專利名稱：把持設備和把持設備控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于把持被把持物體的把持設備和用于控制該把持設備的方法。
背景技術：
經(jīng)由各種步驟制造工業(yè)產(chǎn)品，并且各種工作機器人用于使各步驟的作業(yè)自動化。 然而，隨著作業(yè)更加復雜，使用工作機器人來使各步驟自動化更加困難。日本特開2005-11580提出了用于進行把持需要相對復雜的作業(yè)步驟的軟性線 纜、并將所把持的軟性線纜連接至連接器的作業(yè)的把持設備。該把持設備進行以下作業(yè)。最初，由第一機器人手部松散地把持無大幅移動的軟 性線纜的中間部位。使第一手部沿軟性線纜移動，從而將該線纜的前端部固定至預定位置。 在固定至預定位置之后，由第二機器人手部把持線纜前端部。因而，傳統(tǒng)的把持設備在把持線纜時，需要使用兩個機器人手部的兩個步驟，由此 導致復雜的把持作業(yè)。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明，平穩(wěn)地控制把持設備。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種把持設備，包括信息獲取單元，用于獲取與要 由把持器把持的物體的位置和姿勢有關的信息；移動路徑生成單元，用于基于所獲取的信 息獲取適合于把持所述物體的目標狀態(tài)，并生成所述把持器的朝向所述目標狀態(tài)的移動路 徑；以及控制器，用于沿所生成的所述移動路徑移動所述把持器，并使所述把持器把持所述 物體。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種把持設備的控制方法，包括以下步驟使信息 獲取單元獲取與要由把持器把持的物體的位置和姿勢有關的信息；使移動路徑生成單元基 于所獲取的信息獲取適合于把持所述物體的目標狀態(tài)，并生成所述把持器的朝向所述目標 狀態(tài)的移動路徑；以及使控制器沿所生成的所述移動路徑移動所述把持器，并使所述把持 器把持所述物體。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種存儲有計算機程序的計算機可讀存儲介質， 所述計算機程序用于使計算機作為以下工作信息獲取單元，用于獲取與要由把持器把持 的物體的位置和姿勢有關的信息；移動路徑生成單元，用于基于所獲取的信息獲取適合于 把持所述物體的目標狀態(tài)，并生成所述把持器的朝向所述目標狀態(tài)的移動路徑；以及控制 器，用于沿所生成的所述移動路徑移動所述把持器，并使所述把持器把持所述物體。根據(jù)以下(參考附圖)對典型實施例的說明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的把持設備的功能結構 的圖。圖2是示出第一實施例的把持設備的具體結構的圖。
圖3是示出機器人手部12的前端部的詳細結構的圖。圖4是示出由第一實施例的把持設備所進行的把持作業(yè)處理的流程圖。圖5是示出把持操作S500的詳細處理的流程圖。圖6是示出接合作業(yè)S600的各步驟的流程的圖。 圖7是示出第一實施例中在把持作業(yè)期間把持器的狀態(tài)的圖。圖8是示出由立體照相機拍攝到的照相機圖像的圖。圖9A 9D是示出通過對視差圖像進行閾值處理所獲得的圖像的圖。圖10是示出通過對通過閾值處理所獲得的圖像進行擬合處理所獲得的圖像的 圖。圖11是示出手指和被把持物體彼此重疊的狀態(tài)的圖。圖12是示出手指和被把持物體彼此重疊的狀態(tài)的立體圖。圖13是示出第一實施例中接近狀態(tài)和把持目標狀態(tài)之間的關系的圖。圖14是示出第一實施例中的第一移動路徑的概念圖。圖15A 15F是示出在第一實施例的S600中的步驟中把持器的狀態(tài)的圖。圖16是示出第一實施例中的接合前狀態(tài)的圖。圖17A和17B是示出被把持物體位于接合部分附近的狀態(tài)的圖。圖18是示出已進行了擬合處理的狀態(tài)的圖。圖19A和19B是示出當計算端部插入狀態(tài)下的位置和姿勢時的狀態(tài)的概念圖。圖20是示出當計算端部插入狀態(tài)下的位置和姿勢時的狀態(tài)的概念圖。圖21A和21B是示出當計算端部插入狀態(tài)下的位置和姿勢時的狀態(tài)的概念圖。圖22是示出當計算接合狀態(tài)時的概念圖。圖23是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的把持設備的功能結構的圖。圖24是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的把持設備的結構的圖。圖25是示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的把持設備的結構的圖。圖26是示出根據(jù)本發(fā)明第五實施例的把持設備的結構的圖。圖27是示出根據(jù)本發(fā)明第六實施例的把持設備的功能結構的圖。圖28是示出第六實施例的把持設備的結構的圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考附圖來詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應當注意，除非另外特別說明， 在這些實施例中陳述的組件的相對布置、數(shù)字表達式和數(shù)值并不限制本發(fā)明的范圍。第一實施例圖1是示出根據(jù)本實施例的把持設備的功能機構的圖。AlO表示對被把持物體進行把持等的作業(yè)的把持器。把持器AlO包括用于進行把 持等的機器人臂部和機器人手部等。A40表示控制把持器AlO的操作的控制器。控制器A40包括用于計算把持器AlO 的操作量的個人計算機等。A310表示定位單元，定位單元A310獲取在把持器AlO把持被把持物體時的把持器 AlO和被把持物體的三維位置。定位單元A310包括照相機等的攝像單元。
A320也表示定位單元，定位單元A320獲取在把持器AlO將被把持物體接合至接口單元時的把持器AlO和被把持物體的位置。定位單元A320也包括照相機等的攝像單元。A510表示估計單元，估計單元A510作為信息獲取單元的一部分工作，并基于由定 位單元A310所獲取的三維位置信息，估計把持器AlO和被把持物體的位置、姿勢等的三維 信息。估計單元A510包括用于進行估計處理的計算的個人計算機等。A520也表示估計單元，估計單元A520作為信息獲取單元的一部分工作，并基于由 定位單元A310所獲取的三維位置信息，估計把持器AlO和被把持物體的位置、姿勢等的三 維信息。估計單元A520也包括用于進行估計處理的計算的個人計算機等。A610表示路徑計算單元，路徑計算單元A610基于由估計單元A510所獲取的三維 信息，生成進行把持器AlO的把持操作所沿的移動路徑(第一信息)。路徑計算單元A610 包括進行路徑生成的計算的個人計算機等。A620表示路徑計算單元，路徑計算單元A620基于由估計單元A520所獲取的三維 信息，生成進行把持器AlO的接合作業(yè)所沿的移動路徑(第二信息)。路徑計算單元A620 包括進行路徑生成的計算的個人計算機等?？刂破鰽40基于由路徑計算單元A610和路徑計算單元A620所獲取的移動路徑控 制把持器AlO的移動，從而對被把持物體進行把持和接合作業(yè)。圖2是示出與圖1的功能結構相對應的具體結構的圖。10表示與圖1的控制器A40相對應的機器人控制器，并且向把持設備發(fā)送指令。11表示把持器AlO中所包括的機器人臂部，并且把持被把持物體。12表示把持器AlO中所包括的把持器型機器人手部，并被安裝至機器人臂部11作 為機器人臂部11的末端執(zhí)行器。21表示作為由把持器AlO要把持的示例被操作物體(物理物體)的印刷板。22表示連接器等的作為由把持器AlO要操作的示例物體的接口單元。23表示軟性線纜等的作為由把持器AlO要操作的示例物體的被把持物體。印刷板 21、接口單元22和物體23還被統(tǒng)稱為工件。41表示包括包含CPU、RAM等的個人計算機等的計算器。計算器41與圖1的估計 單元A510、估計單元A520、路徑計算單元A610和路徑計算單元A620相對應。將用于操作 估計單元A510、估計單元A520、路徑計算單元A610和路徑計算單元A620的計算機程序存 儲在控制器41的RAM中。將由計算器41進行計算的結果發(fā)送至控制機器人臂部11和機 器人手部12的機器人控制器10。A311表示與圖1的定位單元A310相對應、并作為信息獲取單元的一部分工作的立 體照相機。A321表示與圖1的定位單元A320相對應、并作為信息獲取單元的一部分工作的立 體照相機。立體照相機A311和立體照相機A321被布置在例如即使當物體23變形時、也可 以拍攝工件的圖像的位置處。圖3是示出圖2的機器人手部12的前端部的詳細結構的圖。13表示當機器人手部12把持物體23時接觸物體23、并且具有足以把持物體23 的長度的手指。14表示當機器人手部12把持物體23時接觸物體23的手指13的把持面。
15表示當把持物體23時的把持中心位置。16表示指示手指13的中心的手指中心基準線。17表示機器人手部12的介于手指13之間的中心軸。注意，由于在把持作業(yè)期間有可能累積各種誤差，因此期望機器人手部12在以下 所述的作業(yè)中配備有小幅量的仿形機構。
圖4是示出由圖2的把持設備所進行的把持作業(yè)處理的流程圖。注意，由接收利 用計算器41進行計算的結果的機器人控制器10來進行圖4的各處理，從而控制機器人臂 部11和機器人手部12的操作。最初，在SlOO中，本實施例的把持設備的作業(yè)開始。在S200中，機器人控制器10使機器人臂部11和機器人手部12進入第一等待狀 態(tài)(初始操作)。圖7的左端部分示出本實施例的機器人臂部11和機器人手部12的第一 等待狀態(tài)。該第一等待狀態(tài)指機器人臂部11和機器人手部12位于作業(yè)開始位置處的狀態(tài)。 在第一等待狀態(tài)下，機器人臂部11和機器人手部12不干涉利用立體照相機A311對物體23 的測量。在S300中，機器人控制器10判斷本實施例的把持設備的作業(yè)是否完成。當判斷 為作業(yè)完成時，處理進入S700，并且把持設備的作業(yè)完成。如果判斷為作業(yè)未完成，則處理 進入S400。注意，可以通過用戶的指令進行針對把持作業(yè)是否完成的判斷。在S400中，由立體照相機A311拍攝工件(印刷板21、接口單元22和物體23)的圖像。圖8示出由立體照相機A311所拍攝到的照相機圖像。左端部分示出由立體照相 機A311的左側照相機所拍攝到的照相機圖像。中間部分示出由立體照相機A321的右側照 相機所拍攝到的照相機圖像。在S400中，基于左側照相機圖像或右側照相機圖像，檢測工 件是否布置在允許把持設備進行作業(yè)的位置處。當在左側照相機圖像或右側照相機圖像中 捕捉到工件的圖像時，判斷為工件位于允許作業(yè)的位置處，并且處理進入S500。在S500中，由本實施例的把持設備進行把持操作。這里，由機器人臂部11把持物 體23。在S500中的把持操作完成之后，處理進入S600。在S600中，由本實施例的把持設備進行接合作業(yè)。這里，將在S500中把持的物體 23接合至接口單元22。在S600的接合作業(yè)完成之后，處理進入S200以進行其它作業(yè)。在S700中，在一系列的作業(yè)完成之后，把持設備的處理完成。由此說明了本實施例的把持設備的作業(yè)流程。接著，將詳細說明圖4中的把持操作S500的處理。圖5是示出把持操作S500的詳細處理的流程圖。在S510中，立體照相機A311獲 取工件(印刷板21、接口單元22和物體23)的位置。在S400中，根據(jù)所拍攝圖像中是否存 在工件，檢測該工件是否位于允許把持設備進行作業(yè)的位置處。在S510中，計算把持器AlO 和工件的位置坐標。由于接口單元22和物體23各自的位置的自由度高，因此難以根據(jù)設 計值預測位置的精確坐標。因此，在步驟S510中，需要檢測位置坐標。在步驟S510中，使 用三角測量法等的技術，根據(jù)左側照相機圖像(圖8的左端部分)和右側照相機圖像(圖 8的中央部分)，計算工件的位置坐標。在S520中，計算器41根據(jù)左側照相機圖像(圖8的左端部分)和右側照相機圖像(圖8的中央部分)計算視差圖像(圖8的右端部分)，以估計工件的三維位置狀態(tài)。在 本實施例中，工件的三維位置狀態(tài)指工件的位置和姿勢。工件的視差圖像指表示左側照相 機圖像和右側照相機圖像之間的偏移的大小的圖像。該偏移隨著離立體照相機A311或立 體照相機A321的距離的增加而增大。因此，可以從視差圖像獲取距離信息。例如，對視差 圖像中的偏移的大小進行顏色編碼。通過分析由此所獲取的視差圖像，可以估計工件的三 維位置狀態(tài)。圖9A是示出通過對視差圖像進行作為用于估計工件的三維位置狀態(tài)的處理的閾 值處理所獲得的圖像的圖。圖9A是示出通過閾值處理所提取出的物體23的圖。為了獲得 如圖9A所示的圖像，例如，預先獲得物體23可能位于其內的位置范圍，之后，可以使用在 S510中計算出的位置信息，通過閾值處理消除該位置范圍外的部分。圖9B示出通過對圖8的左側照相機圖像或右側照相機圖像進行作為用于估計工 件的三維位置狀態(tài)的處理的邊緣處理所獲得的圖像。通過該邊緣處理提取印刷板21、接口 單元22和物體23的邊緣，使得容易地識別出邊界。圖9C示出通過對物體23進行邊緣處理所獲得的圖像?？梢允褂脠D9B的圖像從 圖9A的圖像提取物體23的邊緣。圖9D是示出在世界坐標系中表示物體23的邊緣的狀態(tài)的圖。圖10是示出通過對圖9D的狀態(tài)進行作為用于估計三維位置狀態(tài)的處理的擬合處 理所獲得的狀態(tài)的圖。該擬合處理是用于將具有預定形狀的模型布置在三維坐標空間中的 適當位置處的處理。在本實施例中，布置作為物體23的形狀的矩形模型從而擬合圖9D的 邊緣。通過該擬合處理，可以從由此布置的矩形模型計算物體23的位置和姿勢。例如，根 據(jù)矩形模型的端點102的位置坐標計算平面的方程式，并且根據(jù)該平面的方程式計算法向 矢量101，由此使得可以量化物體23的姿勢。此外，在圖10中，103表示物體23被把持的 位置(把持位置)，并且104表示物體23的中心軸?？紤]到物體23的材料等，在矩形模型 上預先設置把持位置103。此外，把持位置103和中心軸104的交點105是把持中心目標位 置。在S530中，計算器41使用在S520中估計出的物體23的三維位置狀態(tài)來進行用 于設置移動路徑的處理。該移動路徑指機器人臂部11和機器人手部12在把持物體23之 前移動所沿的路徑。在本實施例中，當把持物體23時，使機器人臂部11和機器人手部12移動至手指 13和物體23彼此重疊的位置。圖11是示出機器人臂部11和機器人手部12已移動至手指13和物體23彼此重 疊的位置的狀態(tài)的圖。圖12是示出已移動至與圖11的位置相同的位置的機器人臂部11和機器人手部 12的立體圖的圖。如圖11和12所示，使手指13的把持面14的法向矢量和在S510中計算 出的法向矢量彼此平行，之后，如果閉合手指13，則可以平穩(wěn)地把持物體23。在該步驟中生成的移動路徑是使機器人臂部11和機器人手部12移動至圖11或 圖12的狀態(tài)所沿的路徑。為了生成該移動路徑，設置第二等待狀態(tài)、接近狀態(tài)和把持目標 狀態(tài)。圖7的自左端起的第二部分示出第二等待狀態(tài)，第三部分示出接近狀 態(tài)，并且右端部分示出把持目標狀態(tài)。在本實施例中，當進行把持時，使機器人臂部11和機器人手部12從第二等待狀態(tài)移動至接近狀態(tài)，并且進一步從接近狀態(tài)移動至把持目標狀態(tài)。在下文， 將說明各狀態(tài)。第二等待狀態(tài)指當進行把持時的移動開始位置。如下計算該第二等待狀態(tài)。將適 合于把持的多個第二等待狀態(tài)預先記錄在查找表(LUT)等中，并且從該LUT中選擇適當?shù)?第二等待狀態(tài)。根據(jù)在接近狀態(tài)和各第二等待狀態(tài)之間連結的樣條曲線等的移動曲線上是 否存在奇異點，來選擇并判斷第二等待狀態(tài)。由于在該奇異點上速度矢量為0，因此當機器 人臂部11和機器人手部12移動至該奇異點上時可能出現(xiàn)故障。因此，選擇所計算出的移 動曲線上不存在奇異點的第二等待狀態(tài)。因此，需要在選擇第二等待狀態(tài)之前計算接近狀 態(tài)。接近狀態(tài)指緊挨手指13和物體23彼此重疊之前的狀態(tài)。圖13是示出本實施例中的接近狀態(tài)的圖。本實施例中的接近狀態(tài)是使手指13沿 拔出方向從把持目標狀態(tài)移動了預定距離的狀態(tài)。在這種情況下，例如，如圖13所示，假定 該預定距離是以下和與邊距ε的總和，該和是從把持中心基準位置15到手指13的前端位 置的距離df與矩形模型的橫邊和中心軸104之間的距離dm(即，物體23的寬度的一半)的 和。通過如圖13所示設置預定距離，可以避免手指13和物體23之間的干涉。把持目標狀態(tài)指用于把持物體23的機器人臂部11和機器人手部12的最終位置 和姿勢。在最終位置和姿勢下，手指13的把持面14的法向矢量平行于在S510中計算出的 法向矢量。此外，當把持時，圖10所示的把持位置103和圖3所示的手指中心基準線16需 要彼此一致。同樣，把持中心目標位置105和把持中心基準位置15需要彼此一致。為了滿 足這些條件，設置把持目標狀態(tài)，以使得把持器中心線17與把持位置103 —致，并且連結這 兩個手指13的把持中心基準位置15的線18通過把持中心目標位置105。通過使用樣條函數(shù)等連結第二等待狀態(tài)、接近狀態(tài)和把持目標狀態(tài)的位置和姿勢 來生成移動路徑。圖14是示出移動路徑的概念的圖。如圖14所示，機器人臂部11和機器人手部12 的移動路徑根據(jù)物體23的位置和姿勢而變化。在S540中，機器人控制器10基于所生成的移動路徑發(fā)送移動指令，從而移動機器 人臂部11和機器人手部12，之后進行把持操作。S540包括以下所述的S541 S544。在S541中，使機器人臂部11和機器人手部12從第一等待狀態(tài)(初始狀態(tài))移動
至第二等待狀態(tài)。在S542中，使機器人臂部11和機器人手部12從第二等待狀態(tài)移動至接近狀態(tài)。在S543中，使機器人臂部11和機器人手部12從接近狀態(tài)移動至把持目標狀態(tài)。在S544中，在把持目標狀態(tài)下，閉合手指13以把持物體23。接著，將詳細說明圖4的接合作業(yè)S600的處理。S600包括S611 S647。與S500 的把持作業(yè)相同，也通過連結機器人臂部11和機器人手部12的多個狀態(tài)生成S600的接合 作業(yè)用的移動路徑。圖15A 15F是示出本實施例的S600的各步驟中的機器人臂部11和機器人手部 12的狀態(tài)的圖。在下文，將說明各狀態(tài)的詳細內容及其計算方法。圖15A是示出在將物體23接合至接口單元22之前的狀態(tài)(接合前狀態(tài))的圖。該接合前狀態(tài)指物體23位于接口單元22前方以準備好進行接合的狀態(tài)。圖16是示出本實施例中的接合前狀態(tài)的圖。在圖16中，25表示接口單元22的接合部分。如圖16所示，本實施例的接合前狀態(tài)指物體23在維持與接口單元22平行時位于 接口單元22的接合部分25前方并與接口單元22間隔預定距離δ (例如，δ = 5mm)的狀 態(tài)。注意，由于接口單元22的安裝公差、被把持物體的偏移等，接口單元22和物體23之間 的位置關系并非是期望的。圖15B是示出在將物體23接合至接口單元22時、緊挨插入物體23的端部開始之 前的接合等待狀態(tài)的圖。該接合等待狀態(tài)指將物體23從端部插入狀態(tài)沿與插入方向相反 的方向移動了預定距離的狀態(tài)。注意，為了使物體23從接合前狀態(tài)經(jīng)由接合等待狀態(tài)平穩(wěn) 地進入端部插入狀態(tài)，在接合等待狀態(tài)下，期望與接合前狀態(tài)下相比物體23更接近接口單 元22，并且期望物體23尚未進入接合部分25內部。圖15C是示出將物體23的一端插入接口單元22中從而將物體23接合至接口單 元2 2的端部插入狀態(tài)的圖。將物體23的一端插入接口單元22中的原因是可以避免接合 失敗。例如，當將物體23插入接口單元22中時，由于因機械誤差等物體23不平行于接口 單元22，因此插入可能失敗。因此，通過最初將物體23的一端插入接口單元22中，可以降 低插入失敗的可能性。在下文，將說明用于計算端部插入狀態(tài)的方法。圖17A是示出物體23位于接合部分25附近的狀態(tài)的圖。可以通過拍攝圖16的 狀態(tài)來獲取如圖17A所示的圖像。通過對所獲取的圖像進行與S 520的處理相同的擬合處 理，可以估計出物體23和接口單元22的三維位置狀態(tài)以計算端部插入狀態(tài)。圖17B是示出與S520相同、通過對圖17A進行閾值處理和邊緣處理所獲得的狀態(tài) 的圖。圖18是示出通過對如圖17B所示的圖像數(shù)據(jù)進行擬合處理所獲得的狀態(tài)的圖。如 圖18所示，針對接口單元22使用矩形模型200，并且針對物體23使用直角U形模型300。 如圖18所示，與S520相同，可以通過擬合處理計算物體23的位置和姿勢。此外，可以使用 線段形模型220通過擬合處理計算接合部分25的位置和姿勢。注意，201表示相對于矩形 模型200的法向矢量，并且301表示相對于直角U形模型300的法向矢量。311和312表示 直角U形模型300的端點，221和222表示線段形模型220的端點，并且211和212表示矩 形模型200的端點。在下文，將說明用于基于圖18的信息計算端部插入狀態(tài)下的位置和姿勢的方法。在本實施例中，為了降低未能插入物體23的可能性，將物體23傾斜地插入接合部 分25。如果將物體23以平行于接合部分25的方式插入，則物體23很可能由于微小誤差而 接觸接口單元22，由此導致插入失敗。同樣，當將物體23傾斜地插入接合部分25時，可能 出現(xiàn)微小誤差。然而，在這種情況下，在物體23接觸接口單元22之后，物體23接觸接口單 元22的位置偏移，使得可以將物體23成功地插入接口單元22中。圖19A和19B、圖20以及圖21A和21B是示出如何計算端部插入狀態(tài)下的位置和 姿勢的概念圖。如圖19A所示，最初，相對于線段形模型220，設置仰角為Q1Hi^n, Q1 = 15° )、并且通過線段形模型220的平面Pp之后，設置平行于平面P1并且通過線段210的平面P2。設置被置于平面P1和平面P2之間并且平行于這兩個平面的平面P”假定P1和P1 之間的距離是在把持器AlO的仿形機構的容許范圍內的小幅值，并且考慮到接口單元22的 大小、物體23的彈性和機器人臂部11的小幅移動的誤差，設置P1和P1之間的距離。例如， 當平面P1和平面P2之間的距離是0. 5mm時，平面P1和P1之間的距離被設置為0. 1mm。還 假定平面P1是相對于接合部分25的寬度方向具有與根據(jù)線段220的端點221和222估計 出的接合部分的寬度相等的有限寬度的平面。 注意，將端部插入操作的操作方向矢量Cl1定義為與線段210或220的方向矢量正 交、并且與平面P1的法向矢量401正交的矢量。當根據(jù)端部插入狀態(tài)計算如上所述的接合 等待狀態(tài)時，使用該操作方向矢量屯。接著，如圖21A和21B所示，將考慮通過作為接合部分25的邊的線段220、并且具 有方向與接口單元22的法向矢量201的方向相同的法向矢量501的平面IV與平面P1相 同，平面&相對于接合部分25的寬度方向具有作為根據(jù)線段220的端點221和222估計 出的接合部分的寬度的有限寬度。在平面Pt上引出與線段220間隔與小幅插入量β相對 應的距離的線510。假定位于線510上并且與平面Pt的寬度方向上的端部相距距離P的 點520是端部插入狀態(tài)下物體23的端點312的目標位置。這里，假定P是位于把持器的 仿形機構的容許范圍內的小幅量。在物體23的端部插入狀態(tài)下，端點312與端點目標位置 520 一致，線段310位于線510上，并且物體23的法向矢量301與平面Pj的法向矢量501 一致。通過上述處理，可以計算出端部插入狀態(tài)下物體23的位置和姿勢。圖15D是示出將在圖15C的端部插入狀態(tài)下未插入的另一端插入接口單元22中 的前端部插入狀態(tài)的圖。與端部插入狀態(tài)相同，可以通過獲得物體23的端點311的端點目標位置來計算前 端部插入狀態(tài)。圖15Ε是示出通過從圖15C的前端部插入狀態(tài)沿接合方向插入將物體23接合至 接口單元22的接合狀態(tài)的圖。圖22是示出如何計算接合狀態(tài)的概念圖。在計算端部插入狀態(tài)時所獲得的平面 Pj上，設置位于與線段220相距距離L+ ξ處的線610，其中，L是物體23需要被推進從而接 合至接口單元22的量(L是基于接口單元22和物體23的設置值所確定的)，并且ξ是機 器人手部12的仿形機構的容許范圍內的小幅量。假定平面Pj的中心線601和線610的交 點是與物體23的前端部的中心位置有關的目標位置620。在物體23的接合狀態(tài)下，端點 311和312之間的中間點與目標位置620 —致，線段310位于線610上，并且物體23的法向 矢量301與平面Pj的法向矢量501 —致。通過上述處理，可以計算出接合狀態(tài)下物體23的位置和姿勢。圖15F是示出相對圖15Ε的接合狀態(tài)打開手指13、并且機器人手部12在不干涉物 體23的情況下被拉出的接合結束狀態(tài)的圖。以與S520中接近狀態(tài)的方式相同的方式計算接合結束狀態(tài)。具體地，使機器人手 部12從接合狀態(tài)沿把持器中心線17移動并將其拉出。在這種情況下，假定移動距離是以 下和與邊距ε的總和該和是從把持中心基準位置15到手指13的前端位置的距離df與 物體23的寬度的一半(即，矩形模型的橫邊和中心軸104之間的距離dm)的和。
圖6是示出S600的各步驟的流程的圖。將參考圖6來說明S600的各步驟。通過根據(jù)從機器人控制器10發(fā)送來的指令驅動機器人臂部11和機器人手部12來進行S600的
各步驟。在S611中，機器人控制器10使機器人臂部11和機器人手部12移動至它們的接 合前狀態(tài)。在S612中，立體照相機A321拍攝工件的圖像，由此獲取工件的位置。該步驟的處 理與S510的處理基本相同。在S620中，與S510的處理基本相同，計算器41根據(jù)立體照相機A321的左側照相 機圖像(圖8的左端部分)和右側照相機圖像(圖8的中間部分)計算視差圖像(圖8的 右端部分)，以估計工件的三維位置狀態(tài)。具體地，如針對圖15的各狀態(tài)的計算所述，計算 工件的三維位置和姿勢。在S630中，計算器41生成接合作業(yè)期間要使用的第二路徑。在生成第二路徑時， 使用上述圖15的狀態(tài)。通過使用樣條函數(shù)等連結圖15的狀態(tài)來生成第二路徑。可以通過 使機器人臂部11和機器人手部12沿第二路徑移動來進行接合作業(yè)。在S640及后續(xù)步驟中，將物體23接合至接口單元22。在接合作業(yè)步驟中，使機 器人臂部11和機器人手部12沿第二路徑移動，即從S641 (接合等待狀態(tài))依次移動至 S642 (端部插入狀態(tài))、S643 (前端部插入狀態(tài))和S644 (接合狀態(tài))。在S645中，機器人控制器10相對于物體23沿釋放方向驅動手指13 (把持結束操 作)。在S646中，機器人控制器10使機器人臂部11和機器人手部12移動至它們的接 合結束狀態(tài)。在S647中，為了進行下一把持操作，機器人控制器10使機器人臂部11和機器人 手部12移動至它們的第二等待狀態(tài)。在這種情況下，計算器41通過調用所存儲的LUT或 識別函數(shù)來選擇與接合結束狀態(tài)相對應的第二等待狀態(tài)。在S200 S600之后，處理返回至S200，在S200中，等待下一作業(yè)。例如，通過進行上述處理，可以平穩(wěn)地進行用于將軟性線纜與連接器接合的復雜 的把持操作作業(yè)。注意，可以由包括存儲有用于控制把持設備的程序的存儲裝置、CPU等的 計算機來進行圖4的各步驟。第二實施例圖23是示出本實施例的功能結構的圖。如圖23所示，基本結構與第一實施例的 圖1的基本結構相同。本實施例與第一實施例的不同之處在于，設置了 3D-CAD數(shù)據(jù)A50。 3D-CAD數(shù)據(jù)A50存儲物體23、接口單元22等的精確外形的數(shù)據(jù)。代替矩形模型、直角U形 模型等的參數(shù)模型數(shù)據(jù)，可以使用這些數(shù)據(jù)，由此使得可以進行更加精確的擬合處理。更加 精確的擬合處理提高了物體23和接合單元22的位置和姿勢的估計精度。因此，可以將依 賴于機器人手部12的仿形機構的設置值β、Y和P設置為較小的值，由此提高了作業(yè)的 精度。第三實施例圖24是示出根據(jù)本實施例的把持設備的結構的圖。如從圖24可以看出，基本結 構與第一實施例的圖2的基本結構相同。本實施例與第一實施例的不同之處在于，利用其它部件來替換立體照相機A311和立體照相機A321。代替立體照相機A311，設置了第一照 相機A313和第一照明單元S 314。此外，代替立體照相機A321，設置了第二照相機A323和 第二照明單元A324。期望照明單元是可以發(fā)出兩個或更多個狹縫光線的多狹縫光線型?？?選地，照明單元可以是使用檢流計鏡或多面鏡的掃描型。 在本實施例中，當進行攝像時，最初從照明單元以相對于照相機光軸的預定角度 發(fā)出狹縫光線。之后，從由照相機拍攝到的圖像檢測利用狹縫光線所照射的位置，并使用三 角測量的原理獲取與拍攝到其圖像的被攝體有關的深度信息。該技術通常被稱為光切斷 法。在本實施例中，代替立體照相機，可以使用利用照明單元和照相機的光切斷法，由此使 得可以檢測拍攝到其圖像的物體的三維位置和姿勢。第四實施例圖25是示出根據(jù)本實施例的把持設備的結構的圖。如從圖25可以看出，基本結 構與第一實施例的圖2的基本結構相同。本實施例與第一實施例的不同之處在于，利用其 它部件來替換立體照相機A311和立體照相機A321。代替立體照相機A311，設置了第一照 相機A315和第一投影儀A315。此外，代替立體照相機A321，設置了第二照相機A325和第 二投影機A324。在本實施例中，代替立體照相機，通過使用照相機和投影儀，可以通過空間 編碼來測量拍攝到其圖像的物體的位置。在空間編碼時，最初從投影儀將編碼圖案投射到 拍攝到其圖像的物體上。之后，從由照相機拍攝到的圖像檢測編碼圖案，并基于三角測量的 原理獲取與拍攝到其圖像的物體有關的深度信息。在本實施例中，代替立體照相機，可以使用投影儀和照相機來檢測拍攝到其圖像 的物體的三維位置和姿勢。第五實施例圖26是示出根據(jù)本實施例的把持設備的結構的圖。如從圖26可以看出，基本結 構與第一實施例的圖2的基本結構相同。本實施例與第一實施例的不同之處在于，利用其 它部件來替換立體照相機A321。代替立體照相機A321，設置了第一照相機A323和照明單 元A324。在本實施例中，立體照相機用于在把持期間進行攝像，并且照相機和照明單元用于 在物體23的接合期間進行攝像。由照相機和照明單元拍攝到的圖像的處理與第三實施例 的處理相同。注意，作為本實施例的變形例，代替立體照相機A311，可以使用照相機和照明單 元?？蛇x地，代替照相機和照明單元，可以使用投影機和照相機，從而使用與第四實施例的 方法相同的方法來檢測拍攝到其圖像的物體的位置和姿勢。第六實施例圖28是示出根據(jù)本實施例的把持設備的結構的圖。如從圖28可以看出，基本結 構與第一實施例的圖2的基本結構相同。本實施例與第一實施例的不同之處在于，未設置 立體照相機A321。在本實施例中，將立體照相機A301設置在把持和接合期間可以對物體 23進行攝像的位置處。立體照相機A301用于在把持和接合期間進行攝像。圖27是示出根據(jù)本實施例的把持設備的功能結構的圖。如從圖27可以看出，基 本結構與第一實施例的圖1的基本結構相同。本實施例與第一實施例的不同之處在于，由 定位單元A300來實現(xiàn)定位單元A310和定位單元A320的功能。定位單元A300與圖28的 立體照相機A301相對應。
如上所述，通過將立體照相機A301設置在適當?shù)奈恢锰?，可以在不設置立體照相 機的情況下進行把持和接合操作，使得可以降低設備的制造成本。根據(jù)本發(fā)明，可以平穩(wěn)地進行需要復雜的把持操作的把持設備的控制。盡管已經(jīng)參考典型實施例說明了本發(fā)明，但是應該理解，本發(fā)明不限于所公開的 典型實施例。所附權利要求書的范圍符合最寬的解釋，以包含所有這類修改以及等同結構 和功能。本申請要求2007年10月29日提交的日本專利申請2007-280439的優(yōu) 先權，在此 通過引用包含其全部內容。
權利要求
一種把持設備，包括信息獲取單元，用于獲取與要由把持器把持的物體的位置和姿勢有關的信息；移動路徑生成單元，用于基于所獲取的信息獲取適合于把持所述物體的目標狀態(tài)，并生成所述把持器的朝向所述目標狀態(tài)的移動路徑；以及控制器，用于沿所生成的所述移動路徑移動所述把持器，并使所述把持器把持所述物體。
2.根據(jù)權利要求1所述的把持設備，其特征在于，所述控制器沿所生成的所述移動路徑移動把持有所述物體的所述把持器，并將所述物 體接合至接口單元。
3.根據(jù)權利要求2所述的把持設備，其特征在于，所述移動路徑生成單元獲取插入狀態(tài)，在所述插入狀態(tài)中，所述物體的端部以與當所 述物體接合至所述接口單元時的角度不同的角度插入所述接口單元中，以及所述移動路徑生成單元設置所述移動路徑，以使得所述移動路徑通過所述插入狀態(tài)。
4.根據(jù)權利要求2所述的把持設備，其特征在于， 所述信息獲取單元獲取以下信息與當所述把持器把持所述物體時所述物體的位置和姿勢有關的第一信息；以及 與當所述把持器將所述物體接合至所述接口單元時所述物體的位置和姿勢有關的第 二信 息，所述移動路徑生成單元基于所述第一信息，設置當所述把持器把持所述物體時所述把 持器的第一移動路徑，所述移動路徑生成單元基于所述第二信息，設置當所述把持器將所述物體接合至所述 接口單元時所使用的所述把持器的第二移動路徑，所述控制器沿所設置的所述第一移動路徑移動所述把持器，并使所述把持器把持所述 物體，以及所述控制器沿所設置的所述第二移動路徑移動把持有所述物體的所述把持器，并使所 述把持器將所述物體接合至所述接口單元。
5.根據(jù)權利要求4所述的把持設備，其特征在于，所述移動路徑生成單元計算通向所述目標狀態(tài)的曲線，作為所述第一移動路徑。
6.根據(jù)權利要求1所述的把持設備，其特征在于，所述信息獲取單元獲取所述物體的位置和姿勢的參數(shù)模型數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權利要求6所述的把持設備，其特征在于， 所述參數(shù)模型數(shù)據(jù)示出具有矩形形狀的模型。
8.根據(jù)權利要求1所述的把持設備，其特征在于，所述移動路徑生成單元設置所述把持器的多個姿勢，以及 所述移動路徑生成單元生成通過所述多個姿勢的移動路徑。
9.根據(jù)權利要求6所述的把持設備，其特征在于，所述參數(shù)模型數(shù)據(jù)示出具有根據(jù)CAD數(shù)據(jù)所獲得的所述物體的外形的模型。
10.根據(jù)權利要求1所述的把持設備，其特征在于， 所述信息獲取單元具有多個照相機。
11.根據(jù)權利要求1所述的把持設備，其特征在于， 所述信息獲取單元具有照相機和照明單元。
12.根據(jù)權利要求1所述的把持設備，其特征在于， 所述信息獲取單元具有照相機和投影儀。
13.一種把持設備的控制方法，包括以下步驟使信息獲取單元獲取與要由把持器把持的物體的位置和姿勢有關的信息； 使移動路徑生成單元基于所獲取的信息獲取適合于把持所述物體的目標狀態(tài)，并生成 所述把持器的朝向所述目標狀態(tài)的移動路徑；以及使控制器沿所生成的所述移動路徑移動所述把持器，并使所述把持器把持所述物體。
14.一種存儲有計算機程序的計算機可讀存儲介質，所述計算機程序用于使計算機作 為以下工作信息獲取單元，用于獲取與要由把持器把持的物體的位置和姿勢有關的信息； 移動路徑生成單元，用于基于所獲取的信息獲取適合于把持所述物體的目標狀態(tài)，并 生成所述把持器的朝向所述目標狀態(tài)的移動路徑；以及控制器，用于沿所生成的所述移動路徑移動所述把持器，并使所述把持器把持所述物體。
全文摘要
一種把持設備，包括信息獲取單元(A311、A315、A301)，用于獲取與要由把持器(12)把持的物體(23)的位置和姿勢有關的信息；移動路徑生成單元(A610)，用于基于所獲取的信息獲取適合于把持所述物體的目標狀態(tài)，并生成所述把持器的朝向所述目標狀態(tài)的移動路徑；以及控制器，用于沿所生成的所述移動路徑移動所述把持器，并使所述把持器把持所述物體。
文檔編號B25J9/16GK101842195SQ200880114097
公開日2010年9月22日 申請日期2008年9月26日 優(yōu)先權日2007年10月29日
發(fā)明者瀧本將史, 真繼優(yōu)和, 青葉雅人 申請人:佳能株式會社