JP2018008343A - Part pickup method and part supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可動トレイ上に載置された複数個の部品の撮影画像を用いて、個々の部品をロボットハンドでピックアップする方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for picking up individual parts with a robot hand using captured images of a plurality of parts placed on a movable tray.
従来、トレイ上にバラ積みされた部品をロボットハンドで個別にピックアップする部品供給装置が知られている。すなわち、位置や向きが整理されていない複数の部品の中から一つの部品を自動的に取り出し、その部品の組み付けや整列配置,検査,次工程への受け渡しなどを実施するものである。トレイの上方には画像処理装置に接続されたカメラが設けられ、撮影画像に基づいて各部品の位置や他部品との重なり状態が把握される。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a component supply apparatus that individually picks up components stacked on a tray with a robot hand. That is, one part is automatically taken out from a plurality of parts whose positions and orientations are not arranged, and the parts are assembled, aligned, inspected, transferred to the next process, and the like. A camera connected to the image processing apparatus is provided above the tray, and the position of each component and the overlapping state with other components are grasped based on the captured image.
ロボットハンドによるピックアップ対象の部品としては、トレイ上で他部品と接触していない部品(あるいは、ほとんど接触していない部品)を挙げることができる。しかし、部品のバラ積み状態によっては、ピックアップ対象に適した部品が存在しない場合がある。そこで、部品が載置されたトレイを振動させることによってバラ積み状態をほぐし、ピックアップ対象にしたい部品を孤立させる技術が提案されている。また、エアシリンダや電動シリンダを用いてトレイの底面から突起を出没させることにより、部品のバラ積み状態を変化させる技術も提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。
Examples of parts to be picked up by the robot hand include parts that are not in contact with other parts on the tray (or parts that are hardly in contact). However, there is a case where there is no part suitable for the pickup target depending on the part stacking state. In view of this, a technique has been proposed in which the tray on which the components are placed is vibrated to loosen the loosely stacked state and the components to be picked up are isolated. There has also been proposed a technique for changing the unstacked state of components by causing protrusions to protrude from the bottom surface of the tray using an air cylinder or an electric cylinder (see, for example,
しかしながら、従来の技術では部品のバラ積み状態がどのようにほぐれるのかを予想することができず、部品を短時間で孤立させることが困難である。すなわち、トレイに与えられる振動や衝撃は、積み重ねられた部品の乱雑さの度合い(ばらけ具合)を増大させるように作用するものの、部品の形状,配置によっては一つの重なり状態を解消すると同時に新たな重なり状態を生成しうる。そのため、ピックアップ対象に適した部品を素早く確実に出現させることが難しく、ピックアップ効率を向上させにくいという課題がある。 However, in the conventional technique, it is impossible to predict how the parts are unpacked, and it is difficult to isolate the parts in a short time. In other words, the vibrations and shocks applied to the trays act to increase the degree of cluttering of the stacked parts (the degree of dispersion), but depending on the shape and arrangement of the parts, one overlapping state can be canceled and new Can generate an overlapping state. Therefore, there is a problem that it is difficult to quickly and surely appear parts suitable for the pickup target, and it is difficult to improve pickup efficiency.
一つの側面では、部品のピックアップ効率を向上させることを目的とする。 In one aspect, the object is to improve the pick-up efficiency of components.
一つの態様では、部品ピックアップ方法は、可動トレイ上に置かれた複数の部品を撮影した画像を用いて、前記部品の一つをロボットハンドにピックアップさせる部品ピックアップ方法である。まず、前記画像中における個々の前記部品に対し、前記部品の外形に相当する第一領域と前記ロボットハンドの掴み代に相当する第二領域とを含む近接領域を設定する。前記近接領域が他部品の前記第一領域から離隔している孤立部品がある場合には、前記孤立部品を前記ロボットハンドにピックアップさせる。一方、前記孤立部品がない場合には、前記近接領域が単一の他部品の前記第一領域と重なる候補部品を抽出する。また、前記候補部品と他部品との重なりが解消される前記候補部品の移動距離及び移動方向を算出し、前記移動距離及び前記移動方向に基づき、前記可動トレイの動作を制御する。 In one aspect, the component pickup method is a component pickup method in which one of the components is picked up by a robot hand using an image obtained by photographing a plurality of components placed on a movable tray. First, for each individual part in the image, a proximity area including a first area corresponding to the outer shape of the part and a second area corresponding to a gripping allowance of the robot hand is set. When there is an isolated part in which the proximity area is separated from the first area of other parts, the robot hand is caused to pick up the isolated part. On the other hand, if there is no isolated part, candidate parts whose adjacent area overlaps the first area of a single other part are extracted. Further, the moving distance and moving direction of the candidate part that eliminate the overlap between the candidate part and another part are calculated, and the operation of the movable tray is controlled based on the moving distance and the moving direction.
部品のピックアップ効率を向上させることができる。 The pickup efficiency of parts can be improved.
図面を参照して、実施形態としての部品ピックアップ方法,部品供給装置について説明する。ただし、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。すなわち、本実施形態をその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して(例えば、実施形態や変形例を組み合わせて)実施することができる。 With reference to the drawings, a component pickup method and a component supply apparatus as embodiments will be described. However, the embodiment described below is merely an example, and there is no intention of excluding various modifications and technical applications that are not explicitly described in the embodiment. In other words, the present embodiment can be implemented with various modifications (for example, by combining the embodiments and modifications) without departing from the spirit of the present embodiment.
[1.システムの概要]
図1に示すように、本実施形態の部品ピックアップ方法,部品供給装置は、可動トレイ11上に置かれた複数の部品40(ワーク)をカメラ15で撮影し、その撮影画像を用いて部品40の一つをロボットハンド16にピックアップさせる部品供給システム10に適用される。可動トレイ11は、部品40がバラ積みされる載置面12と、載置面12の傾斜角度を変更するためのアクチュエータ13とを有するワーク供給台であり、載置面12の傾斜角度はアクチュエータ13で自在に変更可能である。また、部品40の滑落を防止するための周壁部14が載置面12の外縁に沿って立設される。
[1. System overview]
As shown in FIG. 1, the component pick-up method and component supply apparatus of the present embodiment captures a plurality of components 40 (workpieces) placed on the
カメラ15で撮影された画像の情報は部品供給装置としての制御装置20に伝達され、公知の画像解析処理によって個々の部品40の輪郭形状や位置,重なり状態などが把握される。また、アクチュエータ13及びロボットハンド16の作動状態も、制御装置20で統括的に制御,管理される。部品40の具体的な形状や重量は任意であるが、本実施形態では扁平な形状(高さ方向及び幅方向と比較して厚み方向の寸法が小さい立体形状)の部品40を例に挙げて説明する。
Information on the image captured by the
アクチュエータ13は、地面や床面に対して可動トレイ11を傾動自在に支持するものであり、例えば伸縮自在の電磁式シリンダ(ソレノイドアクチュエータ)である。アクチュエータ13の数は少なくとも二個以上(例えば、可動トレイ11が二本の電磁式シリンダと一個のピン接合点とで支持される構造)であり、好ましくは、三個又は四個(例えば、可動トレイ11が三本又は四本の電磁式シリンダで支持される構造)である。載置面12の形状が上面視で四角形状である場合には、載置面12の四隅近傍、あるいは、四辺の中央部近傍にユニバーサルジョイントを介してアクチュエータ13を接続すればよい。アクチュエータ13の伸縮方向は、少なくとも鉛直成分が含まれる方向(水平でない方向)である。各アクチュエータ13の伸縮量を同時に調節することで、載置面12の傾斜角度や高さを任意に設定可能である。なお、載置面12の下方に制振バネやゲル状防振ゴムなどを配置し、アクチュエータ13の伸縮動作に伴って発生しうる意図しない振動を抑制,緩和してもよい。
The
アクチュエータ13で傾斜角度を変動させる際における可動トレイ11の加速度は、載置面12上の部品40が瞬間的に空中に浮く程度の加速度(重力加速度以上の加速度)とする。ただし、すべての部品40を空中に浮かせるような過大な加速度は不要であり、少なくとも所望の部品40(例えば、後述する候補部品42)を浮かせることができる程度の加速度を与えればよい。部品40がバラ積みされている状態の載置面12を水平状態から急激に傾斜させることで、載置面12上の部品40が一時的に浮遊し、その後に傾斜した載置面12に向かって自然落下する。自然落下の前後における部品40の変位量(移動量)は、載置面12の傾動軸からの距離に比例して増大する。
The acceleration of the
自然落下による部品40の変位方向は、上面視で載置面12の傾動軸に対して垂直な方向であり、これは載置面12の傾斜方向(傾斜した載置面12上に静かに置かれたボールが移動する方向)に一致する。つまり、載置面12上の部品40は、自然落下の過程で相対的に傾斜方向へと移動し、その変位量は傾動軸から離れた位置ほど増大する。したがって、各部品40は載置面12の傾斜方向に向かって互いに離散するように移動することになり、各部品40同士の傾斜方向の距離(例えば、各部品40間の隙間寸法)が増大する。
The displacement direction of the
可動トレイ11を傾斜させたときの加速度の値は、傾動軸に近い位置ほど小さくなり、傾動軸から遠い位置ほど大きくなる。したがって、可動トレイ11の全体を重力加速度以上の加速度で移動させたい場合には、傾動軸が上面視で載置面12よりも外側に位置するように、すべてのアクチュエータ13を作動させてもよい。また、載置面12を鉛直下方に向かって平行移動させた場合には、可動トレイ11の全体で加速度の値が均一となる。したがって、可動トレイ11全体を下方に向かって急激に平行移動させた後に載置面12を傾斜させるような制御を実施してもよい。
The value of acceleration when the
カメラ15は、公知の画像センサを内蔵した撮影手段であり、例えばCCD(Charge-Coupled Device)カメラやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)カメラである。ここでは、バラ積みされた部品40の全体的な配置状態が画像,映像のデータとして取得される。カメラ15の視角は、載置面12のほぼ全体が包含されるように設定される。なお、カメラ15の個数は少なくとも一個以上あればよいが、複数のカメラ15(例えば、ステレオカメラ)を用いてもよい。この場合、部品40の三次元位置を高精度に把握することが可能となる。
The
ロボットハンド16は、部品40をピックアップする機能を持つ多指ハンド型の産業用ロボットである。ここでいう「ピックアップ」とは、ロボットハンド16で部品40を取り上げる動作を意味する。例えば、ロボットハンド16に設けられた爪17の間に部品40を挟みこんだまま掴み上げる動作がこれに含まれる。本実施形態のロボットハンド16は、ピックアップ効率の高い順序で部品40をピックアップするためのプログラムに基づいて動作が制御される。以下、このプログラムのことを「部品ピックアッププログラム」と呼び、符号1を付して説明する。
The
本実施形態の部品ピックアッププログラム1において、ピックアップ対象となる部品40は、他部品と重なっておらず、かつ、ロボットハンド16の爪17が他部品と干渉しない部品40である。すなわち、ロボットハンド16の掴み代が確保されている部品40のみが、ピックアップ対象とされる。ただし、ピックアップ時にロボットハンド16の動作に支障を生じさせない限り、あるいは、部品40の品質に影響を与えない限りにおいて、他部品との軽微な重なりは、多少は容認されうるものとする。
In the
本明細書では、載置面12に載置された複数の部品40のうち、他部品と干渉しておらず、直ちにロボットハンド16でピックアップ可能であるものを「孤立部品41」と呼ぶ。ロボットハンド16によるピックアップの対象は、孤立部品41である。また、孤立部品41でない部品40のうち、単一の他部品(二個以上ではなく一個の他部品)に重なっているものを「候補部品42」と呼ぶ。候補部品42は、それに重なっている他部品との干渉を解消すれば孤立部品41になりうる部品40である。部品ピックアッププログラム1は、孤立部品41を優先的にピックアップしつつ、孤立部品41がない場合に候補部品42を孤立部品41にするための制御を実施することで、部品40のピックアップ効率を向上させる機能を持つ。なお、二個以上の他部品に重なっている部品40をピックアップするためには、少なくともそれらの他部品を移動させなければならず、効率的でないため、ピックアップ対象としての優先順序は低くする。
In the present specification, among the plurality of
すなわち、カメラ15で撮影された画像の解析処理を通じて、孤立部品41が見つかった場合には、その孤立部品41をピックアップ対象とする。複数の孤立部品41が存在する場合には、ロボットハンド16の移動距離ができるだけ短くなる順序で、複数の孤立部品41を順番にピックアップする。一方、孤立部品41が存在しない場合には、部品40の重なり状態に基づいて候補部品42が抽出されるとともに、その重なり状態を解消するための候補部品42の移動距離,移動方向が算出される。候補部品42が一個である場合には、その候補部品42を移動させるためにアクチュエータ13が駆動される。また、複数の候補部品42が存在する場合には、最も移動距離が小さな候補部品42がどれなのかが検討され、その候補部品42を移動させるためにアクチュエータ13が駆動される。このとき、その候補部品42が移動可能な距離(周壁部14からの距離)も考慮される。
That is, when an
可動トレイ11の傾斜方向は、その候補部品42の移動方向に一致するように制御される。また、一時的に浮遊した載置面12上の候補部品42が傾斜した載置面12に自由落下した後、アクチュエータ13は載置面12が再び水平状態となるように制御される。傾斜状態から水平状態への移行速度は、その過程で載置面12上の各部品40が散乱しない程度の速度であればよい。このような可動トレイ11の動作は、候補部品42の移動距離が確保されるまで(例えば、その候補部品42がピックアップ対象となるまで)繰り返される。なお、アクチュエータ13を駆動した結果、その候補部品42とは異なる部品40が新たな孤立部品41になった場合には、その孤立部品41を優先してピックアップしてもよい。あるいは、実際にその候補部品42が孤立部品41になったか否かに関わらず、その候補部品42の移動距離に相当するアクチュエータ13の作動回数が達成されるまでは可動トレイ11を繰り返し動作させてもよい。
The inclination direction of the
部品同士の重なり形状は、各部品40の輪郭形状を多角形に近似して取り扱うものとする。他部品との干渉を解消するための移動距離は、多角形同士の重なり形状における各辺を基準とした、法線方向の幅の最小値として表すことができる。また、移動方向は、その最小値を与える法線方向となる。例えば、二部品の重なり形状が三角形である場合、その三角形の各辺に対して垂直な方向は三方向となる。本実施形態では、これらの三方向のそれぞれに二部品を離隔させたときに、最も小さな移動距離で二部品が重ならなくなる方向及び距離が算出される。
The overlapping shape between components is handled by approximating the contour shape of each
ここで、部品40同士の重なり状態の判定に関して、「第一領域31,第二領域32,近接領域33」を定義する。第一領域31とは、画像中における個々の部品40に対して設定される領域であり、部品40の外形(近似外形)に相当する領域である。第二領域32とは、個々の部品40においてロボットハンド16の掴み代に相当する領域である。また、近接領域33とは、第一領域31と第二領域32とを含む領域である。上記の孤立部品41,候補部品42の判定は、他部品の第一領域31と自部品の近接領域33との重畳状態に応じて決定される。例えば、二つの部品A,Bが存在するものとして、部品Aの近接領域33が部品Bの第一領域31に重ならない場合に「部品Aは部品Bから離隔している」と表現する。また、部品Aがすべての他部品の第一領域31に重ならない場合に「部品Aは孤立部品41である」と表現する。一方、部品Aの近接領域33が部品Bのみの第一領域31に重なっており、他部品の第一領域31に重ならない場合には「部品Aは候補部品42である」と表現する。
Here, “
[2.ハードウェア]
図2は、制御装置20のハードウェア構成を例示する図である。制御装置20は、カメラ15で撮影された画像に基づいてロボットハンド16に部品40のピックアップ作業を実施させる機能と、ピックアップするのに適した部品40がない場合にアクチュエータ13を駆動する機能とを併せ持つコンピュータ(電子制御装置)である。制御装置20には、プロセッサ21(CPU,中央処理装置),メモリ22(メインメモリ,主記憶装置),補助記憶装置23,インタフェース装置24,記録媒体ドライブ25などが内蔵され、内部バス26を介して互いに通信可能に接続される。
[2. hardware]
FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration of the
プロセッサ21は、制御ユニット(制御回路)や演算ユニット(演算回路),キャッシュメモリ(レジスタ群)などを内蔵する中央処理装置である。また、メモリ22は、プログラムや作業中のデータが格納される記憶装置であり、例えばROM(Read Only Memory),RAM(Random Access Memory)がこれに含まれる。一方、補助記憶装置23は、メモリ22よりも長期的に保持されるデータやファームウェアが格納されるメモリ装置であり、例えばフラッシュメモリやEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)などの不揮発性メモリがこれに含まれる。インタフェース装置24は、制御装置20と外部との間の入出力(I/O,Input and Output)を司るものである。
The processor 21 is a central processing unit that incorporates a control unit (control circuit), an arithmetic unit (arithmetic circuit), a cache memory (register group), and the like. The
記録媒体ドライブ25は、光ディスクや半導体メモリなどの記録媒体27(リムーバブルメディア)に記録,保存された情報を読み取る読取装置である。制御装置20で実行されるプログラム(例えば、部品ピックアッププログラム1)は、メモリ22内に記録,保存されることとしてもよいし、補助記憶装置23の内部に記録,保存されることとしてもよい。あるいは、記録媒体27上に部品ピックアッププログラム1が記録,保存されることとしてもよい。この場合、記録媒体27に書き込まれている部品ピックアッププログラム1が、記録媒体ドライブ25を介して制御装置20に読み込まれる。
The
また、制御装置20には可動トレイ11のアクチュエータ13,カメラ15,ロボットハンド16が接続される。制御装置20にディスプレイやプリンターなどの出力装置が接続されている場合には、これらの出力装置に撮影画像を表示させてもよい。あるいは、外形が多角形に近似された部品40のCG(Computer Graphics)画像をこれらの出力装置に表示させて、部品40の重なり状態や孤立部品41,候補部品42などの配置状態をユーザが目視で確認できるようにしてもよい。
The
[3.ソフトウェア]
図3は、部品ピックアッププログラム1の処理内容を説明するためのブロック図である。部品ピックアッププログラム1には、設定部2,ピックアップ部3,抽出部4,算出部5,制御部6が設けられる。これらは、部品ピックアッププログラム1の機能を便宜的に分類して示したものであり、個々の要素を独立したプログラムとして記述してもよいし、これらの機能を兼ね備えた複合プログラムとして記述してもよい。
[3. software]
FIG. 3 is a block diagram for explaining the processing contents of the
設定部2は、画像中における個々の部品40に対し、他部品との重なり状態や位置を把握するための画像処理の一つとして、近接領域33を設定するものである。この近接領域33には、第一領域31と第二領域32とが含まれる。
本実施形態の第一領域31は、部品40の外形とほぼ同一形状の四角形とされ、第二領域32は第一領域31の両長辺に連設された四角形とされる。図4(A)に示すように、第二領域32の縦寸法を第一領域31の縦寸法と同一のW1とおき、第二領域32の横寸法をW2とおく。近接領域33は、他部品との干渉の有無が判定される領域であり、第一領域31の幅寸法を2W2分だけ大きくした四角形とされる。
The
The
第二領域32の縦寸法W1,横寸法W2のそれぞれは、ロボットハンド16の爪17の大きさに応じて設定される。例えば、図4(B)に示すように、爪17の縦寸法がW3であって横寸法がW4であるとき、W1≧W3,W2≧W4となるように、W1,W2のそれぞれが設定される。このような設定により、ピックアップ時におけるロボットハンド16と他部品との干渉が防止される。
Each of the vertical dimension W 1 and the horizontal dimension W 2 of the
設定部2では、画像中に含まれる各部品40の位置が識別されて識別番号が割り当てられる〔図5(A)参照〕。また、それぞれの部品40の輪郭形状が抽出される〔図5(B)参照〕とともに、それぞれの部品40に第一領域31,第二領域32,近接領域33が設定される〔図5(C)参照〕。孤立部品41は、これらの第一領域31,第二領域32,近接領域33に基づいて認識される。識別番号は部品40を区別するための便宜的なものであって、公知の割り当て手法を用いることができる。孤立部品41の認識手法も同様であり、公知の認識手法を用いることができる。例えば、近接領域33が他部品の第一領域31に重なっていない部品40が孤立部品41として抽出,認識される。
The
ピックアップ部3は、画像中に孤立部品41が存在する場合に、その孤立部品41をロボットハンド16にピックアップさせるものである。図5(D)に示すように、孤立部品41が一個である場合には、その孤立部品41をロボットハンド16にピックアップさせる指令が発せられる。また、孤立部品41が二個以上である場合には、ロボットハンド16の手先からの距離が最も近いものがピックアップ対象に設定され、そのピックアップ動作が終了すると引き続き、ロボットハンド16の移動距離ができるだけ短くなる順序で、複数の孤立部品41が順番にピックアップされる。なお、公知の手法を用いて優先順序を決定してもよい。
The
抽出部4は、画像中に孤立部品41が存在しない場合に、候補部品42を抽出するものである。ここでは、近接領域33が他部品の第一領域31に重なっており、かつ、重なっている他部品の数が一個である部品40が候補部品42として抽出,認識される。例えば、図5(D)中の1番,2番,5番は、候補部品42となる。一方、3番は二つの他部品の第一領域31と重なっているため候補部品42から除外される。なお、図5(D)中の1番〜5番の部品40に関する重なり状態は、以下の通りである。
算出部5は、候補部品42と他部品との重なりを解消するために、その候補部品42をどの方向にどの程度移動させればよいのかを算出するものである。すなわち、算出部5は、候補部品42とそれに重なっている他部品との位置関係において、重なり状態を解消させうる最小の移動距離と移動方向とを算出する。また、算出部5は、移動方向を基準とした可動トレイ11の周壁部14と候補部品42との離隔距離を算出する。
The
候補部品42と他部品との重なり状態は、多角形で近似される。また、移動距離は、多角形の各辺を基準とした法線方向の幅の最小値とし、その最小値を与える法線方向を移動方向とする。例えば、重なり形状が三角形の場合には、三辺を基準とした三つの幅を算出し、それらのうち最小のものを移動方向とする。同様に、重なり形状が四角形であれば、四つの幅のうちの最小値を移動方向とし、重なり形状が五角形であれば、五つの幅のうちの最小値を移動方向とする。また、その移動方向を与える法線の方向を移動方向とする。
The overlapping state of the
これらの移動距離,移動方向は、候補部品42ごとに算出される。つまり、候補部品42が複数存在する場合には、それぞれの候補部品42についての移動距離と移動方向とが算出される。これらの移動距離の最小値が、重なり状態を解消するために最も効率的な移動距離及び移動方向となる。また、各候補部品42についての移動方向が決定されると、その移動方向について、候補部品42が周壁部14からどの程度離れているのか(どの程度移動すれば周壁部14に衝突するのか)が算出される。周壁部14からの離隔距離は、候補部品42の形状と周壁部14の位置とに基づいて算出される。
These moving distance and moving direction are calculated for each
ここで、図6(A)に示すように、候補部品42である2番と1番との重なり状態を例として説明する。算出部5は、2番の近接領域33と1番の第一領域31との重なり部分34の形状を算出する。近接領域33,第一領域31がともに四角形であることから、重なり部分34の形状(重なり形状)は多角形となる。算出部5は、重なり状態が解消される候補部品42の移動距離と移動方向とを算出する。
Here, as shown in FIG. 6A, an explanation will be given by taking an example of the overlapping state of the second and
重なり形状が三角形である場合、それぞれの辺について、その辺に対向する頂点までの垂線(法線)の長さを算出する。垂線長さは、その辺を基準とした重なり形状の幅(法線方向の幅)に相当する。各辺についての垂線長さを算出した後、それらの最小値が移動距離となり、その最小値を与える垂線の延在方向が候補部品42の移動方向となる。厳密には、垂線の両端点の一方が候補部品42に属し、かつ、他方が他部品に属する場合に、一方から他方へ向かう方向が候補部品42の移動方向となる。
When the overlapping shape is a triangle, the length of a normal (normal line) to each vertex is calculated. The perpendicular length corresponds to the width of the overlapping shape with respect to the side (width in the normal direction). After calculating the perpendicular length for each side, the minimum value thereof becomes the movement distance, and the extending direction of the perpendicular line that gives the minimum value becomes the movement direction of the
図6(B)に示す例は、重なり形状が頂点a,b,cで囲まれる三角形の場合である。
辺acは候補部品42の近接領域33の輪郭線であり、辺ab及び辺bcは他部品の第一領域31の輪郭線である。また、頂点bにおける内角は直角であるものとする。辺abから頂点cまでの垂線長さは辺bcの長さに等しく、辺bcから頂点aまでの垂線長さは辺abの長さに等しい。また、辺acから頂点bまでの垂線長さは、頂点bからの垂線の足を点dとおけば線分bdの長さである。これらのうち最小値をとるのは線分bdであるから、線分bdの長さが候補部品42の移動距離となる。また、移動方向は線分bdの延在方向(点dから頂点bへ向かう方向)となる。
The example shown in FIG. 6B is a case where the overlapping shape is a triangle surrounded by vertices a, b, and c.
The side ac is a contour line of the
図6(C)に示す例は、重なり形状が頂点a〜dで囲まれる四角形の場合である。
辺bc,辺cdは候補部品42の近接領域33の輪郭線であり、辺ab,辺adは他部品の第一領域31の輪郭線である。また、頂点a,頂点cにおける内角は直角であるものとする。辺bcを基準とした法線方向の幅は辺cdの長さとなり、辺cdを基準とした法線方向の幅は線分aeの長さとなる(点eは頂点aから辺cdへの垂線の足)。同様に、辺abを基準とした法線方向の幅は辺adの長さとなり、辺adを基準とした法線方向の幅は線分cfの長さとなる(点fは頂点cから辺adへの垂線の足)。これらのうちの最小値〔図6(C)では線分cf〕が候補部品42の移動距離となり、その方向(点cから点fへ向かう方向)が移動方向となる。
The example shown in FIG. 6C is a case where the overlapping shape is a quadrangle surrounded by vertices a to d.
Side bc and side cd are contour lines of the
図6(D)に示す例は、重なり形状が頂点a〜eで囲まれる五角形の場合である。
辺bc,辺cdは候補部品42の近接領域33の輪郭線であり、辺ab,辺ae,辺deは他部品の第一領域31の輪郭線である。また、頂点a,頂点c,頂点eの内角は直角であるものとする。辺bcを基準とした法線方向の幅は線分efの長さとなり(点fは頂点eから辺bcへの垂線の足)、辺cdを基準とした法線方向の幅は線分agの長さとなる(点gは頂点aから辺cdへの垂線の足)。また、辺abを基準とした法線方向の幅は辺aeの長さとなり、辺deを基準とした法線方向の幅も辺aeの長さとなる。さらに、辺aeを基準とした法線方向の幅は線分chの長さとなる(点hは頂点cから辺aeへの垂線の足)。これらのうちの最小値〔図6(D)では線分ch〕が候補部品42の移動距離となり、その方向〔点cから点hへ向かう方向〕が移動方向となる。
The example shown in FIG. 6D is a case where the overlapping shape is a pentagon surrounded by vertices a to e.
Side bc and side cd are contour lines of the
制御部6は、算出部5で算出された候補部品42の移動距離,移動方向,離隔距離に基づき、その候補部品42を移動させるために可動トレイ11の動作を制御するものである。例えば、候補部品42が一つのみ存在する場合、その移動方向に候補部品42を移動させるにはどのアクチュエータ13をどのような割合で、どの程度の作動量で縮小動作させればよいのかが判断される。また、アクチュエータ13を一回作動させただけでは十分な移動量を稼ぐことができない場合には、アクチュエータ13の作動回数も判断される。このとき、候補部品42の移動距離が周壁部14からの離隔距離以下であることを確認した上で、アクチュエータ13を作動させることが好ましい。一方、候補部品42が複数個存在する場合には、移動距離が最小である候補部品42が移動対象として選択される。このとき、離隔距離が移動距離以上であることを条件として、移動対象を決定してもよい。
The
候補部品42の移動距離とアクチュエータ13の作動量との関係について説明する。ここでは図7に示すように、載置面12の四隅にアクチュエータ13A〜13Dが設けられているものとする。アクチュエータ13A〜13Dの作動割合(例えば、シリンダーの縮小量の割合)は、傾斜方向に応じて一意に定まる。傾斜方向が図8中の左方向であるとき、二つのアクチュエータ13A,13Bを同一作動量で縮小させればよい。また、傾斜方向が図8中の上方向であるときには、二つのアクチュエータ13A,13Cを同一作動量で縮小させればよい。
A relationship between the moving distance of the
ここで、可動トレイ11の載置面12を水平状態から急激に傾斜させたときの傾斜角をθとすれば、部品40の自然落下による移動量δ(載置面12に対する移動量)は傾斜軸からの距離に応じて増大する(図8参照)。傾斜軸からの距離がLの位置での移動量δ1は以下の式1で与えられる。同様に、傾斜軸からの距離がL+Dの位置での移動量δ2は以下の式2で与えられる。このように、候補部品42の傾斜軸からの距離と傾斜角度とに基づいて、その候補部品42の移動量を算出可能である。同様に、候補部品42に重なっている他部品の傾斜軸からの距離と傾斜角度とに基づいて、他部品の移動量を算出可能である。前者と後者との差が移動距離に達すると、候補部品42と他部品との重なり状態が解消される。
Here, if the inclination angle when the mounting
図9は、アクチュエータ13の作動状態を説明するためのグラフである。縦軸はアクチュエータ13の高さ方向の位置を表す。アクチュエータ13は、可動トレイ11の載置面12を水平状態から高速で傾斜させた後に元に戻す動作を繰り返すように制御される。グラフ中の時刻t1〜t2はアクチュエータ13を急速に縮小動作させている期間であり、部品40が一時的に浮遊するとともに自然落下する期間である。時刻t2〜t3はアクチュエータ13の縮小状態を維持する期間であり、自然落下している部品40の待ち受け期間である。時刻t3〜t4はアクチュエータ13をゆっくりと伸張動作させている期間であり、載置面12を再び水平状態に戻している期間である。アクチュエータ13の位置の変化勾配は、時刻t1〜t2間よりも時刻t3〜t4間の方が小さくなるように設定される。
FIG. 9 is a graph for explaining the operating state of the
このような動作は、候補部品42の移動距離が確保されるまで継続される。つまり、制御部6は、可動トレイ11を重力加速度よりも大きな加速度で移動方向に傾斜させてから元に戻す動作を制御するとともに、この制御を移動距離に応じた回数で繰り返す機能を持つ。なお、一サイクルあたりの部品40の移動量は、アクチュエータ13の一回の伸縮量が大きいほど増大する。したがって、アクチュエータ13の一回の伸縮量は最大作動量近傍に設定することが好ましい。
Such an operation is continued until the moving distance of the
[4.フローチャート]
図10は、部品ピックアッププログラム1の制御手順を説明するためのフローチャートである。まず、可動トレイ11上に置かれた複数の部品40が、カメラ15で撮影される(ステップA1)。画像中における各部品40の配置状態は、制御装置20で認識され(ステップA2)、画像中に部品40が存在するか否かが判定される(ステップA3)。ここで部品40が存在しない場合(例えば、すべての部品40がピックアップされた状態である場合)には、本フローを終了する。
[4. flowchart]
FIG. 10 is a flowchart for explaining the control procedure of the
画像中に部品40が存在する場合には、個々の部品40に対して第一領域31,第二領域32,近接領域33が設定される(ステップA4)。また、近接領域33が他部品の第一領域31と重なっていない孤立部品41(ピックアップ対象)の有無が判断される(ステップA5)。ここで、画像中に孤立部品41が存在する場合には、その孤立部品41をロボットハンド16にピックアップさせる制御が実施される(ステップA6)。孤立部品41が複数存在する場合には、ロボットハンド16の手先からの距離が最も近いものがピックアップ対象に設定され、すべての孤立部品41に対するピックアップ制御が繰り返される。
When the
一方、孤立部品41が存在しない場合(例えば、すべての孤立部品41がピックアップされた場合)には、一つの他部品のみと重なっている候補部品42が画像中から抽出され(ステップA7)、個々の候補部品42についての重なり状態を解消するための移動距離,移動方向が算出される(ステップA8)。また、個々の候補部品42と周壁部14との離隔距離が算出され(ステップA9)、候補部品42の移動距離と比較して周壁部14からの離隔距離が十分にあり、かつ、移動距離が最も小さい候補部品42が移動対象として選択される(ステップA10)。
On the other hand, when there is no isolated component 41 (for example, when all the
移動対象となる候補部品42が決定すると、その候補部品42の移動距離,移動方向,離隔距離に基づいて、アクチュエータ13の目標作動状態(例えば、位置,作動量,作動回数など)が算出される(ステップA11)。候補部品42の移動方向は、駆動するアクチュエータ13の位置や個数,個々の作動量の比率などに影響を与える。また、候補部品42の移動距離は、それぞれのアクチュエータ13の作動量に影響を与える。その後、アクチュエータ13が水平状態から傾斜状態へと急激に変化するように制御され(ステップA12)、移動距離に応じた回数で周期的に繰り返される(ステップA13)。なお、候補部品42が孤立部品41になった場合には、次回の制御周期でピックアップされる。
When the
[5.効果]
(1)本実施形態では、可動トレイ11上に置かれた個々の部品40に対し、第一領域31,第二領域32,近接領域33が設定される。また、これらの領域に基づいて孤立部品41の有無が判断され、孤立部品41がある場合にはそれがピックアップ対象とされる。一方、孤立部品41がない場合には、近接領域33が単一の他部品の第一領域31と重なる候補部品42が抽出され、その候補部品42と他部品との重なりが解消される移動距離,移動方向が算出される。これらの移動距離,移動方向に基づいて可動トレイ11を制御することで、候補部品42と他部品との重なり状態を効率よく解消することができ、部品40のピックアップ効率を向上させることができる。
[5. effect]
(1) In the present embodiment, the
(2)本実施形態では、候補部品42と他部品との重なり形状が多角形で近似される。また、多角形の各辺を基準とした法線方向の幅の最小値が移動距離として算出され、その最小値を与える法線方向が移動方向として算出される。これにより、候補部品42を孤立部品41にするための移動量を最小化することができ、重なり状態を解消するのにかかる時間を短縮することができる。したがって、部品40のピックアップ効率を向上させることができる。
(2) In this embodiment, the overlapping shape of the
(3)本実施形態では、可動トレイ11を重力加速度よりも大きな加速度で移動方向に傾斜させてから元に戻す動作が繰り返される。このような制御により、候補部品42を移動方向に向かって確実かつ容易に移動させることができる。また、このような可動トレイ11の動作による候補部品42の移動量を精度よく予測,算出することができる。これにより、重なり状態の制御性を向上させることができ、候補部品42を短時間で効率的に孤立部品41にすることができる。したがって、部品40のピックアップ効率を向上させることができる。
(3) In the present embodiment, the operation of tilting the
(4)本実施形態では、複数の候補部品42が存在する場合に、最小の移動距離を持つ候補部品42が移動対象として選択される。これにより、効率的な順序で移動対象を設定することができ、部品40のピックアップ効率を向上させることができる。
(5)本実施形態では、移動方向を基準とした可動トレイ11の周壁部14と候補部品42との離隔距離が算出される。また、移動対象の設定に際し、候補部品42の移動距離が離隔距離以下であることを条件としている。これにより、移動対象が周壁部14に衝突して孤立部品41にならないような事態を回避することができる。したがって、候補部品42の重なり状態をより確実に解消することができ、部品40のピックアップ効率を向上させることができる。
(4) In the present embodiment, when there are a plurality of
(5) In the present embodiment, the separation distance between the
[6.付記]
上記の変形例を含む実施形態に関し、以下の付記を開示する。
(付記1)
可動トレイ上に置かれた複数の部品を撮影した画像を用いて、前記部品の一つをロボットハンドにピックアップさせる部品ピックアップ方法において、
前記画像中における個々の前記部品に対し、前記部品の外形に相当する第一領域と前記ロボットハンドの掴み代に相当する第二領域とを含む近接領域を設定し、
前記近接領域が他部品の前記第一領域から離隔している孤立部品がある場合に、前記孤立部品を前記ロボットハンドにピックアップさせ、
前記孤立部品がない場合に、前記近接領域が単一の他部品の前記第一領域と重なる候補部品を抽出し、
前記候補部品と他部品との重なりが解消される前記候補部品の移動距離及び移動方向を算出し、
前記移動距離及び前記移動方向に基づき、前記可動トレイの動作を制御する
ことを特徴とする、部品ピックアップ方法。
[6. Addendum]
The following additional notes are disclosed regarding the embodiment including the above-described modification.
(Appendix 1)
In a component pick-up method in which a robot hand picks up one of the parts using an image obtained by photographing a plurality of parts placed on a movable tray.
For each of the components in the image, set a proximity region including a first region corresponding to the outer shape of the component and a second region corresponding to the gripping allowance of the robot hand,
When there is an isolated part in which the proximity area is separated from the first area of other parts, the robot hand picks up the isolated part,
When there is no isolated part, extract a candidate part where the proximity area overlaps the first area of a single other part,
Calculate the moving distance and moving direction of the candidate part that eliminates the overlap between the candidate part and other parts,
A component pickup method, comprising: controlling an operation of the movable tray based on the movement distance and the movement direction.
(付記2)
前記移動距離及び前記移動方向を算出する際に、前記候補部品と他部品との重なり形状を多角形で近似し、前記多角形の各辺を基準とした法線方向の幅を算出し、前記幅の最小値を前記移動距離とし、前記最小値を与える前記法線方向を前記移動方向とする
ことを特徴とする、付記1記載の部品ピックアップ方法。
(付記3)
前記可動トレイの動作を制御する際に、前記可動トレイを重力加速度よりも大きな加速度で前記移動方向に傾斜させてから元に戻す動作を、前記移動距離に応じた回数で繰り返す
ことを特徴とする、付記1または2記載の部品ピックアップ方法。
(付記4)
複数の前記候補部品が存在する場合に、前記移動距離が最小となる前記候補部品の前記移動距離及び前記移動方向に基づき、前記可動トレイの動作を制御する
ことを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項に記載の部品ピックアップ方法。
(付記5)
前記移動距離及び前記移動方向を算出する際に、前記移動方向を基準とした前記可動トレイの周壁部と前記候補部品との離隔距離が前記移動距離以上であることを確認する
ことを特徴とする、付記1〜4のいずれか1項に記載の部品ピックアップ方法。
(Appendix 2)
When calculating the movement distance and the movement direction, the overlapping shape of the candidate part and other parts is approximated by a polygon, the width in the normal direction with respect to each side of the polygon is calculated, 2. The component pick-up method according to
(Appendix 3)
When controlling the operation of the movable tray, the operation of tilting the movable tray in the moving direction at an acceleration larger than the gravitational acceleration and then returning the movable tray to the original is repeated a number of times according to the moving distance. The method for picking up a component according to
(Appendix 4)
(Appendix 5)
When calculating the moving distance and the moving direction, it is confirmed that a separation distance between the peripheral wall portion of the movable tray and the candidate part with respect to the moving direction is equal to or more than the moving distance. The component pick-up method according to any one of
(付記6)
可動トレイ上に置かれた複数の部品を撮影した画像を用いて、前記部品の一つをロボットハンドにピックアップさせる部品供給装置において、
前記画像中における個々の前記部品に対し、前記部品の外形に相当する第一領域と前記ロボットハンドの掴み代に相当する第二領域とを含む近接領域を設定する設定部と、
前記近接領域が他部品の前記第一領域から離隔している孤立部品がある場合に、前記孤立部品を前記ロボットハンドにピックアップさせるピックアップ部と、
前記孤立部品がない場合に、前記近接領域が単一の他部品の前記第一領域と重なる候補部品を抽出する抽出部と、
前記候補部品と他部品との重なりが解消される前記候補部品の移動距離及び移動方向を算出する算出部と、
前記移動距離及び前記移動方向に基づき、前記可動トレイの動作を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、部品供給装置。
(Appendix 6)
In a component supply apparatus for picking up one of the components by a robot hand using an image obtained by photographing a plurality of components placed on a movable tray,
For each of the components in the image, a setting unit that sets a proximity region including a first region corresponding to the outer shape of the component and a second region corresponding to the gripping allowance of the robot hand;
When there is an isolated part in which the proximity area is separated from the first area of other parts, a pickup unit that causes the robot hand to pick up the isolated part;
When there is no isolated part, an extraction unit that extracts a candidate part in which the proximity area overlaps the first area of a single other part;
A calculation unit for calculating a movement distance and a movement direction of the candidate part in which an overlap between the candidate part and another part is eliminated;
A control unit for controlling the operation of the movable tray based on the moving distance and the moving direction;
A component supply device comprising:
(付記7)
前記算出部が、前記候補部品と他部品との重なり形状を多角形で近似し、前記多角形の各辺を基準とした法線方向の幅を算出し、前記幅の最小値を前記移動距離とし、前記最小値を与える前記法線方向を前記移動方向とする
ことを特徴とする、付記6記載の部品供給装置。
(付記8)
前記制御部が、前記可動トレイを重力加速度よりも大きな加速度で前記移動方向に傾斜させてから元に戻す動作を、前記移動距離に応じた回数で繰り返す
ことを特徴とする、付記6または7記載の部品供給装置。
(付記9)
前記制御部が、複数の前記候補部品が存在する場合に、前記移動距離が最小となる前記候補部品の前記移動距離及び前記移動方向に基づき、前記可動トレイの動作を制御する
ことを特徴とする、付記6〜8のいずれか1項に記載の部品供給装置。
(付記10)
前記算出部が、前記移動方向を基準とした前記可動トレイの周壁部と前記候補部品との離隔距離が前記移動距離以上であることを確認する
ことを特徴とする、付記6〜9のいずれか1項に記載の部品供給装置。
(補足)
前記部品供給装置が、前記可動トレイの傾斜角度を変更するアクチュエータを有し、前記制御部が、前記移動距離及び前記移動方向に基づいて前記アクチュエータの作動量を制御することが好ましい。あるいは、前記制御部が、前記移動距離及び前記移動方向に基づいて前記傾斜角度を制御することが好ましい。
(Appendix 7)
The calculation unit approximates an overlapping shape of the candidate part and another part with a polygon, calculates a width in a normal direction with respect to each side of the polygon, and sets the minimum value of the width as the movement distance The component supply apparatus according to
(Appendix 8)
The
(Appendix 9)
The control unit controls the operation of the movable tray based on the movement distance and the movement direction of the candidate part that minimizes the movement distance when there are a plurality of the candidate parts. The component supply apparatus according to any one of
(Appendix 10)
Any one of
(Supplement)
It is preferable that the component supply device includes an actuator that changes an inclination angle of the movable tray, and the control unit controls an operation amount of the actuator based on the movement distance and the movement direction. Alternatively, it is preferable that the control unit controls the tilt angle based on the movement distance and the movement direction.
[7.変形例]
上述の実施形態では、爪17の間に部品40を挟みこんだまま掴み上げるロボットハンド16を例示したが、ロボットハンド16によるピックアップ動作はこれに限定されない。例えば、爪17の代わりに真空式の吸引カップを備えたロボットハンド16を用いて、部品40を吸い上げる装置構成としてもよい。この場合、吸引カップのサイズに応じた第二領域32,近接領域33を設定することで、上述の実施形態と同様の制御を実施することができ、同様の作用,効果を奏するものとなる。
[7. Modified example]
In the above-described embodiment, the
また、上述の実施形態では、可動トレイ11の載置面12を水平状態から傾斜させているが、載置面12を厳密な水平にする必要はない。少なくとも載置面12の傾斜を増大させることで、各部材40をその傾斜方向に移動させることができ、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。
Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the mounting
1 部品ピックアッププログラム
2 設定部
3 ピックアップ部
4 抽出部
5 算出部
6 制御部
10 部品供給システム
11 可動トレイ
12 載置面
13 アクチュエータ
14 周壁部
15 カメラ
16 ロボットハンド
17 爪
20 制御装置(部品供給装置)
21 プロセッサ
22 メモリ
23 補助記憶装置
24 インタフェース装置
25 記録媒体ドライブ
26 内部バス
27 記録媒体
31 第一領域
32 第二領域
33 近接領域
34 重なり部分
40 部品
41 孤立部品
42 候補部品
DESCRIPTION OF
21
Claims (6)
前記画像中における個々の前記部品に対し、前記部品の外形に相当する第一領域と前記ロボットハンドの掴み代に相当する第二領域とを含む近接領域を設定し、
前記近接領域が他部品の前記第一領域から離隔している孤立部品がある場合に、前記孤立部品を前記ロボットハンドにピックアップさせ、
前記孤立部品がない場合に、前記近接領域が単一の他部品の前記第一領域と重なる候補部品を抽出し、
前記候補部品と他部品との重なりが解消される前記候補部品の移動距離及び移動方向を算出し、
前記移動距離及び前記移動方向に基づき、前記可動トレイの動作を制御する
ことを特徴とする、部品ピックアップ方法。 In a component pick-up method in which a robot hand picks up one of the parts using an image obtained by photographing a plurality of parts placed on a movable tray.
For each of the components in the image, set a proximity region including a first region corresponding to the outer shape of the component and a second region corresponding to the gripping allowance of the robot hand,
When there is an isolated part in which the proximity area is separated from the first area of other parts, the robot hand picks up the isolated part,
When there is no isolated part, extract a candidate part where the proximity area overlaps the first area of a single other part,
Calculate the moving distance and moving direction of the candidate part that eliminates the overlap between the candidate part and other parts,
A component pickup method, comprising: controlling an operation of the movable tray based on the movement distance and the movement direction.
ことを特徴とする、請求項1記載の部品ピックアップ方法。 When calculating the movement distance and the movement direction, the overlapping shape of the candidate part and other parts is approximated by a polygon, the width in the normal direction with respect to each side of the polygon is calculated, The component pickup method according to claim 1, wherein a minimum value of a width is the moving distance, and the normal direction that gives the minimum value is the moving direction.
ことを特徴とする、請求項1または2記載の部品ピックアップ方法。 When controlling the operation of the movable tray, the operation of tilting the movable tray in the moving direction at an acceleration larger than the gravitational acceleration and then returning the movable tray to the original is repeated a number of times according to the moving distance. The component pick-up method according to claim 1 or 2.
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の部品ピックアップ方法。 The operation of the movable tray is controlled based on the movement distance and the movement direction of the candidate part that minimizes the movement distance when there are a plurality of the candidate parts. 4. The part pickup method according to any one of items 3 to 3.
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の部品ピックアップ方法。 When calculating the moving distance and the moving direction, it is confirmed that a separation distance between the peripheral wall portion of the movable tray and the candidate part with respect to the moving direction is equal to or more than the moving distance. The component pick-up method according to any one of claims 1 to 4.
前記画像中における個々の前記部品に対し、前記部品の外形に相当する第一領域と前記ロボットハンドの掴み代に相当する第二領域とを含む近接領域を設定する設定部と、
前記近接領域が他部品の前記第一領域から離隔している孤立部品がある場合に、前記孤立部品を前記ロボットハンドにピックアップさせるピックアップ部と、
前記孤立部品がない場合に、前記近接領域が単一の他部品の前記第一領域と重なる候補部品を抽出する抽出部と、
前記候補部品と他部品との重なりが解消される前記候補部品の移動距離及び移動方向を算出する算出部と、
前記移動距離及び前記移動方向に基づき、前記可動トレイの動作を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、部品供給装置。 In a component supply apparatus for picking up one of the components by a robot hand using an image obtained by photographing a plurality of components placed on a movable tray,
For each of the components in the image, a setting unit that sets a proximity region including a first region corresponding to the outer shape of the component and a second region corresponding to the gripping allowance of the robot hand;
When there is an isolated part in which the proximity area is separated from the first area of other parts, a pickup unit that causes the robot hand to pick up the isolated part;
When there is no isolated part, an extraction unit that extracts a candidate part in which the proximity area overlaps the first area of a single other part;
A calculation unit for calculating a movement distance and a movement direction of the candidate part in which an overlap between the candidate part and another part is eliminated;
A control unit for controlling the operation of the movable tray based on the moving distance and the moving direction;
A component supply device comprising:
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