(57)【要約】【課題】二次元変位センサを使用し、深度情報を含むピッキングデータをロボットアームのコントローラに提供し、多種類のワークを的確にピッキングする。【解決手段】ワークピッキング装置１は、ＸＹ平面４にランダムに積まれたワーク集合体を走査する二次元変位センサ３、一つのワーク７を把持する把持爪６を備えたロボットアーム５、ロボットアーム５を制御するコントローラ８、センサ３からの波形データＷに基づいてワーク７の把持位置をコントローラ８に指示する把持位置指示システム２を含む。システム２のコンピュータ１０は、センサ３からＸＺ平面内のワーク形状を示す波形データＷを入力し、複数の波形データＷからワーク形状の特徴点を検出し、特徴点に基づいてワーク７の把持位置を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元変位センサを用いて、ＸＹＺ三次元空間で移動可能な把持部を備えたロボットアームのコントローラにワークの把持位置を指示するためのシステムであって、
前記二次元変位センサからＸＺ平面内のワーク形状を表す波形データをＹ方向に複数入力する入力部と、前記複数の波形データに基づいて前記把持部によるワークの把持位置を演算する演算部と、前記把持位置を含む制御情報を前記コントローラに出力する出力部とを備え、
前記演算部が、前記波形データから前記ワーク形状の特徴点を検出する特徴点検出部を含み、前記特徴点に基づいて前記ＸＹＺ三次元空間における前記ワークの把持位置を求めることを特徴とする把持位置指示システム。
【請求項２】
前記特徴点検出部が、前記波形データに基づいて前記ワーク形状の変化率を求め、該変化率の複数のピーク点のうち前記ＸＹ平面からＺ方向へ最も離れたピーク点を前記ワーク形状の特徴点として検出することを特徴とする請求項１に記載の把持位置指示システム。
【請求項３】
前記特徴点検出部が、ワーク形状の変化率に基づいて、ロボットアームの把持部が進入可能なワークの空隙部を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の把持位置指示システム。
【請求項４】
前記特徴点検出部が、前記波形データに基づいて、ロボットアームの把持部がワークの空隙部に進入する角度を求めることを特徴とする請求項３に記載の把持位置指示システム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載された把持位置指示システムを用いて、前記ＸＹ平面上にランダムに積み重ねられた複数のワークのうちの一つを前記ロボットアームの把持部によりピッキングすることを特徴とするワークピッキング装置。
【請求項６】
前記複数のワークが、少なくとも一つの不定形ワークを含むことを特徴とする請求項５に記載のワークピッキング装置。
【請求項７】
ワークが載置されるＸＹ平面と二次元変位センサが相対移動可能に設備されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のワークピッキング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアームにワークの把持位置を指示するシステム、および、該システムにより指示された把持位置でワークをピッキングする装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、作業面上に載置されたワークをロボットアームの把持爪でピッキングする場合に、把持対象のワークをカメラで撮影し、撮映像からワークの位置や姿勢を検出する方法が知られている。例えば、撮影した画像からワーク形状の特徴となる点を検出し、画像上の特徴点とあらかじめ記憶したワークモデル上の特徴点とのパターンマッチングを行うことによりワークの位置や姿勢を検出する方法が知られている。
【０００３】
特許文献１には、産業用ロボットの視覚としてカメラを使用し、カメラで捕えた三次元距離画像を処理してワーク形状の特徴点を求める技術が記載されている。特許文献２には、ステレオカメラや距離画像センサを用いたロボットシステムにおいて、ピッキングミスが発生したときに、ワークを照らす照明の輝度や向きを調整する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４３０７３号公報
【特許文献２】特開２０１４−１８０７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、カメラの映像データから画像処理やパターンマッチングを用いてワーク形状の特徴点を求める方法は、映像データが深度情報を持たないため、例えば、ランダムに積み上げられたワークを一つずつロボットアームでピッキングする用途には適さなかった。また、カメラの映像は外乱光を含む照明環境による影響を受けやすいため、同じ照明環境下で表面性状（色や粗さ）、画角内位置、高さ、または深さが異なる多種類のワークをピッキングすることができないという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、二次元変位センサを使用し、深度情報を含むピッキングデータをロボットアームに指示できるシステム、および、照明環境による影響を受けることなく、多種類のワークを的確にピッキングできる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、次のような特徴的手段を提供する。
（１）  二次元変位センサを用いて、ＸＹＺ三次元空間で移動可能な把持部を備えたロボットアームのコントローラにワークの把持位置を指示するためのシステムであって、二次元変位センサからＸＺ平面内のワーク形状を表す波形データをＹ方向に複数入力する入力部と、複数の波形データに基づいて把持部によるワークの把持位置を演算する演算部と、ワーク把持位置を含む制御情報をロボットアームのコントローラに出力する出力部とを備え、演算部が、波形データからワーク形状の特徴点を検出する特徴点検出部を含み、検出された特徴点に基づいてＸＹＺ三次元空間におけるワークの把持位置を求めることを特徴とする把持位置指示システム。
【０００８】
（２）  特徴点検出部が、波形データに基づいてワーク形状の変化率を求め、変化率の複数のピーク点のうちＸＹ平面からＺ方向へ最も離れたピーク点をワーク形状の特徴点として検出することを特徴とする把持位置指示システム。
【０００９】
（３）  特徴点検出部が、ワーク形状の変化率に基づいて、ロボットアームの把持部が進入可能なワークの空隙部を検出することを特徴とする把持位置指示システム。
【００１０】
（４）  特徴点検出部が、波形データに基づいて、ロボットアームの把持部がワークの空隙部に進入する角度を求めることを特徴とする把持位置指示システム。
【００１１】
（５）  上記（１）〜（４）の何れか一項に記載された把持位置指示システムを用いて、ランダムに積み重ねられた複数のワークのうちの一つをロボットアームの把持部によりピッキングすることを特徴とするワークピッキング装置。
【００１２】
（６）  複数のワークが、少なくとも一つの不定形ワークを含むことを特徴とするワークピッキング装置。
【００１３】
（７）  ワークが載置されるＸＹ平面と二次元変位センサが相対移動可能に設備されていることを特徴とするワークピッキング装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の把持位置指示システムによれば、二次元変位センサを用いて、深度情報を含むピッキングデータをロボットアームに提供できるという効果がある。また、本発明のワークピッキング装置によれば、把持位置指示システムから提供されたデータに従い、照明環境による影響を受けることなく、多種類のワークを的確にピッキングできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態を示すワークピッキング装置の概略図である。
【図２】ピッキング装置にワークの把持位置を指示するシステムを示すブロック図である。
【図３】二次元変位センサが出力した波形データを例示するグラフ図である。
【図４】波形データに対応させてワーク形状の変化率を表したグラフ図である。
【図５】把持位置指示システムの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示ワークピッキング装置１は、ＸＹ平面４に配置された複数のワーク７を走査する二次元変位センサ３、複数のワーク７のうちの一つを把持する把持爪６を備えたロボットアーム５、ロボットアーム５の動きを制御するコントローラ８、二次元変位センサ３が出力した波形データＷに基づいて把持爪６によるワーク７の把持位置をコントローラ８に指示する把持位置指示システム２から構成されている。把持爪６は、ＸＹＺ三次元空間で移動可能である。ワーク７の種類によっては、把持爪６をＺ方向に延びる軸線の周りで回転可能に装備することもできる。
【００１７】
ワーク７は、特定の形状および材質に限定されないが、この実施形態では、柔軟材料でリング状に形成された不定形ワークである。複数の不定形ワーク７は、ＸＹ平面４上にランダムに積まれ、集合状態でＸＹＺ三次元空間に配置されている。ＸＹ平面４は、例えばコンベヤによって形成されたワーク搬送面の一部に含まれ、二次元変位センサ３に対してＹ方向へ移動する。二次元変位センサ３は、Ｘ方向に広がる帯状のレーザー光をＸＹ平面４に向けて照射し、ＸＺ平面内のワーク形状を表す波形データＷをＸＹ平面４との相対移動に伴って多数出力するようになっている。
【００１８】
図２に示すように、把持位置指示システム２は、二次元変位センサ３から波形データＷを入力する入力部１１、入力された複数の波形データＷに基づいて把持爪６によるワーク７の把持位置を演算する演算部１２、演算された把持位置を含む制御情報をロボットアーム５のコントローラ８に出力する出力部１５を含み、各部が図１に示すコンピュータ１０に実装されている。そして、演算部１２に、ＸＺ平面の波形データＷからワーク形状の特徴点を検出する特徴点検出部１３が設けられている。
【００１９】
次に、図３および図４に従って演算部１２における処理をより具体的に説明する。図３（ａ）に示すように、二次元変位センサ３は、ＸＹ平面４（図１参照）との相対移動に伴い、ワーク搬送面の上にランダムに積まれたワーク７の集合体を帯状レーザー光によってＹ方向に走査し、図３（ｂ）に示すように、多数の走査線Ｌ１，２，・・・，ｎに対応する波形データ（プロファイルデータ）Ｗ１，２，・・・，ｎを取得し、取得した波形データＷをコンピュータ１０に出力する。
【００２０】
コンピュータ１０では、入力部１１が二次元変位センサ３からの波形データＷを入力し、演算部１２の特徴点検出部１３が波形データＷからワーク形状の特徴点を検出する。図４には、図３（ｂ）の波形データＷ２を例に特徴点の求め方が示されている。特徴点検出部１３は、波形データＷ２において、Ｘ方向の微小距離（例えば０．００５〜０．０１ｍｍ等）毎にＺ方向の高さ変化率（ΔＺ／ΔＸ）を求め、変化率をプロットした変化率グラフＷ２’を生成する。そして、変化率グラフＷ２’中の複数のピーク点２３のうちＸＹ平面４からＺ方向へ最も離れたピーク点２３ｍａｘをワーク形状の特徴点２１として検出するとともに、ワーク形状の変化率に基づいて、ロボットアーム５の把持部６がワーク集合体中に進入可能な空隙部を検出する。
【００２１】
こうすれば、把持爪６によるワーク７を把持可能な位置をワーク集合体中に一義的に求めることができるため、個々のワークの位置や形状または姿勢を把握するまでもなく、一つの特徴点２１に基づいてワーク７の把持位置を容易に演算することができる。把持位置の演算にあたっては、演算部１２が、特徴点２１のＸＹＺ座標値、つまり、波形データ中のＸ，Ｚ座標値と、その波形データに対応する走査線Ｌ２のＹ座標値をＸＹＺ三次元空間におけるワーク７の把持位置として求め、出力部１５からロボットアーム５のコントローラ８に提供する。さらに、特徴点の前後関係を調べることで、把持爪６の向きを解析できるとともに、波形データに基づいて、ロボットアーム５の把持部６がワーク７の空隙部に進入する角度を求めることもできる。なお、図４には２つのピーク点２３ｍａｘが同じ高さに示されているが、どちらか一つが特徴点２１として選択される。
【００２２】
次に、図５に従って把持位置指示システム２の動作について説明する。ワークピッキング装置１が起動されると、把持位置指示システム２がワーク７の把持位置をロボットアーム５のコントローラに指示するための動作を開始する。まず、把持位置指示システム２は、二次元変位センサ３からＸＺ平面内の波形データＷを入力する（図５のＳ５１）。次いで、入力した波形データＷに基づいてワーク形状の特徴点を検出する（Ｓ５２）。
【００２３】
続いて、把持位置指示システム２は、複数の特徴点のうちＸＹ平面４からＺ方向へ最も離れたピーク点を最適特徴点として検出するとともに、その特徴点の近くに把持爪６が進入可能な空隙部を検出する（Ｓ５３）。そして、特徴点の前後関係から把持爪６の向きを求め、波形データから把持爪６の空隙部への進入角度を算出し（Ｓ５４）、その算出結果を含む制御情報をコントローラ８に出力する（Ｓ５５）。なお、図５に示した処理は、一例にすぎず、処理順序を適宜に変更して実施することも可能である。
【００２４】
したがって、この実施形態の把持位置指示システム２によれば、二次元変位センサ３が出力した波形データＷに基づいて制御情報を出力するので、従来の画像処理やパターンマッチングとは異なり、深度情報を含むピッキングデータをロボットアーム５のコントローラ８に提供することができる。このため、ワークピッキング装置１は、ロボットアーム５の把持爪６により、ＸＹ平面４上にランダムに積まれた移動中のワーク集合体からワーク７を一つずつ順番にピッキングすることができる。
【００２５】
また、この実施形態の把持位置指示システム２によれば、ＸＹ平面４から最も離れた点をワーク形状の最適特徴点として検出しているため、ワーク７自体の形状に関わりなく、把持爪６の位置、向きおよび進入角度を容易に演算することが可能である。このことにより、例えば、柔軟なパッキンなど、パターンマッチングによっては困難とされていた不定形ワークでも、ロボットアーム５の把持爪６によってミスなくピッキングすることが可能となり、従来人手に頼っていた不定形ワークのピッキング作業を自動化することができるという効果もある。
【００２６】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、波形データに基づいて把持爪６のＺ軸線周りの回転角度を制御したり、把持爪６に代えて真空または磁気吸着ヘッドを使用したりするなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の構成を任意に変更して実施することも可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１    ワークピッキング装置
２    把持位置指示システム
３    二次元変位センサ
４    ＸＹ平面
５    ロボットアーム
６    把持爪
７    ワーク
８    コントローラ
１０    コンピュータ
１１    入力部
１２    演算部
１３    特徴点検出部
１５    出力部
２１    特徴点
２３    変化率のピーク点
【図１】
2018075660.tif 000003
【図２】
2018075660.tif 000004
【図３】
2018075660.tif 000005
【図４】
2018075660.tif 000006
【図５】
2018075660.tif 000007