JP2013126706A

JP2013126706A - 物品の姿勢を修正する機能を備えた取出し装置

Info

Publication number: JP2013126706A
Application number: JP2011277431A
Authority: JP
Inventors: Masaru Oda; 小田　　勝
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2031-12-19
Also published as: JP5266377B2; DE102012024328A1; CN103158151B; CN103158151A; US8630737B2; DE102012024328B4; US20130158710A1

Abstract

【課題】物品を収容する容器とロボットハンドとの干渉を考慮しながら、取出し対象の物品の姿勢を修正して該物品を取出すことができる取出し装置の提供。
【解決手段】取出し対象物品１８は基準姿勢に対して左側に傾斜しているので、ハンド２４は左側から物品１８に接近して当接する。続いて、爪２６が孔部３８に係合した状態で物品１８を右側に押し、該物品とハンドとの位置関係が図３のような状態となるように該物品の姿勢を矯正する。このようにして、爪２６に対して取出し対象物品１８が把持可能な相対姿勢となる、第２の位置姿勢にハンド２４が位置決めされる。
【選択図】図５

Description

本発明は、バラ積みされた物品をロボットを用いて取出す取出し装置に関し、特には、取出し対象の物品の姿勢を修正する機能を備えた取出し装置に関する。

ロボットを用いてバラ積みされた物品の取り出しを行ういくつかの装置が知られている。例えば特許文献１には、「ハンド３は連結部材３１を用いてロボットアーム先端１０のマウント４１に取り付けられる。把持手段３５は回転支持部（枢軸）３３、３４に軸支される。ロボット制御装置により伸縮手段３２に伸縮動作を行なわせ、把持手段３５に、第１の姿勢（ａ）と第２の姿勢（ｂ）をとらせることができる」と記載されている。

また特許文献２には、「ロボットハンド２４をワーク把持目標位置へ前進させ（Ｓ３）、把持状態を確認し（Ｓ４）、把持状態が良好でない場合は、ワーク把持目標位置を変更して（Ｓ８）、把持状態となるまでロボットハンドを前進させる（Ｓ３）」と記載されている。

特開２００４−２３０５１３号公報特開２０１０−６９５４２号公報

特許文献１では、取出し対象であるワークの位置や姿勢（傾き）に柔軟に対応できるように、ハンドに構造的な工夫をしている。しかしこのようなハンドは高価なものとなることがある。またワークの傾きに応じて取出し方法を変更する必要があるため、ロボットプログラムが複雑となることがある。

一方、特許文献２に記載の技術は、ロボットハンドによるワークの把持（吸着状態）が確認されるまでロボットハンドを前進させるものであるが、ワークの形状や傾きによっては、ロボットハンドの前進動作だけではワークを吸着できないことがある。

そこで本発明は、物品を収容する容器とロボットハンドとの干渉を考慮しながら、取出し対象の物品の姿勢を修正して該物品を取出すことができる取出し装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、物品を把持するための把持部を有するハンドをアーム先端に取り付けたロボットを用いて、物品を１つずつ取出す物品取出し装置であって、壁部により内部が囲まれ、かつ上方が開放された容器の中にバラ積みされた複数の物品のそれぞれの位置及び姿勢を検出し、該複数の物品のうちの１つを取出し対象物品として検出する視覚センサと、前記取出し対象物品に対して予め教示され、前記ロボット及びハンドにより前記取出し対象物品を取出すための、一連の教示点列を含むロボット動作指令及びハンドへの指令が記述された基準動作プログラムと、前記視覚センサからの情報に基づいて、前記基準動作プログラムの一連の教示点列の各教示点における位置情報及び姿勢情報を補正する補正部と、前記容器の壁部に相当する干渉領域情報を予め記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記干渉領域情報に基づき、前記ロボット又は前記ハンドが前記壁部と干渉を起さないように、前記補正部により補正された姿勢情報を調整する姿勢調整部と、を備え、前記基準動作プログラムは、前記ロボットの動作により、傾いた状態で置かれた前記取出し対象物品の被把持部に前記ハンドの把持部が対向し、かつ前記取出し対象物品の一部と前記把持部とが接触するように前記ハンドを第１の位置姿勢に位置決めし、次に、前記把持部と前記取出し対象物品との接触を維持したまま前記ハンドを移動させて前記取出し対象物品の姿勢を矯正し、前記把持部に対して前記取出し対象物品が把持可能な相対姿勢となる、第２の位置姿勢に前記ハンドを位置決めし、その後、把持指令により前記取出し対象物品を把持して前記容器から取出すように記述されたものであり、前記姿勢調整部は、少なくとも前記第１の位置姿勢に対応する教示点について、前記姿勢情報を調整することを特徴とする、物品取出し装置を提供する。

第２の発明は、第１の発明において、前記ハンドは、前記取出し対象物品が基準姿勢から傾いている側から該取出し対象物品に接近して当接し、該接近の方向と略反対側に該取出し対象物品を押圧して該取出し対象物品の姿勢を矯正することを特徴とする、物品取出し装置を提供する。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記物品は内径把持が可能な孔部を有し、前記把持部は前記物品の孔部に進入して前記物品を把持する少なくとも３つの爪を備えており、
該物品の孔部への前記少なくとも３つの爪の進入方向は、該少なくとも３つの爪の内の少なくとも２つの爪が残りの爪に先行し、かつ該少なくとも２つの爪が同時に進入するような方向であることを特徴とする、物品取出し装置を提供する。

第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記視覚センサが、前記容器全体を検索範囲として取出し対象物品を抽出する第１のカメラと、該取出し対象物品の位置及び姿勢を検出する第２のカメラとから構成されたことを特徴とする、物品取出し装置を提供する。

第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記視覚センサは、前記容器の位置の誤差を検出するように構成され、該誤差は前記干渉領域情報の修正に使用されることを特徴とする、物品取出し装置を提供する。

本発明によれば、物品のバラ積み取出しにおいて、容器との干渉のためにハンドの姿勢を取出し対象物品の姿勢に合わせることができない場合に、該取出し対象物品の姿勢を矯正して、該ハンドによる取出しを可能にすることができる。また該取出し対象物品の姿勢を矯正する際は、該取出し対象物品が基準姿勢から傾いている側から該取出し対象物品に接近して当接し、該接近の方向と略反対側に該取出し対象物品を押圧するようにすることが好ましい。

３つの爪によって物品の孔部を把持する場合、ハンドが、該３つの爪の内いずれかの２つが同時に進入可能な方向から該孔部に進入することによって、ハンドと取出し対象物品の姿勢が完全に一致せず、孔部への進入が不完全な場合であっても、該２つの爪で物品を把持し、取出すことができるようになる。

容器内全体を撮像する視覚センサと、個々の物品の位置姿勢を検出する視覚センサとを使い分けることにより、高精度の検出を効率的に行うことができる。

視覚センサで容器の位置を検出することにより、容器の設置位置の誤差に応じて干渉領域情報を好適に修正することができる。

本発明の一実施形態に係る取出し装置の概略構成を示す図である。本発明に係る取出し装置を用いた物品の取出し手順を説明するフローチャートである。（ａ）ハンドで物品を取出す前の該ハンド及び物品の位置関係を示す図であり、（ｂ）該ハンドで該物品を取出しているときの状態を示す図である。取出し物品が傾斜しているためにハンドが容器に干渉する状態、及び該干渉を回避すべくハンドの姿勢を規制した状態を示す図である。ハンドによって取出し対象物品の姿勢を矯正する動作を説明する図である。ハンドが３つの爪を有する場合に、該ハンドが物品にアプローチする状態を示す図である。（ａ）３つの爪のうちの２つが物品に係合している状態を模式的に示す図であり、（ｂ）２つの爪で物品を取出す例を示す図である。

図１は、本願発明の好適な実施形態に係る物品取出し装置１０の概略構成を示す図である。取出し装置１０は、ロボット１２と、ロボット１２を制御して、後述する一連の動作をロボット１２に行わせるロボット制御装置１４と、ロボット制御装置１４に接続された第１の視覚センサ（図示例ではカメラ）１６とを有し、複数の（本実施形態では同種の）物品１８がバラ積み状態で収容された容器２０から該物品１８を１つずつ取り出すために使用される。

ロボット１２は、ロボットアーム２２等の可動部と、ロボットアーム２２の先端に取り付けられたロボットハンド２４とを備え、ハンド２４は物品１８の各々を把持するように構成された把持部２６を有する。図示するように容器２０は、その内部を囲繞する壁部２８を有し、かつロボットハンド２４の把持部２６が容器２０の内部に進入できるように上方が開口されている。

カメラ１６は、容器２０内の物品１８を撮像することができ、好ましくは容器２０全体を撮像することができる。カメラ１６により得られた画像は制御装置１４又は制御装置１４に接続された他の画像処理装置（図示せず）によって画像処理され、撮像された複数の物品の各々の位置及び姿勢（以降、位置姿勢とも称する）が求められ、制御装置１４は撮像された複数の物品の位置姿勢に基づき、取出し対象とすべき物品を抽出（選定）する。このようにカメラ１６により得られた画像を用いて、取出し対象物品を含め物品の位置及び姿勢を検出することができるが、該位置及び姿勢の検出はカメラ１６とは別の第２の視覚センサ（図示例ではカメラ）３０を用いて行ってもよい。カメラ３０を使用する場合、比較的広範囲な検出を行う第１のカメラ１６と、個々の物品又は取出し対象物品の位置姿勢を検出する第２のカメラ３０との２段階の視覚センサを使用することとなり、高精度の検出を効率的に行うことができる。

なお図示例では、第１のカメラ１６を専用の架台３２に固定配置し、第２のカメラ３０をロボットアーム２２等の可動部に取り付けているが、両カメラを架台３２等に固定配置してもよいし、両カメラをロボットアーム２２等の可動部に取り付けてもよい。また第１又は第２のカメラは、容器２０の設置位置の誤差を検出できるように構成してもよく、その場合、後述する干渉領域情報を容器２０の設置位置の誤差を用いて修正することができる。

次に、取出し装置１０を用いた物品の取出し手順について、図２のフローチャート及び関連する図面を参照しつつ説明する。先ず、カメラ１６で複数の物品１８がバラ積みされた領域全体の２次元画像を取得し、複数の物品１８のそれぞれの位置及び姿勢を検出して、取出し対象とする１つの物品を検出（選定）する（ステップＳ１）。ここで取出し対象物品としては、例えば、バラ積みされた物品のうち存在高さの高いものや、他の物品が重なっていないものが検出される。

取出し対象物品が検出されたら（ステップＳ２）、取出し対象物品を把持部２６で把持しようとしたときにロボットアーム２２やハンド２４が容器２０と干渉するか否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、ステップＳ３を実行する前に、図３（ａ）に示すように、物品１８をハンド２４で把持する動作を行う直前の、物品１８に対するハンド２４の位置姿勢を基本位置姿勢として予め教示しておき、ハンド２４により物品１８を取出すための、一連の教示点列を含むロボット動作指令及びハンド２４への指令が記述された基準動作プログラムを作成して、制御装置１４のメモリ等に格納しておく。なお本実施形態では、ハンド２４は把持部２６として３つの爪と、該３つの爪をアーム２２の先端に放射状に可動に接続するチャック３４とを有するものとする。

物品１８は、把持部２６に把持される被把持部を有する。図示例では、物品１８はフランジ部３６を備えた略円柱形状を備えるとともに、該円柱の中心軸と略同心であって把持部（図示例では３つの爪）２６が進入可能な大きさの孔部３８を被把持部として有する。従って図３（ａ）に示すように、本実施形態でハンド２４が物品１８を把持する直前の基本位置姿勢は、アーム２２が爪の長手方向に移動したときに物品１８の孔部３８内に３つの爪２６が同時に進入できる位置姿勢、すなわち爪２６の先端が孔部３８の入口に対して、所定距離離れてアーム進行方向に関して対向するような位置姿勢となる。この場合、ハンド２４で物品１８を取り出す際は、図３（ｂ）に示すように、爪２６が孔部３８内に進入するようにアーム２２が（図示例では下方に）移動し、次に３つの爪２６がチャック３４によって互いに離れるように放射状に移動し、孔部３８の内表面に当接することにより、物品１８を把持する。この状態でアーム２２を上方に移動させ、物品１８を所定の場所に搬送する。

干渉の有無を判定する際は、視覚センサ１６又は３０からの情報に基づいて、基準動作プログラムの一連の教示点列の各教示点における位置情報及び姿勢情報を補正する。しかし、図４に示すように、取出し対象として検出された物品１８が傾斜している（孔部３８が鉛直上方向とは大きく異なる方向に向かって開口している）場合、ハンド２４が物品１８に対して図３（ａ）に示したような基本位置姿勢になるようにすると、容器２０（の壁部２８）と干渉することになる（図４のＡ部）。なお干渉の有無を判断するために、容器２０の壁部２８に相当する干渉領域情報を予め制御装置１４のメモリ等に記憶しておく。図４のような場合、ステップＳ３では「干渉あり」と判断して後述のステップＳ４に進む。一方、ステップＳ３で「干渉なし」と判断された場合は、図３（ｂ）に示したような取出し動作が可能であることを意味するので、通常のアプローチ姿勢を維持したまま（ステップＳ６）、図３（ｂ）に示すような物品把持位置にハンド２４を移動させることができる（ステップＳ７）。

ステップＳ４では、補正された基準動作プログラムの一連の教示点列の各教示点における位置情報及び姿勢情報に対して、記憶された干渉領域情報に基づき、ハンド２４が容器２０に干渉しないように各教示点における姿勢情報を調整する。この調整により、傾いた状態で置かれた取出し対象物品１８の孔部３８ハンド２４の爪２６が対向し、かつ取出し対象物品１８の一部と爪２６とが接触するようにハンド２４が第１の位置姿勢に位置決めされる。例えば図４のＢ部に示すように、ハンド２４の傾きは物品１８の傾きに一致しないが、容器２０（壁部２８）との干渉は回避された状態になる。このような姿勢調整は、少なくとも第１の位置姿勢に対応する教示点に対して適用される。

次のステップＳ５では、ハンド２４によって取出し対象物品１８の姿勢を矯正する動作を行う。ここでは、取出し対象物品１８が、図３（ａ）に示したようなハンド２４が容器２０と干渉せずに基本位置姿勢をとれる姿勢と比べ大きく傾斜しているので、ハンド２４は、取出し対象物品の傾いている側（左側）から該取出し対象物品１８に接近して当接し、該接近の方向と略反対側に取出し対象物品１８を押圧してその姿勢を矯正する。

例えば図５のＣ部に示すように、取出し対象物品１８は基準姿勢（孔部３８が鉛直上方に向けて開口している状態）に対して左側に傾斜しているので、ハンド２４は左側から物品１８に接近して当接する。続いて、図５のＤ部に示すように、爪２６が孔部３８に係合した状態で物品１８を右側に押し、該物品とハンドとの位置関係が図３（ａ）又は（ｂ）のような状態となるように該物品の姿勢を矯正する。このようにして、爪２６に対して取出し対象物品１８が把持可能な相対姿勢となる、第２の位置姿勢にハンド２４が位置決めされる。

本実施形態では、物品と把持部とを係合させる構成として物品側に孔部を設け、かつ把持部側に爪を設けているが、ハンドが物品に当接した状態で移動することにより該物品の姿勢を矯正できるのであれば、どのような構成でもよい。例えば、物品側に突起を設け、把持部側に該突起に係合する凹部等を設けてもよい。

ステップＳ６における物品の姿勢矯正動作により、ハンド２４は物品を把持できる位置姿勢（物品把持位置）に移動可能となる（ステップＳ７）ので、ハンド２４によって取出し対象物品１８を把持する（ステップＳ８）。図５の例では、Ｄ部に示すようにハンド２４を下降させて爪２６を物品１８の孔部３８内に挿入させ、３つの爪２６が互いに放射状に離れるようにチャック３４を開いて該３つの爪を孔部３８の内表面に当接させることにより、物品１８を把持することができる。

次に、ハンド２４で把持した物品１８の取出し、ここではハンド２４の上昇動作を行う（ステップＳ９）。なおここで、ハンド２４が物品１８を確実に把持しているかを確認するステップＳ１０を行ってもよい。例えば本実施形態のようにハンド２４をチャック３４及び爪２６から構成している場合、３つの爪２６の開き度合いを検出するストロークセンサのような検出手段（図示せず）をチャック３４に設け、３つの爪２６が完全に開いているときは物品を把持していないと判断して、ハンド２４を一旦解放して（ステップＳ１１）、再びステップＳ１からやり直すことができる。一方、３つの爪２６の開き度合いが全開ではなく、物品２６の孔部３８の内径に相当するものとなっているときは、物品がハンドに正しく把持されているものと判断し、該物品を所定の場所に搬送することができる（ステップＳ１２）。図２に示す一連の動作の少なくとも一部分は、上述の基準動作プログラムに記述することができる。

図６は、上述のようにハンド２４が３つの爪２６を有する場合に、ハンド２４が傾斜した取出し対象物品１８にアプローチする状態を示す図である。図６に示すように、３つの爪２６のうち２つの爪２６ａ、２６ｂが同時に、かつ残りの爪２６ｃに先行して、物品１８の孔部３８内に進入するようにハンド２４を移動させることが有利である。このようにすれば、図７（ａ）に示すように、概略図示した２つの爪２６ａ、２６ｂのみで物品１８の内径部（より具体的には孔部３８の内表面の互いに径方向反対側の部分）を把持することができるので、図７（ｂ）に示すように、物品１８の姿勢の矯正が不十分な場合（例えば図５のＤ部に示すような姿勢に物品を矯正できない場合）でも、物品１８をハンド２４で取出すことができる。

１０取出し装置
１２ロボット
１４ロボット制御装置
１６、３０カメラ
１８物品
２０容器
２２ロボットアーム
２４ハンド
２６爪
２８壁部
３８孔部

Claims

物品を把持するための把持部を有するハンドをアーム先端に取り付けたロボットを用いて、物品を１つずつ取出す物品取出し装置であって、
壁部により内部が囲まれ、かつ上方が開放された容器の中にバラ積みされた複数の物品のそれぞれの位置及び姿勢を検出し、該複数の物品のうちの１つを取出し対象物品として検出する視覚センサと、
前記取出し対象物品に対して予め教示され、前記ロボット及びハンドにより前記取出し対象物品を取出すための、一連の教示点列を含むロボット動作指令及びハンドへの指令が記述された基準動作プログラムと、
前記視覚センサからの情報に基づいて、前記基準動作プログラムの一連の教示点列の各教示点における位置情報及び姿勢情報を補正する補正部と、
前記容器の壁部に相当する干渉領域情報を予め記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記干渉領域情報に基づき、前記ロボット又は前記ハンドが前記壁部と干渉を起さないように、前記補正部により補正された姿勢情報を調整する姿勢調整部と、を備え、
前記基準動作プログラムは、前記ロボットの動作により、傾いた状態で置かれた前記取出し対象物品の被把持部に前記ハンドの把持部が対向し、かつ前記取出し対象物品の一部と前記把持部とが接触するように前記ハンドを第１の位置姿勢に位置決めし、次に、前記把持部と前記取出し対象物品との接触を維持したまま前記ハンドを移動させて前記取出し対象物品の姿勢を矯正し、前記把持部に対して前記取出し対象物品が把持可能な相対姿勢となる、第２の位置姿勢に前記ハンドを位置決めし、その後、把持指令により前記取出し対象物品を把持して前記容器から取出すように記述されたものであり、
前記姿勢調整部は、少なくとも前記第１の位置姿勢に対応する教示点について、前記姿勢情報を調整することを特徴とする、物品取出し装置。
前記ハンドは、前記取出し対象物品が基準姿勢から傾いている側から該取出し対象物品に接近して当接し、該接近の方向と略反対側に該取出し対象物品を押圧して該取出し対象物品の姿勢を矯正することを特徴とする、請求項１に記載の物品取出し装置。
前記物品は内径把持が可能な孔部を有し、前記把持部は前記物品の孔部に進入して前記物品を把持する少なくとも３つの爪を備えており、
該物品の孔部への前記少なくとも３つの爪の進入方向は、該少なくとも３つの爪の内の少なくとも２つの爪が残りの爪に先行し、かつ該少なくとも２つの爪が同時に進入するような方向であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の物品取出し装置。
前記視覚センサが、前記容器全体を検索範囲として取出し対象物品を抽出する第１のカメラと、該取出し対象物品の位置及び姿勢を検出する第２のカメラとから構成されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の物品取出し装置。
前記視覚センサは、前記容器の位置の誤差を検出するように構成され、該誤差は前記干渉領域情報の修正に使用されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の物品取出し装置。