WO2023013698A1

WO2023013698A1 - ロボット制御装置、ロボット制御システム、及びロボット制御方法

Info

Publication number: WO2023013698A1
Application number: PCT/JP2022/029851
Authority: WO
Inventors: フィデリアグラシア; 敬之石田; 雅人森; 真洋内竹
Original assignee: 京セラ株式会社
Priority date: 2021-08-03
Filing date: 2022-08-03
Publication date: 2023-02-09
Also published as: US20240246237A1; CN117813182A; EP4382258A1; JPWO2023013698A1

Abstract

ロボット制御装置は、ロボットを制御する制御部を備える。制御部は、ロボットの移動先の計測位置を取得し、空間情報取得部で取得したロボットの動作空間に関する空間情報に基づいて算出されたロボットの位置の計測結果を取得し、計測位置と計測結果とに基づいてロボットのキャリブレーションを実行するか判定する。

Description

ロボット制御装置、ロボット制御システム、及びロボット制御方法

関連出願へのクロスリファレンス

　本出願は、日本国特許出願２０２１－１２７７１５号（２０２１年８月３日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

　本開示は、ロボット制御装置、ロボット制御システム、及びロボット制御方法に関する。

　従来、キャリブレーション時のマーク部の位置に基づいて異常診断を行うロボット制御システムが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０２０－１１６７１７号公報

　本開示の一実施形態に係るロボット制御装置は、ロボットを制御する制御部を備える。前記制御部は、前記ロボットの移動先の計測位置を取得し、空間情報取得部で取得した前記ロボットの動作空間に関する空間情報に基づいて算出された前記ロボットの位置の計測結果を取得し、前記計測位置と前記計測結果とに基づいて前記ロボットのキャリブレーションを実行するか判定する。

　本開示の一実施形態に係るロボット制御システムは、前記ロボット制御装置と、前記ロボットとを備える。

　本開示の一実施形態に係るロボット制御方法は、ロボットを制御する制御部によって実行される。前記ロボット制御方法は、前記ロボットの移動先の計測位置を取得することを含む。前記ロボット制御方法は、空間情報取得部で取得した前記ロボットの動作空間に関する空間情報に基づいて前記ロボットの位置の計測結果を取得することを含む。前記ロボット制御方法は、前記計測位置と前記計測結果とに基づいて前記ロボットのキャリブレーションを実行するか判定することを含む。

一実施形態に係るロボット制御システムの構成例を示すブロック図である。一実施形態に係るロボット制御システムの構成例を示す模式図である。センサに基づく先端位置姿勢と画像に基づく先端位置姿勢との差の一例を示す模式図である。一実施形態に係るロボット制御方法の手順例を示すフローチャートである。

　異常発生時にキャリブレーションを再度実行することは、作業負荷を増大させる。異常発生時の作業負荷の低減が求められる。本開示の一実施形態に係るロボット制御装置、ロボット制御システム、及びロボット制御方法によれば、異常発生時の作業負荷が低減され得る。

（ロボット制御システム１の概要）
　図１及び図２に例示されるように、一実施形態に係るロボット制御システム１は、ロボット４０と、ロボット制御装置１０と、空間情報取得部２０とを備える。ロボット４０は、所定の動作空間において動作する。空間情報取得部２０は、ロボット４０が動作する動作空間のデプス情報を生成する。空間情報取得部２０は、後述するように、動作空間に存在する物体５０の表面に位置する測定点までの距離を算出する。空間情報取得部２０から測定点までの距離は、デプスとも称される。デプス情報は、各測定点について測定したデプスに関する情報である。言い換えれば、デプス情報は、動作空間に存在する物体５０の表面に位置する測定点までの距離に関する情報である。デプス情報は、空間情報取得部２０から見た方向とその方向のデプスとを関連づけたデプスマップとして表されてもよい。空間情報取得部２０は、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標系に基づいて動作空間のデプス情報を生成する。ロボット制御装置１０は、空間情報取得部２０で生成されたデプス情報に基づいてロボット４０を動作させる。ロボット制御装置１０は、（Ｘ＿ＲＢ，Ｙ＿ＲＢ，Ｚ＿ＲＢ）座標系に基づいてロボット４０を制御し、動作させる。

　（Ｘ＿ＲＢ，Ｙ＿ＲＢ，Ｚ＿ＲＢ）座標系は、ロボット４０の座標系とも称される。（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標系は、空間情報取得部２０の座標系とも称される。ロボット４０の座標系は、空間情報取得部２０の座標系と同じ座標系として設定されてもよいし、異なる座標系として設定されてもよい。ロボット４０の座標系が空間情報取得部２０の座標系と異なる座標系として設定される場合、ロボット制御装置１０は、空間情報取得部２０の座標系で生成されたデプス情報を、ロボット４０の座標系に変換して用いる。

　ロボット４０及びロボット制御装置１０の数は、例示されるように１台に限られず２台以上であってもよい。空間情報取得部２０の数は、例示されるように、１つの動作空間に対して１台であってもよいし、２台以上であってもよい。以下、各構成部が具体的に説明される。

＜ロボット制御装置１０＞
　ロボット制御装置１０は、制御部１１と、記憶部１２とを備える。

　制御部１１は、ロボット制御装置１０の種々の機能を実現するために、少なくとも１つのプロセッサを含んで構成されてよい。プロセッサは、ロボット制御装置１０の種々の機能を実現するプログラムを実行しうる。プロセッサは、単一の集積回路として実現されてよい。集積回路は、ＩＣ（Integrated Circuit）とも称される。プロセッサは、複数の通信可能に接続された集積回路及びディスクリート回路として実現されてよい。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んで構成されてよい。プロセッサは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）を含んで構成されてもよい。プロセッサは、他の種々の既知の技術に基づいて実現されてよい。

　記憶部１２は、磁気ディスク等の電磁記憶媒体を含んで構成されてよいし、半導体メモリ又は磁気メモリ等のメモリを含んで構成されてもよい。記憶部１２は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）として構成されてもよいしＳＳＤ（Solid State Drive）として構成されてもよい。記憶部１２は、各種情報及び制御部１１で実行されるプログラム等を格納する。記憶部１２は、制御部１１のワークメモリとして機能してよい。制御部１１が記憶部１２の少なくとも一部を含んで構成されてもよい。

　ロボット制御装置１０は、空間情報取得部２０及びロボット４０と有線又は無線で通信可能に構成される通信デバイスを更に備えてもよい。通信デバイスは、種々の通信規格に基づく通信方式で通信可能に構成されてよい。通信デバイスは、既知の通信技術により構成することができる。通信デバイスのハードウェア等の詳細な説明は省略される。通信デバイスの機能は、１つのインタフェースによって実現されてもよいし、接続先別にそれぞれ別体のインタフェースによって実現されてもよい。制御部１１が空間情報取得部２０及びロボット４０と通信可能に構成されてもよい。制御部１１が通信デバイスを含んで構成されてもよい。

＜ロボット４０＞
　ロボット４０は、図２に例示されるように、アーム４２と、アーム４２に取り付けられるエンドエフェクタ４４と、エンドエフェクタ４４に設置されているマーク４６とを備える。なお、マーク４６は、エンドエフェクタ４４ではなく、アーム４２に設置されていてもよい。

　アーム４２は、例えば、６軸又は７軸の垂直多関節ロボットとして構成されてよい。アーム４２は、３軸又は４軸の水平多関節ロボット又はスカラロボットとして構成されてもよい。アーム４２は、２軸又は３軸の直交ロボットとして構成されてもよい。アーム４２は、パラレルリンクロボット等として構成されてもよい。アーム４２を構成する軸の数は、例示したものに限られない。

　エンドエフェクタ４４は、例えば、作業対象物を把持できるように構成される把持ハンドを含んでよい。把持ハンドは、複数の指を有してよい。把持ハンドの指の数は、２つ以上であってよい。把持ハンドの指は、１つ以上の関節を有してよい。エンドエフェクタ４４は、作業対象物を吸着できるように構成される吸着ハンドを含んでもよい。エンドエフェクタ４４は、作業対象物を掬うことができるように構成される掬いハンドを含んでもよい。エンドエフェクタ４４は、ドリル等の工具を含み、作業対象物に穴を開ける作業等の種々の加工を実施できるように構成されてもよい。エンドエフェクタ４４は、これらの例に限られず、他の種々の動作ができるように構成されてよい。

　ロボット４０は、アーム４２を動作させることによって、エンドエフェクタ４４の位置を制御できる。エンドエフェクタ４４は、作業対象物に対して作用する方向の基準となる軸を有してもよい。エンドエフェクタ４４が軸を有する場合、ロボット４０は、アーム４２を動作させることによって、エンドエフェクタ４４の軸の方向を制御できる。ロボット４０は、エンドエフェクタ４４が作業対象物に作用する動作の開始及び終了を制御する。ロボット４０は、エンドエフェクタ４４の位置、又は、エンドエフェクタ４４の軸の方向を制御しつつ、エンドエフェクタ４４の動作を制御することによって、作業対象物を動かしたり加工したりすることができる。

　ロボット４０は、ロボット４０の各構成部の状態を検出するセンサを更に備えてよい。センサは、ロボット４０の各構成部の現実の位置若しくは姿勢、又は、ロボット４０の各構成部の速度若しくは加速度に関する情報を検出してよい。センサは、ロボット４０の各構成部に作用する力を検出してもよい。センサは、ロボット４０の各構成部を駆動するモータに流れる電流又はモータのトルクを検出してもよい。センサは、ロボット４０の実際の動作の結果として得られる情報を検出できる。ロボット制御装置１０は、センサの検出結果を取得することによって、ロボット４０の実際の動作の結果を把握することができる。つまり、ロボット制御装置１０は、センサの検出結果に基づいてロボット４０の状態を取得できる。

　ロボット制御装置１０は、空間情報取得部２０でマーク４６を撮影した画像に基づいてマーク４６の位置、又は、マーク４６が設置されているエンドエフェクタ４４の位置を認識する。また、ロボット制御装置１０は、空間情報取得部２０でマーク４６を撮影した画像に基づいてロボット４０の状態を認識する。ロボット制御装置１０は、センサの検出結果に基づいて取得したロボット４０の状態と、マーク４６を写した画像に基づいて取得したロボット４０の状態とを比較することによって、ロボット４０のキャリブレーションを実行できる。

＜空間情報取得部２０＞
　空間情報取得部２０は、ロボット４０の動作空間に関する空間情報を取得する。空間情報取得部２０は、動作空間を撮影し、空間情報として動作空間の画像を取得してよい。空間情報取得部２０は、図２に例示されるように、動作空間に存在する物体５０を撮影してよい。空間情報取得部２０は、カメラとして構成されてよい。空間情報取得部２０は、３Ｄステレオカメラとして構成されてもよい。３Ｄステレオカメラは、動作空間に存在する物体５０を撮影し、動作空間に存在する物体５０の表面に位置する測定点までの距離をデプスとして算出し、デプス情報を生成する。空間情報取得部２０は、ＬｉＤＡＲ（light detection and ranging）として構成されてもよい。ＬｉＤＡＲは、動作空間に存在する物体５０の表面に位置する測定点までの距離を測定し、デプス情報を生成する。つまり、空間情報取得部２０は、空間情報として動作空間のデプス情報を取得してよい。空間情報取得部２０は、これらに限られず種々のデバイスとして構成されてもよい。空間情報取得部２０は、空間情報として、動作空間の画像又はデプス情報に限られず他の種々の情報を取得してよい。空間情報取得部２０は、撮像素子を備えてよい。空間情報取得部２０は、光学系を更に備えてよい。空間情報取得部２０は、動作空間を撮影した画像をロボット制御装置１０に出力してよい。空間情報取得部２０は、ロボット４０の動作空間におけるデプス情報を生成してロボット制御装置１０に出力してもよい。空間情報取得部２０は、ロボット４０の動作空間における点群情報を生成してロボット制御装置１０に出力してもよい。すなわち、空間情報は、点群データの形式で出力されてもよい。言い換えれば、点群情報は、空間情報を有していてもよい。点群情報は、動作空間に存在する物体５０の表面に位置する各測定点の集合の情報であり、各測定点の座標情報又は色情報を含む情報である。点群情報は、測定空間内の物体５０を複数の点で表すデータであるともいえる。空間情報が点群データの形式であることによって、空間情報取得部２０で取得された初期データに基づく空間情報よりも、データ密度を小さくすることができる。

　空間情報取得部２０は、ＦＯＶ（Field Of View）を有する。ＦＯＶは、空間情報取得部２０の撮影範囲に対応する。空間情報取得部２０は、ＦＯＶに含まれる範囲を撮影できる。空間情報取得部２０の実視野サイズは、空間情報取得部２０のＦＯＶと、デプス情報とに基づいて定まる。ロボット制御装置１０は、空間情報取得部２０の実視野サイズと、空間情報取得部２０が撮影したロボット４０のマーク４６を含む画像とに基づいて、ロボット４０のマーク４６の位置及び姿勢を取得できる。具体的に、ロボット制御装置１０は、マーク４６を写した画像を所定のアルゴリズムで解析することによって、画像に基づいてマーク４６の位置及び姿勢を算出できる。所定のアルゴリズムは、例えば、数式又はテーブル等を含んでよいし、演算処理を特定するプログラムを含んでもよい。所定のアルゴリズムは、画像に基づく算出結果を補正するためのパラメータを含んでもよい。

（ロボット制御装置１０の動作例）
　ロボット制御装置１０は、動作空間に存在する物体５０等の作業対象に作用するようにロボット４０を動作させたり、物体５０を避けるようにロボット４０を動作させたりする。ロボット制御装置１０は、物体５０を空間情報取得部２０で写した撮影画像に基づいて、物体５０に作用したり物体５０を避けたりするようにロボット４０を動作させる。

＜キャリブレーション＞
　ロボット制御装置１０の制御部１１は、空間情報取得部２０の撮影画像に写ったマーク４６の位置及び姿勢に基づいてロボット４０の状態を取得し、ロボット４０と物体５０との位置関係を取得できる。一方で、制御部１１は、例えばアーム４２などに設置されたエンコーダなどのロボット４０のセンサに基づいてロボット４０の状態を取得する。ロボット４０のセンサに基づく状態は、空間情報取得部２０の撮影画像に基づく状態よりもロボット４０の位置及び姿勢を高精度に表す。したがって、制御部１１は、空間情報取得部２０の撮影画像に基づくロボット４０の状態を、ロボット４０のセンサに基づくロボット４０の状態に一致させることによって、ロボット４０を動作空間において高精度で制御できる。空間情報取得部２０の撮影画像に基づくロボット４０の状態を、ロボット４０のセンサに基づくロボット４０の状態に一致させる作業は、キャリブレーションとも称される。具体的に、制御部１１は、空間情報取得部２０の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標系をロボット４０の（Ｘ＿ＲＢ，Ｙ＿ＲＢ，Ｚ＿ＲＢ）座標系に一致させるようにキャリブレーションを実行する。制御部１１は、空間情報取得部２０の座標系とロボット４０の座標系との相対位置関係を推定し、推定した相対位置関係に基づいて空間情報取得部２０の座標系をロボット４０の座標系に合わせてよい。

　制御部１１は、空間情報取得部２０のＦＯＶの少なくとも一部をキャリブレーション範囲６０としてキャリブレーションを実行してよい。本実施形態において、制御部１１は、図２に示されるキャリブレーション範囲６０においてキャリブレーションを実行する。キャリブレーション範囲６０は、図２において二点鎖線で囲まれた領域として示されている。キャリブレーション範囲６０は、ロボット４０のキャリブレーションを実行する範囲に対応する。キャリブレーション範囲６０は、ロボット４０の作業領域を含んでよい。キャリブレーション範囲６０は、ロボット４０の作業領域とＦＯＶとが重なる範囲であってよい。

　また、制御部１１は、キャリブレーション範囲６０の中に、キャリブレーションを実行するための点を設定する。キャリブレーションを実行するための点は、キャリブレーション位置とも称される。制御部１１は、ロボット４０のマーク４６をキャリブレーション位置に移動させて空間情報取得部２０によってマーク４６を撮影させる。制御部１１は、マーク４６を写した画像に基づいてマーク４６の位置及び姿勢を算出する。制御部１１は、ロボット４０のセンサの検出結果に基づいて定まるマーク４６の位置及び姿勢に対して、画像に基づいて算出したマーク４６の位置及び姿勢を一致させるように、画像に基づくマーク４６の位置及び姿勢を補正する。画像に基づくマーク４６の位置及び姿勢の補正がキャリブレーションに対応する。マーク４６の位置及び姿勢は、先端位置姿勢とも称される。キャリブレーションは、先端位置姿勢の補正に対応する。キャリブレーション位置は、先端位置姿勢を補正する位置に対応する。

　具体的に、制御部１１は、以下説明するようにキャリブレーションを実行してよい。制御部１１は、ロボット４０のマーク４６をキャリブレーション位置に移動させるためのロボット４０の制御情報を生成する。制御部１１は、制御情報に基づいてロボット４０を動作させ、ロボット４０のマーク４６をキャリブレーション位置に移動させる。制御部１１は、マーク４６を写した画像を空間情報取得部２０から取得する。制御部１１は、画像に基づいてマーク４６の位置及び姿勢を算出する。画像に基づいて算出したマーク４６の位置及び姿勢は、画像に基づく先端位置姿勢とも称される。制御部１１は、ロボット４０のセンサの検出結果に基づいて定まるマーク４６の位置及び姿勢を算出する。センサの検出結果に基づいて算出したマーク４６の位置及び姿勢は、センサに基づく先端位置姿勢とも称される。制御部１１は、画像に基づく先端位置姿勢と、センサに基づく先端位置姿勢とを比較する。制御部１１は、画像に基づく先端位置姿勢がセンサに基づく先端位置姿勢に一致するように、画像に基づく先端位置姿勢を補正する。制御部１１は、画像に基づく先端位置姿勢を算出するアルゴリズムを補正してよい。制御部１１は、アルゴリズムに含まれるパラメータを補正してよいし、数式、テーブル又はプログラムを補正してもよい。複数のキャリブレーション位置が設定されている場合、制御部１１は、各キャリブレーション位置にロボット４０を移動させ、各キャリブレーション位置においてマーク４６を写した画像を取得し、画像に基づく先端位置姿勢を補正する。

　なお、上記の例では、マーク４６の位置及び姿勢に対して、キャリブレーションを行なっているが、キャリブレーションを行なう箇所は、マーク４６の位置及び姿勢に限られない。すなわち、制御部１１は、予めマーク４６の位置と、キャリブレーションを行なうロボット４０の一部であるキャリブレーション対象部との位置関係を記憶しておき、画像に基づくマーク４６の位置及び姿勢からキャリブレーション対象部の位置及び姿勢を算出してもよい。そして、ロボット４０のセンサの検出結果に基づくキャリブレーション対象部の位置及び姿勢と比較することによってキャリブレーションを行なうことができる。したがって、マーク４６の位置及び姿勢以外でもキャリブレーションを行なうことが可能になる。また、上記の例では、キャリブレーション対象部はロボット４０の先端位置姿勢であったが、位置及び姿勢が算出可能な個所であれば、キャリブレーション対象物はロボット４０の先端位置姿勢に限られない。

＜＜キャリブレーションアイテム＞＞
　制御部１１は、キャリブレーションを実行する前に、あらかじめキャリブレーション範囲６０を設定する。また、制御部１１は、キャリブレーション範囲６０に含まれるキャリブレーション位置を設定する。制御部１１は、キャリブレーション範囲６０の中にキャリブレーション位置を設定する。

　制御部１１は、キャリブレーション位置にロボット４０を移動させるようにロボット４０の制御情報を生成する。制御部１１は、ロボット４０をキャリブレーション位置に移動させたときの先端位置姿勢とロボット４０のマーク４６の認識結果とを特定する情報をキャリブレーションアイテムとして生成する。なお、キャリブレーションアイテムは、例えば、座標に関する情報である。具体的には、キャリブレーションアイテムは、例えば、ロボット４０をキャリブレーション位置に移動させたときのロボット４０のセンサの検出結果に基づく先端位置姿勢を示す座標情報、又は空間情報取得部２０によって認識されたマーク４６の認識結果に基づく先端位置姿勢を示す座標情報などである。

　制御部１１は、以下に説明するようにキャリブレーションアイテムを生成してよい。

　制御部１１は、例えば空間情報取得部２０から空間情報取得部２０の実視野サイズに関する情報、又は、ＦＯＶに関する情報を取得する。制御部１１は、空間情報取得部２０の実視野サイズ又はＦＯＶとロボット４０の作業領域とに基づいて、キャリブレーション範囲６０を設定する。制御部１１は、ロボット４０の動作空間における物体５０の位置に基づいてキャリブレーション範囲６０を設定してよい。制御部１１は、空間情報取得部２０で検出した物体５０のデプス情報又は点群情報に基づいて、キャリブレーション範囲６０を設定してよい。図２において、キャリブレーション範囲６０の形状は、四角錐台形状に設定されている。キャリブレーション範囲６０の形状は、これらに限られず他の種々の形状に設定されてよい。

　制御部１１は、ロボット４０のセンサに基づく先端位置姿勢と、空間情報取得部２０の画像に基づく先端位置姿勢とを一致させる。具体的に、制御部１１は、ロボット４０を第１位置に移動させる。制御部１１は、ロボット４０のマーク４６が所定の位置及び姿勢となるようにロボット４０を動作させる制御情報を生成し、制御情報に基づいてロボット４０を制御することによってロボット４０を第１位置に移動させる。第１位置は、空間情報取得部２０のＦＯＶに含まれる所定の位置であってよい。第１位置は、例えば空間情報取得部２０のＦＯＶの中心位置であってよい。制御部１１は、ロボット４０が第１位置に移動したときのマーク４６の画像を取得し、マーク４６の位置及び姿勢を画像に基づく先端位置姿勢として算出する。また、制御部１１は、センサに基づく先端位置姿勢を算出する。制御部１１は、画像に基づく先端位置姿勢と、センサに基づく先端位置姿勢との比較に基づいて、ロボット４０の位置が画像内においてセンサの検出結果に基づく第１位置となるようにロボット４０の制御情報を補正する。制御部１１は、補正した制御情報に基づいてロボット４０を動かすことによって、ロボット４０の座標系におけるロボット４０の位置と空間情報取得部２０の座標系におけるロボット４０の位置とが一致するようにロボット４０の状態を更新する。つまり、制御部１１は、ロボット４０の位置が画像内において第１位置になるようにロボット４０の状態を更新するともいえる。

　制御部１１は、キャリブレーション範囲６０の中で、第１位置とは異なるキャリブレーション位置の候補となる位置を生成してもよい。キャリブレーション位置の候補となる位置は、第２位置とも称される。第２位置は、キャリブレーション範囲６０に含まれる。制御部１１は、ロボット４０の動作をシミュレーションすることによって、ロボット４０が第２位置に移動した場合のロボット４０の状態を推定する。つまり、制御部１１は、ロボット４０が第２位置に移動すると仮定した場合のロボット４０の状態を算出する。その結果、制御部１１は、ロボット４０が第２位置に移動可能か否かを判定することができる。

　制御部１１は、第２位置に移動すると仮定した場合のロボット４０の状態が物体５０に接触しない状態であり、関節可動域内である状態であり、かつ、特異点でない状態である場合、第２位置をキャリブレーション位置として登録する。制御部１１は、第２位置をキャリブレーション位置として登録する場合、ロボット４０を第２位置に移動させたときのロボット４０のセンサの検出結果に基づく先端位置姿勢とロボット４０のマーク４６の認識結果に基づく先端位置姿勢とのそれぞれを特定する情報を複数のキャリブレーションアイテムとして生成してよい。制御部１１は、第２位置をキャリブレーション位置として登録しない場合、新たに異なる位置の第２位置を生成し、新たな第２位置をキャリブレーション位置として登録できるか判定してもよい。制御部１１は、ロボット４０の関節の角度を表す数値が可動域内である場合、ロボット４０の状態が関節制限でない状態であると判定してもよい。制御部１１は、ロボット４０の関節の角度を表す数値が可動域外である場合、ロボット４０の状態が関節制限状態であると判定してもよい。

　特異点は、ロボット４０の構造的にロボット４０を制御できなくなる姿勢に対応する。ロボット４０を動作させる軌道に特異点が含まれている場合、ロボット４０は特異点付近において高速に移動（暴走）し、特異点で停止してしまう。ロボット４０の特異点は、以下の（１）～（３）の３種類である。
（１）作業領域の外側限界の近くまでにロボット４０を制御するときの作業領域外の点。（作業領域は、ロボット４０の動作空間に対応する領域である。）
（２）作業領域内であっても、ロボットベースの真上と真下にロボット４０を制御するときの点。
（３）ロボット４０のアーム４２の先端の関節より１つ前の関節角度がゼロ又は１８０度になる点（手首整列特異点）。

　制御部１１は、ロボット４０の状態を表す数値が特異点となる状態を表す数値に一致した場合に、ロボット４０の状態が特異点の状態であると判定してもよい。制御部１１は、ロボット４０の状態を表す数値と特異点となる状態を表す数値との差が所定値未満である場合に、ロボット４０の状態が特異点の状態であると判定してもよい。ロボット４０の状態を表す数値は、例えばアーム４２の関節の角度を含んでもよいし、ロボット４０を駆動するモータのトルクを含んでもよい。

　以上述べてきたように、制御部１１は、キャリブレーション範囲６０を設定し、キャリブレーション範囲６０の中でキャリブレーション位置を設定する。また、制御部１１は、ロボット４０をキャリブレーション位置に移動させたときのロボット４０の先端位置姿勢とロボット４０のマーク４６の認識結果とを特定する情報としてキャリブレーションアイテムを生成できる。

＜＜キャリブレーションの実行＞＞
　制御部１１は、マーク４６の認識結果に関する先端位置姿勢のキャリブレーションアイテムが、ロボット４０のセンサの検出結果に関する先端位置姿勢のキャリブレーションアイテムに一致するようにキャリブレーションを実行する。具体的に、制御部１１は、キャリブレーション位置にロボット４０を移動させる。制御部１１は、空間情報取得部２０によって、ロボット４０がキャリブレーション位置に移動したときのロボット４０のマーク４６の認識結果を取得する。制御部１１は、ロボット４０のセンサに基づく先端位置姿勢のキャリブレーションアイテムに対する、マーク４６の認識結果として取得された先端位置姿勢のキャリブレーションアイテムの相対位置関係を算出する。相対位置関係は、両者のキャリブレーションアイテムの間の座標の差及び角度の差に対応する。制御部１１は、両者のキャリブレーションアイテムに対する相対位置関係に対応する座標の誤差及び角度の誤差がゼロ又はゼロに近くなるように（つまり、誤差が所定値未満になるように）空間情報取得部２０の座標系を補正してロボット４０の座標系に合わせる。このようにすることで、制御部１１は、ロボット４０がキャリブレーション位置に移動したときのマーク４６の認識結果をロボット４０のセンサで特定される先端位置姿勢に一致させることによって、相対位置関係を算出できる。

　具体的に、制御部１１は、キャリブレーションを実行することによって空間情報取得部２０の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標系を補正してロボット４０の（Ｘ＿ＲＢ，Ｙ＿ＲＢ，Ｚ＿ＲＢ）座標系に一致させるとする。制御部１１は、キャリブレーションを実行することによって空間情報取得部２０の座標系とロボット４０の座標系との関係を特定してもよい。

＜異常発生時の対応＞
　上述したように、キャリブレーションによって空間情報取得部２０の座標系とロボット４０の座標系との関係が特定される。本実施形態において、空間情報取得部２０の座標系とロボット４０の座標系とは一致する。ここで、種々の原因によって、座標系の関係が変化することがある。座標系の関係は、ロボット４０又はロボット制御システム１に異常が発生したときに変化し得る。座標系の関係は、ロボット４０を停止したとき、又は、ロボット４０を起動するときに変化し得る。

　制御部１１は、少なくとも１回のキャリブレーションを実行したロボット４０を通常に起動するとき又は異常発生から回復させるために起動するときに、キャリブレーションによって特定されていた座標系の関係が変化しているか判定する。仮に、座標系の関係が変化していなければ、制御部１１は、座標系の関係の補正又はキャリブレーションを実行せずにすむ。一方で、ロボット４０を起動するときに座標系の関係が変化していれば、制御部１１は、座標系の関係を補正できるか判定する。制御部１１は、座標系の関係を補正できる場合、座標系の関係を補正し、キャリブレーションを実行しない。制御部１１は、座標系の関係を補正できない場合、再キャリブレーションを実行することによって、座標系の関係をあらためて特定する。

　言い換えれば、ロボット４０が停止した時に、又はロボット４０を起動するときに、キャリブレーションの必要性について判定してもよい。また、ロボット４０が停止したときは、異常停止したときに限られず、指定された作業を完了したときであってもよい。また、ロボット４０を起動するときは、異常停止した後に起動するときに限られず、指定された作業を開始するときであってもよい。

　制御部１１は、キャリブレーションを少なくとも１回実行したロボット４０を起動するときに、以下に説明するように、ロボット４０の座標系と空間情報取得部２０の座標系との関係が変化したか判定し、再キャリブレーションが必要か判定する。

　制御部１１は、ロボット４０を計測位置に移動させる。制御部１１は、計測位置をキャリブレーション範囲６０に含まれる点に設定する。計測位置は、例えばキャリブレーション位置の一部を含んでいてもよい。計測位置は、例えばキャリブレーション範囲６０の角の点を含んでいてもよい。計測位置は、例えば、上記で説明した第１位置または第２位置を含んでいてもよいし、第１位置および第２位置とは異なる位置を含んでいてもよい。計測位置は、前回のキャリブレーションで使用したキャリブレーション位置を含んでいてもよいし、前回のキャリブレーション位置とは異なる位置を含んでいてもよい。制御部１１は、例えばキャリブレーション範囲６０の内部の点を計測位置として設定してもよい。制御部１１は、これらの点に限られず、キャリブレーション範囲６０に含まれる種々の点を計測位置として設定してよい。制御部１１は、ロボット４０の移動先の計測位置を取得してよい。

　制御部１１は、ロボット４０を計測位置に移動させたときのマーク４６の認識結果を取得する。制御部１１は、マーク４６の認識結果に基づいてロボット４０の位置を計測結果として算出する。制御部１１は、計測位置の初期値と計測結果との差を算出する。制御部１１は、センサの検出結果に基づいてロボット４０を計測位置に移動させているので、センサに基づくロボット４０の位置を算出せずに、設定した計測位置そのものと計測結果との差を算出してよい。制御部１１は、ロボット４０を計測位置に移動させたときのセンサの検出結果を取得し、この検出結果からセンサに基づくロボット４０の位置を計測位置として算出して取得し、算出した計測位置を計測位置の初期値として、計測結果との差を算出してもよい。

　制御部１１は、計測位置の初期値と計測結果との差に基づいて座標系の関係を補正するか判定する。例えば、制御部１１は、計測位置の初期値と計測結果との差が所定の閾値より大きい場合に、座標系の関係を補正すると判定する。制御部１１は、複数の計測位置で計測結果を取得した場合、少なくとも１つの計測位置の初期値とその計測結果との差が所定の閾値より大きい場合に、座標系の関係を補正すると判定する。制御部１１は、計測位置の初期値と計測結果との差が所定の閾値以下である場合に、座標系の関係の補正、及び、再キャリブレーションが必要ないと判定する。制御部１１は、所定の閾値を適宜設定してよい。制御部１１は、例えばロボット４０の動作時の位置精度の仕様に基づいて、所定の閾値を設定してよい。

　制御部１１は、座標系の関係を補正する場合、ロボット４０の座標系に空間情報取得部２０の座標系を合わせるように、空間情報取得部２０の座標系を補正してよい。制御部１１は、空間情報取得部２０の座標系にロボット４０の座標系を合わせるように、ロボット４０の座標系を補正してもよい。

　具体的に、制御部１１は、空間情報取得部２０の座標系又はロボット４０の座標系を、回転させたり並進させたりして補正してよい。制御部１１は、空間情報取得部２０の座標系又はロボット４０の座標系を、拡大させたり縮小させたりして補正してよい。制御部１１は、空間情報取得部２０の座標系又はロボット４０の座標系の歪みを補正してもよい。制御部１１は、座標系の補正に基づいて、計測位置の補正値を算出してもよい。

　制御部１１は、１つの計測位置においてロボット４０の先端位置姿勢を取得し、マーク４６の向きを表す回転角等の情報に基づいて、座標系を並進方向だけでなく回転方向に補正してもよい。

　座標系の関係の変化の具体例が図３を参照して説明される。ロボット４０の（Ｘ＿ＲＢ，Ｙ＿ＲＢ，Ｚ＿ＲＢ）座標系に基づいて、計測位置の座標を頂点とする計測位置モデル７０が定められるとする。制御部１１は、計測位置モデル７０の各頂点（計測位置）にロボット４０を移動させてマーク４６の認識結果を取得する。空間情報取得部２０の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標系に基づいて取得したマーク４６の認識結果をロボット４０の（Ｘ＿ＲＢ，Ｙ＿ＲＢ，Ｚ＿ＲＢ）座標系に一致されるとき、算出された計測結果は、計測結果の座標を頂点とする計測結果モデル７２で表されるとする。計測位置モデル７０は、設定した計測位置そのもの、又は、センサの検出結果に基づいてロボット４０を計測位置に移動させたときの計測位置の初期値に対応する。計測結果モデル７２は、ロボット４０を計測位置に移動させたときのマーク４６の認識結果をロボット４０の（Ｘ＿ＲＢ，Ｙ＿ＲＢ，Ｚ＿ＲＢ）座標系に一致させるときの計測結果に対応する。制御部１１は、計測位置モデル７０と計測結果モデル７２との比較に基づいて、座標系の関係が変化したか判定する。本実施形態において、あらかじめ実行したキャリブレーションによって、ロボット４０の座標系と空間情報取得部２０の座標系とが一致していたとする。図３に例示される状態において、空間情報取得部２０の座標系は、ロボット４０の座標系に対して、回転方向及び並進方向に変化している。制御部１１は、空間情報取得部２０の座標系をロボット４０の座標系に一致させるように空間情報取得部２０の座標系を並進方向及び回転方向に補正してよい。

　制御部１１は、座標系の関係を補正した後、再度、ロボット４０を補正後の計測位置に移動させて計測結果を取得する。補正後の計測位置は、補正位置とも称される。座標系の関係を補正した後に取得した計測結果は、補正後計測結果とも称される。制御部１１は、補正位置と補正後計測結果との差が所定の閾値以下である場合に、座標系の関係が補正によって前回のキャリブレーションの実行時の関係に戻ったと判定し、ロボット４０の再キャリブレーションが必要ないと判定する。制御部１１は、座標系の関係の補正結果に基づいて、相対位置関係を更新する。具体的に、制御部１１は、計測位置の初期値と補正位置との差に基づいて相対位置関係を更新してよい。

　制御部１１は、補正位置と補正後計測結果との差が所定値より大きい場合に、座標系の関係が補正によって前回のキャリブレーションの実行時の関係に戻らないと判定し、ロボット４０の再キャリブレーションが必要であると判定する。

　上述してきた座標系の補正は、異常発生時に実行されてよい。具体的に、座標系の補正は、ロボット４０が異常停止した後にロボット４０を再起動するときに実行されてよい。また、座標系の補正は、空間情報取得部２０が動くことによって空間情報取得部２０の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標系が変化したときに実行されてもよい。座標系の補正は、異常発生時に限られず、ロボット４０の起動時に実行されてもよい。

（ロボット制御方法の手順例）
　ロボット制御装置１０の制御部１１は、ロボット４０の起動時又は異常からの回復時等に、図４に例示されるフローチャートの手順を含むロボット制御方法を実行してもよい。ロボット制御方法は、制御部１１を構成するプロセッサに実行させるロボット制御プログラムとして実現されてもよい。ロボット制御プログラムは、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体に格納されてよい。

　制御部１１は、計測位置を取得する（ステップＳ１）。制御部１１は、ロボット４０を計測位置へ移動させる（ステップＳ２）。制御部１１は、ロボット４０が移動した計測位置におけるマーク４６の認識結果を取得する（ステップＳ３）。制御部１１は、全計測位置でマーク４６の認識が完了したか判定する（ステップＳ４）。制御部１１は、全計測位置でマーク４６の認識が完了していない場合（ステップＳ４：ＮＯ）、ステップＳ２の手順に戻る。

　制御部１１は、全計測位置でマーク４６の認識が完了した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、計測位置の初期値と計測結果との差が所定の閾値以下であるか判定する（ステップＳ５）。制御部１１は、計測位置の初期値と計測結果との差が所定の閾値以下である場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、図４のフローチャートの手順の実行を終了する。

　制御部１１は、計測位置の初期値と計測結果との差が所定の閾値以下でない場合（ステップＳ５：ＮＯ）、つまり計測位置の初期値と計測結果との差が所定の閾値より大きい場合、座標系を補正し、補正位置を算出する（ステップＳ６）。制御部１１は、ロボット４０を補正位置へ移動させる（ステップＳ７）。制御部１１は、ロボット４０が移動した補正位置におけるマーク４６の認識結果を取得し、補正後計測結果を取得する（ステップＳ８）。

　制御部１１は、補正位置と補正後計測結果との差が所定の閾値以下であるか判定する（ステップＳ９）。制御部１１は、補正位置と補正後計測結果との差が所定の閾値以下である場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、計測位置の初期値と計測結果との差に基づいて補正値を算出し、キャリブレーション値を更新する（ステップＳ１０）。キャリブレーション値は、相対位置関係を表す。制御部１１は、ステップＳ１０の手順の実行後、図４のフローチャートの手順の実行を終了する。

　制御部１１は、補正位置と補正後計測結果との差が所定の閾値以下でない場合（ステップＳ９：ＮＯ）、つまり計測位置の補正値と計測結果との差が所定の閾値より大きい場合、ロボット４０の再キャリブレーションが必要であると決定する（ステップＳ１１）。制御部１１は、ステップＳ１１の手順の実行後、図４のフローチャートの手順の実行を終了する。制御部１１は、ステップＳ１１の手順の実行後、ロボット４０の再キャリブレーションを実行してもよい。

（小括）
　以上述べてきたように、本実施形態に係るロボット制御装置１０及びロボット制御方法によれば、ロボット４０の起動時又は異常からの回復時等において、計測位置と計測結果との差が所定の閾値より大きい場合に座標系が補正される。そして、座標系の補正後の計測位置と計測結果との差が所定の閾値より大きい場合に再キャリブレーションが必要と判定され得る。逆に言えば、座標系の補正後の計測位置と計測結果との差が所定の閾値以下となる場合に再キャリブレーションが不要と判定され得る。このようにすることで、異常発生時の作業負荷が低減され得る。

　本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は改変を行うことが可能であることに注意されたい。従って、これらの変形又は改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

　本開示に記載された構成要件の全て、及び／又は、開示された全ての方法、又は、処理の全てのステップについては、これらの特徴が相互に排他的である組合せを除き、任意の組合せで組み合わせることができる。また、本開示に記載された特徴の各々は、明示的に否定されない限り、同一の目的、同等の目的、または類似する目的のために働く代替の特徴に置換することができる。したがって、明示的に否定されない限り、開示された特徴の各々は、包括的な一連の同一、又は、均等となる特徴の一例にすぎない。

　さらに、本開示に係る実施形態は、上述した実施形態のいずれの具体的構成にも制限されるものではない。本開示に係る実施形態は、本開示に記載された全ての新規な特徴、又は、それらの組合せ、あるいは記載された全ての新規な方法、又は、処理のステップ、又は、それらの組合せに拡張することができる。

　１　ロボット制御システム
　１０　ロボット制御装置（１１：制御部、１２：記憶部）
　２０　空間情報取得部
　４０　ロボット（４２：アーム、４４：エンドエフェクタ、４６：マーク）
　５０　物体
　６０　キャリブレーション範囲
　７０　計測位置モデル
　７２　計測結果モデル

Claims

　ロボットを制御する制御部を備え、
　前記制御部は、
　前記ロボットの移動先の計測位置を取得し、
　空間情報取得部で取得した前記ロボットの動作空間に関する空間情報に基づいて算出された前記ロボットの位置の計測結果を取得し、
　前記計測位置と前記計測結果とに基づいて前記ロボットのキャリブレーションを実行するか判定する、
ロボット制御装置。
　前記制御部は、前記計測位置と前記計測結果との差に基づいて、前記空間情報取得部の座標系又は前記ロボットを制御する座標系を補正する、請求項１に記載のロボット制御装置。
　前記制御部は、前記空間情報取得部の座標系又は前記ロボットを制御する座標系を、回転、並進、拡大若しくは縮小、又は、歪みについて補正する、請求項２に記載のロボット制御装置。
　前記制御部は、
　補正した座標系において前記ロボットを計測位置に移動させて前記ロボットの位置を補正後計測結果として算出し、
　前記計測位置と前記補正後計測結果との差が所定値以上である場合、前記ロボットのキャリブレーションを実行する、請求項２又は３に記載のロボット制御装置。
　前記制御部は、前記ロボットのうち、前記キャリブレーションを少なくとも１回実行しているロボットに対して、前記キャリブレーションを再実行するか否か判定することができる、請求項１から４までのいずれか一項に記載したロボット制御装置。
　請求項１から５までのいずれか一項に記載のロボット制御装置と、前記ロボットとを備える、ロボット制御システム。
　ロボットを制御する制御部が、前記ロボットの移動先の計測位置を取得し、
　空間情報取得部で取得した前記ロボットの動作空間に関する空間情報に基づいて算出された前記ロボットの位置の計測結果を取得することと、
　前記計測位置と前記計測結果とに基づいて前記ロボットのキャリブレーションを実行するか判定することと
を含む、ロボット制御方法。