JP7339776B2 - 制御システム、機械装置システム及び制御方法 - Google Patents
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Description
実施の形態に係る機械装置システム1を説明する。図1は、実施の形態に係る機械装置システム1の構成の一例を示す機能ブロック図である。図1において、実線の矢印は、機械装置10を動作させるための指令、データ及び情報等の流れを示し、一点鎖線の矢印は、学習部36に学習させるための指令、データ及び情報等の流れを示す。このことは、以下の機能ブロック図においても同様である。
[1-1-1.機械装置システム]
図1に示すように、実施の形態に係る機械装置システム1は、機械装置10と、操作装置20と、制御装置30と、動作情報検出装置50と、出力装置60とを備える。機械装置10は、処理の対象物に対して作用を加える作用部11と、当該作用を実行するように作用部11を動かす動作部12とを備える。操作装置20及び制御装置30は、機械装置10を制御するための制御システム100を構成する。
図1に示すように、機械装置10は、動力によって動作する装置であればよい。機械装置10として、例えば、建設機械、トンネル掘削機、クレーン、荷役搬送車、及び産業用などの種々の用途のロボット等が例示される。例えば、機械装置10が建設機械のバックホウである場合、バックホウのショベルは作用部11に対応し、アームは動作部12に対応する。制御装置30はアームを動作させる油圧装置等を制御する。機械装置10がトンネル掘削機である場合、トンネル掘削機の掘削刃は作用部11に対応し、掘削刃を作動させる作動装置は動作部12に対応する。制御装置30は作動装置等の動作を制御する。機械装置10が荷役搬送車である場合、荷役搬送車の荷役装置のフォークなどの載置部又は把持部等は作用部11に対応し、荷役装置及び搬送台車の駆動装置は動作部12に対応する。制御装置30は、荷役装置及び搬送台車の駆動装置等の動作を制御する。機械装置10が産業用ロボットである場合、ロボットのロボットアームは動作部12に対応し、ロボットアームの先端のエンドエフェクタは作用部11に対応する。制御装置30は、ロボットアーム及びエンドエフェクタの駆動装置等の動作を制御する。動力の種類はいかなる種類でもよい。動力の種類の例は、電動機、内燃機関、水蒸気、液圧及び空気圧等である。制御の種類はいかなる種類でもよい。制御の種類の例は、電気制御、油圧制御、液圧制御及び空圧制御等である。
図1に示すように、操作装置20は、操作者による入力を、当該入力に対応する情報に変換し、操作情報として制御装置30に出力する。例えば、操作装置20は、操作者による入力を、当該入力に対応する信号に変換し制御装置30に出力する。本実施の形態では、操作装置20は、機械装置10等の他の物体に固定されておらず、3次元空間内で任意の方向に移動自在であるように構成されている。なお、操作装置20は、2次元平面上又は1次元直線上で任意の方向に移動自在であるように構成されてもよい。操作装置20は操作者の手によって把持され得るように構成されている。このため、操作者は、把持している操作装置20を任意の方向に移動させ、任意の姿勢に方向付けることができる。操作装置20は、有線通信又は無線通信を介して制御装置30と通信するように構成されている。有線通信及び無線通信の種類は問わず、いかなる通信であってもよい。
図1に示す制御装置30は、例えば、プロセッサ及びメモリ等を有する演算器で構成される。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(HDD:Hard Disc Drive)及びSSD(Solid State Drive)等の記憶装置で構成される。例えば、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(図示せず)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。
実施の形態に係る機械装置システム1の動作を説明する。具体的には、自動運転モードでの動作の一例を説明する。図5は、実施の形態に係る機械装置システム1の動作の一例を示すフローチャートである。さらに、図5は、機械装置システム1が機械装置10に1サイクルの所定の動作を実行させる例を示す。本例では、機械装置システム1は、所定の動作の全てを機械装置10に自動で実行させるものとして説明する。
上述したように、実施の形態に係る機械装置システム1において、機械装置10の制御装置30は、機械装置10を動作させるための動作指令に従って、機械装置10の動作を制御する動作制御部としての動作指令部32及び駆動指令部34と、機械装置10を操作するための操作装置20から出力される操作情報に従って、機械装置10の動作を修正する修正制御部としての修正指令部33及び駆動指令部34と、機械装置10の動作を示す第一動作情報を記憶する第一記憶部38と、修正指令部33によって行われた修正を示す修正情報を記憶する第二記憶部39と、第一動作情報と第一動作情報に対応する修正情報とを用いて機械学習し、第一動作情報を入力データとし且つ当該第一動作情報に対応する指令を出力データとする学習部36とを含む。さらに、動作指令部32は、学習部36の指令に基づく動作指令に従って、機械装置10の動作を制御する。操作装置20は、操作装置20の動作を示す第二動作情報に基づく操作情報を出力する。
実施の形態の変形例に係る機械装置システム1Aを説明する。本変形例では、機械装置システム1Aは、機械装置としてロボット10Aを備え、ロボット10Aの動作を動作データだけでなく、ロボット10Aの処理対象の画像を用いて制御する。以下、本変形例について、実施の形態と異なる点を中心に説明し、実施の形態と同様の点の説明を適宜省略する。
図6は、変形例に係る機械装置システム1Aの構成の一例を示す機能ブロック図である。図6に示すように、本変形例に係る機械装置システム1Aは、実施の形態に係る機械装置システム1と比較して、撮像装置70をさらに備える。さらに、機械装置システム1Aは、機械装置10としてのロボット10Aと、制御装置30としての制御装置30Aとを備える。ロボット10Aは、エンドエフェクタ11A及びロボットアーム12Aを備え、エンドエフェクタ11Aは作用部11に対応し、ロボットアーム12Aは動作部12に対応する。ロボット10Aの詳細は後述する。
図7は、変形例に係るロボット10Aの構成の一例を示す側面図である。図7に示すように、ロボット10Aのロボットアーム12Aの基部は、基台13に取り付け固定され、ロボットアーム12Aの先端部には、エンドエフェクタ11Aが着脱可能に取り付けられている。エンドエフェクタ11Aは、把持、吸着、吊り上げ、又は掬い上げ等の対象物に対応する様々な作用を、対象物に加えることができるように構成される。図7の例では、エンドエフェクタ11Aは、対象物Wを把持するように構成され、ロボット10Aは、エンドエフェクタ11Aで把持した対象物Wを組付対象物Tに組み付ける作業を行う。ロボット10Aの作業は組み付けに限定されず、いかなる作業であってもよい。ロボット10Aの作業の例は、仕分け、組立、塗装、溶接、接合、チッピング、研磨、シーリング、半導体製造、薬剤調合及び手術などの医療行為等である。
図8は、変形例に係る操作装置20の外観の一例を示す図である。図9は、変形例に係る操作装置20の構成の一例を示す機能ブロック図である。図8に示すように、操作装置20は、人の手が把持することが可能である筐体20aを備える。さらに、操作装置20は、筐体20aに入力装置21を備える。図8では、入力装置21はボタンスイッチであるが、これに限定されない。また、操作装置20は、筐体20aの内部に、図示しない慣性計測装置22、ハプティクスデバイス23、操作制御装置24及び通信装置25を備える。機械装置システム1Aでは、制御装置30Aは、操作装置20を用いてロボット10Aに対してバイラテラル制御を行う。
制御装置30Aの構成を説明する。図6に示すように、本変形例に係る制御装置30Aは、実施の形態に係る制御装置30と比較して、動作情報演算部41と、画像処理部42と、第四記憶部43とをさらに含み、学習部36の代わりに学習部36Aを含む。
上述のような変形例に係る機械装置システム1Aによれば、実施の形態と同様の効果が得られる。さらに、機械装置システム1Aにおいて、学習部36Aは、ロボット10Aの動作情報と当該動作情報に対応する修正情報とを用いて機械学習し、ロボット10Aの動作情報を入力データとし、当該動作情報に対応する指令を出力データとする。ロボット10Aの動作情報は、ロボット10Aのエンドエフェクタ11Aの動作データと、撮像装置70によって撮像された対象物の画像データとを含む。上記構成により、学習部36Aは、エンドエフェクタ11Aの動作状態だけでなく、画像から認識される処理対象の対象物の状態、つまり処理状態に対応した出力をすることができる。例えば、ロボット10Aが塗装、溶接、チッピング、研磨又はシーリング等の作業を行う場合、対象物における処理対象の部位の状態に応じて作業の出来映えが変化する。学習部36Aは、当該部位を含む画像を入力データとすることで、当該部位の状態に適した出力をすることができる。よって、学習部36Aの出力精度が向上する。なお、画像データを含む動作情報を扱う学習部36Aは、ロボット以外のいかなる機械装置に用いられてもよい。
以上、本発明の実施の形態の例について説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されない。すなわち、本発明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及び変形例に施したもの、及び、異なる実施の形態及び変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
10 機械装置
10A ロボット
20 操作装置
22 慣性計測装置
23 ハプティクスデバイス
30,30A 制御装置
32 動作指令部(動作制御部)
33 修正指令部(修正制御部)
34 駆動指令部(動作制御部、修正制御部)
36,36A 学習部
36a,36Aa ニューラルネットワーク
37 動作情報処理部(処理部)
38 第一記憶部(記憶部)
39 第二記憶部(記憶部)
50 動作情報検出装置
70 撮像装置
100 制御システム
Claims (6)
- 操作者の手によって手持ち可能であり且つ機械装置を操作するための手持ち式操作装置であって、慣性計測装置及びハプティクスデバイスを含み、3次元空間内で任意の方向に移動自在であるように構成される手持ち式操作装置と、
前記機械装置の制御装置とを備え、
前記手持ち式操作装置は、前記慣性計測装置によって計測される計測データに基づき且つ前記手持ち式操作装置の動きを示す第二動作情報に基づく操作情報を、前記制御装置に出力し、
前記制御装置は、
前記機械装置を動作させるための動作指令に従って、前記機械装置の動作を制御する動作制御部と、
前記手持ち式操作装置から出力される前記操作情報に従って、前記機械装置の動作を修正する修正制御部と、
前記機械装置の動作を示す第一動作情報と、前記修正制御部によって行われた修正を示す修正情報とを記憶する記憶部と、
前記第一動作情報と前記第一動作情報に対応する前記修正情報とを用いて機械学習し、前記第一動作情報を入力データとし且つ前記第一動作情報に対応する指令を出力データとする学習部と、
前記第一動作情報を前記手持ち式操作装置に出力する処理部とを含み、
前記動作制御部は、前記学習部の前記指令に基づく前記動作指令に従って、前記機械装置の動作を制御し、
前記処理部は、前記機械装置が備える作用部が対象物に加える力を表す力データと、前記作用部の位置を表す位置データとを含む前記第一動作情報を、前記手持ち式操作装置に出力し、
前記ハプティクスデバイスは、前記第一動作情報に基づく前記機械装置の動作状態のフィードバックを触力覚として、前記操作者に与えるように構成される
制御システム。 - 前記第一動作情報は、前記機械装置が処理をする対象物を撮像した画像データを含む
請求項1に記載の制御システム。 - 前記学習部は、ニューラルネットワークで構成される
請求項1又は2に記載の制御システム。 - 前記第一動作情報は、前記機械装置の現在の動作と過去の動作とを含む
請求項3に記載の制御システム。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の制御システムと、
前記機械装置とを備える
機械装置システム。 - 機械装置を動作させるための動作指令に従って、前記機械装置を動作させることと、
前記機械装置を操作するための手持ち式操作装置から出力される操作情報に従って、前記機械装置の動作を修正することであって、前記操作情報は、前記手持ち式操作装置が備える慣性計測装置及びハプティクスデバイスのうちの前記慣性計測装置の計測データに基づき且つ前記手持ち式操作装置の動きを示す第二動作情報に基づくものであり、前記手持ち式操作装置は、操作者の手によって手持ち可能であり、3次元空間内で任意の方向に移動自在であるように構成されることと、
前記機械装置の動作を示す第一動作情報と、前記機械装置の動作の修正を示す修正情報とを取得することと、
前記第一動作情報と前記第一動作情報に対応する前記修正情報とを用いて学習モデルに機械学習させることと、
前記学習モデルに前記第一動作情報を入力し前記第一動作情報に対応する指令を出力させることと、
前記学習モデルの前記指令に基づく前記動作指令に従って、前記機械装置を動作させることと、
前記機械装置が備える作用部が対象物に加える力を表す力データと、前記作用部の位置を表す位置データとを含む前記第一動作情報を前記手持ち式操作装置に出力することと、
前記ハプティクスデバイスに、前記第一動作情報に基づく前記機械装置の動作状態のフィードバックを触力覚として、前記操作者に与えさせることとを含む
制御方法。
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