JP6566037B2 - 処理システム及びロボットの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、処理システム及びロボットの制御方法に関する。

従来、物体をロボットアームによって確実に把持するため、物体の位置を計測することがあった。例えば、下記特許文献１には、ロボットのハンドに設けられたレーザマーカー及びＣＣＤカメラによって荷物の高さ位置、平面位置及び姿勢を測定し、ハンドにピッキング動作をさせる計測システムが記載されている。

また、下記特許文献２には、ロボットに搭載した位置検出センサによって、ワークの各辺のエッジ位置を１点又は複数点測定するスキャン動作が記載されている。さらに、下記特許文献３には、ロボットに設けられた接触位置検出プローブによって、作業対象物の直交する２辺上の３点（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を測定することが記載されている。

特開平０９−１０５６０８号公報 特許第５３６６０１８号 特許第５５４９２２３号

ロボットアームにツールを把持させて作業をさせる場合、予め作業対象の位置を測定して位置合わせを行う場合がある。位置の測定は、例えば特許文献１〜３のように、ロボットアームに設けられた位置測定センサによって行われる場合がある。しかしながら、ロボットアームに設けられた位置測定センサにより位置を測定する場合、測定時におけるロボットアームの姿勢と、作業時におけるロボットアームの姿勢とは異なる場合がある。ロボットアームの姿勢が異なっても、理想的にはロボットアームのアプローチする点にずれが生じることはないはずだが、実際には、ロボットアームの関節を構成する歯車のバックラッシやロボットアームのたわみ等の影響により、ロボットアームのアプローチする点がずれる場合がある。ロボットアームの姿勢が位置測定時と作業時で異なってしまうと、ツールの位置合わせが精度良く行われない場合がある。

本発明は、ロボットアームにツールを把持させて作業をさせる場合に、ロボットアームに把持されたツールを精密に位置合わせすることのできる処理システム及びロボットの制御方法を提供することをその課題とする。

本発明の一の側面による処理システムは、先端にハンドを有する少なくとも１のアームを有するロボットと、前記ハンドに把持されて前記アームにより移動され、前記ロボットが処理対象に処理を行う際に使用される機器の位置を測定する第１の位置測定センサと、前記ハンドに前記第１の位置測定センサを把持させ、前記第１の位置測定センサにより、前記機器の位置を測定させるロボット制御装置と、を有する。

また、本発明の別の側面による処理システムにおいて、前記第１の位置測定センサは、レーザセンサであり、前記ロボット制御装置は、前記処理対象に対する処理に用いられるツールを前記ハンドに把持する場合における前記ツールの中心軸と、前記レーザセンサのレーザ光の光軸とが重なるように、前記ハンドに前記レーザセンサを把持させてもよい。

また、本発明の別の側面による処理システムにおいて、前記ロボット制御装置は、前記第１の位置測定センサにより、前記機器の位置を測定させる際、前記ハンドの長手方向と交わる方向が前記第１の位置測定センサによる測定範囲となるように、前記第１の位置測定センサを前記ハンドに把持させてもよい。

また、本発明の別の側面による処理システムにおいて、所定の位置に固定された位置基準器具をさらに有し、前記ロボット制御装置は、前記第１の位置測定センサを前記ハンドに把持させた状態で、前記機器の位置を測定する前に、前記位置基準器具の位置を測定させ、前記第１の位置測定センサの把持位置のずれを補償させる補償部を有してもよい。

また、本発明の別の側面による処理システムにおいて、前記第１の位置測定センサは、前記ハンドにより把持される複数のハンドルを有し、前記ロボット制御装置は、前記機器を用いた前記処理対象に対する処理に応じて、前記第１の位置測定センサの前記複数のハンドルのうちいずれを把持させるか選択する選択部を有してもよい。

また、本発明の別の側面による処理システムにおいて、前記複数のハンドルは、それぞれ異なる方向に延伸して設けられ、前記ロボット制御装置は、前記ハンドを前記複数のハンドルの設けられた方向に対応した角度として、前記複数のハンドルのうちいずれかを把持させてもよい。

また、本発明の別の側面による処理システムにおいて、前記ロボットに備えられた第２の位置測定センサをさらに有し、前記ロボット制御装置は、前記第２の位置測定センサにより測定された前記機器又は前記処理対象の位置に基づいて、前記機器を用いた前記処理対象に対する処理を行わせてもよい。

また、本発明の別の側面によるロボットの制御方法は、先端にハンドを有する少なくとも１のアームを有するロボットにより、前記ハンドに第１の位置測定センサを把持し、前記ハンドに把持された前記第１の位置測定センサを前記アームにより移動させ、前記ロボットが処理対象に処理を行う際に使用される機器の位置を測定する。

本発明の実施形態に係る処理システムの物理的な構成を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るロボット制御装置の物理的な構成を示す構成ブロック図である。 本発明の実施形態に係るロボット制御装置、第１の位置測定センサ、第２の位置測定センサ及びロボットの機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る第１の位置測定センサの外観を示す図である。 本発明の実施形態に係るロボットのハンドによる第１の位置測定センサの第１のハンドルの把持を示す図である。 本発明の実施形態に係るロボットのハンドによる第１の位置測定センサの第２のハンドルの把持を示す図である。 本発明の実施形態に係るロボットの制御方法についてのフローチャートである。

図１は、本発明の実施形態に係る処理システム２００の物理的な構成を示す概略図である。処理システム２００は、少なくともロボット３を制御するロボット制御装置１を含む。ロボット制御装置１自体は、専用の機器であってもよいが、ここでは一般的なコンピュータを使用して実現されている。すなわち、市販のコンピュータにおいて、当該コンピュータをロボット制御装置１として動作させるコンピュータプログラムを実行することによりかかるコンピュータをロボット制御装置１として使用する。かかるコンピュータプログラムは、一般にアプリケーションソフトウェアの形で提供され、コンピュータにインストールされて使用される。当該アプリケーションソフトウェアは、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭその他のコンピュータ読み取り可能な適宜の情報記録媒体に記録されて提供されてよく、また、インターネット等の各種の情報通信ネットワークを通じて提供されてもよい。あるいは、情報通信ネットワークを通じて遠隔地にあるサーバによりその機能が提供される、いわゆるクラウドコンピューティングにより実現されてもよい。

処理システム２００は、先端にハンド３ｃを有する少なくとも１のアームを有するロボット３を含む。ロボット３は、多関節ロボットであり、本実施形態では第１アーム３ａ及び第２アーム３ｂを有する双腕ロボットであり、それぞれのアーム単独で又は両アームを協働させ、処理対象に対する処理を行う。第１アーム３ａ及び第２アーム３ｂは、具体的には、７軸以上の関節を有し、複数の異なる姿勢で処理対象に対する処理を行うことのできるアームである。アームの姿勢については後述する。また、本実施形態においては、処理対象は、生化学、生物及び生命工学の分野における一連の検査や培養、増幅といった処理を行う対象であり、例えば培養した細胞や薬剤を指している。もっとも、処理対象はそれ以外のものであってもよく、ロボット３による溶接やボルトの締め付け等の対象となる加工・組立分解部品や、搬送やパレタイジング等の搬送対象となる荷物であってもよい。

各アームの操作対象は特に限定されないが、本実施形態に係るロボット３では、主として第１アーム３ａの先端に備えられたハンド３ｃによりピペットラック１０に収容されたピペット７を把持し操作する等、図示しあるいは図示しない実験器具を操作する。また、ロボット３は、第２アーム３ｂの先端に備えられたハンドによりチューブラック５に格納されたマイクロチューブ６を把持し、マイクロチューブ６をチューブラック５からボルテックスミキサー１１や遠心分離器１２等へ移動させるなど、図示しあるいは図示しない各種容器を移動させる。

処理システム２００は、ハンド３ｃに把持されて第１アーム３ａにより移動され、ロボット３が処理対象に処理を行う際に使用される機器の位置を測定する第１の位置測定センサ２を含む。第１の位置測定センサ２は、ロボット３の有するアームに対して、測定対象の位置を特定するためのセンサである。第１の位置測定センサ２は、単体で、又はアームの動作を伴って、測定対象の平面的又は立体的な位置を検出できるものである。本実施形態において、第１の位置測定センサ２は、レーザセンサであって、測定対象にレーザ光を照射し、測定対象までの距離を測定するセンサである。第１の位置測定センサ２は、レーザセンサでなくてもよく、例えば動画や静止画を撮影することのできるカメラによる位置検出や、超音波センサ、接触式センサ又は磁気センサ等を採用することもできる。本実施形態では、第１の位置測定センサ２としてレーザセンサを採用することで、非接触かつ高精度で測定対象までの距離を測定することができる。なお、図１に示す例では、処理システム２００は、位置基準器具９を含む。位置基準器具９については後に詳細に説明する。

処理システム２００は、ロボット３に備えられた第２の位置測定センサ４を含む。第２の位置測定センサ４は、第１の位置測定センサ２と同様に、ロボット３の有するアームに対して、測定対象の位置を特定するためのセンサである。本実施形態において、第２の位置測定センサ４は、レーザセンサであって、測定対象にレーザ光を照射し、測定対象までの距離を測定するセンサである。第２の位置測定センサ４は、レーザセンサでなくカメラ等であってもよいことは、第１の位置測定センサ２と同様である。

図１に示す例では、ボルテックスミキサー１１と、遠心分離器１２等が含まれるが、これらは実験を行う場合に用いられる器具の一例であり、これらの器具に加えて又は換えて、他の器具が含まれてもよい。例えば、処理システム２００には、ペトリ皿を保管するラックや、マグネットラック等が含まれてもよい。また、本実施形態に係るロボット３は双腕ロボットであり、ロボット３は第１アーム３ａ及び第２アーム３ｂを備えるが、処理システム２００に含まれる少なくとも１のアームは、例えば、複数のアームが別個独立に備えられて、ロボット制御装置１により協調して動作するように制御されるものであってもよい。

本実施形態に係る処理システム２００は、ロボット３のアームの先端に設けられたハンド３ｃがアプローチする空間上の点Ｐ等を規定するために複数の座標系を使用する。１つは、ロボット３に付随するロボット座標系Ｓ_Ｒである。ロボット座標系Ｓ_Ｒは、ロボット３を基準とする座標系であり、この例では、原点がロボット３の中心にある左手系の直交座標系である。任意の点は、ロボット３を基準とする座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）として表される。少なくともロボット座標系Ｓ_Ｒを用いることで、ロボット３のアームの先端の座標を表すことができる。ロボット座標系Ｓ_Ｒによって表される点Ｐの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、アームを構成する複数（Ｎ個）の関節の角度（θ_１，θ_２，…，θ_Ｎ）に対応する。本明細書では、アームを構成する複数の関節の角度（θ_１，θ_２，…，θ_Ｎ）をアームの姿勢と称する。ここで、アームの自由度（関節の数）が７自由度以上ある場合には、点Ｐに対して所望の方向からハンド３ｃをアプローチさせる際、アームの関節の角度（θ_１，θ_２，…，θ_Ｎ）は一意に定まらず冗長性がある。なお、ロボット座標系Ｓ_Ｒの原点はロボットの中心以外の点に設定してもよいし、用いる座標系の種類は直交座標系以外であってもよい。

本実施形態に係る処理システム２００では、チューブラック５等、ロボット３が処理対象に処理を行う際に使用される機器に付随する機器座標系Ｓ_Ｄも使用される。例えばチューブラック５に付随する機器座標系Ｓ_Ｄ１は、原点がチューブラック５の上部の角にある左手系の直交座標系であり、チューブラック５を基準として点Ｐを表す座標（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）である。機器座標系Ｓ_Ｄ１を用いることで、チューブラック５に収容されたマイクロチューブ６の収容位置を簡潔に表すことができる。また、機器座標系Ｓ_Ｄを用いることで、機器毎に機器に適した座標系（球座標や円筒座標等）を設定することもできる。また、作業台における機器の取り付け位置を変更した場合であっても、処理におけるハンド３ｃの位置は機器座標系Ｓ_Ｄで表せば変わらないため、アームの姿勢（θ_１，θ_２，…，θ_Ｎ）の書き換えが行いやすいという利点がある。機器座標系Ｓ_Ｄは、ロボット制御装置１又は外部に置かれたコンピュータにおいて実行されるシミュレータ上で予め構成され、記憶されてよい。

処理システム２００によって、ロボット３に生化学、生物及び生命工学の分野における実験を行わせる場合、実験の内容は様々に変わり得て、実験毎に使用する機器を変更したり、機器の配置を変更したりしたいという要求がある。しかしながら、例えばピペット７を用いた処理では、ピペット７の先端に装着されたチップをマイクロチューブ６の壁面に這わせて薬液の注入を行ったり、マイクロチューブ６に収容された微量の薬液の上澄みを吸引させたりする等、精密な作業が求められる場合があり、高精度なアームの制御が求められる場合がある。そのような場合、シミュレータ上で機器座標系Ｓ_Ｄを構成したとしても、アームの各関節を構成する歯車のバックラッシやアームのたわみ等の影響によって、アームが実際にアプローチする点がずれるおそれがある。そのため、精密な作業を行うためには、アームのたわみ等の影響を折り込んだ形で機器座標系Ｓ_Ｄを構成することが望まれる。

本実施形態に係るロボット制御装置１は、ハンド３ｃに第１の位置測定センサ２を把持させ、第１の位置測定センサ２により、機器の位置を測定させる。これにより、処理対象に対する処理におけるアームの姿勢と、第１の位置測定センサ２による機器の位置の測定におけるアームの姿勢との差が小さくなる。ここで、アームの姿勢の差が小さいとは、処理時のアームの姿勢を表すＮ次元のベクトルθ_処理と、測定時におけるアームの姿勢を表すＮ次元のベクトルθ_測定との差ベクトル（θ_処理−θ_測定）のノルム｜θ_処理−θ_測定｜が小さいことを意味する。ベクトルの差のノルム｜θ_処理−θ_測定｜は、アームの姿勢の差を評価できるものであればどのようなものでもよく、例えば、｜（ａ_１，ａ_２，…，ａ_Ｎ）｜＝｜ａ_１｜＋｜ａ_２｜＋…＋｜ａ_Ｎ｜というように、各要素の絶対値の総和で算出してよい。また、アームの姿勢に及ぼす各関節の影響の大きさは、関節毎に異なるため、各関節の角度を表すベクトルの要素毎に重み付けを行って、ベクトルの差のノルムを評価してもよい。ベクトルの差のノルム｜θ_処理−θ_測定｜が小さいとは、ノルムが取り得る値のうち下位２５％以内にノルムの値が収まることをいうものとする。言い換えると、ベクトルの差のノルム｜θ_処理−θ_測定｜の最小値から最大値までを４つの数値区間に等分した場合に、最小値を含む区間にノルムの値が収まるということである。なお、アームの姿勢の差の大きさを評価するため、アームの姿勢の差ベクトルのノルムを用いるのではなく、その他の評価関数によって評価することとしてもよい。

本実施形態に係るロボット制御装置１によれば、アームにピペット７等のツールを把持させて処理を行わせる場合におけるアームの姿勢と近い姿勢で、第１の位置測定センサ２により機器の位置を測定することができ、アームの関節を構成する歯車のバックラッシやたわみ等の影響によりハンド３ｃのアプローチする点にずれが生じることが防止される。そのため、ハンド３ｃにツールを把持させて作業をさせる場合に、ハンド３ｃに把持されたツールを精密に位置合わせすることができる。

また、本実施形態に係るロボット制御装置１は、機器座標系Ｓ_Ｄとロボット座標系Ｓ_Ｒとの間の関係を較正する。ここで、機器座標系Ｓ_Ｄとロボット座標系Ｓ_Ｒとの間の関係とは、機器における処理対象の位置と、アームの位置との関係であり、具体的には、機器座標系Ｓ_Ｄによって表された点Ｐの座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、ロボット座標系Ｓ_Ｒによって表された点Ｐの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換する変換行列Ａをいう。変換行列Ａは、一般に３×３の行列であり、並進と回転を表す６自由度の行列である。本実施形態に係る処理システム２００は、機器座標系Ｓ_Ｄを正確に構成し、機器座標系Ｓ_Ｄとロボット座標系Ｓ_Ｒとの間の関係、すなわち変換行列Ａを較正することで、アームによる精密な作業を可能にするものである。

図２は、本発明の実施形態に係るロボット制御装置１の物理的な構成を示すブロック図である。図２に示した構成は、ロボット制御装置１として用いられる一般的なコンピュータを示しており、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１ｂ、外部記憶装置１ｃ、ＧＣ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１ｄ、入力デバイス１ｅ及びＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｒ／Ｏｕｔｐｕｔ）１ｆがデータバス１ｇにより相互に電気信号のやり取りができるよう接続されている。ここで、外部記憶装置１ｃはＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の静的に情報を記録できる装置である。またＧＣ１ｄからの信号はフラットパネルディスプレイ等の、使用者が視覚的に画像を認識するモニタ１ｈに出力され、画像として表示される。入力デバイス１ｅはキーボードやマウス、タッチパネル等の、ユーザが情報を入力するための機器であり、Ｉ／Ｏ１ｆはロボット制御装置１が外部の機器と情報をやり取りするためのインタフェースである。

図３は、本発明の実施形態に係るロボット制御装置１、第１の位置測定センサ２、第２の位置測定センサ４及びロボット３の機能ブロック図である。なお、ここで示した機能ブロックは、ロボット制御装置１等が有する機能に着目して示したものであり、必ずしも各機能ブロックに１対１に対応する物理的構成が存在するとは限らない。いくらかの機能ブロックはロボット制御装置１のＣＰＵ１ａ等の情報処理装置が特定のソフトウェアを実行することにより実現され、またいくらかの機能ブロックはロボット制御装置１のＲＡＭ１ｂ等の情報記憶装置に特定の記憶領域が割り当てられることにより実現されてよい。

ロボット制御装置１は、ユーザからの各種の入力を受け付ける入力部２０を有する。また、ロボット制御装置１は、入力部２０により受けつけられた入力に基づいて、ロボット３の動作を制御する指令である動作指令を生成する動作指令生成部２１を有する。さらに、ロボット制御装置１は、生成中及び生成された動作指令の電子データを記憶する動作指令記憶部２７と、生成された動作指令をロボットが読み取り可能な形式の電子ファイルとして出力する動作指令出力部２８と、動作指令記憶部２７に記憶された動作指令の電子データを成形しモニタ１ｈに表示する動作指令表示部２９とを有する。

入力部２０は、通常は図２に示した入力デバイス１ｅにより構成されるが、ロボット制御装置１がクラウドコンピューティングに用いられるアプリケーションサーバである場合には、遠隔地にある端末上でのユーザの操作情報が入力されるＩ／Ｏ１ｆが該当することになる。

動作指令生成部２１には動作指令を生成するための種々の機能ブロックが含まれる。詳細は後ほど動作指令の生成手順を説明する際に合わせて説明するが、本実施形態に係る動作指令生成部２１には、測定された機器の位置を基準としてアームを移動させ、処理対象に対する処理をさせる処理部２２と、ハンド３ｃに第１の位置測定センサ２を把持させ、第１の位置測定センサ２により、機器の位置を測定させる位置測定部２３と、が含まれる。さらに、位置測定部２３には、第１の位置測定センサ２をハンド３ｃに把持させた状態で、機器の位置を測定する前に、位置基準器具９の位置を測定させ、第１の位置測定センサ２の把持位置のずれを補償させる補償部２３ａと、機器を用いた処理対象に対する処理に応じて、第１の位置測定センサ２の複数のハンドルのうちいずれを把持させるか選択する選択部２３ｂと、が含まれる。

なお、本明細書において、動作指令とは、単一のジョブ又は複数のジョブが組み合わされたジョブの集合体であって、処理対象又は処理対象が収容される容器に対する一単位のものとして認識される処理を指示する指令をいうものとする。

また、本実施形態に係る処理システム２００において、ロボット３が処理対象に処理を行う際に使用される機器とは、チューブラック５、マイクロチューブ６、ピペット７、ボルテックスミキサー１１及び遠心分離器１２をいう。これらは例示であって、一般には、これら以外のものが含まれてもよいことは言うまでもない。処理システム２００に含まれる機器であれば、ロボット３が処理対象に処理を行う際に使用される機器となり得る。

図４は、本発明の実施形態に係る第１の位置測定センサ２の外観を示す図である。本実施形態に係る第１の位置測定センサ２は、レーザセンサであり、ハンド３ｃにより把持される複数のハンドルを有する。図４に示す例の第１の位置測定センサ２は、第１のハンドル２ａと、第２のハンドル２ｂとを有する。また、図４では、第１の位置測定センサ２から出射されるレーザ光の光軸Ａを、第１の位置測定センサ２を貫くように延長して図示している。

レーザセンサである第１の位置測定センサ２は、ハンド３ｃに把持されて、第１アーム３ａによって移動され、チューブラック５等の機器の位置の測定に用いられる。レーザセンサのレーザ光は、チューブラック５等の機器に向けて上方から照射され、機器の内側から外側に向けて走査される。レーザ光が機器の縁を横切る際に、レーザセンサによって測定される距離に飛びが生じる。位置測定部２３は、レーザ光が機器の縁を横切って飛びが生じた際のアームの姿勢（各関節の角度）及びレーザセンサにより測定された機器までの距離を取得する。辺の縁におけるアームの姿勢から、ロボット座標で表した辺の縁の平面的な位置が算出でき、レーザセンサにより測定された距離と併せて、辺の縁の３次元的な位置を取得することができる。位置測定部２３は、平面視において互いに交わる方向に延びる機器の２辺について、複数箇所で縁の位置の測定を行わせて、それらの測定点に基づいて、機器座標系Ｓ_Ｄを構成する。

図５は、本発明の実施形態に係るロボット３のハンド３ｃによる第１の位置測定センサ２の第１のハンドル２ａの把持を示す図である。図５に示す例では、ハンド３ｃは、先端側に設けられた凹部である第１の把持部３ｄを有する。第１の把持部３ｄは、ピペット７等の比較的細いツールを把持する場合に用いられる。また、ハンド３ｃは、根本側に設けられた凹部である第２の把持部３ｅを有する。第２の把持部３ｅは、第１の位置測定センサ２の第１のハンドル２ａ及び第２のハンドル２ｂ等の比較的太いツールを把持する場合に用いられる。同図には、レーザセンサである第１の位置測定センサ２から出射されるレーザ光の光軸Ａが図示されている。

本実施形態に係るロボット制御装置１は、処理対象に対する処理に用いられるツールをハンド３ｃに把持する場合におけるツールの中心軸と、レーザセンサのレーザ光の光軸Ａとが重なるように、ハンド３ｃにレーザセンサを把持させる。本実施形態に係るロボット制御装置１は、第１の位置測定センサ２の第１のハンドル２ａを、ハンド３ｃの第２の把持部２ｅに把持させ、ピペット７等のツールをハンド３ｃの第１の把持部２ｄに把持させる。ロボット制御装置１は、第１の位置測定センサ２を把持させる場合とツールを把持させる場合とで、ハンド３における把持させる位置を変えることで、光軸Ａとツールの中心軸とを重ねている。ここで、ツールの中心軸とは、必ずしも回転対称軸を意味しない。ツールの中心軸とは、ツールと処理対象とが接触する点を通る軸であって、ツールの長手方向に沿った軸である。

ハンド３ｃの第１の把持部３ｄと第２の把持部３ｅとの間の距離をＬと表すとき、本実施形態に係る第１の位置測定センサ２の第１のハンドル２ａは、第１のハンドル２ａとレーザ光の光軸Ａとの間の距離がＬとなるように設けられる。これにより、第１の位置測定センサ２を第２の把持部３ｅで把持させ、ピペット７等のツールを第１の把持部３ｄで把持させることで、ツールをハンド３ｃに把持する場合におけるツールの中心軸と、レーザセンサのレーザ光の光軸Ａとが重なることとなる。もっとも、第１の把持部３ｄ及び第２の把持部３ｅのような凹部を有さないハンド３ｃによってツール及びレーザセンサを把持させて、ツールをハンド３ｃに把持する場合におけるツールの中心軸と、レーザセンサのレーザ光の光軸Ａとが重なるようにハンド３ｃによる把持位置を制御してもよい。

本実施形態に係るロボット制御装置１によれば、ハンド３ｃに第１の位置測定センサ２を把持した場合における測定点と、ハンド３ｃにツールを把持した場合におけるツールによる作業点（ツールと処理対象が接触する点）とが近くなり、第１の位置測定センサ２を把持する場合のアームの姿勢と、ツールを把持する場合のアームの姿勢との差がより小さくなる。そのため、位置の測定がより正確に行なわれ、アームに把持されたツールの位置合わせをより正確に行うことができる。

本実施形態に係るロボット制御装置１は、第１の位置測定センサ２により、機器の位置を測定させる際、ハンド３ｃの長手方向と交わる方向が第１の位置測定センサ２による測定範囲となるように、第１の位置測定センサ２をハンド３ｃに把持させる。本実施形態に係るロボット制御装置１は、ハンド３ｃの長手方向を水平にした状態で、第１の位置測定センサ２であるレーザセンサのレーザ光の光軸Ａが下方を向くように、第１の位置測定センサ２をハンド３ｃに把持させる。これにより、ハンド３ｃの長手方向と交わる鉛直下方向がレーザセンサによる測定範囲となる。

本実施形態に係るロボット制御装置１によれば、ハンド３ｃを水平に伸ばしたアームの姿勢で第１の位置測定センサ２を把持した場合に、第１の位置測定センサ２の測定範囲が下方に得られる。そのため、アームを最も伸ばした姿勢で第１の位置測定センサ２による測定を行うことができ、ハンド３ｃを曲げたアームの姿勢で第１の位置測定センサ２による測定を行う場合に比べて、測定可能な範囲が広くなる。

図６は、本発明の実施形態に係るロボット３のハンド３ｃによる第１の位置測定センサ２の第２のハンドル２ｂの把持を示す図である。第２のハンドル２ｂは、ハンド３ｃの第２の把持部３ｅに把持される。同図には、レーザセンサである第１の位置測定センサ２から出射されるレーザ光の光軸Ａが図示されている。

第１の位置測定センサ２が有する第１のハンドル２ａと第２のハンドル２ｂとは、それぞれ異なる方向に延伸して設けられる。すなわち、第１のハンドル２ａは、光軸Ａに平行な方向に延伸するのに対して、第２のハンドル２ｂは、光軸Ａに直交する方向に延伸する。本実施形態に係るロボット制御装置１の位置測定部２３は、ハンド３ｃを複数のハンドルの設けられた方向に対応した角度として、複数のハンドルのうちいずれかを把持させる。本実施形態に係るロボット制御装置１は、ハンド３ｃに第１のハンドル２ａを把持させる場合、ハンド３ｃの角度をハンド３ｃの長手方向が光軸Ａと直交する角度として、ハンド３ｃによって第１のハンドル２ａを把持させる。また、ハンド３ｃに第２のハンドル２ｂを把持させる場合、ハンド３ｃの角度をハンド３ｃの長手方向が光軸Ａと平行になる角度として、ハンド３ｃによって第２のハンドル２ｂを把持させる。これにより、ピペット７のようにハンド３ｃを水平にして把持されるツールについて、ツールを把持してツールを用いた処理を行う場合のアームの姿勢と、第１の位置測定センサ２の第１のハンドル２ａを把持して機器の位置を測定する場合のアームの姿勢との差を小さくすることができる。また、マイクロチューブ６のようにハンド３ｃを垂直にして把持されるツールについて、ツールを把持してツールを用いた処理を行う場合のアームの姿勢と、第１の位置測定センサ２の第２のハンドル２ｂを把持して機器の位置を測定する場合のアームの姿勢との差を小さくすることができる。

本実施形態に係る位置測定部２３によれば、処理時におけるハンド３ｃの角度を再現するように第１の測定センサ２を把持させることができ、機器の位置を測定する時と処理を行う時とのアームの姿勢の差をより小さくすることができる。そのため、位置の測定がより正確に行なわれ、アームに把持されたツールの位置合わせをより正確に行うことができる。

本実施形態に係るロボット制御装置１の選択部２３ｂは、機器を用いた処理対象に対する処理に応じて、第１の位置測定センサ２の複数のハンドルのうちいずれを把持させるか選択する。選択部２３ｂは、機器を用いた処理対象に対する処理において、ハンド３ｃが水平か否かを判断する。選択部２３ｂは、処理においてハンド３ｃが水平であれば、第１の位置測定センサ２の第１のハンドル２ａを把持させると選択する。また、選択部２３ｂは、処理においてハンド３ｃが垂直であれば、第１の位置測定センサ２の第２のハンドル２ｂを把持させると選択する。選択部２３ｂは、第１の位置測定センサ２が、処理時と測定時とでハンド３ｃの角度を変えずに把持できるハンドルを有していない場合、処理時と測定時とでハンド３ｃの角度を出来る限り変化させなくても把持できるハンドを選択する。

本実施形態に係る選択部２３ｂによれば、機器を用いた処理時のアームの姿勢をよりよく再現するように、第１の位置測定センサ２を把持させ、機器の位置を測定させることができる。そのため、機器の位置を測定する時と機器を用いた処理を行う時とのアームの姿勢の差をより小さくすることができ、アームに把持されたツールの位置合わせをより正確に行うことができる。

なお、本例において、第１のハンドル２ａ及び第２のハンドル２ｂは、光軸Ａを基準として平行又は直交する方向に延伸して設けられているが、第１の位置測定センサ２のハンドルは、これら以外の方向に設けられてもよいし、湾曲して設けられてもよい。もっとも、ツールを把持する際に、ハンド３ｃは水平又は垂直に制御される場合が多く、第１の位置測定センサ２が、水平方向又は垂直方向から把持できるハンドを有することで、ツールによる処理時と第１の位置測定センサ２による測定時とで、ハンド３ｃの向きを揃えることができる。仮に、ハンド３ｃを水平又は垂直以外の向きとして把持されるツールがある場合には、それと同じハンド３ｃの向きで把持できるハンドルを第１の位置測定センサ２に設けることで、処理時と測定時におけるアームの姿勢の差を小さくすることができる。また、ツール使用時のアームの姿勢とより近い姿勢で測定するため、ツールに応じて第１の位置測定センサ２のハンドルとして、同じ方向のものを位置が異なるよう複数設けてもよい。

以上の説明において、ハンド３ｃによる第１の位置測定センサ２の把持は、把持毎に同じ把持位置で行えるものとして、把持位置がずれることは考慮していなかった。しかしながら、実際には、ハンド３ｃによる第１の位置測定センサ２の把持位置には、把持毎に僅かなずれが生じるおそれがある。そのため、本実施形態に係る処理システム２００は、所定の位置に固定された位置基準器具９を有し、ロボット制御装置１の補償部２３ａは、第１の位置測定センサ２をハンド３ｃに把持させた状態で、機器の位置を測定する前に、位置基準器具９の位置を測定させ、第１の位置測定センサ２の把持位置のずれを補償させる。

補償部２３ａは、ハンド３ｃに把持された第１の位置測定センサ２によって位置基準器具９の位置を測定させ、位置基準器具９についての測定結果と、予め記憶された位置基準器具９の固定位置とを比較する。そして、比較結果に応じて、第１の位置測定センサ２による測定値を、把持位置のずれを相殺するように増減させて、測定値を補償する。

なお、本実施形態に係る処理システム２００は、位置基準器具９を独立した部材として有するが、他の機器を位置基準器具として用いてもよい。例えば、ピペットラック１０を位置基準器具として用いたり、第１の位置測定センサ２のラックを位置基準器具として用いたりしてもよい。これにより、作業台に設置する部材の数を減らすことができる。

本実施形態に係る補償部２３ａによれば、第１の位置測定センサ２の把持位置のずれが補償され、把持位置が把持毎に僅かにずれる場合であっても、機器の位置が正確に測定される。そのため、第１の位置測定センサ２の把持位置を厳密に制御しなくても正確な測定が可能となり、ツールの精密な位置合わせが可能となる。

本実施形態に係るロボット３は、第１アーム３ａに備えられた第２の位置測定センサ４を有する。ロボット制御装置１は、第２の位置測定センサ４により測定された機器又は処理対象の位置に基づいて、機器を用いた処理対象に対する処理を行わせる。第１の位置測定センサ２と第２の位置測定センサ４とは、センサとしては同一のものであってよい。ロボット制御装置１は、精密なアームの制御が要求される処理について、処理に先立って第１の位置測定センサ２を用いた機器の位置の測定を行なわせて、座標系の較正を行う。一方、遠心分離器１２にマイクロチューブ６を収容する場合やマイクロチューブ６に収容された処理対象の位置を測定する場合等、処理毎に比較的大きな位置の変動が予想される測定対象を測定する場合には、第２の位置測定センサ４を用いた位置の測定を行わせる。

本実施形態に係るロボット制御装置１によれば、一律に第１の位置測定センサ２により測定対象の位置を測定させる場合に比べて、第１の位置測定センサ２の把持等の動作を省略でき、処理に要する総時間を短縮することができる。また、処理に応じて位置測定センサを使い分けることができ、作業精度の向上と処理時間の短縮化を両立できる。

図７は、本発明の実施形態に係るロボット制御装置１によって行なわれるロボットの制御方法のフローチャートである。はじめに、位置測定部２３の選択部２３ｂによって、機器を用いた処理対象に対する処理において、ハンド３ｃの向きを判断し（ＳＴ１００）、その向きに応じたハンドルを選択する処理へと分岐する。処理においてハンド３ｃが水平である場合、選択部２３ｂは、第１の位置測定センサ２の第１のハンドル２ａを把持させると選択し、ロボット３は、ハンド３ｃによって第１のハンドル２ａを把持する（ＳＴ１０１）。一方、処理においてハンド３ｃが水平でない場合、選択部２３ｂは、第１の位置測定センサ２の第２のハンドル２ｂを把持させると選択し、ロボット３は、ハンド３ｃによって第２のハンドル２ｂを把持する（ＳＴ１０２）。なお、第１の位置測定センサ２が同じ向きの複数のハンドルを有する場合には、さらに、処理時に用いるツールに応じて把持するハンドルを選択するようにしてもよい。

次に、補償部２３ｂにより、ハンド３ｃによって把持された第１の位置測定センサ２によって、位置基準器具９の位置を測定する（ＳＴ１０３）。そして、測定された位置基準器具９の位置と、位置基準器具９が固定された所定の位置とを比較して、把持位置のずれを補償する（ＳＴ１０４）。

その後、位置測定部２３により、ハンド３ｃに把持された第１の位置測定センサ２を第１アーム３ａにより移動させ、ロボット３が処理対象に処理を行う際に使用される機器の位置を測定する（ＳＴ１０５）。測定された機器の位置に基づいて、機器座標系Ｓ_Ｄが構成される。そして、機器座標系Ｓ_Ｄとロボット座標系Ｓ_Ｒとの間の関係を較正する、較正処理を行う（ＳＴ１０６）。

本実施形態に係るロボットの制御方法によれば、アームにピペット７等のツールを把持させて処理を行わせる場合におけるアームの姿勢と近い姿勢で、第１の位置測定センサ２により機器の位置を測定することができ、アームの関節を構成する歯車のバックラッシやたわみ等の影響によりハンド３ｃのアプローチする点にずれが生じることが防止される。そのため、ハンド３ｃにツールを把持させて作業をさせる場合に、ハンド３ｃに把持されたツールを精密に位置合わせすることができる。

以上説明した実施形態の構成は具体例として示したものであり、本明細書にて開示される発明をこれら具体例の構成そのものに限定することは意図されていない。当業者はこれら開示された実施形態に種々の変形、例えば、機能や操作方法の変更や追加等を加えてもよく、また、フローチャートに示した制御は、同等の機能を奏する他の制御に置き換えてもよい。本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。

Claims (7)

1. 先端にツールを把持するためのハンドを有する少なくとも１のアームを有するロボットと、
   前記ハンドに把持されて前記アームにより移動され、前記ロボットが前記ツールにより処理対象に処理を行う際に使用される機器の位置を測定する第１の位置測定センサと、
   前記ハンドに前記第１の位置測定センサを把持させ、前記第１の位置測定センサにより、前記機器の位置を測定させるロボット制御装置と、
   所定の位置に固定された位置基準器具と、
   を有し、
   前記ロボット制御装置は、
   前記第１の位置測定センサを前記ハンドに把持させる毎に、前記第１の位置測定センサを前記ハンドに把持させた状態で、前記位置基準器具の位置を測定させ、前記第１の位置測定センサの把持位置のずれを補償させる補償部を有する、
   処理システム。
2. 前記第１の位置測定センサは、レーザセンサであり、
   前記ロボット制御装置は、前記処理対象に対する処理に用いられるツールを前記ハンドに把持する場合における前記ツールの中心軸と、前記レーザセンサのレーザ光の光軸とが重なるように、前記ハンドに前記レーザセンサを把持させる、
   請求項１に記載の処理システム。
3. 前記ロボット制御装置は、前記第１の位置測定センサにより、前記機器の位置を測定させる際、前記ハンドの長手方向と交わる方向が前記第１の位置測定センサによる測定範囲となるように、前記第１の位置測定センサを前記ハンドに把持させる、
   請求項１又は２に記載の処理システム。
4. 前記第１の位置測定センサは、前記ハンドにより把持される複数のハンドルを有し、
   前記ロボット制御装置は、前記機器を用いた前記処理対象に対する処理に応じて、前記第１の位置測定センサの前記複数のハンドルのうちいずれを把持させるか選択する選択部を有する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の処理システム。
5. 前記複数のハンドルは、それぞれ異なる方向に延伸して設けられ、
   前記ロボット制御装置は、前記ハンドを前記複数のハンドルの設けられた方向に対応した角度として、前記複数のハンドルのうちいずれかを把持させる、
   請求項４に記載の処理システム。
6. 前記ロボットに備えられた第２の位置測定センサをさらに有し、
   前記ロボット制御装置は、前記第２の位置測定センサにより測定された前記機器又は前記処理対象の位置に基づいて、前記機器を用いた前記処理対象に対する処理を行わせる、 請求項１〜５のいずれか１項に記載の処理システム。
7. 先端にツールを把持するためのハンドを有する少なくとも１のアームを有するロボットにより、前記ハンドに第１の位置測定センサを把持し、
   前記ハンドに把持された前記第１の位置測定センサを前記アームにより移動させ、前記ロボットが前記ツールにより処理対象に処理を行う際に使用される機器の位置を測定する、
   ロボットの制御方法であって、
   前記第１の位置測定センサを前記ハンドに把持させる毎に、前記第１の位置測定センサを前記ハンドに把持させた状態で、位置基準器具の位置を測定させ、前記第１の位置測定センサの把持位置のずれを補償させる
   ロボットの制御方法。

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