(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを認識して把持するカメラ脱着ロボット装置であって、
前記カメラ脱着ロボット装置は、位置姿勢が未知な前記ワークの位置姿勢を検出する画像処理機能を持ち、
前記ワークを認識する画像認識装置と、
前記ワークを把持するロボットハンドを有する動作機構と、
前記認識に基づいて、前記ロボットハンドが前記ワークを把持するように前記動作機構を制御する制御装置と、を備え、
前記ロボットハンドは、前記画像認識装置を把持可能であり、前記画像認識装置は、前記ロボットハンドに把持されるための取手部分を有し、
前記画像認識装置を接続した状態で前記ワークについての認識を行い、その後、前記画像認識装置を取り外して前記ワークの把持を行う、ことを特徴とするカメラ脱着ロボット装置。
【請求項２】
前記動作機構は、前記ワークの位置まで該ロボットハンドを移動させるロボットアームと、
該ロボットアームを回転軸を中心に回転させる関節と、
前記ロボットハンドを支える前記カメラ脱着ロボット装置の手先部を有し、
前記ロボットハンドは、前記ワークを把持するための複数本の爪と、
前記爪を開位置と閉位置の間で開閉させるチャック装置と、
該チャック装置と前記カメラ脱着ロボット装置の手先部を接続する支持部を有し、
前記チャック装置は、前記爪をそれぞれ片持支持する片持支持部材と、
該片持支持部材の相対位置を連続的に変化させるアクチュエータとを備える、ことを特徴とする請求項１に記載のカメラ脱着ロボット装置。
【請求項３】
前記画像認識装置は、内側の側面に段差部分を有する収納容器に対して、前記段差部分によって下方から支えられる凸部分を有する、ことを特徴とする請求項２に記載のカメラ脱着ロボット装置。
【請求項４】
容器に収納されている前記ワークを認識して把持する、ことを特徴とする請求項１に記載のカメラ脱着ロボット装置。
【請求項５】
請求項１、２または４に記載のカメラ脱着ロボット装置と、前記画像認識装置を格納する格納領域に、水平方向に間隔をおいて２箇所に位置する段差部分とを有するワーク把持システムであって、
前記画像認識装置は、前記画像認識装置の両側において前記画像認識装置から突出する凸部を有し、
前記両側の前記凸部が、それぞれ、前記２箇所の前記段差部分に下方から支持されることにより、前記画像認識装置が前記段差部分に支持され、
この状態では、前記画像認識装置の水平方向両側に前記画像認識装置から前記凸部が突出しており、前記凸部は、前記取手部分よりも下方に位置し、前記画像認識装置の底面は、鉛直方向に関して前記２箇所の段差部分よりも下方に位置し、かつ、水平方向に関して前記２箇所の段差部分の間に位置する、ことを特徴とするワーク把持システム。
【請求項６】
請求項４に記載のカメラ脱着ロボット装置を用いて前記ワークを認識して把持するワーク把持方法であって、
前記ロボットハンドで前記画像認識装置を把持した状態で、前記容器に収納されている前記ワークについての認識を前記画像認識装置により行い、その後、前記画像認識装置を前記ロボットハンドから取り外して前記ワークの把持を行う、ことを特徴とするワーク把持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置姿勢が未知なワークの位置姿勢を検出する画像処理機能を持つロボット装置、ワーク把持システム、およびワーク把持方法に関する。
【０００２】
同一形状のワークが乱雑に山積みされた中から、又は所定領域内に３次元的に異なる任意の位置姿勢で収納されているワークの集合から個々のワークを取出す作業について、予め整列されていない状態であっても人手によって整列する作業を行うことなくワークの取出しを可能にする方法として、例えば特許文献１に記載されている発明が知られている。
【０００３】
特許文献１は、山積みされたワーク又は所定領域内に３次元的に異なる任意の位置姿勢で収納されているワークの中から、個々の位置姿勢を正確に検出することができ、又は作業方向、作業位置を求めることができる画像処理機能を持つロボットを得ることを目的としている。
そのために、ＣＣＤカメラ等の画像データを取込む手段である２次元視覚センサにて撮像し、ロボットの作業方向若しくは作業方向及び作業位置を求め、さらには、撮像した画像データに基づいて、作業方向を決めて２次元視覚センサ若しくは３次元視覚センサでワークの位置姿勢を正確に検出するものである。
【０００４】
このように、２次元視覚センサ若しくは３次元視覚センサによってワークの位置姿勢の把握が可能であるため、予めワークを整列することなく取出しできるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３００６８２号、「画像処理機能を持つロボット装置」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ロボットハンドに取付けたＣＣＤカメラ等の視覚センサについて、一般にワークに対して大型であることが多い。そのため、ロボットハンドがワークを取りに行くときに、ワークが入っている容器の壁と視覚センサが干渉しやすく、容器の隅に置かれているワークを取出すことができないという問題点があった。
そのため、視覚センサを活用することで、ワークを整列する必要がなくなったにもかかわらず、上記理由のために結局部分的にワークを整列させる必要が生じていた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ワークが容器の隅に存在する場合であっても、容器の壁と干渉することなくワークを取出すことが可能なロボット装置、ワーク把持システム、およびワーク把持方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明によると、ワークを認識して把持するカメラ脱着ロボット装置であって、
前記カメラ脱着ロボット装置は、位置姿勢が未知な前記ワークの位置姿勢を検出する画像処理機能を持ち、
前記ワークを認識する画像認識装置と、
前記ワークを把持するロボットハンドを有する動作機構と、
前記認識に基づいて、前記ロボットハンドが前記ワークを把持するように前記動作機構を制御する制御装置と、を備え、
前記ロボットハンドは、前記画像認識装置を把持可能であり、前記画像認識装置は、前記ロボットハンドに把持されるための取手部分を有し、
前記画像認識装置を接続した状態で前記ワークについての認識を行い、その後、前記画像認識装置を取り外して前記ワークの把持を行う、ことを特徴とするカメラ脱着ロボット装置が提供される。
【０００９】
本発明によると、前記動作機構は、前記ワークの位置まで該ロボットハンドを移動させるロボットアームと、
該ロボットアームを回転軸を中心に回転させる関節と、
前記ロボットハンドを支えるロボット装置の手先部を有し、
前記ロボットハンドは、ワークを把持するための複数本の爪と、
前記爪を開位置と閉位置の間で開閉させるチャック装置と、
該チャック装置と前記ロボット装置の手先部を接続する支持部を有し、
前記チャック装置は、前記爪をそれぞれ片持支持する片持支持部材と、
該片持支持部材の相対位置を連続的に変化させるアクチュエータとを備える。
【００１０】
本発明によると、前記爪によって前記ロボットハンドに把持されるための取手部分を有する。
【００１１】
さらに本発明によると、前記画像認識装置は、内側の側面に段差部分を有する収納容器に対して、前記段差部分によって下方から支えられる凸部分を有する。
また、本発明によると、上述のカメラ脱着ロボット装置と、前記画像認識装置を格納する格納領域に、水平方向に間隔をおいて２箇所に位置する段差部分とを有するワーク把持システムであって、前記画像認識装置は、前記画像認識装置の両側において前記画像認識装置から突出する凸部を有し、前記両側の前記凸部が、それぞれ、前記２箇所の前記段差部分に下方から支持されることにより、前記画像認識装置が前記段差部分に支持され、この状態では、前記画像認識装置の水平方向両側に前記画像認識装置から前記凸部が突出しており、前記凸部は、前記取手部分よりも下方に位置し、前記画像認識装置の底面は、鉛直方向に関して前記２箇所の段差部分よりも下方に位置し、かつ、水平方向に関して前記２箇所の段差部分の間に位置する、ことを特徴とするワーク把持システムが提供される。
さらに、本発明によると、上述のカメラ脱着ロボット装置を用いて前記ワークを認識して把持するワーク把持方法であって、前記ロボットハンドで前記画像認識装置を把持した状態で、前記容器に収納されている前記ワークについての認識を前記画像認識装置により行い、その後、前記画像認識装置を前記ロボットハンドから取り外して前記ワークの把持を行う、ことを特徴とするワーク把持方法が提供される。
【００１２】
また、参考例では、前記画像認識装置は、前記支持部の側面に取り外し可能に接続されている接続部を介して接続されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、ロボット装置によって把持された画像認識装置、またはロボットハンドの側面に接続された画像認識装置が、ロボット装置から脱着可能であるため、ワークを把持する際にワークが収納されている容器の壁と干渉することなく、ワークを把持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例におけるロボットハンドを備えたロボット装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例におけるロボットハンドの構成図である。
【図３】本発明の実施例における画像認識装置の格納時の図である。
【図４】参考例におけるロボットハンドの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の実施例によるロボットハンドを備えたロボット装置の全体図である。
この図において、１１はロボット装置、１２ａ〜１２ｃはロボットアーム、１３はロボット装置の手先部、１４はテーブル、１５はロボットハンド、１６はワーク、１７はワーク用容器、１８ａ〜１８ｃは関節、１９は動作機構、２０は制御装置、２１は画像認識装置である。
【００１７】
ロボット装置１１は、この例ではテーブル１４の上面に固定された垂直多関節ロボットであるが、本発明はこれに限定されず、その他のロボット（スカラロボットや直交ロボット）であってもよい。
【００１８】
本発明のロボットハンド１５は、ロボット装置の手先部１３に搭載され、所定の作動範囲で３次元的に移動され、かつ自由な姿勢をとることができるようになっている。
【００１９】
関節１８ａ〜１８ｃは、ロボットアーム１２ａ〜１２ｃ及びロボット装置の手先部１３を連結しており、それぞれ回転軸Ｃ１〜Ｃ３（図１の紙面と垂直な軸）、Ｃ４（ロボットアーム１２ａの長手方向に延びる軸）周りに回転が可能である。
【００２０】
制御装置２０は、画像認識装置２１から得たワーク１６の位置情報を元に、ロボットアーム１２ａ〜１２ｃ及び関節１８ａ〜１８ｃを操作して、ワーク１６を把持できる位置までロボットハンド１５を移動させる。
この構成により、ロボットハンド１５をワーク１６の位置まで正確に移動させることができる。
【００２１】
図１の例において、ワーク１６の断面は図において円形だが、ワーク１６の形状はロボットハンド１５で把持できるものであれば、形状によって限定されない。
【００２２】
制御装置２０の設置場所は図の位置に限られず、動作機構１９の制御が可能な場所であればよい。
【００２３】
図２は、本発明の実施例によるロボットハンド１５の構成図である。
この図において、２２は取手部分、２３は凸部分、２４は爪、２５はチャック装置、２５ａは片持支持部材、２５ｂはアクチュエータ、２６は支持部、２７は支持フレームである。
【００２４】
画像認識装置２１は、例えばＣＣＤカメラ等の画像データを取込むデータ取込み手段であり、予め取手部分２２及び凸部分２３と連結されている。
この構成により、ロボットハンド１５は、爪２４が画像認識装置２１の取手部分２２を把持することが可能になる。そのため、画像認識装置２１の把持の際には、ロボットハンド１５のみで把持することが可能になり、ロボットハンド１５がワーク１６の収納されている容器１７の壁と干渉することによって、容器の隅に配置されていたワーク１６を把持できないといった問題点を回避することができる。
【００２５】
取手部分２２は、爪２４によって把持が可能な範囲内での大きさに設定されている。
この構成により、爪２４の形状について、画像認識装置２１の形状に合わせたものを用意する必要がなく、また、爪２４の交換作業を要すことなく画像認識装置２１の把持を行うことができる。さらに、ロボット装置１１に把持された画像認識装置２１を、人手によって取り外す作業が必要なくなる。
【００２６】
チャック装置２５は、爪２４を「開位置」と「閉位置」の間で開閉する。
「開位置」は、把持対象であるワーク１６をそれぞれの爪２４の間に位置する領域に移動するようにロボットハンド１５を操作する際に、爪２４が把持予定のワーク１６に接触せずに該操作が完了するように設定されている。
「閉位置」は、把持予定のワーク１６を把持しようとした際に、それぞれの爪２４の間に位置する領域が最小になることなく、把持が完了するように設定されている。
この例において、チャック装置２５は爪２４をそれぞれ片持支持する片持支持部材２５ａと、片持支持部材２５ａの相対位置を連続的に変化させるアクチュエータ２５ｂとを備える。
この構成により、それぞれの爪２４が、アクチュエータ２５ｂに従って独立して動作するため、柔軟な形での把持が可能になる。
片持支持部材２５ａは、図示しないリニアガイドによって開位置と閉位置の間を案内されている。
アクチュエータ２５ｂは例えば直動の電動シリンダである。
【００２７】
支持部２６は、ロボットハンド１５とロボット装置の手先部１３を接続している。
【００２８】
支持フレーム２７は、爪２４と片持支持部材２５ａをそれぞれ接続している。
【００２９】
図３は本発明の実施例における画像認識装置の格納時の図である。
（Ａ）は画像認識装置２１、図３（Ｂ）は画像認識装置２１を収納する格納領域３１、図３（Ｃ）は画像認識装置２１が格納領域３１に格納された状態の図である。
凸部分２３は、画像認識装置２１がロボット装置１１から離れて格納される際に、人手を介すことなく分離することを可能にするために備えられている。
格納領域３１において、画像認識装置２１を格納した際、画像認識装置２１の凸部分２３が格納領域３１の段差部分３２に接する形で収納が行われるため、格納時及び格納後に画像認識装置２１が不安定な状態になることはない。
この構成により、画像認識装置２１がロボットハンド１５によって把持されている状態から直接格納領域３１に格納することができる。また、レンズ等が配置されている画像認識装置２１の底面を格納領域３１の底面と直接接触させることなく、取り外すことができる。
【００３０】
なお、上記実施例においては、取手部分２２及び凸部分２３は画像認識装置２１の一部であるが、画像認識装置２１、取手部分２２、凸部分２３が別々の機構であって、結合して使用する形であってもよい。
【００３１】
本実施例において、画像認識装置２１を接続した状態でワーク１６についての認識を行い、その後画像認識装置２１を取り外してワーク１６の把持を行う。
【００３２】
図４は本発明の参考例によるロボットハンド１５の構成図である。
この図において、２８は接続部である。
【００３３】
接続部２８は、画像認識装置２１と支持部２６を接続している。
この構成により、画像認識装置２１に取手部分２２を連結させることなく、画像認識装置２１の取り外しが可能になる。
この例において、画像認識装置２１は接続部２８を介して支持部２６に接続しているが、画像認識装置２１が安定的に接続可能であれば、例えば支持部２６の上部に存在するロボット装置の手先部１３に接続されることも可能である。
【００３４】
なお、接続部２８は、例えば着脱にボールロック方式等を採用することで、着脱が容易であるものが望ましい。
また、画像認識装置２１に電源供給が必要である場合には、電気接点を有しているものが望ましい。
【００３５】
本参考例において、画像認識装置２１を接続した状態でワーク１６についての認識を行い、その後画像認識装置２１を取り外してワーク１６の把持を行う点は実施例と同様である。
【００３６】
なお、前記において、本発明の実施形態について説明を行ったが、前記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００３７】
１１  ロボット装置、１２ａ〜１２ｃ  ロボットアーム、
１３  ロボット装置の手先部、１４  テーブル、１５  ロボットハンド、
１６  ワーク、１７  ワーク用容器、１８ａ〜１８ｃ  関節、
１９  動作機構、２０  制御装置、２１  画像認識装置、２２  取手部分、
２３  凸部分、２４  爪、２５  チャック装置、２５ａ  片持支持部材、
２５ｂ  アクチュエータ、２６  支持部、２７  支持フレーム、
２８  接続部、３１  格納領域、３２  段差部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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