(57)【要約】【課題】認識対象物の位置姿勢を求め、且つ、認識対象物に対して作業を行うロボット及び生産システム内に設けられる各部の動作を直接制御することにより、それぞれの動作が開始されるまでの通信時間を短縮することができる物体認識に基づく制御装置を提供する。【解決手段】  ワークＷに対して作業を行うロボット２を有する生産システム内でワークＷを所定方向から撮影して画像を取得する画像取得部５と、画像取得部５が取得した画像を用いてワークＷの位置姿勢を求める物体認識部８１と、物体認識部８１によって求められるワークＷの位置姿勢の結果に基づいてロボット２の動作を制御し、且つ、生産システム内に設けられる各部の動作を制御する動作制御手段１０とを有する制御部６と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
認識対象物に対して作業を行うロボットを有する生産システム内で前記認識対象物を所定方向から撮影して画像を取得する画像取得部と、
前記画像取得部が取得した前記画像を用いて前記認識対象物の位置姿勢を求める物体認識部と、前記物体認識部によって求められる前記認識対象物の位置姿勢の結果に基づいて前記ロボットの動作を制御し、且つ、前記生産システム内に設けられる各部の動作を制御する動作制御手段とを有する制御部と、を備えることを特徴とする物体認識に基づく制御装置。
【請求項２】
前記各部には、前記認識対象物を搬送及び／又は加工する機構と、前記生産システム内に設けられる各種センサとのいずれか、又は、双方が含まれることを特徴とする請求項１に記載の物体認識に基づく制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記認識対象物の位置姿勢を求める物体認識部と、前記ロボットの動作及び前記各部の動作を制御する動作制御手段とが一体化されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の物体認識に基づく制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、認識対象物の位置姿勢を求め、認識対象物に対して作業を行うロボット等の動作を制御する物体認識に基づく制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生産ラインにおいて、ロボットのハンド等により部品等に対して正確な操作を可能とするために、バラ積みにされた部品等を個々に認識し、各部品の位置及び姿勢を認識するための３次元物体認識装置が近年開発されている。
【０００３】
従来、このような３次元物体認識装置では、例えば、３次元形状を有する認識対象物を所定方向からカメラで撮影した画像から認識対象物のエッジすなわち輪郭等の特徴を抽出し、撮影画像を構成する各画素について最も近いエッジまでの距離をそれぞれ計算し、認識対象物の輪郭形状を表わす３次元モデルを撮影画像上に射影して照合することにより認識対象物の位置姿勢を認識するもの等がある（例えば、特許文献１参照）。そして、生産ライン等においては、このように３次元物体認識装置によって得られた認識対象物の位置姿勢の情報に基づいて、ロボットコントローラ等によって認識対象物に対して正確な作業を行うようにロボットの動作が制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２０５０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の３次元物体認識装置では、このような認識対象物の位置姿勢を求める処理は行われるが、認識対象物に対して作業を行うためのロボットの制御や生産システム内に設けられる認識対象物を搬送するためのコンベア等のマニピュレータやセンサ等の制御は、３次元物体認識装置とは別に設けられるロボットコントローラやＰＬＣ等によって行われていた。そのため、３次元物体認識装置によって認識対象物の位置姿勢の情報が得られてから、３次元物体認識装置とは別に設けられるロボットコントローラやＰＬＣ等によってロボットや他のマニピュレータに制御信号が送られるため、通信時間がその分余計に掛かってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、認識対象物の位置姿勢を求め、且つ、認識対象物に対して作業を行うロボット及び生産システム内に設けられる各部の動作を直接制御することにより、それぞれの動作が開始されるまでの通信時間を短縮することができる物体認識に基づく制御装置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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る物体認識に基づく制御装置は、認識対象物に対して作業を行うロボットを有する生産システム内で前記認識対象物を所定方向から撮影して画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部が取得した前記画像を用いて前記認識対象物の位置姿勢を求める物体認識部と、前記物体認識部によって求められる前記認識対象物の位置姿勢の結果に基づいて前記ロボットの動作を制御し、且つ、前記生産システム内に設けられる各部の動作を制御する動作制御手段とを有する制御部と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係る物体認識に基づく制御装置は、前記各部には、前記認識対象物を搬送及び／又は加工する機構と、前記生産システム内に設けられる各種センサとのいずれか、又は、双方が含まれることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明に係る物体認識に基づく制御装置は、前記制御部が、前記認識対象物の位置姿勢を求める物体認識部と、前記ロボットの動作及び前記各部の動作を制御する動作制御手段とが一体化されてなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る物体認識に基づく制御装置によれば、物体認識部によって画像取得部が取得した画像を用いて認識対象物の位置姿勢が求められ、動作制御手段は、物体認識部によって求められた認識対象物の位置姿勢の結果に基づいてロボットの動作を制御し、且つ、生産システム内に設けられる各部の動作を制御するので、それぞれの動作が開始されるまでの通信時間を短縮することができる。
【００１１】
また、本発明に係る物体認識に基づく制御装置によれば、動作制御手段は、認識対象物を搬送及び／又は加工する機構と、前記生産システム内に設けられる各種センサとのいずれか、又は、双方を直接制御するので、効率的に認識対象物に対して作業を行うことができる。
【００１２】
また、本発明に係る物体認識に基づく制御装置によれば、制御部は、認識対象物の位置姿勢を求める物体認識部と、ロボットの動作及び生産システム内に設けられる各部の動作を制御する動作制御手段とが一体化されて構成されているので、別途ＰＬＣ等を設ける必要がなく、それぞれの動作が開始されるまでの通信時間をより効率的に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る物体認識に基づく制御装置を備える生産システムの一例を示す概略模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る物体認識に基づく制御装置を備える生産システムの一例を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の実施形態に係る物体認識に基づく制御装置１（以下、制御装置１とする）について、図面を参照しつつ説明する。
制御装置１は、例えば、図１に示すように、ロボット２を有する生産システム内に設けられるものであって、コンベア（搬送機構）３によって搬送されてくるトレー４にバラ積みにされているワーク（認識対象物）Ｗの画像を取得するための画像取得部５（５ａ、５ｂ）と、この画像取得部５（５ａ、５ｂ）によって取得した画像データに基づいて、ワークＷの位置及び姿勢を求める物体認識部８１を有する制御部６とを備えている。
【００１５】
ロボット２は、ワークＷに対して所定の作業を行うためのものであって、図１及び図２に示すように、ワークＷに対して作業を行えるように、ワークＷがバラ積みされているトレー４が搬送されてくるコンベア３の近傍に配置されている。このロボット２は、生産システム内の床や壁等の設置面に固定される土台２１と、土台２１に対して基端が回転可能に連結されているロボットアーム部２２と、ロボットアーム部２２の先端に取り付けられ、ワークＷを把持するためのロボットハンド２３等を備えている。
【００１６】
ロボット２は、詳しくは図示しないが、それぞれの回転軸にサーボモータ及びそれぞれの回転位置を検出するエンコーダ等が設けられており、制御部６からロボットコントローラ１２を介して送られる制御信号に基づいて、それぞれのサーボモータが動作するように構成されている。尚、ワークＷに対して作業を行うロボット２は、これに限定されるものではなく、例えば、ロボットハンド２３として真空ポンプ等の吸引装置を用いてワークＷを吸着して保持するようなものであっても良い。
【００１７】
コンベア３は、例えば、図１及び図２に示すように、ベルト３１に載置されているトレー４をロボット２が作業可能な位置へと搬送するための搬送機構であって、詳しくは図示しないが、搬送ローラを回転させることによりベルト３１を搬送方向へと動作させるものである。このコンベア３では、制御部６から送られる制御信号に基づいて、搬送ローラの回転速度が調節されることによって、搬送速度が制御される。
【００１８】
また、コンベア３には、ベルト３１が動作することにより搬送路上の所定の位置を通過するワークＷがバラ積みされているトレー４を検出する光電センサ（検出センサ）７が設けられており、トレー４を検出した情報は制御部６へと送られ、ロボットがワークＷに対して作業可能な位置にトレー４が来るようにコンベア３が制御される。尚、トレー４を検出する検出センサは、光電センサ７に限定されるものではなく、例えば、画像センサや力覚センサ等の他のセンサによってトレー４を検出するようにしても良い。また、搬送装置は、本実施形態のようなコンベア３に限定されるものではなく、ワークＷがバラ積みされているトレー４をロボット２が作業可能な位置に搬送することができるものであれば良く、例えば、トレーチェンジャー等であっても良い。
【００１９】
画像取得部５は、例えば、図１及び図２に示すように、コンベア３によって搬送されてくるトレー４にバラ積みにされているワークＷを異なる方向から撮像する２台のカメラ５ａ、５ｂであって、このカメラ５ａ、５ｂによって取得した画像データは制御部６へと送られる。尚、画像取得部５は、本実施形態に限定されるものではなく、例えば、レーザのワークＷによる反射を用いてワークＷの表面の点の３次元座標を示す３次元点群を計測するもの等、ワークＷの位置姿勢を求めるために、ワークＷの各種画像やワークＷの表面の点の３次元座標を示す３次元点群を取得できるものであれば良く、従来公知のものを用いることができる。また、カメラの台数は、２台に限定されるものではなく、３台以上設けられていても良い。
【００２０】
制御部６は、図１に示すように、カメラ５ａ、５ｂによって取得した画像データを用いてワークＷの位置姿勢を求める物体認識部８１と、物体認識部８１によって求められたワークＷの位置姿勢の結果に基づいてロボット２の動作を制御するためのロボット制御部８２とを有するＦＡコンピュータ８と、ＦＡコンピュータ８に接続され、生産システム内に設けられる各部の動作を制御するＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）９とが一体化されて構成されるものである。本実施形態に係る制御装置１では、ロボット２の動作及び生産システム内に設けられる各部の動作を制御する動作制御手段１０は、ロボット制御部８２とＰＬＣ９とによって構成されている。また、ＦＡコンピュータ８とＰＬＣ９とは、例えば、ＬＡＮ１０を介して接続されており、ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ（登録商標）等の産業用の汎用通信プロトコルを用いて高速な通信が可能に構成されている。これにより、制御部６では、ＰＬＣで一般的に用いられるラダー言語と、ＦＡコンピュータで一般的に用いられるその他の高級言語との双方を使用できる。
【００２１】
ＦＡコンピュータ８は、例えば、カメラ５ａ、５ｂによるワークＷの撮像タイミング等の制御を行ったり、カメラ５ａ、５ｂによって取得した画像データを用いて、物体認識部８１によりワークＷの位置姿勢を求めたり、物体認識部８１によって求めたワークＷの位置姿勢の結果に基づいて、ロボット制御部８２によりロボット２の動作を制御する等、各種の演算処理等を行うものである。
【００２２】
物体認識部８１では、ロボット２がコンベア３によって搬送されてきたトレー４内にバラ積みされているワークＷに対して所定の作業を行うために、カメラ５ａ、５ｂによって取得した画像データを用いてワークＷの位置姿勢が求められる。この物体認識部８１によるワークＷの位置姿勢を求めるための方法として、従来公知の方法を用いることができ、カメラ５ａ、５ｂによって取得した画像データや、３次元点群を用いて、例えば、特開２０１０−２０５０９５号公報、特開２０１１−１２９０８２号公報、特開２０１２−０２６９７４号公報等に開示されている位置姿勢を求める方法等を用いることができる。また、ＦＡコンピュータ８は、所望のロボットプログラムに従って、物体認識部８１によって求められたワークＷの位置姿勢に基づいて、ロボット制御部８２によりロボット２を制御するための制御信号を生成し、ロボットコントローラ１２を介してロボット２へと送信する。
【００２３】
ＰＬＣ９は、生産システム内に設けられる各部の制御を行うためのものであって、図１に示すように、例えば、コンベア３や光電センサ７等に接続されている。ＰＬＣ９では、例えば、ＦＡコンピュータ８から受信した制御信号に応じて、トレー４が搬送路上の所定の位置にいるかを検出して結果を出力するように、光電センサ７に指令を送って制御したり、ロボット２がワークＷに対して作業可能な位置にトレー４が来るように、コンベア３に指令を送って制御する。また、詳しくは図示しないが、このＰＬＣ９が制御する各部は、コンベア３及び光電センサ７に限定されるものではなく、ＰＬＣ９は、生産システムに応じて、その他のコントローラやセンサ、及びワークＷに対して切断や組立等の加工を行うための加工機構等も制御するように構成されていても良い。
【００２４】
以下、本実施形態における生産システム内での制御装置１の処理の一例について説明する。制御装置１は、例えば、まずＰＬＣ９によって、ロボット２がワークＷに対して作業可能な位置にトレー４が来るように、コンベア３の動作を制御する。この際、ＰＬＣ９は、トレー４が搬送路上の所定の位置にいるかを検出して結果を出力するように、光電センサ７の動作を制御する。そして、ＰＬＣ９は、光電センサ７からトレー４を検出した情報に基づいて、ロボット２がワークＷに対して作業可能な位置にトレー４が来た際に、コンベア３のベルト３１の動作が停止するように制御する。
【００２５】
その後、２台のカメラ５ａ、５ｂによってトレー４にバラ積みにされているワークＷを異なる方向から撮像し、このカメラ５ａ、５ｂによって取得した画像データがＦＡコンピュータ８へと送られ、物体認識部８１によってワークＷの位置姿勢が求められる。そして、ＦＡコンピュータ８では、所望のロボットプログラムに従って、物体認識部８１によって求められたワークＷの位置姿勢に基づいて、ロボット制御部８２によりロボット２を制御するための制御信号を生成し、ロボットコントローラ１２を介してロボット２へと送信し、ロボット２の動作を制御することにより、ロボット２にワークＷに対して所定の作業を行わせる。
【００２６】
そして、トレー４にバラ積みされている全てのワークＷに対してロボット２による作業が完了すると、再度、ＰＬＣ９によってコンベア３を動作させ、ロボット２がワークＷに対して作業可能な位置に次のトレー４が来るように制御する。このように本実施形態に係る制御装置１では、生産システム内に設けられる各部の動作を直接制御することができるので、それぞれの動作が開始されるまでの通信時間を短縮することができる。
【００２７】
尚、本実施形態では、制御部６として、ＦＡコンピュータ８と、ＰＬＣ９とをＬＡＮ１０で接続することにより一体化させている例を示しているが、制御部６は、これに限定されるものではなく、例えば、ＦＡコンピュータ８の基板とＰＬＣ９の基板とを並べて処理できるように構成しても良い。また、制御部６としてリアルタイムＯＳが搭載されているＦＡコンピュータを用いるようにしても良い。このように制御部６を構成することにより、本実施形態と同様に生産システム内に設けられる各部の動作を直接制御することができる。
【００２８】
尚、本発明の実施の形態は上述の形態に限るものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係る物体認識に基づく制御装置は、生産システムにおけるワークの位置及び姿勢を認識して、ワークに対して作業を行うロボット等の動作を制御するための技術として有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１            物体認識に基づく制御装置
２            ロボット
３            コンベア（搬送機構）
５            画像取得部（カメラ）
６            制御部
７            光電センサ
８            ＦＡコンピュータ
８１          物体認識部
９            ＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）
１０          動作制御手段
【図１】
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【図２】
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