JP2014176923A - ロボットシステムおよび被加工物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ワークハンドリング作業の時間短縮が図られたロボットシステム及び被加工物の製造方法を提供する。
【解決手段】
ロボットシステム１００においては、ロボットコントローラ１０４が、カメラ１０３を制御して、ストッカ１０２内のワークＷの形状認識およびロボット１０１に保持されたワークＷ１の保持状態の検出の両方をおこなう。そのため、ワークの形状認識から保持状態の検出への移送時間がほとんどない。一方、従来技術のように、形状センサと保持状態検出装置とが別々に設けられている場合には、ワークの形状認識から保持状態の検出への移送にある程度の時間を要する。このように、ロボットシステム１００においては、上記移送時間の短縮により、ワークハンドリング作業の時間短縮が実現されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットシステムおよび被加工物の製造方法に関する。

近年、ストッカ内にランダムに収納された（いわゆる、バラ積みされた）ボルト等の同一形状のワークをストッカから取り出してハンドリングさせるビンピッキング技術が種々提案されている。かかる技術では、ストッカ内のワークの形状認識（３次元的な位置及び姿勢の認識）をおこなった後、その認識結果に基づき、保持すべきワークが決定されてストッカから取り出される。

ビンピッキングにおいては、ストッカ内でワーク同士が複雑に重なり合い、ワークの保持される部位が埋没する等の理由で、適切な状態でワークを保持できない事態が生じ得る。その結果、保持したワークを適切な保持状態で次工程に送ることができず、ワークハンドリング作業の精度が低下する虞がある。そのため、形状センサによるストッカ内のワークの形状認識とは別に、保持したワークの保持状態が適切であるか否かを検出する必要がある。（下記特許文献１参照）

特開２０１１−１８３５３７号公報

しかしながら、上記従来技術においては、形状センサとは別に、保持状態を検出する装置が設けられていたため、形状センサのセンサ領域から保持状態検出装置に移送する時間が、ワークハンドリング作業の時間を短縮する上での妨げとなっていた。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、ワークハンドリング作業の時間短縮が図られたロボットシステム及び被加工物の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るロボットシステムは、複数のワークを収納したストッカ内のワークを保持する保持部を有するロボットと、ストッカ内のワークの形状の認識およびロボットによるワークの保持状態の検出の両方をおこなうセンサと、ロボット及びセンサを制御する制御装置とを有し、制御装置が、センサにストッカ内のワークの形状を認識させて、センサが認識した形状に基づいてワークをロボットに保持させ、ロボットが保持するワークを、センサのセンサ領域の所定位置に移送させて、センサに保持状態を検出させ、センサが検出した保持状態に基づき、ワークを次工程にハンドリングさせる。

本発明に係る被加工物の製造方法は、上記ロボットシステムを用いて得られたワークを用いて、被加工物を得る。

本発明によれば、ワークハンドリング作業の時間短縮が図られたロボットシステム及び被加工物の製造方法が提供される。

図１は、実施形態に係るロボットシステムを示す概略構成図である。 図２は、図１に示したロボットシステムを用いてワークをハンドリングする状況を示した図である。 図３は、図２の状況において撮像される画像を示した図である。 図４は、図３とは異なる状況の画像を示した図である。 図５は、図１に示したロボットシステムを用いてワークをハンドリングする状況を示した図であり、図２とは異なる状況を示した図である。 図６は、図５の状況において撮像される画像を示した図である。

以下、添付図面を参照しつつ、実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１に示すように、ロボットシステム１００は、ロボット１０１、ストッカ１０２、カメラ（センサ）１０３、ロボットコントローラ（制御装置）１０４を備えており、ストッカ１０２内のワークＷがロボット１０１により１つずつ把持（保持）されるように構成されている。

ロボット１０１は、いわゆる多関節ロボットであり、固定面に基台が固定され、基台から先端にかけて複数の回転関節を有するアーム部１０１Ａを有している。アーム部１０１Ａには関節を駆動するサーボモータが内蔵されており、各関節の駆動は、ロボットコントローラ１０４によって制御される。

ロボット１０１のアーム部１０１Ａは、その先端に、保持装置（保持部）１０を備えている。保持装置１０は一対の指部材１０Ａを有しており、各指部材１０Ａは、アクチュエータによって互いの間隔を拡縮して開閉可能に構成されている。また、保持装置１０は、アクチュエータによって、その延在方向に沿う軸線周りに回動可能に構成されている。このような指部材１０Ａの開閉動作や保持装置１０の回動も、ロボットコントローラ１０４によって制御される。

ストッカ１０２は、金属や樹脂等で形成された箱であり、内部には複数のワークＷが無作為に配置（バラ積み）されている。ストッカ１０２にバラ積みされるワークＷは、図１では立方体状として示しているが、その他の形状（ボルト状や棒状、球状など）であってもよい。また、ワークＷは、数十個や数百個が多段に積まれることもあるが、実施形態では、説明および図示の便宜上、一段もしくは二段に積まれた数個のワークＷのみを示している。

カメラ１０３は、ストッカ１０２の上方に配置されており、ストッカ１０２内を撮像できるように鉛直下方に向けられている。カメラ１０３は、三次元カメラであり、ストッカ１０２の上方からの画像（画素配置データ）および画像上の距離情報を得ることができる。カメラ１０３は、その撮像領域（画角）Ｒ内にストッカ１０２内の全てのワークＷが収まるようにその高さが調整され、その位置で固定されている。カメラ１０３も、ロボット１０１と同様に、上述したロボットコントローラ１０４によって制御される。

なお、カメラ１０３には、図示しないカメラコントローラが内蔵されており、このカメラコントローラにより、撮像した画像の解析処理がおこなわれる。この画像の解析処理には、後述するストッカ１０２内のワークＷの形状認識およびロボット１０１によるワークＷ１の保持状態の検出が含まれる。

ロボットコントローラ１０４は、上述したように、ロボット１０１およびカメラ１０３の両方を制御する。

ロボットコントローラ１０４は、たとえば、ロボット１０１を制御して、その先端の保持装置１０を、ロボット１０１の可動範囲内の所望の位置に移送したり、所望の向きに配向させたり、回動させたり、保持装置１０の指部材１０Ａを開閉させたりすることができる。

また、ロボットコントローラ１０４は、カメラ１０３を制御して、カメラ１０３から上述した画像や距離情報の他、各種情報を得る。ロボットコントローラ１０４がカメラ１０３から得る情報には、ストッカ１０２内のワークＷの形状認識およびロボット１０１によるワークＷ１の保持状態の検出の結果が含まれる。

以下、上述したロボットシステム１００を用いて、ワークＷをハンドリングする作業（ワークハンドリング作業）の手順について説明する。

まず、ロボットコントローラ１０４は、カメラ１０３を制御して、ワークＷの形状認識をおこなう。より詳しくは、カメラ１０３が、ストッカ１０２内のワークＷの画像を撮像するとともに、撮像した画像からストッカ１０２内のワークＷの形状認識をおこない、その形状認識の結果をロボットコントローラ１０４に送る。

ワークＷの形状認識とは、たとえば、撮像により得た画像および距離情報から、ストッカ１０２に収容されている複数のワークＷの形状や向き、高さを検出し、さらに、その検出結果に基づき、ロボット１０１によって保持すべき候補（ワーク候補）を一つ又は複数選択する処理である。なお、ワーク候補を複数選択する場合には、その中で優先順位を付けることができる。

次に、ロボットコントローラ１０４は、ロボット１０１を制御して、上記形状認識によって選択されたワークＷを保持する。すなわち、ロボット１０１の保持装置１０を選択されたワークＷまで移動させるとともに、保持装置１０の指部材１０Ａを開閉させることで、指部材１０ＡにワークＷを保持（把持）させる。

続いて、ロボットコントローラ１０４は、ロボット１０１を制御して、図２に示すように、保持装置１０が保持するワークＷ１を、カメラ１０３の撮像領域内の所定の高さ位置Ｈまで移送させる。移送後、ロボットコントローラ１０４は、カメラ１０３を制御して、保持装置１０が保持するワークＷ１の保持状態の検出をおこなう。より詳しくは、カメラ１０３が、図３に示すように撮像領域内にあるワークＷ１の画像を撮像するとともに、撮像した画像からワークＷ１の保持状態の検出をおこない、その保持状態の検出結果をロボットコントローラ１０４に送る。すなわち、ワークＷ１の保持状態を検出する際、ストッカ１０２内のワークＷの形状認識をするときと同じカメラ１０３および同じ撮像領域Ｒの画像が利用される。

ワークＷ１の保持状態の検出とは、撮像により得た画像および距離情報から、ワークＷ１がどのような状態で保持装置１０に保持されているかを検出する処理であり、たとえば、保持されている位置や姿勢（傾き角）を検出する。必要に応じて、検出した位置や姿勢に基づき、ワークＷ１の保持状態の合否判定をおこなってもよく、この場合、カメラ１０３からロボットコントローラ１０４に送られる保持状態の検出結果には、その合否判定結果が含まれる。

その後、ロボットコントローラ１０４は、ロボット１０１を制御して、保持装置１０で保持したワークＷ１を次工程にハンドリングさせる。

次工程のハンドリングとしては、たとえば、「ワークＷ１を載置する工程」、「ワークＷ１を仮置きして再認識する工程」、「ワークＷ１を排除する工程」等があり得る。

ワークＷ１を載置する工程では、ロボットコントローラ１０４は、ストッカ１０２以外の所定の場所にワークＷ１を載置（プレイス）する。このとき、ワークＷ１の保持状態に基づき、ロボット１０１がワークＷ１の補正（位置補正、姿勢補正）をした上で、載置することができる。

ワークＷ１を仮置きして再認識する工程では、ロボットコントローラ１０４は、不合格と判定されたワークＷ１を、図示しない所定の仮置台に載置して、再度形状認識をおこなった後、保持装置１０にてワークＷ１を再保持する。

ワークＷ１を排除する工程では、ロボットコントローラ１０４は、保持装置１０にて保持（または再保持）されたワークＷ１が不合格と判定されたときに、所定の排除領域に載置する等して、そのワークＷ１を排除する。

以上で説明したように、ロボットシステム１００は、複数のワークＷを収納したストッカ１０２内のワークＷを保持する保持装置１０を有するロボット１０１と、ストッカ１０２内のワークＷの形状の認識およびロボット１０１によるワークＷ１の保持状態の検出の両方をおこなうカメラ１０３と、ロボット１０１及びカメラ１０３を制御するロボットコントローラ１０４とを有している。

そして、ロボットコントローラ１０４が、カメラ１０３にストッカ１０２内のワークＷの形状を認識させて、カメラ１０３が認識した形状に基づいてワークＷをロボット１０１に保持させ、ロボット１０１が保持するワークＷ１を、カメラ１０３の撮像領域の所定位置Ｈに移送させて、カメラ１０３に保持状態を検出させ、カメラ１０３が検出した保持状態に基づき、ワークＷ１を次工程にハンドリングさせる。

このようなロボットシステム１００においては、ロボットコントローラ１０４が、カメラ１０３を制御して、ストッカ１０２内のワークＷの形状認識およびロボット１０１に保持されたワークＷ１の保持状態の検出の両方をおこなう。そのため、ワークの形状認識から保持状態の検出への移送がほとんどなく、その移送時間も極めて短い。一方、従来技術のように、形状センサと保持状態検出装置とが別々に設けられている場合には、ワークの形状認識から保持状態の検出への移送にある程度の時間を要する。このように、ロボットシステム１００においては、上記移送時間の短縮により、ワークハンドリング作業の時間短縮が実現されている。

ロボットシステム１００を用いて得られたワークＷを用いて被加工物を得る被加工物の製造方法においても、同様の効果が得られる。被加工物としては、ロボットシステム１００により搬送あるいは組付などの加工を受けるワークＷを用いたあらゆる物品またはワークＷ自身が該当し得る。たとえば、被加工物としては、ボルト等の部品や自動車等の組立体が含まれる。

なお、次工程のハンドリングとして、上述したように、保持したワークＷ１を補正した上で載置する場合には、ワークＷ１の保持状態が適切でない場合であっても再保持することなく精度よく載置することが可能であるため、保持状態が適切でない場合に再保持する態様に比べて時間短縮が図られる。このような補正は、ワークの位置および姿勢の少なくとも一方であればよい。

また、ロボットシステム１００は、ロボットコントローラ１０４内に、保持したワークＷ１の移送先の位置を決定する決定部１０４Ａを備えていてもよい。決定部１０４Ａは、ストッカ１０２内のワークＷの形状認識のときに得た画像に基づき、ワークＷ１の移送先の位置を決定する部分である。

決定部１０４Ａは、たとえば、ストッカ１０２内のワークＷの形状認識のときに得た画像から、ワークＷが存在していない領域を検出し、その領域内の位置をワークＷ１の移送先に決定する。それにより、ワークＷが存在しない領域にワークＷ１が移送される。このように、ワークＷが存在しない領域にワークＷ１を移送することで、保持されたワークＷ１がストッカ１０２内のワークＷに被る（ワークＷがカメラ１０３から遮られる）ことがないため、カメラ１０３がワークＷの形状認識をする際にワークＷ１が邪魔になる事態が防止される。ロボットシステム１００は、決定部１０４Ａにより、ワークＷ１の移送先を毎回（保持状態を確認する度に）変更してもよく、その結果、ワークＷ１は、図４に示すように、図３の位置とは異なる移送先の位置に移送される。

また、決定部１０４Ａは、ストッカ１０２内のワークＷの形状認識のときに得た距離情報から、ストッカ１０２内におけるワークＷの最大高さ位置を検出し、その最大高さ位置から所定距離だけ離れた高さ位置を、ワークＷ１の移送先に決定してもよい。それにより、図５に示すように、ストッカ１０２内のワークＷの数が減り、ワークＷの山の最大高さ位置が低下したときには、その低下に応じて、保持装置１０の移送先をより低い高さ位置ｈ（ｈ＜Ｈ）にすることができる。このように、保持装置１０の高さ位置を低くすると、カメラ１０３からワークＷ１が遠ざかるため、図６に示すように、カメラ１０３の撮像領域ＲにおけるワークＷ１の領域占有率が低下する（すなわち、ワークＷ１が小さく写る）。ワークＷ１がより低い高さ位置ｈに移送することで、保持されたワークＷ１がストッカ１０２内のワークＷを遮りにくくなるため、カメラ１０３がワークＷの形状認識をする際にワークＷ１が邪魔になる事態が抑制される。

さらに、決定部１０４Ａは、ワークＷの形状認識のときに次に保持されるワーク候補が決定される場合には、図６に示すようにワーク候補Ｗ２を遮らない位置を、ワークＷ１の移送先に決定してもよい。ワーク候補Ｗ２は、一つの場合も複数の場合もあり得る。このように保持されたワークＷ１が、ストッカ１０２内の複数のワークＷのうちの少なくともワーク候補Ｗ２を被らなければ、その後の形状認識およびワーク保持が容易になりワークハンドリング作業の時間短縮が図られる。

なお、決定部１０４Ａは、必ずしもロボットコントローラ１０４内に設ける必要はなく、ロボットコントローラ１０４とは別に設けてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して適用可能である。

たとえば、カメラ１０３は、ストッカ１０２内のワークＷの形状の認識およびロボット１０１に保持されたワークＷ１の保持状態の検出ができるセンサであれば、三次元カメラに限らず、公知の二次元カメラや三次元センサ等でもよい。なお、二次元カメラを用いる場合には、保持装置１０を回動させることで、二次元カメラであってもワークＷ１の保持状態を三次元的（立体的）に検出することができる。

また、保持装置１０は、ワークＷを保持できるものであれば、一対の指部材１０Ａを含むもの、指部材が揺動してワークＷを掴むもの、エアや電磁力によりワークＷを吸着するものなどであってもよい。

１０…保持部、１００…ロボットシステム、１０１…ロボット、１０２…ストッカ、１０３…センサ、１０４…ロボットコントローラ、１０４Ａ…決定部、Ｗ、Ｗ１、Ｗ２…ワーク。

Claims (6)

1. 複数のワークを収納したストッカ内の前記ワークを保持する保持部を有するロボットと、
   前記ストッカ内のワークの形状の認識および前記ロボットによる前記ワークの保持状態の検出の両方をおこなうセンサと、
   前記ロボット及び前記センサを制御する制御装置と
   を有し、
   前記制御装置が、
   前記センサに前記ストッカ内のワークの形状を認識させて、前記センサが認識した形状に基づいて前記ワークを前記ロボットに保持させ、
   前記ロボットが保持する前記ワークを、前記センサのセンサ領域の所定位置に移送させて、前記センサに保持状態を検出させ、
   前記センサが検出した保持状態に基づき、前記ワークを次工程にハンドリングさせる
   ロボットシステム。
2. 前記次工程のハンドリングが、ワークの位置および姿勢の少なくとも一方を補正して載置することである、請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記ロボットが保持する前記ワークが前記センサのセンサ領域に移送されるときの移送先の位置を決定する決定部をさらに備える、請求項１または２に記載のロボットシステム。
4. 前記決定部は、前記移送先の位置として、前記ストッカ内の次に保持されるワーク候補を前記ロボットに保持された前記ワークに被らない位置を決定する、請求項３に記載のロボットシステム。
5. 前記決定部は、前記移送先の位置を、前記ストッカ内におけるワークの最大高さ位置に応じて決定する、請求項３に記載のロボットシステム。
6. 請求項１−５に記載のロボットシステムを用いて得られたワークを用いて被加工物を得る、被加工物の製造方法。
   

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