(57)【要約】【課題】取出作業をより効率化することが可能なワーク取出システムを提供する。【解決手段】このワーク取出システムは、コンテナ１の上方に配置され、コンテナ１内のワークＷの三次元情報として、各点が高さ位置情報を有する三次元点群を取得する三次元センサ２０と、三次元点群の中で、隣接する点同士が所定の条件を満たす複数の三次元点集合を作る集合作成手段と、複数の三次元点集合のうち、所定の大きさの基準、所定の面積の基準、および所定の長さの基準の少なくとも一つに該当するものを除外集合として特定する除外集合特定手段と、三次元点群又は複数の三次元点集合から除外集合に含まれる点を除外して得られるワーク検出用の三次元点群を求め、ワーク検出用の三次元点群を用いてロボット１０による取出しのためのワーク検出を行うワーク検出手段とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンテナ内に積まれた複数のワークをロボットにより順次取出すワーク取出システムであって、
前記コンテナの上方に配置され、前記コンテナ内の前記ワークの三次元情報として、各点が高さ位置情報を有する三次元点群を取得する三次元センサと、
前記三次元点群の中で、隣接する点同士が所定の条件を満たす複数の三次元点集合を作る集合作成手段と、
前記複数の三次元点集合のうち、所定の大きさの基準、所定の面積の基準、および所定の長さの基準の少なくとも一つに該当するものを除外集合として特定する除外集合特定手段と、
前記三次元点群又は前記複数の三次元点集合から前記除外集合に含まれる点を除外して得られるワーク検出用の三次元点群を求め、該ワーク検出用の三次元点群を用いて前記ロボットによる取出しのためのワーク検出を行うワーク検出手段とを備えるワーク取出システム。
【請求項２】
前記ワーク検出手段が、前記ワーク検出用の三次元点群の各点の前記高さ位置情報に基づき、取出可能ワークが存在するとの検出を行う請求項１に記載のワーク取出システム。
【請求項３】
前記除外集合特定手段が、特定された前記除外集合の少なくとも１つに基づき前記コンテナ内の平面部又は曲面部を推定すると共に、推定した前記平面部又は前記曲面部から所定距離の範囲に存在する三次元点も当該除外集合に含める請求項１又は２に記載のワーク取出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンテナ内に積まれた複数のワークを順次取出すワーク取出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンテナ内に積まれた複数のワークをセンサにより上方から撮像し、各検出点が高さ位置情報を有する三次元情報を得て、三次元情報の中で最も高い部分が次に取出すワークが存在する位置であると判定し、当該位置のワークをロボットで取出すワーク取出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０４−３０９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のワーク取出装置は、コンテナ内に積まれたワークのうち高い部分に配置されているワークから順に取出すことを狙っており、この点効率的な装置である。
一方、ワーク取出装置は様々な状況、様々なワークに対し使われるものであり、コンテナの形状も様々である。例えば、コンテナ内のワークが少なくなった際に、コンテナ内の一部にワークを自動的に集めてロボットによる取出効率を向上するために、コンテナの底面の一部に傾斜面や湾曲面を設けることもある。
【０００５】
このように底面に傾斜面や湾曲面が設けられたコンテナ内に少量のワークが存在する状態では、ワークよりも傾斜面や湾曲面の方が高い位置に存在することがよくあり、上記のワーク取出装置を使う場合、コンテナ内の傾斜面や湾曲面が次に取出すワークであると判定される。このように判定されると、ワークが存在しない傾斜面や湾曲面の位置でロボットが何度もワークの取出動作を行うこととなり、効率的な取出作業とならない。
【０００６】
一方、三次元情報を処理することにより得られる各ワークの形状情報と、取出対象のワークの三次元形状データ（ＣＡＤデータ等）とを用いて、三次元パターンマッチングを行うことにより、次に取出すワークを特定することも考えられる。三次元パターンマッチングは長い処理時間を要するので、コンテナ内の傾斜面や湾曲面も三次元情報に含まれていると、ワークが存在しない傾斜面や湾曲面についても三次元パターンマッチングが行われることになり、効率的な取出作業を行う上で好ましくない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、取出作業をより効率化することが可能なワーク取出システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様は、コンテナ内に積まれた複数のワークをロボットにより順次取出すワーク取出システムであって、前記コンテナの上方に配置され、前記コンテナ内の前記ワークの三次元情報として、各点が高さ位置情報を有する三次元点群を取得する三次元センサと、前記三次元点群の中で、隣接する点同士が所定の条件を満たす複数の三次元点集合を作る集合作成手段と、前記複数の三次元点集合のうち、所定の大きさの基準、所定の面積の基準、および所定の長さの基準の少なくとも一つに該当するものを除外集合として特定する除外集合特定手段と、前記三次元点群又は前記複数の三次元点集合から前記除外集合に含まれる点を除外して得られるワーク検出用の三次元点群を求め、該ワーク検出用の三次元点群を用いて前記ロボットによる取出しのためのワーク検出を行うワーク検出手段とを備えている。
【０００９】
当該態様では、隣接する点同士が所定の条件を満たす複数の三次元点集合を作る。例えば、隣接する点同士の高さ方向位置の差がワークの厚さ寸法の１／２以下であるとの条件を満たす複数の三次元点集合を作ると、上方から見えるワークにそれぞれ対応するように三次元点集合が作られる。また、コンテナの底面に傾斜面や湾曲面が形成され、コンテナ内のワークが少なくなり傾斜面や湾曲面が上方から見えている場合は、傾斜面や湾曲面に対応した三次元点集合も作られる。
【００１０】
また、当該態様では、三次元点集合の中で、所定の大きさの基準、所定の面積の基準、および所定の長さの基準の少なくとも一つに該当するものが除外集合として特定される。例えば、上方から見た時のワークの最大面積よりも大きいものが所定の面積の基準に該当する三次元点集合であると設定すると、傾斜面や湾曲面に対応した三次元点集合が除外集合として特定される。
【００１１】
そして、当該態様では、除外集合に含まれる点を除外したワーク検出用の三次元点群が求められ、当該三次元点群を用いてワーク検出が行われる。このため、ワークが存在しない傾斜面や湾曲面の位置でロボットが何度もワークの取出動作を行うことが防止又は低減され、傾斜面や湾曲面について三次元パターンマッチングが行われることも防止又は低減される。
【００１２】
上記態様において、前記ワーク検出手段が、前記ワーク検出用の三次元点群の各点の前記高さ位置情報に基づき、取出可能ワークが存在するとの検出を行うように構成してもよい。
この場合、例えば、コンテナ内に積まれたワークのうち高い部分に配置されているワークから順に取出すことができ、効率的なワーク取出を行うことが可能である。
【００１３】
上記態様において、前記除外集合特定手段が、特定された前記除外集合の少なくとも１つに基づき前記コンテナ内の平面部又は曲面部を推定すると共に、推定した前記平面部又は前記曲面部から所定距離の範囲に存在する三次元点も当該除外集合に含めるように構成してもよい。
この場合、コンテナの底面の傾斜面や湾曲面が例えば載置されたワークにより分断され、分断された一部が小さく前記除外集合の基準に該当しない場合でも、その除外集合の基準に該当しない傾斜面や湾曲面の一部も除外してワーク検出を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、取出作業をより効率化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るワーク取出システムの概略構成図である。
【図２】本実施形態のワーク取出システムの部品コンテナの要部平面図である。
【図３】本実施形態のワーク取出システムのワーク位置姿勢算出装置のブロック図である。
【図４】本実施形態のワーク取出システムのロボット制御装置のブロック図である。
【図５】本実施形態のワーク位置姿勢算出装置の制御部の動作を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態のワーク位置姿勢算出装置による処理の一例を示す図である。
【図７】本実施形態の変形例のワーク位置姿勢算出装置の制御部の動作を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態の他の変形例のワーク位置姿勢算出装置による処理の一例を示す図である。
【図９】本実施形態の他の変形例のワーク位置姿勢算出装置による処理の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係るワーク取出システムを図面を参照して以下に説明する。
このワーク取出システムは、図１に示すように、コンテナ１内に積まれた複数のワークＷをロボット１０により順次取出すものであり、コンテナ１の上方に図示しないフレームにより支持された三次元センサ２０と、三次元センサ２０に接続されたワーク位置姿勢算出装置３０と、ワーク位置姿勢算出装置３０およびロボット１０に接続されたロボット制御装置４０とを備えている。
【００１７】
図１および図２に示すように、コンテナ１の底面にはワークＷがコンテナ１内の所定位置に向かって自重によって移動するように傾斜面２が設けられている。本実施形態では、ワークＷは円盤形状を有するが、その他の形状を有するものであってもよい
三次元センサ２０は、コンテナ１内のワークＷの三次元情報として、各点が高さ位置情報を有する三次元点群を取得できるものであればよい。
【００１８】
三次元センサ２０としては、種々の非接触方式のものを利用することができる。例えば、カメラ２台のステレオ方式、レーザスリット光を走査する方式、レーザスポット光を走査する方式、プロジェクタ等の装置を用いてパターン光を物品に投影する方式、光が投光器から出射されてから物品表面で反射し受光器に入射するまでの飛行時間を利用する方式などが挙げられる。
【００１９】
ワーク位置姿勢算出装置３０は、図３に示すように、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ等を有する制御部３１と、不揮発性メモリ、ＲＯＭ等を有する記憶装置３２と、表示装置３３と、送受信部３４とを備えている。記憶装置３２にはコンテナ１内のワークＷの位置および／又は姿勢を算出するための位置姿勢算出プログラム３２ａが格納されている。
【００２０】
ロボット１０は複数の可動部を備えると共に、複数の可動部をそれぞれ駆動する複数のサーボモータ１１と、ロボット１０の先端に取付けられたワーク保持装置１２とを備えており、サーボモータ１１およびワーク保持装置１２は後述するロボット制御装置４０によって制御される（図４参照）。
【００２１】
各サーボモータ１１として、回転モータ、直動モータ等の各種のサーボモータを用いることが可能である。ワーク保持装置１２としては、本実施形態のように電磁石によりワークＷを吸着して保持するものだけではなく、爪による把持、空気の吸引等を用いてワークＷを保持する公知のワーク保持装置を用いることが可能である。
【００２２】
各サーボモータ１１はその作動位置を検出するエンコーダ等の作動位置検出装置を内蔵しており、作動位置検出装置の検出値がロボット制御装置４０に送信され、当該検出値はロボット制御装置４０による各サーボモータ１１の制御に用いられる。
【００２３】
ロボット制御装置４０は、図４に示すように、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ等を有する制御部４１と、表示装置４２と、不揮発性メモリ、ＲＯＭ等を有する記憶装置４３と、ロボット１０の動作プログラムを作成する際等に操作する教示操作盤４４と、ロボット１０のサーボモータ１１にそれぞれ対応するように設けられた複数のサーボ制御器４５と、ワーク保持装置１２を制御する保持制御部４６と、送受信部４７とを備えている。
【００２４】
記憶装置４３にはシステムプログラム４３ａが格納されており、システムプログラム４３ａがロボット制御装置４０の基本機能を担っている。また、記憶装置４３には例えば教示操作盤４４を用いて作成されたワーク取出プログラム４３ｂが少なくとも１つ格納されている。
【００２５】
例えば、制御部４１はシステムプログラム４３ａにより動作し、記憶装置４３に格納されているワーク取出プログラム４３ｂを読み出してＲＡＭに一時的に格納し、読み出したワーク取出プログラム４３ｂに沿って各サーボ制御器４５および保持制御部４６に制御信号を送り、これにより各サーボモータ１１のサーボアンプを制御してロボット１０を作動させると共に、ワーク保持装置１２によるワークＷの吸着と非吸着を切換える。なお、制御部４１は、後述するワーク検出の結果をワーク位置姿勢算出装置３０から受付け、当該結果に対応した位置のワークＷを取出すように、ロボット１０およびワーク保持装置１２を制御する。
【００２６】
上記のように構成されたワーク取出システムにおけるワーク位置姿勢算出装置３０の制御部３１の動作の一例を、図５を参照しながら以下説明する。この時、制御部３１は位置姿勢算出プログラム３２ａを読み出してＲＡＭに一時的に格納し、位置姿勢算出プログラム３２ａに沿って以下の処理を行う。
【００２７】
制御部３１は、三次元センサ２０から三次元点群を受付ける（ステップＳ１）。
次に、制御部３１は、隣接する点同士が所定の条件を満たす複数の三次元点集合を作成する（ステップＳ２）。
【００２８】
例えば、前記所定の条件として、隣接する三次元点の高さ位置の差がワークＷの厚さの１／２以下であるという条件を用いると、図６の場合は三次元点集合Ｇ１〜Ｇ５が作成される。なお、傾斜面２にはワークＷの衝突により凹凸が生じている可能性があるので、当該凹凸の大きさであれば前記所定の条件を満たすような設定が好ましい。また、図６は二次元的な模式図であり、理解を容易にするために点の数も少ないが、実際はこのような点がコンテナ１内に三次元的に分布する。
【００２９】
なお、前記所定の条件としては、隣接する３つ又はそれ以上の三次元点の高さ位置がある一定の傾向を持って変化するという条件を用いることも可能である。例えば、図６の三次元点集合Ｇ１の左側の４つの点は一定の変化率で高さ位置が変化しているので、１つの三次元点集合とみなされる。
【００３０】
続いて、制御部３１は、複数の三次元点集合のうち、所定の大きさの基準、所定の面積の基準、および所定の長さの基準の少なくとも１つに該当するものを除外集合として特定する（ステップＳ３）。
例えば、図６の紙面左右方向に並ぶ点の数が長さに対応すると考え、当該長さ方向の点の数が８個以上であれば除外集合に該当するという基準を用いると、三次元点集合Ｇ５だけが除外集合として特定される。つまり、ワークＷの最大長さ以上のもの、例えばコンテナ１の傾斜面２に対応する位置の三次元点集合Ｇ５が除外集合として特定される。また、得られた三次元点集合の長手方向の長さを計算し、その値をワークの最大長さと比較して除外するか否か判定することもできる。
【００３１】
なお、図６の紙面厚さ方向にも点が三次元的に分布しているので、三次元点集合中の点の数が面積や大きさに対応すると考え、点の数が所定個数以上であれば除外集合に該当するという基準を用いることも可能である。
続いて、制御部３１は、ステップＳ１で受付けた三次元点群又はステップＳ２で作成した複数の三次元点集合から除外集合に含まれる点を除外してワーク検出用の三次元点群を求める（ステップＳ４）。図６では、三次元点集合Ｇ５を除いた点（三次元点集合Ｇ１〜Ｇ４）がワーク検出用の三次元点群となる。
【００３２】
続いて、制御部３１は、ステップＳ４で得られたワーク検出用の三次元点群にワークＷと推定される三次元点集合が有るか否かを判定し（ステップＳ５）、ワークＷと推定される三次元点集合が有る場合は後述のステップＳ６に進み、無い場合は、ワークＷの取出を終了させる基準に該当するとして後述のステップＳ９に進む。
【００３３】
続いて、制御部３１は、ステップＳ１で受付ける各点の高さ位置情報に基づき、ワーク検出用の三次元点群の各点のうち所定高さ、例えば、図６の高さＡよりも高い位置にある点に対応する三次元点集合Ｇ２，Ｇ４を取出可能ワークとして検出する（ステップＳ６）。Ａの高さ位置はコンテナ１内のワークＷの量（検出された三次元点の高さ位置の最大値、平均値）等によって適宜設定されるものである。
次に、制御部３１は、ステップＳ６により検出された取出可能ワークの少なくとも位置を示す情報、例えば、取出可能ワークの三次元位置情報をロボット制御装置４０に送信する（ステップＳ７）。これにより、ロボット１０による取出可能ワークの取出が行われる。
【００３４】
続いて、取出可能ワークの取出が全て完了したら、ワークＷの数が少なすぎる等の理由により、前記除外集合の面積、大きさ、長さ等が取出を終了させる基準に該当する場合を除き（ステップＳ８）、再度ステップＳ１から処理を行う。一方、検出指示信号等を所定時間内に受付けない場合や、取出を終了させる基準に該当する場合は、その内容を表示装置３３に表示させ（ステップＳ９）、処理を終了させる。
【００３５】
なお、ワーク位置姿勢算出装置３０が記憶装置３２に取出対象であるワークＷの三次元形状データ（ＣＡＤデータ等）を格納している場合は、図７に示すように、ステップＳ６の代わりにステップＳ６’を行うことが可能である。ステップＳ６’では、ワーク検出用の三次元点群に含まれる三次元点集合Ｇ１〜Ｇ４と、三次元形状データとを用いて、三次元パターンマッチングを行うことにより、三次元点集合Ｇ１〜Ｇ４の各々に対応するワークＷの位置、姿勢等を推定し、当該推定結果を用いて取出可能ワークの検出を行う。
【００３６】
例えば、三次元点集合Ｇ１に対応するワークＷがどの程度傾いているかを推定し、三次元点集合Ｇ３に対応するワークＷに三次元点集合Ｇ４に対応するワークＷがどの程度重なっているか推定し、傾きや重なりが所定量以下のワークＷを取出可能ワークとして検出する。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、隣接する点同士が所定の条件を満たす複数の三次元点集合Ｇ１〜Ｇ５を作り、三次元点集合Ｇ１〜Ｇ５の中で、所定の大きさの基準、所定の面積の基準、および所定の長さの基準の少なくとも一つに該当するものが除外集合として特定される。そして、除外集合に含まれる点を除外したワーク検出用の三次元点群が求められ、当該三次元点群を用いてワーク検出が行われる。このため、ワークＷが存在しない傾斜面２の位置でロボット１０が何度もワークＷの取出動作を行うことが防止又は低減され、傾斜面２について三次元パターンマッチングが行われることも防止又は低減される。
【００３８】
また、本実施形態では、ワーク検出用の三次元点群の各点の高さ位置情報に基づき、各点のうち所定高さよりも高い点に対応する位置に取出可能ワークが存在するとの検出を行う。このため、コンテナ１内に積まれたワークＷのうち高い部分に配置されているワークＷから順に取出すことができ、効率的なワーク取出を行うことが可能である。
【００３９】
なお、ロボット制御装置４０が三次元センサ２０に接続され、位置姿勢算出プログラム３２ａを有している場合は、ワーク位置姿勢算出装置３０を設けずに、当該装置と同様の機能をロボット制御装置４０が担うように構成してもよい。
また、三次元センサ２０をロボット１０の先端に支持する構成を用いることも可能であり、この場合でも前述と同様の作用効果を奏し得る。
【００４０】
また、ステップＳ３において、特定された１つ又は複数の除外集合から平面部又は曲面部を推定し、推定した平面部又は曲面部から所定距離の範囲に存在する三次元点を当該除外集合に含めることも可能である。例えば、図８に示すように、傾斜面２の一部に残ったワークＷによって平面視で傾斜面２が分断されており、これにより、傾斜面２について三次元点集合Ｇ５−１と三次元点集合Ｇ５−２とが形成され、三次元点集合Ｇ５−１はステップＳ３の基準に該当して除外集合として特定されるが、三次元点集合Ｇ５−２はステップＳ３の基準に該当せずに除外集合として特定されない場合がある。なお、図８は本説明に要する部分の三次元点だけを描いたものである。
【００４１】
この時に、除外集合である三次元点集合Ｇ５−１をもとに平面（例えば図９のＰ０）を推定し、推定した平面から当該平面に直交する方向において所定距離の範囲（例えば図９のＰ１およびＰ２の間）にある三次元点群が除外集合に含まれるよう構成すると、三次元点集合Ｇ５−２が除外集合に含まれることになる。これにより、積載されているワークＷにより平面視で傾斜面２が分断されており、分断された一方が小さい場合でも、当該範囲もワーク検出に用いられないので、コンテナ１の底面の三次元点がワーク検出として用いられることを防止又は抑制することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１    コンテナ
２    傾斜面
１０  ロボット
１２  ワーク保持装置
２０  三次元センサ
３０  ワーク位置姿勢算出装置
３１  制御部
４０  ロボット制御装置
４１  制御部
Ｗ    ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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