机械手、搬运系统、机械手控制装置、机械手的控制方法以及存储介质

技术领域

本发明的实施方式通常涉及机械手、搬运系统、机械手控制装置、机械手的控制方法以及存储介质。

背景技术

存在把持物体的机械手。期望机械手能够与其他装置更高速地进行通信。

发明内容

发明要解决的问题

本发明提供能够实现与其他装置的更高速的通信的机械手、搬运系统、机械手控制装置、机械手的控制方法以及存储介质。

根据本发明的实施方式，机械手把持物体。所述机械手包括第1通信部、第2通信部以及手控制部。所述第1通信部与第1装置进行与把持动作相关的把持数据的通信。所述第2通信部能够比所述第1通信部更高速地进行通信，与第2装置进行用于开始所述把持动作的开始通知以及表示所述把持动作的结束的结束通知的通信。所述手控制部控制所述把持动作。所述手控制部根据输入到所述第2通信部的所述开始通知，开始基于输入到所述第1通信部的所述把持数据的所述把持动作。并且，所述手控制部对应于所述把持动作的结束，执行从所述第2通信部向所述第2装置的所述结束通知的输出，并执行所述把持动作的结果或者所述机械手的状态中的至少任一个从所述第1通信部向所述第1装置的输出。

根据实施方式，能够提供能够实现与其他装置的更高速的通信的机械手、搬运系统、机械手控制装置、机械手的控制方法以及存储介质。

附图说明

图1是表示实施方式的搬运系统的功能的示意图。

图2是表示实施方式的搬运系统的结构的示意图。

图3是实施方式的搬运系统的控制时序(sequence)图。

图4是表示与实施方式的搬运系统的把持开始判断相关的处理的流程图。

图5是表示实施方式的搬运系统的把持结束判断的流程图。

图6是表示实施方式的搬运系统的把持动作结束时的控制的流程图。

图7是表示参考例的搬运系统的功能的示意图。

图8是表示实施方式的变形例的搬运系统的结构的示意图。

图9是表示实施方式的变形例的机械手的示意图。

图10是表示实施方式的变形例的搬运系统的把持结束判断的流程图。

图11是表示实施例的搬运系统的示意图。

图12是表示实施例的搬运系统的处理装置的功能的示意图。

图13是表示由实施例的搬运系统进行的处理的流程图。

图14是表示硬件结构的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的各实施方式进行说明。

附图是示意性或者概念性的图，各部分的厚度与宽度的关系、部分间的大小的比例等未必与现实相同。即使在表示相同的部分的情况下，也存在根据附图而不同地表示彼此的尺寸、比例的情况。

在本申请说明书和各图中，对于与已经说明的要素相同的要素标注相同的附图标记，并适当省略详细的说明。

图1是表示实施方式的搬运系统的功能的示意图。

如图1所示，实施方式的搬运系统1包括机械手100、机械臂200以及处理装置300。搬运系统1执行对物体的搬运。在搬运中，执行对物体的把持、对物体的输送以及对所把持的物体的释放。

机械手100把持物体。机械手100包括第1通信部101、第2通信部102以及手控制部105。手控制部105控制机械手100的动作。第1通信部101与处理装置300进行通信。

机械臂200使机械手100移动。机械臂200包括第3通信部203、第4通信部204以及臂控制部205。臂控制部205控制机械臂200的动作。第3通信部203与处理装置300进行通信。第4通信部204与第2通信部102进行通信。

处理装置300执行与机械手100的把持动作相关的把持数据的生成、机械臂200的控制数据的生成等。在第1通信部101与处理装置300之间，进行把持数据、把持动作的结果、机械手100的状态的通信。在第3通信部203与处理装置300之间，进行机械臂200的控制数据的通信。在第2通信部102与第4通信部204之间，进行与把持动作相关的信号以及与机械臂200的控制相关的信号的通信。第2通信部102能够比第1通信部101更高速地进行通信。第4通信部204能够比第3通信部203更高速地进行通信。例如，在第2通信部102与第4通信部204之间通信的数据量比在第1通信部101与处理装置300之间通信的数据量小，并且比在第3通信部203与处理装置300之间通信的数据量小。

例如，第1通信部101和第3通信部203经由从串行通信(RS-232C、RS-422或者RS-485)、串行外设接口(SPI)、内部集成电路(I2C)、通用串行总线(USB)、以太网以及蓝牙(注册商标)中选择的一个以上，与处理装置300进行通信。第1通信部101和第3通信部203是与任一个通信方式对应的通信接口(I/F)。通过使用基于这些方式的通信，能够稳定地进行把持数据等容量较大的数据的通信。

第2通信部102和第4通信部204经由从数字输入输出(I/O)和并行通信中选择的一个以上来相互通信。作为并行通信，能够举出总线连接、高级技术附件(ATA)或者外围设备互连(PCI)。第2通信部102和第4通信部204是与任意通信方式对应的通信I/F。通过使用基于这些方式的通信，与第1通信部101以及第3通信部203相比，第2通信部102以及第4通信部204能够更高速地进行通信。

手控制部105和臂控制部205各自具有控制装置，该控制装置包括运算处理装置和存储区域。手控制部105和臂控制部205根据存储在各自的存储区域中的程序进行动作。第1通信部101和第2通信部102可以与手控制部105分开设置并与手控制部105相连接。或者，第1通信部101和第2通信部102也可以嵌入到作为手控制部105发挥功能的控制装置。第3通信部203和第4通信部204可以与臂控制部205分开设置并与臂控制部205相连接。或者，第3通信部203和第4通信部204也可以嵌入到作为臂控制部205发挥功能的控制装置。

图2是表示实施方式的搬运系统的结构的示意图。

例如，如图2所示，机械臂200是具有第1轴211～第6轴216这六个轴的垂直多关节机器人。机械臂200固定于框体210。臂控制部205使第1轴211～第6轴216进行动作，从而使机械臂200的前端部移动，或者调整机械臂200的前端部的姿势。

在框体210内收纳有用于驱动电动机那样的电动致动器的电源装置、用于驱动流体致动器的储气瓶、罐、以及压缩机、各种安全机构等搬运系统1的各种部件及设备。处理装置300也可以收纳于框体210内。

机械手100经由力传感器217安装于机械臂200的前端部。力传感器217检测在从机械手100朝向机械臂200的前端部的方向上施加于机械臂200的力。换言之，力传感器217检测从机械臂200(机械手100)朝向物体的按压力。

机械臂200的“前端部”是指在机械臂200处通过第1轴211～第6轴216而具有6自由度以上的部分。以下，“姿势”是指机械臂200的前端部的姿势(换言之，机械手100的姿势)。

机械臂200不限于图2所示的例子，也可以是水平多关节机器人、直动机器人、正交机器人或者并联链接机器人(parallel link robot)，来代替垂直多关节机器人。机械臂200也可以包括从垂直多关节机器人、水平多关节机器人、直动机器人、正交机器人以及并联链接机器人中选择的两个以上的组合。

在图2的例子中，机械手100通过使用了夹持机构110的夹持来把持物体。夹持机构110包括两个以上的手指。机械手100除了夹持以外，也可以通过吸附或者阻塞(jamming)来把持物体。在此，具体地说明机械手100夹持物体的情况下的控制方法。

图3是实施方式的搬运系统中的控制时序图。

首先，处理装置300向臂控制部205输出(发送)控制指示S1。控制指示S1包括与机械臂200的位置控制相关的位置控制数据和与机械臂200的力控制相关的力控制数据。作为位置控制数据，输出机械臂200的位置目标、机械臂200至位置目标为止的移动路径以及位置目标处的把持姿势等。作为力控制数据，输出把持动作时的力目标等。臂控制部205根据控制指示S1的输入(接收)，执行基于位置控制数据的位置控制。在位置控制中，执行机械臂200的前端部沿着移动路径朝向位置目标的移动和姿势的设定。

在输出控制指示S1之后，处理装置300向手控制部105输出把持动作指示S3。把持动作指示S3包括与把持动作相关的把持数据。把持数据包括把持(夹持)物体时的把持宽度和把持力。把持宽度是把持物体时的夹持机构110的手指彼此的间隔，与任意的一个方向上的物体的长度相对应。把持力表示通过夹持机构110夹住物体时的力的大小。

当输入把持动作指示S3时，手控制部105执行把持开始判断。如果在把持开始判断中输入触发把持开始的信号，则手控制部105开始把持动作。此外，在把持开始判断中，手控制部105向臂控制部205输出力控制继续信号开S5。力控制继续信号开S5表示可以执行力控制。

当位置控制结束时，臂控制部205向手控制部105输出位置目标到达信号开S7。位置目标到达信号开S7表示机械臂200到达位置目标，机械臂200的姿势已设定为把持姿势。如果在把持开始判断中输入位置目标到达信号开S7，则手控制部105开始机械手100的把持动作。即，位置目标到达信号开S7是作为用于开始把持动作的触发器的信号。此外，当开始把持动作时，手控制部105执行把持结束判断。

臂控制部205以力控制继续信号开S5的输入以及位置目标到达信号开S7的输出为条件，开始力控制。臂控制部205使机械臂200的前端部朝向物体移动，直到由力传感器217检测到的力到达预先设定的值为止。由此，将机械手100朝向物体按压。

手控制部105在把持动作中获取机械手100的手状态数据S9。例如，手状态数据S9包括电动机的电流值、旋转量等，表示把持宽度和把持力。

手控制部105在把持结束判断中，判断由手状态数据S9表示的把持宽度和把持力是否到达了由把持动作指示S3指示的值。当实现了所指示的把持宽度和把持力时，手控制部105结束机械手100的把持动作。例如，在把持动作已结束时，机械手100把持着物体。

当把持动作结束时，手控制部105向臂控制部205输出力控制结束信号开S11。力控制结束信号开S11表示把持动作已结束。

如果在输入力控制继续信号开S5之后输入力控制结束信号开S11，则臂控制部205结束力控制。臂控制部205接收力控制结束信号开S11，或者当力传感器217的检测值到达力目标时，向手控制部105输出力目标到达信号开S13。力目标到达信号开S13表示在力控制中力传感器217的检测值到达了力目标的值或者力控制已结束。

当输入力目标到达信号开S13时，手控制部105向臂控制部205输出力控制继续信号关S15。如果在输入力控制继续信号开S5后输入力控制继续信号关S15，则臂控制部205使机械臂200动作，使机械手100和物体上升。例如，机械臂200在上升之后将所把持的物体向指定的场所输送。

手控制部105在输出力控制继续信号关S15之后，向处理装置300输出把持动作结果S17和手状态S19。把持动作结果S17表示由机械手100进行的把持动作中的把持成功或者失败。手状态S19包括驱动机械手100的电动机的位置、速度、以及电流值、把持动作结果等。在把持动作失败的情况下，手状态S19还可以包括表示失败的原因的错误状态。

图4是表示与实施方式的搬运系统的把持开始判断相关的处理的流程图。

臂控制部205判断在位置控制中是否到达了位置目标(步骤St1)。在未到达位置目标的情况下，臂控制部205判断机械臂200是否到达了区域极限(步骤St3)。区域极限是机械臂200的动作区域的极限。在未到达区域极限的情况下，手控制部105判断在位置控制开始之后是否经过了预先指定的时间(步骤St5)。该时间由用户预先设定为能够执行位置控制的限制时间。在未经过指定时间的情况下，再次执行步骤St1。在执行了步骤St1、St3以及St5的每一个时，经由第2通信部102和第4通信部204在机械手100与机械臂200之间适当地对判断结果进行通信。

在判断出到达了位置目标、到达了区域极限或者经过了指定时间的情况下，手控制部105判断是否接收到了位置目标到达信号开S7(步骤St9)。更具体而言，在由臂控制部205判断出到达了位置目标或者到达了区域极限的情况下，臂控制部205生成位置目标到达信号开S7。臂控制部205向手控制部105发送位置目标到达信号开S7，并且结束位置控制，转换为力控制。当接收到位置目标到达信号开S7时，手控制部105使机械手100开始把持动作(步骤St11)。当由手控制部105判断出经过了预先指定的时间时，手控制部105生成位置控制结束信号开，并向臂控制部205发送。当接收到位置控制结束信号开时，臂控制部205向手控制部105发送位置目标到达信号开S7，并且结束位置控制，转换为力控制。当接收到位置目标到达信号开S7时，手控制部105开始把持动作(步骤St11)。或者，也可以是，在判断出经过了预先指定的时间的情况下，手控制部105在接收到位置目标到达信号开S7之前，生成位置控制结束信号开，并且开始把持动作。在手控制部105与臂控制部205之间正常通信的情况下，手控制部105与位置控制结束信号开的生成和发送对应地接收位置目标到达信号开S7。其原因在于，能够将位置控制结束信号开的生成视为位置目标到达信号开S7的接收。

图5是表示实施方式的搬运系统的把持结束判断的流程图。

当把持动作开始时，手控制部105基于手状态数据S9来计算把持力。例如，机械手100包括夹持物体的手指。手指的关节由电动机驱动。手控制部105根据电动机的电流值来计算把持力。手控制部105将计算出的把持力与由处理装置300指示的目标把持力进行比较。手控制部105判断目标把持力是否已持续一定时间(步骤St21)。

在目标把持力未持续一定时间的情况下，手控制部105判断机械手100的动作是否停止(步骤St23)。动作的停止基于电动机的旋转量来判断。例如，在电动机的旋转速度低于预先设定的阈值的情况下，判断为机械手100的动作停止。在机械手100的动作未停止的情况下，手控制部105判断是否超时(步骤St25)。即，判断从把持动作的开始起是否经过了预先设定的时间。在未超时的情况下，再次执行步骤St21。

在目标把持力持续了一定时间的情况下，手控制部105判断为夹持成功，并结束把持动作。在机械手100的动作停止的情况或者超时的情况下，手控制部105判断为夹持失败，并结束把持动作。将成功或者失败的结果从手控制部105向处理装置300输出。

图6是表示实施方式的搬运系统的把持动作结束时的控制的流程图。

手控制部105判断把持动作是否已结束(步骤St31)。当把持动作结束时，手控制部105向臂控制部205输出力控制结束信号开S11(步骤St33)。手控制部105判断力控制是否已结束(步骤St35)。即，手控制部105判断是否从臂控制部205输入了力目标到达信号开S13。当力控制结束时，手控制部105向臂控制部205输出力控制继续信号关S15(步骤St37)。在机械臂200的作用下，机械手100和物体上升。

除了上述的各种信号之外，也可以在第2通信部102与第4通信部204之间进行指示动作停止的停止信号的通信。在力传感器217的检测值超过阈值的情况下，机械臂200判断为向机械手100或者机械臂200施加了过大的力。臂控制部205停止机械臂200的动作。此外，停止信号经由第4通信部204和第2通信部102从臂控制部205向手控制部105进行通信。当接收到停止信号时，手控制部105停止机械手100的动作。例如，在机械手100或者机械臂200撞上什么时，机械手100和机械臂200的动作立即停止。

或者，在电动机的电流值超过阈值的情况下，手控制部105判断为过大的电流流过电动机。手控制部105停止机械手100的动作。此外，停止信号经由第2通信部102和第4通信部204从手控制部105向臂控制部205进行通信。当接收到停止信号时，臂控制部205停止机械臂200的动作。例如，在机械手100发生异常状况时，机械手100和机械臂200的动作立即停止。根据这些控制，能够提高机械手100和机械臂200的安全性。

对实施方式的优点进行说明。

为了把持各种物体，优选计算把持动作时的把持力、把持宽度等把持数据，并基于该把持数据执行把持。为了计算把持数据，优选将处理装置300与机械手100以及机械臂200分开设置。通过设置处理装置300，与将处理装置300的功能嵌入至机械手100或者机械臂200的情况相比，能够使机械手100和机械臂200小型化。此外，在将机械手100和机械臂200分别作为模块使用时，能够将机械手100和机械臂200分别与更多种类的其他机械臂200和其他机械手100组合。即，能够提高机械手100和机械臂200的模块性。

此外，把持动作要求机械手100与机械臂200之间的协作。例如，在机械臂200到达位置目标之后，开始由机械手100进行的把持动作。在机械手100的把持动作之后，机械臂200上升。为了使机械手100与机械臂200协作，优选在机械手100与机械臂200之间进行与把持动作有关的信号以及与机械臂200的控制有关的信号的通信。

图7的(a)和图7的(b)是表示参考例涉及的搬运系统的功能的示意图。

例如在图7的(a)所示的搬运系统R1，机械手100r1既不包括第2通信部102也不包括手控制部105。机械臂200r1不包括第4通信部204。在搬运系统R1，处理装置300承担机械手100r1的控制。根据搬运系统R1，能够提高机械手100r1的模块性。

在图7的(b)所示的搬运系统R2，机械手100r2不包括第1通信部101。在搬运系统R2，机械臂200r2在与机械手100r2之间，除了进行与把持动作的开始及结束相关的信号的通信之外，还进行把持数据等的指示的通信。根据搬运系统R2，能够使机械手100r2与机械臂200r2之间的通信高速化，能够更早地执行搬运系统R2的动作。

另一方面，关于图7的(a)所示的搬运系统R1，当为了准确且高效的把持动作而增加处理装置300的计算量时，机械手100r1与处理装置300之间的通信、以及机械臂200r1与处理装置300之间的通信产生延迟。其结果是，由机械手100r1以及机械臂200r1进行的搬运所需的时间变长。

关于图7的(b)所示的搬运系统R2，在机械臂200r2的臂控制部205嵌入了与所连接的机械手100r2相对应的固有的控制部。因此，无法将机械手100r2更换为其他种类的机械手100r2。另外，在更换机械臂200r2的情况下，机械手100r2也需要更换为与更换后的机械臂200r2相对应的机械手100r2。在搬运系统R2，机械手100r2和机械臂200r2的模块性受损。

关于这些问题，根据实施方式的机械手100，第1通信部101与处理装置300(第1装置)进行与把持动作相关的把持数据的通信。第2通信部102在与机械臂200(第2装置)之间进行开始通知和结束通知的通信。开始通知是用于开始把持动作的通知，在图3所示的例子中，与位置目标到达信号开S7相对应。结束通知是表示把持动作的结束的通知，在图3所示的例子中，与力控制结束信号开S11相对应。

手控制部105根据输入到第2通信部102的开始通知，开始基于输入到第1通信部101的把持数据的把持动作。在把持动作结束时，手控制部105从第2通信部102向机械臂200输出结束通知。此外，手控制部105从第1通信部101向处理装置300输出把持动作结果S17或者手状态S19。

根据实施方式的机械臂10，第2通信部102在与机械臂200之间进行与把持动作的开始及结束相关的开始通知及结束通知的通信。由此，与如搬运系统R1那样经由处理装置300在机械手100与机械臂200之间进行通信的情况相比，能够更早地执行与搬运相关的动作。其结果是，能够在更短的时间内完成物体的搬运，能够提高搬运的效率。

另外，根据实施方式的机械臂200，第1通信部101在与处理装置300之间进行把持数据、把持动作结果、手状态等的通信。由此，不需要如搬运系统R2那样在臂控制部205嵌入用于机械手100的控制部。因此，能够抑制机械臂200的模块性的降低。

根据实施方式，能够提高机械臂200的模块性，并且能够更高速地在机械手100和机械臂200之间进行通信。

第2通信部102除了开始通知和结束通知之外，还在与机械臂200之间传送如下通知：表示机械臂200的按压力到达了力目标的通知(力目标到达信号开S13)、用于开始机械臂200的上升的通知(力控制继续信号关S15)等。根据实施方式，这些通知也能够更高速地进行通信，能够进一步提高搬运的效率。

与机械手100同样地，机械臂200包括第3通信部203和第4通信部204。在第3通信部203与处理装置300之间进行控制指示S1的通信。在第4通信部204与机械手100(第3装置)之间，进行开始通知和结束通知的通信。另外，在第4通信部204与机械手100之间，伴随着结束通知，进行力目标到达信号开S13和力控制继续信号关S15的通信。通过设置第3通信部203和第4通信部204，能够抑制机械臂200的模块性的降低，同时与机械手100进行更高速的通信。

此外，通过与机械手100的把持动作一起执行机械臂200的力控制，即使是不包括高机能的传感器的机械手100，也能够执行与手前端的负载及接触状况相对应的复杂任务。

例如，能够使机械手100相对于物体倾斜地定位，执行抄起并把持物体的动作。机械手100也可以一边抄起物体一边夹持该物体。在这些动作中，需要进行使机械手100一边与地面接触一边移动的“仿形动作”。在与地面接触时，基于力传感器217的检测值来对机械臂200进行控制，由此能够更稳定地执行仿形动作。

或者，在物体彼此密接配置的情况下，能够执行将夹持机构110的手指插入它们的间隙来把持任一个物体的动作。在该动作中，需要调整各个手指的位置的“插入动作”。根据由力传感器217检测出的施加到手指的反作用力来控制机械手100和机械臂200，由此，能够更稳定地执行插入动作。

(变形例)

图8是表示实施方式的变形例的搬运系统的结构的示意图。

变形例的搬运系统1a包括机械手100a。机械手100a包括吸附机构来代替夹持机构110。通过在机械手100与物体接触的状态下使吸附机构进行动作，能够吸附并把持物体。

图9是表示实施方式的变形例的机械手的示意图。

如图9所示，机械手100a包括基座121、旋转部122、吸引装置123、多个切换阀124、多个吸附垫125、基座前端部126以及旋转部127。

基座121例如具有长方体状的外形，构成机械手100a的外轮廓。基座121经由旋转部122与机械臂200连结。基座121既可以构成为箱状，也可以仅由框架构成。

旋转部122将基座121以能够旋转的方式与机械臂200连结。旋转部122的旋转中心轴C实质上平行于机械臂200的前端部与基座121排列的方向。旋转部122能够使机械手100a的基座121相对于机械臂200向θ方向及其相反方向旋转。此外，旋转部122也可以设置为机械臂200的一部分，而不是设置为机械手100a的一部分。

吸引装置123设置于基座121的内侧。吸引装置123例如是真空泵。吸引装置123经由软管等与多个吸附垫125分别连通。通过驱动吸引装置123，各吸附垫125内的压力变得比大气压低，通过吸附垫125吸附物体。吸附垫125内的压力由未图示的负压传感器检测。

多个切换阀124相对于多个吸附垫125分别设置。各切换阀124设定为第1状态或者第2状态。在第1状态下，吸引装置123与对应的吸附垫125连通。在第2状态下，吸附垫125与吸引装置123之间的连通阻断，吸附垫125与机械手100a的外部(大气压空间)连通。例如，根据所把持的物体的大小来调整设定为第1状态的切换阀124的数量。

基座前端部126经由旋转部127与基座121的一端部连结。多个吸附垫125在基座前端部126的一端部相互排列配置。旋转部127设置于基座前端部126与基座121之间，将基座前端部126以能够旋转的方式相对于基座121连结。

通过使包括吸引装置123、多个切换阀124以及多个吸附垫125的吸附机构进行动作，能够吸附并把持物体。

在变形例所涉及的搬运系统1a，与搬运系统1同样地执行图3的控制时序图所示的控制。在搬运系统1a，通过把持动作指示S3输出的把持数据包括把持所使用的吸附垫125和吸附时的压力。手状态数据S9包括由负压传感器检测出的各吸附垫125的压力。

此外，在通过吸附来把持物体的情况下，可以在由机械臂200进行的位置控制中，开始由吸附垫125进行的吸引。即，手控制部105可以在输入把持动作指示S3之后并且在输入位置目标到达信号开S7之前开始把持动作。由此，能够更早地把持物体。

图10是表示实施方式的变形例所涉及的搬运系统的把持结束判断的流程图。

手控制部105针对把持所使用的吸附垫125中的任一个，获取负压传感器的值(步骤St41)。手控制部105将所获取的值转换为压力(步骤St43)。手控制部105判断压力是否小于预先设定的阈值(步骤St45)。阈值与所输入的把持数据所包含的压力相对应。在压力小于阈值的情况下，手控制部105判断为物体的把持成功，并结束判断处理。

在压力为阈值以上的情况下，手控制部105对把持所使用的其他吸附垫125循环进行步骤St41、St43以及St45的处理。对于所使用的任一个吸附垫125，在压力为阈值以上的情况下，臂控制部205判断力传感器217的检测值是否到达了力目标、或者机械臂200是否到达了区域极限(步骤St47)。臂控制部205向手控制部105发送判断结果。在步骤St47中判断为否的情况下，手控制部105继续把持动作。即，再次执行图10所示的流程图的处理。在步骤St47中判断为“是”的情况下，手控制部105判断为物体的把持已失败，并结束判断处理。

在搬运系统1a，与搬运系统1同样地，按照图6所示的流程图，执行把持动作结束时的控制。

根据变形例的搬运系统1a，与搬运系统1同样地，能够抑制机械臂200的模块性的降低，并且能够更高速地在机械手100a与机械臂200之间进行通信。

(实施例)

图11是表示实施例所涉及的搬运系统的示意图。

如图11所示，实施例的搬运系统2包括机械手100a、机械臂200、处理装置300、相机401～404。搬运系统2在把持位置HP把持物体OBJ，进行输送并在释放位置RP释放。这样的动作也称为物体OBJ的拣选(输送)。在该例子中，机械手100a通过吸附来把持物体。

相机401～404例如是RGB图像相机、距离图像相机、激光测距仪、激光成像探测和测距仪(LiDAR：laser imaging detection and ranging)等，能够获取图像信息和距离信息(三维信息)。例如，搬运系统2包括把持用的相机401、把持状态确认或者校准用的相机402、释放用的相机403以及临时载置用的相机404。

在把持位置HP存在要把持(搬出)的物体OBJ。把持用的相机401在把持位置HP拍摄并检测物体OBJ及其周围区域。在把持位置HP处，例如，物体OBJ收纳于集装箱或者托盘等容器451内。在该情况下，把持用的相机401拍摄并检测容器451内的一部分或者全部。

校准用的相机402在校准位置处拍摄并检测物体OBJ。校准位置设定在比容器451外的把持位置HP靠上方。

释放用的相机403在释放(装入)物体OBJ的释放位置RP处拍摄并检测释放位置RP及其周围区域。在释放位置RP处，物体OBJ例如收纳于集装箱或者托盘等容器452内。在该情况下，释放用的相机403拍摄并检测容器452内的一部分或者全部。

临时放置用的相机404拍摄并检测临时放置位置Pt及其周围区域。临时放置位置Pt是与把持位置HP以及释放位置RP不同的位置。在临时放置位置Pt处，物体OBJ临时放置在例如桌子或者工作台那样的临时放置面453上。在该情况下，临时放置用的相机404拍摄并检测临时放置面453的一部分或者全部。

图12是表示实施例的搬运系统的处理装置的功能的示意图。

处理装置300例如包括整合部301、图像处理部302、信号处理部303、把持计划生成部304、释放计划生成部305、动作计划生成部306、机器人控制部307、外围设备I/O控制部308、学习控制部309、错误检测部310以及内部DB 311。

整合部301基于来自外部I/F 320的用户输入信息、搬运系统2的状态以及力传感器217的检测值，来执行搬运系统2的作业计划的生成、运用以及管理。

图像处理部302对从相机401～404得到的图像和信息(检测值)进行处理，生成动作计划、动作控制、错误检测、学习等所需的信息。

信号处理部303对从力传感器217得到的信息(检测值)进行处理，生成动作计划、动作控制、错误检测等所需的信息。

把持计划生成部304计算位置控制数据、力控制数据、把持数据等。即，把持计划生成部304计算物体OBJ的把持方法、把持位置HP、把持位置HP处的把持姿势、向把持位置HP的移动路径、把持宽度以及把持力。以机械手100a和机械臂200不干涉到周围环境的方式计算移动路径。

释放计划生成部305计算物体OBJ的设置方法、释放位置RP、释放位置RP处的把持方法、释放方法、释放姿势以及向释放位置RP的移动路径。设置方法是用于在释放把持的物体OBJ的场所设置物体OBJ的方法。作为一例，设置方法是对物体OBJ的按压。

动作计划生成部306按照来自整合部301的指示，计算动作方法、动作速度、动作路径等机器人动作信息，以使机械臂200从当前位置经由能够移动的路径(经由点)向把持位置HP、临时放置位置Pt、释放位置RP等移动。

机器人控制部307按照由把持计划生成部304、释放计划生成部305或者动作计划生成部306生成的信息以及来自整合部301的各种动作切换指示等，控制搬运系统2。另外，机器人控制部307按照从整合部301获取的各种姿势信息、轨道计划信息、位置控制数据、力控制数据、把持数据等，控制机械手100a和机械臂200。

外围设备I/O控制部308执行用于各种输送设备的控制、安全门等外围设备330的控制以及各种传感器信息的获取等各种控制的I/O控制。

学习控制部309控制学习功能。学习功能包括用于机械臂200的振动抑制等动作精度提高的机器人模型学习、用于物体OBJ的把持性能提高的把持控制参数学习及把持数据库学习、用于作业计划的实施性能提高的错误检测学习等。

错误检测部310基于搬运系统2的状态、作业计划的实施状态、驱动控制状态、物体OBJ的把持状态、输送的状态等来检测错误。错误检测例如能够通过如下方式实现：将力传感器217的输出转换为手前端坐标所得的值、或经过低通滤波器的转换后的值如果超过预先设定的阈值，则判断为错误。其结果是，能够进行中断处理中的作业之后转移到恢复动作等处理。

内部数据库(DB)311包括机器人数据库(机器人DB)、手数据库(手DB)、物体数据库(物体DB)、把持数据库(把持DB)以及环境数据库(环境DB)。

在机器人DB中存储有搬运系统2的构造、各部的尺寸、重量、惯性力矩、各驱动部的动作范围及速度、以及扭矩性能。

在手DB中存储有与机械手100a的功能以及机械手100a的把持的特性相关的信息。

在物体DB中存储有物体OBJ的名称、识别编号、类别、全面的图像信息、CAD模型信息、重量信息以及把持时的特性信息。特性信息是表示柔软、容易损坏或者形状会变化等所把持的物体OBJ的特性的信息。

在把持DB中，对于物体OBJ，针对机械手100a的每种把持方法，存储有可把持位置、可把持姿势、表示把持的容易度的分数信息、把持时的可压入量、用于把持判断的判断阈值、以及用于错误检测的判断阈值。作为把持方法，例如能够举出吸附方式、并行二指方式、平行四指方式或者多关节方式。

在环境DB中保存有搬运系统2所对应的作业台的信息、表示搬运系统2的动作范围和周围的障碍物的周围环境信息等。

外部I/F 320执行整合部301(处理装置300)与外部设备(未图示)之间的数据的输入和输出。

图13是表示由实施例所涉及的搬运系统进行的处理的流程图。

整合部301经由外部I/F 321从外部设备接收物体OBJ的输送指示(搬运指示)(步骤St51)。

整合部301基于相机401拍摄到的图像或者光电传感器、微动开关那样的其他传感器的检测值，对物体OBJ或者收纳有该物体OBJ的容器451到达把持位置HP这一情况进行检测(步骤St52)。

整合部301控制相机401，来拍摄物体OBJ的把持位置HP及其周围(步骤St53)。例如，相机401对收纳有物体OBJ的容器451的内部进行拍摄。

图像处理部302根据相机401拍摄到的图像，执行有无物体OBJ的判断、物体OBJ的可把持面的识别。进而，图像处理部302计算物体OBJ的可把持面的形状和大小、三维空间内的位置和姿态等把持面信息(步骤St54)。

把持计划生成部304计算周围信息和附加信息(步骤St55)。周围信息基于把持面信息来计算，是与容器451内的物体OBJ以外的物体(周围部件)相关的信息。附加信息基于把持面信息和物体DB的信息来计算，表示执行力控制时的机械臂200的移动方向、按压力的大小、移动允许范围等。

把持计划生成部304基于把持面信息，来计算用于机械臂200把持物体OBJ的可把持面的多个把持信息(步骤St56)。把持计划生成部304基于计算出的多个把持信息，选择作为把持对象的物体OBJ、把持位置HP、把持姿势、力目标、把持宽度以及把持力。然后，动作计划生成部306生成从机械臂200的当前位置到把持位置HP以及把持姿势的移动信息。在该情况下，把持信息除了把持位置信息和把持姿势信息之外，还包括在步骤St55中计算出的周围信息和附加信息。

在步骤St56的处理中，整合部301在生成把持信息和移动信息时，在不存在物体OBJ以外的物体与机械臂200的干涉的可能性或者可能性低的情况下，选择高速的动作。另一方面，整合部301在机械手100a、物体OBJ以及其他物体之间的干涉的可能性高的情况下选择低速的动作。作为可能性高的情况，能够举出机械手100a接近容器451时、机械手100a进入容器451内时等。并且，动作计划生成部306在干涉的可能性高的情况下，决定在机械手100a产生的力的目标值。

机器人控制部307向机械臂200输出位置控制数据和力控制数据。位置控制数据包括把持位置HP、把持姿势、向把持位置HP的移动路径。力控制数据包括力目标和区域极限。另外，机器人控制部307向机械手100a输出基于把持信息的把持动作指示。把持动作指示包括把持宽度和把持力。机械臂200和机械手100a根据输出的指示进行动作。作为一例，在物体OBJ的把持位置HP的周围区域中，执行仅基于力控制的机械手100a的按压动作，在吸附垫125与物体OBJ充分接触的状态下，执行吸附等把持动作(步骤St57)。

在把持位置HP的周围区域中，在机械手100a发生干涉的情况下，按照所赋予的动作方式和力的目标值，执行从机械手100a干涉的障碍物逃离的动作。另外，在物体OBJ的把持面具有较大的倾斜的情况下，执行使机械手100a模仿物体OBJ的把持面的动作。

整合部301或者机器人控制部307从机械手100a获取把持动作的结果，判断物体OBJ的把持是否成功(步骤St58)。

在把持失败的情况下，整合部301执行机械臂200的退避动作、将表示把持的失败的信息向物体DB登记等重试准备动作(步骤St59)。然后，为了进行把持的重试动作，再次执行步骤St53。

在把持成功的情况下，机器人控制部307控制机械臂200，以移动到能够拍摄机械手100a对物体OBJ的把持状态的位置。另外，整合部301控制相机402，以在该位置拍摄把持物体OBJ的机械手100a(步骤St60)。

图像处理部302根据相机402拍摄到的图像来生成物体信息(步骤St61)。物体信息是表示物体OBJ相对于机械手100a的相对位置、物体OBJ相对于机械手100a的相对姿势以及物体OBJ的状态及形状的信息。

整合部301控制相机403，以拍摄物体OBJ的释放位置RP及其周围(步骤St62)。例如，相机403对收纳所把持的物体OBJ的容器452的内部进行拍摄。

图像处理部302与整合部301协作，根据由相机403拍摄到的图像来计算周围信息(步骤St63)。周围信息包括在释放位置RP及其周围有无除物体OBJ以外的其他物体的判断结果、其他物体的大小及位置、其他物体的表面的位置等。

释放计划生成部305基于物体信息、把持DB的信息、周围信息等，来计算机械臂200把持的物体OBJ的释放信息(步骤St64)。释放信息表示释放位置、释放姿势、经由点位置、经由点姿势等。此时，释放计划生成部305计算进行力控制时的机械手100a的按压方向及按压力的大小、力控制的移动允许范围等附加信息。释放计划生成部305将附加信息附加于释放信息。

释放计划生成部305基于释放信息来决定所把持的物体OBJ的释放位置RP和释放姿势(步骤St65)。

机器人控制部307向机械手100a和机械臂200输出释放信息。机械手100a和机械臂200根据释放信息进行动作。由此，物体OBJ向释放位置RP移动，在该释放位置RP释放(步骤St66)。在物体OBJ的释放位置RP的周围区域中存在容器452的壁或者足够大的物体的情况下，通过机械手100a执行将物体OBJ按压于该壁或者物体的表面的动作。由此，能够将物体OBJ更高密度地配置于容器452。另外，即使在该表面具有较大的倾斜的情况下，也能够通过所赋予的按压方法和按压力，在使物体OBJ密接并仿形于表面的状态下释放物体OBJ。

在释放作为配置对象的物体OBJ后，机器人控制部307控制机械手100a，使其从容器452退出，并控制机械臂200，使其采取待机姿势(步骤St67)。

整合部301判断是否经由外部I/F 320从外部设备接收到了下一个输送指示(步骤St68)。

在步骤St68的判断中，整合部301在接收到下一个输送指示的情况下，再次执行步骤St52。由此，开始对下一个物体OBJ的一系列的控制。在步骤St68的判断中，整合部301在未接收到下一个输送指示的情况下，结束一系列的控制。

根据搬运系统2，通过处理装置300计算从与输送相关的计划、把持信息以及移动信息中选择的一个以上。与输送相关的计划是从把持计划、释放计划、动作计划以及作业计划中选择的一个以上。根据搬运系统2，能够更高效地搬运物体。另一方面，对处理装置300的计算负载增大。但是，在进行把持动作时，在机械手100a与机械臂200之间进行与把持动作相关的信号的通信。因此，即使对处理装置300的计算负载增大，也能够抑制把持动作的延迟。根据实施例，能够实现更高效的物体的搬运。

以上说明了机械手100或者100a安装于机械臂200并且第2通信部102与机械臂200进行通信的例子。实施方式的机械手100和100a的用途不限定于该例。机械手100或者100a也可以设置于无人输送车(AGV)、无人机等移动体。

图14是表示硬件结构的示意图。

处理装置300例如由图14所示的计算机500实现。图14所示的计算机500包括CPU501、ROM 502、RAM 503、存储装置504、输入接口505、输出接口506以及通信接口507。

ROM 502储存控制计算机500的动作的程序。在ROM 502储存有使计算机500实现上述的各处理所需的程序。RAM 503作为展开ROM 502所储存的程序的存储区域发挥功能。

CPU 501包括处理电路。CPU 501以RAM 503作为工作存储器，来执行存储于ROM502或者存储装置504中的至少任一个的程序。在程序执行中，CPU 501经由系统总线508控制各结构，并执行各种处理。

存储装置504存储执行程序所需的数据、通过执行程序而得到的数据。

输入接口(I/F)505连接计算机500和输入装置505a。输入I/F 505例如是USB等串行总线接口。CPU 501能够经由输入I/F 505从输入装置505a读入各种数据。

输出接口(I/F)506连接计算机500和输出装置506a。输出I/F 506例如是数字视频接口(DVI，Digital Visual Interface)、高清多媒体接口(HDMI(注册商标)，High-Definition Multimedia Interface)等影像输出接口。CPU 501能够经由输出I/F 506向输出装置506a输出数据，使输出装置506a输出数据。

通信接口(I/F)507连接计算机500外部的服务器507a和计算机500。通信I/F 507例如是LAN卡等网卡。CPU 501能够经由通信I/F 507从服务器507a读入各种数据。

存储装置504包括从硬盘驱动器(HDD，Hard Disk Drive)和固态硬盘(SSD，SolidState Drive)中选择的一个以上。输入装置505a包括从鼠标、键盘、麦克风(语音输入)以及触摸垫中选择的一个以上。输出装置506a包括从监视器、投影仪、打印机以及扬声器中选择的一个以上。也可以使用如触摸面板那样具有输入装置505a和输出装置506a这两者的功能的设备。

根据以上说明的搬运系统、指示装置、搬运方法或者指示方法，能够使物品的搬运所需的处理更加自动化，减少由人进行的作业。另外，通过使用用于使计算机作为指示装置而进行动作的程序，能够得到同样的效果。

上述的各种数据的处理也可以作为能够使计算机执行的程序而记录于磁盘(软盘和硬盘等)、光盘(CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD±R、DVD±RW等)、半导体存储器或者其他非易失性的计算机可读取的记录介质(non-transitory computer-readable storagemedium)。

例如，记录在记录介质中的信息能够由计算机(或者嵌入式系统)读出。在记录介质中，记录形式(存储形式)是任意的。例如，计算机从记录介质读出程序，基于该程序使CPU执行程序中记述的指示。在计算机中，程序的获取(或者读出)也可以通过网络来进行。

以上，例示了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更等。这些实施方式或者其变形例包含于发明的范围或者主旨中，并且包含于权利要求书所记载的发明及其均等的范围中。另外，上述的各实施方式能够相互组合来实施。

实施方式也可以包括以下方案。

(方案1)

一种机械手，所述机械手把持物体，所述机械手具有：

第1通信部，与第1装置进行与把持动作相关的把持数据的通信；

第2通信部，能够比所述第1通信部更高速地进行通信，与第2装置进行用于开始所述把持动作的开始通知以及表示所述把持动作的结束的结束通知的通信；以及

手控制部，控制所述把持动作，

所述手控制部根据输入到所述第2通信部的所述开始通知，开始基于输入到所述第1通信部的所述把持数据的所述把持动作，

所述手控制部对应于所述把持动作的结束，执行从所述第2通信部向所述第2装置的所述结束通知的输出，并执行所述把持动作的结果或者所述机械手的状态中的至少任一个从所述第1通信部向所述第1装置的输出。

(方案2)

根据方案1所述的机械手，其中，

所述机械手还具有用于夹持所述物体的夹持机构，

所述把持数据包括通过所述夹持机构把持所述物体时的把持宽度和把持力。

(方案3)

根据方案2所述的机械手，其中，

在通过所述夹持机构实现了所述把持宽度和所述把持力的情况下，所述手控制部判断为所述把持动作已结束，执行所述结束通知的所述输出、以及所述把持动作的所述结果或者所述机械手的所述状态中的所述至少任一个的所述输出。

(方案4)

根据翻案1所述的机械手，其中，

所述机械手还具有用于吸附所述物体的吸附机构，

所述把持数据包括通过所述吸附机构把持所述物体时的压力。

(方案5)

根据方案4所述的机械手，其中，

在所述压力由所述吸附机构实现的情况下，所述手控制部判断为所述把持动作已结束，执行所述结束通知的所述输出、以及所述把持动作的所述结果或者所述机械手的所述状态中的所述至少任一个的所述输出。

(方案6)

一种搬运系统，其中，

该搬运系统具备：

方案1～5中任一项所述的机械手；

所述第1装置；以及

作为所述第2装置的机械臂。

(方案7)

根据方案6所述的搬运系统，其中，

所述机械臂包括：

第3通信部，与所述第1装置进行包含位置控制数据的控制指示的通信；

第4通信部，与所述第2通信部进行所述开始通知和所述结束通知的通信；以及

臂控制部，执行基于所述位置控制数据的位置控制。

(方案8)

根据方案7所述的搬运系统，其中，

所述控制指示还包括力控制数据，

所述臂控制部在所述位置控制之后，执行基于所述力控制数据的力控制。

(方案9)

根据方案8所述的搬运系统，其中，

所述机械臂还包括检测作用于所述机械手的力的力传感器，

所述臂控制部在所述力传感器的检测值到达了所述力控制数据所包含的力目标的情况下，从所述第4通信部向所述第2通信部输出所述开始通知。

(方案10)

根据方案7～9中任一项所述的搬运系统，其中，

在所述第2通信部与所述第4通信部之间，进行指示所述机械手或者所述机械臂的动作停止的停止信号的通信。

(方案11)

根据方案6～10中任一项所述的搬运系统，其中，

所述机械臂与所述结束通知的接收对应地移动。

以上，例示了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更等。这些实施方式或者其变形例包含于发明的范围或者主旨中，并且包含于权利要求书所记载的发明及其均等的范围中。另外，上述的各实施方式能够相互组合来实施。