JP4288510B2

JP4288510B2 - 人からロボットへの物品受け渡し方法及び装置

Info

Publication number: JP4288510B2
Application number: JP2005202676A
Authority: JP
Inventors: 英一堀内
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: JP2007021588A

Description

本発明の方法は、人と機械との物理的なインターフェイスに関し、特に無線タグが貼付されている物品を、人からその物品をハンドリングするためのロボットに、カメラなどの視覚装置を使わない簡便な手段で受け渡すことを可能とする、人からロボットへの物品受け渡し方法及びその方法を実施する装置に関する。

ロボットは従来の産業用に加えて、人との係わりが重要なサービス分野の用途での利用が増加しており、実際に介護ロボットや人型ロボットが各種製品化されている。一方、物品のハンドリングは産業用およびこれらサービス用ロボットの重要な作業の一つであり、特に物品の受け渡しを確実に行うことが求められる。

この点に関し、特許文献１では、産業用ロボットによる工程から工程への、すなわち機械から機械への物品受け渡しを、視覚センサを用いて確実にパレットなしに正確に行う技術が開示されている。また、非特許文献１では、サービス用を意図した人の手から腕型ロボットの手への、すなわち人から機械への物品受け渡しを、ステレオカメラを用いて行う技術が述べられている。
特開２００４−０８２２３２号公報物の手渡し行動のためのビューベースト・ステレオトラッキング.関和章, 伊藤健, 坂根茂幸.、電気学会論文誌Ｃ，１２３巻４号，ｐｐ．７９６−８０３，２００３年

人からサービス用ロボットに物品を受け渡す場合、人は機械と異なり物品を正確に位置決めしてロボットに受け渡すことは困難である。また、人による物品の位置決めが不正確であるため、高価な視覚装置による複雑な画像処理を用いて物品の位置姿勢を計算する必要がある。しかし、人が人に物品を受け渡す場合、相手の受け取りやすさを考えて受け渡すのが普通である。

したがって本発明の目的は、人から機械への物品受け渡しを、どうすれば機械が受け取りやすいかを人に提示することで、視覚装置を使わない簡便な手段で実行する方法を提供することにある。

本発明に係る人からロボットへの物品受け渡し方法は、上記課題を解決するため、使用者が、ロボットに受け渡す物品に貼付され物品の固有情報を記録した無線タグを、読み取り面上にマーキングが施されているロボットに付随の読み取り装置の読み取り面に接近または接触させ、前記読み取り装置は、前記無線タグに記録した物品の固有情報を読み出し、ロボットが、ネットワークに接続されたデータベースで、前記固有情報に対応した前記読み取り面のマーキングおよび前記物品の間の位置関係との対応を保持するデータベースに対して、前記固有情報を問い合わせ、ロボットが、前記データベースより問い合わせで取得した前記読み取り面のマーキング及び前記物品の間の位置関係を、ロボットに付随するディスプレイ装置に表示し、使用者が、前記ディスプレイ装置の表示にしたがい前記物品を表示が指定する位置関係で配置し、ロボットが、使用者の配置した前記物品を受け取ることを特徴とする。

また、本発明に係る他の人からロボットへの物品受け渡し方法は、前記人からロボットへの物品受け渡し方法において、前記マーキングが、直線または曲線を用い、異なる線種或いは異なる色によって複数の種類の線によって描かれた線画であることを特徴とする。

また、本発明に係る他の人からロボットへの物品受け渡し方法は、前記人からロボットへの物品受け渡し方法において、前記マーキングは互いに直交する座標を示す複数の線からなり、該線の少なくとも一つには方向を示す矢印を付したことを特徴とする。

また、本発明に係る人からロボットへの物品受け渡し装置は、読み取り装置本体、及び表面にマーキングが施されている読み取り面からなり、物品に貼付され物品の固有情報を記録した無線タグのデータを前記読み取り面で読み出す無線タグ読み取り装置と、前記無線タグ読み取り装置で読み出した物品の固有情報に基づき、ネットワークに接続されたデータベースで、前記読み取り面のマーキング及び前記物品の間の位置関係のデータを検索して取り込むデータ検索手段と、前記データ検索手段で取り込んだ位置関係のデータにより、前記読み取り面のマーキングおよび前記物品の間の位置関係を表示するディスプレイ装置とを備えたことを特徴とする

また、本発明に係る他の人からロボットへの物品受け渡し装置は、前記人からロボットへの物品受け渡し装置において、前記マーキングが、直線または曲線を用い、異なる線種或いは異なる色によって複数の種類の線によって描かれた線画であることを特徴とする。

また、本発明に係る他の人からロボットへの物品受け渡し装置は、前記人からロボットへの物品受け渡し装置において、前記マーキングは互いに直交する座標を示す複数の線からなり、該線の少なくとも一つには方向を示す矢印を付したことを特徴とする。

使用者とはロボットに物品を渡してハンドリングを命令する使用者であり、無線タグとはＲＦＩＤタグとも呼ばれＩＣ部分および読み取り装置との通信が可能なアンテナ部分を備えた無線タグであり、読み取り装置とは無線タグ固有の識別番号および無線タグがメモリをもつ場合はそのメモリの内容をタグの固有情報として読み出せる装置である。

データベースとは例えば企業内ＬＡＮやインターネット上でアクセス可能な情報処理装置の上で動作しているサーバクライアント型システムであり、ロボットにはあらかじめアクセス手段が通知されているデータベースである。

マーキングとは、直線および曲線を用いて、かつ異なる線の太さおよび実線や点線などの線種および色をもって描かれた線画であり、マーキングは使用者による視認を補助するためのものである。

読み取り面のマーキングおよび物品の間の位置関係とは、２次元平面である読み取り面に接して配置されている物品の、読み取り面の上に施されたマーキングを基準とした相対的な位置および向きを一意に特定できる情報である。

この位置関係は、例えば使用者がディスプレイ装置の画面上で開いたブラウザプログラムで表示可能な形式の画像ファイルとして、データベースで保持されている。

本発明によると、人から機械への物品受け渡しを、どうすれば機械が受け取りやすいかを人に提示することで、視覚装置を使わない簡便な手段で実行することができる。

本発明は、人から機械への物品受け渡しを、どうすれば機械が受け取りやすいかを人に提示することで、視覚装置を使わない簡便な手段で実行するという課題を、使用者が、ロボットに受け渡す物品に貼付され物品の固有情報を記録した無線タグを、読み取り面上にマーキングが施されているロボットに付随の読み取り装置の読み取り面に接近または接触させ、前記読み取り装置は、前記無線タグに記録した物品の固有情報を読み出し、ロボットが、ネットワークに接続されたデータベースで、前記固有情報に対応した前記読み取り面のマーキングおよび前記物品の間の位置関係との対応を保持するデータベースに対して、前記固有情報を問い合わせ、ロボットが、前記データベースより問い合わせで取得した前記読み取り面のマーキング及び前記物品の間の位置関係を、ロボットに付随するディスプレイ装置に表示し、使用者が、前記ディスプレイ装置の表示にしたがい前記物品を表示が指定する位置関係で配置し、ロボットが、使用者の配置した前記物品を受け取る方法によって実現し、また、読み取り装置本体、及び表面にマーキングが施されている読み取り面からなり、物品に貼付され物品の固有情報を記録した無線タグのデータを前記読み取り面で読み出す無線タグ読み取り装置と、前記無線タグ読み取り装置で読み出した物品の固有情報に基づき、ネットワークに接続されたデータベースで、前記読み取り面のマーキング及び前記物品の間の位置関係のデータを検索して取り込むデータ検索手段と、前記データ検索手段で取り込んだ位置関係のデータにより、前記読み取り面のマーキングおよび前記物品の間の位置関係を表示するディスプレイ装置とを備えた装置によって実現した。

図１は本発明を、手先に物品をハンドリングするためのグリッパを装着した腕型ロボットに適用した実施例を示す。同実施例は、グリッパ付き腕型ロボットＲ１、ロボット制御装置Ｃ１、無線タグ読み取り装置Ｗ１、ディスプレイ装置Ｖ１、データベースＤ１、無線タグＴ１が貼付された物品Ｏ１、およびロボットとデータベースを結ぶネットワークＮ１、の構成要素からなる。

図２は本発明の無線タグ読み取り装置の構成を示す。同図において無線タグ読み取り装置Ｗ１は、読み取り装置本体Ｗ１１および読み取り面Ｗ１２からなる。また、読み取り装置本体Ｗ１１は、使用者が読み取り面Ｗ１２に接近または接触させた状態で配置した物品Ｏ１に貼付された無線タグＴ１と、読み取り面Ｗ１２を隔てた状態で通信を行い、無線タグＴ１の保持する固有情報を読み出す。また、読み取り面Ｗ１２には、読み取り装置本体Ｗ１１が無線タグＴ１と通信を行い情報を読み出すことを妨げない材料、例えば紙材やプラスチック材を使用する。

図３は読み取り面Ｗ１２の上に施されたマーキングの一例を表す。マーキングは、等間隔に配置された格子状の直線および、読み取り面Ｗ１２の中央を原点として直交する太線で描画されて格子状の直線と区別できる２本の向き付けされた矢印Ａ１１およびＡ１２からなる。マーキングは、使用者が読み取り面および物品の間の位置関係を視認により把握することを補助するためのものである。

読み取り面および物品の間の位置関係は、マーキングを基準とする物品の相対的な位置と向きで表される。物品の相対的な位置は格子状の直線を基準として、物品の相対的な向きは２本の矢印からの回転を基準として、ディスプレイ装置に表示され、使用者により視認される。

図４は図１に示した構成要素のあいだのデータの流れを表す。同図において、使用者が物品Ｏ１に貼付した無線タグＴ１を読み取り装置Ｗ１に接近させることを契機として、無線タグＴ１が保持する物品Ｏ１に関する固有情報Ｉ１が読み出される。読み取り装置Ｗ１は、固有情報Ｉ１を読み出したことをロボット制御装置Ｃ１に通知する。ロボット制御装置Ｃ１は、この通知を契機としてデータベースＤ１に固有情報Ｉ１の問い合わせを行う。

データベースＤ１は、この問い合わせを契機として固有情報Ｉ１を検索して、使用者がディスプレイ装置Ｖ１の画面上で開いたブラウザプログラムで表示可能な形式のデータとして保持されている位置関係表示データＩ２をロボット制御装置Ｃ１に提供する。ロボット制御装置Ｃ１は、位置関係表示データＩ２が取得できたことを契機として、位置関係表示データＩ２をディスプレイ装置Ｖ１に表示する。使用者は、ディスプレイ装置Ｖ１の画面上で開いたブラウザプログラムに表示された位置関係データＩ２の指示する位置と向きにしたがい、物品Ｏ１を読み取り面の上でより高い正確さで位置決めする。

図５〜図７は、使用者が実施例においてカップ状の、すなわち円柱面に底面および握り手が付いた形状をした物品Ｏ２を、読み取り面上にマーキングＭ２が施された無線タグ読み取り装置を備えるロボットに、受け渡す事例についてその様子を表す。この事例では無線タグは物品Ｏ２の底面外部に貼付されており、無線タグ読み取り装置本体はマーキングＭ２における２本の矢印Ａ２１およびＡ２２が交差する中央部分下方に置かれている。

図５は、使用者が特に物品Ｏ２の位置や向きに注意を払うことなく物品Ｏ２をマーキングＭ２の上で物品Ｏ２の底面が読み取り面と接触するように配置し、その結果、物品Ｏ２の底面外部に貼付されている無線タグが、マーキングＭ２の中央部分下方に置かれている読み取り装置本体の無線タグを読むことができる範囲に入った様子を表す。

図６は、読み取り装置本体が物品Ｏ２に貼付された無線タグの固有情報を読み出し、その結果、位置関係表示データＩ２１がディスプレイ装置Ｖ１の画面上に表示された様子を表す。

図７は、使用者がディスプレイ装置Ｖ１の画面上に表示された位置関係表示データＩ２１にしたがい、マーキングＭ２と物品Ｏ２の間の位置関係が、位置は格子状の直線を基準として、向きは２本の矢印からの回転を基準として、位置関係表示データＩ２１と一致するように物品Ｏ２を配置しなおした様子を表す。

手先にグリッパを装着した腕型ロボットは、物品Ｏ２が位置関係表示データＩ２１に準じた位置関係で配置されていることを前提として、あらかじめプログラムされている動作を実行して、物品Ｏ２に接近、把持して所定のハンドリングを実施する。

本発明による人からロボットへの物品受け渡し方法及び装置は、特に介護ロボット等のサービス用ロボットの他、一般の産業用ロボットにおいても有効に利用することができる。

実施例の構成要素の関係図である。実施例の無線タグ読み取り装置の構成要素を示す図である。実施例の読み取り面の上のマーキングを示す図である。実施例の構成要素のデータ関係図である。実施例で使用者が物品を読み取り面に置いた様子を示す図である。実施例でディスプレイ装置が物品の置き方を表示した様子を示す図である。実施例で使用者がディスプレイ装置の表示により物品を置きなおした様子を示す図である。

Claims

使用者が、ロボットに受け渡す物品に貼付され物品の無線タグ固有の識別番号を含んだ固有情報を記録した無線タグを、読み取り面上にマーキングが施されているロボットに付随の読み取り装置の読み取り面に接近または接触させ、
前記読み取り装置は、前記無線タグに記録した物品の固有情報を読み出し、
ロボットが、ネットワークに接続されたデータベースで、前記固有情報に対応した前記読み取り面のマーキングおよび前記物品の間の位置関係表示データを保持するデータベースに対して、前記固有情報を問い合わせ、
ロボットが、前記データベースより問い合わせで取得した前記読み取り面のマーキング及び前記物品の間の位置関係表示データを、ロボットに付随するディスプレイ装置に表示し、
使用者が、前記ディスプレイ装置の表示にしたがい前記物品を前記位置関係表示データと同一の位置関係で配置し、
ロボットが、使用者の配置した前記物品を受け取ることを特徴とする人からロボットへの物品受け渡し方法。
前記マーキングは、直線または曲線を用い、異なる線種或いは異なる色によって複数の種類の線によって描かれた線画であることを特徴とする請求項１記載の人からロボットへの物品受け渡し方法。
前記マーキングは互いに直交する座標を示す複数の線からなり、該線の少なくとも一つには方向を示す矢印を付したことを特徴とする請求項２記載の人からロボットへの物品受け渡し方法。
物品をハンドリングするためのグリッパと、
読み取り装置本体、及び表面にマーキングが施されている読み取り面からなり、物品に貼付され物品の無線タグ固有の識別番号を含んだ固有情報を記録した無線タグのデータを前記読み取り面で読み出す無線タグ読み取り装置と、
前記無線タグ読み取り装置で読み出した物品の固有情報に基づき、ネットワークに接続されたデータベースで、前記読み取り面のマーキング及び前記物品の間の位置関係のデータを検索して取り込むデータ検索手段と、
前記データ検索手段で取り込んだ位置関係のデータにより、前記読み取り面のマーキングおよび前記物品の間の位置関係を表示するディスプレイ装置と、
予めプログラムされている動作を実行して前記グリッパにより物品を把持するロボット制御装置とを備え、
前記無線タグ読み取り装置は、使用者がロボットに受け渡す物品に貼付され物品の前記無線タグを、前記読み取り装置の読み取り面に接近または接触させたとき、前記無線タグに記録した物品の固有情報を読み出し、
前記データ検索手段は、前記無線タグ読み取り装置で読み出した固有情報に対応した前記読み取り面のマーキングおよび前記物品の間の位置関係表示データを保持するデータベースに対して、前記固有情報を送信して問い合わせ、
前記ディスプレイ装置は、前記データ検索手段がデータベースに問い合わせて取得した前記読み取り面のマーキング及び前記物品の間の位置関係表示データを表示し、
前記ロボット制御装置は、使用者が前記ディスプレイ装置の表示にしたがい前記物品を前記位置関係表示データと同一の位置関係で配置したことを前提として、予めプログラムされている動作を実行して前記グリッパにより物品を把持する制御を行うことを特徴とする人からロボットへの物品受け渡し装置。
前記マーキングは、直線または曲線を用い、異なる線種或いは異なる色によって複数の種類の線によって描かれた線画であることを特徴とする請求項４記載の人からロボットへの物品受け渡し装置。
前記マーキングは互いに直交する座標を示す複数の線からなり、該線の少なくとも一つには方向を示す矢印を付したことを特徴とする請求項５記載の人からロボットへの物品受け渡し装置。