向として決定され、且つ、そのために指部２１が接触する第１動作用接触面として、把持対象物１０（１＿１）の上面が決定される。更に、当該傾倒方向への把持対象物１０（１＿１）の傾倒動作を考慮すると、把持対象物１０（１＿１）の右側面、及び右側面に対向し当該傾倒動作によって露出された状態となる把持対象物１０（１＿１）の左側面が、第２動作用接触面として決定される。

＜変形例＞
図２５に基づいて、本実施例の変形例について説明する。図２５は、収容容器８０内に対象物１０を横４列、縦３列に並べて配置した状態を表している。なお、収容容器８０における各対象物の特定のための表記は、上記の実施例に則するものとする。このような配置状態に置かれた複数の対象物１０については、前面の露出面積が相対的に大きい対象物１０（１＿２）又は対象物（１＿３）が、最初の把持対象物とされる。仮に、上記把持制御によって、対象物（１＿３）が把持対象物とされ収容容器８０から取り出されると（図２５（ｂ）を参照）、次の把持制御での把持対象物は、対象物１０（１＿２）とされる。

このとき、対象物１０（１＿２）の右側面は全て露出した状態となっているため、対象物１０（１＿２）において露出面積が最大となる側面は右側面とされる。したがって、図２０の動作パラメータ決定処理によって、対象物１０（１＿２）の傾倒方向は、右側面が床面に近づく方向とされる（図２５（ｃ）を参照）。しかし、対象物１０（１＿２）を当該傾倒方向に倒すと、対象物１０（１＿２）と対象物（１＿４）との間の空間は狭まることになる。そのため、当該傾倒方向への傾倒動作後に行われる把持動作のためにハンド機構２の指部２１を、第２動作用接触面となる対象物１０（１＿２）の右側面に接触させることが困難となる場合には、傾倒方向として別の方向を採用してもよい。

この場合、図２０の動作パラメータ決定処理のＳ３０３で傾倒方向を決定する際に、側面の露出面積と、傾倒された把持対象物の把持動作に必要な空間の大きさに基づいて傾倒方向が決定される。本実施例の場合、対象物１０（１＿２）の前面も、右側面に次いで大きく露出しており、その近傍には収容容器８０や他の対象物１０は存在していない。そこで、対象物１０（１＿２）を図２５（ｃ）に示すように傾倒させた後に把持するのが困難である場合には、対象物１０（１＿２）については、その前面が床面に近づくように傾倒する方向が、第１動作用の傾倒方向として決定される。このように、傾倒把持の把持動作に必要な空間の大きさも考慮することで、より円滑な対象物１０の把持を実現することができる。

また上記の把持制御では、直接把持が可能か否かを判定し、そこで直接把持が可能でないと判定された場合に把持対象物の傾倒把持を行っているが、それに代えて、当該判定処理を行うことなく把持対象物の傾倒把持を行ってもよい。この場合、把持システムは、複数の対象物が収容されている収容容器から、少なくとも２本の指部を有するハンド機構によって該収容されている対象物を取り出すための把持システムであって、前記複数の対象物のうち把持の対象となる把持対象物を、前記収容容器に収容されている状態のそれぞれの前記対象物の露出面積又は露出割合に基づいて決定する把持対象物決定部と、前記把持対象物を所定の方向に傾倒する第１動作のために、前記少なくとも２本の指部のうち第１指部を接触させる第１動作用接触面と、該所定の方向と、を決定する第１動作決定部と、 前記第１動作により傾倒された状態にある前記把持対象物を把持する第２動作のために、前記少なくとも２本の指部のうち前記第１指部と異なる第２指部を接触させる、第２動作用接触面を決定する第２動作決定部と、を備える。

図２６に基づいて、上記の第１の実施例に係る把持制御において追加的に実行し得る把持リトライ処理について説明する。図２６は、把持リトライ処理のフローチャートであり、当該処理は、上記把持制御のＳ１０４～Ｓ１１１において傾倒把持を行った際にその傾倒把持が成功したか否かを判定し、不成功の場合には傾倒把持に関する条件、すなわち第１動作及び第２動作の動作パラメータを変更して傾倒把持を再度試みる処理である。具体的には、把持制御のＳ１１０で把持対象物の把持を行った後に、この把持リトライ処理が行われる。

具体的には、Ｓ４０１では、Ｓ１１０で把持対象物の傾倒把持に成功したか否かが判定される。当該判定処理は、把持判定部４３９により実行される。具体的には、傾倒把持に使用しているハンド機構２の指部２１のうち、把持対象物の第２動作用接触面に接触している指部２１のそれぞれに設けられている感圧センサ７０の、第２動作用接触面に接触したタイミングでの検出値が想定する範囲の検出値（すなわち、好適に把持対象物を把持している際に生じる圧力に相当する値）であった場合には、傾倒把持は成功したと判定される。一方で、当該感圧センサ７０の検出値が想定する範囲を逸脱した場合には傾倒把持は成功しなかったと判定できる。Ｓ４０１で肯定判定されると本把持リトライ処理は終了され、否定判定されるとＳ４０２へ進む。

Ｓ４０２では、Ｓ４０１での否定判定を以て傾倒把持に成功しなかった場合に、把持対象物に対して他の傾倒動作を適用することが可能か否かが判定される。例えば、図２５（ｃ）に示すように、把持対象物１０（１＿２）の右側面を床面に近付ける方向への傾倒動作を行ったときに、その傾倒把持に成功しなかった場合を想定する。この場合、把持対象物１０（１＿２）は、右側面を床面に近付ける方向への傾倒動作に代えて、その前面を床面に近付ける方向への傾倒動作が採り得る。これは、上述したように、把持対象物１０（１＿２）の全面は、傾倒動作を行うために十分に露出した状態となっていることに依る。このような場合は、Ｓ４０２で肯定判定され、Ｓ４０３へと進む。

なお、Ｓ４０２で否定判定されるとＳ４０８へ進み、Ｓ４０８で把持対象物１０の傾倒把持は中止される。この場合、把持システムは、把持対象物１０を収容容器８０から取り出すことなく、その把持が中止されることになる。このように対象物１０の把持処理が中止された場合の、ロボットアーム１及びハンド機構２の動作については、予め決められている、把持動作以外の動作が行われてもよい。例えば、ロボットアーム１及びハンド機構２を所定の位置や状態に戻した上で、ユーザに対して対象物１０の把持が行われなかったことを知らせるためのアラームを発してもよく、又は、把持の対象となる物体を別の物体に切り替えて、その把持制御を進めてもよい。

ここで、Ｓ４０３の処理について説明する。Ｓ４０３では、傾倒把持に成功しなかった場合の傾倒方向の決定の基準となった把持対象物の側面（動作パラメータ決定処理のＳ３０３において露出面積が最大になるとされた側面、又は、一巡前のＳ４０３において露出面積が大きいとされた側面）の次に露出面積が大きい側面が床面に近づくように傾倒する方向が、傾倒方向として決定される。図２５（ｃ）に示す例では、把持対象物１０（１＿２）の右側面の次にその前面が露出面積が大きい側面である。したがって、当該前面が床面に近づく方向が、把持対象物１０（１＿２）の新しい傾倒方向として決定される。Ｓ４０３の処理が終了すると、順次、Ｓ４０４において傾倒動作を実現するための第１動作用接触面が決定され、Ｓ４０５において把持動作のための第２動作用接触面が決定され、Ｓ４０６において把持動作に使用する指部２１の数が決定される。これらの処理は、上記の動作パラメータ決定処理におけるＳ３０４、Ｓ３０５、Ｓ３０６と実質的に同一の処理であるから、その詳細な説明は割愛する。

そして、Ｓ４０３～Ｓ４０６で新たに決定された傾倒把持のための動作パラメータに従った把持対象物の傾倒把持が行われた後に、Ｓ４０７で、当該傾倒把持に成功したか否かが判定される。なお、当該判定は、上記Ｓ４０１の判定処理と実質的に同一であることから、その詳細な説明は割愛する。なお、把持対象物１０（１＿２）の前面が床面に近づく方向に傾倒動作を行い、次いで把持動作を行った場合でも、その傾倒把持に成功しなかった場合には、把持対象物１０（１＿２）については他の傾倒動作の選択肢は存在しないため、Ｓ４０２で否定判定され、Ｓ４０８の処理が行われることになる。

このように把持制御に対して、上記把持リトライ処理が追加的に行われることで、把持対象物を可及的に傾倒把持できるようになる。また、把持リトライ処理では、傾倒把持が成功しないと傾倒動作の変更が行われることになるが、それに組み合わせて、又はそれとは分離して、傾倒動作は同じままで把持動作に関する条件のみを変更してもよい。例えば、把持動作に使用するハンド機構２の指部の数を変更してもよい。更に、別法として、把持動作のための第２動作用接触面の選択を変えてもよい。例えば、露出面積が最大となる側面と、それに対向し傾倒動作により露出された側面とを第２動作用接触面として傾倒把持に成功しなかった場合に、次の傾倒把持では、傾倒動作に使用した第１動作用接触面と、傾倒動作により露出された側面とを第２動作用接触面として把持動作を再度行ってもよい。

１・・・ロボットアーム、２・・・ハンド機構、２０・・・ベース部、２１・・・指部、２２・・・第１関節部、２３・・・第２関節部、２１１・・・第１指リンク部、２１２・・・第２指リンク部、２１３・・・基端部、３・・・アーム機構、３０ａ・・・第１関節部、３０ｂ・・・第２関節部、３０ｃ・・・第３関節部、３０ｄ・・・第４関節部、３０ｅ・・・第５関節部、３０ｆ・・・第６関節部、３１・・・第１アームリンク部、３２・・・第２アームリンク部、３３・・・第３アームリンク部、３４・・・第４アームリンク部、３５・・・第５アームリンク部、３６・・・接続部材、４・・・台座部、４２・・・アーム制御装置、４３・・・ハンド制御装置、５１・・・第１モータ、５２・・・第２モータ、５３・・・第３モータ、６１、６２・・・傘歯車、６３・・・ウォームホイール、６４・・・ウォーム、６５、６６・・・歯車、７０・・・感圧センサ、１０・・・対象物、１０’・・・非対象物、８０・・・収容容器、１０１・・・第１動作用接触面、１０２・・・第２動作用接触面

Claims (13)

1. 複数の対象物が収容されている収容容器から、少なくとも２本の指部を有するハンド機構によって該収容されている対象物を取り出すための把持システムであって、
   前記複数の対象物のうち把持の対象となる把持対象物を、前記収容容器に収容されている状態のそれぞれの前記対象物の露出面積又は露出割合に基づいて決定する把持対象物決定部と、
   前記把持対象物を所定の方向に傾倒する第１動作のために、前記少なくとも２本の指部のうち第１指部を接触させる第１動作用接触面と、該所定の方向と、を決定する第１動作決定部と、
   前記第１動作により傾倒された状態にある前記把持対象物を把持する第２動作のために、前記少なくとも２本の指部のうち前記第１指部と異なる第２指部を接触させる、第２動作用接触面を決定する第２動作決定部と、
   を備える、把持システム。
2. 前記第１動作決定部は、前記収容容器に収容されている状態の前記把持対象物における各側面の露出面積又は露出割合に基づいて、前記所定の方向を決定する、
   請求項１に記載の把持システム。
3. 前記ハンド機構の前記指部により挟んで把持するための所定の把持面が露出している前記対象物が前記収容容器内に存在しているか否かを判定する判定部をさらに備え、
   前記判定部によって、前記所定の把持面が露出している前記対象物が前記収容容器内に存在していないと判定されたときに、前記把持対象物決定部が、前記収容容器に収容されている状態のそれぞれの前記対象物の露出面積又は露出割合に基づいて前記把持対象物を決定する、
   請求項１又は請求項２に記載の把持システム。
4. 前記対象物の位置及び前記収容容器における該対象物の並びに関する情報を少なくとも含む環境情報を取得する取得部をさらに備え、
   前記把持対象物決定部は、前記収容容器に収容されている状態のそれぞれの前記対象物
   の露出面積又は露出割合を前記環境情報に基づいて算出し、
   前記第１動作決定部は、前記第１動作用接触面と前記所定の方向とを前記環境情報に基づいて決定し、
   前記第２動作決定部は、前記第２動作用接触面を前記環境情報に基づいて決定する、
   請求項１又は請求項２に記載の把持システム。
5. 前記対象物の位置及び前記収容容器における該対象物の並びに関する情報を少なくとも含む環境情報を取得する取得部をさらに備え、
   前記判定部は、前記所定の把持面が露出している前記対象物が前記収容容器内に存在しているか否かを前記環境情報に基づいて判定する、
   請求項３に記載の把持システム。
6. 前記ハンド機構は、少なくとも３本の前記指部を有し、
   前記第２動作決定部は、前記第２指部、及び前記少なくとも３本の指部のうち前記第１指部と異なる第３指部を接触させる前記第２動作用接触面を決定する、
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の把持システム。
7. 前記対象物の位置及び前記収容容器における該対象物の並びに関する情報を少なくとも含む環境情報を取得する取得部をさらに備え、
   前記環境情報に基づいて、前記第２動作に使用する前記指部の数を変更する使用指変更部を、
   更に備える、請求項６に記載の把持システム。
8. 前記把持対象物決定部は、前記複数の対象物のうち、前記収容容器又は隣接する他の対象物によって隠されていない側面の露出面積又は露出割合が最大となる対象物を前記把持対象物として決定する、
   請求項１から請求項７の何れか１項に記載の把持システム。
9. 前記把持対象物が複数の側面を有する場合、前記第１動作決定部は、前記把持対象物が有する前記複数の側面のうち、前記収容容器又は隣接する他の対象物によって隠されていない部分の露出面積又は露出割合が最大となる露出最大側面が前記収容容器の床面に近づくように傾倒する方向を前記所定の方向に決定するとともに、該露出最大側面とは異なる該把持対象物の所定の表面を前記第１動作用接触面と決定する、
   請求項１から請求項８の何れか１項に記載の把持システム。
10. 前記第２動作決定部は、前記露出最大側面と、前記把持対象物が有する前記複数の側面のうち該露出最大側面に対向する側面とを前記第２動作用接触面として決定する、
    請求項９に記載の把持システム。
11. 前記露出最大側面は、前記把持対象物が前記収容容器に収容されている状態において、前記複数の側面のうち全ての表面が露出している側面である、
    請求項９または請求項１０に記載の把持システム。
12. 前記第１動作決定部は、前記収容容器に収容されている状態の前記把持対象物における各側面の露出面積又は露出割合に加え、前記第１動作により傾倒状態となった該把持対象物に対して前記第２指部を接触させるために必要な空間の大きさに基づいて、前記所定の方向を決定する、
    請求項２に記載の把持システム。
13. 前記第１動作決定部によって決定された前記第１動作用接触面と前記所定の方向、及び
    前記第２動作決定部によって決定された前記第２動作用接触面に基づいて、前記ハンド機構に前記第１動作と前記第２動作を実行させる制御部と、
    前記ハンド機構による前記把持対象物の把持が成功したか否かを判定する把持判定部と、
    を更に備え、
    前記把持判定部により前記把持対象物の把持が成功しなかったと判定されると、前記第１動作決定部は、把持が成功しなかった際の前記所定の方向とは異なる該把持対象物の傾倒方向を新たな所定の方向として決定するとともに、該新たな所定の方向に対応する前記第１動作用接触面を決定し、
    前記第２動作決定部は、前記新たな所定の方向に対応する前記第２動作用接触面を決定する、
    請求項１から請求項１２の何れか１項に記載の把持システム。

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