JPH0631666A - 知能ロボット - Google Patents
知能ロボットInfo
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- JPH0631666A JPH0631666A JP4187274A JP18727492A JPH0631666A JP H0631666 A JPH0631666 A JP H0631666A JP 4187274 A JP4187274 A JP 4187274A JP 18727492 A JP18727492 A JP 18727492A JP H0631666 A JPH0631666 A JP H0631666A
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- distance
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Abstract
(57)【要約】
【目的】視覚を有する知能ロボットに関し、特にロボッ
トハンドの中心軸に各センサの光軸を一致させることに
よってて座標変換の演算を不要にして、ロボットの動作
速度を向上させることを目的とする。 【構成】ロボットのアーム1の先端に複数の指2を有す
るハンド3を備えたロボット装置において、ハンド3
に、光分岐・合成素子5を設けて、ハンド3の指中心軸
を光軸とする光路4における入出射光を分岐・合成し、
距離センサ7を設けて、光分岐・合成素子5を介して物
体6までの距離を測定し、光学センサ8を設けて、光分
岐・合成素子5を介して物体6の画像を取得し、距離セ
ンサ7の距離測定結果と光学センサ8の画像の処理結果
とに基づいて、ハンド3の位置と姿勢を制御するととも
に、複数の指2を駆動して物体6を把持する機能を自律
的に行うことで構成する。
トハンドの中心軸に各センサの光軸を一致させることに
よってて座標変換の演算を不要にして、ロボットの動作
速度を向上させることを目的とする。 【構成】ロボットのアーム1の先端に複数の指2を有す
るハンド3を備えたロボット装置において、ハンド3
に、光分岐・合成素子5を設けて、ハンド3の指中心軸
を光軸とする光路4における入出射光を分岐・合成し、
距離センサ7を設けて、光分岐・合成素子5を介して物
体6までの距離を測定し、光学センサ8を設けて、光分
岐・合成素子5を介して物体6の画像を取得し、距離セ
ンサ7の距離測定結果と光学センサ8の画像の処理結果
とに基づいて、ハンド3の位置と姿勢を制御するととも
に、複数の指2を駆動して物体6を把持する機能を自律
的に行うことで構成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、視覚を有する知能ロボ
ットに関し、特に多指を有するロボットハンドの中心軸
に各センサの光軸を一致させることによって、移動のた
めの座標変換の演算を不要にして動作速度を向上させた
知能ロボットに関するものである。
ットに関し、特に多指を有するロボットハンドの中心軸
に各センサの光軸を一致させることによって、移動のた
めの座標変換の演算を不要にして動作速度を向上させた
知能ロボットに関するものである。
【0002】ロボットにおいては、ロボットアームの先
端のハンドに設けられた複数の指を用いて物体を把持す
ることによって、物体を移動させたり、または物体に対
して所要の加工を施したりする。
端のハンドに設けられた複数の指を用いて物体を把持す
ることによって、物体を移動させたり、または物体に対
して所要の加工を施したりする。
【0003】知能ロボットの場合、ハンドの指が物体を
把持する際に、中心ずれを生じることがなく確実に把持
することができ、従って物体を移動させたり倒したりす
ることなく把持できることができる。また、ロボット自
体が知能を持って判断して動作を行うことができ、操作
者からは大まかな指令を出すだけで、細かな作業をロボ
ット自体で行わせることができる。このような知能ロボ
ットでは、ロボットハンドの中心軸に各センサの光軸を
一致させることによって、座標変換の演算を不要にし
て、動作速度を向上させることが要望される。
把持する際に、中心ずれを生じることがなく確実に把持
することができ、従って物体を移動させたり倒したりす
ることなく把持できることができる。また、ロボット自
体が知能を持って判断して動作を行うことができ、操作
者からは大まかな指令を出すだけで、細かな作業をロボ
ット自体で行わせることができる。このような知能ロボ
ットでは、ロボットハンドの中心軸に各センサの光軸を
一致させることによって、座標変換の演算を不要にし
て、動作速度を向上させることが要望される。
【0004】
【従来の技術】知能を有するロボットにおいては、近接
距離センサによって、レーザ光の照射に基づく反射波を
利用して三角測量を行って、物体までの距離を測定した
り、物体を撮像するTVカメラの画像を処理して物体の
位置や形状,大きさ等の情報を得て、これらの情報に基
づいてハンドや指を駆動して物体を把持したり、移動さ
せたりするようになっている。
距離センサによって、レーザ光の照射に基づく反射波を
利用して三角測量を行って、物体までの距離を測定した
り、物体を撮像するTVカメラの画像を処理して物体の
位置や形状,大きさ等の情報を得て、これらの情報に基
づいてハンドや指を駆動して物体を把持したり、移動さ
せたりするようになっている。
【0005】従来のロボットでは、各センサはハンドの
中心軸に取付けられていず、例えばセンサをハンドとは
離れた別の場所に設けたり、またはハンドの外側に設け
たりすることが多かった。そして、センサで取得された
情報に対して所要の画像処理を行ったのち、所定の演算
を行ってハンド中心に対して座標変換を行った結果に基
づいて、ハンドを移動させるようにしていた。
中心軸に取付けられていず、例えばセンサをハンドとは
離れた別の場所に設けたり、またはハンドの外側に設け
たりすることが多かった。そして、センサで取得された
情報に対して所要の画像処理を行ったのち、所定の演算
を行ってハンド中心に対して座標変換を行った結果に基
づいて、ハンドを移動させるようにしていた。
【0006】そのため、信号処理や座標変換の計算に時
間がかかり、ロボットの動作速度を向上させることがで
きないとともに、正しくハンドの中心から見た状態で、
ハンドの位置ぎめを行うことが困難であった。
間がかかり、ロボットの動作速度を向上させることがで
きないとともに、正しくハンドの中心から見た状態で、
ハンドの位置ぎめを行うことが困難であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の知能ロボットに
おいては、指定した位置にハンドを移動させるだけのも
のが多かった。また距離センサを有するものでは物体ま
での距離を測定してから、TVカメラを有するものでは
画像処理して座標変換の演算を行ってから、その後にハ
ンドを移動して、ハンド中心を物体の中心に合わせるよ
うにしていた。
おいては、指定した位置にハンドを移動させるだけのも
のが多かった。また距離センサを有するものでは物体ま
での距離を測定してから、TVカメラを有するものでは
画像処理して座標変換の演算を行ってから、その後にハ
ンドを移動して、ハンド中心を物体の中心に合わせるよ
うにしていた。
【0008】この場合、ハンドが物体に接近する途中に
障害物があっても、回避することなくそのまま突き進ん
でしまうとか、またはハンドを物体の真上中心に移動さ
せたつもりでも、多少のずれを生じる等の問題を生じや
すかった。
障害物があっても、回避することなくそのまま突き進ん
でしまうとか、またはハンドを物体の真上中心に移動さ
せたつもりでも、多少のずれを生じる等の問題を生じや
すかった。
【0009】この場合、距離測定や画像処理を行って、
座標変換の演算を行った結果によってハンドを少し動か
し、所望の位置とずれていたら、また同じ処理を繰り返
して再び移動させるという処理を繰り返すため、ロボッ
トの動作速度を向上させることが困難であった。
座標変換の演算を行った結果によってハンドを少し動か
し、所望の位置とずれていたら、また同じ処理を繰り返
して再び移動させるという処理を繰り返すため、ロボッ
トの動作速度を向上させることが困難であった。
【0010】従来のロボット動作方法では、測定結果に
基づいて演算を行ってから、サーボ系を駆動してハンド
を移動させるやり方のため、移動途中でなにか生じて
も、または移動指令が誤っていても、与えられた指令を
実行し終わるまでは、ロボットは初期の指令通り動作し
続ける。すなわち、指令の実行中における状況の変化に
対しても、指令の補正や変更はなく、そのまま実行し続
けることになる。
基づいて演算を行ってから、サーボ系を駆動してハンド
を移動させるやり方のため、移動途中でなにか生じて
も、または移動指令が誤っていても、与えられた指令を
実行し終わるまでは、ロボットは初期の指令通り動作し
続ける。すなわち、指令の実行中における状況の変化に
対しても、指令の補正や変更はなく、そのまま実行し続
けることになる。
【0011】このように、従来のロボットでは、動作中
にもセンサからの信号を処理して、常時サーボ系に入力
することによって、目標を変化させながら、状況変化の
情報に柔軟に対応して、目的の制御を行うことはできな
かった。すなわち、ロボット自体が、移動途中で状況判
断して制御内容を変更する自律制御機能を有していなか
った。そのため、障害物に衝突することがなく、また物
体を優しく把持することができ、従って物体を倒さず移
動させずに把持することは困難であった。
にもセンサからの信号を処理して、常時サーボ系に入力
することによって、目標を変化させながら、状況変化の
情報に柔軟に対応して、目的の制御を行うことはできな
かった。すなわち、ロボット自体が、移動途中で状況判
断して制御内容を変更する自律制御機能を有していなか
った。そのため、障害物に衝突することがなく、また物
体を優しく把持することができ、従って物体を倒さず移
動させずに把持することは困難であった。
【0012】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決しようとするものであって、距離測定や画像処理を
行ったのち、ハンドを作業面に対して移動させる座標変
換を行う必要がなく、またハンドを動かしてみて、位置
がずれていたらまた測定を行ってハンドを動かすという
ような制御を行う必要がなく、リアルタイムに中心割り
出し等の処理を行いながら、連続処理によって作業を行
うことができるとともに、TVカメラからの画像に対す
る画像処理が簡単になる、作業に直結してリアルタイム
に処理を行うことが可能な、知能ロボットを提供するこ
とを目的としている。
解決しようとするものであって、距離測定や画像処理を
行ったのち、ハンドを作業面に対して移動させる座標変
換を行う必要がなく、またハンドを動かしてみて、位置
がずれていたらまた測定を行ってハンドを動かすという
ような制御を行う必要がなく、リアルタイムに中心割り
出し等の処理を行いながら、連続処理によって作業を行
うことができるとともに、TVカメラからの画像に対す
る画像処理が簡単になる、作業に直結してリアルタイム
に処理を行うことが可能な、知能ロボットを提供するこ
とを目的としている。
【0013】また本発明は、予め定められた行動しかで
きないロボットではなく、知能を有して独自判断を随所
に行いながら、移動して物体を把持することができ、こ
の際、障害物との衝突を回避するとともに、物体に対し
て把持力をかけ過ぎることがなく、物体に優しく触れ、
物体を倒したり動かしたりすることなく把持することが
できる、知能ロボットを提供することを目的としてい
る。
きないロボットではなく、知能を有して独自判断を随所
に行いながら、移動して物体を把持することができ、こ
の際、障害物との衝突を回避するとともに、物体に対し
て把持力をかけ過ぎることがなく、物体に優しく触れ、
物体を倒したり動かしたりすることなく把持することが
できる、知能ロボットを提供することを目的としてい
る。
【0014】
(1) 図1は本発明の原理的構成を示したものである。本
発明は、ロボットのアーム1の先端に複数の指2を有す
るハンド3を備えたロボット装置において、ハンド3
に、ハンド3の指中心軸を光軸とする光路4における入
出射光を分岐・合成する光分岐・合成素子5と、光分岐
・合成素子5を介して物体6までの距離を測定する距離
センサ7と、光分岐・合成素子5を介して物体6の画像
を取得する光学センサ8とを設け、距離センサ7の距離
測定結果と光学センサ8の画像の処理結果とに基づい
て、ハンド3の位置と姿勢を制御するとともに、複数の
指2を駆動して物体6を把持する機能を自律的に行うも
のである。
発明は、ロボットのアーム1の先端に複数の指2を有す
るハンド3を備えたロボット装置において、ハンド3
に、ハンド3の指中心軸を光軸とする光路4における入
出射光を分岐・合成する光分岐・合成素子5と、光分岐
・合成素子5を介して物体6までの距離を測定する距離
センサ7と、光分岐・合成素子5を介して物体6の画像
を取得する光学センサ8とを設け、距離センサ7の距離
測定結果と光学センサ8の画像の処理結果とに基づい
て、ハンド3の位置と姿勢を制御するとともに、複数の
指2を駆動して物体6を把持する機能を自律的に行うも
のである。
【0015】(2) 本発明は(1) の場合に、ハンド3の光
路4または距離センサ7がコニカルスキャンを行うこと
によって、物体6を取り付ける面の傾きを検出して、ハ
ンド3の指中心軸がこの面に垂直になるように、ハンド
3の位置と姿勢を制御するものである。
路4または距離センサ7がコニカルスキャンを行うこと
によって、物体6を取り付ける面の傾きを検出して、ハ
ンド3の指中心軸がこの面に垂直になるように、ハンド
3の位置と姿勢を制御するものである。
【0016】(3) 本発明は(1) または(2) の場合に、光
学センサ8の視野を4象限に分割して得られた各象限の
画像を比較することによって、ハンド3の中心軸と物体
6の中心とのずれを検出して、物体6を把持するため
の、アーム1とハンド3の移動経路を補正するものであ
る。
学センサ8の視野を4象限に分割して得られた各象限の
画像を比較することによって、ハンド3の中心軸と物体
6の中心とのずれを検出して、物体6を把持するため
の、アーム1とハンド3の移動経路を補正するものであ
る。
【0017】(4) 本発明は(3) の場合に、物体6の面に
マークを照射するレーザ照射器9を設け、このマークに
よってハンド3の中心軸と物体6の中心とのずれを検出
して、物体6を把持するための、アーム1とハンド3の
移動経路を補正するものである。
マークを照射するレーザ照射器9を設け、このマークに
よってハンド3の中心軸と物体6の中心とのずれを検出
して、物体6を把持するための、アーム1とハンド3の
移動経路を補正するものである。
【0018】(5) 本発明は(3) の場合に、各指2の先端
方向中心軸にも光学センサを設け、この各光学センサが
指2の中心軸と物体の中心とのずれを検出して、物体6
を把持するための、指2またはハンド3の移動経路を補
正するものである。
方向中心軸にも光学センサを設け、この各光学センサが
指2の中心軸と物体の中心とのずれを検出して、物体6
を把持するための、指2またはハンド3の移動経路を補
正するものである。
【0019】(6) 本発明は(3) の場合に、指中心軸にお
ける入出射光を分岐してハンド3の外部に別の光路10
を設けることによって、光学センサ8が物体6を2眼視
できるようにして、測距と、側視とを行うものである。
ける入出射光を分岐してハンド3の外部に別の光路10
を設けることによって、光学センサ8が物体6を2眼視
できるようにして、測距と、側視とを行うものである。
【0020】(7) 本発明は(3) の場合に、各指2の内側
に圧力感知センサを設け、各指2の把持力を制御すると
ともに、把持の際に各指2の把持力を均等化させて物体
6の中心位置に集中するように制御するものである。
に圧力感知センサを設け、各指2の把持力を制御すると
ともに、把持の際に各指2の把持力を均等化させて物体
6の中心位置に集中するように制御するものである。
【0021】(8) 本発明は(7) の場合に、光学センサ8
の画像を処理してハンド3の光軸中心と物体6の中心と
のずれを認識してハンド3の移動方向を制御し、距離セ
ンサ7または光学センサ8によって測距してハンド3と
物体6との距離を縮める制御を行い、ハンド3の物体6
に到る移動経路上に障害物があるときは迂回して物体6
に接近する制御を行い、ハンド3が物体6に接近したと
き距離センサ7によって物体6との距離を精測して指2
によって物体6の把持を開始する制御を行い、圧力感知
センサによって物体6に対する把持力を制御しながら物
体6を把持して所要の作業を行わせるものである。
の画像を処理してハンド3の光軸中心と物体6の中心と
のずれを認識してハンド3の移動方向を制御し、距離セ
ンサ7または光学センサ8によって測距してハンド3と
物体6との距離を縮める制御を行い、ハンド3の物体6
に到る移動経路上に障害物があるときは迂回して物体6
に接近する制御を行い、ハンド3が物体6に接近したと
き距離センサ7によって物体6との距離を精測して指2
によって物体6の把持を開始する制御を行い、圧力感知
センサによって物体6に対する把持力を制御しながら物
体6を把持して所要の作業を行わせるものである。
【0022】
【作用】人間が目標に向かって移動する際には、物体を
目で見て、目標の大きさ,形状等を判断するとともに、
距離を目測しながら移動する。ロボットのハンドも同様
に、人間の目の機能(イメージ処理,画像処理)や、人
間の歩行機能(バランスの自動制御)等をモデルとし
て、随時センサ信号を処理して、動作するようにする。
目で見て、目標の大きさ,形状等を判断するとともに、
距離を目測しながら移動する。ロボットのハンドも同様
に、人間の目の機能(イメージ処理,画像処理)や、人
間の歩行機能(バランスの自動制御)等をモデルとし
て、随時センサ信号を処理して、動作するようにする。
【0023】特に、ハンドの中心に各センサを設け、ハ
ンドの軸とセンサの光軸とを合致させることによって、
距離センサとTVカメラの視野と、ハンドの動作座標系
とを一致させることができ、従って座標変換のための高
速な演算を常時行う必要がなくなる。
ンドの軸とセンサの光軸とを合致させることによって、
距離センサとTVカメラの視野と、ハンドの動作座標系
とを一致させることができ、従って座標変換のための高
速な演算を常時行う必要がなくなる。
【0024】すなわち、センサから情報を入手してか
ら、画像処理,認識等の処理を行ったのちに、移動のた
めの計算を行うというような、繰り返し演算を行う必要
がなく、センサからの情報によってリアルタイムに目標
の補正を行ってハンドを誘導することができるので、ハ
ンド移動処理の効率を向上させることが可能となる。
ら、画像処理,認識等の処理を行ったのちに、移動のた
めの計算を行うというような、繰り返し演算を行う必要
がなく、センサからの情報によってリアルタイムに目標
の補正を行ってハンドを誘導することができるので、ハ
ンド移動処理の効率を向上させることが可能となる。
【0025】本発明によれば、センサ情報に対して座標
変換を行う必要がないので、即時、ロボットシステムに
フィードバックして、アームの移動許可範囲内で、把持
指令に応じてセンサとその信号処理器によってハンドを
移動させて、物体を把持する等の作業を行わせることが
可能である。
変換を行う必要がないので、即時、ロボットシステムに
フィードバックして、アームの移動許可範囲内で、把持
指令に応じてセンサとその信号処理器によってハンドを
移動させて、物体を把持する等の作業を行わせることが
可能である。
【0026】この際、レーザから目標とする物体上にマ
ーカを投射するとともに、マーカの形状を画像処理上、
区別,判断しやすいパターンとすることによって、画像
の処理や認識を容易にすることができる。
ーカを投射するとともに、マーカの形状を画像処理上、
区別,判断しやすいパターンとすることによって、画像
の処理や認識を容易にすることができる。
【0027】また本発明によれば、センサ情報の信号処
理が容易であって、ハンドの移動中に、移動経路の補正
を、方位の補正と距離の短縮の処理だけの制御で、座標
変換を必要とせず簡単に行うことができ、物体の中心に
垂直にハンド中心軸を移動させることが可能である。
理が容易であって、ハンドの移動中に、移動経路の補正
を、方位の補正と距離の短縮の処理だけの制御で、座標
変換を必要とせず簡単に行うことができ、物体の中心に
垂直にハンド中心軸を移動させることが可能である。
【0028】また本発明の場合、ハンドが物体に接近す
るにつれて、センサの視角が増大する結果、解像度が向
上して、精度の高い演算を行うことができるようにな
る。この際、ハンドシステムが独自に処理を行って、画
像処理の状況をモニタすることもできる。
るにつれて、センサの視角が増大する結果、解像度が向
上して、精度の高い演算を行うことができるようにな
る。この際、ハンドシステムが独自に処理を行って、画
像処理の状況をモニタすることもできる。
【0029】このように本発明によれば、ロボットを自
動的に目標物体に接近させながら、移動→認識→補正→
把持→作業の工程を連続したフィードバック系で実行さ
せることができるので、事前に目標についての粗い情報
を与えるだけで、ロボットが状況変化に対応して情報を
収集し、ロボットの知能によって状況判断を行って、障
害物との衝突の回避等の制御を行うことができる。
動的に目標物体に接近させながら、移動→認識→補正→
把持→作業の工程を連続したフィードバック系で実行さ
せることができるので、事前に目標についての粗い情報
を与えるだけで、ロボットが状況変化に対応して情報を
収集し、ロボットの知能によって状況判断を行って、障
害物との衝突の回避等の制御を行うことができる。
【0030】この場合、センサによって距離測定を行う
ことができるので、作業面までの距離の測定と作業面の
傾きの測定を行うことができ、また、画像処理によっ
て、物体の中心位置を即時検出することができるので、
ハンドと物体との相対位置を即時認識することができ、
ハンドの絶対位置を意識して移動させる必要がなく、移
動中は、コンピュータがハンドセンサからの情報に基づ
いて、リアルタイムに移動処理を行って、ハンド位置の
補正を行いながら、ロボットアームを移動させることが
できる。
ことができるので、作業面までの距離の測定と作業面の
傾きの測定を行うことができ、また、画像処理によっ
て、物体の中心位置を即時検出することができるので、
ハンドと物体との相対位置を即時認識することができ、
ハンドの絶対位置を意識して移動させる必要がなく、移
動中は、コンピュータがハンドセンサからの情報に基づ
いて、リアルタイムに移動処理を行って、ハンド位置の
補正を行いながら、ロボットアームを移動させることが
できる。
【0031】また各センサの情報は、ハンドの中心軸に
設けられた、入射光を波長によって透過または反射させ
る、ダイクロイックミラーを通してから各センサに引き
入れるので、波長により効率的に光軸を変えることがで
き、光学的なロスを生じることがないとともに、この光
学系のレンズがあるので、各センサの光学系を直接、傷
つける恐れがない。
設けられた、入射光を波長によって透過または反射させ
る、ダイクロイックミラーを通してから各センサに引き
入れるので、波長により効率的に光軸を変えることがで
き、光学的なロスを生じることがないとともに、この光
学系のレンズがあるので、各センサの光学系を直接、傷
つける恐れがない。
【0032】また本発明では、作業対象すなわち把持す
る物体に対して、レーザ照射でハンドを誘導するように
もし、予め照合用のパターンを画像処理用の照合装置
(コンピュータ)内に設け、このパターン(記号)と物
体に照射したパターンとのマッチングを行って、信号処
理を行うことによって、物体の判断,認識を容易にし、
人工知能での全くの独自判断による誤りを減少させるこ
とができる。
る物体に対して、レーザ照射でハンドを誘導するように
もし、予め照合用のパターンを画像処理用の照合装置
(コンピュータ)内に設け、このパターン(記号)と物
体に照射したパターンとのマッチングを行って、信号処
理を行うことによって、物体の判断,認識を容易にし、
人工知能での全くの独自判断による誤りを減少させるこ
とができる。
【0033】さらに本発明によれば、ロボットが独自の
判断によって危険を回避しながら目的の位置まで移動す
るので、安全で信頼のおけるロボットを構成することが
できる。またロボットが独自に判断して移動するので、
外部から細かい指示を与える必要がなく、大半は任せて
おくことが可能である。
判断によって危険を回避しながら目的の位置まで移動す
るので、安全で信頼のおけるロボットを構成することが
できる。またロボットが独自に判断して移動するので、
外部から細かい指示を与える必要がなく、大半は任せて
おくことが可能である。
【0034】
【実施例】図2は、本発明を適用したロボットシステム
の基本動作を説明するシステムブロック図であって、こ
のシステムの動作フローを表し、11は外部からのおお
まかな作業指示、12は計算機による移動経路指示、1
3は減算器による補正、14はディジタルシグナルプロ
セッサ(DSP)による各軸のサーボ指令の発生、15
は減算器による補正、16は増幅器(AMP)による各
軸のサーボ系の信号の増幅、17はアームに対する駆動
と位置検出、18はハンドおよび指における各センサの
情報検出、19はセンサ信号の処理をそれぞれ示してい
る。
の基本動作を説明するシステムブロック図であって、こ
のシステムの動作フローを表し、11は外部からのおお
まかな作業指示、12は計算機による移動経路指示、1
3は減算器による補正、14はディジタルシグナルプロ
セッサ(DSP)による各軸のサーボ指令の発生、15
は減算器による補正、16は増幅器(AMP)による各
軸のサーボ系の信号の増幅、17はアームに対する駆動
と位置検出、18はハンドおよび指における各センサの
情報検出、19はセンサ信号の処理をそれぞれ示してい
る。
【0035】11に示すように、外部から例えば人手に
よっておおまかな作業指示を与える。この際、物体上に
レーザ照射によってマークを表示して指示情報を明確に
することができる。これによって計算機は12に示すよ
うに移動経路の指示を行って、主経路の信号を生成す
る。13に示すように、12よりの主経路の信号から1
9に示すセンサ信号処理結果の信号を減算して、ハンド
の誘導経路の補正を行う。14に示すように、DSPは
補正された主経路の信号によって演算を行って、各軸の
駆動モータに対するサーボ指令を発生する。
よっておおまかな作業指示を与える。この際、物体上に
レーザ照射によってマークを表示して指示情報を明確に
することができる。これによって計算機は12に示すよ
うに移動経路の指示を行って、主経路の信号を生成す
る。13に示すように、12よりの主経路の信号から1
9に示すセンサ信号処理結果の信号を減算して、ハンド
の誘導経路の補正を行う。14に示すように、DSPは
補正された主経路の信号によって演算を行って、各軸の
駆動モータに対するサーボ指令を発生する。
【0036】図2における内側のフィードバックループ
は、ハンドを移動させるためのアームの各軸の位置を制
御するサーボ系のループであって、従来周知のものであ
り、DSPのサーボ指令に対して、15に示すように位
置補正を行って、16に示すように各軸のサーボ系信号
を増幅して、17に示すようにアームを駆動し、位置検
出を行って、15に示すように帰還して位置補正を行
う。
は、ハンドを移動させるためのアームの各軸の位置を制
御するサーボ系のループであって、従来周知のものであ
り、DSPのサーボ指令に対して、15に示すように位
置補正を行って、16に示すように各軸のサーボ系信号
を増幅して、17に示すようにアームを駆動し、位置検
出を行って、15に示すように帰還して位置補正を行
う。
【0037】外側のループは、ハンド内の各センサの情
報によって初期のサーボ指令を変更して、自律,適性等
の自律的制御を行うフィードバックループであって、1
8に示すようにハンドおよび指において各センサの情報
を検出し、19に示すようにセンサ信号の処理を行っ
て、13に示されたようにハンドの誘導経路の補正を行
うものである。
報によって初期のサーボ指令を変更して、自律,適性等
の自律的制御を行うフィードバックループであって、1
8に示すようにハンドおよび指において各センサの情報
を検出し、19に示すようにセンサ信号の処理を行っ
て、13に示されたようにハンドの誘導経路の補正を行
うものである。
【0038】このフィードバックループは、外部からの
指示や、計算機からの指示によらず、装置が自律的に動
作するためのものである。すなわち例えば、TVカメ
ラによって方向を正確に認識して制御を行い、中距離
以上は移動によるTVカメラの2枚以上の画像を用いて
物体までの距離を間隔測量等で測定し、近距離では近接
距離センサによって精密に測距することによって、ハン
ドと物体との距離を縮める制御を行う。物体までの間
に障害物があるときは、迂回して物体に接近する。物
体に接近すると、物体との正確な距離を検出して物体を
把持する作業に移行する。物体を把持していることを
圧覚センサ等で確認して、指の把持力の制御を行いなが
ら、移動や作業を行わせる等の制御を、計算機との制御
を行うことなく、自律的に行って、各軸のサーボ系を動
作させてハンドや指を駆動する。
指示や、計算機からの指示によらず、装置が自律的に動
作するためのものである。すなわち例えば、TVカメ
ラによって方向を正確に認識して制御を行い、中距離
以上は移動によるTVカメラの2枚以上の画像を用いて
物体までの距離を間隔測量等で測定し、近距離では近接
距離センサによって精密に測距することによって、ハン
ドと物体との距離を縮める制御を行う。物体までの間
に障害物があるときは、迂回して物体に接近する。物
体に接近すると、物体との正確な距離を検出して物体を
把持する作業に移行する。物体を把持していることを
圧覚センサ等で確認して、指の把持力の制御を行いなが
ら、移動や作業を行わせる等の制御を、計算機との制御
を行うことなく、自律的に行って、各軸のサーボ系を動
作させてハンドや指を駆動する。
【0039】図3は、ロボットの動作機構を示したもの
である。図3において、21は作業台を示し、22は作
業台21上の物体である。23はロボットアームを示
し、24,25,26,27は、それぞれロボットアー
ムの節を構成する軸を駆動するモータである。28はロ
ボットアーム23の先端に設けられたハンドである。2
9はハンド28に設けられた指であって、計算に基づく
指令によって、図示しないモータ等の駆動に応じて物体
を把持する動作を行う。
である。図3において、21は作業台を示し、22は作
業台21上の物体である。23はロボットアームを示
し、24,25,26,27は、それぞれロボットアー
ムの節を構成する軸を駆動するモータである。28はロ
ボットアーム23の先端に設けられたハンドである。2
9はハンド28に設けられた指であって、計算に基づく
指令によって、図示しないモータ等の駆動に応じて物体
を把持する動作を行う。
【0040】30はエンコーダであって、それぞれペア
となるモータ25の回転位置を検出する。31はロボッ
トアームの駆動を制御する制御計算機および画像処理器
である。32は指29が把持する予定の物体上にマーク
を照射して、ハンドの誘導を容易にするためのレーザ照
射器であって、33はレーザ照射器32を制御する照射
制御器である。
となるモータ25の回転位置を検出する。31はロボッ
トアームの駆動を制御する制御計算機および画像処理器
である。32は指29が把持する予定の物体上にマーク
を照射して、ハンドの誘導を容易にするためのレーザ照
射器であって、33はレーザ照射器32を制御する照射
制御器である。
【0041】また点線内に示された34〜37はアーム
の節である一つの軸を駆動するモータの駆動電気回路を
示している。計算機34に外部からおおまかな作業指示
を与えることによって、生成された主経路の信号に対し
て、35に示すようにセンサからの情報によって、方位
合わせと接近指示の補正を行うセンサ処理を行って、D
SPが、36に示すように第n番目の軸に対するサーボ
指令を発生する。
の節である一つの軸を駆動するモータの駆動電気回路を
示している。計算機34に外部からおおまかな作業指示
を与えることによって、生成された主経路の信号に対し
て、35に示すようにセンサからの情報によって、方位
合わせと接近指示の補正を行うセンサ処理を行って、D
SPが、36に示すように第n番目の軸に対するサーボ
指令を発生する。
【0042】37は一軸分の電気回路系を示し、減算器
38においてサーボ指令に位置補正を行って、直流アン
プ39を経て増幅して、モータ25を駆動することによ
って、ある軸を回転させる。エンコーダ30は、軸の回
転位置を検出して、位置補正信号として、減算器38に
帰還する。このような電気回路系は、モータによって駆
動される節(軸)等の数だけ設けられている。
38においてサーボ指令に位置補正を行って、直流アン
プ39を経て増幅して、モータ25を駆動することによ
って、ある軸を回転させる。エンコーダ30は、軸の回
転位置を検出して、位置補正信号として、減算器38に
帰還する。このような電気回路系は、モータによって駆
動される節(軸)等の数だけ設けられている。
【0043】ハンドの内部には、中心に光軸が通ってい
て、この光軸に対応して各センサが設けられている。図
4は、ハンドの内部の構成を示したものであって、41
はハンドを示し、42はハンド41の中心を通る光軸で
ある。また、43はアーム連結部、43Aはコニカルス
キャン機構、44,45はそれぞれ指A,指B、46は
物体、47は物体46を取り付ける作業面である。
て、この光軸に対応して各センサが設けられている。図
4は、ハンドの内部の構成を示したものであって、41
はハンドを示し、42はハンド41の中心を通る光軸で
ある。また、43はアーム連結部、43Aはコニカルス
キャン機構、44,45はそれぞれ指A,指B、46は
物体、47は物体46を取り付ける作業面である。
【0044】ハンド41において、48はミラーであっ
て、ダイクロイックミラーまたはハーフミラーからな
り、光軸42に対してTVカメラ49,距離センサ50
のそれぞれの光路1を重ね合わせる作用を行う。物体4
6を取り付ける作業面47に対する平面(X−Y方向)
の移動は、TVカメラ49の画像処理によって行い、近
接時は、距離センサ50を使用して、例えば作業面47
に対して2点または3点で測距を行い、またはコニカル
スキャンを行って、ハンド41の位置および姿勢を制御
することによって、ハンド41を作業面47に対して垂
直にする。
て、ダイクロイックミラーまたはハーフミラーからな
り、光軸42に対してTVカメラ49,距離センサ50
のそれぞれの光路1を重ね合わせる作用を行う。物体4
6を取り付ける作業面47に対する平面(X−Y方向)
の移動は、TVカメラ49の画像処理によって行い、近
接時は、距離センサ50を使用して、例えば作業面47
に対して2点または3点で測距を行い、またはコニカル
スキャンを行って、ハンド41の位置および姿勢を制御
することによって、ハンド41を作業面47に対して垂
直にする。
【0045】またハンド41の物体46への接近時に、
TVカメラ49からの画像情報を利用する際に、外部に
設けられたレーザ照射器から物体上にレーザ光を照射す
ることによって、物体上に例えばある種のマークを付与
することによって、物体ごとの位置を正確に認識できる
ようにして、画像情報の処理を容易にすることができ
る。
TVカメラ49からの画像情報を利用する際に、外部に
設けられたレーザ照射器から物体上にレーザ光を照射す
ることによって、物体上に例えばある種のマークを付与
することによって、物体ごとの位置を正確に認識できる
ようにして、画像情報の処理を容易にすることができ
る。
【0046】図5は、TVカメラのモニタ画像を例示し
たものであって、画像処理する前の上面図からなる画像
55を示し、44,45は図4に示された指A,Bであ
り、46は物体である。また56は、レーザ照射器によ
って物体46上に付与されたレーザ・マーカである。
たものであって、画像処理する前の上面図からなる画像
55を示し、44,45は図4に示された指A,Bであ
り、46は物体である。また56は、レーザ照射器によ
って物体46上に付与されたレーザ・マーカである。
【0047】またこれと同じ目的で、距離センサ50を
照射器(イルミネータ)として、これから物体46に可
視レーザ光を照射することによって、マーカとして利用
してもよい。
照射器(イルミネータ)として、これから物体46に可
視レーザ光を照射することによって、マーカとして利用
してもよい。
【0048】図4に示されるように、ダイクロイックミ
ラーまたはハーフミラーからなるミラー48を用いて、
これらの各センサの光路1を、ハンド41の中心におけ
る同一光軸42上に重ねて配置することが、本発明にお
けるハンドおよび指の構造の基本形である。
ラーまたはハーフミラーからなるミラー48を用いて、
これらの各センサの光路1を、ハンド41の中心におけ
る同一光軸42上に重ねて配置することが、本発明にお
けるハンドおよび指の構造の基本形である。
【0049】さらに指44,45の先端方向の中心軸に
も光学センサを設け、各光学センサが指44,45の中
心軸と物体46とのずれを検出して、指44,45の移
動経路を補正しながら、物体46を把持するようにして
もよく、これによって、物体46の把持のための指の位
置制御を、より確実に行うことができるようになる。
も光学センサを設け、各光学センサが指44,45の中
心軸と物体46とのずれを検出して、指44,45の移
動経路を補正しながら、物体46を把持するようにして
もよく、これによって、物体46の把持のための指の位
置制御を、より確実に行うことができるようになる。
【0050】また、本発明においては、各指44,45
の内側に中心(光軸42)側に向けて、圧力を感知する
圧力センサ54を有している。そして各指における圧力
検出結果に基づいて、各指44,45が物体を把持する
把持力が等しいある与えられた値になるように制御する
ことができる。この場合の把持力の大きさは、例えば物
体46の重量,形状に応じて予め設定することができ
る。
の内側に中心(光軸42)側に向けて、圧力を感知する
圧力センサ54を有している。そして各指における圧力
検出結果に基づいて、各指44,45が物体を把持する
把持力が等しいある与えられた値になるように制御する
ことができる。この場合の把持力の大きさは、例えば物
体46の重量,形状に応じて予め設定することができ
る。
【0051】さらに各指44,45が物体を把持しよう
とする際の把持力は、指が物体に当たるときに、各指が
物体に対して微小な圧力を及ぼすとともに、各指の圧力
が、物体をその中心に対して押圧するように、各指4
4,45の把持力を協動させるように制御することがで
きる。これによって、物体を把持するとき、物体を移動
させたり、倒したりすることなく、柔らかく把持するこ
とができるようになる。
とする際の把持力は、指が物体に当たるときに、各指が
物体に対して微小な圧力を及ぼすとともに、各指の圧力
が、物体をその中心に対して押圧するように、各指4
4,45の把持力を協動させるように制御することがで
きる。これによって、物体を把持するとき、物体を移動
させたり、倒したりすることなく、柔らかく把持するこ
とができるようになる。
【0052】この際使用するTVカメラ49としては、
出来るだけ小型のものが望ましく、いわゆる親指カメラ
のようなものを用いるのが好適である。また指の中に入
れて、その先端から見るためのカメラとしては、ファイ
バスコープが最適である。ハンド41に取り付ける近接
の距離センサ50は、光学的に三角測量の原理によって
動作するものであり、レーザ光を僅かに斜めに出射し、
対象物からの反射光を少し離れた受光器で受けて、出入
射位置と対象物の位置とで定まる2等辺三角形によっ
て、反射点までの距離を計測する。
出来るだけ小型のものが望ましく、いわゆる親指カメラ
のようなものを用いるのが好適である。また指の中に入
れて、その先端から見るためのカメラとしては、ファイ
バスコープが最適である。ハンド41に取り付ける近接
の距離センサ50は、光学的に三角測量の原理によって
動作するものであり、レーザ光を僅かに斜めに出射し、
対象物からの反射光を少し離れた受光器で受けて、出入
射位置と対象物の位置とで定まる2等辺三角形によっ
て、反射点までの距離を計測する。
【0053】またある程度離れた位置から物体までの距
離を測定する際には、光軸42以外の光路2からの入射
光を利用して行うことができる。図4において、51は
光路2を開閉するシャッタである。52は光路2に対す
るミラーであって、通常の全反射ミラーからなってい
る。53は、ミラー52を回転させるモータである。
離を測定する際には、光軸42以外の光路2からの入射
光を利用して行うことができる。図4において、51は
光路2を開閉するシャッタである。52は光路2に対す
るミラーであって、通常の全反射ミラーからなってい
る。53は、ミラー52を回転させるモータである。
【0054】この場合は、TVカメラ49の光軸1の中
心で物体が見えるようにして、シャッタ51を開き、ミ
ラー52を介する物体の像を重ねて見る状態にする。そ
してモータ53を駆動してミラー52を回転させて、二
重像を合致させたとき、ミラー48とミラー52の距離
をI,ミラー52における光路2の挟む角をθとして、
次のようにして物体までの距離Lを求めることができ
る。L=I・tanθ
心で物体が見えるようにして、シャッタ51を開き、ミ
ラー52を介する物体の像を重ねて見る状態にする。そ
してモータ53を駆動してミラー52を回転させて、二
重像を合致させたとき、ミラー48とミラー52の距離
をI,ミラー52における光路2の挟む角をθとして、
次のようにして物体までの距離Lを求めることができ
る。L=I・tanθ
【0055】なお、ミラー52を設けることによって、
指44,45が物体を把持したために光路1が遮られて
見えなくなった状態のときでも、側視によって物体を監
視することができる。
指44,45が物体を把持したために光路1が遮られて
見えなくなった状態のときでも、側視によって物体を監
視することができる。
【0056】さらにもう一つの測距方法として、TVカ
メラ49である位置で見た物体の画像を記憶しておき、
アームを水平に走査してハンド41を所定の距離移動さ
せて再び物体を見ると、もとの画像とずれて見えるの
で、ハンド41の首の部分を回転させて記憶されている
画像とマッチングをとったときの、ハンドの移動距離と
首の回転角とから、三角測量によって物体までの距離を
求めることができる。
メラ49である位置で見た物体の画像を記憶しておき、
アームを水平に走査してハンド41を所定の距離移動さ
せて再び物体を見ると、もとの画像とずれて見えるの
で、ハンド41の首の部分を回転させて記憶されている
画像とマッチングをとったときの、ハンドの移動距離と
首の回転角とから、三角測量によって物体までの距離を
求めることができる。
【0057】図6は、アームの水平走査によって測距す
る場合の、三次元ディスプレイ表示の例を示したもので
あって、画面中央に円盤状の物体があるため、その部分
だけ盛り上がって、高さが大きくなっていることが示さ
れている。なお、これらの各測距方法のうち、距離セン
サによる測距は、例えば距離60〜140mmの場合のア
ームの水平走査による測距と、至近距離の精測に適用
し、それ以外の距離での測距は、TVカメラに設けられ
た周知の自動焦点機構の測距によってもよい。
る場合の、三次元ディスプレイ表示の例を示したもので
あって、画面中央に円盤状の物体があるため、その部分
だけ盛り上がって、高さが大きくなっていることが示さ
れている。なお、これらの各測距方法のうち、距離セン
サによる測距は、例えば距離60〜140mmの場合のア
ームの水平走査による測距と、至近距離の精測に適用
し、それ以外の距離での測距は、TVカメラに設けられ
た周知の自動焦点機構の測距によってもよい。
【0058】図7は、TVカメラの画像と画像処理画面
を例示したものであって、61は親指カメラ等のTVカ
メラの画像を示し、62は物体の画像、63は画像処理
画面である。
を例示したものであって、61は親指カメラ等のTVカ
メラの画像を示し、62は物体の画像、63は画像処理
画面である。
【0059】画像処理を行うときは、円盤状の物体の画
像62に対して、4象限のマスクを重ねて、4象限ブロ
ックからなる画像処理画面63を形成する。この場合、
4象限を分割する十字線のクロス点がハンドにおける光
軸中心であり、この点と物体の像の中心とのずれによっ
て、光軸中心と物体の中心とのずれを知ることができ
る。そして各ブロック内に含まれる物体の像が同じ面積
になるように、アームを制御してハンド中心を移動させ
ることによって、ハンドの位置を物体に対して追従させ
ることができる。
像62に対して、4象限のマスクを重ねて、4象限ブロ
ックからなる画像処理画面63を形成する。この場合、
4象限を分割する十字線のクロス点がハンドにおける光
軸中心であり、この点と物体の像の中心とのずれによっ
て、光軸中心と物体の中心とのずれを知ることができ
る。そして各ブロック内に含まれる物体の像が同じ面積
になるように、アームを制御してハンド中心を移動させ
ることによって、ハンドの位置を物体に対して追従させ
ることができる。
【0060】図8は、ハンド制御用偏差信号の発生回路
を例示したものであって、63は4象限の画像処理画
面、64,65,66,67は加算器、68,69,7
0は減算器である。画像処理画面63における4象限の
各ブロックA,B,C,Dに含まれる画素数を3,1
5,25,7としたとき、全体の画素数を示す和信号
(A+B+C+D)=50と、Y方向偏差を示す差信号
(A+B)−(C+D)=−14と、X方向偏差を示す
差信号(A+C)−(B+D)=−30とを求めること
ができる。
を例示したものであって、63は4象限の画像処理画
面、64,65,66,67は加算器、68,69,7
0は減算器である。画像処理画面63における4象限の
各ブロックA,B,C,Dに含まれる画素数を3,1
5,25,7としたとき、全体の画素数を示す和信号
(A+B+C+D)=50と、Y方向偏差を示す差信号
(A+B)−(C+D)=−14と、X方向偏差を示す
差信号(A+C)−(B+D)=−30とを求めること
ができる。
【0061】これら和信号と2種類の差信号によって、
ハンド中心(光軸)を画像62で表される物体の中心に
一致させるように制御することができる。なおこのよう
な追尾方法は、移動するミサイル自体またはそれを追尾
するミサイルを追尾するミサイル追尾システムにおい
て、用いられているものである。
ハンド中心(光軸)を画像62で表される物体の中心に
一致させるように制御することができる。なおこのよう
な追尾方法は、移動するミサイル自体またはそれを追尾
するミサイルを追尾するミサイル追尾システムにおい
て、用いられているものである。
【0062】図9は、画像処理の例を示したものであっ
て、(a)はTV画像、(b)は2値画像、(c)は密
度関数を示している。図9は、輪郭抽出によって物体を
認識する場合を示し、(a)に示す通常のTV画像から
処理ウィンドウ内におけるエッジ抽出によって2値化を
行って、(b)に示す2値画像を得る。その後、縦
(Y)軸または横(X)軸方向における黒になるピクセ
ル数を、横軸(または縦軸)の値でカウントすると、
(c)に示す横(X)軸または縦(Y)軸の密度関数が
得られる。この密度関数の特徴から、物体を判断・認識
して、その大きさや形状が、目的とする物体か否かの判
断を行うことができる。一般に丸い物体の場合には、図
示のように、X方向の密度関数と、Y方向の密度関数と
は同一形状となる。
て、(a)はTV画像、(b)は2値画像、(c)は密
度関数を示している。図9は、輪郭抽出によって物体を
認識する場合を示し、(a)に示す通常のTV画像から
処理ウィンドウ内におけるエッジ抽出によって2値化を
行って、(b)に示す2値画像を得る。その後、縦
(Y)軸または横(X)軸方向における黒になるピクセ
ル数を、横軸(または縦軸)の値でカウントすると、
(c)に示す横(X)軸または縦(Y)軸の密度関数が
得られる。この密度関数の特徴から、物体を判断・認識
して、その大きさや形状が、目的とする物体か否かの判
断を行うことができる。一般に丸い物体の場合には、図
示のように、X方向の密度関数と、Y方向の密度関数と
は同一形状となる。
【0063】図10は、コニカルスキャン時の距離セン
サ出力を例示したものである。アームを動かして、ハン
ドを目標物体に接近させたとき、物体が取りついている
面の回りを、光軸を初期位置中心として、円錐状走査
(コニカルスキャン)を行ったときの、掃引走査角(方
向)θに対する距離センサの出力(距離)Rの変化を示
している。
サ出力を例示したものである。アームを動かして、ハン
ドを目標物体に接近させたとき、物体が取りついている
面の回りを、光軸を初期位置中心として、円錐状走査
(コニカルスキャン)を行ったときの、掃引走査角(方
向)θに対する距離センサの出力(距離)Rの変化を示
している。
【0064】物体が取りついている面に対して、円錐の
中心軸が垂直のとき、走査角θが変化しても、距離Rの
値は一様となるが、円錐中心軸が面に対して傾いている
ときは、走査角θの変化に伴って、距離Rの値が変化す
る。従って、距離Rが大きくなる方向の成分が小さくな
るように、距離Rが小さくなる方向の成分が大きくなる
ように、各アームを制御して、ハンドを円錐状走査して
も、距離の変化がなくなるようにすることによって、ハ
ンドの光軸中心を物体が取りついている面に対して垂直
にすることができる。このようにして、ハンドを物体が
取りついている面に対して垂直にすることによって、ア
ームや指での作業を容易にすることができる。
中心軸が垂直のとき、走査角θが変化しても、距離Rの
値は一様となるが、円錐中心軸が面に対して傾いている
ときは、走査角θの変化に伴って、距離Rの値が変化す
る。従って、距離Rが大きくなる方向の成分が小さくな
るように、距離Rが小さくなる方向の成分が大きくなる
ように、各アームを制御して、ハンドを円錐状走査して
も、距離の変化がなくなるようにすることによって、ハ
ンドの光軸中心を物体が取りついている面に対して垂直
にすることができる。このようにして、ハンドを物体が
取りついている面に対して垂直にすることによって、ア
ームや指での作業を容易にすることができる。
【0065】なお、ハンドの円錐状走査によって連続し
て距離計測を行うことが困難なときは、例えば120°
おきの3点または90°おきの4点の距離を測定するこ
とによって、同様にして、面の傾きを検出することがで
き、また制御を行ってハンドの光軸を面に垂直にするこ
とも可能である。
て距離計測を行うことが困難なときは、例えば120°
おきの3点または90°おきの4点の距離を測定するこ
とによって、同様にして、面の傾きを検出することがで
き、また制御を行ってハンドの光軸を面に垂直にするこ
とも可能である。
【0066】また、ハンドの移動経路は、一般的には、
物理的な最短経路で目標に向かう場合と、一旦、横(ま
たは縦)に動き、その後、縦(または横)に動いて、目
標に向かう場合とがある。しかし、経路の途中に障害物
があるときは、ロボット自体が衝突の危険を判断できる
機能がない限り、サーボ系の制御誤差をコントロールす
ることができなくなるまで、ハンドが突き進んでゆくこ
とになる。これに対して、本発明では、前述のコニカル
スキャンを行うことによって、障害物の回避を行うこと
ができる。
物理的な最短経路で目標に向かう場合と、一旦、横(ま
たは縦)に動き、その後、縦(または横)に動いて、目
標に向かう場合とがある。しかし、経路の途中に障害物
があるときは、ロボット自体が衝突の危険を判断できる
機能がない限り、サーボ系の制御誤差をコントロールす
ることができなくなるまで、ハンドが突き進んでゆくこ
とになる。これに対して、本発明では、前述のコニカル
スキャンを行うことによって、障害物の回避を行うこと
ができる。
【0067】図11は、距離センサを用いた障害物回避
の経路例を示したものであって、71はハンド、72は
障害物体、73は捕獲すべき物体を示している。ハンド
71は、距離センサを用いてコニカルスキャンを行いな
がら、移動するものとする。図中、コースAは一旦、横
に動いてから縦に動く場合のコース、コースBは、最短
距離で動く場合のコース、コースCは一旦、縦に動いて
から横に動く場合のコースをそれぞれ示し、このうち、
コースBとコースCはハンド71が障害物体72と衝突
するコースであり、コースAは衝突することなしに、ハ
ンド71が物体73に到達するコースである。
の経路例を示したものであって、71はハンド、72は
障害物体、73は捕獲すべき物体を示している。ハンド
71は、距離センサを用いてコニカルスキャンを行いな
がら、移動するものとする。図中、コースAは一旦、横
に動いてから縦に動く場合のコース、コースBは、最短
距離で動く場合のコース、コースCは一旦、縦に動いて
から横に動く場合のコースをそれぞれ示し、このうち、
コースBとコースCはハンド71が障害物体72と衝突
するコースであり、コースAは衝突することなしに、ハ
ンド71が物体73に到達するコースである。
【0068】図11においては、ハンド71が、初期に
与えられたデータに基づいて、最短距離のコースBを進
んでいる途中で障害物体72を検出して、経路を変更し
て移動する場合を例示している。すなわち、コースBを
進んで、点Pで距離センサの検出距離Rが所定の距離R
1より小さくなったときは、ハンド71はコースを変更
して、検出距離RがR1より小さくならない範囲で移動
を続け、障害物体72を検出しなくなったときは、目標
に向かって円弧を描いて接近する。そして物体73の真
上で、検出距離Rが所定の距離R1より小さくなる点
で、ハンド71を作業面に対して垂直にしたのち、ハン
ド71が物体73に接触してこれを捕獲する。
与えられたデータに基づいて、最短距離のコースBを進
んでいる途中で障害物体72を検出して、経路を変更し
て移動する場合を例示している。すなわち、コースBを
進んで、点Pで距離センサの検出距離Rが所定の距離R
1より小さくなったときは、ハンド71はコースを変更
して、検出距離RがR1より小さくならない範囲で移動
を続け、障害物体72を検出しなくなったときは、目標
に向かって円弧を描いて接近する。そして物体73の真
上で、検出距離Rが所定の距離R1より小さくなる点
で、ハンド71を作業面に対して垂直にしたのち、ハン
ド71が物体73に接触してこれを捕獲する。
【0069】なお、安全のため、アームの各関節の移動
可能範囲を、計算機で予め設定しておき、アームの関節
に設けられている角度(または位置)検出器によって検
出された位置情報が、各関節の移動可能範囲内になるこ
とを、計算機によって常時監視することによって、アー
ムの衝突に基づくアームまたは対象物体の破損を防止す
る制御が別に行われている。
可能範囲を、計算機で予め設定しておき、アームの関節
に設けられている角度(または位置)検出器によって検
出された位置情報が、各関節の移動可能範囲内になるこ
とを、計算機によって常時監視することによって、アー
ムの衝突に基づくアームまたは対象物体の破損を防止す
る制御が別に行われている。
【0070】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、距
離センサと光学センサをハンド中心の同一光軸に結合し
たので、小型化されるとともに、正確な位置合わせがで
き、また座標変換の演算が不必要なので、ハンドの位置
と姿勢の制御を高速にかつ自律的に行うことができる。
また距離センサによってコニカルスキャンを行って、ハ
ンドを作業面に垂直に制御することができる。また光学
センサの画像を処理することによって、アームとハンド
の移動経路を補正することができる。さらに、物体上に
マークを照射することによって、移動経路の補正を容易
にすることができる。
離センサと光学センサをハンド中心の同一光軸に結合し
たので、小型化されるとともに、正確な位置合わせがで
き、また座標変換の演算が不必要なので、ハンドの位置
と姿勢の制御を高速にかつ自律的に行うことができる。
また距離センサによってコニカルスキャンを行って、ハ
ンドを作業面に垂直に制御することができる。また光学
センサの画像を処理することによって、アームとハンド
の移動経路を補正することができる。さらに、物体上に
マークを照射することによって、移動経路の補正を容易
にすることができる。
【0071】この場合、ハンドに設けられた指にも光学
センサを設けることによって、物体把持時の指の移動経
路を補正することができる。また、物体を検出する光路
を分岐して別に設けることによって、2眼視による、物
体の測距と側視を行うことができる。さらに、各指にお
いて圧力感知を行うことによって、指の把持力を制御し
て、把持時、物体を移動させたり、倒したりしないよう
にすることができる。
センサを設けることによって、物体把持時の指の移動経
路を補正することができる。また、物体を検出する光路
を分岐して別に設けることによって、2眼視による、物
体の測距と側視を行うことができる。さらに、各指にお
いて圧力感知を行うことによって、指の把持力を制御し
て、把持時、物体を移動させたり、倒したりしないよう
にすることができる。
【0072】本発明の知能ロボットは、光学センサの画
像を処理してハンドの移動方向を制御し、距離センサま
たは光学センサで測距してハンドと物体との距離を縮め
る制御を行い、ハンドの物体への移動経路上に障害物が
あるときは迂回して物体に接近する制御を行い、ハンド
が物体に接近したとき距離センサによって物体との距離
を精測して指で物体の把持を開始する制御を行い、圧力
感知センサによって物体に対する把持力を制御しながら
物体を把持して所要の作業を行わせるので、ロボットが
自律的に最適な制御を行うことができる。
像を処理してハンドの移動方向を制御し、距離センサま
たは光学センサで測距してハンドと物体との距離を縮め
る制御を行い、ハンドの物体への移動経路上に障害物が
あるときは迂回して物体に接近する制御を行い、ハンド
が物体に接近したとき距離センサによって物体との距離
を精測して指で物体の把持を開始する制御を行い、圧力
感知センサによって物体に対する把持力を制御しながら
物体を把持して所要の作業を行わせるので、ロボットが
自律的に最適な制御を行うことができる。
【図1】本発明の原理的構成を示す図である。
【図2】本発明を適用したロボットシステムの基本動作
を説明するシステムブロック図である。
を説明するシステムブロック図である。
【図3】ロボットの動作機構を示す図である。
【図4】ハンドの内部の構成を示す図である。
【図5】TVカメラのモニタ画像を例示する図である。
【図6】アームの水平走査によって測距する場合の、三
次元ディスプレイ表示の例を示す図である。
次元ディスプレイ表示の例を示す図である。
【図7】TVカメラの画像と画像処理画面を例示する図
である。
である。
【図8】ハンド制御用偏差信号の発生回路を例示する図
である。
である。
【図9】画像処理の例を示す図である。
【図10】コニカルスキャン時の距離センサ出力を例示
する図である。
する図である。
【図11】距離センサを用いた障害物回避の経路例を示
す図である。
す図である。
1 アーム 2 指 3 ハンド 4 光路 5 光分岐・合成素子 6 物体 7 距離センサ 8 光学センサ 9 レーザ照射器 10 光路
Claims (8)
- 【請求項1】 ロボットのアーム(1)の先端に複数の
指(2)を有するハンド(3)を備えたロボット装置に
おいて、該ハンド(3)に、 該ハンド(3)の指中心軸を光軸とする光路(4)にお
ける入出射光を分岐・合成する光分岐・合成素子(5)
と、 該光分岐・合成素子(5)を介して物体(6)までの距
離を測定する距離センサ(7)と、 該光分岐・合成素子(5)を介して物体(6)の画像を
取得する光学センサ(8)とを設け、 該距離センサ(7)の距離測定結果と該光学センサ
(8)の画像の処理結果とに基づいて、該ハンド(3)
の位置と姿勢を制御するとともに該複数の指(2)を駆
動して物体(6)を把持する機能を自律的に行うことを
特徴とする知能ロボット。 - 【請求項2】 請求項1に記載の知能ロボットにおい
て、前記ハンド(3)の光路(4)または距離センサ
(7)がコニカルスキャンを行うことによって、物体
(6)を取り付ける面の傾きを検出して、前記ハンド
(3)の指中心軸が該面に垂直になるように該ハンド
(3)の位置と姿勢を制御することを特徴とする知能ロ
ボット。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の知能ロボット
において、前記光学センサ(8)の視野を4象限に分割
して得られた各象限の画像を比較することによって、前
記ハンド(3)の中心軸と物体(6)の中心とのずれを
検出して、物体(6)を把持するためのアーム(1)と
ハンド(3)の移動経路を補正することを特徴とする知
能ロボット。 - 【請求項4】 請求項3に記載の知能ロボットにおい
て、物体(6)の面にマークを照射するレーザ照射器
(9)を設け、該マークによって前記ハンド(3)の中
心軸と物体(6)の中心とのずれを検出して、物体
(6)を把持するためのアーム(1)とハンド(3)の
移動経路を補正することを特徴とする知能ロボット。 - 【請求項5】 請求項3に記載の知能ロボットにおい
て、各指(2)の先端方向中心軸にも光学センサを設
け、該各光学センサが該指(2)の中心軸と物体の中心
とのずれを検出して、物体(6)を把持するための指
(2)またはハンド(3)の移動経路を補正することを
特徴とする知能ロボット。 - 【請求項6】 請求項3に記載の知能ロボットにおい
て、前記指中心軸における入出射光を分岐してハンド
(3)の外部に別の光路(10)を設けることによっ
て、前記光学センサ(8)が物体(6)を2眼視できる
ようにして、測距と、側視とを行うことを特徴とする知
能ロボット。 - 【請求項7】 請求項3に記載の知能ロボットにおい
て、各指(2)の内側に圧力感知センサを設け、各指
(2)の把持力を制御するとともに、把持の際に各指
(2)の把持力を均等化させて物体(6)の中心位置に
集中するように制御することを特徴とする知能ロボッ
ト。 - 【請求項8】 請求項7に記載の知能ロボットにおい
て、前記光学センサ(8)の画像を処理して前記ハンド
(3)の光軸中心と物体(6)の中心とのずれを認識し
て該ハンド(3)の移動方向を制御し、前記距離センサ
(7)または前記光学センサ(8)によって測距して該
ハンド(3)と物体(6)との距離を縮める制御を行
い、該ハンド(3)の物体(6)に到る移動経路上に障
害物があるときは迂回して該物体(6)に接近する制御
を行い、該ハンド(3)が物体(6)に接近したとき前
記距離センサ(7)によって該物体(6)との距離を精
測して前記指(2)によって物体(6)の把持を開始す
る制御を行い、前記圧力感知センサによって該物体
(6)に対する把持力を制御しながら該物体(6)を把
持して所要の作業を行わせることを特徴とする知能ロボ
ット。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18727492A JP3239277B2 (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | 知能ロボット |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18727492A JP3239277B2 (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | 知能ロボット |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0631666A true JPH0631666A (ja) | 1994-02-08 |
JP3239277B2 JP3239277B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=16203130
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18727492A Expired - Fee Related JP3239277B2 (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | 知能ロボット |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3239277B2 (ja) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004108366A1 (ja) * | 2003-06-06 | 2004-12-16 | Advantest Corporation | 搬送装置、電子部品ハンドリング装置および電子部品ハンドリング装置における搬送方法 |
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JP2007225291A (ja) * | 2006-02-21 | 2007-09-06 | Shimadzu Corp | 磁気マッピング装置ならびにその位置決め方法 |
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JP2017136677A (ja) * | 2015-07-29 | 2017-08-10 | キヤノン株式会社 | 情報処理装置、情報処理方法、ロボット制御装置及びロボットシステム |
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WO2019176809A1 (ja) * | 2018-03-14 | 2019-09-19 | 日本電産株式会社 | ロボットハンド、ロボット |
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US20230097932A1 (en) * | 2021-09-30 | 2023-03-30 | Delta Electronics, Inc. | Automatic robotic arm system and coordinating method for robotic arm and computer vision thereof |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010152550A (ja) | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Canon Inc | 作業装置及びその校正方法 |
-
1992
- 1992-07-15 JP JP18727492A patent/JP3239277B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2004108366A1 (ja) * | 2003-06-06 | 2004-12-16 | Advantest Corporation | 搬送装置、電子部品ハンドリング装置および電子部品ハンドリング装置における搬送方法 |
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US11958200B2 (en) | 2021-09-30 | 2024-04-16 | Delta Electronics, Inc. | Automatic robotic arm system and coordinating method for robotic arm and computer vision thereof |
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