CN102164718A - 工件取出方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工件取出方法。工件取出方法具有以下工序：对代表性的部分形状、所述代表性的部分形状中的一个或多个握持位置、以及各所述握持位置的优先次序进行存储的工序；对装载的多个工件进行感测并取得图像信息的工序；进行所述图像信息的边缘检测，识别各工件中露出部分的工序；将所述露出部分中、具有所述代表性的部分形状的露出部分作为选择部分进行选择的工序；在所述选择部分中，对与所述代表性的部分形状一致的一个或多个一致部分进行检测的工序；根据所述优先次序，从所述一致部分中所包含的一个或多个所述握持位置中，将最适合握持的所述握持位置决定为决定握持位置的工序；输出用于握持所述决定握持位置的握持指令的工序。

Description

工件取出方法
技术领域
本发明涉及工件取出方法。本发明尤其涉及用于从散装且未排列整齐的状态的多个工件中将工件一个个地取出的情况下的工件取出方法。
本申请基于2008年10月10日在日本提出申请的特愿2008-264030号主张优先权，在此援引其内容。
背景技术
已知这样一种技术：在机器人取出工件时，通过摄像机对处于散装状态的工件进行摄影，将得到的二维图像与主模型(master model)进行比较，在一致度为阈值以上的情况下握持该工件(参照专利文献1)。作为存储的主模型，有包含工件的全体的第一主模型和与握持位置相对应的第二主模型。
专利文献1：日本特开2002-200588号公报
在上述关联技术中，通过将二维图像与第一主模型对照，抽出作为握持可能候补的工件。然后，通过将抽出的握持可能工件与第二主模型对照，从而判断该工件是否能够握持。但是，实际的散装的工件被重叠装载的情况较多，存在这样的状态的工件的图像和预先算出的握持姿势的匹配(matching)困难的问题。另外，细长形状的工件或复杂形状的工件，在取出时挂住其他的工件而导致其他的工件也一起被取出的可能性较高。因此，需要考虑取出方向并选择合适的握持位置。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而做出的，其目的在于提供一种工件取出方法，能够在短时间内进行工件的取出，并且，能够防止取出工件时与其他的工件发生挂住。
本发明为了解决上述课题而采用以下的方法。
(1)本发明的工件取出方法，具有以下工序：对代表性的部分形状、所述代表性的部分形状中的一个或多个握持位置、以及各所述握持位置的优先次序进行存储的工序；对装载的多个工件进行感测并取得图像信息的工序；进行所述图像信息的边缘检测，识别各工件中露出部分的工序；将所述露出部分中、具有所述代表性的部分形状的露出部分作为选择部分进行选择的工序；在所述选择部分中，对与所述代表性的部分形状一致的一个或多个一致部分进行检测的工序；根据所述优先次序，从所述一致部分中所包含的一个或多个所述握持位置中，将最适合握持的所述握持位置决定为决定握持位置的工序；输出用于握持所述决定握持位置的握持指令的工序。
(2)在上述(1)的工件取出方法中，还可以所述优先次序是根据握持所述握持位置并取出所述工件时的、与其他的工件发生挂住的困难程度而设定的。
(3)在上述(1)的工件取出方法中，还可以所述优先次序是根据所述握持位置的握持容易程度而设定的。
(4)在上述(1)的工件取出方法中，还可以还具有以下工序：取得所述握持位置的周围的间隙信息的工序；根据所述间隙信息，在间隙不充分的情况下选择优先次序次高的所述握持位置的工序。
发明的效果
根据上述(1)的发明，由于预先决定了所选择的部分形状及握持位置的优先次序，所以，能够在短时间内决定散装的工件的握持位置并迅速地进行工件的取出。另外，选择适于针对每个部分形状进行取出的握持位置的优先次序高的部分，由此，具有能够可靠地防止正在进行取出的工件与其他工件的挂住的效果。
另外，根据上述(2)～(3)的发明，将难以挂住其他的工件的部分、机器人容易握持的部分优先作为握持位置，由此，具有能够顺畅地握持工件的效果。
另外，根据上述(4)的发明，由于能够选择间隙充分的工件握持部位，所以，具有能够顺畅地握持工件的效果。
附图说明
图1是本发明的实施方式的工件取出装置的框图。
图2A是表示上述实施方式的工件的代表性的部分形状的图，表示U字型的部分形状。
图2B是表示上述实施方式的工件的代表性的部分形状的图，表示L字型的部分形状。
图2C是表示上述实施方式的工件的代表性的部分形状的图，表示I字型的部分形状。
图2D是表示上述实施方式的工件的代表性的部分形状的图，表示四边型的部分形状。
图3是上述实施方式中的、握持U字型的工件的端部的状态的立体图。
图4是上述实施方式中的、握持U字型的工件的弧状部的状态的立体图。
图5是上述实施方式中的、散装的工件的立体图。
图6是表示图5中被选择的工件的立体图。
图7是将图6中工件的代表性的部分形状和区域一同进行表示的立体图。
图8是表示图7中握持的优先次序的立体图。
图9是表示图8中的间隙(clearance)的立体图。
具体实施方式
下面，根据附图对本发明的实施方式进行说明。图1示出了本发明的实施方式的工件取出装置1。该工件取出装置1通过机器人3的机械手3A将料斗2中散装的工件W一个个地取出，例如，投入到汽车组装线。附图标记4表示立体摄像机(stereo camera)。该立体摄像机4安装在机器人3的机械手3A上。另外，立体摄像机4从装载于料斗2中的多个同样形状的工件W的上侧观察并取得三维的图像信息。
立体摄像机4所取得的图像信息存储在图像信息存储部5中。在此，图像信息是指作为亮度信息的各像素的RGB值和作为距离信息的各像素的距离(mm、cm)。此外，还可以代替立体摄像机4，通过基于激光的三维扫描或基于能够检测距离的图像传感器的三维感测，来获得所对应的各像素的亮度信息以及距离信息。
在图像信息存储部5上连接有边缘(edge)检测部6，该边缘检测部6用于根据存储的图像信息进行图像中的边缘检测。在边缘检测部6上连接有图像抽出部7，该图像抽出部7以通过边缘检测而得到的边缘部分即露出至外部的工件W的部分的边界部分K(参照图6)为界，截出各部分图像。通过该图像抽出部7，从散装的工件W中选择数个相对而言位于上部且重叠程度小的工件W。在此，从通过距离信息而被筛选的图像中选择位于上部的工件W。该选择是在基于边缘检测部6的检测时进行选择的。被截出的部分图像存储在图像信息存储部5中。
附图标记8表示工件W的部分形状存储部。在该部分形状存储部8中预先存储有部分形状和该部分形状的握持位置，该部分形状存在于被处理的工件W的一部分中。对部分形状的各握持位置，从最适合握持的部位开始顺次地赋予优先次序。关于优先次序后述，优先次序的数字越小，越是不会挂住其他的工件W而容易握持的部位。在该部分形状存储部8中预先存储有工件W的部分形状数据和用于握持的优先次序数据。
附图标记9表示匹配判定部。该匹配判定部9根据模式匹配(pattern matching)，对图像信息存储部5中存储的工件W的露出至外部的部分的图像信息和工件W的存储在部分形状存储部8中的部分形状是否匹配进行判定。在通过匹配判定部9判定出：在成为对象的工件W中存在与部分形状存储部8中存储的部分形状匹配的部位的情况下，在握持位置设定部10中，将对工件W的部分形状设定的用于握持的优先次序最高的部分设定为该工件W的握持位置。
握持位置设定部10连接在对机械手3A的动作进行控制的控制器11上。
在此，还从图像信息存储部5对握持位置设定部10输入包含在图像信息中的握持位置周边的间隙信息。在确保了机械手3A能够对握持位置进行握持的间隙的情况下，对该部分进行握持。在此，在观察握持位置周边的间隙的情况下，还可以从三维的图像信息取得。但是，还可以使机械手3A移动到握持位置的附近，改变角度并取得图像信息，从而确认间隙的有无。
图2A～图2D表示作为握持对象的工件W中所包含的代表性的部分形状和适合取出的握持位置的优先次序。“适合取出”是指，以在最难发生挂住的方向上进行取出为前提，在取出时不容易挂住其他工件，且容易抽出。另外，优先次序以不仅在同一部分形状之间且在不同的部分形状之间也明确序列的方式，通过绝对评价而赋予次序。
图2A表示作为工件W所包含的代表性的部分形状之一的、U字型的部分形状。该U字型的部分形状，在将工件W从料斗2取出的情况下，根据不同的握持位置而容易与其他的工件W挂住。该U字型形状由弧状部20、从弧状部20的两端伸出并相互平行的延伸部21、21形成。该U字型的握持位置中，优先次序1位为弧状部20。优先次序2位为与弧状部20相连的直线部22、22。优先次序3位为包含与这些直线部22、22相连的端部的直线部23、23。
也就是说，若如图3所示那样、通过机械手3A握持包含端部的直线部23、23，则容易挂住其他的工件W的弧状部20。但是，若如图4所示那样握持弧状部20，则容易抽出，与其他的工件W挂住的可能性最低。此外，作为具有弧状部的工件，只要是通过握持弧状部就难以与其他的工件发生挂住、容易抽出的形状的工件，可以是J字型等那样，不限于部分形状为U字型的形状的工件。
图2B表示作为工件W所包含的代表性的部分形状之一的、L字型的部分形状。该部分形状由长边部24和短片部25直角地连接而形成。握持位置的优先次序1位为长边部24与短片部25的角部分26。优先次序2位为与角部分26相邻的长边部24侧和短片部25侧的直线部27、27。优先次序3位为包含与这些直线部27、27相连的端部的直线部28、28。此外，作为具有角部分的工件，只要是通过握持角部分难以与其他的工件发生挂住、容易抽出的形状的工件，可以是V字型等那样，不限于部分形状为L字型的形状的工件。
图2C表示作为工件W所包含的代表性的部分形状之一的、I字型的部分形状。该部分形状为直线形状，是难以挂住的形状，因此，握持位置的优先次序从2位开始，优先次序2位为两端侧的直线部29，优先次序3位为中央的直线部30。
图2D表示作为工件W所包含的代表性的部分形状之一的、板状的四边型的部分形状。该部分形状中，握持位置的优先次序1位为除中央部外的各边的中央部分31。优先次序2位为各角部32。优先次序3位为中央部33。将这样的工件的代表性的部分形状及握持位置的优先次序预先存储在部分形状存储部8中。此外，图2A～图2D中，优先次序1位由交叉影线(crosshatching)表示，优先次序2位由影线表示，优先次序3位由点影线表示。
下面，对通过机器人3的机械手3A将散装在料斗2中的工件W取出的顺序进行说明。
首先，如图2A～图2D所示，将成为握持对象的工件W中所包含的代表性的部分形状数据和与该代表性的部分形状相对应的握持位置的优先次序数据存储在部分形状存储部8中。在以下示出的例子中，由于对作为部分形状具有U字型的部分的工件W进行握持，所以，分别存储该U字型的数据和握持位置的优先次序1位、优先次序2位、优先次序3位的各部分的数据。
接着，如图5所示，通过安装在图1所示的机器人3的机械手3A上的立体摄像机4对料斗2中散装的工件W进行摄影。将所取得的露出至外部的部分的图像信息存储在图像信息存储部5中。
如图6所示，通过边缘检测部6对存储在图像信息存储部5中的图像信息进行边缘检测，并算出图像面积。而且，选择数个相对而言位于上部的工件W且重叠度较少的工件W、也就是说面积大的工件W(在此以面积大小的顺序选择三个)。因此，能够以高速进行工件W的选择。
在此，边缘检测部6所进行的边缘检测，在图像信息中基本上能够将亮度的值的变化率大的部分判定为边界部分K。但是，在无法这样进行仅基于亮度的边缘检测的情况下，在具有距离信息的图像信息中，仅抽出属于规定的距离范围内的图像。而且，能够仅利用与该抽出的图像相对应的亮度的图像信息进行边缘检测。此外，在图6中，粗线所示的是边界部分K。
而且，被选择的工件W通过图像抽出部7而被抽出并存储在图像信息存储部5中。此时，如图7所示，被抽出的图像中还包含工件W的周边的区域(图7中由三个四边形a、b、c表示)。因此，通过匹配判定部9对将范围缩小到该区域内的工件W的部分形状和预先存储在部分形状存储部8中的代表性的部分形状是否匹配进行判定。根据该结果，选择匹配的部分。这样，缩小了作为判定的对象的区域的范围，所以能够提高匹配速度。
判定的结果，对于具有匹配的部分的工件W(图7的点影线的部分)，如图8所示，将用于握持的优先次序高的部分描图(mapping)并通过握持位置设定部10根据优先次序决定握持位置(图8的交叉影线、影线部分、点影线部分)。因此，由于通过形状预先决定了优先次序，所以，能够迅速地进行握持位置的设定。
在此，从图像信息存储部5对握持位置设定部10输入握持位置的周围的间隙信息。如图9的四边形a、四边形b的区域内由点影线所示那样，只有在存在着握持工件W的间隙的情况下(仅在图8的交叉影线部分、影线部分处存在间隙)，根据间隙信息准确地计算握持位置。而且，根据该计算，对控制器11输出握持指令。此外，在间隙不充分的情况下，选择优先次序次高的握持位置。
然后，接受了指令的控制器11驱动机器人3，并通过机械手3A，对存在应取出的工件W的间隙的最合适的握持位置(优先次序高的握持位置)进行握持。由此，将工件W从料斗2中取出。
根据上述实施方式，无需存储工件W的主模型。只要在部分形状存储部8中存储所选择的U字型、L字型、I字型、四边型等的代表性的部分形状和表示对各部分形状进行握持时与其他的工件W发生挂住的困难程度的优先次序1位～优先次序3位就足够了。因此，数据库(database)的容量也较小，具有结构简单的优点。
另外，对预先选择的U字型、L字型、I字型、四边型等的部分形状，将表示对各部分形状进行握持时与其他的工件W发生挂住的困难程度的优先次序阶段性地设定为优先次序1位～优先次序3位。因此，能够在短时间内决定散装的工件W的握持位置，能够迅速地进行工件W的取出。另外，选择适于针对每个部分形状进行取出的握持位置的优先次序高的部分，由此，具有能够可靠地防止正在进行取出的工件W与其他工件W的挂住的效果。
另外，在通过机器人3的机械手3A握持工件之前，以存在用于握持工件W的握持位置的间隙为条件。因此，能够可靠地握持工件W。
另外，由于对握持位置赋予了优先次序，所以，在没有间隙而不能握持工件的情况下，只要降低次序并变更握持位置即可，能够缩短握持之前的时间。
此外，本发明不限于上述实施方式。例如，在决定握持位置的优先次序时，可以不仅通过形状，还将机器人3的机械手3A容易进行握持的部分的因素考虑进去进行设定。具体地，由于凹凸少的部分、平坦的部分容易握持，所以，可以将凹凸少和平坦作为条件考虑进去。而且，由于越不易打滑则越容易握持，所以，还可以将不容易打滑和不容易受损考虑进去来确定优先次序。另外，作为代表性的部分形状列举了四种，但是不限于这四种。而且，将优先次序分成三阶段进行了说明，但不限于三阶段。
工业实用性
根据本发明的工件取出方法，能够在短时间内可靠地进行工件的取出，并且，能够防止取出工件时与其他的工件发生挂住，因此，能够有助于制造线的高速化。
附图标记的说明
1工件取出装置
2料斗
3机器人
3A机械手
4立体摄像机
K边界部分
W工件

Claims (4)

1.一种工件取出方法，其特征在于，具有以下工序：
对代表性的部分形状、所述代表性的部分形状中的一个或多个握持位置、以及各所述握持位置的优先次序进行存储的工序；
对装载的多个工件进行感测并取得图像信息的工序；
进行所述图像信息的边缘检测，识别各工件中露出部分的工序；
将所述露出部分中、具有所述代表性的部分形状的露出部分作为选择部分进行选择的工序；
在所述选择部分中，对与所述代表性的部分形状一致的一个或多个一致部分进行检测的工序；
根据所述优先次序，从所述一致部分中所包含的一个或多个所述握持位置中，将最适合握持的所述握持位置决定为决定握持位置的工序；
输出用于握持所述决定握持位置的握持指令的工序。
2.如权利要求1所述的工件取出方法，其特征在于：所述优先次序是根据握持所述握持位置并取出所述工件时的、与其他的工件发生挂住的困难程度而设定的。
3.如权利要求1所述的工件取出方法，其特征在于：所述优先次序是根据所述握持位置的握持容易程度而设定的。
4.如权利要求1所述的工件取出方法，其特征在于，还具有以下工序：
取得所述握持位置的周围的间隙信息的工序；
根据所述间隙信息，在间隙不充分的情况下选择优先次序次高的所述握持位置的工序。
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