JPH06285783A

JPH06285783A - 自律運搬装置

Info

Publication number: JPH06285783A
Application number: JP15491692A
Authority: JP
Inventors: Hajime Terasaki; 肇寺崎
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 1994-10-11

Abstract

(57)【要約】【目的】運搬作業を効率的に行う。【構成】回転持ち替え把握動作計画手段１１は環境の
３次元モデル１のデータから対象物把握位置姿勢算出手
段７が算出した初期状態把握位置姿勢８、目標状態把握
位置姿勢９および対象物把握位置姿勢１０からロボット
の対象物把握用の平行２指把握機構５内における対象物
の回転を考慮した回転持ち替え把握動作計画を作成す
る。マニピュレータ４は、計画通りに能動回転機構６を
含む平行２指把握機構５を駆動し、所望の対象物の運搬
動作を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体の運搬作業を自律
的に行う自律運搬装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、移動対象物の初期状態および
目標状態を与えることにより、対象物の把握、移動、載
置（ピックアンドプレース）の行動計画を決定し、この
計画に応じて動作する自律ロボット（自律運搬装置）に
ついての研究が行われている。そして、ロボットは、本
質的に人間が作業が行えないような環境においても作業
を行うことができ、また人間が行えないような作業も行
うことができる。従って、ロボットの自律動作能力が上
昇すれば、広い分野において有用である。

【０００３】このような自律ロボットにおいては、その
作業計画が重要であり、これについて各種の提案があ
る。例えば、本発明者らは、第８回日本ロボット学会学
術講演会（平成２年１１月）において、把握計画の一手
法について提案した。この把握計画法においては、まず
対象物の形状から、予め対象物の把握位置の候補を与え
ておく。そして、この与えられた把握位置の候補につい
て、ロボットのハンドが動作し易いような障害の少ない
空間を選択し、把握計画を決定している。

【０００４】さらに、本発明者らは、第９回日本ロボッ
ト学会講演会（平成３年１１月）において、さらに改良
された把握計画の手法について提案した。すなわち、上
述の把握計画においては、対象物やハンドの形状、回り
の障害物の状態、ロボットの可動範囲などのために、１
回のピックアンドプレースでは作業が実現できない場合
がある。そこで、この提案の方法では、ピックアンドプ
レースの作業を複数回行い、初期状態から目標状態を得
る計画を効率的に行う手法を提案した。これによって、
任意の初期状態から、任意の目標状態に至る対象物の把
握運搬計画を効率的に行うことができ、得られた計画に
基づいてロボットが自律的に物体の運搬作業を行うこと
ができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
手法では、初期状態から目標状態に一度の運搬作業で移
行できない場合には、把握対象物を一旦把握した後、作
業テーブルなどに置き、持ち替えを行う必要がある。こ
のために、把握対象物の置き場所についての計画や再び
把握するための把握位置姿勢についての計画などを行う
必要があり、計画時間が長くなり、作業効率が悪いとい
う問題点があった。さらに、このような持ち替えの計画
より、ロボットの動作自体が多くなり、作業の実行時間
も長くなってしまうという問題点があった。

【０００６】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あって、ハンドにより、物体を把握した状態において、
物体を回転させ、把握状態を変化させて、効率的な運搬
計画に基づく運搬を行うことができる自律運搬装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る自律運搬装
置は運搬対象となる対象物を把握すると共に、２指を
通る軸を中心に対象物を回転させることができる平行２
指把握機構を有するハンドと、このハンドによる物体の
把握、２指間における把握した対象物の回転、ハンドの
３次元移動を制御する駆動手段と、対象物を初期の位置
姿勢から目標の位置姿勢へ運搬するためのハンドの対象
物把握位置姿勢、２指間における対象物の回転、ハンド
の移動を計画する運搬把握動作計画手段と、を含み、上
記運搬把握動作計画手段によって得られた計画に従い、
上記駆動手段を制御し、対象物を運搬することを特徴と
する。

【０００８】また、上記平行２指把握機構は、動力によ
り、把握物体を能動的に回転させることができ、上記運
搬把握動作計画手段は、初期の位置姿勢における対象物
を把握可能なハンドの位置姿勢と、目標の位置姿勢にお
ける対象物を把握可能なハンドの位置姿勢と、回りに障
害物がない状態における対象物を把握可能なハンドの位
置姿勢とを算出する対象物把握位置姿勢算出手段と、こ
の対象物把握位置姿勢算出手段の算出結果に基づき、初
期の把握位置姿勢、対象物の２指間での回転、ハンドの
移動を計画する回転持ち替え動作計画手段とを有するこ
とを特徴とする。

【０００９】さらに、上記平行２指把握機構は、重力に
より、把握物体を能動的に回転させることができ、上記
運搬把握動作計画手段は、初期の位置姿勢における対象
物を把握可能なハンドの位置姿勢と、目標の位置姿勢に
おける対象物を把握可能なハンドの位置姿勢と、回りに
障害物がない状態における対象物を把握可能なハンドの
位置姿勢とを算出する対象物把握位置姿勢算出手段と、
この対象物把握位置姿勢算出手段の算出結果に基づき、
初期の把握位置姿勢、対象物の２指間での回転、ハンド
の移動を計画する回転持ち替え動作計画手段とを有し、
かつこの回転持ち替え動作計画手段は、重力により目的
の把握姿勢に遷移するための把握遷移系列を計画する把
握遷移系列計画手段と、得られた把握遷移系列を実現す
るためのハンドの動作を計画する重力回転動作計画手段
とを有することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明においては、運搬把握動作計画手段にお
いて、ハンドの２指間における対象物の回転も含め、動
作の計画を行う。そこで、実際の運搬動作において、対
象物を把握した後に、適当な角度だけ対象物を回転させ
ることができ、置き替えの必要を減少して、計画および
実際の運搬作業を効率的に行うことができる。

【００１１】また、平行２指把握機構が動力によって、
把握物体を能動的に回転させることができる場合には、
対象物把握位置姿勢算出手段が、初期の対象物の把握可
能なハンドの位置姿勢と、目標位置姿勢における対象物
を把握可能なハンドの位置姿勢と、回りに障害のない状
態における物体の把握可能なハンドの位置姿勢の３つの
位置姿勢から、初期の把握位置姿勢及び把握状態におけ
る回転及び最終的な把握位置を算出する。従って、これ
に基づいて物体の運搬を効率的に行うことができる。

【００１２】さらに、２指把握機構を重力により把握物
体を回転させるものとした場合には、重力に基づく物体
の２指間での回転の計画を把握遷移系列計画手段によっ
て行う。そこで、物体の回転を重力を利用して効率的に
行うことができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面に基づ
いて説明する。

【００１４】実施例１図１は、実施例１に係る自律運搬装置の全体構成を示す
ブロック図である。環境の３次元モデル１には、把握対
象物の形状、初期状態及び目標状態における対象物の位
置姿勢、周辺の環境の状態（障害物の形状やその位置、
姿勢）、ロボット及びハンドの形状、可動範囲などが記
載されている。運搬把握動作計画手段２は、この環境の
３次元モデル１に記載されている情報を基に、初期位置
姿勢の対象物を目標位置姿勢に運搬するためのロボット
の動作計画（ハンドの対象物把握位置姿勢、ハンドの移
動動作及び対象物のハンド内での回転）を計画する。そ
して、この運搬把握動作計画手段２によって得られた計
画結果に従い、平行２指把握機構５を有するマニピュレ
ータ４が実際の運搬動作を実行する。

【００１５】そして、本実施例においては、平行２指把
握機構の指先には、動力により対象物を把握したまま指
先で回転させることができる能動回転機構６を有してい
る。また、運搬把握動作計画手段２内には、能動回転機
構６による持ち替え（対象物の回転）を利用した運搬把
握動作を計画する回転持ち替え運搬把握動作計画手段３
が設けられている。

【００１６】次に、図２に基づいて、実施例１に係る自
律運搬装置の動作を説明する。まず、対象物把握位置姿
勢算出手段７は、環境の３次元モデル１から供給される
対象物の初期状態及び目標状態や、これらの状態におけ
る回りの障害物の状態や、対象物の形状、ハンドの形状
などから初期状態把握位置姿勢８、目標状態把握位置姿
勢９及び対象物把握位置姿勢１０を算出する（Ｓ１）。
ここで、この対象物把握位置姿勢算出手段７における動
作は、既に公知であり、ここでは説明を省略するが、こ
の対象物把握位置姿勢算出手段７において算出された把
握位置の例を図３に示す。ここで、図３（ａ）は、初期
状態の対象物と回りの環境とを算出した初期状態把握位
置姿勢８、図３（ｂ）は目標状態の対象物と回りの環境
とを算出した目標状態把握位置姿勢９、図３（ｃ）は算
出した対象物把握位置姿勢１０を示している。そして、
この図３において、扇型の要の部分が把握位置であり、
この扇の要から弧の部分へ向かう方向が把握姿勢（把握
可能なハンドのＺ軸方向の範囲）を示している。

【００１７】これらの算出結果から、初期状態把握位置
姿勢８と目標状態把握位置姿勢９の中から回転操作によ
って遷移できる把握位置姿勢をそれぞれ選択すると共
に、初期状態における対象物の把握及び障害物のない空
間における所定の回転及び目標状態に対象物を位置決め
するハンドの動作についての回転持ち替え把握動作を回
転持ち替え把握動作計画手段１１が計画する（Ｓ２）。
そして、ここで計画された計画に従って、マニピュレー
タ４が能動回転機構６などを動作させて運搬動作を行う
（Ｓ３）。

【００１８】なお、平行２指把握機構（ハンド）は、平
行な腕の先端に動力により回転する円盤上の把握用の指
が形成されたものであり、この平行２指の間隔を変更し
て、把握、載置等の動作を行う。そして、このハンドは
その平行２指全体が回転可能であると共に、全体として
３次元移動可能となっている次に、図４に、回転持ち替
え把握動作計画手段１１における回転持ち替え把握計画
の動作についてのフローチャートを示す。まず、初期状
態把握位置姿勢８と目標状態把握位置姿勢９と対象物把
握位置姿勢１０とから、同一の把握位置に対して、それ
ぞれの把握姿勢の範囲を求める。

【００１９】そして、初期状態の把握姿勢の範囲をrang
e-initとし、目標状態の把握姿勢の範囲をrange-goalと
し、対象物のみを考慮した把握姿勢の範囲をrange-obj
とする。次に、range-initと、range-goalと、range-ob
j の内、１つでも範囲がない把握値は除外する。すなわ
ち、３つのうち１つでも把握が不可能であれば、計画は
実行できないため、このような把握位置を除外する（Ｓ
１１）。そして、このような条件を満たす把握位置がな
いかについて判定し（Ｓ１２）、ＹＥＳであれば計画は
失敗として終了する（Ｓ１３）。

【００２０】一方、Ｓ１２において条件を満たす把握位
置があれば、次にそれぞれのrange-initと、range-goal
とが、range-obj の３つを比較し、それぞれの範囲がつ
ながっていない把握位置（重複部分のないもの）を除外
する（Ｓ１４）。これは、重複する部分がなければ、ra
nge-obj の範囲における対象物の回転によって、初期状
態から目標状態への遷移が不可能であり、計画が実行で
きないからである。そして、つながっている把握位置が
ないかを判定し（Ｓ１５）、ＹＥＳであれば計画は失敗
で終了する（Ｓ１６）。

【００２１】一方、つながっている把握位置があった場
合には、この把握位置におけるrange-initと、range-go
alの中から把握姿勢を１つずつ選び、それらをgrasp-in
itとgrasp-goalとする（Ｓ１７）。これによって、１つ
の把握位置が決定される。そして、この把握位置におけ
るrange-initとrange-obj との重複範囲内のgrasp-init
で対象物の把握を行い、range-obj とrange-goalとの
重複範囲内へハンド内において対象物を回転遷移するこ
とができ、grasp-goalに至ることができる。そこで、こ
の把握状態において、目標状態に対象物を位置決めする
ことができる。そこで、マニピュレータ４は、平行２指
把握機構５により、回転持ち替え運搬把握動作計画手段
１１が計画したgrasp-initで対象物をつかみ、十分広い
空間までこれを持ち上げ、能動回転機構６を利用してgr
asp-goalまで対象物を回転移動する。そして、この状態
において目標状態に対象物を置くことができる。

【００２２】以上のようにして、本実施例１により、ハ
ンド把握状態における対象物の回転を利用して、運搬作
業を実施することができる。特に、本実施例１において
は、能動回転機構６を有しているため、対象物を把握し
た状態において、この回転ができる。そこで、持ち替え
動作を省略して、対象物を初期状態から目的状態に運搬
することができる。なお、この把握状態における回転動
作を行っても、初期状態から目的状態への遷移が不可能
である場合（例えば、Ｓ１３、Ｓ１６のような状態）に
は、先に提案の持ち替え動作についての計画によって、
一旦対象物をテーブル上に載置し、再度把握するような
計画を組み合わせればよい。

【００２３】また、能動回転機構としては、各種の構成
が採用可能であるが、例えば一方の指の対象物把握部分
をモータなどにより回転可能とし、他方の対象物把握部
分を従動回転可能とするとよい。

【００２４】実施例２図５は、本実施例に係る自律運搬装置の全体構成を示す
ブロック図である。本実施例２においては、実施例１に
記載した装置に比べ、回転持ち替え把握動作計画手段１
１が把握遷移系列計画手段１２と、重力回転動作計画手
段１３を有しており、マニピュレータ４の平行２指把握
機構５が重力回転機構１４を有している点が異なってい
る。ここで、この重力回転機構１４は、平行２指把握機
構５の指先の構成であり、重力により対象物を把握した
ままで回転する機構である。また、この重力回転機構１
４により、対象物を回転させると、対象物は目標の把握
位置を行き過ぎて振り子運動をするため、重力による回
転操作によって目標の把握位置姿勢を実現するために
は、数回に分けて回転操作を行う必要がある。このため
に、回転持ち替え把握動作計画手段１１内の把握遷移系
列計画手段１２は、このような把握姿勢の系列を求め
る。そして、重力回転動作計画手段１３が、この把握遷
移系列計画手段によって求められた把握姿勢の系列を順
次実行するためのハンドの動作を計画する。

【００２５】次に、実施例２に係る自律運搬装置の動作
を、図６のフローチャートに基づいて説明する。まず、
対象物把握位置姿勢算出手段７は、初期状態把握位置姿
勢８、目標状態把握位置姿勢９及び対象物把握位置姿勢
１０を算出し、これを回転持ち替え把握動作計画手段１
１に供給する（Ｓ２１）。回転持ち替え把握動作計画手
段１１内の把握遷移系列計画手段１２は、初期状態把握
位置姿勢８の領域内の把握位置姿勢から、目標状態把握
位置値姿勢９の領域内の把握位置姿勢に回転操作によっ
て遷移するための把握遷移系列を計画する（Ｓ２２）。
そして、計画した把握遷移系列を実現するための動作を
重力回転動作計画手段１３により計画する（Ｓ２３）。
得られた計画に応じた動作をマニュピレータ４によって
実行する（Ｓ２４）。

【００２６】図７に把握遷移系列計画手段のフローチャ
ートを示す。まず、初期状態把握位置姿勢８と目標状態
把握位置姿勢９と対象物把握位置姿勢１０から同一の把
握位置に対してそれぞれの把握姿勢の範囲を求める。こ
の時、対象物の重心から回転軸までの距離が小さい把握
位置は除外する。これは、この距離が小さければ、重力
によって回転しない可能性が高いからである。ここで、
初期状態の把握姿勢の範囲をrange-init、目標状態の把
握姿勢の範囲をrange-goal、対象物のみを考慮した把握
姿勢の範囲をrange-obj とする。また、range-init、ra
nge-goal、range-obj のうちひとつでも把握可能な範囲
がない把握位置は除外する（Ｓ３１）。そして、除外さ
れない把握位置があるかを判定し（Ｓ３２）、除外され
ていない把握位置がなければ失敗で終了する（Ｓ３
３）。

【００２７】除外されない把握位置があれば、次にそれ
ぞれのrange-initとrange-goalがrange-obj によってつ
ながっていない把握位置を除外する（Ｓ３４）。そし
て、つながっている把握位置があるかを判定し（Ｓ３
５）、つながっている把握位置がなければ失敗で終了す
る（Ｓ３６）。

【００２８】つながっている把握位置があれば、次にス
タックret を用意し、range-goalをret に格納すると共
に、range-goalをrange-x に代入する（Ｓ３７）。次
に、重力による回転操作によって、把握位置姿勢がrang
e-x に収束するang の範囲range=y を求める（Ｓ３
８）。このためには、振り子運動の中心がrange-x 内に
あれば良い。この様子を図８に示す。この時の振り子運
動の最大振幅による行き過ぎ角度は、ｂの方向からrang
e-x 内に収束させる時、行き過ぎ量が最大になるのは、
ｆに収束させる時で、その最大振幅はangle(a,f)=angle
(f,h) である。同様に、ａの方向から収束させる時、行
き過ぎ量が最大になるのは、ｃに収束させる時で、その
最大振幅は、angle(e,b)=angle(g,e) である。ところ
が、回転を行う初期位置は、range-obj 内になければな
らないから、一回の回転操作で、range-xに収束するang
の範囲range-y は、range(g,e)とrange(a,c)の積（重
複範囲）と、range(f,h)とrange(f,b)の積（重複範囲）
との和である。図８の場合、range-y は、range-（g,e)
とrange-(a,c) の積と、range-(f,h) とrange-(f,b) の
積との和である。ここで、ang がｘからｙの範囲をrang
e(x,y)、ang のｘからｙまでの角度をangle(x,y)とす
る。

【００２９】次に、range-y とrange-initとの積が存在
するかを判定し（Ｓ３９）、存在しなければ、range-y
をret に格納し、range-x にrange-y を代入して（Ｓ４
０）、Ｓ３８に戻る。一方、Ｓ３９において、range-y
とrange-initとの積が存在すれば、それをret に格納す
る（Ｓ４１）。これによって、range=goalからrange-in
itまでの把握姿勢の範囲の系列がret に記録されるた
め、このret に記録された把握姿勢の範囲を順々に回転
操作によって遷移できるような把握位置姿勢の系列を計
画する（Ｓ４２）。

【００３０】この計画方法は、いろいろあるが、その一
例のフローチャートを図９に示す。まず、スタックret2
を用意し、ret から最初の把握姿勢の範囲を取り出しそ
の範囲の中心の姿勢を選び、ret2に格納する（Ｓ５
１）。

【００３１】次に、ret から次の把握姿勢の範囲を取り
出すために、ret が空であるかを判定し（Ｓ５２）、空
であれば、ret2を把握遷移系列として終了する（Ｓ５
３）。ret が空でなければ、ここから把握姿勢の範囲を
取り出し（Ｓ５４）、直前に選んだ把握姿勢から回転操
作で遷移可能な把握姿勢を求め、直前に選んだ把握姿勢
から回転操作で遷移可能把握姿勢の範囲と、ret から取
り出した把握姿勢の範囲との積を求める（Ｓ５５）。そ
して、求められた積の中心の姿勢を選び、これをret2に
格納し（Ｓ５６）、Ｓ５２に戻る。このようにして、re
t が空になるまで、Ｓ５２〜Ｓ５６を繰り返す。そこ
で、この処理によって、把握遷移系列がret2に記憶され
る。

【００３２】図１０に、把握遷移系列計画手段１２によ
って計画された把握遷移系列で対象物を初期状態から目
標状態への運搬操作するためのハンドの動作を計画する
重力回転動作計画手段１３の動作の一例のフローチャー
トを示す。ここで、簡単のため、対象物の回転は、ハン
ドのｙ軸が水平で、かつ回りの障害物から十分離れた位
置で行うものとする。

【００３３】最初に、回りの障害物から十分離れた位置
に回転中心と水平な回転軸を設定し、把握遷移系列の最
初の把握位置姿勢を取り出しG1とし、このG1で対象物を
把握して、回転させる位置まで移動する動作を計画し、
記録する（Ｓ６１）。

【００３４】次に、計画した把握遷移系列がｎ個の把握
姿勢の系列であるとすると、最初の把握姿勢からｎ−１
回の回転操作によって最後の把握姿勢までの遷移を実現
するためのハンドの動作を計画する。

【００３５】ここで、ある把握位置姿勢G1から別の把握
位置姿勢G2への遷移を考える。求めるものは、対象物を
回転させる時のハンドの位置姿勢C-handである。C-hand
は、対象物が回転によって重心が最も低くなった時に対
象物座標系に固定された把握位置姿勢G2をworld 座標系
からみた時の位置姿勢であるから、以下のように求めら
れる。

【００３６】すなわち、対象物を設定した回転軸回りに
重力により回転させた時、重心が最下点となる対象物の
位置姿勢C-obj を求める（Ｓ６２）。そして、把握遷移
系列に把握位置姿勢が格納されているかを判定し（Ｓ６
３）、格納されている場合には、次の把握位置姿勢を１
つ取り出し、これをG2とし、対象物がC-obj にある時、
C-obj に固定されたG2のワールド座標における位置姿勢
G2-worldを求め、記録する（Ｓ６４）。このG2-worldが
求めるC-handである。そして、Ｓ６３に戻り、これを把
握遷移系列に把握位置がなくなるまで繰り返し、把握遷
移系列計画手段１２によって計画した把握位置姿勢の遷
移それぞれについてこの操作を行い、回転操作による持
ち替え動作の計画を行う。把握位置がなくなり、Ｓ６３
でＮＯとなった場合には、把握遷移系列の最後の把握位
置姿勢で対象物を目標状態に設置する動作を計画し、記
録して、記録した動作を出力する（Ｓ６５）。このよう
にして、把握遷移系列計画手段１２において得られた把
握系列に基づいて重力回転動作についての計画がなされ
る。

【００３７】そして、マニピュレータ４が、回転持ち替
え把握動作計画手段１１が計画したハンドの動作を実行
し、初期状態から目標状態への対象物の運搬を行う。こ
こで、重力回転機構１４の一例を図１１に示す。平行２
指把握機構（ハンド）５の一方のハンド５０は円形の指
先５０ａを有している。そして、この指先５０ａの中心
部には突起１４ａが内方より進退自在に突出している。
この突起１４ａはボールベアリング１４ｂを介し台座１
４ｃに保持され、この台座１４ｃがスプリングばね１４
ｄによって指先５０ａの凹部５２内に収容されている。

【００３８】そして、スプリングばね１４ｄは台座１４
ｃを図における上方に付勢するため、平常時には突起１
４ａが上方に突出する。しかし、ハンド５による把握力
が強く、スプリングばね１４ｄの力に打ち勝った時には
突起１４ａは下方に移動し、５０ａ内に沈む。そこで、
ハンド５は、対象物を一対の指先５０ａ間固定保持す
る。一方、把握力を対象物を落とさない程度に緩める
と、指先５０ａの突起１４ａが突出し、この突起１４ａ
によって対象物が支持されることになり、対象物は一対
の突起１４ａを回転軸として回転できるようになる。こ
のため、重心が回転軸とずれていた場合には重力により
対象物を回転できる。

【００３９】図１２に、本発明による物体の運搬動作例
を示す。図において、（ａ）が初期状態、が目標状態で
ある。この例では、図３に示した対象物を用いた。この
例は、一回の回転でrange-initからrange-goalに遷移可
能な例である。

【００４０】まず、（ａ）で対象物を把握する。次に
（ｂ）で、回りの環境から十分離れた位置で、かつハン
ドのｙ軸が水平な位置姿勢に移動する。また、（ｃ）に
おいて、対象物を回転によって持ち替えるためのマニピ
ュレータ４の位置姿勢（Chand）に移動する。さらに、
（ｄ）で、ハンドの把握力を緩め、対象物を回転させ
る。そして、（ｅ）で対象物を目標位置におく。

【００４１】このようにして、従来の方法であれば、テ
ーブルに一旦載置し、もう一度把握する持ち替え動作が
必要であった運搬動作について、本実施例によれば、再
把握を行わずに、対象物を目標位置姿勢に運搬すること
ができる。これによって、マニピュレータ４の動作の効
率化を図ることができる。また、作業計画自体も簡略化
される。

【００４２】なお、重力回転機構１４としては、上述の
例に限らず各種のものが採用可能である。すなわち、対
象物と平行２指把握機構５間の接触部の滑りを利用して
対象物を回転させる例を図１３に示す。この例では、ゴ
ム等の材質の指先５０ａを丸く膨出形成している。この
構成によれば、把握力を強くすれば、指先と対象物との
接触面積が大きくなり、摩擦によりしっかりと保持され
る。把握力を緩めると、接触面が点接触に近付き、対象
物を保持したまま重力により回転することができる。

【００４３】また、上述の例においては、重力による対
象物の回転途中において、停止させることは考えなかっ
たが、対象物の位置を例えば光学的に検出し、把握力の
制御を行う、あるいは、回転機構に粘性摩擦を与えるこ
とにより、振り子運動の途中で停止することもできる。
この場合には、振り子運動による行き過ぎは生じない、
あるいは、小さくなるため、把握遷移系列計画手段１２
は、そのことを考慮して計画を行う。

【００４４】また、対象物の重心を鉛直下方に持ってい
き（把握力を緩めても回転角度が０の位置）、その状態
からハンドを回転軸回りにゆっくりと回転させることに
より、ハンドと対象物の相対位置関係を変化させ、対象
物の重力による回転を行ってもよい。この場合には、把
握遷移系列計画手段１２は不必要で、回転持ち替え把握
動作計画手段１１においては、実施例１のごとく、gras
p-initとgrasp-goalのみを計画し、前述のようなハンド
を回転軸周りに回転させてgrasp-initからgrasp-goalに
把握位置姿勢を遷移させるハンドの動作計画を行う。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る自律
運搬装置によれば、装置の指先で対象物を回転させて持
ち替えを行うことができる。このため、対象物を一旦テ
ーブル上に載置、持ち替えする作業を行わずに、対象物
の運搬作業を行うことができ、運搬作業を効率化するこ
とができ、また運搬計画自体も簡略化される。そこで、
効率的な運搬装置の自律的作業を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る運搬装置の全体構成を示すブロ
ック図。

【図２】実施例１の動作を示す全体フローチャート。

【図３】対象物把握位置姿勢算出手段における算出例を
示す説明図。

【図４】回転持ち替え把握動作計画手段の動作を示すフ
ローチャート。

【図５】実施例２に係る運搬装置の全体構成を示すブロ
ック図。

【図６】実施例２の動作を示すフローチャート。

【図７】把握遷移系列計画手段の動作を示すフローチャ
ート。

【図８】把握遷移系列計画手段における動作を説明する
ための説明図。

【図９】把握遷移系列計画の一部を説明するためのフロ
ーチャート。

【図１０】重力回転動作計画手段の動作の一例を示すフ
ローチャート。

【図１１】重力回転機構の構成を示す説明図。

【図１２】対象物の運搬動作の一例を示す説明図。

【図１３】動回転機構の一例を示す説明図。

【符号の説明】

１環境の３次元モデル２運搬把握動作計画手段３回転持ち替え運搬把握動作計画手段４マニピュレータ５平行２指把握機構（ハンド）６能動回転機構７対象物把握位置姿勢算出手段８初期状態把握位置姿勢９目標状態把握位置姿勢１０対象物把握位置姿勢１１回転持ち替え把握動作計画手段１２把握遷移系列計画手段１３重力回転動作計画手段

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【手続補正書】

【提出日】平成５年３月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る自律運搬装
置は、運搬対象となる対象物を把握すると共に、２指を
通る軸を中心に対象物を回転させることができる平行２
指把握機構を有するハンドと、このハンドによる物体の
把握、２指間における把握した対象物の回転、ハンドの
３次元移動を制御する駆動手段（マニピュレ−タ）と、
対象物を初期の位置姿勢から目標の位置姿勢へ運搬する
ためのハンドの対象物把握位置姿勢、２指間における対
象物の回転、ハンドの移動を計画する運搬把握動作計画
手段と、を含み、上記運搬把握動作計画手段によって得
られた計画に従い、上記駆動手段（マニピュレ−タ）を
制御し、対象物を運搬することを特徴とする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】また、上記平行２指把握機構は、動力によ
り、把握物体を能動的に回転させることができ、上記運
搬把握動作計画手段は、初期の位置姿勢における対象物
を把握可能なハンドの位置姿勢と、目標の位置姿勢にお
ける対象物を把握可能なハンドの位置姿勢と、回りに障
害物がない状態における対象物を把握可能なハンドの位
置姿勢とを算出する対象物把握位置姿勢算出手段と、こ
の対象物把握位置姿勢算出手段の算出結果に基づき、初
期の把握位置姿勢、対象物の２指間での回転、ハンドの
移動を計画する回転持ち替え把握動作計画手段とを有す
ることを特徴とする。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】さらに、上記平行２指把握機構は、重力に
より、把握物体を回転させることができ、上記運搬把握
動作計画手段は、初期の位置姿勢における対象物を把握
可能なハンドの位置姿勢と、目標の位置姿勢における対
象物を把握可能なハンドの位置姿勢と、回りに障害物が
ない状態における対象物を把握可能なハンドの位置姿勢
とを算出する対象物把握位置姿勢算出手段と、この対象
物把握位置姿勢算出手段の算出結果に基づき、初期の把
握位置姿勢、対象物の２指間での回転、ハンドの移動を
計画する回転持ち替え把握動作計画手段とを有し、かつ
この回転持ち替え把握動作計画手段は、重力により目的
の把握姿勢に遷移するための把握遷移系列を計画する把
握遷移系列計画手段と、得られた把握遷移系列を実現す
るためのハンドの動作を計画する重力回転動作計画手段
とを有することを特徴とする。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】運搬対象となる対象物を把握すると共に、
２指を通る軸を中心に対象物を回転させることができる
平行２指把握機構を有するハンドと、このハンドによる物体の把握、２指間における把握した
対象物の回転、ハンドの３次元移動を制御する駆動手段
と、対象物を初期の位置姿勢から目標の位置姿勢へ運搬する
ためのハンドの対象物把握位置姿勢、２指間における対
象物の回転、ハンドの移動を計画する運搬把握動作計画
手段と、を含み、上記運搬把握動作計画手段によって得られた計画に従
い、上記駆動手段を制御し、対象物を運搬することを特
徴とする自律運搬装置。
【請求項２】請求項１記載の自律運搬装置において、上記平行２指把握機構は、動力により、把握物体を能動
的に回転させることができ、上記運搬把握動作計画手段は、初期の位置姿勢における
対象物を把握可能なハンドの位置姿勢と、目標の位置姿
勢における対象物を把握可能なハンドの位置姿勢と、回
りに障害物がない状態における対象物を把握可能なハン
ドの位置姿勢とを算出する対象物把握位置姿勢算出手段
と、この対象物把握位置姿勢算出手段の算出結果に基づ
き、初期の把握位置姿勢、対象物の２指間での回転、ハ
ンドの移動を計画する回転持ち替え動作計画手段とを有
することを特徴とする自律運搬装置。
【請求項３】請求項１記載の自律運搬装置において、上記平行２指把握機構は、重力により、把握物体を能動
的に回転させることができ、上記運搬把握動作計画手段は、初期の位置姿勢における
対象物を把握可能なハンドの位置姿勢と、目標の位置姿
勢における対象物を把握可能なハンドの位置姿勢と、回
りに障害物がない状態における対象物を把握可能なハン
ドの位置姿勢とを算出する対象物把握位置姿勢算出手段
と、この対象物把握位置姿勢算出手段の算出結果に基づ
き、初期の把握位置姿勢、対象物の２指間での回転、ハ
ンドの移動を計画する回転持ち替え動作計画手段とを有
し、かつこの回転持ち替え動作計画手段は、重力により
目的の把握姿勢に遷移するための把握遷移系列を計画す
る把握遷移系列計画手段と、得られた把握遷移系列を実
現するためのハンドの動作を計画する重力回転動作計画
手段とを有することを特徴とする自律運搬装置。