CN111508014A - 排除随机堆叠的多个工件的干涉的系统 - Google Patents

Abstract

一种排除随机堆叠的多个工件的干涉的系统，包含一三维感测模块、一取料设备以及一控制模块。控制模块与三维感测模块及取料设备连接。控制模块配置以执行：控制三维感测模块对多个工件撷取一三维影像，其中三维影像由多个工件中的至少一部分成像而成；分析三维影像以获得一影像信息；依据影像信息选择一待夹取工件；为待夹取工件规划一干涉排除路径；以及控制取料设备依据干涉排除路径将待夹取工件的干涉予以排除。

Description

排除随机堆叠的多个工件的干涉的系统

技术领域

本发明是有关于一种取料系统，且特别是有关于一种应用于随机堆叠的多个工件的取料系统。

背景技术

随着科技的进步，机器人已被广泛应用于工业制造，藉以促进产线自动化、提高生产效率及降低人力成本。例如，在进行产品组装时，常使用机器人作为取料设备，在使用机器人夹取前，通常会将工件规则地排列在输送带上或托盘、箱子等容器中，使每个工件彼此独立而不干涉，以提升机器人夹取的成功机率，然而，事先排列工件需要耗费人力成本与时间成本，不利于产线自动化、提高生产效率及降低人力成本。

为改善上述问题，遂发展出针对随机堆叠的工件的取料系统，其中一种系统是将工件装在箱子中，当机器人找不到可夹取的工件时，例如工件彼此干涉严重而使得所有工件的被夹取部皆被其他工件遮蔽，通过机器人夹起箱子进行摇晃，来改变工件之间的相对位置，从而使至少一工件的被夹取部有机会露出供机器人夹取。然而，此种方式无法确保每次摇晃都可使至少一工件的被夹取部露出。此外，由于工件的形状常为不规则，当工件之间出现卡死的状况，通过摇晃并无法解除卡死的状况。另外，当工件为金属材质或比重较大的材质时，工件与箱子的总重量颇为可观，机器人须被设计为足以负荷该总重量，从而提高了机器人的使用规格。

另有一种系统，是使用机械手臂对随机堆叠的工件进行搅拌，然而，此种系统同样无法确保每次搅拌都可使至少一工件的被夹取部露出，此外，在搅拌过程中，工件对机械手臂的撞击容易造成机械手臂的损伤，从而减损机械手臂的使用寿命。

又有一种系统，是机器人在进行夹取后，会侦测其所夹取到的物品是单一工件或是多个缠绕在一起的工件，当侦测到其所夹取到的物品是多个缠绕在一起的工件时，机器人将工件丢回箱子中，再重新夹取，然而，此种系统亦无法确保下次可夹取成功。因此，现今针对随机堆叠工件的取料系统，难以提升其生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种排除随机堆叠的多个工件的干涉的系统，以解决上述问题。

依据本发明的一实施方式是提供一种排除随机堆叠的多个工件的干涉的系统，包含一三维感测模块、一取料设备以及一控制模块，控制模块与三维感测模块及取料设备连接。控制模块配置以执行：控制三维感测模块对多个工件撷取一三维影像，其中三维影像由多个工件中的至少一部分成像而成；分析三维影像以获得一影像信息；依据影像信息选择一待夹取工件；为待夹取工件规划一干涉排除路径，包含控制模块将待夹取工件划分为多个区域，控制模块计算各区域的一干涉参数，及控制模块依据干涉参数将各区域进行排序，以获得干涉排除路径；以及控制取料设备依据干涉排除路径将待夹取工件的干涉予以排除。

本发明的系统可应用于夹取随机堆叠的工件，不需事先将工件进行排列，可节省人力成本与时间成本，另外，本发明藉由为待夹取工件规划干涉排除路径，可有效将待夹取工件上的干涉予以排除，有利于提升取料设备夹取成功的机率，从而可大幅提高生产效率。为使本发明的上述特征和优点更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图示做详细说明如下。

附图说明

图1是依据本发明一实施方式的系统以及工件的示意图。

图2是图1中系统的功能方块示意图。

图3是图1中控制模块配置以执行排除干涉的步骤流程图。

图4是图3中步骤640的步骤流程图。

图5是控制模块依据干涉参数将各区域进行排序的步骤流程图。

图6是控制模块依据干涉参数将各区域进行排序的另一步骤流程图。

图7是依据本发明第一实施例的干涉排除示意图。

图8是依据本发明第二实施例的干涉排除示意图。

图9是依据本发明第三实施例的干涉排除示意图。

图10是依据本发明第四实施例的干涉排除示意图。

附图标记说明：10-系统；100-3D感测模块；200-取料设备；210-本体；220-夹持部；300-控制模块；400-工件；500-箱子；610、620、630、640、641、642、643、650、710、720、730、741、742、751、752、761、762、771、772、781、782、783、784、795、710'、720'、730'、741'、742'、751'、752'、761'、762'、771'、772'、781'、782'、783'、784'、791'、792'、795'-步骤；810、820、830、840、850、860、870、880、890-工件；811、812、813、831、832、833、851、852、853、854、855、856、871、872、873、874、875、876-区域。

具体实施方式

请参照图1及图2，图1是依据本发明一实施方式的系统10以及工件400的示意图，图2是图1中系统10的功能方块示意图。本发明提供一种系统10，其可应用于排除随机堆叠的多个工件400的干涉，系统10包含一三维(three-dimensional,3D)感测模块100、一取料设备200以及一控制模块300，控制模块300与3D感测模块100及取料设备200连接。请参照图3，其是图1中控制模块300配置以执行排除干涉的步骤流程图，其包含步骤610-650。步骤610是控制3D感测模块100对多个工件400撷取一3D影像，其中3D影像由多个工件400中的至少一部分成像而成。步骤620是分析3D影像以获得一影像信息。步骤630是依据影像信息选择一待夹取工件(未另标号)。步骤640是为待夹取工件规划一干涉排除路径。步骤650是控制取料设备200依据干涉排除路径将待夹取工件的干涉予以排除。请参照图4，图4是图3中步骤640的步骤流程图。步骤640可包含步骤641-643。步骤641是控制模块300将待夹取工件划分为多个区域。步骤642是控制模块300计算各区域的一干涉参数。步骤643是控制模块300依据干涉参数将各区域进行排序，以获得干涉排除路径。

详细来说，系统10可应用于排除随机堆叠的多个工件400的干涉，如图1所示，工件400的种类及形状可皆相同(例如图1中工件400可皆为一柱状工件)且随机堆叠地放置在箱子500中。然而，本发明不以此为限，工件400可依实际需求放置于其他载体或容器，例如传输带或托盘，且工件400可为其他种类。

3D感测模块100是用于对多个工件400撷取3D影像，例如，3D感测模块100可设置在箱子500上方，用以撷取箱子500中部分工件400或者全部工件400的影像，3D感测模块100可包含两个相机(图未绘示)，各相机对工件400撷取二维(two-dimensional)影像后再通过图像处理，例如立体成像法(stereoscopic method)，以获得3D影像，图像处理可由3D感测模块100内建的图像处理单元(图未绘示)或控制模块300进行。或者，3D感测模块100可包含一相机及一投影机或者两个相机及一投影机，然而本发明不以此为限，只要可获得3D影像的装置皆可作为本发明的3D感测模块100。藉由3D影像可获得关于工件400的影像信息，如工件400的位置、高度、干涉程度、工件400的夹取区域等，依据影像信息，控制模块300可决定选择哪一个工件400作为待夹取工件，例如位于箱子500较上方且干涉较少的工件400。

取料设备200可包含一本体210及一夹持部220，其中本体210与夹持部220连接。本体210可包含机械手臂，机械手臂可为但不限于六轴机械手臂。夹持部220是用于夹取工件400，夹持部220的构造配合工件400，以图1为例，柱状工件通常以重心作为夹取区域，此时夹持部220可配置为可内收的爪。在其他实施方式中，当夹取区域包含孔洞，夹持部220可配置为可外张的爪。

控制模块300用以控制3D感测模块100以及取料设备200并具有分析及计算能力，控制模块300可为但不限于中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)。控制模块300与3D感测模块100及取料设备200连接可为有线连接或无线连接，藉此，控制模块300、3D感测模块100及取料设备200间可传递讯息。

前述「干涉」是指工件400之间产生重迭(overlap)。

前述「干涉程度」是指工件400之间彼此重迭的程度，干涉比例越大表示干涉程度越严重。工件400于一选定区域的干涉比例可依据以下公式计算：干涉比例＝[(重迭面积)/(重迭面积+未重迭面积)]×100％，重迭面积是指选定区域中该工件400与其他工件400重迭部分的总面积，未重迭面积是指选定区域中该工件400与其他工件400未重迭部分的总面积，重迭面积与未重迭面积的总和等于选定区域的面积。

前述「干涉排除路径」是指设置于待夹取工件其中一表面的一虚拟路径。

前述「控制取料设备200依据干涉排除路径将待夹取工件的干涉予以排除」是指控制模块300控制取料设备200的一部位靠近待夹取工件的该表面至一预定距离并控制夹持部220依据干涉排除路径位移，取料设备200的该部位可为夹持部220，为方便叙述，以下皆以夹持部220代表该部位，但本发明不以此为限，该预定距离的大小可弹性调整，该预定距离通常小于工件400的高度，然而本发明不以此为限，只要夹持部220位移时可将堆叠在待夹取工件的该表面上的其他工件400推开，皆可作为该预定距离，且该预定距离可由影像信息获得或人为设定，藉此，当夹持部220依据干涉排除路径位移即可排除干涉。

前述「将待夹取工件的干涉予以排除」是指将待夹取工件的干涉全部排除或部分排除，藉以降低干涉程度。

前述「干涉参数」可为各区域的干涉比例，关于干涉比例的计算请参照上文。各区域可视为干涉排除路径的一个路径点，并且可以指定各区域的一预定点代表各区域，例如，可指定各区域的中心点代表各个区域，当将各区域的预定点依据排序结果连接起来即可得到干涉排除路径。依据本发明一实施方式，各区域皆被排入干涉排除路径，藉此，取料设备200的夹持部220隔着预定距离行经所有区域，有助于排除所有区域上的干涉。各区域的面积可小于或等于夹持部220的面积，藉此，可提升干涉排除效果。

配合参照图5，其是控制模块依据干涉参数将各区域进行排序的步骤流程图，下文中各步骤的执行主体皆为控制模块。

步骤710是指定一区域为一夹取区域，夹取区域可依据工件的种类决定，例如工件为扳手时，夹取区域可为重心所在的区域，例如工件具有孔洞时，夹取区域可为孔洞所在的区域。

步骤720是判断夹取区域的干涉参数是否小于一阈值，当判断为是时，进行步骤741。阈值可依据实际需求预先设定，依据本发明一实施方式，阈值可大于或等于3D影像的噪声比例，藉以避免噪声造成误判。

步骤741是安排夹取区域为干涉排除路径的一第一路径点。

步骤751是判断多个区域是否全部排入干涉排除路径，当判断为是时，进入步骤795，排序完成，此时干涉排除路径包含第一路径点；当判断为否时，进行步骤761。

步骤761是依据各区域的干涉参数，决定具有最大干涉参数的区域为一第二路径点。

步骤771是判断多个区域是否全部排入干涉排除路径，当判断为是时，进入步骤795，排序完成，此时干涉排除路径包含第一路径点与第二路径点；当判断为否时，进行步骤781。

步骤781是决定与第二路径点距离最近的区域为一第三路径点，当有两个以上的区域与第二路径点的距离相同时，可任意选择其中一区域作为第三路径点。

倘若多个区域未全部排入干涉排除路径，可重复步骤771及783(图未绘示)，直到多个区域全部排入干涉排除路径，步骤771可参照上文，当判断为是时，进入步骤795，排序完成，当判断为否时，进行步骤783，步骤783是决定与当下路径点(在此为第三路径点)距离最近的区域为一次一路径点(在此为第四路径点)，换言之，于第二路径点后皆选择距离当下路径点最近的区域作为次一路径点。

请回到步骤720，当夹取区域的干涉参数大于或等于阈值时，进行步骤730，安排距离夹取区域最近且干涉参数小于阈值的一区域为干涉排除路径的一第一路径点，当有两个以上的区域与夹取区域的距离相同且干涉参数皆小于阈值时，可任意选择其中一区域或选择干涉参数最小的区域，作为第一路径点。

步骤742是安排夹取区域为一第二路径点。

步骤752是判断多个区域是否全部排入干涉排除路径，当判断为是时，进入步骤795，排序完成，此时干涉排除路径包含第一路径点与第二路径点；当判断为否时，进行步骤762。

步骤762是依据各区域的干涉参数，决定具有最大干涉参数的区域为一第三路径点。

步骤772是判断多个区域是否全部排入干涉排除路径，当判断为是时，进入步骤795，排序完成，此时干涉排除路径包含第一路径点、第二路径点与第三路径点；当判断为否时，进行步骤782。

步骤782是决定与第三路径点距离最近的区域为一第四路径点。

倘若多个区域尚未全部排入干涉排除路径，可重复步骤772及784(图未绘示)，直到多个区域全部排入干涉排除路径，步骤772请参照上文，当判断为是时，进入步骤795，排序完成；当判断为否时，进行步骤784，步骤784是决定与当下路径点(在此为第四路径点)距离最近的区域为一次一路径点(在此为第五路径点)，换言之，于第三路径点后皆选择距离当下路径点最近的区域作为次一路径点。另外，在所有区域未全部排入干涉排除路径前，各区域不重复排序，以兼顾干涉排除的效率与效果。

配合参照图6，其是控制模块依据干涉参数将各区域进行排序的另一步骤流程图。关于步骤710'-782'及795'可参照图5的步骤710-782及795，倘若进行完步骤781'或782'，多个区域尚未全部排入干涉排除路径，可重复步骤772'及783'(图未绘示)或重复步骤772'及784'(图未绘示)，步骤772'、783'及784'分别与步骤772、783及784相同，在此不另赘述。与图5相较，在多个区域全部排入干涉排除路径后，图6更包含进行步骤791'或792'，步骤791'是安排第一路径点为干涉排除路径的一最末路径点，步骤792'是安排第一路径点或第二路径点为干涉排除路径的一最末路径点。藉此，可避免在排除干涉过程中不慎将排除过的其他工件又推回待夹取工件上，可进一步提升干涉排除的效果。

当排序完成，将所有区域依照排序结果连起来即可得到干涉排除路径，控制模块再将干涉排除路径传送至取料设备。

以下以第一至第四实施例具体说明本发明的系统如何排除干涉，第一至第四实施例中，干涉参数为各区域的干涉比例，阀值定义为30％，并以各区域的中心点代表各区域。

图7是依据本发明第一实施例的干涉排除示意图。图7的左图是进行干涉排除之前的状态，图7的中图及右图是表示夹持部的位移路径。如图7的左图所示，工件810为待夹取工件，工件820堆叠在工件810上而形成干涉，控制模块将工件810划分为区域811-813，并计算区域811-813的干涉参数，接着依据图5的步骤流程图将区域811-813进行排序。

请同时参照图7的左图及图5，首先进行步骤710，指定区域812为夹取区域。接着进行步骤720，判断夹取区域(即区域812)的干涉参数是否小于阈值，由于判断为是，进行步骤741，安排区域812为干涉排除路径的第一路径点。进行步骤751，判断区域811-813是否全部排入干涉排除路径，由于判断为否，进行步骤761，决定具有最大干涉参数的区域813为第二路径点。进行步骤771，判断区域811-813是否全部排入干涉排除路径，由于判断为否，进行步骤781，决定与第二路径点(即区域813)距离最近的区域为第三路径点，由于仅存区域811未排序，因此决定区域811为第三路径点。

据此，干涉排除路径依序为区域812、813及811，当排序完成，控制模块将干涉排除路径传送至取料设备，并控制取料设备的夹持部依据干涉排除路径的顺序位移，如图7的中图所示，夹持部由区域812位移至区域813，而将工件820推离区域813，如图7的右图所示，夹持部由区域813位移至区域811。藉此，夹持部行经工件810的所有区域811-813，可确保所有区域811-813的干涉皆进行过排除，有利于取料设备的夹取作业。

图8是依据本发明第二实施例的干涉排除示意图。如图8的左图所示，工件830为待夹取工件，工件840堆叠在工件830上而形成干涉，控制模块将工件830划分为区域831-833，并计算区域831-833的干涉参数，接着依据图5的步骤流程图将区域831-833进行排序。请同时参照图8的左图及图5，首先进行步骤710，指定区域832为夹取区域。接着进行步骤720，判断夹取区域(即区域832)的干涉参数是否小于阈值，由于判断为否，进行步骤730，安排距离区域832最近且干涉参数小于阈值的区域833为干涉排除路径的第一路径点，进行步骤742，安排区域832为第二路径点，进行步骤752，判断区域831-833是否全部排入干涉排除路径，由于判断为否，进行步骤762，决定具有最大干涉参数的区域为第三路径点，由于仅存区域831未排序，故决定区域831为第三路径点。据此，干涉排除路径依序为区域833、832及831。

如图8的中图及右图所示，夹持部由区域833位移至区域832再位移至区域831，可将工件840先推离区域832，再将工件840推离区域831，而使工件840所形成的干涉被排除至极低的程度，不至影响取料设备的夹取作业。

图9是依据本发明第三实施例的干涉排除示意图。图9的上排最左图是进行干涉排除之前的状态，其余各图是表示夹持部的位移路径，如其余各图所示，当工件860被推离工件850后，将不再绘示出来。

如图9上排最左图所示，工件850为待夹取工件，工件860堆叠在工件850上而形成干涉，控制模块将工件850划分为区域851-856，并计算区域851-856的干涉参数，接着依据图6的步骤流程图将区域851-856进行排序。请同时参照图9上排最左图及图6，首先进行步骤710'，指定区域851为夹取区域。进行步骤720'，判断夹取区域(即区域851)的干涉参数是否小于阈值，由于判断为是，进行步骤741'，安排区域851为干涉排除路径的第一路径点。进行步骤751'，判断区域851-856是否全部排入干涉排除路径，由于判断为否，进行步骤761'，决定具有最大干涉参数的区域853为第二路径点，进行步骤771'，判断区域851-856是否全部排入干涉排除路径，由于判断为否，进行步骤781'，决定与第二路径点(即区域853)距离最近的区域854为第三路径点，之后，重复步骤771'及783'(图未绘示)直到多个区域全部排入干涉排除路径，关于步骤771'及783'可参考步骤771及783的说明。据此，控制模块决定区域855为第四路径点、区域856为第五路径点、区域852为第六路径点、当区域851-856全部排入干涉排除路径路后，进行步骤791'，安排第一路径点(即区域851)为干涉排除路径的最末路径点，即干涉排除路径依序为区域851、853、854、855、856、852及851。之后，如图9其余各图中工件850上的箭头所示，夹持部依据干涉排除路径的顺序位移，顺利将工件860所造成的干涉予以排除。

图10是依据本发明第四实施例的干涉排除示意图。图10的上排最左图是进行干涉排除之前的状态，其余各图是表示夹持部的位移路径，如其余各图所示，当工件880及890被推离工件850后，将不再绘示出来。

如图10上排最左图所示，工件870为待夹取工件，工件880、890堆叠在工件870上而形成干涉，控制模块将工件870划分为区域871-876，并计算区域871-876的干涉参数，接着依据图6的步骤流程图将区域871-876进行排序。请同时参照图10上排最左图及图6，首先进行步骤710'，指定区域871为夹取区域。进行步骤720'，判断夹取区域(即区域871)的干涉参数是否小于阈值，由于判断为否，进行步骤730'，安排距离区域871最近且干涉参数小于阈值的区域872为第一路径点，进行步骤742'，安排区域871为第二路径点，进行步骤752'，判断区域871-876是否全部排入干涉排除路径，由于判断为否，进行步骤762'，决定具有最大干涉参数的区域874为第三路径点。进行步骤772'，判断区域871-876是否全部排入干涉排除路径，由于判断为否，进行步骤782'，决定与第三路径点(即区域874)距离最近的区域873为第四路径点，之后，重复步骤772'及784'(图未绘示)直到区域871-876全部排入干涉排除路径，关于步骤772'及784'可参考步骤772及784的说明。据此，控制模块决定区域875为第五路径点、区域876为第六路径点，当区域871-876全部排入干涉排除路径路后，进行步骤792'，安排第一路径点(即区域872)为干涉排除路径的最末路径点，即干涉排除路径依序为区域872、871、874、873、875、876及区域872，之后，如图10其余各图中工件870上的箭头所示，夹持部依据干涉排除路径的顺序位移，而顺利将工件880、890所造成的干涉予以排除。

相较现有技术，本发明的系统可应用于夹取随机堆叠的工件，不需事先将工件进行排列，可节省人力成本与时间成本，另外，藉由为待夹取工件规划干涉排除路径，可有效将待夹取工件上的干涉予以排除，有利于提升取料设备夹取成功的机率，从而可大幅提高生产效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种排除随机堆叠的多个工件的干涉的系统，其特征在于，包含：

一三维感测模块；

一取料设备；以及

一控制模块，与该三维感测模块及该取料设备连接，该控制模块配置以执行：

控制该三维感测模块对该多个工件撷取一三维影像，其中该三维影像由该多个工件中的至少一部分成像而成；

分析该三维影像以获得一影像信息；

依据该影像信息选择一待夹取工件；

为该待夹取工件规划一干涉排除路径，包含：

该控制模块将该待夹取工件划分为多个区域；

该控制模块计算各该区域的一干涉参数；

该控制模块依据该干涉参数将各该区域进行排序，以获得该干涉排除路径；以及

控制该取料设备依据该干涉排除路径将该待夹取工件的干涉予以排除。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该控制模块依据该干涉参数将各该区域进行排序包含：

该控制模块指定一该区域为一夹取区域；以及

该控制模块判断该夹取区域的该干涉参数是否小于一阈值，其中：

当该夹取区域的该干涉参数小于该阈值时，该控制模块安排该夹取区域为该干涉排除路径的一第一路径点；以及

该控制模块依据各该区域的该干涉参数，决定具有最大该干涉参数的该区域为一第二路径点；

其中该干涉排除路径包含该第一路径点与该第二路径点。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，该控制模块依据该干涉参数将各该区域进行排序更包含：

该控制模块决定与该第二路径点距离最近的该区域为一第三路径点；

其中该干涉排除路径包含该第一路径点、该第二路径点与该第三路径点。

4.如权利要求2或权利要求3所述的系统，其特征在于，该控制模块依据该干涉参数将各该区域进行排序更包含：

该控制模块安排该第一路径点为该干涉排除路径的一最末路径点。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该控制模块依据该干涉参数将各该区域进行排序包含：

该控制模块指定一该区域为一夹取区域；以及

该控制模块判断该夹取区域的该干涉参数是否小于一阈值，其中：

当该夹取区域的该干涉参数大于或等于该阈值时，该控制模块安排距离该夹取区域最近且该干涉参数小于该阈值的一区域为该干涉排除路径的一第一路径点，并安排该夹取区域为一第二路径点；以及

该控制模块依据各该区域的该干涉参数，决定具有最大该干涉参数的该区域为一第三路径点；

其中该干涉排除路径包含该第一路径点、该第二路径点与该第三路径点。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，该控制模块依据该干涉参数将各该区域进行排序更包含：

该控制模块决定与该第三路径点距离最近的该区域为一第四路径点；

其中该干涉排除路径包含该第一路径点、该第二路径点、该第三路径点与该第四路径点。

7.如权利要求5或权利要求6所述的系统，其特征在于，该控制模块依据该干涉参数将各该区域进行排序更包含：

该控制模块安排该第一路径点或该第二路径点为该干涉排除路径的一最末路径点。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该取料设备包含一夹持部，各该区域的面积小于或等于该夹持部的面积。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该干涉参数为各该区域的干涉比例。

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