(57)【要約】【課題】ロボットを用いた搬送物搬送システムにおいて、安価で容易に使用できる搬送物認識方法および搬送物へのアプローチ方法を提供すること。【解決手段】予めプログラム記憶部３０に記憶してあるロボット動作プログラムを実行させながら、搬送物との距離を計測するセンサからの入力値をセンサ入力部６０で取り込み、採取したセンサ入力値とそれに付随するロボットハンド位置との相関関係により、搬送物位置算出部７０において搬送物中心位置を求め、ロボットのハンドを移動させ、搬送物を把持する。【選択図】　図１
2004122245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットのハンド部に搬送物との距離により出力が変化するセンサを設け、搬送物が載置される平面上の直角四辺形の搬送物載置範囲において、搬送物載置範囲の外縁に沿い、ロボットのハンドを縦方向、横方向に移動しながら、センサからの出力値を入力し、前記入力値の変化より縦方向、横方向の搬送物中心位置を求め、搬送物中心位置へロボットハンドを移動し、搬送物を把持することを特徴とするロボットの搬送物の位置認識方法。
【請求項２】
ロボットのハンド部に搬送物との距離を計測可能なセンサを設け、搬送物が載置される平面上の搬送物載置範囲において、ロボットのハンドを搬送物載置範囲外の平面上を移動しながら、任意の２地点においてセンサにより搬送物との距離を計測するとともに搬送物中心位置を求め、搬送物中心位置へロボットハンドを移動し、搬送物を把持することを特徴とするロボットの搬送物の位置認識方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットに係り、特に搬送物の位置認識方法に関する。
【従来の技術】
従来のロボットを用いた生産工程での搬送システムにおいて、搬送物を把持するための搬送物の認識方法には以下の方法がある。
（１）ＣＣＤカメラを用いた画像認識装置により搬送物中心位置を割り出し、該中心位置をロボットへ伝え、それによりロボットを搬送物把持の為に該中心位置へ移動する（例えば、特許文献１参照）。
（２）近接センサを複数用いて、搬送物中心位置を割り出し、該中心位置をロボットへ伝え、それによりロボットを搬送物把持の為に該中心位置へ移動する（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】
特開平１１−３２０４６５号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】
特開平０６−３３５８８７号公報（第２頁、図２）
【発明が解決しようとする課題】
上記（１）の方法では、搬送物が置かれる位置の許容範囲は広く、前工程での搬送物排出方法の制限も少ない。しかし、高価な画像認識装置を用いる必要があり、また、技術的にも照明の調整、色調の区別等、画像認識装置の設定は簡単ではなく、ロボット製造メーカあるいはセットメーカに負担が掛かるという問題があった。
また、上記（２）の方法では、搬送物を認識するセンサの数が複数必要となり、そのため、搬送物中心位置を割り出すアルゴリズムが複雑となるといった欠点があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、廉価で容易に使用できる搬送物の認識方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ロボットのハンド部に搬送物との距離により出力が変化するセンサを設け、搬送物が載置される平面上の直角四辺形の搬送物載置範囲において、搬送物載置範囲の外縁に沿い、ロボットのハンドを縦方向、横方向に移動しながら、センサからの出力値を入力し、前記入力値の変化より縦方向、横方向の搬送物中心位置を求め、搬送物中心位置へロボットハンドを移動し、搬送物を把持することを特徴としている。
また、ロボットのハンド部に搬送物との距離を計測可能なセンサを設け、搬送物が載置される平面上の搬送物載置範囲において、ロボットのハンドを搬送物載置範囲外の平面上を移動しながら、任意の２地点においてセンサにより搬送物との距離を計測するとともに搬送物中心位置を求め、搬送物中心位置へロボットハンドを移動し、搬送物を把持することを特徴としている。
本発明によれば、ロボットによる搬送物を位置認識するための廉価で容易な方法を提供できる。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１はロボット制御装置のシステムブロック図を示し、１０はメイン制御部で割り込み処理やＯＳ（オペレーションシステム）を含むメイン制御部、２０はＭＭＩ／Ｆ（マンマシン・インターフェース）部でオペレータの操作・入力に対応する処理部、３０はロボットの動作プログラムを記憶しておくプログラム記憶部、４０はロボットの動作プログラムを解析するプログラム解析部、５０は前述したプログラム解析部２０の処理結果により動作を実行するプログラム実行部、６０はロボットのハンド部に設けた距離センサからの入力を取り込むセンサ入力部、７０は前述したセンサ入力部で採取したセンサ入力値から搬送物中心位置を算出する搬送物位置算出部、８０は前述したプログラム実行部からの指令をサーボアンプへ出力するサーボ制御部、９０はロボットの各関節を駆動するモータ１００を駆動するサーボアンプで、モータ、サーボアンプともロボットの形態により必要な数が設けられる。
また、１１０は各モータに付帯した位置検出器で、ロボット各関節を駆動するモータに付帯し、各モータの制御に使われると同時に、ロボットのハンド部の位置を認識するために用いられる。なお、図１のシステムブロック図は後述する発明の実施例１、２に共通である。
図２は本願発明の実施例で使用するロボットで、水平多関節型ロボットである。図２において、１は水平多関節型ロボット本体、２はロボットを固定する台座、３は第１アームで３ａを軸中心として水平方向へ回動する。４は第２アームで４ａを軸中心として水平方向へ回動するように第１アームの先部で第１アームに連結されている。５は垂直軸でハンド６を垂直方向へ移動する。ハンド６には搬送物８を認識するセンサ７が設けられている。センサ７は図２の点線のように水平方向にある物体をセンシングするように固定されている。９は搬送物載置台である。
まず、第１の発明実施例について図１、図３、図４、図５を用いて説明する。図３は搬送物把持処理を示すフローチャートである。図４は、図３の手順によりロボットを動作させたときの、搬送物載置平面におけるロボットハンド部の動作経路を示したもの。図５（Ａ）は、図３の手順によりロボットをＸ方向へ移動させたときのＸ方向の位置とセンサからの入力値の関係をイメージで示したもの。図５（Ｂ）は、図３の手順によりロボットをＹ方向へ移動させたときのＹ方向の位置とセンサからの入力値の関係をイメージで示したものである。
まず、システム内部で使用するレジスタ類の初期化を行う（Ｓ１）。
次に、ロボットのハンド位置を初期位置へ移動させる（Ｓ２）。これは、ロボットのハンド位置が不適当な位置にあることにより、ロボットをそのまま移動させると図２の搬送物載置台に干渉したり、あるいは搬送物に衝突することを防ぐためである。このステップでの移動は、ロボット動作プログラムの中に予めプログラムしておき、プログラム記憶部３０へ記憶しておく。
次に、センサ入力部６０において、センサからの入力の取り込みを開始する（Ｓ３）。このとき、指向性のあるセンサを使用する場合には、予め図４での搬送物載置範囲のＹ方向へセンサを向けておく必要があり、このステップＳ３でハンド部分を回転させてセンサを該方向へ向けておく処理を行う。また、センサ入力部６０では、サーボ制御部８０、プログラム実行部５０を通してロボットハンドの位置を取り入れ、センサ入力値とロボットハンド位置との関係を記憶する。
次に、図４でのＸ方向へＭ１に沿ってロボットハンドを移動させる（Ｓ４）。その際、センサから入力する値とそのときのロボットハンド位置とは対応していない。その理由は、ロボットハンド部のセンサは移動しながらセンシングするので、センサ内の処理時間とロボット内での処理時間の分だけ処理時間の遅れがあるためであり、その時間的遅れはセンサ入力部６０において補正する。
また、前述したように、指向性のあるセンサを使用する場合には、Ｘ方向へ移動している際に、センサをＹ方向へ向ける姿勢を保持しておく必要があり、そのためにセンサが付いたハンドを搬送物載置範囲のＹ方向へ向くように姿勢制御する。
Ｘ方向への移動が終了するのを待って（Ｓ５）、センサからの入力の取り込みを終了する（Ｓ６）。そして、搬送物位置算出部７０において、センサからの入力値とＸ方向位置の関係からＸ方向の搬送物中心位置Ｘｐを算出する（Ｓ７）。次に、センサ入力部６０において、図４でのＹ方向でのセンサからの入力の取り込みを開始する（Ｓ８）。このとき、前述したように、指向性のあるセンサを使用する場合には、センサが付いたハンドを回転させてセンサを該方向へ向けておく処理を行う。
次に、図４でのＹ方向へＭ２に沿ってＹ方向へロボットハンドを移動させる（Ｓ９）。このとき、Ｘ方向へ移動せたときと同様にセンサ入力値とＹ方向位置の関係を補正する必要がある。また、Ｘ方向の場合と同様に、指向性のあるセンサを使用する場合には、Ｙ方向へ移動している際に、センサが付いたハンドを搬送物載置範囲のＸ方向へ向くように制御する。
Ｙ方向への移動が終了するのを待って（Ｓ１０）、センサからの入力の取り込みを終了する（Ｓ１１）。次に、図１の搬送物位置算出部７０において、センサからの入力値とＹ方向位置の関係から搬送物のＹ方向の搬送物中心位置Ｙｐを算出する（Ｓ１２）。
次に、ステップＳ７、Ｓ１２で求めた搬送物中心位置（Ｘｐ、Ｙｐ）へロボットハンドを移動させる（Ｓ１３）。そして、搬送物載置平面の鉛直方向上方から搬送物を把持しに行く（Ｓ１４）。
ここで搬送物の中心位置を求める原理を説明する。図４において、Ｍ１、Ｍ２に沿ってセンサを移動させると、搬送物との距離が一番近い位置、つまり図５（Ａ）でのＸｐ、図５（Ｂ）でのＹｐの位置で、センサからの入力値が最大値となることから、搬送物の中心位置が求められる。
ただし、使用するセンサの特性によっては、図５（Ａ）と（Ｂ）の変化パターンが逆、つまり搬送物との距離が近いほどセンサからの入力値が小さくなるものがある。その場合には、センサからの入力値が一番小さい位置が搬送物の中心位置Ｘｐ、Ｙｐを示すことになる。
次に、第２の発明実施例について図１、図６、図７、図８を用いて説明する。図６は搬送物把持処理を示すフローチャートである。図７は、図６の手順によりロボットを動作させたときの、搬送物載置平面におけるロボットハンド部の動作経路を示したもの。図８は第２の発明実施例における搬送物中心位置を求める原理を示したものである。
まず、システム内部で使用するレジスタ類等の初期化を行う（Ｓ２１）。
次に、ロボットのハンド位置を初期位置へ移動させる（Ｓ２２）。これは、ロボットのハンド位置が不適当な位置にあることにより、ロボットをそのまま移動させると図２の搬送物載置台に干渉したり、あるいは搬送物に衝突することを防ぐためである。このステップでの移動は、ロボット動作プログラムの中に予めプログラムしておき、プログラム記憶部３０へ記憶しておく。
次に、図７でのＸ方向へＭ１１に沿ってロボットハンドを移動させＰ１点で止める（Ｓ２３）。
そして、センサ入力部６０において、センサからの入力により搬送物との距離を求め、Ｒ１レジスタへ記憶する（Ｓ２４）。
次に、図７でのＸ方向へＭ１２に沿ってロボットハンドを移動させＰ２点で止める（Ｓ２５）。
そして、センサ入力部６０において、センサからの入力により搬送物との距離を求め、Ｒ２レジスタへ記憶する（Ｓ２６）。
それから、搬送物位置算出部７０において、記憶してあるＲ１レジスタの値（ｒ１）とＲ２レジスタの値（ｒ２）により、搬送物中心位置（Ｘｐ，Ｙｐ）を求める（Ｓ２７）。
次に、求めた搬送物中心位置（Ｘｐ、Ｙｐ）へロボットハンドを移動させる（Ｓ２８）。そして、搬送物載置平面の鉛直方向上方から搬送物を把持しに行く（Ｓ２９）。
ところで、本第２の発明実施例では、使用するセンサの指向性と、図７におけるロボットハンド部の経路と搬送物載置範囲境界との間隔ｈ、搬送物との距離を計測する場所がポイントとなり、搬送物が載置範囲内のどこにあっても距離が計測可能となるような、センサ、Ｐ１点、Ｐ２点、間隔ｈを予め調整して決めておくことが必要である。
また、Ｐ１点、Ｐ２点で求めた搬送物との距離ｒ１、ｒ２から搬送物中心位置を求める原理を図８に示す。Ｐ１点を中心とした半径ｒ１の円とＰ２点を中心とした半径ｒ２の円の交点はＯ１、Ｏ２の２箇所求まるが、Ｏ２は搬送物載置範囲外で除外され、残ったＯ１が搬送物中心位置と求められる。
さらに、本願実施例で使用するセンサからの入力信号は、図５のように滑らかな波形ではなく、ノイズ等の高調波が含まれている。その対策のため、入力値はローパスフィルタなどを通して処理する必要がある。
以上、本発明の実施例について説明してきたが、本発明は、上述したような実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【発明の効果】
本発明によれば、ロボットが搬送物を把持するため安価で容易なアプローチ方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のロボット制御装置のシステムブロック図。
【図２】本発明の実施形態のロボットの概観。
【図３】本発明の第１実施形態のロボットの動作フローチャート。
【図４】本発明の第１実施形態のロボットの動作経路例。
【図５】本発明の第１実施形態のロボットが図３で示す経路を動作中に入力するセンサー入力値と搬送物中心位置との関係を示した図。
【図６】本発明の第２実施形態のロボットの動作フローチャート。
【図７】本発明の第２実施形態のロボットの動作経路例。
【図８】本発明の第２実施形態のロボットが図６で示す経路を動作して搬送物中心位置を算出する原理図。
【符号の説明】
１　ロボット本体
２　台座
３　第１アーム
４　第２アーム
５　垂直軸
６　ハンド
７　センサ
８　搬送物
９　搬送物載置台
１０　メイン制御部
２０　ＭＭＩ／Ｆ部
３０　プログラム記憶部
４０　プログラム解析部
５０　プログラム実行部
６０　センサ入力部
７０　搬送物位置算出部
８０　サーボ制御部
９０　サーボアンプ
１００　モータ
１１０　位置検出器
【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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