JP2008178930A - ロボットのワーク把持方法及びロボット - Google Patents

Description

本発明は、対象物であるワークを把持するロボットのワーク把持方法及びロボットに関し、更に詳しくは、ワークの持ち替えを迅速に行うことができると共に設備の簡略化を図ることができるロボットのワーク把持方法及びロボットに関する。

従来、ロボットを用いたワーク供給方法として、パーツフィーダを用いて対象ワークを整列させ、このワークを把持できる姿勢にして供給し、ロボットのハンドがワークを把持する方法が知られている。また、人又は整列装置により、対象ワークをパレット上に把持できる姿勢に整列させ、そのパレットでワークを供給し、このワークをロボットのハンドが把持する方法も一般的であり、よく知られている。しかしながら、これらの方法は、物量の少ないワークにおいては設備が大きくなり、収納効率が悪い等の問題がある。

一方、山積みされた複数個のワークからカメラを使って把持可能なワークの位置及び姿勢を計測し、ロボットのハンドでワークを把持し、取り出す方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、姿勢が整えられていない状態でワークを把持することから、常に把持するべきワークの部位を把持することができない場合があり、ワークの持ち替えが必要になる。このワークの持ち替えでは、ワークをハンドから離して仮置き台の上に仮置きし、視覚センサでワーク姿勢を計測し、ワークを再度把持する方法が多く採られている。他に、専用の治具を用い、ロボットにワークの重量負荷をかけずにワークの姿勢を変え、持ち替えを行う方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−８２２３２号公報 特開２００５−８１４４２号公報

ところで、特に物量の少ないワークを把持する場合は、整列されていないワークを把持する手法を採ることで、把持するべきワークの部位を把持することができない場合があり、ワークの持ち替えが必要になる。ワークの持ち替え方法の代表例は、ワークをハンドから離して仮置き台の上に仮置きし、ワークを把持する方法であるが、台に仮置きした段階で、把持するべきワークの部位が仮置き台に接触していて把持することができないこともあり、万全ではない。このような場合、ロボットがワークを動かして把持可能なワークの姿勢をつくる方法があるが、ロボットの動作が多くなり、持ち替えに時間がかかるという問題がある。

また、仮置き台の形状を工夫し、ワークを仮置きした状態でワークの把持すべき位置にハンドの爪が挿入できる隙間を作る方法もあるが、仮置き台の形状が複雑になり、多種のワークに対応する形状を作ることが難しいという問題がある。

本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、ワークの持ち替えを迅速に行うことができると共に設備の簡略化を図ることができるロボットのワーク把持方法及びロボットを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のロボットのワーク把持方法は、対象物であるワー
クを把持するハンドと、このハンドを３次元空間の指定された位置及び姿勢に移動させるロボット本体部と、このロボット本体部を駆動させて上記ハンドの位置及び姿勢を制御するロボット制御装置とを備えるロボットを用いて、上記ワークを把持するロボットのワーク把持方法において、上記ワークを空中に解放し、この空中に解放されたワークを上記ハンドで捕獲把持して持ち替えるようにする。

また、上記ワークを落下させて空中に解放し、この落下途中のワークを上記ハンドで捕獲把持して持ち替えるようにするとよい。
また、上記ハンドにより上記ワークを落下させて空中に解放し、このワークを落下させたハンドで再び上記落下途中のワークを捕獲把持して持ち替えるようにするとよい。

また、上記ワークを投げ上げて空中に解放し、この空中に解放されたワークを上記ハンドで捕獲把持して持ち替えるようにするとよい。
また、上記投げ上げられて落下する途中のワークを上記ハンドで捕獲把持して持ち替えるようにするとよい。

また、上記ハンドにより上記ワークを投げ上げて空中に解放し、このワークを落下させたハンドで再び上記空中に解放されたワークを捕獲把持して持ち替えるようにするとよい。

また、上記ワークが把持しやすい姿勢で空中に解放されるように、上記ワークの解放前の姿勢を決定するようにするとよい。
上記課題を解決するために、本発明のロボットは、対象物であるワークを把持するハンドと、このハンドを３次元空間の指定された位置及び姿勢に移動させるロボット本体部と、このロボット本体部を駆動させて上記ハンドの位置及び姿勢を制御するロボット制御装置とを備えるロボットにおいて、上記ロボット制御装置は、空中に解放された上記ワークを捕獲把持する位置及び姿勢を決定し、上記ハンドは、上記ロボット制御装置が決定した位置及び姿勢で上記ワークを捕獲把持して持ち替える構成とする。

また、上記ハンドは、上記ワークを落下させて空中に解放すると共に、この空中に解放されたワークを捕獲把持して持ち替える構成とするとよい。
また、上記ハンドは、上記ワークを投げ上げて空中に解放すると共に、この空中に解放されたワークを捕獲把持して持ち替える構成とするとよい。

本発明では、ワークを空中に解放し、この空中に解放されたワークをハンドで捕獲把持して持ち替えを行っているため、仮置き台或いはワークの姿勢を変える治具等を用いてワークの持ち替えを行う必要がなくなる。よって、本発明によれば、ワークの持ち替えを迅速に行うことができると共に設備の簡略化を図ることができる。

また、本発明によれば、仮置き台等を用いる必要がないため、対象ワークの形状の制約を受けにくくすることもできる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットを示す概略構成図である。

同図において、ロボット１は、ロボット本体部２と、このロボット本体部２に接続された多関節型のアーム３と、このアーム３の先端に設けられワーク１０を把持するハンド４
と、ロボット本体部２に電気的に接続されロボット本体部２を駆動させてハンド４の位置及び姿勢を制御するロボット制御装置５とを備えている。

アーム３は、先端にハンド４が設けられた第１関節３ａと、この第１関節３ａの残る他端及びロボット本体部２に接続された第２関節３ｂとから構成されている。この構成により、アーム３は、動作領域内の空間の任意の位置にハンド４を移動させることが可能となっている。

ハンド４は、ワーク１０を所望の姿勢で把持できるように、第１関節３ａに対して角度調整自在に設けられている。
ロボット制御装置５は、ハンド４の動作領域を視野に入れる視覚装置６に接続されて、視覚装置６の計測結果を、即ちハンド４の位置及び姿勢を、視覚装置６から伝送されている。また、詳しくは後述するが、ロボット制御装置５は、例えばシーケンス制御により、ワーク１０の落下後の軌道を予測してワーク１０の最適な把持位置、把持姿勢及び把持時間を決定し、これに基づきハンド４の位置及び姿勢を制御して落下中のワーク１０を捕獲把持することによりワーク１０の持ち替えを行うことが可能となっている。

図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、それぞれ上記第１実施形態に係るワークを示す斜視図、正面図及び側面図である。
ワーク１０は、図２Ａに示すように略円柱形状を呈し、曲面の端部に、互いに対向する２つの把持面１０ａ，１０ａが形成されている。これら２つの把持面１０ａ，１０ａは、ハンド４による把持を容易にするべく、曲面から窪んだ四角形の平面に形成されている。

図３は、上記第１実施形態に係るロボットのワーク持ち替え動作を示すフローチャートである。
まず、図１に示すロボット制御装置５は、視覚装置６からワーク１０の把持姿勢を検出し、ハンド４によるワーク１０の持ち替えが必要か否かを判断する（Ｓ１）。具体的には、図４Ａ及び図４Ｂ（ワーク１０の把持面１０ａを把持した状態を示す説明図）に示すように、ハンド４がワーク１０の把持面１０ａを把持している場合には、ワーク１０の持ち替えを行う必要がないと判断する。また、図５Ａ及び図５Ｂ（ワーク１０の把持面を把持していない状態を示す説明図）に示すように、ハンド４がワーク１０の把持面１０ａを把持していない場合には、ワーク１０の持ち替えを行う必要があると判断する。

図６Ａ〜図６Ｄは、上記第１実施形態に係るロボットのワーク持ち替え動作を示す説明図である。
ロボット制御装置５は、ワーク１０の持ち替えが必要であると判断した場合には、視覚装置６から、図６Ａに示す落下前の状態におけるワーク１０の把持位置及び把持姿勢を検出し、ワーク１０の落下後の軌道を予測する（Ｓ２）。この軌道予測においては、時間に応じた軌道を予測する必要がある。

次に、この軌道予測の結果から、アーム３の移動可能速度等を基にして、ハンド４がワーク１０を把持できるか否かを判定する（Ｓ３）。具体的には、ワーク１０を落下させた場合に、ハンド４により捕獲把持する前に、ワーク１０がロボット１の下方に配置された図示しないベース部等の他の部材に接触しないか否かを判定する。また、この際に、ハンド４がワーク１０の把持面１０ａを把持する最適の位置、姿勢及び時間を決定しておくとよい。

上記判定（Ｓ３）により、ハンド４による捕獲把持が成功しない、即ちワーク１０が他の部材に接触すると判定された場合には、アーム３を移動させてハンド４を例えば上方に移動させて、ハンド４によるワーク１０の把持位置を変更する（Ｓ４）。

そして、図６Ｂに示すように、ハンド４によるワーク１０の把持を解除し、ワーク１０を落下させて空中に解放させる（Ｓ５）。なお、このワーク１０の解放は、ハンド４により行わなくとも、例えば他の装置等によりアーム３（ハンド４）の動作領域にワーク１０を落下させてもよい。

ワーク１０が落下している際に、図６Ｃに示すようにハンド４（アーム３）を移動させて、ロボット制御装置５が決定した位置、姿勢及び時間にて、図６Ｄに示すようにハンド４によりワーク１０を捕獲把持する（Ｓ６）。これにより、図４Ａ及び図４Ｂに示すようにハンド４がワーク１０の把持面１０ａを把持するようになり、ワーク１０の持ち替えが終了する。

なお、本実施形態ではワーク１０を略円柱形状として説明したが、本発明のワークの形状は、何らかのハンドにより把持されうる形状であればよいため、略円柱形状に限定されない。そのため、本発明のワークは、必ずしも平面の把持面１０ａを有している必要はない。また、本発明のハンドの形状も、何らかのワークを把持できる形状であればよいため、限定されない。

以上説明した本実施形態では、ワーク１０を空中に解放し、この空中に解放されたワーク１０をハンド４で捕獲把持して持ち替えを行っているため、仮置き台或いはワーク１０の姿勢を変える治具等を用いてワーク１０の持ち替えを行う必要がなくなる。よって、本実施形態によれば、ワーク１０の持ち替えを迅速に行うことができると共に設備の簡略化を図ることができる。更には、仮置き台等を用いる必要がないため、対象ワーク１０の形状の制約を受けにくくすることもできる。

また、本実施形態によれば、ワーク１０を落下させることにより、ワーク１０を空中に解放しているため、ワーク１０の軌道が予測しやすく、ワーク１０の持ち替えをより正確に行うことができる。

また、本実施形態によれば、ワーク１０を落下させたハンド４で再び落下途中のワーク１０を捕獲把持しているため、ワーク１０を落下させる装置等が不要になり、より設備の簡略化を図ることができる。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、ワーク１０を落下させて空中に解放するのではなく、投げ上げて空中に解放する点のみ上記第１実施形態と相違するため、上記第１実施形態のＳ１〜Ｓ４に対応するＳ１１〜Ｓ１４の説明は省略する。

図７は、本発明の第２実施形態に係るロボットのワーク持ち替え動作を示すフローチャートである。
図８Ａ〜図８Ｄは、上記第２実施形態に係るロボットのワーク持ち替え動作を示す説明図である。

まず、上記第１実施形態と同様に、ワーク１０の持ち替えが必要な場合に（Ｓ１１）、ワークの軌道を予測し（Ｓ１２）、ワーク１０を捕獲把持可能であることを確認しておく（Ｓ１３，１４）。また、ハンド４がワーク１０の把持面１０ａを把持する最適の位置、姿勢及び時間を決定しておく。

そして、図８Ａに示す状態から、図８Ｂに示すようにハンド４によってワーク１０を投げ上げて空中に解放させる（Ｓ１５）。なお、このワーク１０の投げ上げは、ハンド４に
より行わなくとも、例えば他の装置等により、アーム３（ハンド４）の動作領域にワーク１０を落下させてもよい。また、ワーク１０は鉛直方向上方に投げ上げるのがロボット制御装置５による軌道予測が容易になるため望ましいが、アーム３の移動の容易さ（例えば第１関節３ａのみを動かせば足りる場合）等を考慮して斜め上方に投げ上げてもよい。更には、ワーク１０の解放後の回転を防止するべく、ワーク１０を投げ上げる方向にハンド４を向かせた状態で、ワーク１０を投げ上げるのも有効である。

ワーク１０が落下している際に、図８Ｃに示すようにハンド４（アーム３）を移動させて、ロボット制御装置５が決定した位置、姿勢及び時間にて、図８Ｄに示すようにハンド４によりワーク１０を捕獲把持する（Ｓ１６）。これにより、ハンド４がワーク１０の把持面１０ａを把持するようになり、ワーク１０の持ち替えが終了する。なお、ワーク１０を落下中に把持せず、投げ上げられて上方に移動している際に把持してもよい。

以上説明した本実施形態では、ワーク１０を空中に解放し、この空中に解放されたワーク１０をハンド４で捕獲把持して持ち替えを行っているため、仮置き台或いはワーク１０の姿勢を変える治具等を用いてワーク１０の持ち替えを行う必要がなくなる。よって、本実施形態によれば、ワーク１０の持ち替えを迅速に行うことができると共に設備の簡略化を図ることができる。更には、仮置き台等を用いる必要がないため、対象ワーク１０の形状の制約を受けにくくすることもできる。

また、本実施形態によれば、ワーク１０を投げ上げて空中に解放し、ハンド４で捕獲把持するため、ワーク１０を把持するまでの時間を長くすることができ、ワーク１０の捕獲把持を容易にすることができる。

また、本実施形態によれば、投げ上げて落下途中のワーク１０を捕獲把持するため、ワーク１０を把持するまでの時間をより長くすることができ、ワーク１０の捕獲把持を一層容易にすることができる。

また、本実施形態によれば、ワーク１０を投げ上げたハンド４で再びワーク１０を捕獲把持することにより持ち替えを行っているため、ワーク１０を投げ上げる装置等が不要になり、より設備の簡略化を図ることができる。

＜第３実施形態＞
本実施形態は、ワーク１０の空中への解放の姿勢を変更する工程に特徴を有するため、その他の工程については上記第１又は第２実施形態と同様の工程であるものとする。

図９は本発明の第３実施形態に係るワークの変更前の把持姿勢を、図１０は変更後の把持姿勢を、図１１は捕獲時の把持姿勢を、それぞれ示した説明図である。
図９に示すように、ワーク１０の把持面１０ａが鉛直方向から傾いている場合には、ワーク１０の捕獲把持の際にも傾いたままとなったり、回転しながら落下してしまう。そのため、上記第１及び第２実施形態で説明したロボット制御装置５により、ワーク１０が把持しやすい姿勢になるように、ワーク１０の解放前の姿勢を計算で決定する。そして、図１０に示すように、ハンド４を傾けて、ここでは把持面１０ａが鉛直方向に沿うように、ワーク１０の把持姿勢を変更する。

以上のような工程を上記第１実施形態又は上記第２実施形態に加えることで、図１１に示すように、捕獲把持の際にも把持面１０ａが鉛直方向に沿うようになり、ハンド４によるワーク１０の把持が容易になる。よって、本実施形態によれば、上記第１実施形態又は上記第２実施形態の効果に加え、ワーク１０の持ち替えをより正確に行うことができる。

本発明の第１実施形態に係るロボットを示す概略構成図である。 上記第１実施形態に係るワークを示す斜視図である。 上記第１実施形態に係るワークを示す正面図である。 上記第１実施形態に係るワークを示す側面図である。 上記第１実施形態に係るロボットのワーク持ち替え動作を示すフローチャートである。 上記第１実施形態に係るワークの把持面を把持した状態を示す説明図（正面図）である。 上記第１実施形態に係るワークの把持面を把持した状態を示す説明図（側面図）である。 上記第１実施形態に係るワークの把持面を把持していない状態を示す説明図（正面図）である。 上記第１実施形態に係るワークの把持面を把持していない状態を示す説明図（側面図）である。 上記第１実施形態に係るロボットのワーク持ち替え動作を示す説明図（その１）である。 上記第１実施形態に係るロボットのワーク持ち替え動作を示す説明図（その２）である。 上記第１実施形態に係るロボットのワーク持ち替え動作を示す説明図（その３）である。 上記第１実施形態に係るロボットのワーク持ち替え動作を示す説明図（その４）である。 本発明の第２実施形態に係るロボットのワーク持ち替え動作を示すフローチャートである。 上記第２実施形態に係るロボットのワーク持ち替え動作を示す説明図（その１）である。 上記第２実施形態に係るロボットのワーク持ち替え動作を示す説明図（その２）である。 上記第２実施形態に係るロボットのワーク持ち替え動作を示す説明図（その３）である。 上記第２実施形態に係るロボットのワーク持ち替え動作を示す説明図（その４）である。 本発明の第３実施形態に係るワークの変更前の把持姿勢を示す説明図である。 上記第３実施形態に係るワークの変更後の把持姿勢を示す説明図である。 上記第３実施形態に係るワークの捕獲時の把持姿勢を示す説明図である。

符号の説明

１ ロボット
２ ロボット本体部
３ アーム
４ ハンド
５ ロボット制御装置
６ 視覚装置
１０ ワーク
１０ａ 把持面

Claims (10)

1. 対象物であるワークを把持するハンドと、該ハンドを３次元空間の指定された位置及び姿勢に移動させるロボット本体部と、該ロボット本体部を駆動させて前記ハンドの位置及び姿勢を制御するロボット制御装置とを備えるロボットを用いて、前記ワークを把持するロボットのワーク把持方法において、
   前記ワークを空中に解放し、
   該空中に解放されたワークを前記ハンドで捕獲把持して持ち替えることを特徴とするロボットのワーク把持方法。
2. 前記ワークを落下させて空中に解放し、
   該落下途中のワークを前記ハンドで捕獲把持して持ち替えることを特徴とする請求項１記載のロボットのワーク把持方法。
3. 前記ハンドにより前記ワークを落下させて空中に解放し、
   該ワークを落下させたハンドで再び前記落下途中のワークを捕獲把持して持ち替えることを特徴とする請求項２記載のロボットのワーク把持方法。
4. 前記ワークを投げ上げて空中に解放し、
   該空中に解放されたワークを前記ハンドで捕獲把持して持ち替えることを特徴とする請求項１記載のロボットのワーク把持方法。
5. 前記投げ上げられて落下する途中のワークを前記ハンドで捕獲把持して持ち替えることを特徴とする請求項４記載のワーク把持方法。
6. 前記ハンドにより前記ワークを投げ上げて空中に解放し、
   該ワークを落下させたハンドで再び前記空中に解放されたワークを捕獲把持して持ち替えることを特徴とする請求項４記載のロボットのワーク把持方法。
7. 前記ワークが把持しやすい姿勢で空中に解放されるように、前記ワークの解放前の姿勢を決定することを特徴とする請求項１記載のロボットのワーク把持方法。
8. 対象物であるワークを把持するハンドと、該ハンドを３次元空間の指定された位置及び姿勢に移動させるロボット本体部と、該ロボット本体部を駆動させて前記ハンドの位置及び姿勢を制御するロボット制御装置とを備えるロボットにおいて、
   前記ロボット制御装置は、空中に解放された前記ワークを捕獲把持する位置及び姿勢を決定し、
   前記ハンドは、前記ロボット制御装置が決定した位置及び姿勢で前記ワークを捕獲把持して持ち替えることを特徴とするロボット。
9. 前記ハンドは、前記ワークを落下させて空中に解放すると共に、該空中に解放されたワークを捕獲把持して持ち替えることを特徴とする請求項８記載のロボット。
10. 前記ハンドは、前記ワークを投げ上げて空中に解放すると共に、該空中に解放されたワークを捕獲把持して持ち替えることを特徴とする請求項８記載のロボット。

Images