JP7330876B2 - 位置検出方法、制御装置及びロボットシステム - Google Patents

Description

本開示は、位置検出方法、制御装置及びロボットシステムに関する。

従来から、ロボットと作業対象物との位置関係をロボットに教示することが行われている。例えば、特許文献１は、触覚センサを用いて作業環境内の位置をロボットに教える方法を開示している。上記ロボットは、アームのエンドエフェクタにタッチ感応面を含む触覚センサデバイスを有する。ロボットはタッチ感応面を対象物に接触させ、触覚センサデバイスはタッチ感応面に対する接触位置を示す信号を発生する。さらに、発生した信号を含む情報を用いて、作業環境に接触する位置がロボットに教示される。

特表２００６－５０３７２１号公報

特許文献１では、ロボットと作業対象物との位置関係を検出するために、タッチ感応面を含む触覚センサデバイスが用いられる。高い位置精度が求められると、高精度な触覚センサデバイスが必要となり、コスト増加及び設備の複雑化が生じる。さらに、触覚センサデバイスが取り付けられた状態でロボットが作業を行うと、触覚センサデバイスの精度が低下し校正が必要になる可能性がある。よって、上記検出のための作業が複雑になる。

本開示は、ロボットと対象物との位置関係の検出を簡易にする位置検出方法、制御装置及びロボットシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の一態様に係る位置検出方法は、アームを備えるロボットの対象物に対する位置を検出する位置検出方法であって、（ａ）前記アームに、前記対象物に配置された少なくとも２つの被検出部のうちの第１被検出部に対して、水平方向での側方に、前記アームに配置された接触部を位置させることと、（ｂ）前記アームに、前記接触部を前記側方に移動させ、前記第１被検出部の表面の少なくとも３箇所に前記接触部を接触させることと、（ｃ）前記少なくとも３箇所それぞれでの接触時の前記接触部の前記ロボットに対する位置を検出することと、（ｄ）検出された前記接触部の少なくとも３つの位置を用いて、前記ロボットに対する前記第１被検出部の位置を検出することと、（ｅ）前記少なくとも２つの被検出部のうちの前記第１被検出部以外の前記被検出部についても、処理（ａ）～（ｄ）と同様の処理を行うことと、（ｆ）前記ロボットに対する前記少なくとも２つの被検出部の位置と、前記対象物に対する前記少なくとも２つの被検出部の位置とを用いて、前記対象物に対する前記ロボットの位置を検出することとを含む。

本開示によれば、ロボットと対象物との位置関係の検出を簡易にすることが可能になる。

実施の形態に係るロボットシステムの構成の一例を示す図 実施の形態に係るロボットの構成の一例を示す側面図 実施の形態に係るエンドエフェクタの構成の一例を示す側面図 検知穴を有する部材の一例を示す平面図 実施の形態に係る制御装置及びその周辺の構成の一例を示すブロック図 実施の形態に係る制御装置の機能的構成の一例を示すブロック図 実施の形態に係るロボットシステムの動作の一例を示すフローチャート 実施の形態に係る挿入体の検知穴内での移動動作の一例を示す平面図 実施の形態に係る挿入体の検知穴との３つの接触状態の一例を示す平面図 実施の形態に係るロボットシステムの動作の別の一例を示すフローチャート 実施の形態の変形例に係る接触部と被検出部との接触状態の一例を示す平面図

まず、本開示の各態様例を説明する。本開示の一態様に係る位置検出方法は、アームを備えるロボットの対象物に対する位置を検出する位置検出方法であって、（ａ）前記アームに、前記対象物に配置された少なくとも２つの被検出部のうちの第１被検出部に対して、水平方向での側方に、前記アームに配置された接触部を位置させることと、（ｂ）前記アームに、前記接触部を前記側方に移動させ、前記第１被検出部の表面の少なくとも３箇所に前記接触部を接触させることと、（ｃ）前記少なくとも３箇所それぞれでの接触時の前記接触部の前記ロボットに対する位置を検出することと、（ｄ）検出された前記接触部の少なくとも３つの位置を用いて、前記ロボットに対する前記第１被検出部の位置を検出することと、（ｅ）前記少なくとも２つの被検出部のうちの前記第１被検出部以外の前記被検出部についても、処理（ａ）～（ｄ）と同様の処理を行うことと、（ｆ）前記ロボットに対する前記少なくとも２つの被検出部の位置と、前記対象物に対する前記少なくとも２つの被検出部の位置とを用いて、前記対象物に対する前記ロボットの位置を検出することとを含む。

上記態様によると、各被検出部について、少なくとも３箇所それぞれでの接触時の接触部のロボットに対する位置を検出することで、ロボットに対する各被検出部の位置が検出される。さらに、ロボットに対する各被検出部の位置を用いて、対象物に対するロボットの位置が検出される。上記のような位置の検出は、ロボットのアームへの接触部の配置と、上記のようなロボットの動作とによって実現可能である。よって、ロボットと対象物との位置関係の検出が簡易になる。

本開示の一態様に係る位置検出方法において、前記少なくとも２つの被検出部は、陥凹部と前記陥凹部に挿入可能である突出部とのうちの一方であり、前記接触部は、前記陥凹部と前記突出部とのうちの他方であり、処理（ａ）では、前記陥凹部に前記突出部を挿入するように前記接触部を移動させることで、前記第１被検出部の前記側方に前記接触部を位置させてもよい。上記態様によると、処理（ｂ）において、突出部が陥凹部に挿入された状態で、接触部が側方に移動される。接触部の移動範囲が陥凹部によって制限されるため、接触部と検出部とを接触させるためのアームの動作が簡易且つ迅速になる。

本開示の一態様に係る位置検出方法において、処理（ｆ）では、前記対象物に対する前記ロボットの位置及び向きを検出してもよい。上記態様によると、ロボットと対象物との緻密な位置関係の検出が簡易になる。

本開示の一態様に係る位置検出方法において、前記アームは少なくとも２つの関節を含み、処理（ｂ）では、前記少なくとも３箇所のそれぞれにおいて、前記少なくとも２つの関節のうちの第１関節を動作させることで前記第１被検出部の表面に前記接触部を接触させる第１動作の後に、前記少なくとも２つの関節のうちの第２関節を動作させることで前記第１被検出部の表面に前記接触部を接触させる第２動作を行ってもよい。上記態様によると、第１動作では、接触部の移動量が多くなり、接触部が被検出部の表面と衝突し跳ね返る可能性がある。第２動作では、接触部の移動量が少なくてよく、接触部を被検出部の表面と当接させることが可能である。第１動作及び第２動作ではそれぞれ、第１関節及び第２関節が動作しつつ、接触部を被検出部に接触させるため、第１関節及び第２関節での機械的なガタツキ（例えば、バックラッシュ等）が動作に与える影響が低減される。よって、接触時でのアームの各部の正確な位置の検出が可能になる。また、第１関節及び第２関節が別個に動作するため、接触部と被検出部との接触に至る各関節の移動量の検出が容易になる。

本開示の一態様に係る位置検出方法において、前記第１関節及び前記第２関節は、前記側方に前記接触部を移動させるような前記アームの動作を可能にしてもよい。上記態様によると、第１関節の動作が第２関節での機械的なガタツキ（バックラッシュ等）によって受ける影響が低減される、第２関節の動作が第１関節での機械的なガタツキ（バックラッシュ等）によって受ける影響が低減される。

本開示の一態様に係る位置検出方法において、前記第１動作では、前記第２関節を駆動する第２サーボモータのゲインを前記第１関節を駆動する第１サーボモータのゲインよりも低くし、前記第２動作では、前記第１サーボモータのゲインを前記第２サーボモータのゲインよりも低くしてもよい。上記態様によると、第１動作では、第２関節の状態を維持するための第２サーボモータの駆動力が、第１サーボモータによって駆動される第１関節の動作に与える影響が低減される。第２動作では、第１関節の状態を維持するための第１サーボモータの駆動力が、第２サーボモータによって駆動される第２関節の動作に与える影響が低減される。

本開示の一態様に係る位置検出方法は、（ｇ）前記アームに、各対象物に対応する制御のうちの実行中の制御の種類を表す動作をさせることをさらに含んでもよい。上記態様によると、ロボットのユーザは、ロボットが実行中の処理を視覚により認識することができる。

本開示の一態様に係る位置検出方法は、（ａ１）前記アームに、前記第１被検出部の周囲の表面である周囲面の上方に前記接触部を位置させることと、（ｂ１）前記アームに、前記接触部を下降させ、前記周囲面に少なくとも１箇所で前記接触部を接触させることと、（ｃ１）前記少なくとも１箇所それぞれでの接触時の前記接触部の前記ロボットに対する高さ方向の位置である高さ位置を検出することと、（ｄ１）検出された前記接触部の少なくとも１つの高さ位置を用いて、前記ロボットに対する前記第１被検出部の高さ位置を検出することと、（ｅ１）前記ロボットに対する前記第１被検出部の高さ位置を用いて、前記対象物に対する前記ロボットの高さ位置を検出することをさらに含んでもよい。上記態様によると、対象物に対するロボットの高さ位置の検出は、ロボットのアームへの接触部の配置と、上記のようなロボットの動作とによって実現可能である。

本開示の一態様に係る制御装置は、本開示の一態様に係る位置検出方法を実行する制御装置であって、処理（ａ）を、前記ロボットに対する手動操作が入力された前記ロボットの操作装置から出力される操作情報に従って、実行し、処理（ｂ）～処理（ｆ）をプログラムに従って自動で実行する。上記態様によると、ロボットに対する被検出部の大凡の位置が不明であっても、制御装置は、処理（ａ）～処理（ｆ）を実行することができる。

本開示の一態様に係る制御装置は、本開示の一態様に係る位置検出方法を実行する制御装置であって、処理（ａ）～処理（ｆ）をプログラムに従って自動で実行してもよい。上記態様によると、制御装置は、処理（ａ）～処理（ｆ）を自動で実行することができる。

本開示の一態様に係るロボットシステムは、本開示の一態様に係る位置検出方法を実行し且つ前記ロボットの動作を制御する制御装置と、前記ロボットとを備える。上記態様によると、本開示の一態様に係る制御装置と同様の効果が得られる。

本開示の一態様に係るロボットシステムにおいて、前記制御装置は、処理（ａ）を、前記ロボットに対する手動操作が入力された前記ロボットの操作装置から出力される操作情報に従って、実行し、処理（ｂ）～処理（ｆ）をプログラムに従って自動で実行してもよい。上記態様によると、本開示の一態様に係る制御装置と同様の効果が得られる。

本開示の一態様に係るロボットシステムにおいて、前記制御装置は、処理（ａ）～処理（ｆ）をプログラムに従って自動で実行してもよい。上記態様によると、本開示の一態様に係る制御装置と同様の効果が得られる。

（実施の形態）
以下において、本開示の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、添付の図面における各図は、模式的な図であり、必ずしも厳密に図示されたものでない。さらに、各図において、実質的に同一の構成要素に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。また、本明細書及び特許請求の範囲では、「装置」とは、１つの装置を意味し得るだけでなく、複数の装置からなるシステムも意味し得る。

［ロボットシステムの構成］
実施の形態に係るロボットシステム１の構成を説明する。図１は、実施の形態に係るロボットシステム１の構成の一例を示す図である。図１に示すように、ロボットシステム１は、ロボット１００と、操作入力装置２００と、制御装置３００と、撮像装置４００と、提示装置５００とを備える。これに限定されないが、本実施の形態では、ロボットシステム１は、ロボット１００に異なる位置で２つの作業を自動運転でさせるように構成されている。

例えば、ロボット１００は、作業場所ＷＰＡにおいて、ベルトコンベヤ６０１Ａによって運ばれてくる物品ＷＡを載置台６０２Ａ上の収容箱６０３Ａに箱詰めし、箱詰め済みの収容箱６０３Ａを別のベルトコンベヤ６０４Ａに載せ他の作業場所に運搬させる。また、ロボット１００は、作業場所ＷＰＢにおいて、ベルトコンベヤ６０１Ｂによって運ばれてくる物品ＷＢを載置台６０２Ｂ上の収容箱６０３Ｂに箱詰めし、箱詰め済みの収容箱６０３Ｂを別のベルトコンベヤ６０４Ｂに載せ他の作業場所に運搬させる。作業場所ＷＰＡ及びＷＰＢの間で、ロボット１００の移動が必要になる。ロボット１００の移動毎、ロボット１００の位置の教示が必要になる。具体的には、作業場所ＷＰＡでは、ロボット１００とベルトコンベヤ６０１Ａ等との相対的な位置を制御装置３００に記憶させる必要があり、作業場所ＷＰＢでは、ロボット１００とベルトコンベヤ６０１Ｂ等との相対的な位置を制御装置３００に記憶させる必要がある。

本実施の形態では、制御装置３００は、作業場所ＷＰＡ及びＷＰＢそれぞれにおいて、上記の相対的な位置に基づき、プログラムに従って、ロボット１００に箱詰め作業等の所定の作業を自動で実行させる。なお、ロボット１００が行う作業は、本実施の形態に例示される作業に限定されず、いかなる作業であってもよい。制御装置３００は、プログラムに従ってロボット１００に自動で動作させる自動操縦と、操作入力装置２００を介して入力される操作に対応する操作情報に従ってロボット１００に動作させる手動操縦とにより、ロボット１００の動作を制御する。

図２は、実施の形態に係るロボット１００の構成の一例を示す側面図である。図１及び図２に示すように、ロボット１００は、本実施の形態では産業用ロボットであるが、これに限定されない。ロボット１００は、エンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂと、アーム１２０Ａ及び１２０Ｂと、基台１３０と、挿入体１４０とを備える。エンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂは、物品ＷＡ及びＷＢ等のワークに作用を加え、アーム１２０Ａ及び１２０Ｂはそれぞれ、当該作用を実行するようにエンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂを動かす。アーム１２０Ａ及び１２０Ｂはロボットアームである。アーム１２０Ａ及び１２０Ｂは基台１３０によって回動可能に支持される。基台１３０は、搬送装置等の移動可能な装置に配置され、移動できるように構成される。搬送装置の例は、車輪、ＡＧＶ（無人搬送車：Automated Guided Vehicle）等である。挿入体１４０は、エンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂそれぞれに配置され、つまり、アーム１２０Ａ及び１２０Ｂの先端に配置され、ロボット１００の位置を検出する動作において用いられる。

アーム１２０Ａ及び１２０Ｂは、それぞれの先端のエンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂを動かすことができる構成を有すれば、特に限定されないが、本実施の形態では、水平多関節型アームである。アーム１２０Ａ及び１２０Ｂは、例えば、垂直多関節型、極座標型、円筒座標型、直角座標型、又はその他の型式のロボットアームであってもよい。アーム１２０Ａ及び１２０Ｂは、鉛直方向の第１軸Ｓ１を中心とする同軸上で水平面内で回動可能である。アーム１２０Ａはアーム１２０Ｂに対して第１軸Ｓ１の方向に下方へずらして配置される。ロボット１００は、同軸双腕ロボットを構成する。

アーム１２０Ａは、リンク１２１Ａ～１２４Ａと、関節ＪＡ１～ＪＡ４と、駆動装置ＤＡ１～ＤＡ４とを含む。アーム１２０Ｂは、リンク１２１Ｂ～１２４Ｂと、関節ＪＢ１～ＪＢ４と、駆動装置ＤＢ１～ＤＢ４とを含む。駆動装置ＤＡ１～ＤＡ４及びＤＢ１～ＤＢ４は、電力を動力源として電気モータ等を含み、本実施の形態ではサーボモータを含む。駆動装置ＤＡ１～ＤＡ４及びＤＢ１～ＤＢ４はそれぞれ、制御装置３００による制御のもと、関節ＪＡ１～ＪＡ４及びＪＢ１～ＪＢ４を駆動する。よって、アーム１２０Ａ及び１２０Ｂは互いから独立して動作する。なお、アーム１２０Ａ及び１２０Ｂの関節の数量は、４つに限定されず、５つ以上又は３つ以下であってもよい。

リンク１２１Ａ及び１２１Ｂはそれぞれ、回転関節ＪＡ１及びＪＢ１を介して、第１軸Ｓ１を中心に水平面内で回動可能に基台１３０と接続される。リンク１２２Ａ及び１２２Ｂはそれぞれ、回転関節ＪＡ２及びＪＢ２を介して、鉛直方向の第２軸Ｓ２ａ及びＳ２ｂを中心に水平面内で回動可能にリンク１２１Ａ及び１２１Ｂの先端と接続される。リンク１２３Ａ及び１２３Ｂはそれぞれ、直動関節ＪＡ３及びＪＢ３を介して、鉛直方向の第３軸Ｓ３ａ及びＳ３ｂに沿って昇降可能にリンク１２２Ａ及び１２２Ｂの先端と接続される。リンク１２４Ａ及び１２４Ｂはそれぞれ、回転関節ＪＡ４及びＪＢ４を介して、リンク１２３Ａ及び１２３Ｂの長手方向の第４軸Ｓ４ａ及びＳ４ｂを中心に回動可能にリンク１２３Ａ及び１２３Ｂの下端と接続される。第４軸Ｓ４ａ及びＳ４ｂは、鉛直方向の軸である。リンク１２４Ａ及び１２４Ｂはそれぞれ、エンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂと接続するためのメカニカルインタフェースを構成する。

ここで、「水平方向」とは、ロボット１００が水平な床面等の水平な表面上に配置された場合での水平方向を意味し、上記表面に平行な方向でもある。「鉛直方向」とは、同様の場合での鉛直方向を意味し、上記表面に垂直な方向である。「上方」とは、同様の場合での下方から上方に向かう方向を意味し、「下方」とは、同様の場合での上方から下方に向かう方向を意味する。「側方」とは、同様の場合での上記表面に沿う方向を意味する。

図３は、実施の形態に係るエンドエフェクタ１１０Ａの構成の一例を示す側面図である。図２及び図３に示すように、エンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂの構成は、同様である。このため、エンドエフェクタ１１０Ａの構成のみを説明し、エンドエフェクタ１１０Ｂの構成の説明を省略する。エンドエフェクタ１１０Ａは、接続部１１１と、支持部１１２と、駆動部１１３と、把持部１１４とを含む。

支持部１１２は、第４軸Ｓ４ａと垂直な方向に延びる。支持部１１２の延伸方向の一端に接続部１１１が配置され、他端に駆動部１１３が配置される、接続部１１１は、挿入体１４０を介してリンク１２４Ａのメカニカルインタフェースと接続される。駆動部１１３は、把持部１１４の２つの把持爪１１４ａと機械的に接続され、把持爪１１４ａを互いに接近する方向及び離れる方向に移動させることができる。把持爪１１４ａは、第４軸Ｓ４ａと交差する方向に延び、本実施の形態では、垂直な方向に延びる。把持爪１１４ａは、互いに接近するように移動することで、物品ＷＡ及びＷＢ等のワークを把持し、互いから離れるように移動することで、上記把持を解除する。駆動部１１３は、電力を動力源として電気モータ等を含み、本実施の形態ではサーボモータを含む。駆動部１１３は、制御装置３００による制御のもと、把持爪１１４ａを駆動する。

挿入体１４０は、軸部１４１と接続部１４２とを含む。本実施の形態では、軸部１４１及び接続部１４２は１つの部材で構成されているが、分割可能であってもよい。接続部１４２は、リンク１２４Ａのメカニカルインタフェースと接続される。接続部１４２は、メカニカルインタフェースの表面と同様に円状の表面を有する円板状の形状を有する。接続部１４２は上記円状の表面に突起１４２ａを含む。突起１４２ａは、接続部１４２に一体化されていてもよく、着脱可能であってもよい。突起１４２ａは、メカニカルインタフェースの表面に形成された環状の溝１２４Ａａと同様の平面形状の環状の突起であり、溝１２４Ａａと嵌合可能である。接続部１４２は、突起１４２ａを溝１２４Ａａに嵌合させることで、メカニカルインタフェースの表面に対して一定の位置に位置決めされる。突起１４２ａ及び溝１２４Ａａの形状は環状に限定されず、嵌合により位置決めできればよい。上記の突起及び溝はそれぞれ、リンク１２４Ａ及び接続部１４２に配置されてもよい。

軸部１４１は、接続部１４２の円状の表面と垂直な方向に且つ突起１４２ａと反対方向に、エンドエフェクタ１１０Ａの接続部１１１及び支持部１１２を貫通して下方に延びる。軸部１４１は、支持部１１２から下方に突出する。これに限定されないが、本実施の形態では、軸部１４１は、エンドエフェクタ１１０Ａの駆動部１１３及び／又は把持部１１４よりも下方に突出しない。突起１４２ａと溝１２４Ａａとの嵌合により接続部１４２が位置決めされたとき、軸部１４１は、第４軸Ｓ４ａと同軸上に延びる。つまり、軸部１４１の軸心と第４軸Ｓ４ａとが一致する。

また、接続部１４２は、突起１４２ａと反対側の円状の表面に環状の溝１４２ｂを含む。エンドエフェクタ１１０Ａの接続部１１１は、支持部１１２と反対側の表面に突起１１１ａを含む。突起１１１ａは、接続部１１１と一体化されてもよく、着脱可能であってもよい。突起１１１ａは、溝１４２ｂと同様の平面形状の環状の突起であり、溝１４２ｂと嵌合可能である。エンドエフェクタ１１０Ａの接続部１１１は、突起１１１ａを溝１４２ｂに嵌合させることで、挿入体１４０及びリンク１２４Ａに対して一定の位置に位置決めされる。突起１１１ａ及び溝１４２ｂの形状は、環状に限定されず、嵌合により位置決めできればよい。上記の突起及び溝はそれぞれ、接続部１４２及び接続部１１１に配置されてもよい。

上記のような挿入体１４０は、接続部１４２がリンク１２４Ａとエンドエフェクタ１１０Ａとに挟まれた状態で、リンク１２４Ａに直接的に固定される。ロボット１００は、挿入体１４０がリンク１２４Ａに装着された状態で作業を行うことができる。なお、挿入体１４０は、エンドエフェクタ１１０Ａに直接的に固定され、エンドエフェクタ１１０Ａを介してリンク１２４Ａに間接的に固定されるように構成されてもよい。挿入体１４０は、接触部の一例であり、突出部の一例である。

また、ロボットシステム１は、作業場所ＷＰＡ及びＷＰＢのそれぞれに、ロボット１００の位置を検出するために挿入体１４０の軸部１４１が挿入される検知穴１５０ａ（図４参照）を有する。検知穴１５０ａは、鉛直方向に延びる。例えば、検知穴１５０ａが形成された部材が、作業場所ＷＰＡ及びＷＰＢの所定の位置に配置される。上記所定の位置は、その正確な位置が既知である又は検出可能である位置であってよい。

図４は検知穴を有する部材の一例を示す平面図である。図４に示すように、例えば、作業場所ＷＰＡにおいて、検知穴１５０ａが形成された治具１５０が、ベルトコンベヤ６０４Ａに配置されてもよい。図４では、検知穴１５０ａの形状は、円形断面を有する円筒形状であるが、これに限定されない。例えば、検知穴１５０ａの形状は、検知穴１５０ａの内壁面上の任意の少なくとも３つの位置が検出されれば、検知穴１５０ａの中心若しくは軸心等の基準位置又は断面形状等が検出可能である形状であればよい。例えば、検知穴１５０ａの形状は、楕円断面、長円断面、多角形断面等を有する柱状形状であってもよい。

治具１５０は、作業場所ＷＰＡのベルトコンベヤ６０１Ａ及び載置台６０２Ａ等のロボット１００との相対的な位置が要求される各構成要素に配置されてもよい。構成要素間の相対的な位置が既知である又は検出可能である場合、少なくとも１つの構成要素に治具１５０が配置されてもよい。作業場所ＷＰＡ及びＷＰＢのそれぞれには、少なくとも２つの治具１５０、つまり、少なくとも２つの検知穴１５０ａが配置される。検知穴１５０ａは、被検出部の一例であり、陥凹部の一例である。

図１に示すように、撮像装置４００は、作業場所ＷＰＡ及びＷＰＢのそれぞれに配置される。作業場所ＷＰＡ及びＷＰＢのそれぞれにおいて、撮像装置４００は、載置台６０２Ａ及び６０２Ｂ、並びに、その周辺のベルトコンベヤ６０１Ａ、６０４Ａ、６０１Ｂ及び６０４Ｂの少なくとも一部を撮像する。撮像装置４００は、作業場所ＷＰＡ及びＷＰＢの各構成要素に配置されてもよく、ロボット１００に配置されてもよい。本実施の形態では、撮像装置４００は、可視画像であるデジタル画像の動画像を撮像することができる可視カメラを含むが、これに限定されない。撮像装置４００は、例えば、制御装置３００の指令に従って撮像動作を行い、撮像された画像の信号等を制御装置３００に送る。

提示装置５００は、制御装置３００から受け取るロボットシステム１を動作させるための画像及び音声等を、ロボットシステム１のユーザＰに提示する。提示装置５００の例は、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display）及び有機又は無機ＥＬディスプレイ（Electro-Luminescence Display）等であるが、これらに限定されない。提示装置５００は、音声を発するスピーカを備えてもよい。例えば、提示装置５００は、撮像装置４００によって撮像された画像を、操作入力装置２００を操作するユーザＰに提示する。

操作入力装置２００は、種々の情報、データ及び指令等の入力を受け付け、受け付けた情報等を制御装置３００に出力する。例えば、操作入力装置２００は、レバー、ボタン、タッチパネル、ジョイスティック、モーションキャプチャ等の公知の入力手段を備えてもよい。例えば、操作入力装置２００は、ユーザＰによるロボット１００に対する手動操作の入力を受け付け、受け付けた操作に対応する操作情報を制御装置３００に出力するように構成される。操作入力装置２００は、上記入力手段を介して操作の受け付けてもよく、操作の受け付けるための専用の入力手段を備えてもよい。

図５は、実施の形態に係る制御装置３００及びその周辺の構成の一例を示すブロック図である。図５に示すように、制御装置３００は、ロボット１００、操作入力装置２００、撮像装置４００及び提示装置５００と通信可能に接続されている。通信の形式は、有線通信及び無線通信のいかなる通信形式であってもよい。制御装置３００は、操作入力装置２００が受け付けた指令に応答してロボット１００を動作させる。制御装置３００は、撮像装置４００によって撮像された画像等を提示装置５００に出力する。

制御装置３００は、駆動回路Ｃ１～Ｃ８それぞれを介して、ロボット１００のアーム１２０Ａ及び１２０Ｂの駆動装置ＤＡ１～ＤＡ４及びＤＢ１～ＤＢ４のサーボモータＭ１～Ｍ８（図５では「ＳＭ」と表記）と電気的に接続される。駆動回路Ｃ１～Ｃ８はそれぞれ、制御装置３００の指令に従って、サーボモータＭ１～Ｍ８に供給する電流の電流値を調節する。制御装置３００は、駆動装置ＤＡ１～ＤＡ４及びＤＢ１～ＤＢ４のエンコーダ等の回転センサＥ１～Ｅ８（図５では「ＥＮ」と表記）と電気的に接続される。制御装置３００は、駆動回路Ｃ９及びＣ１０それぞれを介して、エンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂの駆動部１１３のサーボモータＭ９及びＭ１０と電気的に接続される。駆動回路Ｃ９及びＣ１０はそれぞれ、制御装置３００の指令に従って、サーボモータＭ９及びＭ１０に供給する電流の電流値を調節する。制御装置３００は、エンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂの駆動部１１３の回転センサＥ９及びＥ１０と電気的に接続される。回転センサＥ１～Ｅ１０は、サーボモータＭ１～Ｍ２０の回転量（例えば、回転角）を検出し、検出結果を制御装置３００に出力する。

制御装置３００は、プロセッサ及びメモリ等を有する演算器で構成される。演算器は、操作入力装置２００を含む他の装置との情報、データ及び指令等の送受信を行う。演算器は、各種センサからの検出信号の入力及び各制御対象への制御信号の出力を行う。メモリは、揮発性メモリ及び不揮発性メモリなどの半導体メモリ、ハードディスク及びＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置で構成される。例えば、メモリは、演算器が実行するプログラム、及び各種固定データ等を記憶する。

演算器の機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性メモリ及びＲＯＭ（Read-Only Memory）などの不揮発性メモリ等からなるコンピュータシステム（図示略）により実現されてもよい。演算器の機能の一部又は全部は、ＣＰＵがＲＡＭをワークエリアとして用いてＲＯＭに記録されたプログラムを実行することによって実現されてもよい。なお、演算器の機能の一部又は全部は、上記コンピュータシステムにより実現されてもよく、電子回路又は集積回路等の専用のハードウェア回路により実現されてもよく、上記コンピュータシステム及びハードウェア回路の組み合わせにより実現されてもよい。

このような制御装置３００は、例えば、マイクロコントローラ、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration：大規模集積回路）、システムＬＳＩ、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、論理回路等で構成されてもよい。制御装置３００の複数の機能は、個別に１チップ化されることで実現されてもよく、一部又は全てを含むように１チップ化されることで実現されてもよい。また、回路はそれぞれ、汎用的な回路でもよく、専用の回路でもよい。ＬＳＩとして、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＬＳＩ内部の回路セルの接続及び／又は設定を再構成可能なリコンフィギュラブルプロセッサ、又は、特定用途向けに複数の機能の回路が１つにまとめられたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等が利用されてもよい。

制御装置３００は、単一のコンピュータ装置による集中制御により各処理を実行してもよく、複数のコンピュータ装置の協働による分散制御により各処理を実行してもよい。

［第１制御装置及び第２制御装置の機能的構成］
図６は、実施の形態に係る制御装置３００の機能的構成の一例を示すブロック図である。図６に示すように、制御装置３００は、撮像制御部３１１と、情報処理部３１２と、動作指令部３１３及び３１４と、動作制御部３１５と、位置演算部３１６と、記憶部３１７とを機能的構成要素として含む。記憶部３１７を除く上記機能的構成要素の機能は、コンピュータシステム及び／又はハードウェア回路によって実現される。記憶部３１７は、メモリによって実現される。上記機能的構成要素の全てが必須ではない。

情報処理部３１２は、操作入力装置２００から種々の情報、データ及び指令等を受け取り処理し、対応する機能的構成要素に出力する。例えば、情報処理部３１２は、操作入力装置２００から、作業場所ＷＰＡ又はＷＰＢの撮像装置４００に撮像させる指令を受け取り、撮像制御部３１１に出力する。情報処理部３１２は、操作入力装置２００から、ロボット１００の動作モードを指定する指令を受け取り、動作指令部３１３及び３１４等に出力する。

例えば、動作モードは、ロボット１００に自動操縦で作業を実行させる自動運転モードと、ロボット１００に手動操縦で作業を実行させる手動運転モードと、ロボット１００の位置を検出する検出モード等とを含む。自動運転モードは、ロボット１００の作業の一部に手動操縦でのロボット１００の作業を含んでいてもよい。検出モードは、ロボット１００に当該モードでのロボット１００の全ての動作を自動操縦で実行させる第１検出モードと、ロボット１００に当該モードでのロボット１００の動作の一部を手動操縦で実行させ、他部を自動操縦で実行させる第２検出モードとを含んでもよい。例えば、作業は、対象物に対して目的の処理を行うためのロボット１００の複数の動作で構成され得る。

撮像制御部３１１は、情報処理部３１２から受け取る指令に従って、該当する撮像装置４００に撮像動作をさせる。撮像制御部３１１は、当該撮像装置４００から、撮像された画像の信号を受け取り、受け取った信号から画面表示可能な画像データを生成し提示装置５００に出力し表示させる。

第１動作指令部３１３は、手動運転モード及び第２検出モードで機能する。第１動作指令部３１３は、操作入力装置２００から受け取る操作情報に従ってロボット１００に動作させるための指令である手動動作指令を生成し、動作制御部３１５に出力する。具体的には、手動動作指令は、操作情報に従って、アーム１２０Ａ及び１２０Ｂにエンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂの位置及び姿勢を移動させる指令、エンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂの駆動部１１３に駆動させる指令等を含み得る。手動動作指令は、ユーザＰによって操作入力装置２００に入力される操作に対応する動作をエンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂにさせるための指令である。

ここで、動作指令は、位置指令及び力指令の少なくとも１つを含み、本実施の形態では、位置指令を含む。位置指令は、エンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂ等の制御対象の位置、姿勢、並びに、位置及び姿勢の速度等の目標値のうち、少なくとも位置の目標値を含む。上記位置及びその速度は、３次元空間内の位置（以下、「３次元位置」とも表記する）及び速度を表し、上記姿勢及びその速度は、３次元空間内の姿勢（以下、「３次元姿勢」とも表記する）及び速度を表してもよい。さらに、位置指令は、位置指令の実行時刻を含んでもよい。また、力指令は、制御対象が加える力の大きさ及び方向の目標値のうち、少なくとも力の大きさの目標値を含む。力の方向は、３次元空間内の方向を表してもよい。力指令は、力指令の実行時刻を含んでもよい。本明細書及び特許請求の範囲において、「位置」とは、３次元空間内の位置、位置の速度、姿勢及び姿勢の速度のうちの少なくとも３次元空間内の位置を含むことを意味し得る。

第２動作指令部３１４は、自動運転モード及び第１検出モードで機能する。第２動作指令部３１４は、記憶部３１７に記憶される自動動作情報に従って、ロボット１００に動作させるための指令である自動動作指令を生成し、動作制御部３１５に出力する。自動動作指令は、予め設定された自動動作情報に対応する動作をエンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂにさせるための指令である。第２動作指令部３１４は、自動動作指令の生成のために、記憶部３１７に記憶される、作業場所に対するロボット１００の位置及び姿勢の情報、又は、作業場所の構成要素に対するロボット１００の位置及び姿勢の情報を用いる。上記姿勢は、水平方向のロボット１００の向き、つまり方位であってもよい。

例えば、自動動作情報は、エンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂの動作内容及び順序を含む情報を含んでもよく、当該動作内容及び順序でエンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂを動作させるためのアーム１２０Ａ及び１２０Ｂの駆動装置ＤＡ１～ＤＡ４及びＤＢ１～ＤＢ４並びにエンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂの駆動部１１３の動作内容及び順序を含む情報を含んでもよい。例えば、自動動作情報は、エンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂの位置、姿勢、位置及び姿勢の移動速度、上記位置、姿勢及び駆動部１１３の動作等の実行順序、並びに、上記位置、姿勢及び駆動部１１３の動作等の実行時刻等を含んでもよい。

例えば、自動運転モードに対応する自動動作情報は、教示データであってもよい。第１検出モードに対応する自動動作情報は、教示データと同様のデータであってもよく、プログラミングにおいて予め設定されるデータであってもよい。

動作制御部３１５は、動作指令部３１３又は３１４から受け取る手動動作指令又は自動動作指令に従って、ロボット１００の各サーボモータＭ１～Ｍ１０を駆動させるように各サーボモータＭ１～Ｍ１０に供給する電流値を決定し、電流の供給を制御する。さらに、動作制御部３１５は、上記制御において、サーボモータＭ１～Ｍ１０の回転センサＥ１～Ｅ１０及び電流センサ（図示略）等の検出値をフィードバック情報として用いてもよい。このような動作制御部３１５はサーボ制御する。その結果、アーム１２０Ａ及び１２０Ｂは、エンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂに操作情報又は自動動作情報に対応する動作をさせる。電流センサは、サーボモータＭ１～Ｍ１０の電流値を検出し、検出結果を制御装置３００に出力する。

位置演算部３１６は、第１及び第２検出モードで機能する。各検出モードにおいて、位置演算部３１６は、ロボット１００の水平方向の位置及び鉛直方向の位置の少なくとも一方を検出する。例えば、水平方向の位置の検出では、ロボット１００が、２つの治具１５０の検知穴１５０ａそれぞれにエンドエフェクタ１１０Ａ又は１１０Ｂの挿入体１４０を上方から挿入し、挿入体１４０を水平方向に移動させ検知穴１５０ａの内壁面の少なくとも３つの位置に接触させる。位置演算部３１６は、挿入体１４０が上記内壁面に接触したときのロボット１００に対する挿入体１４０の位置を検出する。具体的には、位置演算部３１６は、検知穴１５０ａに挿入体１４０を挿入しているアーム１２０Ａ又は１２０Ｂの各関節ＪＡ１～ＪＡ４又はＪＢ１～ＪＢ４の駆動量、つまり、回転センサＥ１～Ｅ８の検出値から、ロボット１００に対する挿入体１４０の位置を検出する。ロボット１００に対する位置は、第１軸Ｓ１と基台１３０の上面との交点等のロボット１００の固定された基準位置に対する位置であってもよい。

位置演算部３１６は、検知穴１５０ａそれぞれについて、３つの接触位置での挿入体１４０の位置を用いて、ロボット１００に対する当該検知穴１５０ａの水平方向の位置を検出する。このとき、位置演算部３１６は、記憶部３１７に記憶される検知穴１５０ａの情報を用いる。さらに、位置演算部３１６は、検知穴１５０ａの情報に含まれる検知穴１５０ａの断面形状及び寸法のうちの少なくとも断面形状の情報と、ロボット１００に対する挿入体１４０の位置の情報とを用いて、３つの接触位置での挿入体１４０の軸心を通り且つ上記断面形状の水平断面を有する円筒の軸心を検出し、当該軸心の水平方向の位置を検知穴１５０ａの水平方向の位置に決定する。

さらに、位置演算部３１６は、ロボット１００に対する２つの検知穴１５０ａの水平方向の位置の情報と、記憶部３１７に記憶される治具１５０が配置される作業場所の構成要素に対する検知穴１５０ａの位置の情報とを用いて、構成要素に対するロボット１００の水平方向の位置及び姿勢を検出する。水平方向の姿勢は、水平方向の向き（方位）であってもよい。位置演算部３１６は、少なくとも１つの構成要素に対するロボット１００の水平方向の位置及び姿勢を検出してもよく、全ての構成要素に対するロボット１００の水平方向の位置及び姿勢を検出してもよい。例えば、全ての構成要素それぞれに少なくとも２つの治具１５０が配置されている場合、位置演算部３１６は、各構成要素に対するロボット１００の水平方向の位置及び姿勢を検出してもよい。構成要素間の位置関係が既知である場合、位置演算部３１６は、１つの構成要素に対するロボット１００の水平方向の位置及び姿勢を検出してもよい。さらに、位置演算部３１６は、記憶部３１７に記憶される各作業場所における各構成要素の位置の情報を用いて、作業場所に対するロボット１００の水平方向の位置及び姿勢を検出してもよい。位置演算部３１６は、検出されたロボット１００の水平方向の位置及び姿勢を記憶部３１７に記憶させる。

上記作業場所は、上記検知穴１５０ａを有する治具１５０及びロボット１００が配置される作業場所である。上記構成要素は、上記作業場所において上記治具１５０が配置されるベルトコンベヤ等の構成要素である。上記構成要素に対する検知穴１５０ａの位置は、上記構成要素に対する治具１５０の位置であってもよい。上記構成要素は、作業場所自体であってもよく、上記構成要素に対する検知穴１５０ａの位置は、作業場所に対する検知穴１５０ａの位置であってもよい。

また、鉛直方向の位置の検出では、ロボット１００が、１つの治具１５０の検知穴１５０ａの周囲の上面１５０ｂ（図４参照）上の少なくとも１つの位置にエンドエフェクタ１１０Ａ又は１１０Ｂの挿入体１４０を上方から接触させる。位置演算部３１６は、挿入体１４０が上面１５０ｂに接触したときのロボット１００に対する挿入体１４０の位置を検出する。位置演算部３１６は、上記挿入体１４０の位置を用いて、ロボット１００に対する当該検知穴１５０ａの上端開口の鉛直方向の位置を検出する。このとき、位置演算部３１６は、記憶部３１７に記憶される治具１５０及び検知穴１５０ａの情報を用いる。

さらに、位置演算部３１６は、ロボット１００に対する検知穴１５０ａの上端開口の鉛直方向の位置の情報と、記憶部３１７に記憶される治具１５０が配置される作業場所の構成要素に対する検知穴１５０ａの位置の情報とを用いて、構成要素に対するロボット１００の鉛直方向の位置を検出する。位置演算部３１６は、少なくとも１つの構成要素に対するロボット１００の鉛直方向の位置を検出してもよく、全ての構成要素に対するロボット１００の鉛直方向の位置を検出してもよい。さらに、位置演算部３１６は、記憶部３１７に記憶される各作業場所における各構成要素の位置の情報を用いて、作業場所に対するロボット１００の鉛直方向の位置を検出してもよい。位置演算部３１６は、検出されたロボット１００の鉛直方向の位置を記憶部３１７に記憶させる。

記憶部３１７は、種々の情報の格納つまり記憶することができ、且つ、格納した情報の読み出しを可能にする。例えば、記憶部３１７は、ロボット１００の自動動作情報、ロボット１００の挿入体１４０の情報、治具１５０の情報、及び、検知穴１５０ａの情報等を記憶していてもよい。記憶部３１７は、各作業場所における各構成要素の位置の情報、及び、各構成要素間の相対位置の情報等を記憶していてもよい。記憶部３１７は、各作業場所における各構成要素に対するロボット１００の位置及び姿勢の設計値又は目標値等を記憶していてもよい。また、記憶部３１７は、制御装置３００の各機能を実現するためのプログラムを格納してもよい。例えば、第１及び第２検出モードのいずれを実行するためのプログラムも、作業場所ＷＰＡ及びＷＰＢ等の作業場所毎、又は、構成要素毎に作成され、記憶部３１７に記憶される。上記情報等は、記憶部３１７に予め記憶されていてもよく、操作入力装置２００を用いた入力により記憶部３１７に記憶されてもよい。

挿入体１４０の情報は、アーム１２０Ａ及び１２０Ｂのリンク１２４Ａ及び１２４Ｂのインタフェース面に対する挿入体１４０の位置、挿入体１４０が延びる方向、並びに、挿入体１４０の形状及び寸法等の情報を含んでもよい。治具１５０の情報は、作業場所に対する治具１５０の位置、治具１５０が配置される構成要素に対する治具１５０の位置、治具１５０の形状及び寸法、治具１５０における検知穴１５０ａの数量、位置及び延伸方向等の情報を含んでもよい。検知穴１５０ａの情報は、検知穴１５０ａの断面形状及び寸法等の情報を含んでもよい。

［ロボットシステムの動作］
実施の形態に係るロボットシステム１の動作を説明する。具体的には、第１検出モードでの動作を説明する。図７は、実施の形態に係るロボットシステム１の動作の一例を示すフローチャートである。図７は、ロボット１００の水平方向の位置を検出するケースを示す。

図７に示すように、ステップＳ１０１において、ユーザＰは、ロボットシステム１の操作入力装置２００に、第１検出モードでロボット１００の水平方向の位置を検出する指令と、ロボット１００が配置されている作業場所の情報とを入力し、制御装置３００は当該指令及び情報を受け付ける。本例では、作業場所ＷＰＡの情報が入力される。

例えば、段取り替え等のためにロボット１００が作業場所ＷＰＡから作業場所ＷＰＢへ又はその逆へ移動された場合、ユーザＰは、制御装置３００にロボット１００の正確な位置を覚えさせるために、検出モードを実行する。ロボット１００が人力で移動された場合でもＡＧＶ等の搬送装置によって移動された場合でも、ロボット１００の配置位置は、目標の位置に対して距離及び方向の誤差を有する。制御装置３００は、このような誤差を目標位置に反映する。

次いで、ステップＳ１０２において、制御装置３００は、記憶部３１７に記憶される作業場所ＷＰＡに対応する第１検出モードのプログラムを読み込み、実行する。

次いで、ステップＳ１０３において、制御装置３００は、記憶部３１７に記憶される作業場所ＷＰＡでのロボット１００の目標の配置位置の情報と、作業場所ＷＰＡの２つの治具１５０の情報と、検知穴１５０ａの情報とを読み出す。本例では、図４に示すように、２つの治具１５０は、ベルトコンベヤ６０４Ａに配置されている。さらに、制御装置３００は、上記情報から、各検知穴１５０ａに対するロボット１００の目標位置を検出する。さらに、制御装置３００は、上記目標位置に基づき各検知穴１５０ａの位置を推定する。

次いで、ステップＳ１０４において、制御装置３００は、上記推定位置に基づき、ロボット１００を動作させることで、２つの検知穴１５０ａのうち、検知穴１５０ａの位置が未だ検出されていない検知穴１５０ａに、上方から挿入体１４０を挿入させる。つまり、ロボット１００は、検知穴１５０ａ内において、当該検知穴１５０ａに対する水平方向での側方に、挿入体１４０を位置させる。本例では、制御装置３００は、アーム１２０Ｂの挿入体１４０を挿入させる。

次いで、ステップＳ１０５において、制御装置３００は、アーム１２０Ｂの回転関節ＪＢ１を動作させ、検知穴１５０ａ内で挿入体１４０を水平方向に、つまり検知穴１５０ａに対する側方に移動させる。このとき、制御装置３００は、回転関節ＪＢ１の駆動装置ＤＢ１のサーボモータＭ５のゲインを比較的低くし、回転トルクの立ち上がり及びレスポンスを穏やかにする。例えば、サーボモータＭ５のゲインは、サーボモータＭ５がアーム１２０Ｂのリンク１２１Ｂから先端側の部分と共にリンク１２１Ｂを回動できる程度のゲインであってもよい。

さらに、制御装置３００は、回転関節ＪＢ１以外の回転関節の駆動装置のサーボモータのゲインを、サーボモータＭ５のゲインよりも低くする。具体的には、回転関節ＪＢ２の駆動装置ＤＢ２のサーボモータＭ６のゲインが、サーボモータＭ５のゲインよりも低くされる。サーボモータＭ６のゲインは、リンク１２１Ｂの回動時、回転関節ＪＢ２の状態を維持し回転関節ＪＢ２を回動させない程度のゲインであってもよい。例えば、サーボモータＭ６のゲインは、リンク１２１Ｂの回動中にリンク１２２Ｂから先端側の部分が他の物体と接触すると、サーボモータＭ６が押し負けて回転関節ＪＢ２の回動を許容する程度であってもよい。

図８は、実施の形態に係る挿入体１４０の検知穴１５０ａ内での移動動作の一例を示す平面図である。図８に示すように、制御装置３００は、回転関節ＪＢ１を回動可能な方向の両方向ｄ１ａ及びｄ１ｂに回動させ、挿入体１４０と検知穴１５０ａの内壁面との接触を検知すると、回転関節ＪＢ１の回動を停止させる。制御装置３００は、駆動装置ＤＢ１の回転センサＥ１及び電流センサ（図示略）の検出値の偏差から、上記接触の有無を判定してもよい。駆動装置ＤＢ１がリンク１２１Ｂに回動させる駆動力を与え且つ駆動装置ＤＢ２がリンク１２２Ｂに状態を維持させる駆動力を与えつつ挿入体１４０が検知穴１５０ａの内壁面と接触する。このため、接触時及び接触直後において、回転関節ＪＢ１及びＪＢ２でのガタツキ（例えば、バックラッシュ等）に起因するリンク１２１Ｂ及び１２２Ｂの移動が抑制される。

次いで、ステップＳ１０６において、制御装置３００は、アーム１２０Ｂの回転関節ＪＢ１以外の回転関節である回転関節ＪＢ２を動作させ、検知穴１５０ａ内で挿入体１４０を水平方向に、つまり検知穴１５０ａに対する側方に移動させる。このとき、制御装置３００は、駆動装置ＤＢ２のサーボモータＭ６のゲインを、ステップＳ１０５でのサーボモータＭ５と同様に比較的低くする。さらに、制御装置３００は、回転関節ＪＢ２以外の回転関節である回転関節ＪＢ１の駆動装置ＤＢ１のサーボモータＭ５のゲインを、ステップＳ１０５でのサーボモータＭ６と同様に、サーボモータＭ６のゲインよりも低くする。図８に示すように、制御装置３００は、回転関節ＪＢ２を回動可能な方向の両方向ｄ２ａ及びｄ２ｂに回動させ、挿入体１４０と検知穴１５０ａの内壁面との接触を検知すると、回転関節ＪＢ２の回動を停止させる。

例えば、ステップＳ１０５では、挿入体１４０が接触するまでに回転関節ＪＢ１が回動を継続する時間が経過し、サーボモータＭ５のトルクが立ち上がる可能性がある。この場合、挿入体１４０が検知穴１５０ａの内壁面で跳ね返る可能性がある。ステップＳ１０６では、挿入体１４０が検知穴１５０ａの内壁面に接近した状態で回転関節ＪＢ２が回動を開始するため、挿入体１４０が接触するまでのサーボモータＭ６のトルクの立ち上がりは低い。さらに、回転関節ＪＢ２による挿入体１４０の移動方向は、回転関節ＪＢ１による挿入体１４０の移動方向に対して、交差する方向等の異なる方向である。このため、挿入体１４０と検知穴１５０ａの内壁面との接触が検知されたとき、挿入体１４０が当該内壁面に当接した状態で回転関節ＪＢ２の回動が停止され得る。よって、挿入体１４０の水平方向の位置は、内壁面の水平方向に位置と対応し得る。なお、ステップＳ１０５及びＳ１０６の順序は逆であってもよい。

次いで、ステップＳ１０７において、制御装置３００は、挿入体１４０が検知穴１５０ａの内壁面に接触したときのロボット１００に対する挿入体１４０の位置を検出する。つまり、制御装置３００は、回転関節ＪＢ２の回動を停止したときの上記位置を検出する。具体的には、位置演算部３１６は、アーム１２０Ｂの回転センサＥ５～Ｅ８の検出値からエンドエフェクタ１１０Ｂのインタフェース面の位置及び姿勢を検出する。位置演算部３１６は、インタフェース面の位置及び姿勢の情報と、記憶部３１７に記憶される挿入体１４０の情報とに基づき、例えば、図９に示すように、挿入体１４０の軸心１４０Ｃのロボット１００に対する位置を検出する。ステップＳ１０５及びＳ１０６では回転関節ＪＢ１又はＪＢ２のみが回動するため、上記検出のための演算が簡易である。図９は、実施の形態に係る挿入体１４０の検知穴１５０ａとの３つの接触状態の一例を示す平面図である。

次いで、ステップＳ１０８において、制御装置３００は、検出された挿入体１４０の位置の数量は３つであるか否かを判定し、３つである場合（ステップＳ１０８でＹｅｓ）にステップＳ１０９に進み、３つ未満である場合（ステップＳ１０８でＮｏ）にステップＳ１０５～Ｓ１０７を繰り返す。

ステップＳ１０９において、制御装置３００は、ロボット１００に対する挿入体１４０の３つの位置の情報と、記憶部３１７に記憶される検知穴１５０ａの情報とを用いて、ロボット１００に対する検知穴１５０ａの水平方向の位置を検出する。具体的には、図９に示すように、検知穴１５０ａの軸心１５０Ｃａの水平方向の位置が、挿入体１４０の３つの位置を通る円筒の軸心の水平方向の位置として検出される。

次いで、ステップＳ１１０において、制御装置３００は、全ての検知穴１５０ａに対して、ロボット１００に対する水平方向の位置の検出が完了したか否かを判定し、完了済みである場合（ステップＳ１１０でＹｅｓ）にステップＳ１１１に進み、未完了である場合（ステップＳ１１０でＮｏ）にステップＳ１０４に戻り、検出未完了の検知穴１５０ａに対して、ステップＳ１０４以降の処理を繰り返す。本例では、全ての検知穴１５０ａに対して同じアーム１２０Ｂ及び挿入体１４０が用いられる。これにより、アーム１２０Ａ及び１２０Ｂそれぞれの特性及び性能等に起因する各検出結果の誤差が低減される。

ステップＳ１１１において、制御装置３００は、ロボット１００に対する２つの検知穴１５０ａの水平方向の位置の情報を用いて、２つの検知穴１５０ａに対するロボット１００の水平方向の位置及び姿勢を検出する。制御装置３００は、当該検出結果に基づき、ベルトコンベヤ６０４Ａ及び／又は作業場所ＷＰＡに対するロボット１００の水平方向の位置及び姿勢を検出してもよい。制御装置３００は検出結果を記憶部３１７に記憶させる。

ステップＳ１０１～Ｓ１１１の処理によって、制御装置３００は、作業場所ＷＰＡ及び／又は作業場所ＷＰＡの構成要素に対するロボット１００の水平方向の位置及び姿勢を検出することができる。構成要素それぞれに２つ以上の治具１５０が配置されていれば、制御装置３００は、各構成要素に対するロボット１００の水平方向の位置及び姿勢を検出することができる。なお、ステップＳ１０１～Ｓ１１１の処理は、アーム１２０Ａを用いて行われてもよい。ステップＳ１０１～Ｓ１１１の処理において、一方の検知穴１５０ａに対する処理が、アーム１２０Ａを用いて行われ、他方の検知穴１５０ａに対する処理が、アーム１２０Ｂを用いて行われてもよい。１つの検知穴１５０ａに対して、４つ以上の箇所で検知穴１５０ａと接触した挿入体１４０の位置を用いて、当該検知穴１５０ａの水平方向の位置が検出されてもよい。３つ以上の検知穴１５０ａに対して、ステップＳ１０４～Ｓ１１０の処理が行われてもよく、３つ以上の検知穴１５０ａの水平方向の位置を用いて、ロボット１００の位置及び姿勢が検出されてもよい。

また、第２検出モードでは、制御装置３００は、ステップＳ１０４において、ユーザＰによって入力される操作に対応して操作入力装置２００によって出力される操作情報に従って、ロボット１００を手動操縦で動作させ、ステップＳ１０２及びＳ１０３の処理を省略するように構成されてもよい。第２検出モードで制御装置３００が実行するプログラムは作業場所に対応したプログラムでなくてもよい。

図１０は、実施の形態に係るロボットシステム１の動作の別の一例を示すフローチャートである。図１０は、ロボット１００の鉛直方向の位置を検出するケースを示す。図１０に示すように、ステップＳ２０１において、ユーザＰは、操作入力装置２００に、第１検出モードでロボット１００の鉛直方向の位置を検出する指令と、ロボット１００が配置されている作業場所ＷＰＡの情報とを入力し、制御装置３００は当該指令及び情報を受け付ける。

ステップＳ２０２及びＳ２０３の処理は、ステップＳ１０２及びＳ１０３と同様である。なお、ロボット１００の鉛直方向の位置の検出に用いられる検知穴１５０ａの数量は、少なくとも１つであってもよく、本例では１つである。

次いで、ステップＳ２０４において、制御装置３００は、検知穴１５０ａの推定位置に基づき、ロボット１００のアーム１２０Ｂを動作させることで、当該検知穴１５０ａの上端開口の周囲の治具１５０の上面１５０ｂの上方に挿入体１４０を移動させる。さらに、制御装置３００は、直動関節ＪＢ３を動作させることで、上方から上面１５０ｂ上へ挿入体１４０を下降させる。本例では、制御装置３００は、アーム１２０Ｂの挿入体１４０を移動させる。制御装置３００は、挿入体１４０と治具１５０の上面１５０ｂとの接触を検知すると、直動関節ＪＢ３の下降を停止させる。

なお、制御装置３００は、直動関節ＪＢ３の下降動作時、駆動装置ＤＢ３のサーボモータＭ７のゲインを比較的低くする。例えば、サーボモータＭ７のゲインは、図７のステップＳ１０５での回転関節ＪＢ１のサーボモータＭ５と同程度のゲインであってもよい。例えば、サーボモータＭ７のゲインは、下降するリンク１２３Ｂ又はエンドエフェクタ１１０Ｂが他の物体と接触するとサーボモータＭ７が回転停止する程度のゲインであってもよい。

次いで、ステップＳ２０５において、制御装置３００は、挿入体１４０が治具１５０の上面１５０ｂに接触したときのロボット１００に対する挿入体１４０の位置を検出する。制御装置３００は、直動関節ＪＢ３の下降を停止したときの上記位置を検出する。

次いで、ステップＳ２０６において、制御装置３００は、検出された挿入体１４０の位置の数量は３つであるか否かを判定し、３つである場合（ステップＳ２０６でＹｅｓ）にステップＳ２０７に進み、３つ未満である場合（ステップＳ２０６でＮｏ）にステップＳ２０４及びＳ２０５を繰り返す。

ステップＳ２０７において、制御装置３００は、ロボット１００に対する挿入体１４０の３つの位置から、ロボット１００に対する治具１５０の上面１５０ｂの鉛直方向の位置を検出する。例えば、制御装置３００は、上記の挿入体１４０の３つの位置を平均化することで、上面１５０ｂの鉛直方向の位置を検出してもよい。上面１５０ｂの鉛直方向の位置は、検知穴１５０ａの上端開口の鉛直方向の位置に対応する。

次いで、ステップＳ２０８において、制御装置３００は、ロボット１００に対する検知穴１５０ａの上端開口の鉛直方向の位置の情報と、記憶部３１７に記憶される治具１５０及びベルトコンベヤ６０４Ａの情報とを用いて、ベルトコンベヤ６０４Ａに対するロボット１００の鉛直方向の位置を検出する。さらに、制御装置３００は、作業場所ＷＰＡに対するロボット１００の鉛直方向の位置を検出してもよい。制御装置３００は、検出結果を記憶部３１７に記憶させる。

ステップＳ２０１～Ｓ２０８の処理によって、制御装置３００は、作業場所ＷＰＡ及び／又は作業場所ＷＰＡの構成要素に対するロボット１００の鉛直方向の位置を検出することができる。構成要素それぞれに治具１５０が配置されていれば、制御装置３００は、各構成要素に対するロボット１００の鉛直方向の位置を検出することができる。なお、ステップＳ２０１～Ｓ２０８の処理は、アーム１２０Ａを用いて行われてもよい。１つの検知穴１５０ａに対して、１つの箇所、２つの箇所又は４つ以上の箇所で検知穴１５０ａの周囲と接触した挿入体１４０の位置を用いて、当該検知穴１５０ａの上端開口の鉛直方向の位置が検出されてもよい。２つ以上の検知穴１５０ａに対して、ステップＳ２０４～２０７の処理が行われてもよく、２つ以上の検知穴１５０ａの鉛直方向の位置を用いて、ロボット１００の鉛直方向の位置が検出されてもよい。

また、第２検出モードでは、制御装置３００は、ステップＳ２０４において、ユーザＰによって入力される操作に対応して操作入力装置２００によって出力される操作情報に従って、ロボット１００を手動操縦で動作させ、ステップＳ２０２及びＳ２０３の処理を省略するように構成されてもよい。

（その他の実施の形態）
以上、本開示の実施の形態の例について説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されない。すなわち、本開示の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。例えば、各種変形を実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。

例えば、実施の形態において、制御装置３００は、第１及び第２検出モードにおいて、ロボット１００との位置の比較対象それぞれに対応する制御のうちの実行中の制御の種類、つまり現在の比較対象を表す動作をロボット１００にさせるように構成されてもよい。例えば、上記比較対象の例は、作業場所ＷＰＡ及びＷＰＢ、並びに、作業場所ＷＰＡ及びＷＰＢそれぞれに配置されるベルトコンベヤ及び載置台等の構成要素である。

制御装置３００は、ロボット１００が挿入体１４０を挿入する検知穴１５０ａの順序により、比較対象の種類を表してもよい。又は、ロボット１００の位置を検出するために用いられない少なくとも１つの付加的な検知穴１５０ａが配置されてもよい。例えば、付加的な検知穴１５０ａに挿入体１４０を挿入する動作の有無、挿入体１４０が挿入される付加的な検知穴１５０ａの数量、全ての検知穴１５０ａにおける付加的な検知穴１５０ａへの挿入体１４０の挿入が行われる順序等が比較対象と対応付けられて、比較対象に対する検出モードのプログラムが設定されていてもよい。これにより、ユーザＰは、ロボット１００の動作を視ることで、実行中のプログラム及び／又は当該プログラムに対応する比較対象を認識することができ、適切なプログラムが実行されているかを判断することができる。よって、ロボット１００の位置の誤検出が抑制される。

実施の形態に係るロボットシステム１は、ロボット１００を移動させたときのロボット１００の位置を検出するために用いられたが、これに限定されない。ロボットシステム１は、ロボット１００が所定の位置に配置されるいかなるケースに用いられてもよい。ロボットシステム１は、対象物とロボット１００との相対的な位置の検出が要求されるいかなるケースに用いられてもよい。

実施の形態では、アーム１２０Ａ及び１２０Ｂの接触部として、エンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂから下方に突出する突出部である挿入体１４０が例示され、被検出部として、作業場所に配置された治具１５０の陥凹部である検知穴１５０ａが例示されていたが、これに限定されない。例えば、接触部は、エンドエフェクタ１１０Ａ及び１１０Ｂ又はアーム１２０Ａ及び１２０Ｂのリンク１２４Ａ及び１２４Ｂと、別部材ではなく一体化されていてもよい。被検出部は、作業場所のベルトコンベヤ等の構成要素と、別部材ではなく一体化されていてもよい。

例えば、接触部が陥凹部であり、被検出部が突出部であってもよい。この場合、アーム１２０Ａ及び／又は１２０Ｂが、穴等の陥凹部を有する部材を備え、作業場所に、軸等の突出部を有する治具１５０等の部材が配置されてもよい。例えば、ロボット１００の水平方向の位置を検出する場合、制御装置３００は、下方に向いた陥凹部に上方に向いた突出部を挿入し陥凹部の内壁面の少なくとも３箇所を突出部に接触させるように、アーム１２０Ａ又は１２０Ｂに陥凹部を側方に移動させてもよい。ロボット１００の鉛直方向の位置を検出する場合、制御装置３００は、陥凹部の周囲の表面の少なくとも１箇所を突出部に接触させるように、アーム１２０Ａ又は１２０Ｂに陥凹部を下方に移動させてもよい。

又は、接触部が突出部であり、被検出部が突出部であってもよい。アーム１２０Ａ及び／又は１２０Ｂが、挿入体１４０等の突出部を有する部材を備え、作業場所に、軸等の突出部を有する治具１５０等の部材が配置されてもよい。ロボット１００の水平方向の位置を検出する場合、例えば、図１１に示すように、制御装置３００は、下方に向いた円柱状の接触部１４０Ａを、治具１５０Ａの上方に向いた円柱状の被検出部１５０Ａａの外周面上の少なくとも３箇所に接触させるように、アーム１２０Ａ又は１２０Ｂに接触部１４０Ａを側方に移動させてもよい。ロボット１００の鉛直方向の位置を検出する場合、制御装置３００は、接触部１４０Ａを、被検出部１５０Ａａの周囲の治具１５０Ａの上面１５０Ａｂの少なくとも１箇所に接触させるように、アーム１２０Ａ又は１２０Ｂに接触部１４０Ａを下方に移動させてもよい。図１１は、実施の形態の変形例に係る接触部１４０Ａと被検出部１５０Ａａとの接触状態の一例を示す平面図である。

実施の形態では、本開示の技術が適用可能である機械装置として、産業用ロボット１００を例示したが、本開示の技術は、産業用ロボット以外の機械装置に適用されてもよい。例えば、当該機械装置は、サービスロボット及びヒューマノイド等であってもよい。サービスロボットは、介護、医療、清掃、警備、案内、救助、調理、商品提供等の様々なサービス業で使用されるロボットである。

また、本開示の技術は、位置検出方法であってもよい。例えば、本開示の一態様に係る位置検出方法は、アームを備えるロボットの対象物に対する位置を検出する位置検出方法であって、（ａ）前記アームに、前記対象物に配置された少なくとも２つの被検出部のうちの第１被検出部に対して、水平方向での側方に、前記アームに配置された接触部を位置させることと、（ｂ）前記アームに、前記接触部を前記側方に移動させ、前記第１被検出部の表面の少なくとも３箇所に前記接触部を接触させることと、（ｃ）前記少なくとも３箇所それぞれでの接触時の前記接触部の前記ロボットに対する位置を検出することと、（ｄ）検出された前記接触部の少なくとも３つの位置を用いて、前記ロボットに対する前記第１被検出部の位置を検出することと、（ｅ）前記少なくとも２つの被検出部のうちの前記第１被検出部以外の前記被検出部についても、処理（ａ）～（ｄ）と同様の処理を行うことと、（ｆ）前記ロボットに対する前記少なくとも２つの被検出部の位置と、前記対象物に対する前記少なくとも２つの被検出部の位置とを用いて、前記対象物に対する前記ロボットの位置を検出することとを含む。上記位置検出方法は、ＣＰＵ、ＬＳＩなどの回路、ＩＣカード又は単体のモジュール等によって、実現されてもよい。

また、本開示の技術は、上記位置検出方法を実行するためのプログラムであってもよく、上記プログラムが記録された非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。また、上記プログラムは、インターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。

１ ロボットシステム
１００ ロボット
１１０Ａ，１１０Ｂ エンドエフェクタ
１２０Ａ，１２０Ｂ アーム
１４０ 挿入体（接触部）
１５０ａ 検知穴（被検出部）
３００ 制御装置

Claims (13)

1. アームを備えるロボットの対象物に対する位置を検出する位置検出方法であって、
   （ａ）前記アームに、前記対象物に配置された少なくとも２つの被検出部のうちの第１被検出部に対して、水平方向での側方に、前記アームに配置された接触部を位置させることと、
   （ｂ）前記アームに、前記接触部を前記側方に移動させ、前記第１被検出部の表面の少なくとも３箇所に前記接触部を接触させることと、
   （ｃ）前記少なくとも３箇所それぞれでの接触時の前記接触部の前記ロボットに対する位置を検出することと、
   （ｄ）検出された前記接触部の少なくとも３つの位置を用いて、前記ロボットに対する前記第１被検出部の位置を検出することと、
   （ｅ）前記少なくとも２つの被検出部のうちの前記第１被検出部以外の前記被検出部についても、処理（ａ）～（ｄ）と同様の処理を行うことと、
   （ｆ）前記ロボットに対する前記少なくとも２つの被検出部の位置と、前記対象物に対する前記少なくとも２つの被検出部の位置とを用いて、前記対象物に対する前記ロボットの位置を検出することとを含む
   位置検出方法。
2. 前記少なくとも２つの被検出部は、陥凹部と前記陥凹部に挿入可能である突出部とのうちの一方であり、
   前記接触部は、前記陥凹部と前記突出部とのうちの他方であり、
   処理（ａ）では、前記陥凹部に前記突出部を挿入するように前記接触部を移動させることで、前記第１被検出部の前記側方に前記接触部を位置させる
   請求項１に記載の位置検出方法。
3. 処理（ｆ）では、前記対象物に対する前記ロボットの位置及び向きを検出する
   請求項１または２に記載の位置検出方法。
4. 前記アームは少なくとも２つの関節を含み、
   処理（ｂ）では、前記少なくとも３箇所のそれぞれにおいて、前記少なくとも２つの関節のうちの第１関節を動作させることで前記第１被検出部の表面に前記接触部を接触させる第１動作の後に、前記少なくとも２つの関節のうちの第２関節を動作させることで前記第１被検出部の表面に前記接触部を接触させる第２動作を行う
   請求項１～３のいずれか一項に記載の位置検出方法。
5. 前記第１関節及び前記第２関節は、前記側方に前記接触部を移動させるような前記アームの動作を可能にする
   請求項４に記載の位置検出方法。
6. 前記第１動作では、前記第２関節を駆動する第２サーボモータのゲインを前記第１関節を駆動する第１サーボモータのゲインよりも低くし、
   前記第２動作では、前記第１サーボモータのゲインを前記第２サーボモータのゲインよりも低くする
   請求項４または５に記載の位置検出方法。
7. （ｇ）前記アームに、各対象物に対応する制御のうちの実行中の制御の種類を表す動作をさせることをさらに含む
   請求項１～６のいずれか一項に記載の位置検出方法。
8. （ａ１）前記アームに、前記第１被検出部の周囲の表面である周囲面の上方に前記接触部を位置させることと、
   （ｂ１）前記アームに、前記接触部を下降させ、前記周囲面に少なくとも１箇所で前記接触部を接触させることと、
   （ｃ１）前記少なくとも１箇所それぞれでの接触時の前記接触部の前記ロボットに対する高さ方向の位置である高さ位置を検出することと、
   （ｄ１）検出された前記接触部の少なくとも１つの高さ位置を用いて、前記ロボットに対する前記第１被検出部の高さ位置を検出することと、
   （ｅ１）前記ロボットに対する前記第１被検出部の高さ位置を用いて、前記対象物に対する前記ロボットの高さ位置を検出することをさらに含む
   位置検出方法。
   請求項１～７のいずれか一項に記載の位置検出方法。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の位置検出方法を実行する制御装置であって、
   処理（ａ）を、前記ロボットに対する手動操作が入力された前記ロボットの操作装置から出力される操作情報に従って、実行し、
   処理（ｂ）～処理（ｆ）をプログラムに従って自動で実行する
   制御装置。
10. 請求項１～８のいずれか一項に記載の位置検出方法を実行する制御装置であって、
    処理（ａ）～処理（ｆ）をプログラムに従って自動で実行する
    制御装置。
11. 請求項１～８のいずれか一項に記載の位置検出方法を実行し且つ前記ロボットの動作を制御する制御装置と、
    前記ロボットとを備える
    ロボットシステム。
12. 前記制御装置は、
    処理（ａ）を、前記ロボットに対する手動操作が入力された前記ロボットの操作装置から出力される操作情報に従って、実行し、
    処理（ｂ）～処理（ｆ）をプログラムに従って自動で実行する
    請求項１１に記載のロボットシステム。
13. 前記制御装置は、処理（ａ）～処理（ｆ）をプログラムに従って自動で実行する
    請求項１１に記載のロボットシステム。
    

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