CN109835706B

CN109835706B - 工件配置系统

Info

Publication number: CN109835706B
Application number: CN201811409397.4A
Authority: CN
Inventors: 和田润
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2018-11-23
Publication date: 2020-11-20
Anticipated expiration: 2038-11-23
Also published as: JP6662836B2; JP2019093495A; US10722992B2; DE102018128784A1; CN109835706A; DE102018128784B4; US20190160617A1

Abstract

本发明提供一种将工件配置到收容区域或治具的工件配置系统。工件配置系统具备：机器人，其将工件配置到收容区域或治具；传感器，其测量收容区域或治具的三维形状；处理部，其进行用于基于三维形状来决定工件配置位置及配置姿势的处理；以及机器人控制部，其基于工件配置位置及配置姿势来控制机器人，处理部进行如下处理：获取应配置的工件的工件形状；获取由用户选择出的工件配置姿势；基于三维形状来计算收容区域或治具的空闲区域；计算空闲区域中满足工件形状及工件配置姿势的工件可配置区域，并且决定在工件可配置区域中适合配置工件的工件配置位置及配置姿势。

Description

工件配置系统

技术领域

本发明涉及一种工件配置系统，特别是涉及一种将一个或多个工件配置到一个或多个收容区域或治具的工件配置系统。

背景技术

存在一种由机器人将工件配置到收容区域或治具的工件配置系统。作为由机器人处理的任务，要求将工件从收容区域取出并且配置到治具的预先决定的位置的任务的情况多。因此，以往使把持工件的机器人移动到预先示教的位置并且将工件配置到该位置的情况多。

作为与本申请相关联的技术，例如后述的文献是众所周知的。在日本特开2001-278409号公报中公开了一种检查体的配送/回收系统。在所述的系统中，通过光电检测器来探测检查体容纳部的检查体架的排列，并且进行在检查体容纳部中是否存在空闲空间的判断，在存在空闲空间的情况下，由机器人将检查体架载置到检查体容纳部的空闲空间。

在日本特开2012-030320号公报中公开了一种在装配区域内进行装配作业的作业系统。在所述的作业系统中，识别托盘上的空闲空间信息，将托盘的空闲空间用作中间装配件的载置场所。

发明内容

在工件的形状数据未知的情况下(例如在对多种工件进行处理的情况下等)，无法预先示教配置工件的位置。另外，由于没有工件的形状数据，因此也无法保证能够将工件适当地配置到收容区域内或治具上。并且，即使在工件的形状数据已知的情况下，有时也由于一些原因而引起已配置工件产生配置偏移，之后应配置的工件的位置产生配置偏移。在所述情况下，也无法保证能够适当地配置工件。

另外，在收容区域或治具的位置、形状未知的情况下，同样也无法保证能够适当地配置工件。另外，有可能在收容区域或治具上已经存在工件或者收容区域或治具的形状不适合配置工件的情况下，将工件配置到该场所。并且，也期望用户能够灵活地选择工件的配置姿势的功能。

因此，寻求一种不论工件的形状以及收容区域或治具的形状如何都不产生配置偏移并将工件以期望的配置姿势进行配置的技术。

本公开的一个方式提供一种工件配置系统，该工件配置系统用于将一个或多个工件配置到一个或多个收容区域或治具，该工件配置系统具备：机器人，其将工件配置到收容区域或治具；传感器，其测量收容区域或治具的三维形状；处理部，其进行用于基于三维形状来决定工件配置位置及工件配置姿势的处理；以及机器人控制部，其基于工件配置位置及工件配置姿势来控制机器人，其中，处理部具有：工件形状获取部，其获取应配置的工件的工件形状；配置姿势获取部，其获取由用户选择出的一种或多种工件配置姿势；空闲区域计算部，其基于三维形状来计算收容区域或治具的空闲区域；可配置区域计算部，其计算在空闲区域中满足工件形状及工件配置姿势的一个或多个工件可配置区域；以及位置姿势决定部，其决定在一个或多个工件可配置区域中适合配置工件的工件配置位置及工件配置姿势。

附图说明

图1是表示一个实施方式中的工件配置系统的概要结构的侧视图。

图2是表示一个实施方式中的工件形状的获取方法的图。

图3是替代实施方式中的工件形状的获取方法的图。

图4是表示一个实施方式中的机器人示教装置的图。

图5A是表示一个实施方式中的工件形状的一例的立体图。

图5B是表示一个实施方式中的工件形状的一例的立体图。

图5C是表示一个实施方式中的工件形状的一例的立体图。

图6A是表示一个实施方式中的收容区域的俯视图。

图6B是表示一个实施方式中的收容区域的侧视图。

图7A是表示一个实施方式中的收容区域的空闲区域的俯视图。

图7B是表示一个实施方式中的收容区域的空闲区域的侧视图。

图8A是表示一个实施方式中的工件可配置区域的俯视图。

图8B是表示一个实施方式中的工件可配置区域的侧视图。

图9A是表示一个实施方式中的工件配置位置及工件配置姿势的俯视图。

图9B是表示一个实施方式中的工件配置位置及工件配置姿势的侧视图。

图10A是表示一个实施方式中的工件重心位置的俯视图。

图10B是表示一个实施方式中的工件重心位置的侧视图。

图11是表示一个实施方式中的工件配置系统的结构的框图。

图12是表示一个实施方式中的工件配置系统的动作的流程图。

图13A是表示其它实施方式中的治具的俯视图。

图13B是表示其它实施方式中的治具的侧视图。

图14A是表示其它实施方式中的治具的空闲区域的俯视图。

图14B是表示其它实施方式中的治具的空闲区域的侧视图。

图15A是表示其它实施方式中的工件可配置区域的俯视图。

图15B是表示其它实施方式中的工件可配置区域的侧视图。

图16A是表示其它实施方式中的工件配置位置及工件配置姿势的俯视图。

图16B是表示其它实施方式中的工件配置位置及工件配置姿势的侧视图。

图17A是表示另外的实施方式中的治具的俯视图。

图17B是表示另外的实施方式中的治具的侧视图。

图18A是表示另外的实施方式中的治具的空闲区域的俯视图。

图18B是表示另外的实施方式中的治具的空闲区域的侧视图。

图19A是表示另外的实施方式中的工件可配置区域的俯视图。

图19B是表示另外的实施方式中的工件可配置区域的侧视图。

图20A是表示另外的实施方式中的工件配置位置及工件配置姿势的俯视图。

图20B是表示另外的实施方式中的工件配置位置及工件配置姿势的侧视图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细地说明本公开的实施方式。在各附图中，对相同或类似的结构要素标注相同或类似的标记。另外，以下所记载的实施方式不用于限定权利要求书中所记载的发明的技术范围及术语的含义。

图1是表示本实施方式所涉及的工件配置系统10的概要结构的侧视图。工件配置系统10用于将工件14配置到收容区域11。工件配置系统10具备：机器人12，其将工件14配置到收容区域11；传感器13，其测量收容区域11的三维形状；处理部15，其进行用于基于收容区域11的三维形状来决定工件配置位置及工件配置姿势的处理；以及机器人控制部16，其基于工件配置位置及工件配置姿势来控制机器人。

收容区域11可以是在铅垂方向上具有开口的收容容器17，或者可以是在水平方向上具有开口的收容架(未图示)。在图1中，为了使工件14可见，没有图示收容容器17的跟前侧的侧壁。收容区域11用于收容一个或多个工件。也可以存在一个或多个收容区域11。

机器人12是具备用于把持工件的手18的公知的6轴操纵器，手18具备传感器13。传感器13是具备立体照相机的公知的视觉传感器，视觉传感器例如能够利用Kinect(注册商标)。关于Kinect，由红外线激光器向工件14投射结构化图案，由两个红外线照相机拍摄投射后的工件14，并且基于三角测量的原理来获取工件14的三维形状。因此，即使在收容区域11暗的情况下，也能够高精度地获取收容区域11的三维形状。

处理部15配置于机器人控制装置19的内部，具备公知的CPU、ASIC、FPGA等。在替代实施方式中，也可以将处理部15配置于机器人控制装置19的外部，例如配置于后述的机器人示教装置的内部。机器人控制部16配置于机器人控制装置19的内部，具备对用于使机器人12动作的伺服电动机进行位置控制、速度控制等的公知的控制电路。

图2是表示本实施方式中的工件形状的获取方法的图。优选的是，在将工件14配置到收容区域11之前，利用传感器13预先获取工件14的工件形状。也可以将应配置的工件14例如配置到摄影台1。工件形状作为初始值被存储到存储部(参照图11。)。

图3是表示替代实施方式中的工件形状的获取方法的图。也可以在将工件14向收容区域11配置的过程中利用传感器13获取工件14的工件形状。传感器13可以配置于机器人12的手18，但是也可以配置于与机器人12不同的场所，例如构造柱2。

图4是表示本实施方式中的机器人示教装置20的图。机器人示教装置20是公知的计算机装置，具备输入部和显示部，该输入部具备键盘21及鼠标22，该显示部具备监视器23。机器人示教装置20将利用传感器13获取到的工件形状24显示于显示部。机器人示教装置20提供使用户选择工件配置姿势的功能，显示部显示用于使用户选择工件配置姿势的选项25。

作为工件配置姿势的选项25，优选包含以下等项目：

(1)配置成收容区域中的工件的接触点、接触线、或接触面的数量或大小为最大；

(2)使工件形状中的突出的部分朝向上方配置；

(3)使工件形状中的平坦的部分朝向上方配置；

(4)使工件形状中的平坦的部分朝向下方配置；

(5)使工件形状的长轴朝向铅垂方向配置；以及

(6)使工件形状的短轴朝向铅垂方向配置。

前述的处理部15(参照图1～图3。)基于由用户选择出的选项25来计算工件配置姿势。关于计算的工件配置姿势，可以是针对一个工件包含一种或多种工件配置姿势。在利用所述的选项25的情况下，不需要利用传感器13预先获取工件形状。

图5A～图5C是表示本实施方式中的工件形状的一例的立体图。工件30为三棱柱，工件31为圆柱，工件32为L字形，但是不限定于此，工件也可以具有复杂形状等。标记40～44表示由用户选择出的工件配置姿势(箭头表示铅垂方向)。关于工件配置姿势40～44，也可以不利用图4所示的选项25进行选择，而是由用户基于配置在虚拟空间上的工件形状24来直接进行选择。关于直接选择的工件配置姿势，可以是针对一个工件包含一种或多种工件配置姿势。

图5C所示的标记45表示工件重心位置。关于工件重心位置45，也可以由用户基于如图4所示那样配置在虚拟空间上的工件形状24来直接进行选择。或者，在工件32的密度均匀的情况下，也可以由前述的处理部15(参照图1～图3。)根据工件形状进行计算。工件配置姿势及工件重心位置作为初始值被存储到存储部(参照图11。)。

接着，对本实施方式中的工件配置方法进行说明。图6A及图6B是表示收容区域11的俯视图及侧视图。在此，对在收容区域11中配置有三种工件30～32的状态下将圆柱的工件31以由用户选择出的工件配置姿势42、43(参照图5B。)配置到收容区域11的一例进行说明。首先，传感器13(参照图1～图3)自上方获取收容区域11的三维形状。在图6B的侧视图中，为了简化说明，也图示了工件31、32的下侧空间，但是需要注意的是获取到的收容区域11的三维形状不包含下侧空间。

图7A及图7B是表示本实施方式中的收容区域的空闲区域50的俯视图及侧视图。在获取到收容区域11的三维形状之后，计算收容区域11的空闲区域50。

图8A及图8B是表示本实施方式中的工件可配置区域60～65的俯视图及侧视图。在计算出空闲区域50之后，计算在空闲区域50中能够配置工件31的工件可配置区域60～65。工件可配置区域60～65被计算为空闲区域50之中满足应配置的工件31的工件形状(即，圆柱。参照图5B。)及由用户选择出的两种工件配置姿势42、43(即，横放、竖放。参照图5B。)的区域。

另外，也可以生成将计算出的工件可配置区域60～65与由用户选择出的两种工件配置姿势42、43(即，横放、竖放。)进行对应而成的配置列表。例如，配置列表能够包含：

(1)工件可配置区域60->横放、竖放

(2)工件可配置区域61->横放、竖放

(3)工件可配置区域62->横放、竖放

(4)工件可配置区域63->竖放

(5)工件可配置区域64->竖放

(6)工件可配置区域65->横放、竖放。

图9A及图9B是表示本实施方式中的工件配置位置及工件配置姿势的俯视图及侧视图。在计算出工件可配置区域60～65之后，决定在工件可配置区域60～63中适合配置工件31的工件配置位置及工件配置姿势。

在将工件31以工件配置位置70及工件配置姿势71(粗线所示)进行配置的情况下，工件31与下侧的两个工件31、收容区域11的内侧面以及左侧的工件32接触，因此以两个接触点、一条接触线以及两个接触面进行接触。另一方面，在将工件31以工件配置位置72及工件配置姿势73(粗线所示)进行配置的情况下，工件31与下侧的收容区域11的底面、左侧的工件31、后侧的工件31以及右侧的工件32接触，因此以两条接触线以及一个接触面进行接触。因此，工件配置位置70及工件配置姿势71相比于工件配置位置72及工件配置姿势73而言，接触点、接触线以及接触面的数量或大小大。另外，关于工件配置位置70及工件配置姿势71，即使在其它的工件可配置区域60～65中，工件31的接触点、接触线以及接触面的数量或大小也为最大。因而，工件配置位置及工件配置姿势被决定为用标记70及71表示的位置及姿势。此外，在存在已经配置的工件的情况下，优选的是，以使应配置的工件31以最接近已经配置的工件30～32的位置及姿势配置的方式决定工件配置位置及工件配置姿势。另外，也可以由用户适当地选择工件31的接触点、接触线以及接触面的数量及大小的优选顺序。

图10A及图10B是表示本实施方式中的工件重心位置的俯视图及侧视图。在将L字形的工件32以由用户选择出的工件配置姿势44配置到收容区域11的情况下，担心工件32由于工件重心位置45而翻倒。因此，优选的是，在工件可配置区域中，以使穿过工件重心位置45的铅垂线74通至由工件32的接触点、接触线以及接触面形成的接触区域75中的方式决定工件配置位置及工件配置姿势。接触区域75被定义为将接触点、接触线以及接触面包含在内的区域。因而，具有工件重心位置45的L字形的工件32被配置为支承于收容区域11的内侧面。

图11是表示本实施方式中的工件配置系统10的结构的框图。工件配置系统10具备：处理部15，其进行用于基于收容区域11的三维形状来决定工件配置位置及工件配置姿势的处理；机器人控制部16，其基于工件配置位置及工件配置姿势来控制机器人；以及存储部90，其存储各种数据。处理部15的结构要素被实现为被CPU执行的程序或者ASIC或FPGA中的集成电路。处理部15具备：工件把持指示部80，其对机器人控制部16进行把持应配置的工件14的指示；工件形状获取部81，其从传感器13或存储部90获取应配置的工件14的工件形状91；以及配置姿势获取部82，其获取由用户选择出的一种或多种工件配置姿势92。处理部15也可以还具备获取由用户选择出的工件重心位置93的重心位置获取部83。

处理部15还具备：三维形状获取部84，其从传感器13获取收容区域11的三维形状；空闲区域计算部85，其基于收容区域11的三维形状来计算收容区域11的空闲区域；以及可配置区域计算部86，其计算空闲区域之中满足工件形状及工件配置姿势的一个或多个工件可配置区域。处理部15也可以还具备列表生成部87，该列表生成部87生成将计算出的一个或多个工件可配置区域与由用户选择出的一种或多种工件配置姿势进行对应而成的配置列表94。由列表生成部87生成的配置列表94被存储到存储部90。

处理部15还具备：位置姿势决定部88，其决定在一个或多个工件可配置区域中适合配置工件的工件配置位置及工件配置姿势；以及工件配置指示部89，其对机器人控制部16进行基于决定出的工件配置位置及工件配置姿势将应配置的工件14配置到收容区域11的指示。位置姿势决定部88以使在工件可配置区域中应配置的工件14的接触点、接触线以及接触面的数量或大小最大的方式决定工件配置位置及工件配置姿势。位置姿势决定部88也可以参照前述的配置列表94来决定在一个或多个工件可配置区域中适合配置工件14的工件配置位置及工件配置姿势。

图12是表示本实施方式所涉及的工件配置系统10的动作的流程图。当开始用于配置工件的处理时，在步骤S10中，机器人12把持工件14。在步骤S11中，从传感器13或存储部90获取工件形状。在步骤S12中，从存储部90获取由用户选择出的工件配置姿势及工件重心位置。在步骤S13中，从传感器13获取收容区域11的三维形状。在步骤S14中，基于收容区域11的三维形状来计算收容区域11的空闲区域。在步骤S15中，基于工件形状及由用户选择出的工件配置姿势来计算工件可配置区域。

在步骤S16中，也可以生成将计算出的工件可配置区域与由用户选择出的一种或多种工件配置姿势进行对应而成的配置列表94。在步骤S17中，决定在工件可配置区域中适合配置工件14的工件配置位置及工件配置姿势。在步骤S18中，基于决定出的工件配置位置及工件配置姿势来配置工件14。在步骤S19中，判定是否存在应配置的工件，在存在应配置的工件的情况下(步骤S19：是)，重复进行步骤S10～步骤S18的处理。在不存在应配置的工件的情况下(步骤S19：否)，结束处理。

接着，对其它实施方式中的工件配置方法进行说明。图13A及图13B是表示其它实施方式中的治具100的三维形状的俯视图及侧视图。在此，对在矩形状的治具100上已经配置有工件30的状态下将工件102以由用户选择出的工件配置姿势101(即，使突出的部分朝向上方配置。)配置到治具100的例子进行说明。首先，传感器13(参照图1～图3)自上方获取治具100的三维形状。

图14A及图14B是表示其它实施方式中的治具100的空闲区域103、104的俯视图及侧视图。在获取到治具100的三维形状之后，计算治具100的空闲区域103、104。

图15A及图15B是表示其它实施方式中的工件可配置区域105、106的俯视图及侧视图。在计算出空闲区域103、104之后，计算空闲区域103、104之中能够配置工件102的工件可配置区域105、106。工件可配置区域105、106被计算为空闲区域103、104之中满足应配置的工件102的工件形状及由用户选择出的工件配置姿势101的区域。

图16A及图16B是表示其它实施方式中的工件配置位置107及工件配置姿势108的俯视图及侧视图。在计算出工件可配置区域105、106之后，决定在工件可配置区域105、106中适合配置工件102的工件配置位置107及工件配置姿势108(粗线所示)。优选的是，在存在已经配置的工件30的情况下，以使应配置的工件102以最接近已经配置的工件30的位置及姿势配置的方式决定工件配置位置及工件配置姿势。

接着，对另外的实施方式中的工件配置方法进行说明。图17A及图17B是表示另外的实施方式中的治具200的俯视图及侧视图。在此，对在棒形状的治具200上已经配置有环状的工件202的状态下将环状的工件202以由用户选择出的工件配置姿势201(即，使短轴朝向铅垂方向配置。)配置到治具200的例子进行说明。首先，传感器13(参照图1～图3)自上方获取治具200的三维形状。

图18A及图18B是表示另外的实施方式中的治具200的空闲区域的俯视图及侧视图。在获取到治具200的三维形状之后，计算治具200的空闲区域203、204、205。

图19A及图19B是表示另外的实施方式中的工件可配置区域206、207、208的俯视图及侧视图。在计算出空闲区域203、204、205之后，计算空闲区域203、204、205之中能够配置工件202的工件可配置区域206、207、208。工件可配置区域206、207、208被计算为空闲区域203、204、205之中满足应配置的工件202的工件形状及由用户选择出的工件配置姿势201的区域。

图20A及图20B是表示另外的实施方式中的工件配置位置及工件配置姿势的俯视图及侧视图。在计算出工件可配置区域206、207、208之后，决定在工件可配置区域206、207、208中适合配置工件202的工件配置位置209及工件配置姿势210(粗线所示)。优选的是，在存在已经配置的工件202的情况下，以使应配置的工件202以最接近已经配置的工件202的位置及姿势配置的方式决定工件配置位置及工件配置姿势。

根据前述的实施方式中的工件配置系统，由于基于由用户选择出的工件配置姿势来决定工件配置位置及工件配置姿势，因此能够不产生配置偏移并以期望的配置姿势配置工件。

前述的实施方式中的能够由计算机执行的程序能够通过记录到计算机可读取的非暂时性的记录介质、CD-ROM等中来提供。在本说明书中对各种实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于前述的各种实施方式，需要了解的是，在所付的权利要求书所记载的范围内能够进行各种变更。

Claims

1.一种工件配置系统，用于将一个或多个工件配置到一个或多个收容区域或治具，该工件配置系统的特征在于，具备：

机器人，其将所述工件配置到所述收容区域或治具；

传感器，其测量所述收容区域或所述治具的三维形状；

处理部，其进行用于基于所述三维形状来决定工件配置位置及工件配置姿势的处理；以及

机器人控制部，其基于所述工件配置位置及所述工件配置姿势来控制所述机器人，

其中，所述处理部具有：

工件形状获取部，其获取应配置的工件的工件形状；

配置姿势获取部，其获取由用户选择出的一种或多种工件配置姿势；

空闲区域计算部，其基于所述三维形状来计算所述收容区域或所述治具的空闲区域；

可配置区域计算部，其计算在所述空闲区域中满足所述工件形状及所述工件配置姿势的一个或多个工件可配置区域；

列表生成部，其生成将计算出的所述一个或多个工件可配置区域与所述由用户选择出的一种或多种工件配置姿势进行对应而成的配置列表；以及

位置姿势决定部，其参照所述配置列表来决定在所述一个或多个工件可配置区域中适合配置所述工件的工件配置位置及工件配置姿势。

2.根据权利要求1所述的工件配置系统，其特征在于，

所述位置姿势决定部以使在所述工件可配置区域中所述应配置的工件的接触点、接触线以及接触面的数量或大小最大的方式决定所述工件配置位置及所述工件配置姿势。

3.根据权利要求1或2所述的工件配置系统，其特征在于，

所述处理部还具有重心位置获取部，该重心位置获取部获取由用户选择出的工件重心位置。

4.根据权利要求3所述的工件配置系统，其特征在于，

所述位置姿势决定部以在所述一个或多个工件可配置区域中穿过所述工件重心位置的铅垂线通至由所述应配置的工件的接触点、接触线以及接触面形成的接触区域中的方式决定工件配置位置及工件配置姿势。

5.根据权利要求1或2所述的工件配置系统，其特征在于，

所述多个工件具有一种或多种工件形状。

6.根据权利要求1或2所述的工件配置系统，其特征在于，

所述收容区域是用于收容所述多个工件的收容容器或收容架。

7.根据权利要求1或2所述的工件配置系统，其特征在于，

所述治具具有用于对环状的工件进行定位的棒形状。

8.根据权利要求1或2所述的工件配置系统，其特征在于，

还具备显示部，该显示部显示用于使用户选择所述工件配置姿势的选项。

9.根据权利要求8所述的工件配置系统，其特征在于，

所述选项包含将所述工件形状中的突出的部分朝向上方配置这样的项目。