(57)【要約】【課題】システムの構築コストの軽減を図ることができると共に、認識対象物の位置姿勢を求めてから、ロボットが認識対象物に対して作業を行うまでの処理速度を向上させることができるロボットシステムを提供する。【解決手段】  認識対象物Ｗに対して作業を行うロボット２と、認識対象物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認識対象物Ｗの位置姿勢を求める物体認識手段８１と、ロボット２が認識対象物Ｗまで移動する際の移動経路を探索する経路探索手段８２とを備える情報処理ＣＰＵ８と、物体認識手段８１によって求められる認識対象物Ｗの位置姿勢及び経路探索手段８２によって求められる移動経路の情報に基づいて、ロボット２の駆動を制御するロボット駆動制御手段９１を備える駆動制御ＣＰＵ９とを有するロボットコントローラ６とを備えるロボットシステム１。【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と、
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手段と、前記ロボットが前記認識対象物まで移動する際の移動経路を探索する経路探索手段とを備える情報処理ＣＰＵと、前記物体認識手段によって求められる前記認識対象物の位置姿勢及び前記経路探索手段によって求められる前記移動経路の情報に基づいて、前記ロボットの駆動を制御するロボット駆動制御手段を備える駆動制御ＣＰＵとを有するロボットコントローラと、を備えることを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
前記情報処理ＣＰＵは、バスを介して前記駆動制御ＣＰＵに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記情報処理ＣＰＵ及び前記駆動制御ＣＰＵは、同一の回路基板上に実装されていることを特徴とする請求項２に記載のロボットシステム。
【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システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生産ラインにおいて、作業の自動化等を図るために、例えば、バラ積みにされた部品等のワークを個々に認識し、ロボットのハンド等によってワークに対して正確な作業を可能とするロボットシステムが開発されている（例えば、特許文献１参照）。通常、このようなロボットシステムは、ワークを撮影するカメラ等の視覚センサと、視覚センサによって撮影した画像を用いてワークの位置姿勢を求めるコンピュータ等からなる物体認識装置と、物体認識装置によって求められたワークの位置姿勢の認識結果に基づいて、ロボットの駆動を制御するロボットコントローラとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１６７８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来のロボットシステムでは、ロボットコントローラとは別に認識対象物となるワークの位置姿勢等を求める処理を行うためのコンピュータ等からなる物体認識装置が設けられている。そのため、従来のロボットシステムでは、物体認識装置によって認識対象物の位置姿勢の情報を取得し、その情報が物体認識装置とは別に設けられているロボットコントローラに送られた後、ロボットコントローラによってロボットの駆動制御が行われるため、通信時間がその分余計に掛かってしまうと共に、認識対象物の位置姿勢の認識処理とロボットの駆動制御のために別々のハードウエアが用いられるため、その分だけシステムを構築するためのコストが掛かるという問題がある。
【０００５】
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、システムの構築コストの軽減を図ることができると共に、認識対象物の位置姿勢を求めてから、ロボットが認識対象物に対して作業を行うまでの処理速度を向上させることができるロボットシステム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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係るロボットシステムは、認識対象物に対して作業を行うロボットと、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手段と、前記ロボットが前記認識対象物まで移動する際の移動経路を探索する経路探索手段とを備える情報処理ＣＰＵと、前記物体認識手段によって求められる前記認識対象物の位置姿勢及び前記経路探索手段によって求められる前記移動経路の情報に基づいて、前記ロボットの駆動を制御するロボット駆動制御手段を備える駆動制御ＣＰＵとを有するロボットコントローラと、を備えることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明に係るロボットシステムは、前記情報処理ＣＰＵが、バスを介して前記駆動制御ＣＰＵに接続されていることを特徴している。
【０００８】
また、本発明に係るロボットシステムは、前記情報処理ＣＰＵ及び前記駆動制御ＣＰＵは、同一の回路基板上に実装されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るロボットシステムによれば、ロボットコントローラが画像取得部によって取得した画像を用いて認識対象物の位置姿勢を求める物体認識手段と、ロボットが認識対象物まで移動する際の移動経路を探索する経路探索手段とを備える情報処理ＣＰＵと、物体認識手段によって求められる認識対象物の位置姿勢及び経路探索手段によって求められる移動経路の情報に基づいて、ロボットの駆動を制御するロボット駆動制御手段を備える駆動制御ＣＰＵとを有している。これにより、本発明に係るロボットシステムでは、ロボットコントローラとは別に認識対象物の位置姿勢を求めるためのコンピュータ等を設ける必要がなくなるため、システムの構築コストを軽減することができると共に、物体認識手段によって求められる認識対象物の位置姿勢及び経路探索手段によって求められる移動経路の情報を駆動制御ＣＰＵへと転送する際の通信時間を短縮することができるので、ロボットが認識対象物に対して作業を行うまでの処理速度を向上させることができる。また、本発明に係るロボットシステムでは、このようにロボットコントローラが、情報処理ＣＰＵと駆動制御ＣＰＵを有しているので、ロボットコントローラとは別に認識対象物の位置姿勢を求めるためのコンピュータ等を設ける必要がないため、システムの保守性を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明に係るロボットシステムによれば、情報処理ＣＰＵは、バスを介して駆動制御ＣＰＵに接続されているので、情報処理ＣＰＵによって得られた情報をより高速に駆動制御ＣＰＵへと転送することができ、ロボットが認識対象物に対して作業を行うまでの処理速度をより向上させることができる。
【００１１】
また、本発明に係るロボットシステムによれば、情報処理ＣＰＵ及び駆動制御ＣＰＵは、同一の回路基板上に実装されているので、システムを簡易化することができると共に、処理速度をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るロボットシステムの一例を示す概略模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るロボットシステムによる処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るロボットシステムの一例を示す概略模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の第１の実施形態に係るロボットシステム１の一例について、図面を参照しつつ説明する。ロボットシステム１は、例えば、作業の自動化等を図るために、工場の生産ライン内等に設けられるものであって、図１に示すように、認識対象物であるワークＷに対して作業を行うロボット２と、作業台３に載置されているトレー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によって取得した画像データを用いて、ワークＷの位置及び姿勢等を求めるロボットコントローラ６とを備えている。
【００１４】
ロボット２は、ワークＷに対して作業を行うためのものであって、図１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が載置されている作業台３の近傍に配置されている。このロボット１は、例えば、生産ライン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。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、ロボットコントローラ６によって、それぞれのサーボモータの駆動が制御され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。
【００１５】
画像取得部５は、例えば、図１に示すように、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ロボットコントローラ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。
【００１６】
ロボットコントローラ６は、図１に示すように、画像取得部５（５ａ、５ｂ）及びロボット２に接続されている。このロボットコントローラ６は、ロボット２の各軸のサーボモータに所望のタイミングで電力を供給してロボット２の駆動を制御するように構成されるものであって、例えば、図１に示すように、画像取得部５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手段８１と、ロボット２のロボットハンド２３がワークＷまで移動する際の移動経路を探索する経路探索手段８２とを備える情報処理ＣＰＵ８と、物体認識手段８１によって求められるワークＷの位置姿勢及び経路探索手段８２によって求められる移動経路の情報に基づいて、ロボット２の駆動を制御するロボット駆動制御手段９１を備える駆動制御ＣＰＵ９と、ワークＷの認識を行うためのプログラムやロボット２の駆動を制御するためのプログラム等を格納するＲＯＭ１０と、制御上必要な設定値等を格納したり、ＲＯＭ１０から読み出されたプログラムを一時記憶したりするＲＡＭ１１と、画像取得部５やロボット２の各軸のサーボモータを駆動制御するサーボ回路（不図示）等に対する入出力装置として機能する入出力インターフェイス１２と、これら各部を互いに接続するシステムバス１３とを有している。また、ロボットコントローラ６では、情報処理ＣＰＵ８及び駆動制御ＣＰＵ９は、同一の回路基板７上に実装されている。また、ロボットコントローラ６は、詳しくは図示しないが、ユーザからの各種の指令や設定値等の入力データを受け付けるためのキーボード等で構成される操作部等を備えている。
【００１７】
情報処理ＣＰＵ８は、ＲＯＭ１０に格納されているプログラムに従って、それぞれ演算処理を行う物体認識手段８１と、経路探索手段８２とを備えている。物体認識手段８１では、ロボット２がトレー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の位置姿勢を求める。この物体認識手段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。
【００１８】
探索経路手段８２では、ロボット２のロボットハンド２３が物体認識手段８１によって認識されたワークＷまで移動する際の移動経路を探索する。この経路探索手段８２では、例えば、従来公知のＭｉｎｋｏｗｓｋｉ和等を利用した衝突判定とＡ＊（エースター）アルゴリズム等の経路探索方法を用いて最短経路の探索を行い、ロボット２のロボットハンド２３が作業を行うワークＷまで移動する際の移動経路を決定する。経路探索手段８２では、例えば、画像取得部５によって取得した画像データに含まれる認識対象物以外の他のワークＷやトレー４等の障害物の輪郭にＭｉｎｋｏｗｓｋｉ和を利用してロボットハンド２３分だけマージンを足すように拡張させることにより、ロボットハンド２３を点とみなせるようにする。そして、経路探索手段８２では、例えば、この点が障害物と衝突しない最短経路の探索をＡ＊（エースター）アルゴリズムを用いて行う。尚、探索経路手段８２の経路探索方法は、これに限定されるものではなく、従来公知の他の経路探索方法を用いても良い。また、ロボットコントローラ６では、情報処理ＣＰＵ８の物体認識手段８１及び経路探索手段８２によって求められたワークＷの位置姿勢の情報やロボットハンド２３の移動経路の情報が、システムバス１３を介して駆動制御ＣＰＵ９へ転送される。
【００１９】
駆動制御ＣＰＵ９は、ロボット２の駆動を制御するためのものであって、ＲＯＭ１０に格納されているプログラムに従って、演算処理を行うロボット駆動制御手段９１を備えている。ロボット駆動制御手段９１は、ロボット２の各軸のサーボモータをサーボ回路（不図示）を介して駆動制御するように構成されている。このロボット駆動制御手段９１では、物体認識手段８１によって求められたワークＷの位置姿勢の情報及び経路探索手段８２によって求められたロボットハンド２３の移動経路の情報に基づいて、ロボット２の駆動を制御するための制御信号を生成し、この制御信号に従って電力をロボット２の各軸のサーボモータに対して供給することによって、ロボット２がワークＷに対して作業を行うように駆動制御する。
【００２０】
このように本発明のロボットシステム１では、ロボットコントローラ６が、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手段８１と、ロボットハンド２３が認識対象のワークＷまで移動する際の移動経路を探索する経路探索手段８２とを備える情報処理ＣＰＵ８と、物体認識手段８１によって求められるワークＷの位置姿勢及び経路探索手段８２によって求められるロボットハンド２３の移動経路の情報に基づいて、ロボット２の駆動を制御するロボット駆動制御手段９１を備える駆動制御ＣＰＵ９とを有しているので、ロボットコントローラ６とは別にワークＷの位置姿勢を求めるためのコンピュータ等を設ける必要がなくなるため、システム全体の構築コストを軽減することができると共に、物体認識手段８１によって求められるワークＷの位置姿勢及び経路探索手段８２によって求められる移動経路の情報を駆動制御ＣＰＵ９へと転送する際の通信時間を短縮することができ、ロボット２がワークＷに対して作業を行うまでの処理速度を向上させることができる。
【００２１】
以下、本実施形態に係るロボットシステム１の処理の一例について図面を参照しつつ説明する。ロボットシステム１では、図２に示すように、画像取得部５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て画像データを取得する（Ｓ１０１）。その後、画像取得部５によって得られた画像データは、ロボットコントローラ６へと送られる。
【００２２】
ロボットコントローラ６では、情報処理ＣＰＵ８の物体認識手段８１によって、画像取得部５から送られてきた画像データを用いて、ワークＷの位置姿勢を求める（Ｓ１０２）。また、情報処理ＣＰＵ８の探索経路手段８２では、ロボット２のロボットハンド２３が物体認識手段８１によって認識されたワークＷまで移動する際の移動経路を探索する（Ｓ１０３）。そして、ロボットコントローラ６では、Ｓ１０２の物体認識手段８１によって求められたワークＷの位置姿勢の情報及びＳ１０３の経路探索手段８２によって求められたロボットハンド２３の移動経路の情報がシステムバス１３を介して駆動制御ＣＰＵ９へ転送される。
【００２３】
そして、駆動制御ＣＰＵ９のロボット駆動制御手段９１では、物体認識手段８１によって求められたワークＷの位置姿勢の情報及び経路探索手段８２によって求められたロボットハンド２３の移動経路の情報に基づいて、ロボット２の駆動を制御するための制御信号を生成し、この制御信号に従って電力をロボット２の各軸のサーボモータに対して供給することによって、ロボット２がワークＷに対して作業を行うように駆動制御する（Ｓ１０４）。
【００２４】
次に、第２の実施形態に係るロボットシステム１ａについて図３を参照しつつ説明する。尚、第１の実施形態に係るロボットシステム１と同様の構成等については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２５】
第２の実施形態に係るロボットシステム１ａのロボットコントローラ６ａでは、図３に示すように、第１の実施形態に係るロボットシステム１と異なり、情報処理ＣＰＵ８及び駆動制御ＣＰＵ９は、それぞれ異なる回路基板上に実装されている。ロボットシステム１ａでは、情報処理ＣＰＵ８は情報処理用回路基板７ａ上に実装されており、駆動制御ＣＰＵ９は駆動制御用回路基板７ｂ上に実装されている。そして、情報処理用回路基板７ａと駆動制御用回路基板７ｂは、情報処理ＣＰＵ８及び駆動制御ＣＰＵ９が互いに情報を転送できるように、バス１４を介して接続されている。尚、ロボットコントローラ６ａでは、情報処理用回路基板７ａと駆動制御用回路基板７ｂをバス１４を介して接続する代わりに、ネットワークを介して情報処理ＣＰＵ８及び駆動制御ＣＰＵが互いに情報を転送できるように構成しても良い。また、ロボットコントローラ６ａは、詳しくは図示しないが、ユーザからの各種の指令や設定値等の入力データを受け付けるためのキーボード等で構成される操作部等を備えている。
【００２６】
情報処理用回路基板７ａ上には、例えば、図３に示すように、画像取得部５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手段８１と、ロボット２のロボットハンド２３がワークＷまで移動する際の移動経路を探索する経路探索手段８２とを備える情報処理ＣＰＵ８と、ワークＷの認識を行うためのプログラム等を格納するＲＯＭ１０ａと、制御上必要な設定値等を格納したり、ＲＯＭ１０ａから読み出されたプログラムを一時記憶したりするＲＡＭ１１ａと、画像取得部５等に対する入出力装置として機能する入出力インターフェイス１２ａと、これら各部を互いに接続するシステムバス１３ａとが実装されている。
【００２７】
情報処理ＣＰＵ８の物体認識手段８１では、ロボット２がトレー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、画像取得部５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。また、経路探索手段８２では、ロボット２のロボットハンド２３が認識対象物であるワークＷまで移動する際の移動経路を求める。そして、ロボットコントローラ６ａでは、例えば、物体認識手段８１及び経路探索手段８２によって求められたワークＷの位置姿勢の情報及びロボットハンド２３の移動経路の情報をバス１４を介して駆動制御用回路基板７ｂ上の駆動制御ＣＰＵ９へ転送する。
【００２８】
駆動制御用回路基板７ｂ上には、例えば、図３に示すように、物体認識手段８１によって求められるワークＷの位置姿勢及び経路探索手段８２によって求められる移動経路の情報に基づいて、ロボット２の駆動を制御するロボット駆動制御手段９１を備える駆動制御ＣＰＵ９と、ロボット２の駆動を制御するためのプログラム等を格納するＲＯＭ１０ｂと、制御上必要な設定値等を格納したり、ＲＯＭ１０ｂから読み出されたプログラムを一時記憶したりするＲＡＭ１１ｂと、ロボット２の各軸のサーボモータを駆動制御するサーボ回路（不図示）等に対する入出力装置として機能する入出力インターフェイス１２ｂと、これら各部を互いに接続するシステムバス１３ｂとが実装されている。
【００２９】
駆動制御ＣＰＵ９のロボット駆動制御手段９１では、物体認識手段８１によって求められたワークＷの位置姿勢の情報及び経路探索手段８２によって求められたロボットハンド２３の移動経路の情報に基づいて、ロボット２の駆動を制御するための制御信号を生成し、この制御信号に従って電力をロボット２の各軸のサーボモータに対して供給することによって、ロボット２がワークＷに対して作業を行うように駆動制御する。
【００３０】
このように本実施形態に係るロボットシステム１ａでは、ロボットシステム１と同様に、ロボットコントローラ６ａが、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手段８１と、ロボットハンド２３が認識対象のワークＷまで移動する際の移動経路を探索する経路探索手段８２とを備える情報処理ＣＰＵ８と、物体認識手段８１によって求められるワークＷの位置姿勢及び経路探索手段８２によって求められるロボットハンド２３の移動経路の情報に基づいて、ロボット２の駆動を制御するロボット駆動制御手段９１を備える駆動制御ＣＰＵ９とを有しているので、ロボットコントローラ６ａとは別にワークＷの位置姿勢を求めるためのコンピュータ等を設ける必要がなくなるため、システム全体の構築コストを軽減することができると共に、物体認識手段８１によって求められるワークＷの位置姿勢及び経路探索手段８２によって求められる移動経路の情報を駆動制御ＣＰＵ９へと転送する際の通信時間を短縮することができ、ロボット２がワークＷに対して作業を行うまでの処理速度を向上させることができる。
【００３１】
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】
【００３２】
本発明に係るロボットシステムは、生産ライン等において、ワークの位置姿勢を認識して、ロボットによってワークに対して作業を行う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】
【００３３】
１            ロボットシステム
２            ロボット
５            画像取得部
６、６ａ      ロボットコントローラ
７            回路基板
７ａ          情報処理用回路基板
７ｂ          駆動制御用回路基板
８            情報処理ＣＰＵ
８１          物体認識手段
８２          経路探索手段
９            駆動制御ＣＰＵ
９１          ロボット駆動制御手段
１３          システムバス（バス）
Ｗ            ワーク（認識対象物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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