机器人控制装置、机器人控制系统、机器人控制方法和机器人控制程序

摘要

一种机器人控制装置及其系统、方法以及存储介质，即使在使用机器人所具有的夹具来把持对象物的情况下，也能够降低对象物与周围环境之间相互干涉的风险。机器人控制装置(10)包括：计算部(11)，根据在机器人(20)所具有的夹具(21)把持对象物的状态下的机器人(20)的模型，计算机器人(20)的干涉范围；以及计划部(12)，根据模型和干涉范围，计划机器人(20)的操作。

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制装置、机器人控制系统、机器人控制方法和机器人控制程序。

背景技术

现有技术中，机器人已被用于产品的组装和加工。机器人具有1个或多个臂，并且在臂的前端具有诸如手的末端执行器。

例如，下述专利文献1中记载了把持或保持刮研工具的机器人、以及控制该机器人的机器人控制装置。该机器人是多关节型机器人，具有机械臂和安装在机械臂的前端的机械手。刮研工具由机械手把持或保持。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-137551号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

当如专利文献1中由专门用于保持预定工具的机器人保持预定工具时，可以使用工具更换器。通过使用工具更换器，能够区分使用多个工具。

然而，当执行相对频繁地更换多个工具的工作时，在工具更换器中，更换工具需要花费时间。另一方面，如果用夹具把持工具，则可以缩短更换工具的时间，但是，例如，由于多个工具的大小和长度不同，如果把持的工具发生变化，工具和周围环境可能会相互干涉。此外，即使使用相同的工具，也有可能因为夹具对工具的把持位置和把持姿态不同，导致工具与周围环境相互干涉。

因此，本发明提供了一种机器人控制装置、机器人控制系统、机器人控制方法和机器人控制程序，即使在使用机器人所具有的夹具来把持对象物的情况下，也能够降低对象物与周围环境之间相互干涉的风险。

用于解决问题的技术方案

根据本公开的一个方面的机器人控制装置，包括：计算部，根据在机器人所具有的夹具把持对象物的状态下的机器人的模型，计算机器人的干涉范围；以及计划部，根据模型和干涉范围，计划机器人的操作。

根据本方面，通过在对象物被夹具把持的状态下，根据机器人的模型，来计算机器人的干涉范围，即使在把持对象物时，也能够降低对象物与周围环境之间相互干涉的风险。

在上述方面中，机器人控制装置还包括：推测部，推测夹具把持的对象物的类型，计算部可以根据对象物的类型更新模型。

根据本方面，能够推测每次把持时可能发生改变的对象物的类型，生成更准确的模型，更准确地计算机器人的干涉范围。

在上述方面中，机器人控制装置还包括：推测部，在对象物被夹具把持的状态下，推测对象物的姿态，计算部可以根据对象物的姿态更新模型。

根据本方面，能够推测每次把持时可能发生改变的对象物的姿态，生成更准确的模型，更准确地计算机器人的干涉范围。

在上述方面中，机器人具有相机，推测部可以根据相机拍摄的对象物的图像来推测对象物的类型或对象物的姿态。

根据本方面，能够根据图像推测每次把持时可能发生改变的对象物的类型或对象物的姿态，生成更准确的模型，更准确地计算机器人的干涉范围。

在上述方面中，机器人具有设置于夹具的力传感器，推测部可以根据力传感器检测到的信号来推测对象物的类型或对象物的姿态。

根据本方面，能够根据力传感器检测到的信号来推测每次把持时可能发生改变的对象物的类型或对象物的姿态，生成更准确的模型，更准确地计算机器人的干涉范围。

在上述方面中，推测部可以在对象物被夹具把持的状态下，使对象物干涉环境，并可以根据干涉的结果来推测对象物的类型或对象物的姿态。

根据本方面，能够通过对对象物和环境的干涉来推测每次把持时可能发生改变的对象物的类型或对象物的姿态，生成更准确的模型，更准确地计算机器人的干涉范围。

在上述方面中，对象物可以是工具。

根据本方面，通过在工具被夹具把持的状态下，根据机器人的模型，来计算机器人的干涉范围，即使使用的工具多种多样，也能够降低对象物与周围环境之间相互干涉的风险。

根据本公开的另一方面的机器人控制系统，包括：机器人，具有把持对象物的夹具；以及机器人控制装置，用于控制机器人，机器人控制装置包括：计算部，根据在机器人所具有的夹具把持对象物的状态下的机器人的模型，计算机器人的干涉范围；以及计划部，根据模型和干涉范围，计划机器人的操作。

根据本方面，通过在对象物被夹具把持的状态下，根据机器人的模型，来计算机器人的干涉范围，即使在把持对象物时，也能够降低对象物与周围环境之间相互干涉的风险。

根据本公开的另一方面的机器人控制方法，通过设置于机器人控制装置的处理器，执行以下步骤：根据在机器人使用夹具把持对象物的状态下的机器人的模型，计算机器人的干涉范围；以及根据模型和干涉范围，计划机器人的操作。

根据本方面，通过在对象物被夹具把持的状态下，根据机器人的模型，来计算机器人的干涉范围，即使在把持对象物时，也能够降低对象物与周围环境之间相互干涉的风险。

根据本公开的另一个方面的机器人控制程序，使设置于机器人控制装置的处理器作为计算部和计划部来发挥作用，所述计算部根据在机器人所具有的夹具把持对象物的状态下的机器人的模型，计算机器人的干涉范围的计算部，所述计划部根据模型和干涉范围，计划机器人的操作。

根据本方面，通过在对象物被夹具把持的状态下，根据机器人的模型，来计算机器人的干涉范围，即使在把持对象物时，也能够降低对象物与周围环境之间相互干涉的风险。

发明效果

根据本发明，可以提供一种机器人控制装置、机器人控制系统、机器人控制方法和机器人控制程序，即使在使用机器人所具有的夹具来把持对象物的情况下，也能够降低对象物与周围环境之间相互干涉的风险。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式所涉及的机器人控制系统的功能框的图。

图2是示出本实施方式所涉及的机器人控制装置的物理结构的图。

图3是本实施方式所涉及的由机器人控制装置执行的机器人控制处理的第一例的流程图。

图4是本实施方式所涉及的由机器人控制装置执行的机器人控制处理的第二例的流程图。

具体实施方式

将参照附图描述本发明的实施方式。在每幅图中，具有相同附图标记的要素具有相同或相似的构成。

§1应用例

首先，将参照图1来描述应用本发明的情况下的一例。图1是示出本发明的实施方式所涉及的机器人控制系统100的功能框的图。机器人控制系统100包括：具有用于把持对象物的夹具21的机器人20；以及用于控制机器人20的机器人控制装置10。本文中，对象物包括工具、部件及其组合，并且包括部件被保持在工具的前端处的工具和部件。

机器人20通过夹具21把持诸如工具之类的对象物，机器人控制装置10在对象物被夹具21把持的状态下，根据机器人20的模型，计算机器人20的干涉范围。在此，对象物被夹具21把持的状态下的机器人20的模型例如可以是三维CAD(计算机辅助设计)模型。机器人控制装置10根据机器人20的模型和计算出的干涉范围来计划机器人20的操作。机器人20的操作例如可以是使用被把持的工具的操作。

根据本实施方式的机器人控制装置10，通过在对象物被夹具21把持的状态下，根据机器人20的模型，来计算机器人20的干涉范围，即使在把持对象物时，也能够降低对象物与周围环境之间相互干涉的风险。

§2配置例

[功能配置]

机器人控制装置10包括计算部11、计划部12、推测部13、CAD存储器14和工具指定部15。

<计算部>

计算部11在对象物被机器人20所具有的夹具21把持的状态下，根据机器人20的模型，计算机器人20的干涉范围。机器人20的模型可以是三维CAD模型，或者可以是用于模拟机器人20在虚拟空间中的操作的模型。当通过夹具21把持对象物时，可以定义包括机器人20和对象物的模型。计算部11通过使用正向运动学，可以根据构成机器人20的多个关节的角度来计算被夹具21把持的对象物的前端的位置。此外，计算部11通过使用逆向运动学，可以根据夹具21把持的对象物的前端的位置来计算构成机器人20的多个关节的角度。

<计划部>

计划部12根据机器人20的模型和干涉范围，计划机器人20的操作。计划部12计划机器人20的操作，使得构成机器人20的臂和由夹具21把持的对象物不对环境造成干涉。在此，环境包括布置在机器人20周围的结构物和机器人20本身。

当对象物是工具时，机器人20的操作可以是使用由夹具21把持的工具的操作。工具包括例如螺丝刀、烙铁、镊子等，并且使用工具的操作包括螺丝紧固操作、焊接操作和用镊子夹住部件的操作。以这种方式，通过在工具被夹具21把持的状态下，根据机器人20的模型，来计算机器人20的干涉范围，即使使用的工具多种多样，也能够降低对象物与周围环境之间相互干涉的风险。

<推测部>

推测部13推测由夹具21把持的对象物的类型。例如，当对象物为工具时，对象物的类型为螺丝刀、烙铁、镊子等工具的类型。计算部12可以根据对象物的类型更新模型。以这种方式，能够推测每次把持时可能发生改变的对象物的类型，生成更准确的模型，更准确地计算机器人20的干涉范围。

推测部13在夹具21把持对象物的状态下，推测对象物的姿态。在此，对象物的姿态包括狭义的位置(x，y，z)和狭义的姿态(φ，θ，ψ)。此外，可以相对于夹具21定义对象物的姿态。计算部12可以根据对象物的姿态来更新模型。以这种方式，能够推测每次把持时可能发生改变的对象物的姿态，生成更准确的模型，更准确地计算机器人20的干涉范围。

机器人20可以具有相机22。可以设置相机22来拍摄夹具21。推测部13可以根据相机22拍摄的对象物的图像来推测对象物的类型或对象物的姿态。推测部13可以通过已知的分析方法对相机22拍摄的对象物的图像进行图像分析，以推测对象物的类型或姿态。以这种方式，能够根据图像推测每次把持时可能发生改变的对象物的类型或对象物的姿态，生成更准确的模型，更准确地计算机器人20的干涉范围。相机22可以包括获取三维的点云或深度图像的深度传感器。在这种情况下，可以根据三维的点云或深度图像，推测每次把持时可能发生改变的对象物的姿态，生成更精确的模型，更准确地计算机器人20的干涉范围。

机器人可以具有设置于夹具21的力传感器。力传感器可以是测量力和扭矩的传感器，并且可以是例如6轴力传感器。推测部13可以根据力传感器检测到的信号来推测对象物的类型或对象物的姿态。以这种方式，能够根据力传感器检测到的信号来推测每次把持时可能发生改变的对象物的类型或对象物的姿态，生成更准确的模型，更准确地计算机器人20的干涉范围。

推测部13可以在对象物被夹具21把持的状态下，使对象物干涉环境，并可以根据干涉的结果来推测对象物的类型或对象物的姿态。例如，推测部13可以在对象物被夹具21把持的状态下，使对象物沿着工作台移动，并可以根据干涉的结果，推测对象物的类型或对象物的姿态。以这种方式，能够通过对对象物和环境的干涉来推测每次把持时可能发生改变的对象物的类型或对象物的姿态，生成更准确的模型，更准确地计算机器人20的干涉范围。

CAD存储器14存储机器人20的三维CAD模型、工具组30的三维CAD模型和设置于机器人20周围的结构物的三维CAD模型。

<工具指定部>

工具指定部15指定工具组30中用于机器人20的操作的工具。工具指定部15可以指定机器人20的操作并选择该操作所需的工具。

[硬件配置]

图2是示出本实施方式所涉及的机器人控制装置10的物理结构的图。机器人控制装置10包括对应于运算部的CPU(中央处理部)10a、对应于存储部的RAM(随机存取存储器)10b、对应于存储部的ROM(只读存储器)10c、通信部10d、输入部10e和显示部10f。这些配置中的每一个都通过总线相互连接，从而可以发送和接收数据。在该示例中，将描述机器人控制装置10由一台计算机构成的情况，但是机器人控制装置10可以通过组合多台计算机来实现。此外，图2所示的结构只是一个例子，机器人控制装置10可以具有这些以外的结构，也可以不具有这些结构的一部分。

CPU 10a是控制存储在RAM 10b或ROM 10c中的程序的执行、进行数据的运算和处理的控制部。CPU 10a是执行用于控制机器人20的程序(机器人控制程序)的运算部。CPU10a从输入部10e和通信部10d接收各种数据，将数据的运算结果显示在显示部10f上，或者将数据存储在RAM 10b中。

RAM 10b是能够重写数据的存储部，并且可以由例如半导体存储元件构成。RAM10b可以存储诸如由CPU 10a执行的程序、机器人20和工具组30的三维CAD模型的数据。这些只是示例，这些以外的数据也可以存储在RAM 10b中，或者这些中的一部分也可以不存储。

ROM 10c是能够读取数据的存储部，并且可以由例如半导体存储元件构成。ROM10c可以存储例如机器人控制程序和未被重写的数据。

通信部10d是用于将机器人控制装置10与其他装置连接的接口。通信部10d可以连接到诸如因特网之类的通信网络。

输入部10e受理用户输入的数据，并且可以包括例如键盘和触摸面板。

显示部10f可视地显示CPU 10a的运算结果，并且可以由例如LCD(液晶显示器)构成。显示部10f可以显示机器人20和工具组30的三维CAD模型，或者可以显示机器人20的计划操作。

机器人控制程序可以被存储并提供在RAM 10b或ROM 10c等计算机可读的存储介质中，或者可以经由与通信部10d连接的通信网络提供。在机器人控制装置10中，CPU 10a执行机器人控制程序以实现参照图1描述的各种操作。这些物理配置只是示例，并且不一定必须是独立配置。例如，机器人控制装置10可以包括由CPU 10a与RAM 10b或ROM 10c集成的LSI(大规模集成)。

§3操作例

图3是本实施方式所涉及的由机器人控制装置10执行的机器人控制处理的第一例的流程图。首先，机器人控制装置10选择对象物(S10)。机器人控制装置10可以受理使机器人20执行的操作的指定，并选择该操作所需的工具。

接着，机器人控制装置10使用机器人20所具有的夹具21把持对象物(S11)。然后，根据由相机22拍摄的对象物的图像或由设置于夹具21的力传感器检测到的信号来推测对象物的类型或对象物的姿态(S12)。

之后，机器人控制装置10根据对象物的类型或对象物的姿态，在机器人20用夹具21把持对象物的状态下更新机器人20的模型(S13)。此外，机器人控制装置10根据模型计算机器人20的干涉范围(S14)。

最后，机器人控制装置10根据模型和干涉范围来计划机器人20的操作(S15)，并根据该计划，机器人20执行操作(S16)。

图4是本实施方式所涉及的由机器人控制装置10执行的机器人控制处理的第二例的流程图。首先，机器人控制装置10选择对象物(S20)。机器人控制装置10可以受理使机器人20执行的操作的指定，并选择该操作所需的工具。

接着，机器人控制装置10使用机器人20所具有的夹具21把持对象物(S21)。然后，使对象物干涉环境，并且根据干涉的结果推测对象物的类型或对象物的姿态(S22)。

之后，机器人控制装置10根据对象物的类型或对象物的姿态，更新在机器人20用夹具21把持对象物的状态下的机器人20的模型(S23)。此外，机器人控制装置10根据模型计算机器人20的干涉范围(S24)。

最后，机器人控制装置10根据模型和干涉范围来计划机器人20的操作(S25)，并根据该计划，机器人20执行操作(S26)。

本发明的实施方式也可以如下面的附录所描述。然而，本发明的实施方式不限于以下附录中描述的方式。此外，本发明的实施方式可以是替换或组合附录之间的描述的方式。

[附录1]

一种机器人控制装置(10)，包括：

计算部(11)，根据在机器人(20)所具有的夹具(21)把持对象物的状态下的所述机器人(20)的模型，计算所述机器人(20)的干涉范围；以及

计划部(12)，根据所述模型和所述干涉范围，计划所述机器人(20)的操作。

[附录2]

根据权利要求1所述的机器人控制装置(10)，还包括：

推测部(13)，推测所述夹具(21)把持的所述对象物的类型，

所述计算部(11)根据所述对象物的类型更新所述模型。

[附录3]

根据附录1或2所述的机器人控制装置(10)，还包括：

推测部(13)，推测在所述夹具(21)把持所述对象物的状态下的所述对象物的姿态，

所述计算部(11)根据所述对象物的姿态更新所述模型。

[附录4]

根据附录2或3所述的机器人控制装置(10)，

所述机器人(20)具有相机(22)，

所述推测部(13)根据所述相机(22)拍摄的所述对象物的图像来推测所述对象物的类型或所述对象物的姿态。

[附录5]

根据附录2至4中任一项所述的机器人控制装置(10)，

所述机器人(20)具有设置于所述夹具(21)的力传感器，

所述推测部(13)根据所述力传感器检测到的信号来推测所述对象物的类型或所述对象物的姿态。

[附录6]

根据附录2至5中任一项所述的机器人控制装置(10)，

所述推测部(13)在所述对象物被所述夹具(21)把持的状态下，使所述对象物干涉环境，并根据所述干涉的结果来推测所述对象物的类型或所述对象物的姿态。

[附录7]

根据附录1至6中任一项所述的机器人控制装置(10)，

所述对象物是工具。

[附录8]

一种机器人控制系统(100)，包括：

机器人(20)，具有把持对象物的夹具(21)；以及

机器人控制装置(10)，用于控制所述机器人(20)，

所述机器人(20)控制装置包括：

计算部(11)，根据在机器人(20)所具有的夹具(21)把持对象物的状态下的所述机器人(20)的模型，计算所述机器人(20)的干涉范围；以及

计划部(12)，根据所述模型和所述干涉范围，计划所述机器人(20)的操作。

[附录9]

一种机器人控制方法，包括：

通过设置于机器人控制装置(10)的处理器，执行以下步骤：

根据在机器人(20)使用夹具(21)把持对象物的状态下的所述机器人(20)的模型，计算所述机器人(20)的干涉范围；以及

根据所述模型和所述干涉范围，计划所述机器人(20)的操作。

[附录10]

一种机器人控制程序，

使设置于机器人控制装置(10)的处理器作为计算部(11)和计划部(12)来发挥作用，

所述计算部(11)根据在机器人(20)所具有的夹具(21)把持对象物的状态下的所述机器人(20)的模型，计算所述机器人(20)的干涉范围，

所述计划部(12)根据所述模型和所述干涉范围，计划所述机器人(20)的操作。

附图标记说明

10…机器人控制装置；10a…CPU；10b…RAM；10c…ROM；10d…通信部；10e…输入部；10f…显示部；11…计算部；12…计划部；13…推测部；14…CAD存储器；15…工具指定部；20…机器人；21…夹具；22…相机；30…工具组；100…机器人控制系统。