CN108942916A - 工件取出系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工件取出系统(1)，包括：机器人(2)；机械手(4)，其安装于机器人(2)的手部(3)，用于把持工件(W)；三维传感器(5)，其安装于手部(3)，用于获取容器(Y)内的局部区域的三维点群的位置信息；工件状态计算部(8)，其基于获取到的第一局部区域的三维点群的位置信息，计算工件(W)的位置和姿势；数据获取位置计算部(9)，其基于获取到的第一局部区域的三维点群的位置信息，计算与第二局部区域相对应的机器人位置，所述第二局部区域为接下来获取位置信息的区域；以及控制部(7)，其基于计算出的工件(W)的位置和姿势以及计算出的与第二局部区域相对应的机器人位置，控制机器人(2)和机械手(4)。

Description

工件取出系统
技术领域
本发明涉及一种工件取出系统。
背景技术
以往，已知一种通过机器人取出容器内散装的工件的工件取出系统(例如，参照专利文献1)。
该工件取出系统在机器人的手部安装有三维传感器，该三维传感器能够将容器的整个上部开口纳入视野内进行拍摄，从而获取视野内的工件的三维点群。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-188562号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，存在容器的上部开口的面积比用于获取工件的三维点群的三维传感器的视野范围更大的情况。在这样的情况下，如果为了获取容器内的所有工件的三维点群的位置信息而采用一边使搭载有三维传感器的机器人按照预先示教的多个位置和姿势依次移动，一边在各位置处获取容器内的局部区域的三维点群的位置信息的方法，则存在即使移动到的区域已经没有工件，也需要获取三维点群的位置信息这样的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种工件取出系统，即使安装的三维传感器只能局部地获取容器内的三维点群的位置信息，也能够防止机器人的不必要的移动动作和三维传感器的不必要的三维点群的位置信息的获取，从而高效地取出工件。
用于解决问题的手段
为了达成上述目的，本发明提供以下手段。
本发明的一个方面提供一种工件取出系统，包括：机器人；机械手，其安装于所述机器人的手部，用于把持工件；三维传感器，其安装于所述机器人的所述手部，用于获取容器内的局部区域的三维点群的位置信息；工件状态计算部，其基于所述三维传感器获取到的第一局部区域的三维点群的位置信息，计算所述工件的位置和姿势；数据获取位置计算部，其基于所述三维传感器获取到的所述第一局部区域的所述三维点群的位置信息，计算与第二局部区域相对应的机器人位置，所述第二局部区域为接下来获取位置信息的区域；以及控制部，其基于所述工件状态计算部计算出的所述工件的位置和姿势以及所述数据获取位置计算部计算出的与所述第二局部区域相对应的机器人位置，控制所述机器人和所述机械手。
根据本方面，当操作机器人将安装于其手部的三维传感器相对于容器定位，并且获取到容器内的局部区域的三维点群的位置信息时，通过工件状态计算部计算获取到的第一局部区域的三维点群所包含的工件的位置和姿势。由此，控制部能够基于计算出的工件的位置和姿势控制机器人和机械手，从而处理(handling)工件并将其从容器内取出。
在该情况下，由数据获取位置计算部基于三维传感器获取到的第一局部区域的三维点群的位置信息，计算接下来获取工件的位置信息的第二局部区域的机器人位置。
即，通过三维传感器获取的下一个三维点群的数据获取位置不是由预先示教的位置决定，而是基于三维传感器所获取的三维点群的位置信息决定的，因此即使安装的三维传感器只能局部地获取容器内的三维点群，也能够防止机器人所进行的不必要的移动动作和三维传感器所进行的不必要的三维点群的获取，从而高效地取出工件。
在上述方面中，也可以为，所述数据获取位置计算部以所述第一局部区域的所述三维点群中的配置于最高位置的三维点为基准，计算与所述第二局部区域相对应的机器人位置。
通过这样，容器内散装的工件中的配置于最高位置处的工件最有可能成为最容易取出的工件。因而，作为接下来获取位置信息的第二局部区域的位置，通过以之前获取的三维点群内的配置于最高位置处的三维点为基准进行计算，从而能够获取可用于识别至少一个工件的第二局部区域的三维点群。
另外，在上述方面中，也可以为，所述数据获取位置计算部计算与所述第二局部区域相对应的机器人位置，使得所述第一局部区域的所述三维点群中最高的三维点的水平方向位置成为所述第二局部区域的中心，并且所述三维传感器的垂直方向位置成为预定的高度。
通过这样，能够容易地计算出水平的第二局部区域的机器人位置，该第二局部区域与以第一局部区域的三维点群中的配置于最高位置处的三维点为中心的范围一致。
另外，在上述方面中，也可以为，所述数据获取位置计算部以所述第一局部区域的所述三维点群的一部分所形成的平面区域的重心位置为基准，计算与所述第二局部区域相对应的机器人位置。
通过这样，由于在机器人三维点群中，能够被识别为平面区域的部分成功取出工件的可能性较高，因此通过将平面区域的重心位置设为基准，从而获取能够识别并取出至少一个工件的第二局部区域的三维点群。
另外，在上述方面中，也可以为，所述数据获取位置计算部计算所述第二局部区域的机器人位置，使得所述重心位置的水平方向位置成为所述第二局部区域的中心，并且所述三维传感器的垂直方向位置成为预定的高度。
通过这样，能够容易地计算出水平的第二局部区域的机器人位置，该第二局部区域与第一局部区域的三维点群中的以平面区域的重心位置为中心的范围一致。
另外，在上述方面中，也可以为，当所述平面区域内存在的三维点的数量在规定的阈值以下时，所述数据获取位置计算部计算与所述第二局部区域相对应的机器人位置，其中，所述第二局部区域是通过改变所述三维传感器的倾斜角度而获取的。
通过这样，由于当平面区域内存在的三维点的数量在规定的阈值以下时，存在平面区域相对于三维传感器大幅倾斜的可能性，因而可以通过改变三维传感器的倾斜角度，计算能够正确检测三维点群的第二局部区域的机器人位置。
发明的效果
根据本发明，能够实现如下效果：即使安装的三维传感器只能局部地获取容器内的三维点群的位置信息，也能够防止机器人所进行的不必要的移动动作和三维传感器所进行的不必要的三维点群的位置信息的获取，从而高效地取出工件。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的工件取出系统的整体结构图。
图2是对图1的工件取出系统的工件取出方法进行说明的流程图。
图3是容纳工件的容器的平面图，其中以重叠的方式示出通过图2的工件取出方法的步骤S2最初获取数据的局部区域。
图4是容纳工件的容器的平面图，其中以重叠的方式示出通过图2的工件取出方法的步骤S3识别出的工件。
图5是容纳工件的容器的平面图，其中以重叠的方式示出通过图2的工件取出方法的步骤S8计算出的接下来获取数据的机器人位置。
图6是容纳工件的容器的平面图，其中以重叠的方式示出下一个利用图2的工件取出方法的步骤S2获取数据的局部区域。
图7是对图2的工件取出方法的变形例进行说明的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的一个实施方式所涉及的工件取出系统1进行说明。
如图1所示，本实施方式所涉及的工件取出系统1包括：机器人2，其设置于收容有多个工件W且上方敞开的容器Y的附近；机械手4，其安装于机器人2的手部3，用于把持工件W；三维传感器5，其安装于机器人2的手部3，用于获取容器Y内的工件W的三维信息；信息处理部6，用于处理三维传感器5所获取到的三维信息；以及控制部7，用于基于信息处理部6的处理结果，控制机器人2和机械手4。信息处理部6和控制部7具备用于存储信息的未图示的存储器和用于执行信息处理的未图示的处理器。
虽然在图1所示的实施例中示出的机器人2是垂直多关节型机器人，但可以采用任意形式的机器人。
如图3所示，三维传感器5具备小于容器Y的上部开口的面积的数据获取范围A，从上方获取容器Y内散装的多个工件W的表面中的配置于数据获取范围A内的表面上的多个点(三维点群)的三维位置的信息，并将其发送给信息处理部6。在图中，标记B表示数据获取范围A内存在的三维点之一。
信息处理部6包括：工件状态计算部8，其基于从三维传感器5发送来的三维点群的位置信息，识别数据获取范围(第一局部区域)A内所存在的工件W，并计算被识别出的工件W的位置和姿势；以及数据获取位置计算部9，用于计算接下来获取三维点群的位置信息的区域(第二局部区域)的位置。
工件状态计算部8例如使用预先登记的三维模型数据进行模型匹配，从而识别工件W。并且，例如基于识别出的工件W的重心位置，计算工件W的位置坐标，同时根据相对于三维模型数据的变形程度、或者识别出的工件W的表面上的三维点B的位置信息，计算工件W的倾斜角度及倾斜方向等的姿势信息。
如图5和图6所示，数据获取位置计算部9将以三维点B1为中心(基准)的区域设定为下一个数据获取范围A，三维点B1例如是数据获取范围A内存在的三维点B中的配置于最高位置处的三维点。即，在将三维传感器5配置于在垂直方向仅离开三维点B1预定距离的位置处而获取到的(三维点B1配置于视野中心)视野范围内，设定下一个数据获取范围(第二局部区域)A，并且三维点B1是数据获取范围A内存在的三维点B中的配置于最高位置处的三维点。
下面，对如上述构成的本实施方式所涉及的工件取出系统1的作用进行说明。
为了使用本实施方式所涉及的工件取出系统1取出容器Y内散装的工件W，如图2所示，首先，操作机器人2使三维传感器5配置于预先设定的最初的数据获取位置，例如是将容器Y中心的预定区域设为数据获取范围A的位置(步骤S1)。
在该状态下，操作三维传感器5，获取容器Y内设定的数据获取范围A的数据，检测容器Y内存在的工件W的表面上的多个三维点B并获取其位置坐标(步骤S2)。接着，基于获取到的三维点群进行使用了三维模型数据的模型匹配，从而识别工件W(步骤S3)。
当在数据获取范围A内识别出工件W时(步骤S4)，计算识别出的所有工件W的位置和姿势(步骤S5)。在图4所示的实施例中，工件W具有圆环形状，作为工件W的位置，计算位于中心孔W1中央的三维点B的三维坐标，作为姿势，计算工件W的倾斜角度和倾斜方向。
然后，针对计算出位置和姿势的一个以上的工件W而操作机器人2，从而利用安装于手部3的机械手4一个个地取出工件W并将其搬运至搬运目的地(步骤S6)。当识别出的所有工件W都被取出时，判断是否取出了容器Y内的所有工件W(步骤S7)，在取出了所有工件W的情况下，结束处理，在未完成取出的情况下，计算下一个数据获取位置(步骤S8)。
并且，基于步骤S2中获取到的三维点群，将高度最高的三维点B1为中心的数据获取范围A作为下一个数据获取位置而进行计算。并且在计算出下一个数据获取位置的情况下，重复从步骤S1起的工序。
当在步骤S4中未识别出工件W时，实施从步骤S7起的工序。
如上所述，在本实施方式所涉及的工件取出系统1中，三维传感器5的下一个三维点群的位置信息的数据获取位置不是由预先示教的位置决定，而是基于三维传感器5获取到的三维点群的位置信息而决定的。
由此，存在以下优点：即使安装的三维传感器5只能局部地获取容器Y内的三维点群，也能够防止机器人2所进行的不必要的移动动作以及三维传感器5所进行的不必要的三维点群的位置信息的获取，从而高效地取出工件W。
即，在将容器Y内的空间分割为多个区域，并通过三维传感器5依次对每个区域进行三维点群的位置信息的获取和工件W的识别时，即使工件W已经被取出而不存在工件W的情况下，也需要进行位置信息的获取和工件W的识别处理，因而需要机器人2所进行的不必要的移动动作和三维传感器5所进行的不必要的三维点群的获取等。与此相对，在本实施方式所涉及的工件取出系统1中，由于利用获取到的三维点群的位置信息来决定下一个数据获取位置，因而能够防止机器人2的不必要的移动动作和三维传感器5的不必要的三维点群的位置信息的获取。
特别是存在以下优点：由于以三维点B1为中心的下一个数据获取范围A是确定的，并且三维点B1是已获取的上一个数据获取范围A内的配置于三维点群的最高位置处的三维点，因而能够以最有可能存在工件W的位置为中心来获取新的三维点群，从而能够更有效地进行工件W的取出。
需要说明的是，虽然在本实施方式中进行了如下设定：通过数据获取位置计算部9将在步骤S2中获取到位置信息的三维点群内的配置于最高位置处的三维点B1为中心的区域设定为数据获取范围A，并且操作机器人2使三维传感器5配置于三维点B1的垂直上方的仅离开该三维点B1预定距离的位置处，但是并不限定于此。
例如，也可以操作机器人2使三维传感器5配置于最高位置处的三维点B1的垂直上方的预定高度位置处。
另外，也可以从获取到的三维点群中抽取配置在同一平面上的三维点B，将以抽取的三维点群构成的平面区域的重心位置为中心的范围(第二局部区域)作为下一个数据获取范围A而进行计算。考虑到配置在同一平面上的三维点群位于同一工件W的表面上，因此，通过获取以其重心为中心的范围的三维点群的位置信息，能够获得最有可能存在工件W的范围的三维点群。
在抽取了多个配置于同一平面的三维点群的情况下，只要将具有最大面积的平面部分的重心设为下一个获取三维点群的位置信息的范围的中心即可。此时，能够根据构成该平面部分的三维点B的数量而容易地求出平面部分的面积。
另外，在作为配置于同一平面的三维点群而抽取的三维点B的数量较少的情况下，除了抽取的平面部分的面积在物理意义上较小的情况以外，还存在虽然面积很大，但平面部分相对于三维传感器5的测量方向不正交而大幅倾斜的情况。因而，当作为配置于同一平面的三维点群而抽取的三维点B的数量在规定的阈值以下时，也可以操作机器人2使三维传感器5在围绕水平线的任意方向旋转，该水平线从抽取的三维点群构成的平面部分的重心经过且沿着该平面部分配置，从而改变三维传感器5的倾斜角度，并利用三维传感器5重新获取三维点群的位置信息。
由此，在构成平面部分的三维点B的数量多于规定的阈值的情况下，只要使用在该位置处获取到的三维点群的位置信息识别工件W即可。在构成平面部分的三维点B的数量因旋转而减少时，使三维传感器5向反方向旋转即可。
另外，虽然在本实施方式中设定为利用步骤S2中获取到的三维点群的位置信息来确定获取三维点群的位置信息的下一个数据获取位置，但取而代之地，也可以如图7所示，在取出工件W后，当判断未取出容器Y内的所有工件W时(步骤S7)，使机器人2移动到最初的数据获取位置，再次获取与步骤S2相同的区域的三维点群的位置信息(步骤S9)，并基于新获取的三维点群的位置信息，计算下一个数据获取位置(步骤S8)。
即，在被取出的工件W的面积较大、或取出了一个工件W的结果导致其它的工件W的位置发生了变动的情况下，存在步骤S2中所获取到的三维点群的位置信息发生变化的情况。
因此，也可以在将工件W取出并向输送目的地移动的途中，在步骤S2中的数据获取位置处再次获取三维点群的位置信息。由此，能够高精度地获取可用于识别工件W的三维点群。
附图标记说明
1 工件取出系统
2 机器人
3 手部
4 机械手
5 三维传感器
7 控制部
8 工件状态计算部
9 数据获取位置计算部
A 数据获取范围(第一局部区域、第二局部区域)
B、B1 三维点
W 工件
Y 容器

Claims (6)

1.一种工件取出系统，包括：
机器人；
机械手，其安装于所述机器人的手部，用于把持工件；
三维传感器，其安装于所述机器人的所述手部，用于获取容器内的局部区域的三维点群的位置信息；
工件状态计算部，其基于所述三维传感器获取到的第一局部区域的三维点群的位置信息，计算所述工件的位置和姿势；
数据获取位置计算部，其基于所述三维传感器获取到的所述第一局部区域的所述三维点群的位置信息，计算与第二局部区域相对应的机器人位置，所述第二局部区域为接下来获取位置信息的区域；以及
控制部，其基于所述工件状态计算部计算出的所述工件的位置和姿势以及所述数据获取位置计算部计算出的与所述第二局部区域相对应的机器人位置，控制所述机器人和所述机械手。
2.根据权利要求1所述的工件取出系统，其特征在于，
所述数据获取位置计算部以所述第一局部区域的所述三维点群中的配置于最高位置的三维点为基准，计算与所述第二局部区域相对应的机器人位置。
3.根据权利要求2所述的工件取出系统，其特征在于，
所述数据获取位置计算部计算与所述第二局部区域相对应的机器人位置，使得所述第一局部区域的所述三维点群中最高的三维点的水平方向位置成为所述第二局部区域的中心，并且所述三维传感器的垂直方向位置成为预定的高度。
4.根据权利要求1所述的工件取出系统，其特征在于，
所述数据获取位置计算部以所述第一局部区域的所述三维点群的一部分所形成的平面区域的重心位置为基准，计算与所述第二局部区域相对应的机器人位置。
5.根据权利要求4所述的工件取出系统，其特征在于，
所述数据获取位置计算部计算所述第二局部区域的机器人位置，使得所述重心位置的水平方向位置成为所述第二局部区域的中心，并且所述三维传感器的垂直方向位置成为预定的高度。
6.根据权利要求4或5所述的工件取出系统，其特征在于，
当所述平面区域内存在的三维点的数量在规定的阈值以下时，所述数据获取位置计算部计算与所述第二局部区域相对应的机器人位置，其中，所述第二局部区域是通过改变所述三维传感器的倾斜角度而获取的。
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