专利名称：夹取判断装置和夹取判断方法
技术领域：
本发明涉及夹取判断装置和夹取判断方法。
背景技术：
近年来，已经实现了自主移动和执行各种任务的机器人。期望自主移动机器人在人类无法容易进入的环境中执行任务，比如核电站中的维护任务、灾难现场中的营救任务、 或者宇宙空间中的任务。同时，越来越希望将自主移动机器人引入家庭中从而帮助家庭中的使用者。例如， 作为用于老年使用者或轮椅使用者的生活支持，自主移动机器人可代表使用者执行对使用者而言从身体上很难的任务，从而能够减轻使用者的负担。例如，在让机器人整理房间的情况下，机器人执行以下操作夹着位于房间中的物体并将该物体移动到预定位置。此时，由于不应该整理不允许移动的物体、难以移动的物体和难以夹住的物体，所以机器人需要判断要移动的物体是否是可夹取的或者是否是可移动的。即使在除了整理任务之外的其它场景中，当执行夹取物体的操作或移动被夹着的物体的操作时，判断也十分重要。这里，关于通过机器人的手等夹取物体的夹取控制方法，也已经提出了多种方法。 例如，日本专利申请特开(JP-A)第2009-56513号公开了一种夹取位置和姿势判断方法， 该方法在计算出的夹取位置和姿势在臂和手的移动范围之外时将计算出的夹取位置和姿势校正为移动范围内的夹取位置和姿势。另外，日本专利申请特开(JP-A)第2007-276112 号公开了一种机器人手装置，其判断在放置物体的操作期间计算出的反作用力是否超过阈值，并且与物体的形状或者夹取物体的方向无关地判断适于释放物体的时机。根据该技术， 能够使用该机器人手来高确定度地移动物体和不产生冲击地放置所移动的物体。
发明内容
然而，在JP-A第2009-56513号中，物体是否是可夹取的是从几何形状上来判断的，以便控制夹取位置和臂与手的姿势。由于这个原因，例如，即使物体的局部观察到的部分(比如椅子的腿)从几何形状上是可夹取的，也可能产生难以移动整个物体(例如，椅子本身)的情形。因此，存在可能错误地判断物体是否可夹取的问题。另外，在JP-A第2007-276112号中，其目的在于不对物体产生冲击地放置物体，而并未考虑到对物体是否可夹取的判断。如上所述，根据现有技术，可以执行夹取和移动物体的操作，但是并未考虑到作为夹取目标的物体是否是可夹取的或者物体是否是可移动的。因此，存在机器人手将会夹取和移动不允许夹取的物体或者难以移动的物体的可能性。另外，如果机器人强制地夹取和移动物体，则可能损坏物体或机器人手。鉴于以上问题，希望提供一种新颖且改进的夹取判断装置和夹取判断方法，其中能够准确地判断作为夹取目标的物体是否是可夹取的。
根据本发明的实施例，提供一种夹取判断装置，所述夹取判断装置包括规划单元，其生成用于在作为夹取目标的物体被夹取单元夹着的情形下移动所述夹取单元的目标轨道；观测单元，其测量被基于所述目标轨道驱动的所述夹取单元的移动；夹取状态判断单元，其基于从所述目标轨道得到的所述夹取单元的目标值和由所述观测单元测量到的实际测量值，来判断作为夹取目标的物体是否是能够夹取的；以及夹取状态改变单元，其基于由所述夹取状态判断单元获得的判断结果来改变被所述夹取单元夹着的物体的夹取状态。这里，当所述目标值与所述实际测量值之间的偏差等于或大于预定值时，所述夹取状态判断单元可判断所述物体是不能够夹取的。此外，所述观测单元可以测量所述夹取单元的位置，并且，所述夹取状态判断单元可以基于由所述观测单元测量到的所述夹取单元的实际测量位置与从所述目标轨道得到的所述夹取单元的目标位置之间的偏差，来判断作为夹取目标的物体是否是能够夹取的。或者，当在所述物体被夹着的情形下移动所述夹取单元时，所述观测单元可测量作用在所述夹取单元上的作用力，并且，所述夹取状态判断单元可基于由所述观测单元测量到的作用在所述夹取单元上的实际测量作用力与从所述目标轨道得到的作用在所述夹取单元上的目标作用力之间的偏差，来判断作为夹取目标的物体是否是能够夹取的。此外，当所述物体被夹着时，所述观测单元可测量发生在所述夹取单元与所述物体之间的滑动量，并且，当所述夹取单元对所述物体的夹取力等于或大于允许值且所述观测单元可测量到在所述夹取单元与所述物体之间发生滑动时，所述夹取状态判断单元可判断作为夹取目标的物体是不能够夹取的。当所述夹取状态判断单元可判断所述物体是不能够夹取的时，所述夹取状态改变单元可停止由所述夹取单元夹取所述物体。此外，所述夹取判断装置还可以包括夹取状态存储单元，所述夹取状态存储单元将由所述夹取状态判断单元判断了夹取可能性的物体的判断结果与该物体的空间位置相关联地存储为环境地图。此时，所述规划单元可借助所述夹取状态存储单元来确认作为夹取目标的物体是否已被判断为是不能够夹取的，并且，当所述物体已被判断为是不能够夹取的时，所述规划单元决定不夹取所述物体。根据本发明的另一实施例，提供一种夹取判断方法，所述方法包括以下步骤生成用于在作为夹取目标的物体被夹取单元夹着的情形下移动所述夹取单元的目标轨道；测量被基于所述目标轨道驱动的所述夹取单元的移动；基于从所述目标轨道得到的所述夹取单元的目标值和表示所测量到的所述夹取单元的移动的实际测量值，来判断作为夹取目标的物体是否是能够夹取的；以及基于判断结果，改变被所述夹取单元夹着的物体的夹取状态。如上所述，根据本发明，可提供一种夹取状态判断装置和夹取判断方法，其中，能够准确地判断作为夹取目标的物体是否是能够夹取的。
图1是示出了机械手的手单元夹取物体的状态的示例的说明图。图2是示出了根据本发明一种实施例的夹取判断装置的功能配置的框图。图3是示出了根据同一实施例的存储在夹取状态存储单元中的信息的示例的说明图。图4是示出了基于手位置的夹取判断方法的流程图。图5是示出了基于作用在手单元上的作用力的夹取判断方法的流程图。图6A是示出了基于手单元的滑动量的夹取判断方法的流程图。图6B是示出了基于手单元的滑动量的夹取判断方法的流程图。图7是示出了根据同一实施例的夹取判断装置的硬件配置的示例的框图。
具体实施例方式在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，用相同的附图标识表示具有基本相同的功能和结构的构件，并且省略了这些构件的重复说明。另外，将按照以下顺序进行描述1.夹取判断装置的配置；2.夹取判断方法；2-1.基于手位置的夹取判断；2-2.基于作用在手单元上的作用力的夹取判断；2-3.基于手单元的滑动量的夹取判断；以及3.硬件配置示例。<1.夹取判断装置的配置>首先，将参照图1至图3描述根据本发明的实施例的夹取判断装置100的配置。图 1是示出了机械手10的手单元14夹取物体的状态的示例的说明图。图2是示出了根据本实施例的夹取判断装置100的功能配置的框图。图3是示出了根据本实施例的存储在夹取状态存储单元170中的信息的示例的说明图。[夹取判断装置的概述]根据本实施例的夹取判断装置100是这样的装置，其用于在物体被能够夹取和移动物体的机械手10夹着时判断作为夹取目标的物体是否是可夹取的，例如，如图1中所示。 夹取判断装置100可被布置在控制机械手10的控制装置(未示出)中。例如，如果自主移动机器人包括机械手10，则夹取判断装置100可被布置在整体上控制机器人的控制装置 (未示出)中。这里，如图1所示，根据本实施例的机械手10包括臂单元12和夹取物体5的手单元14。臂单元12包括一个或多个联接，并且其一端被布置为可以例如在机器人的机身部分的基座(未示出)等上移动。手单元14被可移动地连接到臂单元12的这一端(前端)。 手单元14包括与臂单元12连接的连接部件1 和从连接部件Ha伸出的两个指状部件 14b。另外，可布置三个或更多个指状部件14b。指状部件14b可通过将作为夹取目标的物体5夹在其间或包围住物体5来夹住物体5。如上所述，当借助机械手10主动夹着物体时，夹取判断装置100判断物体5是否是可夹取的。在本实施例中，“可夹取”(“能够夹取”)是指能够夹住物体并移动被夹住的物体。另一方面，“不可夹取”(“不能够夹取”)是指难以夹住物体或难以移动被夹着的物体或被夹着的物体被禁止移动。不可夹取的物体(在下文中，被称作“不可移动的物体”)包括例如具有重、滑、大、长和不稳定的特性从而难以移动的物体、或者具有容易损坏的特性从而不允许被夹取的物体。另外，像桌子那样的应该总是处于预定位置的物体和像连接一个物体与另一物体的电缆那样的被禁止移动的物体也是不可移动的物体。错误地判断没有东西的情况也是不可夹取状态。在机械手10的手单元14夹着物体5之后，夹取判断装置100移动机械手10，并且然后在假定物体5是可夹取的物体的情况下判断机械手10是否执行了与目标操作相同的操作。如果判断出机械手10执行了与目标操作相同的操作，则夹取判断装置100判断出物体5是可夹取的物体。然而，当判断出机械手10执行了与目标操作不同的操作时，夹取判断装置100判断出物体5是不可夹取的物体。如上所述，通过借助夹取判断装置100判断被手单元14夹着的物体是否是可夹取的，在机械手10夹着物体并开始其操作之前，可判断是否允许执行该操作，从而能够执行适当的操作。[夹取判断装置的功能配置]如图2所示，夹取判断装置100包括夹取规划单元110、夹取状态判断操作规划单元120、夹取状态观测单元130、夹取状态判断单元140、夹取状态改变单元150、阻抗控制单元160以及夹取状态存储单元170。夹取规划单元110决定用于将夹着物体的手单元14向上移动到物体的夹取点的轨道。夹取规划单元110首先利用已知的现有技术决定夹取点，该夹取点是夹取被指定为夹取目标的物体的位置。夹取规划单元110生成用于将手单元14从当前位置移动到夹取点的目标轨道。通过借助稍后将描述的阻抗控制单元160来控制机械手10，以便手单元14 能够沿着目标轨道移动，从而能够通过手单元14夹取物体。另外，夹取规划单元110可对用于将夹着物体的手单元14移动到目标位置的轨道进行规划。由夹取规划单元110生成的目标轨道被输出到夹取状态判断操作规划单元120、夹取状态判断单元140、夹取状态改变单元150以及阻抗控制单元160。另外，夹取规划单元110通过查询稍后将描述的夹取状态存储单元170来确认作为夹取目标的物体先前是否已被判断为是不可夹取的。作为确认的结果，当物体被判断为是不可夹取的时，夹取规划单元110决定不对物体执行夹取。夹取状态判断操作规划单元120生成用于判断作为夹取目标的物体是否可夹取的操作(夹取状态判断操作)的目标轨道。夹取状态判断操作是指用于在物体被夹着的情况下移动手单元14的操作。在夹取状态判断操作中，不必大幅度移动手单元14，而是在目标轨道与可检测到的实际轨道之间的偏差的程度内移动它。在机械手10的手单元14夹着物体5的情形下，例如，如图1所示，夹取状态判断操作可被定义为用于分别在左右方向(χ 轴方向)、前后方向(y轴方向)和上下方向(ζ轴方向)上移动预定距离的操作。通过借助如上所述的夹取状态判断操作规划单元120来执行夹取状态判断操作，在借助手单元14夹取和移动物体之前，能够判断出物体是否是可夹取的。夹取状态判断操作规划单元120把根据夹取状态判断操作来移动的机械手10的目标轨道输出到夹取状态判断单元140和阻抗控制单元160。夹取状态观测单元130观测要基于目标轨道而被控制的机械手10的移动。夹取状态观测单元130测量如下物理量作为实际测量值可从由夹取规划单元110或夹取状态
6判断操作规划单元120生成的目标轨道得到的、表示机械手10的空间状态的物理量，比如手位置(手单元14的特定点)、作用在手单元14上的作用力、以及手单元14的滑动量。夹取状态观测单元130将获得的测量值作为观测结果输出到夹取状态判断单元140。夹取状态判断单元140根据基于机械手10的目标轨道的目标值与夹取状态观测单元130获得的实际测量值之间的偏差来判断手单元14的物体夹取状态。夹取状态判断单元140可以判断夹取状态和不可夹取状态，其中，在夹取状态下，手单元14在夹住物体的同时沿着目标轨道运动，而在不可夹取状态下，被手单元14夹着的物体在该移动时不移动、 在该停止时反而移动、需要比所期望的更大的力来移动它、以及在不该在手单元14上移动时滑动。稍后将详细描述由夹取状态判断单元140执行的夹取状态判断处理。将夹取状态判断单元140获得的判断结果输出到夹取状态改变单元150和夹取状态存储单元170。夹取状态改变单元150基于由夹取规划单元110生成的机械手10的目标轨道和由夹取状态判断单元140获得的判断结果来改变手单元14的物体夹取状态。例如，夹取状态改变单元150停止被手单元14夹着的物体的移动，放下物体，或者松开夹着物体的手单元14的指状部件14b。夹取状态改变单元150将用于改变手单元14的物体夹取状态的改变信息输出到阻抗控制单元160。阻抗控制单元160对机械手10执行阻抗控制从而控制机械手10的位置和姿势。 阻抗控制单元160基于由夹取规划单元110或夹取状态判断操作规划单元120生成的目标轨道或者从夹取状态改变单元150接收的改变信息来控制机械手10的位置和姿势。夹取状态观测单元130对根据阻抗控制单元160的控制而运动的机械手10的移动进行观测。夹取状态存储单元170将机械手10所在的空间的信息存储为环境地图。例如，如图3所示，环境地图表示存在于机械手10所在的空间中的物体的空间布置。通过图3所示的空间地图，能够识别出架子在空间的墙壁附近，而桌子和椅子在中心附近。还能够识别出物体A和D被布置在该空间中，并且物体A在桌子上。夹取状态存储单元170还存储与在环境地图上识别出的物体相关的信息。例如， 关于每个物体存储如下信息比如物体的形状、物体的位置和姿势、表示夹取可能性的不可移动物体标记、重量、用于标识物体的标签(例如，“桌子”、“椅子”、“架子”等)、表示物体是否可由于用户的指令而移动的信息以及物体的移动速度。另外，夹取状态存储单元170可以存储与夹取物体相关的信息。例如，比如“物体A是静态环境物体(例如，桌子腿)”或 “物体B太重”的信息可被存储为相关信息。需要时可基于夹取状态判断单元140所获得的判断结果来对存储在夹取状态存储单元170中的信息进行更新。<2.夹取判断方法>夹取判断装置100基于手单元14的移动的目标值与夹着物体的手单元14移动时的实际测量值之间的偏差来判断被夹着的物体是否是可夹取物体。此时，例如夹取判断装置100可通过利用物理量来判断物体的夹取可能性，所述物理量比如是手位置、作用在手单元14上的力和物体的滑动量。下面将结合手位置、作用在手单元14上的力和物体的滑动量被用作表示手单元14的移动的、用于判断物体夹取状态的物理量的情况，参照图4至图6B描述由夹取判断装置100执行的夹取判断方法。[2-1.基于手位置的夹取判断]首先，将参照附图4描述基于手位置执行物体的夹取判断的夹取判断方法。在该夹取判断方法中，手单元14的任意位置被设置为特定点，并且特定点的位置被设置为手位置。夹取判断装置100对在移动被机械手10的手单元14夹着的物体的操作中从目标轨道得到的目标手位置与由夹取状态观测单元130测量到的实际测量手位置进行比较。当检测出目标手位置与实际测量手位置之间的偏差偏离出允许值范围时，夹取判断装置100判断出被夹着的物体并未按照所设想的那样移动，从而停止夹取物体。如上所述，在本示例中， 夹取判断装置100基于手单元14夹着物体时的手位置来判断物体夹取状态。在该夹取判断方法中，夹取规划单元110通过查询存储在夹取状态存储单元170 中的环境地图来确认作为夹取目标的物体先前是否已被判断为是不可移动的物体(步骤 S100)。环境地图存储与被识别为存在于机械手10所在的空间中的物体相关的信息。与物体相关的信息包括表示物体是否可夹取的不可移动物体标记。不可移动物体标记为“假” 表示可夹取的物体，而不可移动物体标记为“真”则表示不可夹取的物体。一旦判断出物体是否可夹取，就将信息包括到不可移动物体标记中。另外，在其中从未判断过物体是否可夹取的物体的不可移动物体标记中，可包括“假”或者可包括表示从未执行过判断的信息(例如，空白)。夹取规划单元110确认环境地图的不可移动物体标记，并判断物体是否是不可移动的物体，即不可移动物体标记是否包括“假”。当不可移动物体标记为“假”时，判断出物体是可夹取的，从而夹取判断装置100执行步骤S102之后的处理。即使在从未执行过物体是否可夹取的判断时，也执行步骤S102之后的处理。然而，当不可移动物体标记为“真”时， 判断出物体是不可夹取的，从而夹取规划单元110决定不夹取物体(步骤S101)，并结束处理。随后，夹取规划单元110生成用于夹着物体的手单元14的目标轨道(第一目标轨道)(步骤。夹取规划单元110生成用于将手单元14从当前位置移动到作为夹取目标的物体的夹取点的第一目标轨道，并且将第一目标轨道输出到阻抗控制单元160。阻抗控制单元160沿着第一目标轨道将手单元14移动到物体的夹取点并使手单元14夹着物体 (步骤 S104)。如果手单元14夹着物体，则夹取状态判断操作规划单元120生成手单元14的目标轨道(第二目标轨道)，以执行用于判断作为夹取目标的物体是否可夹取的夹取状态判断操作(步骤S106)。夹取状态判断操作规划单元120生成用于从当前位置在预定方向上移动夹着物体的手单元14的第二目标轨道。将夹取状态判断操作规划单元120生成的第二目标轨道输出到阻抗控制单元160。阻抗控制单元160使手单元14根据第二目标轨道来执行夹取状态判断操作(步骤S108)。步骤S108中根据阻抗控制单元160的控制的机械手10的移动是由夹取状态观测单元130观测的。在本示例中，夹取状态观测单元130例如测量构造机械手10的每个部件的空间状态并且基于测量到的物理量来从运动学上计算手位置(即手单元14的指定点的位置)。将计算出的实际测量手位置输出到夹取状态判断单元140。这里，根据本实施例的机械手10可被构造为能够执行控制，使得能够通过重力补偿控制来在重力上加上拖曳力，此后进一步加上用于将部件比如手单元14维持在预定状态的控制量。即使重力补偿控制所需的力较大，这也减小了手位置控制所需的力。此时，如果机械手10包括具有内置扭矩传感器的理想联接，则可用非常小的力使
8手位置移动并停止在预定位置。如果不包括理想联接，则需要非常高的反馈增益才能使手位置停止在预定位置，并且别说试图移动手位置，即使方便地移动手也很困难。在这种情况下，难以测量手位置的变化，从而难以如本示例中一样地基于手单元14的位置来判断夹取状态。因此，在可用扭矩传感器控制的机械手10中，通过应用重力补偿控制，可以实现本示例性实施例的夹取状态的判断。此后，夹取状态判断单元140计算基于第二目标轨道的目标手位置与实际测量手位置之间的偏差(S112)。夹取状态判断单元140基于由夹取状态判断操作规划单元120生成的第二轨道信息得到手单元14的目标位置(目标手位置)，并且计算该目标手位置与由夹取状态观测单元130观测到的手单元14的实际测量手位置之间的偏差。计算出的偏差表示夹着物体的手单元14沿着第二目标轨道移动的理想移动与由夹取状态观测单元130 测量到的实际移动之间的失准量。当计算出目标手位置与实际测量手位置之间的偏差时，夹取状态判断单元140判断该偏差是否在允许值范围之内(步骤Sl 14)。将可认为机械手10沿着第二目标轨道运行的目标手位置与实际手位置之间的失准极限值设置为允许值。当判断出计算出的偏差在允许值范围内时，夹取状态判断单元140判断出手单元14沿着第二目标轨道移动，从而判断出被手单元14夹着的物体是可夹取物体。此后，夹取状态判断单元140判断是否完成了夹取状态判断操作(步骤S116)。当尚未成该操作时，重复进行从步骤SllO起的处理。然而，当判断出已完成夹取状态判断操作时，夹取状态判断单元140判断出已完成对物体的夹取，并结束处理(步骤S118)。当已完成对物体的夹取时，夹取规划单元110生成物体夹取之后的目标轨道。阻抗控制单元160 基于所生成的物体夹取之后的目标轨道来驱动和控制机械手10。另外，当在步骤S114中判断出目标手位置与实际测量手位置之间的偏差超过允许值时，夹取状态判断单元140判断出手单元14并未沿着第二目标轨道移动。因此，夹取状态判断单元140判断出被手单元14夹着的物体是不可夹取的物体，并停止手单元14进行的夹取。当夹取状态判断单元140判断出物体是不可夹取的时，夹取状态改变单元150 指示阻抗控制单元160松开夹着物体的手单元14的指状部件14b并回复到先前设定的标准姿势(步骤S120)。阻抗控制单元160根据来自夹取状态改变单元150的指令驱动和控制机械手10。夹取状态判断单元140将夹取状态存储单元170中的环境地图中的作为夹取目标的物体的不可移动物体标记设置为“真”(步骤S122)。如上所述，夹取状态判断单元140在环境地图中记录下作为夹取目标的物体是不可夹取的，然后结束处理。以上描述了基于手位置来执行物体夹取判断的夹取判断方法。如上所述，夹取判断装置100观测空间中的手位置，并基于从夹取状态判断操作的目标轨道得到的目标手位置与观测到的实际测量手位置之间的偏差来判断物体是否是可夹取的。也就是，当目标手位置与实际测量手位置之间的偏差超过允许值时，夹取判断装置100判断出机械手10的手单元14并未沿着目标轨道移动，从而判断出被夹着的物体是不可夹取的。如上所述，在操纵机械手10之前手单元14实际上已夹着物体的情形下，判断作为夹取目标的物体是否是可夹取的。因此，能够防止不该被夹取的物体被夹取或者难以移动的物体被移动。[2-2.基于作用在手单元上的作用力的夹取判断]
接下来，将参照图5描述基于作用在手单元14上的作用力来执行物体夹取判断的夹取判断方法。在该夹取判断方法中，在夹着物体的手单元14移动时作用在手单元14上的作用力被用于夹取状态的判断。夹取判断装置100对在移动被机械手10的手单元14夹着的物体的操作中从目标轨道得到的手单元14上的目标作用力与实际测量作用力进行比较。当检测到在目标作用力与实际测量作用力之间的偏差偏离出允许值范围时，夹取判断装置100判断出被夹着的物体并未按照所以为的那样移动，从而停止夹取物体。如上所述， 在本示例中，夹取判断装置100基于手单元14夹住物体时手单元14上的作用力来判断物体夹取状态。在该夹取判断方法中，夹取规划单元110通过查询存储在夹取状态存储单元170 中的环境地图来确认作为夹取目标的物体先前是否已被判断为是不可移动的物体(步骤 S200)。夹取规划单元110确认表示夹取目标是否可夹取的不可移动物体标记，从而判断物体是否是不可移动的物体，即不可移动物体标记是否为“假”。当不可移动物体标记为“假” 时，判断出物体是可夹取的，从而夹取判断装置100执行步骤S202之后的处理。然而，当不可移动物体标记为“真”时，判断出物体是不可夹取的，从而夹取规划单元110决定不夹取物体(步骤S201)，并结束处理。随后，夹取规划单元110生成用于夹着物体的手单元14的目标轨道(第一目标轨道)(步骤S202)。如果夹取规划单元110生成用于将手单元14从当前位置移动到作为夹取目标的物体的夹取点的第一目标轨道，则阻抗控制单元160沿着第一目标轨道移动手单元14并且使手单元14夹着物体(步骤S204)。从步骤S200到步骤S204的处理与图4中示出的从步骤SlOO到步骤S104的处理相同。如果手单元14夹着物体，则夹取状态判断操作规划单元120生成手单元14的目标轨道(第二目标轨道)，以执行用于判断作为夹取目标的物体是否可夹取的夹取状态判断操作(步骤S206)。夹取状态判断操作规划单元120生成用于从当前位置在预定方向上移动夹着物体的手单元14的第二目标轨道。夹取状态判断操作规划单元120从第二目标轨道得到作用在夹着物体的手单元14上的目标作用力。从物体施加给手单元14上的作用力取决于物体的形状或重量或者手单元14的移动方向而变化。为了使夹取状态判断操作规划单元120通过使用作用在手单元14上的作用力而判断手单元14是否沿着第二目标轨道移动，夹取状态判断操作规划单元120得到在夹取状态判断操作时作用在手单元14上的目标作用力。将夹取状态判断操作规划单元120生成的第二目标轨道输出到阻抗控制单元 160。阻抗控制单元160使手单元14沿着第二目标轨道来执行夹取状态判断操作(步骤 S208)。机械手10基于步骤S208中阻抗控制单元160的控制而进行的移动(步骤S210) 是由夹取状态观测单元130观测的。在本示例中，夹取状态观测单元130测量在夹取状态判断操作时作用在手单元14上的作用力。将夹取状态观测单元130测量到的实际测量作用力输出到夹取状态判断单元140。或者，可例如使用六轴力传感器测量手单元14上的作用力。在包括具有内置扭矩传感器的理想联接的机械手10中，可通过进行外力估算来测量手单元14上的作用力。可以例如通过应用在日本专利申请特开(JP-A)第2009-269102号中公开的技术来配置具有内置扭矩传感器的理想联接。另外，可以使用例如在日本专利申
10请特开(JP-A)第2007-300M号中公开的技术作为估算外力的方法。此后，夹取状态判断单元140计算基于第二目标轨道的目标作用力与实际测量作用力之间的偏差(S212)。夹取状态判断单元140基于由夹取状态判断操作规划单元120生成的第二轨道信息得到手单元14上的目标作用力，并计算目标作用力与由夹取状态观测单元130观测到的手单元14上的实际测量作用力之间的偏差。当计算出目标作用力与实际测量作用力之间的偏差时，夹取状态判断单元140判断该偏差是否在允许值范围之内(步骤S214)。将可认为机械手10沿着第二目标轨道运行的目标作用力与实际测量作用力之间的失准极限值设置为允许值。当判断出计算出的偏差在允许值范围内时，夹取状态判断单元140判断出手单元14沿着第二目标轨道移动，从而判断出被手单元14夹着的物体是可夹取物体。此后，夹取状态判断单元140判断是否完成夹取状态判断操作(步骤S216)。当尚未完成该操作时，重复进行从步骤S210起的处理。然而，当判断出已完成夹取状态判断操作时，夹取状态判断单元140判断出已完成对物体的夹取(步骤S218)，并结束处理。当已完成对物体的夹取时，夹取规划单元110生成物体夹取之后的目标轨道。阻抗控制单元 160基于所生成的物体夹取之后的目标轨道来驱动和控制机械手10。另外，当在步骤S214中判断出目标作用力与实际测量作用力之间的偏差超过允许值时，夹取状态判断单元140判断出手单元14并未沿着第二目标轨道移动。因此，夹取状态判断单元140判断出被手单元14夹着的物体是不可夹取的物体，从而停止手单元14 进行的夹取。当夹取状态判断单元140判断出物体是不可夹取的时，夹取状态改变单元150 指示阻抗控制单元160松开夹着物体的手单元14的指状部件14b并回复到先前设定的标准姿势(步骤S220)。阻抗控制单元160根据来自夹取状态改变单元150的指令驱动和控制机械手10。夹取状态判断单元140将夹取状态存储单元170中的环境地图中的作为夹取目标的物体的不可移动物体标记设置为“真”(步骤S22》。如上所述，夹取状态判断单元140在环境地图中记录下作为夹取目标的该物体是不可夹取的，然后结束处理。以上描述了基于手单元14上的作用力来执行物体夹取判断的夹取判断方法。如上所述，夹取判断装置100观测作用在手单元14上的作用力，并基于从夹取状态判断操作的目标轨道得到的目标作用力与观测到的实际测量作用力之间的偏差来判断物体是否是可夹取的。也就是，当目标作用力与实际测量作用力之间的偏差超过允许值时，夹取判断装置100判断出机械手10的手单元14并未沿着目标轨道移动，从而判断出被夹着的物体是不可夹取的。如上所述，在操纵机械手10之前手单元14实际上已夹着物体的情形下，判断作为夹取目标的物体是否是可夹取的。因此，能够防止不应该被夹取的物体被夹取或者难以移动的物体被移动。[2-3.基于手单元的滑动量的夹取判断]接下来，将参照图6A和图6B来描述基于手单元14的滑动量来执行物体夹取判断的夹取判断方法。在该夹取判断方法中，在机械手10的手单元14夹着物体之后，测量发生在手单元14与物体之间的滑动。夹取判断装置100根据在移动被机械手10的手单元14 夹着的物体的操作中能否在允许的夹取力范围内夹住物体来判断物体是否是可夹取的。当检测到夹着物体的手单元14的夹取力偏离出允许值时，夹取判断装置100判断出被夹着的物体并未按照所设想的那样移动，从而停止夹取物体。如上所述，在本示例中，夹取判断装置100基于夹着物体的手单元14的滑动量来判断物体夹取状态。在该夹取判断方法中，夹取规划单元110通过查询存储在夹取状态存储单元170 中的环境地图来确认作为夹取目标的物体先前是否已被判断为是不可移动的物体(步骤 S300)。夹取规划单元110确认表示夹取目标是否可夹取的不可移动物体标记，从而判断物体是否是不可移动的物体，即不可移动物体标记是否为“假”。当不可移动物体标记为“假” 时，判断出物体是可夹取的，从而夹取判断装置100执行步骤S302之后的处理。然而，当不可移动物体标记为“真”时，判断出物体是不可夹取的，从而夹取规划单元110决定不夹取物体(步骤S301)，并结束处理。随后，夹取规划单元110生成用于夹着物体的手单元14的目标轨道(第一目标轨道)(步骤S302)。如果夹取规划单元110生成用于将手单元14从当前位置移动到作为夹取目标的物体的夹取点的第一目标轨道，则阻抗控制单元160沿着第一目标轨道移动手单元14并且使手单元14夹着物体(步骤S304)。如果手单元14夹着物体，则夹取状态判断操作规划单元120生成手单元14的目标轨道(第二目标轨道)，以执行用于判断作为夹取目标的物体是否可夹取的夹取状态判断操作(步骤S306)。夹取状态判断操作规划单元120生成用于从当前位置在预定方向上移动夹着物体的手单元14的第二目标轨道，并将第二目标轨道输出到阻抗控制单元160。 阻抗控制单元160使手单元14沿着第二目标轨道来执行夹取状态判断操作(步骤S308)。 从步骤S300到步骤S308的处理与图4中示出的从步骤SlOO到步骤S108的处理相同。此后，夹取状态判断单元140判断是否完成夹取状态判断操作(步骤S310)。当尚未完成该操作时，执行S314之后的处理。然而，当判断出已完成夹取状态判断操作时，夹取状态判断单元140判断出已完成对物体的夹取(步骤S312)，并结束处理。当已完成对物体的夹取时，夹取规划单元110生成物体夹取之后的目标轨道。阻抗控制单元160基于所生成的物体夹取之后的目标轨道来驱动和控制机械手10。当在步骤S310中判断出尚未完成夹取状态判断操作时，夹取状态观测单元130测量发生在手单元14与物体之间的滑动(滑动量)(步骤S314)。当手单元14的夹取力很小时或者当物体的表面光滑和平滑时，难以将其夹住。在这种情况下，手单元14和物体产生相对位移，即发生滑动。当手单元14与物体之间发生滑动时，手单元14很难适当地夹取物体并因此可能使物体滑落。夹取状态判断单元140判断在手单元14与物体之间是否不存在滑动，即滑动量是否为0 (零)(步骤S316)，并且确认手单元14是否能够适当地夹取物体。为了检测滑动量，可将能够检测滑动的传感器布置在夹着物体时与物体接触的指状部件14b的接触表面上(参见日本专利申请特开(JP-A)第2009-36557号)。例如，该传感器可用只检测垂直于传感器表面的方向的压力的电容式压力传感器来配置。可将在外部作用力下形变的粘弹性体布置在传感器的表面上。当粘弹性体形变时，压力传播(spread) 到传感器。基于通过借助传感器检测传播的压力而获取的压力分布上的变化，夹取判断装置100可获得用于判断手单元14的物体夹取状态的滑动量。当在步骤S316中判断出滑动量不为0 (零)时，即当检测到物体在手单元14上的滑动时，增大手单元14的夹取力以阻止滑动(步骤S318)。此后，夹取状态判断单元140判断手单元14的夹取力是否在允许值之内(步骤S320)。通过过度增大手单元14的夹取力， 阻止了物体滑动，并且能够以高确定度执行夹取。然而，如果施加过大的夹取力于物体，物体可能变得畸形或损坏。为此原因，手单元14的夹取力应该处于不引起物体变得畸形的允许值之内。另外，允许值被设置为能够从手单元14输出的力，例如基于机械手10的机械强度或者驱动机械手10的马达或传动装置的规格参数。当手单元14的夹取力在允许值之内时，夹取状态判断单元140返回步骤S310并判断是否完成夹取状态判断。当已完成夹取状态判断操作时，夹取状态判断单元140判断出已完成对物体的夹取(步骤S312)，并结束处理。然而，当尚未完成该操作时，重复执行步骤S314之后的处理。另外，当在步骤S316中判断出滑动量为0 (零)时，则判断为在手单元14与物体之间没有发生滑动的状态。在这种情况下，在步骤S320判断手单元14的夹取力是否在允许值之内。当它在允许值之内时，类似地，夹取状态判断单元140返回步骤S310并执行处理。 然而，当在步骤S320中判断出手单元14的夹取力超过允许值时，由于可能使物体变形，所以停止手单元14夹取物体。即夹取状态改变单元150指示阻抗控制单元160松开夹着物体的手单元14的指状部件14b并回复到先前设定的标准姿势(步骤S32》。阻抗控制单元 160根据来自夹取状态改变单元150的指令驱动和控制机械手10。夹取状态判断单元140将夹取状态存储单元170的环境地图中的作为夹取目标的物体的不可移动物体标记设置为“真”(步骤S3M)。另外，夹取状态判断单元140在环境地图中记录下作为夹取目标的物体是不可夹取的，然后结束处理。以上描述了基于手单元14上的滑动量来执行物体夹取判断的夹取判断方法。如上所述，在物体被手单元14夹取之后，夹取判断装置100观测发生在手单元14与物体之间的滑动量，并判断手单元14是否能够适当地夹取物体。此时，确认手单元14的夹取力是否在允许值之内，并确认是否能够用不会导致物体变得畸形的力来执行夹取。当在手单元14 与物体之间发生滑动时，或者当用超过允许值的夹取力夹着物体时，则判断为手单元14难以夹取物体。如上所述，在操纵机械手10之前手单元14实际上已夹着物体的情形下，判断作为夹取目标的物体是否是可夹取的。因此，能够防止不应该被夹取的物体被夹取或者难以移动的物体被移动。如上所述，根据本实施例的夹取判断装置100能够通过利用作为表示手单元14的移动的物理量的手位置、作用在手单元14上的力或者物体的滑动量来判断作为夹取目标的物体是否是可夹取的。将判断出的物体的夹取可能性作为不可移动物体标记存储在环境地图中。因此，在下一次夹取和使用该物体时，夹取规划单元110能够通过查询不可移动物体标记而识别出物体是否是可夹取的。<3.硬件配置示例>根据本实施例的夹取判断装置100所执行的部分处理可通过硬件或软件来实现。 在这种情况下，夹取判断装置100可被构造为如图7中所示的计算机。下面将参照图7描述根据本实施例的夹取判断装置100的一个硬件配置示例。根据本实施例、构造输入单元的夹取判断装置100可用信息处理装置比如上述计算机来实现，并且可将其安装在具有机械手10的分布式自主移动机器人中。如图7中所示，夹取判断装置100包括中央处理单元(CPU) 101、只读存储器(ROM) 102、随机存取存储器(RAM) 103和主机总线104ao夹取判断装置100还包括桥104、外部总线104b、接口 105、输入装置106、输出装置107、存储装置(HDD (硬盘驱动器))108、驱动器109、连接端口 111以及通信装置113。CPU 101用作计算处理装置和控制装置，并根据多种程序控制夹取判断装置100 的总体操作。另外，可用微处理器来配置CPU 101。ROM 102存储CPU 101所使用的程序和计算参数。MM 103临时存储在CPU 101执行中使用的程序和在执行中相应变化的参数。 这些部件通过例如包括CPU总线的主机总线10 而彼此连接。主机总线10 经由桥104与外部总线104b连接，外部总线104b比如是外设部件互连/接口(PCI (外设部件互连标准))总线。不必分别构造主机总线10 、桥104和外部总线104b，而是可通过单个总线来实现这些功能。输入装置106包括输入单元和输入控制电路，用户通过输入单元输入信息，输入单元比如是鼠标、键盘、触摸板、按钮、麦克风、开关以及操纵杆，输入控制电路基于来自用户的输入生成输入信号并将输入信号输出到CPU 101。通过所输入装置106进行操作，用户可输入各种数据或者指示机器人的夹取判断装置100执行处理操作。输出装置107包括显示装置或者语音输出装置，显示装置比如是液晶显示(IXD) 装置、有机发光二极管(OLED)装置和灯，语音输出装置比如是扬声器。存储装置108是夹取判断装置100的存储单元的示例，并且是用于数据存储的装置。存储装置108可包括存储介质、将数据记录在存储介质中的记录装置、从存储介质读取数据的装置以及删除记录在存储介质中的数据的删除装置。存储装置108例如包括硬盘驱动器(HDD)。存储装置108驱动硬盘以存储各种数据或者由CPU 101执行的程序。驱动器109是用于存储介质的读写器并被安装在夹取判断装置100内或安装到夹取判断装置100。驱动器109读取记录在可拆卸存储介质上的信息并将信息输出到RAM 103，可拆卸存储介质比如是安装的磁盘、光盘、磁光盘或半导体存储器。连接端口 111是与外部装置连接的接口，并且是用于与外部装置的连接的、能够经由例如通用串行总线(USB)传输数据的端口。通信装置113是包括用于与通信网络10 连接的通信装置的通信接口。另外，通信装置113可包括支持局域网(LAN)的通信装置、支持无线USB的通信装置、或执行有线通信的有线通信装置。另外，根据本实施例的夹取判断装置100不一定包括图7中示出的硬件。例如，输入装置106、显示装置107、存储装置108、驱动器109、连接端口 111和通信装置113可与夹取判断装置100连接并且用作独立于夹取判断装置100的装置。以上参照附图描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于此。本领域的普通技术人员应理解，在所附权利要求中限定的技术精神的范围内可进行各种修改或变型，并且这些修改或变型包括在本发明的技术范围之内。本发明包含的主题涉及在2010年3月M日递交日本专利局的日本优先权专利申请JP 2010-068274中公开的内容，因此通过引用将该申请的整体内容合并于此。
权利要求
1.一种夹取判断装置，包括规划单元，其生成用于在作为夹取目标的物体被夹取单元夹着的情形下移动所述夹取单元的目标轨道；观测单元，其测量被基于所述目标轨道驱动的所述夹取单元的移动；夹取状态判断单元，其基于从所述目标轨道得到的所述夹取单元的目标值和由所述观测单元测量到的实际测量值，来判断作为夹取目标的物体是否是能够夹取的；以及夹取状态改变单元，其基于由所述夹取状态判断单元获得的判断结果来改变被所述夹取单元夹着的物体的夹取状态。
2.根据权利要求1所述的夹取判断装置，其中，当所述目标值与所述实际测量值之间的偏差等于或大于预定值时，所述夹取状态判断单元判断所述物体是不能够夹取的。
3.根据权利要求2所述的夹取判断装置，其中，所述观测单元测量所述夹取单元的位置，并且，所述夹取状态判断单元基于由所述观测单元测量到的所述夹取单元的实际测量位置与从所述目标轨道得到的所述夹取单元的目标位置之间的偏差，来判断作为夹取目标的物体是否是能够夹取的。
4.根据权利要求2所述的夹取判断装置，其中，当在所述物体被夹着的情形下移动所述夹取单元时，所述观测单元测量作用在所述夹取单元上的作用力，并且，所述夹取状态判断单元基于由所述观测单元测量到的作用在所述夹取单元上的实际测量作用力与从所述目标轨道得到的作用在所述夹取单元上的目标作用力之间的偏差，来判断作为夹取目标的物体是否是能够夹取的。
5.根据权利要求2所述的夹取判断装置，其中，当所述物体被夹着时，所述观测单元测量发生在所述夹取单元与所述物体之间的滑动量，并且，当所述夹取单元对所述物体的夹取力等于或大于允许值且所述观测单元测量到在所述夹取单元与所述物体之间发生滑动时，所述夹取状态判断单元判断作为夹取目标的物体是不能够夹取的。
6.根据权利要求1所述的夹取判断装置，其中，当所述夹取状态判断单元判断所述物体是不能够夹取的时，所述夹取状态改变单元停止由所述夹取单元夹取所述物体。
7.根据权利要求1所述的夹取判断装置，还包括夹取状态存储单元，所述夹取状态存储单元将由所述夹取状态判断单元判断了夹取可能性的物体的判断结果与该物体的空间位置相关联地存储为环境地图。
8.根据权利要求7所述的夹取判断装置，其中，所述规划单元借助所述夹取状态存储单元来确认作为夹取目标的物体是否已被判断为是不能够夹取的，并且，当所述物体已被判断为是不能够夹取的时，所述规划单元决定不夹取所述物体。
9.一种夹取判断方法，包括以下步骤生成用于在作为夹取目标的物体被夹取单元夹着的情形下移动所述夹取单元的目标轨道；测量被基于所述目标轨道驱动的所述夹取单元的移动；基于从所述目标轨道得到的所述夹取单元的目标值和表示所测量到的所述夹取单元的移动的实际测量值，来判断作为夹取目标的物体是否是能够夹取的；以及基于判断结果，改变被所述夹取单元夹着的物体的夹取状态。
全文摘要
公开了夹取判断装置和夹取判断方法。提供一种夹取判断装置，包括规划单元，其生成用于在作为夹取目标的物体被夹取单元夹着的情形下移动夹取单元的目标轨道；观测单元，其测量被基于目标轨道驱动的夹取单元的移动；夹取状态判断单元，其基于从目标轨道得到的夹取单元的目标值和由观测单元测量到的实际测量值，来判断作为夹取目标的物体是否是能够夹取的；以及夹取状态改变单元，其基于由夹取状态判断单元获得的判断结果来改变被夹取单元夹着的物体的夹取状态。
文档编号B25J13/08GK102198659SQ20111006968
公开日2011年9月28日 申请日期2011年3月17日 优先权日2010年3月24日
发明者坪井利充, 宫本敦史, 川浪康范, 河本献太, 福岛哲治, 长阪宪一郎 申请人:索尼公司