マニピュレータ及びその経路生成方法
【課題】 ロボットマニピュレータが物体をつかむ過程で物体と衝突することなく目標位置へと移動できる最短経路を実時間で生成する方法を提案する。
【解決手段】 作業対象物体とグリッパを球形に模型化してグリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置を測定し、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置からなる三角形の夾角（Φ）を求めて、グリッパの移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算し、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置からなる変換行列を求めて、２次元平面上の円弧経路を３次元空間上の経路に変換することによって、マニピュレータが物体と衝突することなく物体を把持できる最短経路を自動で生成し、結果として安全な作業経路及び作業時間の短縮を実現することができる。
【解決手段】 作業対象物体とグリッパを球形に模型化してグリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置を測定し、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置からなる三角形の夾角（Φ）を求めて、グリッパの移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算し、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置からなる変換行列を求めて、２次元平面上の円弧経路を３次元空間上の経路に変換することによって、マニピュレータが物体と衝突することなく物体を把持できる最短経路を自動で生成し、結果として安全な作業経路及び作業時間の短縮を実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ロボットマニピュレータが物体をつかむ過程で物体と衝突することなく移動できる最短経路を生成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気的または磁気的な作用を用いて人間の動作に似た運動を行う機械装置をロボットという。初期のロボットは、生産現場における作業自動化・無人化などを目的としたマニピュレータ（ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）や搬送ロボットなどの産業用ロボットで、人間に代えて危険な作業、単純な反復作業、大きい力を要する作業を行ってきた。一方、最近では、人間に似た関節体系を有し、人間の作業及び生活空間において人間と共存しながら様々なサービスを提供する人間型ロボット（ｈｕｍａｎｏｉｄ ｒｏｂｏｔ）への研究開発が活発に進められている。
【０００３】
かかる人間型ロボットは、電気的・機械的メカニズムによって、人間の腕や手の動作に似た運動ができるように作られたマニピュレータを用いて作業を行っている。今使用されている大部分のマニピュレータは、多数のリンク（ｌｉｎｋ）が互いに連結されてなり、各リンクの連結部品を関節（ｊｏｉｎｔ）という。マニピュレータは、それらのリンクと関節との幾何学的な関係によって運動特性が決定される。この幾何学的な関係を数学的に表現したものが運動学（Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ）であり、大部分のマニピュレータは、運動学的な特性（ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）を用いて、作業を行うための方向（目標位置）にロボット先端（Ｇｒｉｐｐｅｒ；以下、「グリッパ」という。）を移動させる。
【０００４】
マニピュレータが与えられた作業（例えば、物体をつかむ作業）を行うには、マニピュレータが作業を行う前の現在位置（開始点）から、作業が行える、すなわち、物体を把持できる目標位置（目標点）までのマニピュレータの移動経路を生成することが重要である。この場合、マニピュレータが現在位置から物体と衝突することなく目標位置へと移動できる最短経路の軌跡を生成する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロボットマニピュレータが物体をつかむ過程で物体と衝突することなく目標位置へと移動できる最短経路を実時間で生成する方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このために、本発明の一側面は、物体を把持するためのマニピュレータの移動経路を生成する方法であって、マニピュレータの先端に設けられたグリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置を認識し、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置から平面上の回転角を計算し、平面上の回転角を用いてグリッパの移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算し、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置からなる変換行列を計算し、変換行列を用いて２次元平面上の円弧経路を３次元空間上の経路に変換することを含む。
【０００７】
また、グリッパの現在位置は、マニピュレータが物体を把持する作業を行う前の開始点の位置である。
【０００８】
また、物体の位置は、把持しようとする物体の中心位置である。また、グリッパの目標位置は、マニピュレータが物体を把持する目標点の位置である。また、平面上の回転角を計算することは、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置を連結してなる三角形の夾角を計算することを含む。
【０００９】
また、２次元平面上の円弧経路を計算することは、物体の半径とグリッパの半径との和を求め、グリッパが一定時間移動した夾角を求め、物体の半径とグリッパの半径との和に、グリッパが一定時間移動した夾角をかけて、円弧軌跡を生成する２次元平面上のｘ、ｙ座標を求めることを含む。
【００１０】
また、変換行列を計算することは、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置から円弧軌跡を生成する三角平面を３次元の行列に変換することを含む。
【００１１】
また、３次元空間上の経路に変換することは、３次元の行列に２次元平面上のｘ、ｙ座標をかけて、グリッパの移動すべき３次元空間上の経路を生成することを含む。
【００１２】
また、本発明の一側面に係るマニピュレータは、物体を把持するグリッパと、物体を把持するための目標位置にグリッパを移動させる複数のリンクと、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置を認識する認識部と、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置を用いて、グリッパの移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算し、計算された２次元平面上の円弧経路を用いて、グリッパの移動すべき３次元空間上の経路を生成する経路生成部と、を含む。
【００１３】
また、経路生成部は、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置を用いて２次元平面上の円弧経路を計算する２次元経路計算部と、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置からなる変換行列を計算して、２次元平面上の円弧経路を３次元空間上の経路に変換する３次元経路変換部と、を含む。
【００１４】
また、２次元経路計算部は、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置から平面上の回転角を計算し、平面上の回転角を用いてグリッパの移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算する。
【００１５】
また、２次元経路計算部は、物体の半径とグリッパの半径との和を求め、グリッパが一定時間移動した夾角を求め、物体の半径とグリッパの半径との和に、グリッパが一定時間移動した夾角をかけて、円弧軌跡を生成する２次元平面上のｘ、ｙ座標を求める。
【００１６】
また、３次元経路変換部は、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置から円弧軌跡を生成する三角平面を３次元の行列に変換し、３次元の行列に２次元平面上のｘ、ｙ座標をかけて、グリッパの移動すべき３次元空間上の経路を生成する。
【００１７】
また、本発明の一側面に係るマニピュレータは、経路生成部で生成された経路に沿ってグリッパを移動させるように複数のリンクを駆動する関節をさらに含む。
【発明の効果】
【００１８】
提案されたマニピュレータ及びその経路生成方法によれば、作業対象物体とグリッパを球形に模型化してグリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置を測定し、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置からなる三角形の夾角（Φ）を求めて、グリッパの移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算し、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置からなる変換行列を求めて、２次元平面上の円弧経路を３次元空間上の経路に変換することによって、マニピュレータが物体と衝突することなく物体を把持できる最短経路を自動で生成し、結果として安全な作業経路及び作業時間の短縮を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例に係る歩行ロボットの外観構成図である。
【図２】図１に示すロボットの主要関節構造を示す図である。
【図３】本発明の一実施例に係るロボットの運動学的余裕駆動マニピュレータの形状を簡略に示す構成図である。
【図４】本発明の一実施例に係るロボットマニピュレータにおいてグリッパの移動経路を生成するための制御システムを示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施例に係るグリッパが物体をつかむ様子をモデリングした図である。
【図６】本発明の一実施例に係るグリッパが物体をつかむために移動すべき２次元平面上の円弧経路を示す図である。
【図７】本発明の一実施例に係るグリッパが物体をつかむために移動すべき３次元空間上の円弧経路を示す図である。
【図８】本発明の一実施例に係るグリッパが物体をつかむために移動する実際の経路を示す図である。
【図９】本発明の一実施例に係るロボットマニピュレータにおいてグリッパの移動経路を生成するための方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施例に係るロボットの一例を示す外観図である。図１で、本発明の一実施例に係るロボット１００は、人間と同様に、２本の脚１１０Ｒ，１１０Ｌにより直立移動する二足歩行ロボットで、胴部１２０と、胴部１２０の上部に設けられる２本の腕１３０Ｒ，１３０Ｌ及び頭１４０と、を備え、２本の脚１１０Ｒ，１１０Ｌ及び腕１３０Ｒ，１３０Ｌの先端にはそれぞれ、足１１１Ｒ，１１１Ｌ及び手１３１Ｒ，１３１Ｌを備える。
【００２２】
参照符号においてＲとＬは、ロボット１００の右側（Ｒｉｇｈｔ）と左側（Ｌｅｆｔ）を表す。
【００２３】
図２は、図１に示すロボットの主要関節構造を示す図である。図２で、２本の腕１３０Ｒ，１３０Ｌは、ロボット１００の肩、肘、手首に該当する部分が回転できるように肩関節１３２Ｒ，１３２Ｌ、肘関節１３３Ｒ，１３３Ｌ、手首関節１３４Ｒ，１３４Ｌをそれぞれ備え、肩関節１３２Ｒ，１３２Ｌは、胴部１２０上部の両側端に位置する。
【００２４】
各腕１３０Ｒ，１３０Ｌの肩関節１３２Ｒ，１３２Ｌは、ｘ軸（ロール軸）、ｙ軸（ピッチ軸）、ｚ軸（ヨー軸）に、肘関節１３３Ｒ，１３３Ｌはｙ軸に、手首関節１３４Ｒ，１３４Ｌは、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に動くことができる。
【００２５】
また、２本の腕１３０Ｒ，１３０Ｌには、肩関節１３２Ｒ，１３２Ｌと肘関節１３３Ｒ，１３３Ｌとを連結する上部リンク１３５Ｒ，１３５Ｌ、及び肘関節１３３Ｒ，１３３Ｌと手首関節１３４Ｒ，１３４Ｌとを連結する下部リンク１３６Ｒ，１３６Ｌをそれぞれ備え、各関節（１３２Ｒ，１３２Ｌ）、（１３３Ｒ，１３３Ｌ）、（１３４Ｒ，１３４Ｌ）の可動角範囲において一定レベルの自由度で移動可能にする。
【００２６】
そして、２本の脚１１０Ｒ，１１０Ｌと連結される胴部１２０には、ロボット１００の腰に該当する部分が回転できるように腰関節１２１を備え、胴部１２０に連結される頭１４０には、ロボット１００の首に該当する部分が回転できるように首関節１４１を備える。
【００２７】
本発明の一実施例において、２本の腕１３０Ｒ，１３０Ｌは、モーションが可能な作業を行うマニピュレータ１３０であり、マニピュレータ１３０の先端に設けられる２つの手１３１Ｒ，１３１Ｌが、作業対象物体をつかむグリッパ１３１に該当する。これを図３に簡略に図式化している。
【００２８】
図３は、本発明の一実施例に係るロボットの運動学的余裕駆動マニピュレータの形状を簡略に示す構成図である。同図で、マニピュレータ１３０は、電気的・機械的メカニズムによって、人間の腕や手の動作に似た運動ができるように作られたもので、現在使用されている大部分のマニピュレータ１３０は、複数のリンク１３５，１３６（具体的に、上部リンクまたは下部リンク）が複数の関節１３２，１３３，１３４（具体的に、肩関節、肘関節または手首関節）を介して互いに連結されて構成される。マニピュレータ１３０は、これらリンク１３５，１３６と関節（ｊｏｉｎｔ）１３２，１３３，１３４との幾何学的な関係によって運動特性が決定される。この幾何学的な関係を数学的に表現したものが運動学（Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ）であり、大部分のマニピュレータ１３０はこのような運動学的特性（ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）を有し、作業を行うための方向にグリッパ１３１を移動させる。本発明の一実施例に係るマニピュレータ１３０は、位置及び方向の調節が可能なリンク１３５，１３６を用いて作業対象物体をつかむための目標位置にグリッパ１３１を移動させる。
【００２９】
図３からわかるように、同一物体をつかむために目標位置に移動するマニピュレータ１３０の形状は、（ａ）または（ｂ）のように様々に変化可能である。
【００３０】
図４は、本発明の一実施例に係るロボットマニピュレータにおいてグリッパの移動経路を生成するための制御システムを示すブロック図であり、ユーザーインターフェース部２００、経路生成部２１０、認識部２２０、ロボット制御部２３０及び駆動部２４０を含む。
【００３１】
ユーザーインターフェース部２００では、マニピュレータ１３０、特に、グリッパ１３１で行うための作業命令（例えば、テーブル上に置かれている物体をつかむための把持命令）を、使用者がスイッチ操作や音声などで入力する。
【００３２】
経路生成部２１０は、ユーザーインターフェース部２００から入力される作業命令に応じて作業対象物体Ａと衝突することなく作業対象物体Ａをつかむためのグリッパ１３１の移動を制御するための作業経路を生成し、これをロボット制御部２３０に伝達する。
【００３３】
また、経路生成部２１０は、作業対象物体Ａの位置、グリッパ１３１の現在位置及びグリッパ１３１の目標位置を用いて、グリッパ１３１が移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算する２次元経路計算部２１１と、作業対象物体Ａの位置、グリッパ１３１の現在位置及びグリッパ１３１の目標位置からなる変換行列を計算することで、２次元平面上の円弧経路を、グリッパ１３１が移動すべき３次元空間上の経路に変換する３次元経路変換部２１２と、を含む。
【００３４】
認識部２２０は、グリッパ１３１が作業命令を行う上で必要な情報、すなわち、作業命令を行う前のグリッパ１３１の現在位置における形状（開始点）、作業命令が行えるグリッパ１３０の目標位置における形状（目標点）、及び把持しようとする作業対象物体Ａの位置を認識して経路生成部２１０に伝達する。この認識情報に基づき、経路生成部２１０でグリッパ１３１の移動経路を生成する。
【００３５】
一方、認識部２２０で作業対象物体Ａの位置、グリッパ１３１の現在位置及びグリッパ１３１の目標位置を認識する方法は、図５を参照して後述する。
【００３６】
ロボット制御部２３０は、経路生成部２１０から伝達された作業経路に基づいて駆動部２４０を制御してマニピュレータ１３０を駆動させることで、マニピュレータ１３０の先端に設けられたグリッパ１３１の移動を制御する。
【００３７】
以下、上記のように構成されたロボットマニピュレータ及びその経路生成方法の動作過程及び作用効果について説明する。
【００３８】
図５は本発明の一実施例に係るグリッパが物体をつかむ様子をモデリングした図であり、図６は、本発明の一実施例に係るグリッパが物体をつかむために移動すべき２次元平面上の円弧経路を示す図であり、図７は、本発明の一実施例に係るグリッパが物体をつかむために移動すべき３次元空間上の円弧経路を示す図である。
【００３９】
図５は、マニピュレータ１３０が作業対象物体Ａをつかむと仮定した時に、作業対象物体Ａ及びマニピュレータ１３０の先端に設けられたグリッパ１３１を球形に模型化した状態を示している。同図で、認識部２２０は、作業対象物体Ａの位置、グリッパ１３１の現在位置及びグリッパ１３１の目標位置を、下記のように認識する。
【００４０】
まず、認識部２２０は、把持しようとする作業対象物体Ａを球形に模型化し、この模型化した球形物体Ａの中心位置Ｘｏｂｊを作業対象物体Ａの位置と認識し、それを経路生成部２１０に伝達する。
【００４１】
また、認識部２２０は、マニピュレータ１３１が作業対象物体Ａを把持する前のグリッパ１３１の形状を球形に模型化し、該模型化した球形グリッパ１３１の中心位置、すなわち、グリッパ１３１が作業対象物体Ａを把持する作業を行う前の開始点の位置Ｘｃを、グリッパ１３１の現在位置と認識し、それを経路生成部２１０に伝達する。
【００４２】
また、認識部２２０は、マニピュレータ１３１が作業対象物体Ａを把持する時のグリッパ１３１の形状を球形に模型化し、該模型化した球形グリッパ１３１の中心位置、すなわち、グリッパ１３１が作業対象物体Ａを把持する作業を行う時の目標点の位置Ｘｔを、グリッパ１３１の目標位置と認識し、それを経路生成部２１０に伝達する。
【００４３】
したがって、経路生成部２１０の２次元経路計算部２１１は、認識部２２０から伝達された作業対象物体Ａの位置Ｘｏｂｊ、グリッパ１３１の現在位置Ｘｃ及びグリッパ１３１の目標位置Ｘｔを連結してなる三角形の夾角、すなわち、平面上の回転角φを計算し、この計算した平面上の回転角φを用いて、グリッパ１３１が移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算する。グリッパ１３１が移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算する方法は、下記のの通りである。
【００４４】
グリッパ１３１が作業対象物体Ａを把持する前の現在位置Ｘｃから作業対象物体Ａを把持した時の目標位置Ｘｔまで移動するのにかかる時間をＴとすれば、２次元平面上の円弧は、図６に示すように、模型化した球形物体Ａの半径Ｒ１と模型化した球形グリッパ１３１の半径Ｒ２とを合算した値（Ｒ１＋Ｒ２）に、グリッパ１３１が一定時間ｔ（０＜ｔ＜Ｔ、グリッパが物体と衝突することなく移動できる経路移動時間）移動した回転角φをかけて求める。ここで、グリッパ１３１が一定時間ｔに移動した２次元平面上のｘ、ｙ座標は、下記の式（１）のように求める。
【００４５】
【数１】
式（１）で、Ｒ(ｔ)は、グリッパ１３１が一定時間ｔに移動した２次元平面上の円弧を表し、ｘ(ｔ)、ｙ(ｔ)は、グリッパ１３１が一定時間ｔに移動した時点での２次元平面上のｘ、ｙ座標を表す。
【００４６】
このように、経路生成部２１０の２次元経路計算部２１１で作業対象物体Ａの位置Ｘｏｂｊ、グリッパ１３１の現在位置Ｘｃ及びグリッパ１３１の目標位置Ｘｔの３点からなる平面上の回転角φを計算することで、グリッパ１３１が移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算すると、経路生成部２１０の３次元経路変換部２１２は、計算された２次元平面上の円弧経路を用いて、グリッパ１３１が実際に移動すべき３次元空間上の経路を生成する。グリッパ１３１の移動すべき３次元空間上の経路を生成する方法は、下記の通りである。
【００４７】
まず、経路生成部２１０の３次元経路変換部２１２は、作業対象物体Ａの位置Ｘｏｂｊ、グリッパ１３１の現在位置Ｘｃ及びグリッパ１３１の目標位置Ｘｔから、図７に示すように、３次元空間上の円弧経路を生成する三角平面を、下記の式（２）を用いて３次元の行列Ｒとして求める。
【００４８】
【数２】
式（２）で、ｎは、３次元三角平面のｘ軸値であり、ｏは、３次元三角平面のｙ軸値であり、ａは、３次元三角平面のｚ軸値である。
【００４９】
式（２）で求めた３次元の行列Ｒに、上記の式（１）で求めた２次元平面上のｘ、ｙ座標をかけて、下の式（３）のように、グリッパ１３１の移動すべき３次元空間上の経路を生成する。
【００５０】
【数３】
式（３）で、Ｒは３次元三角平面の行列を、
【００５１】
【数４】
は２次元平面上のｘ、ｙ座標を、
【００５２】
【数５】
は作業対象物体Ａの位置Ｘｏｂｊを、
【００５３】
【数６】
はグリッパ１３１の移動すべき３次元空間上の経路Ｘｔ’を、それぞれ表す。
【００５４】
図８は、本発明の一実施例に係るグリッパが物体を把持するために移動する実際の経路を示す図である。同図で、グリッパ１３１は、作業対象物体Ａを把持する前の現在位置Ｘｃから、作業対象物体Ａを把持した時の目標位置Ｘｔまで、点線のような経路で実際に移動する。
【００５５】
図９は、本発明の一実施例に係るロボットマニピュレータにおいてグリッパの移動経路を生成するための方法を示すフローチャートである。同図で、マニピュレータ１３０の先端に設けられたグリッパ１３１が、作業対象物体Ａをつかむための作業を行おうとする際に、認識部２２０は、作業対象物体Ａの位置Ｘｏｂｊ、グリッパ１３１の現在位置Ｘｃ及びグリッパ１３１の目標位置Ｘｔを認識して経路生成部２１０に伝達する（３００）。
【００５６】
次に、経路生成部２１０の２次元経路計算部２１１は、認識部２２０から伝達された作業対象物体Ａの位置Ｘｏｂｊ、グリッパ１３１の現在位置Ｘｃ及びグリッパ１３１の目標位置Ｘｔを連結してなる三角形の夾角、すなわち、平面上の回転角φを、図５に示すように計算する（３０２）。
【００５７】
続いて、経路生成部２１０の２次元経路計算部２１１は、計算した平面上の回転角φを用いて、グリッパ１３１の移動すべき２次元平面上の円弧経路を、図６に示すように計算する（３０４）。
【００５８】
そして、経路生成部２１０の３次元経路変換部２１２は、認識部２２０から伝達された作業対象物体Ａの位置Ｘｏｂｊ、グリッパ１３１の現在位置Ｘｃ及びグリッパ１３１の目標位置Ｘｔから、図７に示すように、３次元空間上の円弧経路を生成する三角平面を３次元の行列Ｒに変換する（３０６）。
【００５９】
続いて、経路生成部２１０の３次元経路変換部２１２は、変換された３次元の行列Ｒに、２次元経路計算部２１１で計算された２次元平面上のｘ、ｙ座標をかけて、グリッパ１３１の移動すべき３次元空間上の実際経路を、図８に示すように生成する（３０８）。
【符号の説明】
【００６０】
１０ ロボット
１３０ マニピュレータ
１３１ グリッパ
１３２，１３３，１３４ 関節
１３５，１３６ リンク
２１０ 経路生成部
２１１ ２次元経路計算部
２１２ ３次元経路変換部
２２０ 認識部
２３０ ロボット制御部
２４０ 駆動部
【技術分野】
【０００１】
ロボットマニピュレータが物体をつかむ過程で物体と衝突することなく移動できる最短経路を生成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気的または磁気的な作用を用いて人間の動作に似た運動を行う機械装置をロボットという。初期のロボットは、生産現場における作業自動化・無人化などを目的としたマニピュレータ（ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）や搬送ロボットなどの産業用ロボットで、人間に代えて危険な作業、単純な反復作業、大きい力を要する作業を行ってきた。一方、最近では、人間に似た関節体系を有し、人間の作業及び生活空間において人間と共存しながら様々なサービスを提供する人間型ロボット（ｈｕｍａｎｏｉｄ ｒｏｂｏｔ）への研究開発が活発に進められている。
【０００３】
かかる人間型ロボットは、電気的・機械的メカニズムによって、人間の腕や手の動作に似た運動ができるように作られたマニピュレータを用いて作業を行っている。今使用されている大部分のマニピュレータは、多数のリンク（ｌｉｎｋ）が互いに連結されてなり、各リンクの連結部品を関節（ｊｏｉｎｔ）という。マニピュレータは、それらのリンクと関節との幾何学的な関係によって運動特性が決定される。この幾何学的な関係を数学的に表現したものが運動学（Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ）であり、大部分のマニピュレータは、運動学的な特性（ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）を用いて、作業を行うための方向（目標位置）にロボット先端（Ｇｒｉｐｐｅｒ；以下、「グリッパ」という。）を移動させる。
【０００４】
マニピュレータが与えられた作業（例えば、物体をつかむ作業）を行うには、マニピュレータが作業を行う前の現在位置（開始点）から、作業が行える、すなわち、物体を把持できる目標位置（目標点）までのマニピュレータの移動経路を生成することが重要である。この場合、マニピュレータが現在位置から物体と衝突することなく目標位置へと移動できる最短経路の軌跡を生成する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロボットマニピュレータが物体をつかむ過程で物体と衝突することなく目標位置へと移動できる最短経路を実時間で生成する方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このために、本発明の一側面は、物体を把持するためのマニピュレータの移動経路を生成する方法であって、マニピュレータの先端に設けられたグリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置を認識し、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置から平面上の回転角を計算し、平面上の回転角を用いてグリッパの移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算し、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置からなる変換行列を計算し、変換行列を用いて２次元平面上の円弧経路を３次元空間上の経路に変換することを含む。
【０００７】
また、グリッパの現在位置は、マニピュレータが物体を把持する作業を行う前の開始点の位置である。
【０００８】
また、物体の位置は、把持しようとする物体の中心位置である。また、グリッパの目標位置は、マニピュレータが物体を把持する目標点の位置である。また、平面上の回転角を計算することは、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置を連結してなる三角形の夾角を計算することを含む。
【０００９】
また、２次元平面上の円弧経路を計算することは、物体の半径とグリッパの半径との和を求め、グリッパが一定時間移動した夾角を求め、物体の半径とグリッパの半径との和に、グリッパが一定時間移動した夾角をかけて、円弧軌跡を生成する２次元平面上のｘ、ｙ座標を求めることを含む。
【００１０】
また、変換行列を計算することは、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置から円弧軌跡を生成する三角平面を３次元の行列に変換することを含む。
【００１１】
また、３次元空間上の経路に変換することは、３次元の行列に２次元平面上のｘ、ｙ座標をかけて、グリッパの移動すべき３次元空間上の経路を生成することを含む。
【００１２】
また、本発明の一側面に係るマニピュレータは、物体を把持するグリッパと、物体を把持するための目標位置にグリッパを移動させる複数のリンクと、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置を認識する認識部と、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置を用いて、グリッパの移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算し、計算された２次元平面上の円弧経路を用いて、グリッパの移動すべき３次元空間上の経路を生成する経路生成部と、を含む。
【００１３】
また、経路生成部は、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置を用いて２次元平面上の円弧経路を計算する２次元経路計算部と、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置からなる変換行列を計算して、２次元平面上の円弧経路を３次元空間上の経路に変換する３次元経路変換部と、を含む。
【００１４】
また、２次元経路計算部は、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置から平面上の回転角を計算し、平面上の回転角を用いてグリッパの移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算する。
【００１５】
また、２次元経路計算部は、物体の半径とグリッパの半径との和を求め、グリッパが一定時間移動した夾角を求め、物体の半径とグリッパの半径との和に、グリッパが一定時間移動した夾角をかけて、円弧軌跡を生成する２次元平面上のｘ、ｙ座標を求める。
【００１６】
また、３次元経路変換部は、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置から円弧軌跡を生成する三角平面を３次元の行列に変換し、３次元の行列に２次元平面上のｘ、ｙ座標をかけて、グリッパの移動すべき３次元空間上の経路を生成する。
【００１７】
また、本発明の一側面に係るマニピュレータは、経路生成部で生成された経路に沿ってグリッパを移動させるように複数のリンクを駆動する関節をさらに含む。
【発明の効果】
【００１８】
提案されたマニピュレータ及びその経路生成方法によれば、作業対象物体とグリッパを球形に模型化してグリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置を測定し、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置からなる三角形の夾角（Φ）を求めて、グリッパの移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算し、グリッパの現在位置、物体の位置及びグリッパの目標位置からなる変換行列を求めて、２次元平面上の円弧経路を３次元空間上の経路に変換することによって、マニピュレータが物体と衝突することなく物体を把持できる最短経路を自動で生成し、結果として安全な作業経路及び作業時間の短縮を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例に係る歩行ロボットの外観構成図である。
【図２】図１に示すロボットの主要関節構造を示す図である。
【図３】本発明の一実施例に係るロボットの運動学的余裕駆動マニピュレータの形状を簡略に示す構成図である。
【図４】本発明の一実施例に係るロボットマニピュレータにおいてグリッパの移動経路を生成するための制御システムを示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施例に係るグリッパが物体をつかむ様子をモデリングした図である。
【図６】本発明の一実施例に係るグリッパが物体をつかむために移動すべき２次元平面上の円弧経路を示す図である。
【図７】本発明の一実施例に係るグリッパが物体をつかむために移動すべき３次元空間上の円弧経路を示す図である。
【図８】本発明の一実施例に係るグリッパが物体をつかむために移動する実際の経路を示す図である。
【図９】本発明の一実施例に係るロボットマニピュレータにおいてグリッパの移動経路を生成するための方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施例に係るロボットの一例を示す外観図である。図１で、本発明の一実施例に係るロボット１００は、人間と同様に、２本の脚１１０Ｒ，１１０Ｌにより直立移動する二足歩行ロボットで、胴部１２０と、胴部１２０の上部に設けられる２本の腕１３０Ｒ，１３０Ｌ及び頭１４０と、を備え、２本の脚１１０Ｒ，１１０Ｌ及び腕１３０Ｒ，１３０Ｌの先端にはそれぞれ、足１１１Ｒ，１１１Ｌ及び手１３１Ｒ，１３１Ｌを備える。
【００２２】
参照符号においてＲとＬは、ロボット１００の右側（Ｒｉｇｈｔ）と左側（Ｌｅｆｔ）を表す。
【００２３】
図２は、図１に示すロボットの主要関節構造を示す図である。図２で、２本の腕１３０Ｒ，１３０Ｌは、ロボット１００の肩、肘、手首に該当する部分が回転できるように肩関節１３２Ｒ，１３２Ｌ、肘関節１３３Ｒ，１３３Ｌ、手首関節１３４Ｒ，１３４Ｌをそれぞれ備え、肩関節１３２Ｒ，１３２Ｌは、胴部１２０上部の両側端に位置する。
【００２４】
各腕１３０Ｒ，１３０Ｌの肩関節１３２Ｒ，１３２Ｌは、ｘ軸（ロール軸）、ｙ軸（ピッチ軸）、ｚ軸（ヨー軸）に、肘関節１３３Ｒ，１３３Ｌはｙ軸に、手首関節１３４Ｒ，１３４Ｌは、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に動くことができる。
【００２５】
また、２本の腕１３０Ｒ，１３０Ｌには、肩関節１３２Ｒ，１３２Ｌと肘関節１３３Ｒ，１３３Ｌとを連結する上部リンク１３５Ｒ，１３５Ｌ、及び肘関節１３３Ｒ，１３３Ｌと手首関節１３４Ｒ，１３４Ｌとを連結する下部リンク１３６Ｒ，１３６Ｌをそれぞれ備え、各関節（１３２Ｒ，１３２Ｌ）、（１３３Ｒ，１３３Ｌ）、（１３４Ｒ，１３４Ｌ）の可動角範囲において一定レベルの自由度で移動可能にする。
【００２６】
そして、２本の脚１１０Ｒ，１１０Ｌと連結される胴部１２０には、ロボット１００の腰に該当する部分が回転できるように腰関節１２１を備え、胴部１２０に連結される頭１４０には、ロボット１００の首に該当する部分が回転できるように首関節１４１を備える。
【００２７】
本発明の一実施例において、２本の腕１３０Ｒ，１３０Ｌは、モーションが可能な作業を行うマニピュレータ１３０であり、マニピュレータ１３０の先端に設けられる２つの手１３１Ｒ，１３１Ｌが、作業対象物体をつかむグリッパ１３１に該当する。これを図３に簡略に図式化している。
【００２８】
図３は、本発明の一実施例に係るロボットの運動学的余裕駆動マニピュレータの形状を簡略に示す構成図である。同図で、マニピュレータ１３０は、電気的・機械的メカニズムによって、人間の腕や手の動作に似た運動ができるように作られたもので、現在使用されている大部分のマニピュレータ１３０は、複数のリンク１３５，１３６（具体的に、上部リンクまたは下部リンク）が複数の関節１３２，１３３，１３４（具体的に、肩関節、肘関節または手首関節）を介して互いに連結されて構成される。マニピュレータ１３０は、これらリンク１３５，１３６と関節（ｊｏｉｎｔ）１３２，１３３，１３４との幾何学的な関係によって運動特性が決定される。この幾何学的な関係を数学的に表現したものが運動学（Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ）であり、大部分のマニピュレータ１３０はこのような運動学的特性（ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）を有し、作業を行うための方向にグリッパ１３１を移動させる。本発明の一実施例に係るマニピュレータ１３０は、位置及び方向の調節が可能なリンク１３５，１３６を用いて作業対象物体をつかむための目標位置にグリッパ１３１を移動させる。
【００２９】
図３からわかるように、同一物体をつかむために目標位置に移動するマニピュレータ１３０の形状は、（ａ）または（ｂ）のように様々に変化可能である。
【００３０】
図４は、本発明の一実施例に係るロボットマニピュレータにおいてグリッパの移動経路を生成するための制御システムを示すブロック図であり、ユーザーインターフェース部２００、経路生成部２１０、認識部２２０、ロボット制御部２３０及び駆動部２４０を含む。
【００３１】
ユーザーインターフェース部２００では、マニピュレータ１３０、特に、グリッパ１３１で行うための作業命令（例えば、テーブル上に置かれている物体をつかむための把持命令）を、使用者がスイッチ操作や音声などで入力する。
【００３２】
経路生成部２１０は、ユーザーインターフェース部２００から入力される作業命令に応じて作業対象物体Ａと衝突することなく作業対象物体Ａをつかむためのグリッパ１３１の移動を制御するための作業経路を生成し、これをロボット制御部２３０に伝達する。
【００３３】
また、経路生成部２１０は、作業対象物体Ａの位置、グリッパ１３１の現在位置及びグリッパ１３１の目標位置を用いて、グリッパ１３１が移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算する２次元経路計算部２１１と、作業対象物体Ａの位置、グリッパ１３１の現在位置及びグリッパ１３１の目標位置からなる変換行列を計算することで、２次元平面上の円弧経路を、グリッパ１３１が移動すべき３次元空間上の経路に変換する３次元経路変換部２１２と、を含む。
【００３４】
認識部２２０は、グリッパ１３１が作業命令を行う上で必要な情報、すなわち、作業命令を行う前のグリッパ１３１の現在位置における形状（開始点）、作業命令が行えるグリッパ１３０の目標位置における形状（目標点）、及び把持しようとする作業対象物体Ａの位置を認識して経路生成部２１０に伝達する。この認識情報に基づき、経路生成部２１０でグリッパ１３１の移動経路を生成する。
【００３５】
一方、認識部２２０で作業対象物体Ａの位置、グリッパ１３１の現在位置及びグリッパ１３１の目標位置を認識する方法は、図５を参照して後述する。
【００３６】
ロボット制御部２３０は、経路生成部２１０から伝達された作業経路に基づいて駆動部２４０を制御してマニピュレータ１３０を駆動させることで、マニピュレータ１３０の先端に設けられたグリッパ１３１の移動を制御する。
【００３７】
以下、上記のように構成されたロボットマニピュレータ及びその経路生成方法の動作過程及び作用効果について説明する。
【００３８】
図５は本発明の一実施例に係るグリッパが物体をつかむ様子をモデリングした図であり、図６は、本発明の一実施例に係るグリッパが物体をつかむために移動すべき２次元平面上の円弧経路を示す図であり、図７は、本発明の一実施例に係るグリッパが物体をつかむために移動すべき３次元空間上の円弧経路を示す図である。
【００３９】
図５は、マニピュレータ１３０が作業対象物体Ａをつかむと仮定した時に、作業対象物体Ａ及びマニピュレータ１３０の先端に設けられたグリッパ１３１を球形に模型化した状態を示している。同図で、認識部２２０は、作業対象物体Ａの位置、グリッパ１３１の現在位置及びグリッパ１３１の目標位置を、下記のように認識する。
【００４０】
まず、認識部２２０は、把持しようとする作業対象物体Ａを球形に模型化し、この模型化した球形物体Ａの中心位置Ｘｏｂｊを作業対象物体Ａの位置と認識し、それを経路生成部２１０に伝達する。
【００４１】
また、認識部２２０は、マニピュレータ１３１が作業対象物体Ａを把持する前のグリッパ１３１の形状を球形に模型化し、該模型化した球形グリッパ１３１の中心位置、すなわち、グリッパ１３１が作業対象物体Ａを把持する作業を行う前の開始点の位置Ｘｃを、グリッパ１３１の現在位置と認識し、それを経路生成部２１０に伝達する。
【００４２】
また、認識部２２０は、マニピュレータ１３１が作業対象物体Ａを把持する時のグリッパ１３１の形状を球形に模型化し、該模型化した球形グリッパ１３１の中心位置、すなわち、グリッパ１３１が作業対象物体Ａを把持する作業を行う時の目標点の位置Ｘｔを、グリッパ１３１の目標位置と認識し、それを経路生成部２１０に伝達する。
【００４３】
したがって、経路生成部２１０の２次元経路計算部２１１は、認識部２２０から伝達された作業対象物体Ａの位置Ｘｏｂｊ、グリッパ１３１の現在位置Ｘｃ及びグリッパ１３１の目標位置Ｘｔを連結してなる三角形の夾角、すなわち、平面上の回転角φを計算し、この計算した平面上の回転角φを用いて、グリッパ１３１が移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算する。グリッパ１３１が移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算する方法は、下記のの通りである。
【００４４】
グリッパ１３１が作業対象物体Ａを把持する前の現在位置Ｘｃから作業対象物体Ａを把持した時の目標位置Ｘｔまで移動するのにかかる時間をＴとすれば、２次元平面上の円弧は、図６に示すように、模型化した球形物体Ａの半径Ｒ１と模型化した球形グリッパ１３１の半径Ｒ２とを合算した値（Ｒ１＋Ｒ２）に、グリッパ１３１が一定時間ｔ（０＜ｔ＜Ｔ、グリッパが物体と衝突することなく移動できる経路移動時間）移動した回転角φをかけて求める。ここで、グリッパ１３１が一定時間ｔに移動した２次元平面上のｘ、ｙ座標は、下記の式（１）のように求める。
【００４５】
【数１】
式（１）で、Ｒ(ｔ)は、グリッパ１３１が一定時間ｔに移動した２次元平面上の円弧を表し、ｘ(ｔ)、ｙ(ｔ)は、グリッパ１３１が一定時間ｔに移動した時点での２次元平面上のｘ、ｙ座標を表す。
【００４６】
このように、経路生成部２１０の２次元経路計算部２１１で作業対象物体Ａの位置Ｘｏｂｊ、グリッパ１３１の現在位置Ｘｃ及びグリッパ１３１の目標位置Ｘｔの３点からなる平面上の回転角φを計算することで、グリッパ１３１が移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算すると、経路生成部２１０の３次元経路変換部２１２は、計算された２次元平面上の円弧経路を用いて、グリッパ１３１が実際に移動すべき３次元空間上の経路を生成する。グリッパ１３１の移動すべき３次元空間上の経路を生成する方法は、下記の通りである。
【００４７】
まず、経路生成部２１０の３次元経路変換部２１２は、作業対象物体Ａの位置Ｘｏｂｊ、グリッパ１３１の現在位置Ｘｃ及びグリッパ１３１の目標位置Ｘｔから、図７に示すように、３次元空間上の円弧経路を生成する三角平面を、下記の式（２）を用いて３次元の行列Ｒとして求める。
【００４８】
【数２】
式（２）で、ｎは、３次元三角平面のｘ軸値であり、ｏは、３次元三角平面のｙ軸値であり、ａは、３次元三角平面のｚ軸値である。
【００４９】
式（２）で求めた３次元の行列Ｒに、上記の式（１）で求めた２次元平面上のｘ、ｙ座標をかけて、下の式（３）のように、グリッパ１３１の移動すべき３次元空間上の経路を生成する。
【００５０】
【数３】
式（３）で、Ｒは３次元三角平面の行列を、
【００５１】
【数４】
は２次元平面上のｘ、ｙ座標を、
【００５２】
【数５】
は作業対象物体Ａの位置Ｘｏｂｊを、
【００５３】
【数６】
はグリッパ１３１の移動すべき３次元空間上の経路Ｘｔ’を、それぞれ表す。
【００５４】
図８は、本発明の一実施例に係るグリッパが物体を把持するために移動する実際の経路を示す図である。同図で、グリッパ１３１は、作業対象物体Ａを把持する前の現在位置Ｘｃから、作業対象物体Ａを把持した時の目標位置Ｘｔまで、点線のような経路で実際に移動する。
【００５５】
図９は、本発明の一実施例に係るロボットマニピュレータにおいてグリッパの移動経路を生成するための方法を示すフローチャートである。同図で、マニピュレータ１３０の先端に設けられたグリッパ１３１が、作業対象物体Ａをつかむための作業を行おうとする際に、認識部２２０は、作業対象物体Ａの位置Ｘｏｂｊ、グリッパ１３１の現在位置Ｘｃ及びグリッパ１３１の目標位置Ｘｔを認識して経路生成部２１０に伝達する（３００）。
【００５６】
次に、経路生成部２１０の２次元経路計算部２１１は、認識部２２０から伝達された作業対象物体Ａの位置Ｘｏｂｊ、グリッパ１３１の現在位置Ｘｃ及びグリッパ１３１の目標位置Ｘｔを連結してなる三角形の夾角、すなわち、平面上の回転角φを、図５に示すように計算する（３０２）。
【００５７】
続いて、経路生成部２１０の２次元経路計算部２１１は、計算した平面上の回転角φを用いて、グリッパ１３１の移動すべき２次元平面上の円弧経路を、図６に示すように計算する（３０４）。
【００５８】
そして、経路生成部２１０の３次元経路変換部２１２は、認識部２２０から伝達された作業対象物体Ａの位置Ｘｏｂｊ、グリッパ１３１の現在位置Ｘｃ及びグリッパ１３１の目標位置Ｘｔから、図７に示すように、３次元空間上の円弧経路を生成する三角平面を３次元の行列Ｒに変換する（３０６）。
【００５９】
続いて、経路生成部２１０の３次元経路変換部２１２は、変換された３次元の行列Ｒに、２次元経路計算部２１１で計算された２次元平面上のｘ、ｙ座標をかけて、グリッパ１３１の移動すべき３次元空間上の実際経路を、図８に示すように生成する（３０８）。
【符号の説明】
【００６０】
１０ ロボット
１３０ マニピュレータ
１３１ グリッパ
１３２，１３３，１３４ 関節
１３５，１３６ リンク
２１０ 経路生成部
２１１ ２次元経路計算部
２１２ ３次元経路変換部
２２０ 認識部
２３０ ロボット制御部
２４０ 駆動部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を把持するためのマニピュレータの移動経路を生成する方法であって、
前記マニピュレータの先端に設けられたグリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置を認識し、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置から平面上の回転角を計算し、
前記平面上の回転角を用いて前記グリッパの移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算し、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置からなる変換行列を計算し、
前記変換行列を用いて前記２次元平面上の円弧経路を３次元空間上の経路に変換する、マニピュレータの経路生成方法。
【請求項２】
前記グリッパの現在位置は、前記マニピュレータが前記物体を把持する作業を行う前の開始点の位置である、請求項１に記載のマニピュレータの経路生成方法。
【請求項３】
前記物体の位置は、把持しようとする前記物体の中心位置である、請求項１に記載のマニピュレータの経路生成方法。
【請求項４】
前記グリッパの目標位置は、前記マニピュレータが前記物体を把持する目標点の位置である、請求項１に記載のマニピュレータの経路生成方法。
【請求項５】
前記平面上の回転角を計算することは、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置を連結してなる三角形の夾角を計算する、請求項１に記載のマニピュレータの経路生成方法。
【請求項６】
前記２次元平面上の円弧経路を計算することは、
前記物体の半径と前記グリッパの半径との和を求め、
前記グリッパが一定時間移動した夾角を求め、
前記物体の半径と前記グリッパの半径との和に、前記グリッパが一定時間移動した前記夾角をかけて、円弧軌跡を生成する２次元平面上のｘ、ｙ座標を求める、請求項５に記載のマニピュレータの経路生成方法。
【請求項７】
前記変換行列を計算することは、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置から前記円弧軌跡を生成する三角平面を３次元の行列に変換する、請求項６に記載のマニピュレータの経路生成方法。
【請求項８】
前記３次元空間上の経路に変換することは、
前記３次元の行列に前記２次元平面上のｘ、ｙ座標をかけて、前記グリッパの移動すべき３次元空間上の経路を生成する、請求項７に記載のマニピュレータの経路生成方法。
【請求項９】
物体を把持するグリッパと、
前記物体を把持するための目標位置に前記グリッパを移動させる複数のリンクと、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置を認識する認識部と、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置を用いて、前記グリッパの移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算し、前記計算された２次元平面上の円弧経路を用いて、前記グリッパの移動すべき３次元空間上の経路を生成する経路生成部と、
を含む、マニピュレータ。
【請求項１０】
前記グリッパの現在位置は、前記マニピュレータが前記物体を把持する作業を行う前の開始点の位置である、請求項９に記載のマニピュレータ。
【請求項１１】
前記物体の位置は、把持しようとする前記物体の中心位置である、請求項９に記載のマニピュレータ。
【請求項１２】
前記グリッパの目標位置は、前記マニピュレータが前記物体を把持する目標点の位置である、請求項９に記載のマニピュレータ。
【請求項１３】
前記経路生成部は、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置を用いて前記２次元平面上の円弧経路を計算する２次元経路計算部と、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置からなる変換行列を計算して、前記２次元平面上の円弧経路を３次元空間上の経路に変換する３次元経路変換部と、
を含む、請求項９に記載のマニピュレータ。
【請求項１４】
前記２次元経路計算部は、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置から平面上の回転角を計算し、
前記平面上の回転角を用いて前記グリッパの移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算する、請求項１３に記載のマニピュレータ。
【請求項１５】
前記平面上の回転角は、前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置を連結する三角形の夾角である、請求項１４に記載のマニピュレータ。
【請求項１６】
前記２次元経路計算部は、
前記物体の半径と前記グリッパの半径との和を求め、
前記グリッパが一定時間移動した夾角を求め、
前記物体の半径と前記グリッパの半径との和に、前記グリッパが一定時間移動した前記夾角をかけて、円弧軌跡を生成する前記２次元平面上のｘ、ｙ座標を求める、請求項１５に記載のマニピュレータ。
【請求項１７】
前記３次元経路変換部は、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置から前記円弧軌跡を生成する三角平面を３次元の行列に変換し、
前記３次元の行列に前記２次元平面上のｘ、ｙ座標をかけて、前記グリッパの移動すべき３次元空間上の経路を生成する、請求項１６に記載のマニピュレータ。
【請求項１８】
前記経路生成部で生成された経路に沿って前記グリッパを移動させるように前記複数のリンクを駆動する関節をさらに含む、請求項９に記載のマニピュレータ。
【請求項１】
物体を把持するためのマニピュレータの移動経路を生成する方法であって、
前記マニピュレータの先端に設けられたグリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置を認識し、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置から平面上の回転角を計算し、
前記平面上の回転角を用いて前記グリッパの移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算し、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置からなる変換行列を計算し、
前記変換行列を用いて前記２次元平面上の円弧経路を３次元空間上の経路に変換する、マニピュレータの経路生成方法。
【請求項２】
前記グリッパの現在位置は、前記マニピュレータが前記物体を把持する作業を行う前の開始点の位置である、請求項１に記載のマニピュレータの経路生成方法。
【請求項３】
前記物体の位置は、把持しようとする前記物体の中心位置である、請求項１に記載のマニピュレータの経路生成方法。
【請求項４】
前記グリッパの目標位置は、前記マニピュレータが前記物体を把持する目標点の位置である、請求項１に記載のマニピュレータの経路生成方法。
【請求項５】
前記平面上の回転角を計算することは、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置を連結してなる三角形の夾角を計算する、請求項１に記載のマニピュレータの経路生成方法。
【請求項６】
前記２次元平面上の円弧経路を計算することは、
前記物体の半径と前記グリッパの半径との和を求め、
前記グリッパが一定時間移動した夾角を求め、
前記物体の半径と前記グリッパの半径との和に、前記グリッパが一定時間移動した前記夾角をかけて、円弧軌跡を生成する２次元平面上のｘ、ｙ座標を求める、請求項５に記載のマニピュレータの経路生成方法。
【請求項７】
前記変換行列を計算することは、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置から前記円弧軌跡を生成する三角平面を３次元の行列に変換する、請求項６に記載のマニピュレータの経路生成方法。
【請求項８】
前記３次元空間上の経路に変換することは、
前記３次元の行列に前記２次元平面上のｘ、ｙ座標をかけて、前記グリッパの移動すべき３次元空間上の経路を生成する、請求項７に記載のマニピュレータの経路生成方法。
【請求項９】
物体を把持するグリッパと、
前記物体を把持するための目標位置に前記グリッパを移動させる複数のリンクと、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置を認識する認識部と、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置を用いて、前記グリッパの移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算し、前記計算された２次元平面上の円弧経路を用いて、前記グリッパの移動すべき３次元空間上の経路を生成する経路生成部と、
を含む、マニピュレータ。
【請求項１０】
前記グリッパの現在位置は、前記マニピュレータが前記物体を把持する作業を行う前の開始点の位置である、請求項９に記載のマニピュレータ。
【請求項１１】
前記物体の位置は、把持しようとする前記物体の中心位置である、請求項９に記載のマニピュレータ。
【請求項１２】
前記グリッパの目標位置は、前記マニピュレータが前記物体を把持する目標点の位置である、請求項９に記載のマニピュレータ。
【請求項１３】
前記経路生成部は、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置を用いて前記２次元平面上の円弧経路を計算する２次元経路計算部と、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置からなる変換行列を計算して、前記２次元平面上の円弧経路を３次元空間上の経路に変換する３次元経路変換部と、
を含む、請求項９に記載のマニピュレータ。
【請求項１４】
前記２次元経路計算部は、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置から平面上の回転角を計算し、
前記平面上の回転角を用いて前記グリッパの移動すべき２次元平面上の円弧経路を計算する、請求項１３に記載のマニピュレータ。
【請求項１５】
前記平面上の回転角は、前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置を連結する三角形の夾角である、請求項１４に記載のマニピュレータ。
【請求項１６】
前記２次元経路計算部は、
前記物体の半径と前記グリッパの半径との和を求め、
前記グリッパが一定時間移動した夾角を求め、
前記物体の半径と前記グリッパの半径との和に、前記グリッパが一定時間移動した前記夾角をかけて、円弧軌跡を生成する前記２次元平面上のｘ、ｙ座標を求める、請求項１５に記載のマニピュレータ。
【請求項１７】
前記３次元経路変換部は、
前記グリッパの現在位置、前記物体の位置及び前記グリッパの目標位置から前記円弧軌跡を生成する三角平面を３次元の行列に変換し、
前記３次元の行列に前記２次元平面上のｘ、ｙ座標をかけて、前記グリッパの移動すべき３次元空間上の経路を生成する、請求項１６に記載のマニピュレータ。
【請求項１８】
前記経路生成部で生成された経路に沿って前記グリッパを移動させるように前記複数のリンクを駆動する関節をさらに含む、請求項９に記載のマニピュレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１８１１３（Ｐ２０１３−１８１１３Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１４４５３６（Ｐ２０１２−１４４５３６）
【出願日】平成２４年６月２７日（２０１２．６．２７）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月２７日（２０１２．６．２７）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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