2020-017465

本願は、２０１６年（平成２８年）４月２９日（パリ条約による優先権主張 外国庁受理２０１５年５月１日 （ＵＳ）アメリカ合衆国）を国際出願日とする特願２０１７－５５５７６０号の出願であり、その手続の経緯は、概略、以下のとおりである。

引用文献１には、以下の事項が記載されている（下線は、当審で付した。以下同じ。）。

（１）発明の詳細な説明

「【技術分野】

【０００１】

本発明は、ロボットの位置・姿勢の制御を行う運動制御装置に関する。

【背景技術】

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【０００２】

物体を把持して、これを別の場所へ移動させる等、所定の動作を行わせるロボットハンドが知られている。同種の物体について同一の動作を繰り返し実行させるのではなく、性状（大きさや形状）が様々な物体について多様な動作を行わせようとすると、運動が複雑になり、さらに、位置・姿勢だけでなく、力の制御も必要となるため、制御自体も複雑化する。そうした多用途のロボットハンドにおいて精度よく制御を行うための技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

・・・

【０００４】

特許文献２の技術では、視覚センサにより予め作業対象物を撮影して参照画像として記憶し、作業中に視覚センサにより撮影した作業対象物の画像が参照画像と同じ状態になるよう位置姿勢を制御する視覚フィードバック制御を行うものである。

・・・

【発明が解決しようとする課題】

・・・

【０００６】

また、特許文献２の技術を用いれば、視覚センサから位置・姿勢情報を取得できるため、制御部で把握しているハンド位置と実際の位置とのずれを修正することが可能であるが、通常視覚センサに用いられるカメラのフレームレートでは、高速でのフィードバック制御ができない。高速でのフィードバック制御に対応した高フレームレートのカメラは高価で、画像処理系も高速化する必要があり、ロボットハンドへの適用は容易ではない。また、障害物等により、対象物の映像を正常に取得できない場合は、制御を行うことができない。

【０００７】

そこで本発明は、高速で精度よく制御処理を行うことを可能としたロボットの運動制御装置を提供することを課題とする。

・・・

【００１８】

図１に示されるように、ロボット１００の胴体８には、左右双方のアーム７Ｌ、７Ｒを介して、ロボットハンド１Ｒ、１Ｌが取り付けられている。この胴体８は、移動式または固定式の台座に取り付けられている。胴体８の頭部には、視覚センサであるカメラアイ３を備えている。ハンド１、アーム７の各関節には、関節駆動用のモータと、関節角度を検出するエンコーダポテンションメータが配置されている。

【００１９】

制御装置は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ等で構成される制御ＥＣＵ２を中心に構成されており、対象物およびロボットハンド１の画像を撮影するカメラアイ３の出力画像から画像認識処理により、対象物およびロボットハンド１の位置・姿勢を認識する画像認識部２０と、画像認識結果を基にして把持位置・把持姿勢の目標値を求める位置姿勢演算部２１と、目標値に応じてロボットハンド１の動きを制御するロボット制御部２２とを有している。ロボット制御部２２には、各エンコーダポテンションメータ１６の出力信号が入力され、モータドライバ４を制御することで、各モータ１４の動きを制御して、ロボットハンド１とアーム７の動きを制御する。

【００２０】

制御装置は、このような構成に限られるものではなく、指示された姿勢となるようロボットハンド１、アーム７の動きを制御する制御部と、画像認識装置や把持姿勢の演算部を、別体としてもよい。また、これらの演算部・制御部は、ハードウェア的に区分されていてもソフトウェア的に区分されていてもよい。

【００２１】

制御ＥＣＵ２によって行われる制御（複合型ビジュアルフィードバック制御）の制御系を示すブロック図を図３に示す。この制御系には、第１のフィードバック制御系２５と、第２のフィードバック制御系２６からなり、第１のフィードバック制御系２５のフィードバックループの外側に第２のフィードバック制御系のフィードバックループが存在する２重フィードバックループを構成している。

【００２２】

先に、第１のフィードバック制御系２５の構成から説明する。第１のフィードバック制御系２５は、ロボット１００の関節部に配置された各エンコーダポテンションメータ１６で測定した関節角度θが順運動学演算部２５１に入力され、順運動学演算によりハンド１・アーム７の実位置・姿勢を表す特徴量ξを求める。この実位置・姿勢情報ξと、後述する第２のフィードバック制御系２６の出力であるハンド１・アーム７の目標位置・姿勢を表す特徴量（目標位置・姿勢情報）ξ’ｄとの差分に演算部２５２は、フィードバック制御係数λとヤコビアン行列の疑似逆行列とを乗じることで関節サーボ系の角速度目標値を求める（図中においては、θｒｅｆのθの上に・をつけて表す）。この角速度目標と、ロボット１００の実際の関節角速度（図中においては、θの上に・をつけて表す）との差分がサーボ系であるモータドライバ４に入力され、各モータ１４の動きを制御する。

【００２３】

一方、第２のフィードバック制御系２６は、画像認識部２０の認識結果である位置・姿勢情報ξcrawを基にして、第１の運動推定部２６１が現在の位置・姿勢情報ξcを求める。一方、設定されている目標位置・姿勢情報ξｄrawから、第２の運動推定部２６２は、現在の目標位置・姿勢情報ξｄを求める。ξcと上述した順運動学演算部２５１の演算結果である実位置・姿勢情報ξとの差分Δξｄを求めた目標位置・姿勢情報ξｄから差し引くことで、第１のフィードバック制御系２５へと出力する目標位置・姿勢情報ξ’dを求める。

【００２４】

ここで、第１のフィードバック制御系２５のサンプリングタイム（周期）Ｔｓ１は、第２のフィードバック制御系２６のサンプリングタイム（周期）Ｔｓ２（ここでいう第２のフィードバック制御系２６のサンプリングタイムは、カメラアイ３、画像認識部２０のサンプリングタイムであって、各運動推定部２６１、２６２の出力時間間隔とは異なる。）より充分に短く設定されている。カメラアイ３として用いられる撮像装置は、通常、ビデオフレームレート（３３ｍｓ程度）で画像を取得する。これに対して、第１のフィードバック制御系２５の各要素は、その数倍～数十倍の速度で制御を行うことが可能である。そして、各運動推定部２６１、２６２の出力時間間隔は、第１のフィードバック制御系２５のサンプリングタイムに一致している。

【００２５】

内部フィードバックループを構成する第１のフィードバック制御系２５のフィードバック量は、ハンド１、アーム７の構造、関節部、つまり、各リンクのパラメータおよび関節角度から計算される。

【００２６】

一方、外部フィードバックループを構成する第２のフィードバック制御系２６においては、カメラアイ３の取得タイミングの遅れを補償し、適切な指令を与えるため、対象物体とハンド１、アーム７の運動を推定する機構が必要となる。第２のフィードバック制御系２６における第１および第２の運動推定部２６１、２６２は、そのための機構である。

【００２７】

ここでは、例として線型補間を行う場合を例に説明する。図４は、運動推定を説明する図であり、ｓ（ｋ）は、ｔｋ時刻における視覚センサによる検出量、ｓ（ｋ－１）は、ｔｋ－１時刻における視覚センサによる検出量である。そして、Ｔ２はＴ１の整数倍であり、Ｔ２＝ｔｋ－ｔｋ－１＝ｔｋ＋１－ｔｋである。このとき、任意の、ｔｋ時刻とｔｋ＋１時刻間の運動推定値（ｓ（ｉ）上に符号＾をつけて表す。）は、次式により表される。

【００２８】【数１】

［図：0001388678000001.jpg］

【００２９】

この補間式により第１のフィードバック制御系におけるサンプリングタイムに同期させて運動推定値を出力することができ、カメラアイ３の取得タイミングの遅れを補償することができる。ここでは、運動推定に線型補間を用いたが、２次式、あるいは、その他の多項式を用いて補間を行うようにしてもよい。

・・・

【００３３】

次に、本発明にかかる運動制御装置における制御方法の処理を図５、図６のフローチャートを参照して説明する。図５は、静止した物体を把持する場合の把持処理のフローチャートであり、図６は、動的な物体を把持する場合の把持処理のフローチャートである。

【００３４】

先に、静止対象物の把持処理を図５のフローチャートを参照して説明する。まず、画像認識部２０がカメラアイ３で取得した画像を画像処理することで対象物体の位置姿勢を認識する（ステップＳ１）。次に、位置姿勢演算部２１は、対象物を把持するためのアーム７とハンド１の位置姿勢を決定する（ステップＳ２）。

【００３５】

設定後、上述した制御系（ビジュアルサーボ系）を利用してハンド１、アーム７を制御し（ステップＳ３）、目標位置への到達を判定し（ステップＳ４）、到達していない場合には、ステップＳ３へと戻ることで、到達するまでハンド１、アーム７の駆動制御を継続する。目標位置へ到達したと判定した場合には、ステップＳ５へと移行して、対象物体を把持し、処理を終了する。必要ならば、引き続き、物体を把持したまま所定の動作、例えば、物体をある場所から別の場所へと移動させる動作、を行わせればよい。

・・・

【００４０】

制御系においては、内部フィードバックループを構成する第１のフィードバック制御系２５のサンプリングタイムＴ１を１ｍｓ、外部フィードバックループを構成する第２のフィードバック制御系２６のサンプリングタイム（映像取得フレームレート）Ｔ２を４０ｍｓとする。」

（２）図面

「【図１】

［図：0001388678000002.jpg］

」

「【図２】

［図：0001388678000003.jpg］

」

「【図３】

［図：0001388678000004.jpg］

」

「【図４】

［図：0001388678000005.jpg］

」

「【図５】

［図：0001388678000006.jpg］

」

（３）引用文献１記載の技術的事項

上記（１）及び（２）の記載事項からみて、引用文献１には以下の技術的事項が記載されていると認められる。

ア 段落【０００２】及び【００３５】の記載からみて、引用文献１記載のロボットの運動制御装置は、作業対象物を把持して所定の動作を行わせるように構成され、ロボットハンド１とアーム７は、作業対象物に対して動くように構成されたものである。

イ 段落【００１８】の記載からみて、カメラアイ３は、ロボット１００の胴体８の頭部に取り付けられている。

ウ 段落【００２１】－【００２４】の記載からみて、カメラアイ３は、第２のフィードバック制御系２６のサンプリングタイムＴＳ２で、作業対象物に対するロボットハンド１とアーム７の画像を出力し、画像認識部２０は、カメラアイ３の出力画像から、ロボットハンド１とアーム７の位置・姿勢情報ξｃｒａｗを認識しているところ、段落【００２７】－【００２９】の線形補間を行う例においては、時刻ｔｋにおけるカメラアイ３に基づく検出量をｓ（ｋ）、サンプリングタイムをＴ２として例示している。

したがって、カメラアイ３は、第２のフィードバック制御系２６のサンプリングタイムＴＳ２で、作業対象物に対するロボットハンド１とアーム７の現在の位置・姿勢情報である、検出量ｓ（ｋ）を検出していることが認められる。

エ 段落【００１９】、図２の記載からみて、制御ＥＣＵ２は、ロボットハンド１とアーム７、およびカメラアイ３を制御するものである。

オ 段落【００２４】の記載からみて、制御ＥＣＵ２は、カメラアイ３のサンプリングタイムＴＳ２よりも充分に短く設定されている第１のフィードバック制御系２５のサンプリングタイムＴＳ１で、ロボットハンド１とアーム７を制御している。

カ 段落【００２３】－【００２４】の記載からみて、制御ＥＣＵ２は、位置・姿勢情報ξｃｒａｗに基づいて、ロボットハンド１とアーム７の第１の運動推定部２６１が求める現在の位置・姿勢情報ξｃを、サンプリングタイムＴＳ１に一致する時間間隔で出力しており、そして、段落【００２７】－【００２９】の線形補間を行う例においては、段落【００２８】の補間式【数１】を用いて、検出量ｓ（ｋ）に基づいて、サンプリングタイムＴ１に同期させて、運動推定値ｓ∧（ｉ）（当審注：【数１】においては、ｓ（ｉ）上に符号∧を付けて表している。）を出力するものとして例示している。

したがって、制御ＥＣＵ２は、検出量ｓ（ｋ）に基づいて、第１の運動推定部２６１が求める、ロボットハンド１とアーム７の現在の位置・姿勢情報である運動推定値ｓ∧（ｉ）を出力し、この出力時間間隔はサンプリングタイムＴＳ１に一致していることが理解できる。

キ 段落【００２１】－【００２４】、【００２７】－【００２９】の記載からみて、制御ＥＣＵ２は、位置・姿勢情報ξｃｒａｗに基づく位置・姿勢情報ξｃを用いて、ロボットハンド１とアーム７を制御するように構成されており、上記ウ、及びカにも記載したとおり、運動推定値ｓ∧（ｉ）は現在の位置・姿勢情報ξｃを例示したものである。

よって、制御ＥＣＵ２は、運動推定値ｓ∧（ｉ）を用いて、ロボットハンド１とアーム７を制御するように構成されていることが認められる。

ク 段落【００４０】に記載したサンプリングタイムＴ２の４０ｍｓは２５Ｈｚに、サンプリングタイムＴ１の１ｍｓは１０００Ｈｚにそれぞれ換算される。

また、段落【００２４】及び【００４０】の記載からみて、Ｔｓ１とＴ１は、第１のフィードバック制御系２５のサンプリングタイムを示す同じ周期であり、Ｔｓ２とＴ２は、第２のフィードバック制御系２６のサンプリングタイムを示す同じ周期である。

ケ 段落【００２１】－【００２４】、【００２７】－【００２９】の記載、及び上記キの例示からみて、制御ＥＣＵ２は、サンプリングタイムＴ１（周期）に一致する出力時間間隔の運動推定値ｓ∧（ｉ）を用いて、ロボットハンド１とアーム７を制御するように構成されている。

請求人は、当審拒絶理由通知に対する令和３年１０月１５日提出の意見書で、理由Ａについて、概ね以下の主張をしている。

本願発明は、本件補正により「プロセッサは、最新の知覚情報が使用可能でないときは予測位置情報を使用し、最新の知覚情報が使用可能なときは、知覚情報を用いてアームを制御するように構成されていること」が規定されていることから、予測位置情報と知覚情報（予測ではない実際の位置情報）を選択的に使用することでより信頼性と正確性の高い制御が可能になる。

その一方で、引用文献１には、情報を選択的に使用して正確性や信頼性を高めるという本件補正後の本願発明の構成は開示も示唆もされておらず、当業者が引用文献１の開示内容から本願発明に想到したであろうということはできないから、本願発明は引用発明に対して進歩性を有する。

上記本願発明により規定されている「プロセッサは、最新の知覚情報が使用可能でないときは予測位置情報を使用し、最新の知覚情報が使用可能なときは、知覚情報を用いてアームを制御するように構成されていること」については、第５の３で認定した本願発明と引用発明との相違点３である。

そして、上記第６の３で検討したとおり、引用文献１の【００２８】の【数１】は、ｓ（ｋ）が得られるｔｋ時刻では、ｓ∧（ｋ）＝ｓ（ｋ）とし、ｓ（ｋ）が得られないｔｉ時刻では、ｓ∧（ｉ）の推定を行うことが示されているから、この相違点３は本願発明と引用発明との実質的な相違点ではなく、この相違点の存在により、本願発明が引用発明に基づいて容易に想到し得ないものとはいえない。

したがって、請求人の主張は採用できない。