DE102014016033B4

DE102014016033B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Aufnehmen von regellos verteilten Gegenständen mit einem Roboter

Info

Publication number: DE102014016033B4
Application number: DE102014016033.5A
Authority: DE
Inventors: c/o FANUC CORPORATION Gotou Takefumi
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2034-10-30
Also published as: CN104608126A; DE102014016033A1; CN104608126B; US20150127162A1; JP5788460B2; US9415511B2; JP2015089589A

Abstract

Vorrichtung zum Aufnehmen eines Gegenstandes, folgendes aufweisend:einen Roboter (12) mit einer Greifeinheit (14), die zu öffnen und zu schließen ist;ein dreidimensionales Messinstrument (11) zum Vermessen von Oberflächenpositionen einer Mehrzahl von Gegenständen (17), die wahllos im dreidimensionalen Raum angehäuft sind;eine Greifeinheitsmodelleinstelleinheit (131), die ein Greifeinheitsmodell (20) festlegt einschließlich eines körperlichen Bereiches (SP1) und eines Greifbereiches (SP2) innerhalb des körperlichen Bereiches, wobei der körperliche Bereich ein Bereich mit körperlichen Teilen der Greifeinheit im geöffneten Zustand ist;eine Positionsstellungskandidateneinstelleinheit (132), welche einen oder mehrere Greifpositionsstellungskandidaten als Kandidaten für eine Position und eine Stellung der Greifeinheit festlegt;eine Greifbarkeitsberechnungseinheit (133), welche eine Greiferfolgswahrscheinlichkeit (E) berechnet für das Greifen eines der Gegenstände durch die Greifeinheit für jeden der Greifpositionsstellungskandidaten unter der Annahme, dass die Greifeinheit gemäß den durch die Positionsstellungskandidateneinstelleinheit festgelegten Greifpositionsstellungskandidaten positioniert ist, auf Basis von Positionsinformationen, die gewonnen wurden durch das dreidimensionale Messinstrument, und das Greifeinheitsmodell, das durch die Greifeinheitsmodelleinstelleinheit festgelegt wurde;eine Positionsstellungseinstelleinheit (134), welche einen oder mehrere Positionsstellungskandidaten aus den durch die Positionsstellungskandidateneinstelleinheit festgelegten Positionsstellungskandidaten auswählt, auf Basis der Greiferfolgswahrscheinlichkeit, die durch die Greifbarkeitsberechnungseinheit berechnet wurde, und diesen als Greifeinheitspositionsstellung festlegt; undeine Robotersteuereinheit (135), die den Roboter so steuert, dass die Greifeinheit in die Greifeinheitspositionsstellung bewegt wird, welche durch die Positionsstellungseinstelleinheit festgelegt wurde, um einen der Gegenstände aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass das dreidimensionale Messinstrument (11) Positionsinformationen bezüglich einer Mehrzahl dreidimensionaler Punkte (31) gewinnt; und die Greifbarkeitsberechnungseinheit (133) die Greiferfolgswahrscheinlichkeit (E) zusätzlich auf Basis von Positionsinformationen bezüglich der dreidimensionalen Punkte (31) berechnet, die durch das dreidimensionale Messinstrument (11) gewonnen wurden und im Greifbereich liegen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufnehmen von Gegenständen, die im dreidimensionalen Raum regellos aufgehäuft sind, mit einem Roboter, der eine Greifeinheit aufweist.
Zum Stand der Technik
Bekannt sind Vorrichtungen dieser Art, die eingerichtet sind, die Position eines Gegenstandes zu erkennen durch dreidimensionalen Abgleich mit einer dreidimensionalen Punktmenge, die gewonnen wird durch Vermessung von wahllos gehäuften Gegenständen mit einem dreidimensionalen Messinstrument. Eine derartige Vorrichtung ist beispielhaft in der japanischen Patentveröffentlichung 20047-295223 ( JP 2011-179909 A ) beschrieben. Bekannt ist auch eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, wahllos (regellos) aufgehäufte Gegenstände unter Verwendung eines dreidimensionalen Messinstrumentes zu vermessen und einen Bereich zu extrahieren, der mit einer Greifeinheit ergriffen werden kann. Eine solche Vorrichtung ist beispielhaft beschrieben in der japanischen Patentveröffentlichung 2004-295223 ( JP 2011-093058 A ).
Gemäß der in der JP 2011-179909 A beschriebenen Vorrichtung wird vorab ein dreidimensionales Modellmuster eines Gegenstandes aus einem CAD-Modell oder dergleichen gewonnen und Oberflächen von Artikeln im dreidimensionalen Raum werden unter Verwendung eines dreidimensionalen Messinstrumentes vermessen und es wird eine dreidimensionale Punktmenge (ein Abstandsbild) gewonnen und sodann wird die dreidimensionale Punktmenge in Teilbereiche unterteilt, die von einer Kante umgeben sind, welche aus der dreidimensionalen Punktmenge extrahiert wird. Anfänglich wird einer der Teilbereiche als Gegenstandsbereich gesetzt und es werden sowohl ein Abgleichprozess des dreidimensionalen Modellmusters bezüglich des Artikelbereichs und ein Aktualisierungsverfahren zum Hinzufügen eines weiteren Teilbereichs des Artikelbereichs wiederholt, um so Positionen und Stellungen der Gegenstände zu vermessen. Bei der in der JP 2011-093058 A beschriebenen Vorrichtung wird vorab ein Greifbereich einschließlich eines Greifmechanismusbereiches, der durch einen Greifmechanismus bestimmt wird, und ein Greifabschnittsbereich, der durch einen Greifabschnitt eines Zielkörpers, der durch den Greifmechanismus zu ergreifen ist, abgespeichert und ein Bereich, der in der Größe gleich ist dem Greifbereich und ein Bereich, wo ein Gegenstand in dem gesamten Bereich vorhanden ist, der in der Größe gleich ist dem Greifabschnittsbereich, wobei jedoch der Gegenstand nicht vorhanden ist in einem Bereich, der in der Größe gleich ist dem Greifmechanismusbereich, wird als greifbarer Bereich extrahiert.
Jedoch ist es bei der in der JP 2011-179909 A beschriebenen Vorrichtung erforderlich, vorab ein dreidimensionales Modellmuster für jeden Typ eines Gegenstandes anzufertigen und dies erfordert Zeit und Aufwand. Insbesondere bei einer großen Anzahl von Typen von Gegenständen ist es erforderlich, die Modellmuster für alle Typen anzufertigen und deshalb wird der Aufwand besonders groß. Für einen Gegenstand mit nicht definierter Form ist es naturgemäß schwierig, ein Modellmuster anzufertigen. Wird eine Greifeinheit in eine Aufnahmeposition bewegt, die durch die Positionsstellung des Gegenstandes bestimmt ist, kann es zu einer Kollision zwischen einem anderen Gegenstand und der Greifeinheit kommen.
Bei der Vorrichtung gemäß der JP 2011-093058 A ist es erforderlich, vorab einen Greifbereich eines Gegenstandes festzulegen. Es treten Fälle auf, in denen in einigen Positionen und Stellungen der Greifabschnittsbereich nicht auf der Seite des dreidimensionalen Messinstrumentes freiliegt und deshalb ist es in solchen Fällen schwierig, den Gegenstand aufzunehmen.
Das Dokument DE 11 2011 103 794 T5 offenbart eine Aufnahmevorrichtung, die in einer ersten Ausführungsform einen Sensor mit einem Bereich zum Extrahieren eines Greifbarkeitsmerkmals unabhängig von dem vollständigen Werkstückprofil aufweist. In einer zweiten Ausführungsform werden zusätzlich zu den Handprofildaten auch die Werkstückprofildaten gespeichert. In einer fünften Ausführungsform werden Möglichkeiten genannt, die zu einer Beschleunigung des Greifvorgangs führen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Vorrichtung zum Aufnehmen von Gegenständen gemäß einer ersten Merkmalskombination nach Anspruch 1 weist folgendes auf: einen Roboter mit einer Greifeinheit, die zu öffnen und zu schließen ist; ein dreidimensionales Messinstrument, welches Oberflächenpositionen einer Mehrzahl von Gegenständen misst, welche regellos im dreidimensionalen Raum aufgehäuft sind, um so Positionsinformationen bezüglich einer Mehrzahl dreidimensionaler Punkte zu gewinnen; eine Einheit zum Einrichten eines Greifeinheitsmodells mit einem körperlicher Bereich und einem Greifbereich innerhalb des körperlicher Bereichs, wobei der körperlicher Bereich einen wesentlichen Teil der Greifeinheit in geöffnetem Zustand ausmacht; eine Einheit zum Ansetzen von einem oder mehreren Positionsstellungskandidaten als Kandidaten für eine Position und eine Stellung der Greifeinheit; eine Greifbarkeitsberechnungseinheit, die die Wahrscheinlichkeit des Erfolgs beim Greifen irgendeines der Gegenstände durch die Greifeinheit für jeden Greifpositionsstellungskandidaten berechnet unter der Annahme, dass die Greifeinheit platziert wird gemäß den Greifpositionsstellungskandidaten, welche durch die Positionsstellungskandidatenansetzeinheit angesetzt sind, auf Basis der durch das dreidimensionale Messinstrument gewonnenen Positionsinformationen und dem Greifeinheitsmodell, welches durch die Greifeinheitsmodelleinrichteinheit eingerichtet ist; eine Positionsstellungssetzeinheit, die einen oder mehrere der Positionsstellungskandidaten aus den durch die Positionsstellungskandidatenansetzeinheit angesetzten Positionsstellungskandidaten auswählt auf Basis der Greiferfolgswahrscheinlichkeit, die durch die Greiferfolgswahrscheinlichkeitsberechnungseinheit berechnet ist, und welche eine entsprechende Greifeinheitspositionsstellung einstellt; und eine Robotersteuereinheit, die den Roboter so steuert, dass er die Greifeinheit in die Greifeinheitspositionsstellung bewegt, welche durch die Positionsstellungseinstelleinheit eingestellt ist, um irgendeinen der Gegenstände zu ergreifen.
Die Erfindung lehrt auch ein Verfahren nach Anspruch 11 zum Ergreifen eines Gegenstandes aus einer Vielzahl von Gegenständen, die im dreidimensionalen Raum ungeordnet angehäuft sind unter Verwendung eines Roboters mit einer Greifeinheit, die zu öffnen und zu schließen ist, wobei das Verfahren folgende Schritt aufweist: Vermessen der Oberflächenpositionen einer Mehrzahl von Gegenständen, um Positionsinformationen für eine Mehrzahl dreidimensionaler Punkte zu gewinnen; Einrichten eines Greifeinheitsmodells mit einem körperlicher Bereich und einem Greifbereich innerhalb des körperlicher Bereichs, wobei der körperlicher Bereich einen wesentlichen Bereich der Greifeinheit in geöffnetem Zustand ausmacht; Ansetzen von einem oder mehreren Positionsstellungskandidaten als Kandidaten für die Position und Stellung der Greifeinheit; Berechnen einer Greiferfolgswahrscheinlichkeit für irgendeinen der Gegenstände durch die Greifeinheit für jeden der Greifpositionsstellungskandidaten unter der Annahme, dass die Greifeinheit entsprechend dem Greifpositionsstellungskandidaten angeordnet ist, auf Basis der Positionsinformationen, die mit dem dreidimensionalen Messinstrument gewonnen wurden und des Greifeinheitsmodells; Auswählen von einem oder mehreren Positionsstellungskandidaten aus den Positionsstellungskandidaten auf Basis der Greiferfolgswahrscheinlichkeit und Einstellen einer Greifeinheitspositionsstellung; Steuern der Roboters so, dass die Greifeinheit in die Greifeinheitspositionsstellung gebracht wird, um irgendeinen der Gegenstände aufzugreifen.
Figurenliste
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden noch deutlicher anhand der nachfolgenden Beschreibung mit Blick auf die begleitenden Figuren:

1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zum Aufnehmen oder Ergreifen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ist eine perspektivische, schematische Darstellung des Aufbaus eines Greifers gemäß 1;
3A ist eine schematische Darstellung des Betriebs eines Greifers gemäß 1;
3B ist eine schematische Darstellung des Betriebs in Anschluss an den Betrieb gemäß 3A;
4 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Beispiels des Verfahrens, welches in einer Robotersteuereinheit gemäß 1 abgearbeitet wird;
5 zeigt ein Beispiel einer dreidimensionalen Punktmenge, die mit einem dreidimensionalen Messinstrument gemäß 1 gewonnen wird;
6 erläutert eine Berechnungsgleichung für die Berechnung der Greiferfolgswahrscheinlichkeit;
7A zeigt eine Stellung eines in einem Greifbereich eines Greifermodells angeordneten Gegenstandes;
7B zeigt eine andere Stellung eines im Greifbereich eines Greifermodells angeordneten Gegenstandes;
8 zeigt die Modellierung eines Behälters gemäß 1;
9 zeigt ein Beispiel einer Greiferpositionsstellung;
10 zeigt ein Beispiel des Betriebs der Vorrichtung zum Ergreifen eines Gegenstandes gemäß dem Ausführungsbeispiel;
11 zeigt ein Beispiel für den Betrieb im Anschluss an den Betrieb gemäß 10;
12 zeigt ein Beispiel für den Betrieb im Anschluss an den Betrieb gemäß 11;
13 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines modifizierten Beispiels für die Schritte S2 und S3 gemäß 4;
14 zeigt ein Beispiel eines orthogonalen Projektionsbildes, das gewonnen wird durch Orthogonalprojektion dreidimensionaler Punkte in einer vorgegebenen Richtung, welche mit dem dreidimensionalen Messinstrument gewonnen worden sind;
15 zeigt ein Beispiel einer Bildfilterung, bei dem ein Greifermodell auf ein orthogonales Projektionsbild projiziert ist;
16 erläutert unterschiedliche Stellungen eines Gegenstandes und Greiferpositionsstellungen in einem Behälter;
17 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung des internen Aufbaus der Robotersteuereinrichtung gemäß 1; und
18 ist ein Beispiel für einen (Punkt-) Verknüpfungssatz.

BESCHREIBUNG IM EINZELNEN
Nachfolgend werden mit Blick auf die FIGn. 1 bis 18 erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung für das Aufnehmen oder Ergreifen eines Gegenstandes beschrieben. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung 10 zum Ergreifen eines Gegenstandes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung 10 zum Ergreifen eines Gegenstandes hat ein dreidimensionales Messinstrument 11, einen Roboter 12, und eine Robotersteuereinrichtung 13 zum Steuern des dreidimensionalen Messinstrumentes und des Roboters 12 mit entsprechenden Verbindungsleitungen. Der Roboter 12 hat einen Greifer 14 an der Spitze eines Armes 12a. Ein Container 16 ist neben dem Roboter 12 angeordnet. 1 zeigt weiterhin ein orthogonales Koordinatensystem mit den drei Achsen X, Y und Z. Die Z-Richtung ist die Vertikalrichtung und die X-Richtung und die Y-Richtung sind Horizontalrichtungen. Der Container 16 ist in der XZ-Ebene dargestellt.
Im oben offenen Behälter 16 sind eine Vielzahl von Gegenständen 17 wahllos verteilt (aufgehäuft). Die Vorrichtung 10 zum Ergreifen eines Gegenstandes gemäß diesem Ausführungsbeispiel bestimmt eine Position und eine Stellung (eine Positionsstellung) des Greifers 14, die geeignet ist zum Ergreifen des Gegenstandes 17 und die Vorrichtung steuert den Roboter 12 so, dass der Greifer 14 in eine bestimmte Positionsstellung bewegt wird. In dieser Positionsstellung ergreift der Greifer 14 den Gegenstand 17 und entnimmt ihn dann aus dem Behälter 16 durch Betätigung des Roboters 12, um den Gegenstand 17 in eine vorgegebene Position außerhalb des Behälters 16 zu bringen. 1 zeigt eine Mehrzahl von Gegenständen 17 mit gleicher Form, jedoch können auch Gegenstände eingesetzt werden mit undefinierter Form sowie eine Vielzahl von Arten von Gegenständen.
Das dreidimensionale Messinstrument 11 ist oberhalb eines Mittelabschnittes des Behälters 16 angeordnet und vermisst eine Oberfläche eines freiliegenden Gegenstandes 17 unter den wahllos im Behälter verteilten Gegenständen 17, um Positionsinformationen (dreidimensionale Informationen) mit einer Mehrzahl dreidimensionaler Punkte zu gewinnen. Der Messbereich des dreidimensionalen Messinstrumentes 11 muss den Behälter 16 einschließen, jedoch verringert ein übermäßig großer Messbereich die Messauflösung. Deshalb ist der Messbereich vorzugsweise etwa so groß wie der vom Behälter 16 eingenommene Bereich und entspricht diesem beispielsweise. In 1 ist das dreidimensionale Messinstrument 11 an einem besonderen Ausleger 15 fixiert, jedoch kann das Instrument auch an der Spitze des Roboters 12 montiert sein. Das dreidimensionale Messinstrument 11 und die Robotersteuereinrichtung 13 kommunizieren über eine geeignete Verbindung.
Als dreidimensionales Messinstrument 11 sind verschiedene kontaktfreie Ausführungsformen einsetzbar. Genannt seien beispielhaft eine stereoskopische Einrichtung mit zwei Kameras, eine abtastende Einrichtung mit schlitzförmigem Laserlicht, eine abtastende Einrichtung mit punktförmigem Laserlicht, eine projizierende Einrichtung, die Licht auf den Gegenstand mit zum Beispiel einem Projektor projiziert, und eine Messeinrichtung, die Laufzeiten von Licht misst von der Emission aus einem Projektor über Reflexion am Gegenstand und zurück zu einem Empfänger.
Das dreidimensionale Messinstrument 11 liefert die gewonnene dreidimensionale Information im Format eines Distanzbildes oder einer dreidimensionalen Karte. Das Distanzbild ist ein Bild, bei dem dreidimensionale Information ausgedrückt ist als Höhe einer Position auf dem Bild oder als Distanz vom dreidimensionalen Messinstrument 11 unter Verwendung von Helligkeit oder Farbe für jeden Bildpunkt des Bildes. Andererseits kann die dreidimensionale Karte auch dreidimensionale Information ausdrücken als Satz gemessener dreidimensionaler Koordinatenwerte (x, y, z). Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist jeder Bildpunkt in einem Distanzbild oder ein Punkt mit dreidimensionalen Koordinatenwerten in einer dreidimensionalen Karte bezeichnet als ein dreidimensionaler Punkt und eine Menge (ein Satz) mit einer Mehrzahl von dreidimensionalen Punkten wird als dreidimensionale Punktmenge bezeichnet. Die dreidimensionale Punktmenge ist eine Menge aller dreidimensionaler Punkte, die mit dem dreidimensionalen Messinstrument 11 gemessen wurden.
2 ist eine perspektivische Darstellung des schematischen Aufbaus eines Greifers 14. Der Greifer14 hat eine Welle 141, die an der Spitze des Roboterarmes 12a angebracht ist, eine Platteneinheit 142 an einem unteren Endabschnitt der Welle 141, und ein Paar von Greifarmen 143, die an den Enden der Platteneinheit 142 angebracht sind. Die Welle 141 erstreckt sich entlang der Axiallinie L1 und die Platteneinheit 142 erstreckt sich entlang einer Axiallinie L2, die senkrecht steht zur Axiallinie L1. Das Paar Greifarme 143 hat jeweils eine Länge L, gemessen parallel zur Axiallinie L1, eine Stärke T, gemessen parallel zur Axiallinie L2, und eine Breite W, gemessen parallel zu einer Axiallinie L3, die sich senkrecht zu sowohl der Axiallinie L1 als auch der Axiallinie L2 erstreckt, und die Arme sind symmetrisch geformt in Bezug auf die Axiallinie L1. Der Greifarm 143 ist parallel zur Axiallinie L2 entlang der unteren Fläche der Platteneinheit 142 bewegbar und so kann der Abstand D zwischen den Armen 143 geändert werden. Eine Länge von der Spitze eines Greifarmes 143, die erforderlich ist, einen Gegenstand 17 mit den Greifarmen 143 zu ergreifen, wird parallel zur Axiallinie L1 gemessen und ist in der Fig. als Greiflänge a angegeben.
Gemäß der Fig. schneiden sich die Axiallinien L1, L2 und L3 in einem Punkt und unterhalb dieses Schnittpunktes, in einem vorgegebenen Abstand in Richtung der Achse L1, liegt ein Punkt P0, wo die Axiallinie L1 die Bodenfläche der Greifarme 143 schneidet; der Punkt P0 wird als Referenzpunkt für den Greifer 14 gewählt und eine Position des Greifers 14 ist also bestimmt durch die Koordinaten (x, y, z) des Referenzpunktes P0. Eine Stellung des Greifers, in der die Axiallinie L1 zu der Z-Achse, die Axiallinie L2 zu der X-Achse, und die Axiallinie L3 zu der Y-Achse parallel sind (1) wird als Referenzstellung des Greifers 14 bezeichnet; wobei der Greifer 14 aus der Referenzstellung um einen vorgegebenen Winkel ψ (beispielsweise -90° ≤ ψ ≤ 90°) um die Axiallinie L1 drehbar ist und weiterhin um einen vorgegebenen Winkel ϕ (beispielsweise -30° ≤ ϕ ≤ 30°) um die Axiallinie L2 drehbar ist, und weiterhin um einen vorgegebenen Winkel θ (beispielsweise -30° ≤ θ ≤ 30) um die L3-Axiallinie drehbar ist.
Deshalb definieren die Winkel ϕ, θ, ψ eine Stellung des Greifers 14. Mit anderen Worten: eine Positionsstellung des Greifers 14 im dreidimensionalen Raum ist bestimmt durch sechs Freiheitsgrade (x, y, z, ϕ, θ und ψ) einschließlich drei Translationsrichtungen (x, y, z) und drei Drehrichtungen (ϕ, θ, ψ).
Die 3A und 3B zeigen jeweils schematische eine Betätigung der Greifarme 143 des Greifers 14. Der Gegenstand 17 hat beispielsweise einen scheibenförmigen Abschnitt 171 und einen zylindrischen Abschnitt 172, der sich senkrecht vom Mittelabschnitt der Scheibe 171 ausgehend erstreckt. Soll der Gegenstand beispielsweise gemäß 3A ergriffen werden, werden die Greifarme 143 geöffnet und im Paar so angeordnet, dass sie auf beiden Seiten des Gegenstandes (hier: zylindrischer Abschnitt 172) angeordnet sind. Aus diesem Zustand heraus wird das Paar Greifarme 143 gemäß 3B geschlossen, um den Gegenstand 17 zu ergreifen. Ist der Gegenstand 17 umgekehrt angeordnet, greifen die Arme 143 den scheibenförmigen Abschnitt 171.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Greifarme 143 gemäß 3A im Voraus in der Robotersteuereinrichtung 13 als Greifermodell 20 angesetzt. Das Greifermodell 20 hat einen körperlichen Bereich SP1, bei dem es sich um einen gegenständlichen Bereich handelt, in dem das Paar von Greifarmen 143 gegeben ist, und einen Greifbereich SP2, der innerhalb des körperlichen Bereichs SP1 angeordnet ist. Wenn eine Positionsstellung des geöffneten Greifers 14 so gesteuert wird, dass der Gegenstand 17 im Greifbereich SP2 angeordnet ist, dann ist der Gegenstand 17 greifbar.
4 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des mit der Robotersteuereinrichtung 13 ausgeführten Arbeitsverfahrens und insbesondere zeigt das Flussdiagramm das Verfahren beim Ergreifen (Aufnehmen) eines Gegenstandes. Anhand des Flussdiagrammes gemäß 4 wird also der Betrieb der Vorrichtung 10 zum Aufnehmen eines Gegenstandes beschrieben unter Berücksichtigung der weiteren damit verbundenen Fign.
Das Verfahren gemäß 4 wird beispielsweise gestartet wenn ein Aufnahmestartbefehl bezüglich eines Gegenstandes 17 durch Betätigung eines entsprechenden Schalters oder dergleichen (nicht gezeigt) gegeben wird. Anfänglich werden in Schritt S1 die Oberflächen einer Mehrzahl von Gegenständen 17 vermessen, die wahllos im dreidimensionalen Raum angehäuft sind und hierzu wird das dreidimensionale Messinstrument 11 verwendet, woraus sich die dreidimensionale Punktmenge 30 ergibt. 5 illustriert ein Beispiel der dreidimensionalen Punktmenge 30, die gewonnen wird unter Verwendung des dreidimensionalen Messinstrumentes 11 und dreidimensionaler Punkte 31, welche die dreidimensionale Punktmenge 30 bilden. In der Fig. sind die dreidimensionalen Punkte 31 mit schwarzen Kreisen und die dreidimensionale Punktmenge 30 mit einer umgebenden gestrichelten Linie gekennzeichnet, die alle schwarzen Punkte umfängt.
Sodann wird in Schritt S2 zumindest ein Greifer-Positionsstellungskandidat angesetzt, also ein Kandidat bezüglich einer Positionsstellung des Greifers 14 im dreidimensionalen Raum. Der Greifer-Positionsstellungskandidat wird mit sechs Freiheitsgraden beschrieben, d.h. Positionskoordinaten (x, y, z) und Winkeln (ϕ, θ, ψ), welche eine Positionsstellung des Greifers 14 anzeigen, also insgesamt sechs Werte (x, y, z, ϕ, θ, ψ), wobei zumindest ein Freiheitsgrad als Parameter gesetzt wird.
Wird zum Beispiel x als Parameter gesetzt (x1, x2, ...) und y, z, ϕ, θ und ψ werden als feststehende Werte besetzt (y0, z0, ϕ0, θ0, ψ0), dann wird anfangs ein Bereich (Suchbereich Δx bezüglich der x-Achse) festgelegt. Der Suchbereich Δx kann festgelegt werden durch Einsetzen eines Minimalwertes xmin und eines Maximalwertes xmax bezüglich der x-Koordinaten dreidimensionaler Punkte 31, die zur dreidimensionalen Punktmenge x gehören (xmin ≤ x ≤ xmax). Der Suchbereich Δx kann vorab in der Robotersteuerung 13 eingestellt werden. Sodann wird eine Auflösung (Such-Teilung) px in x-Richtung eines Greifpositionsstellungskandidaten eingestellt. Das Such- oder Tastintervall px kann im Voraus eingestellt werden oder kann auch bestimmt werden durch Teilung des Bereiches Δx durch eine vorgegebene Zahl. Damit werden Greifpositionsstellungskandidaten (x1, y0, z0, ϕ0, θ0, ψ0), (x2, x0, z0, ϕ0, θ0, ψ0), .... in x-Richtung in gleichmäßigen Intervallen gesetzt.
Wird irgendeine der anderen Variablen y, z, ϕ, θ und ψ als Parameter gesetzt, wird das gleiche Verfahren wie oben beschrieben durchgeführt. Die Suchbereiche bezüglich ϕ, θ und ψ können durch den Greifer selbst vorgegeben sein, d.h. -30° ≤ ϕ ≤ 30°, -30° ≤ θ ≤ 30° und -90° ≤ ψ ≤ 90°. Werden von sechs Freiheitsgraden mehrere Freiheitsgrade (zum Beispiel x und y) als Parameter gewählt, dann werden Greiferpositionsstellungskandidaten ermittelt durch Kombination von Greiferpositionsstellungskandidaten, bei denen x als Parameter gesetzt ist, mit Greiferpositionsstellungskandidaten, bei denen y als Parameter gesetzt ist. Gibt es zum Beispiel fünf Greiferpositionsstellungskandidaten, bei denen x als Parameter gesetzt ist, und vier Greiferpositionsstellungskandidaten, bei denen y als Parameter gesetzt ist, dann ergeben sich insgesamt 5 x 4 = 20 Greiferpositionsstellungskandidaten. Werden x und y als Parameter gesetzt und z als fester Wert, dann kann z aus gemessenen dreidimensionalen Punkten 31 ausgewählt werden, die eine vorgegebene Bedingung erfüllen. Beispielsweise kann von denjenigen dreidimensionalen Punkten 31, die in einem vorgegebenen Abstand von der Ebene (x, y) liegen, derjenige dreidimensionale Punkt 31 ausgewählt werden mit der z-Koordinate, die den höchsten Wert hat, und dies kann dann als die z-Koordinate für den Greiferpositionsstellungskandidaten genommen werden.
Schritt S3 berechnet die Möglichkeit (Wahrscheinlichkeit) eines Erfolgs beim Greifen des Artikels 17, d.h. eine Greiferfolgswahrscheinlichkeit E unter der Annahme, dass der Greifer 14 in jedem Greiferpositionsstellungskandidaten gemäß Schritt S2 platziert wird. Die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E wird beispielsweise berechnet im Bereich von 0 bis 1,0 auf Basis von Positionsinformationen der dreidimensionalen Punkte 31 und dem eingestellten Greifermodell 20 und je größer der numerische Wert ist, umso größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Gegenstand 17 ergriffen wird. Die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E wird berechnet unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung (I), auf Basis einer Schwerpunktposition aller dreidimensionalen Punkte 71 im Greifbereich SP2, beispielsweise. $E = 1,0 - \frac{\vec{p} - \vec{g}}{D 1}$
Ein Vektor p in der obigen Gleichung (I) ist ein Vektor bis zu einem Zentralpunkt 40 der oberen Fläche des Greifbereichs SP2 und ein Vektor g ist ein Vektor bis zum Schwerpunkt 41 der dreidimensionalen Punkte 31, die gemäß 6 im Greifbereich SP2 liegen. D1 ist eine Distanz vom Zentralpunkt 40 in der oberen Fläche des Greifbereiches SP2 zu dem am meisten entfernten Punkt 42 im Greifbereich SP2. Entsprechend der obigen Gleichung (I) steigt die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E mit zunehmender Nähe des Schwerpunktes 41 der dreidimensionalen Punkte 31 zum Zentralpunkt 40 in oberen Fläche des Greifbereiches SP2 an. Mit anderen Worten: in diesem Falle steigt die Länge eines Abschnittes zum Greifen des Gegenstandes 17 an und auch das Paar von Greifarmen 143 kann den Gegenstand 17 gleichmäßig von beiden Seiten erfassen, sodass die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E ansteigt.
Bei Berechnung der Greiferfolgswahrscheinlichkeit E ist es auch möglich, einen Abstand D1 zwischen dem Schwerpunkt 41 der dreidimensionalen Punkte 31 im Griffbereich SP2 und der oberen Fläche des Griffbereichs SP2 in Bezug auf jede der X-, Y- und Z-Achsen zu bestimmen, um so E zu berechnen. Die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E kann auch berechnet werden unter Verwendung einer Manhattan-Distanz anstelle einer Euclidischen-Distanz. Weiterhin kann die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E berechnet werden unter Verwendung der nachfolgenden Formel (II) auf Basis einer Verteilung der dreidimensionalen Punkte 31, die im Greifbereich SP2 liegen. $E = 1,0 - \frac{\sum_{i = 1}^{N} | z i - z 0 |}{N • D 2}$
In der obigen Gleichung (II) ist N die Anzahl der dreidimensionalen Punkte 31 im Griffbereich SP2, z0 ist eine z-Koordinate des Schwerpunktes aller dreidimensionalen Punkte 31 im Griffbereich SP2, zi ist eine z-Koordinate des i-ten dreidimensionalen Punktes 31 im Griffbereich SP2, und D2 ist eine Höhe (Länge in z-Richtung) des Griffbereichs SP2. Die obige Gleichung (II) berücksichtigt, dass dann wenn eine obere Fläche des Gegenstandes 17, die im Griffbereich SP2 liegt, flach ist, der Gegenstand 17 in einfacher Weise ergriffen werden kann und gemäß der obigen Gleichung (II) steigt die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E mit flacher werdender Oberfläche des Gegenstandes 17. Im Falle einer Situation gemäß 7A ist zum Beispiel die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E größer als im Falle einer Situation gemäß 7B. In der obigen Gleichung (II), kann auch ein Abweichungswert der z-Koordinaten eingesetzt werden und die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E kann berechnet werden auf Basis einer Verteilung, die verschieden ist von den z-Koordinaten (beispielsweise den x-Koordinaten oder y-Koordinaten).
Aus einer Summe (E1+E2) von Greiferfolgswahrscheinlichkeiten, die durch die obige Gleichung (I) und die obige Gleichung (II) bestimmt wurden, kann die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E berechnet werden; entsprechendes gilt für die Summe möglicherweise anderer Berechnungsgleichungen, aus denen sich auch die Gesamt-Greiferfolgswahrscheinlichkeit E berechnet lässt. Es können vorab Gewichtungskoeffizienten eingestellt werden und dann kann jede der Gleichungen mit dem entsprechenden Gewichtungskoeffizienten multipliziert werden, um die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E zu berechnen.
Bei Berechnung der Greiferfolgswahrscheinlichkeit E ist es möglich, zu bestimmen, ob dreidimensionale Punkte 31 im körperlichen Bereich SP1 liegen und sodann die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E auf 0 zu setzen, wenn irgendein derartiger dreidimensionaler Punkte 31 existiert. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Greifer 14 (einer der Greifarme 143) mit einem anderen Gegenstand 17 kollidiert. Auf diese Weise ist es möglich, die Fehlgriffe zu reduzieren und Beschädigungen an einem Gegenstand 17 oder am Greifer 14 zu verhindern.
Wird ein Modell (Behältermodell) des Behälters 16 vorab in der Robotersteuereinrichtung 13 angesetzt und die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E berechnet, ist es möglich, das Auftreten oder Nichtauftreten einer Kollision zwischen dem Greifer 14 und dem Behälter 16 unter Verwendung des Containermodells zu bestimmen. 8 zeigt ein Beispiel für ein Containermodell 161. Gemäß 8 hat das Containermodell 161 einen körperlichen Bereich SP3, also einen Bereich, in dem ein körperlicher Abschnitt des Containers 16 gegeben ist. Die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E ist auf 0 zu setzen, wenn bei einem der Positionsstellungskandidaten der körperliche Bereich SP3 des Behälters 16 im körperlichen Bereich SP1 des Greifers 14 liegt. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Greifer 14 beim Versuch, einen Gegenstand 17 zu ergreifen, mit dem Behälter 16 kollidiert und Beschädigungen am Greifer 14 oder am Behälter 16 können verhindert werden.
Schritt S4 wählt zumindest einen Greifpositionsstellungskandidaten aus den in Schritt S2 gesetzten Greifpositionsstellungskandidaten aus auf Basis der Greiferfolgswahrscheinlichkeit E, die in Schritt S3 berechnet wurde, und setzt den ausgewählten Kandidaten als Greifpositionsstellung des Greifers 14 (Greiferpositionsstellung). Beispielsweise kann ein Greifpositionsstellungskandidat, bei dem die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E maximal ist, ausgewählt werden und als Greiferpositionsstellung hergenommen werden. Es ist auch möglich, im dreidimensionalen Raum oder in einer vorgegebenen zweidimensionalen Ebene einen Greifpositionsstellungskandidaten auszuwählen, bei dem die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E lokal maximal ist und diesen als Greiferpositionsstellung zu nehmen.
Schritt S5 nummeriert die einzelnen Greiferpositionsstellungen als P1, P2, ...., Pn. N ist die Anzahl der Greiferpositionsstellungen. 9 zeigt nummerierte Greiferpositionsstellungen und die Nummerierung erfolgt in absteigender Reihenfolge des Koordinatenwertes in Bezug auf eine vorbestimmte Koordinatenachse 35, d.h. ausgehend von einer am höchsten gelegenen Position (größere z-Koordinate). In 9 ist dies n=3. Die Nummerierung könnte auch erfolgen in der Reihenfolge der größeren Greiferfolgswahrscheinlichkeit E anstelle der absteigenden Größe eines Koordinatenwertes.
9 zeigt Greiferpositionsstellungen P1, P2 und P3 mit jeweils einem Paar von Pfeilen A1 und A2; die Schnittstelle des Paares von Pfeilen A1 und A2 ist eine Position einer Greiferpositionsstellung und die Richtungen der Pfeile A1 und A2 zeigen die Stellung in der Greiferpositionsstellung. Die Position der Greiferpositionsstellung ist beispielsweise ein Punkt (Bezugspunkt P0), wo sich die Achsenlinie L1 des Greifers 14 gemäß 2 und die Bodenebene der Greiferarme 143 schneiden. Die Stellung (Richtungen der Pfeile A1 und A2) der Greiferpositionsstellungen sind Richtungen parallel zu den Achsenlinien L1 und L2 des Greifers 14 gemäß 2. Die Greiferpositionsstellung wird in dem dreidimensionalen Raum definiert und deshalb ist auch in der Greiferstellungsposition die Achsenlinie L3 definiert.
In Schritt S6 wird ein Anfangswert für eine Variable k bereitgestellt, wobei die Variable natürliche Zahlen annimmt. In anderen Worten: die Verarbeitung erfolgt gemäß k←1. Die Variable k wird verwendet zur Bestimmung der Zahl der Greiferpositionsstellung Pk.
Schritt S7 erzeugt ein Steuersignal an einen den Roboter antreibenden Aktuator (Elektromotor) und bewegt den Greifer 14 in die Greiferpositionsstellung Pk (zum Beispiel P1) gemäß 10. Auf diese Weise wird das Paar Greiferarme 143 auf beiden Seiten eines Gegenstandes 17 angeordnet um diesen zu greifen.
Schritt S8 gibt ein Steuersignal zum Greifen des Gegenstandes 17 an den Antrieb des Greifers. Auf diese Weise greifen die Greifarme 143 den Gegenstand 17. Die Greiferpositionsstellung Pk wird gewonnen durch Nummerierung in absteigender Reihenfolge in Bezug auf die vorgegebene Koordinatenachse 35 (Schritt S5) und deshalb ist der zu greifende Gegenstand 17 derjenige, in der höchsten Lage im Behälter 16, wodurch die Gefahr einer Kollision zwischen Greifer 14 und einem Gegenstand 17 bei Bewegung des Greifers 14 reduziert ist. Erfolgt die Nummerierung in einer Ordnung gemäß der größten Greiferfolgswahrscheinlichkeit E, dann erfolgt das Aufgreifen zunächst eines Gegenstandes 17 mit der größten Aufgreifwahrscheinlichkeit und deshalb kann eine Änderung im Lagezustand der Gegenstände 17 bei Verschiebungen oder dergleichen begegnet werden.
Schritt S9 gibt ein Steuersignal an den Roboterantrieb zum Anheben des Greifers 14 mit gegriffenem Gegenstand 17 in eine vorgegebene Richtung, beispielsweise in Richtung der vorgegebenen Koordinatenachse 35 (9) um einen vorgegebenen Betrag, wie 12 darstellt.
In Schritt S10 wird ermittelt, ob der Greifer 14 den Gegenstand 17 erfolgreich in der angehobenen Position ergriffen hat. Hat der Greifer 14 beispielsweise einen Gewichtsdetektor und ist ein detektierter Wert zumindest gleich einem vorgegebenen Wert, dann wird daraus abgeleitet, dass der Griff erfolgreich war. Es ist auch möglich, einen Abstandssensor zu verwenden zur Bestimmung, ob der Gegenstand 17 in der gewünschten Stellung vorliegt, um so zu ermitteln, ob der Griff erfolgreich war. Es ist auch möglich, einen Schalter an der Spitze des Greifers 14 vorzusehen, um aufgrund von EIN bzw. AUS-Stellungen des Schalters festzustellen, ob der Griff erfolgreich war. Wird festgestellt, dass der Griff erfolgreich war, geht das Verfahren zu Schritt S11, wohingegen dann, wenn festgestellt wird, dass der Griff nicht erfolgreich war, das Verfahren den Schritt S11 überspringt und zu Schritt S12 geht.
Schritt S11 gibt ein Steuersignal an den Roboterantrieb und fördert den Gegenstand 17 durch Betätigung des Roboters 12 in eine vorgegebene Position und um den Gegenstand 17 vom Greifer 14 frei zu setzen.
Schritt S12 addiert 1 zu k entsprechend k←k+1 und im weiteren Schritt S13 wird ermittelt, ob k < n gilt. Bei dieser Bestimmung geht es darum, ob eine Greiferpositionsstellung existiert, wo der Greifer 14 unter n (3 in 9) Greiferpositionsstellungen Pk noch nicht die Endstellung erreicht hat. Eine Feststellung k < n zeigt, dass der Greifer 14 noch nicht die Greiferpositionsstellung Pk erreicht hat und deshalb geht das Verfahren zurück zu Schritt S7. Dann wird der Greifer 14 in die nächste Greiferpositionsstellung Pk (zum Beispiel P2) gebracht, um den Gegenstand 17 zu greifen. Eine Feststellung k ≥ n in Schritt S13 zeigt an, dass der Greifer 14 alle n-Greiferpositionsstellungen Pk absolviert hat und deshalb ist das Verfahren beendet.
Beim obigen Verfahren setzt Schritt S2 Greifpositionsstellungskandidaten an und Schritt S3 berechnet die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E für jeden Greifpositionsstellungskandidaten. Diese Verfahrensschritte sind aber auch gemäß nachfolgender Beschreibung ausführbar. 13 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines modifizierten Ausführungsbeispiels bezüglich der Schritte S2 und S3 nach 4.
Anfänglich projiziert Schritt S21 (orthogonal) dreidimensionale Punkte 31, die mit dem dreidimensionalen Messinstrument 11 gewonnen wurden, in einer vorgegebenen Richtung und erzeugt eine projizierte Ebene (hier als orthogonales Projektionsbild bezeichnet). 4 zeigt ein Beispiel eines orthogonalen Projektionsbildes 50. Die orthogonale Projektionsrichtung betrifft eine Zielrichtung (beispielsweise die Z-Richtung) des Greifers 14 beim Greifen eines Gegenstandes 17. In 14 werden die dreidimensionalen Punkte 31a, 31b und 31c jeweils auf die orthogonale Projektionsbildebene 50 projiziert, die parallel verläuft zur X-Y-Ebene.
Bildpunkte entsprechend den einzelnen dreidimensionalen Punkten 31a, 31b und 31c des orthogonalen Projektionsbildes 50 haben Bildpunktwerte entsprechend den z-Koordinaten der dreidimensionalen Punkte 31a, 31b und 31c („1“, „3“, und „9“ gemäß 14). Eine Größe (Längen in x- und y-Richtungen) eines Bildpunktes im orthogonalen Projektionsbild 50 werden vorab eingestellt. Es ist auch möglich, die Größe eines Bildpunktes so einzustellen, dass die Anzahl der Bildpunkte im Bild 50 einen vorgegebenen Wert annimmt. Bezüglich einer Stellung eines Greifpositionsstellungskandidaten werden ein Drehwinkel ϕ um die x-Achse und ein Drehwinkel θ um die y-Achse als feste Werte vorgegeben (beispielsweise 0) und dann wird ein Drehwinkel ψ um die z-Achse als Parameter eingesetzt. Wird deshalb der Drehwinkel ψ um eine vorgegebene Anzahl von Schritten mit einem vorgegebenen Winkelinkrement für jeden Bildpunkt geändert, dann ergibt sich für die Anzahl der Greifpositionsstellungskandidaten folgender Wert: (Anzahl der Bildpunkte des orthogonalen Projektionsbildes 50) x (Anzahl der Änderungen von ψ).
Schritt S22 projiziert (orthogonal) das Greifermodell 20 (3A) entsprechend einer Stellung jedes Greifpositionsstellungskandidaten auf das orthogonale Projektionsbild 50, um ein Filterbild 60 zu generieren. Bei dem vorliegenden modifizierten Ausführungsbeispiel wird entsprechend den Änderungen im Drehwinkel ψ die gleiche Anzahl von Filterbildern 60 erzeugt wie die Anzahl der Änderungen des Rotationswinkel ψ erzeugt wird (Anzahl der Kandidaten von ψ). 15 zeigt ein Beispiel für ein Filterbild 60. In der Fig. entspricht d dem Abstand zwischen einem Paar von Greifarmen 143 und T und W entsprechen der Stärke bzw. Breite der Greifarme 143 (2). Das Filterbild 60 enthält einen sogenannten körperlichen Bildabschnitt 61 entsprechend dem körperlichen Bereich SP1 des Greifermodells 20 und ein Griffbild 62 entsprechend dem Griffbereich SP2.
Schritt S23 berechnet eine Höhe za für jeden Greifpositionsstellungskandidaten unter Verwendung des Filterbildes 60. Beispielsweise kann beim Überlagern des Filterbildes auf das orthogonale Projektionsbild 50 mit Ausrichtung des Zentrums des Filterbildes 60 auf das Zentrum der Bildpunkte des orthogonalen Projektionsbildes, was der Anordnung eines Greifpositionsstellungskandidaten in derselben Position entspricht, ein Wert (Zb-La) gewonnen werden als Höhe za des Greifpositionsstellungskandidaten durch Subtraktion der Grifftiefe La (2) vom Maximalpixelwert Zb in dem orthogonalen Projektionsbild 50, welches dann im Greifbild 62 enthalten ist.
Schritt S24 berechnet die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E für jeden Greifpositionsstellungskandidaten in gleicher Weise wie in Schritt S3. Diesmal wird bestimmt, ob ein maximaler Bildpunktwert im orthogonalen Projektionsbild 50, der im „körperlichen“ Bild 61 des Filterbildes 60 enthalten ist, größer ist als die Höhe za des Greifpositionsstellungskandidaten. Ist der maximale Bildpunktwert größer als za, dann kollidiert ein unteres Ende eines Greiferarmes 143 mit dem Gegenstand 17 und deshalb wird die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E auf 0 gesetzt. Auf diese Weise kann die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E sehr schnell berechnet werden und das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Zusammenstoßes zwischen dem Greifer 14 und dem Artikel 17 kann in einer kurzen Zeitspanne ermittelt werden.
In Schritt S2 gemäß 4 werden die Positionsstellungskandidaten des Greifers 14 unter Verwendung von sechs Freiheitsgraden (x, y, z, ϕ, θ und ψ) festgelegt, jedoch ist es möglich, die Greifpositionsstellungskandidaten dann, wenn ein Abstand D zwischen einem Paar von Greifarmen 143 einstellbar ist, unter Verwendung einer Öffnungsdistanz d als zusätzlichen Parameter zu bestimmen. In diesem Fall hat die Positionsstellung des Greifers 14 sieben Freiheitsgrade (x, y, z, ϕ, θ, ψ und d).
16 ist eine Draufsicht auf ein Beispiel eines Greifpositionsstellungskandidaten, wobei die Öffnungsweite d als Parameter eingestellt ist. 16 zeigt drei Gegenstände 17a, 17b und 17c mit unterschiedlichen Stellungen. Der zylindrische Abschnitt 172 des Gegenstandes 17A ist nach unten gerichtet, der zylindrische Abschnitt 172 des Gegenstandes 17B ist nach oben gerichtet und der zylindrische Abschnitt 172 des Gegenstandes 17C ist zur Seite gerichtet. Der Gegenstand 17A kann bei Vergrößerung der Öffnungsweite d des Greifers 14 stabil gegriffen werden. Wenn bezüglich der Gegenstände 17B und 17C die Öffnungsweite d verringert wird, können die Gegenstände 17B und 17C ohne Kollision des Greiferarmes 143 mit einem anderen Gegenstand gegriffen werden. Wird die Öffnungsweite d als Parameter gesetzt, kann eine große Anzahl von Greifpositionsstellungskandidaten erzeugt werden und deshalb ist es vorzuziehen, die Greifpositionsstellungskandidaten unter Verwendung des orthogonalen Projektionsbildes 50 gemäß 14 festzulegen. Auf diese Weise kann die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E schnell berechnet werden. Das Filterbild 60 wird erzeugt durch Vergrößerung oder Verkleinerung des Greifbildes 62 entsprechend der Öffnungsweite d. Dabei ergibt sich eine Anzahl von generierten Filterbildern 60 aus Anzahl der Kandidaten von ψ x a, Anzahl der Kandidaten bezüglich der Öffnungsweite d.
Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht die folgenden Betätigungen und Wirkungen.
(1) Oberflächenpositionen einer Mehrzahl von Gegenständen 17, die ungeordnet im dreidimensionalen Raum angehäuft sind, werden gemessen unter Verwendung eines dreidimensionalen Messinstrumentes 11 und Positionsinformationen für eine Mehrzahl dreidimensionaler Punkte 31 werden gewonnen (Schritt S1); ein Greifermodell 20 einschließlich eines körperlichen Bereiches SP1 und eines Greifbereiches SP2 eines Greifers 14 im geöffneten Zustand werden festgelegt und zumindest ein Positionsstellungskandidat wird als Kandidat bezüglich einer Position und Stellung des Greifers 14 angesetzt (Schritt S2); auf Basis der unter Verwendung des dreidimensionalen Messinstrumentes 11 gewonnene Positionsinformationen und des Greifermodells 20 wird die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E bezüglich des Gegenstandes 17 für jeden Positionsstellungskandidaten berechnet unter der Annahme, dass der Greifer 14 gemäß jedem Positionsstellungskandidaten angeordnet wird (Schritt S3); zumindest ein Positionsstellungskandidat wird aus den Positionsstellungskandidaten ausgewählt auf Basis einer Greiferfolgswahrscheinlichkeit E und wird als Greiferpositionsstellung eingesetzt (Schritt S4); und der Roboter 12 wird zum Aufnehmen des Gegenstandes 17 durch Bewegung des Greifers 14 in die Greiferpositionsstellung gesteuert (Schritte S7 bis S13). Dadurch kann ein Gegenstand 17 aus einem unregelmäßig angehäuften Haufen durch Aufnahme seitens des Greifers erfasst werden, ohne dass vorab Informationen bezüglich des Gegenstandes 17 in das System eingegeben werden müssten. Da eine Information bezüglich des Gegenstandes 17 nicht eingegeben werden muss, kann der Gegenstand 17 automatisch aufgenommen werden auch bei Vorliegen einer großen Anzahl von Typen von Gegenständen 17 oder undefinierten Formen der Gegenstände 17.
Im Unterschied hierzu muss beispielsweise bei einem Verfahren (Verfahren gemäß erstem Vergleichsbeispiel) zum Erkennen der Position eines Gegenstandes über dreidimensionalen Musterabgleich unter Verwendung eines dreidimensionalen Modellmusters für den Gegenstand, das dreidimensionale Modellmuster angefertigt werden und dies verlangt Zeit und Aufwand. Insbesondere bei einer großen Anzahl von Typen von Gegenständen, müssen Modellmuster für die einzelnen Typen angefertigt werden und dies verlangt insbesondere einen großen Aufwand. Weiterhin ergeben sich bei dem Verfahren gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel die nachfolgenden Probleme im Vergleich zum erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Es ist schwierig für Gegenstände mit undefinierter Form ein dreidimensionales Modellmuster anzufertigen, was dann wiederum Schwierigkeiten beim Erkennen nach sich zieht. Sind die Gegenstände 17 wahllos aufgehäuft, ist es schwierig, dreidimensionale Punkte 31 auf einer Seite zu gewinnen, die nicht dem dreidimensionalen Messinstrument 11 gegenüberliegt und starke Neigungen oder ein Hindernis aufgrund eines benachbarten Gegenstandes verursachen schlechte Abbildungsbedingungen. Deshalb ist es schwierig, dreidimensionale Punktmengen mit hinreichender Qualität und in einem Umfang zu gewinnen, der ermöglicht, dass eine dreidimensionale Stellung des Gegenstandes über einen dreidimensionalen Musterabgleich gewonnen werden kann, was wiederum die Möglichkeiten von Fehlerkennungen oder Fehlern bei der Erkennung hinsichtlich der Positionsstellungen der Gegenstände nach sich zieht, auch kann die Position eines aufzunehmenden Gegenstandes, der weiter oben angeordnet ist, möglicherweise nicht erkannt werden und statt dessen die Position eines weiter unten angeordneten Gegenstandes zuerst erkannt werden. Wird eine Positionsstellung des Greifers 14 des Roboters 12 in Richtung auf eine Gegenstandspositionssstellung gesteuert, die fehlerhaft erkannt worden ist oder auf einen Gegenstand, der weiter unten angeordnet ist, dann entstehen Möglichkeiten dahingehend, dass das Unterlassen der Aufnahme eines Gegenstandes 17 die Effizienz der Vorrichtung vermindert, aber auch eine Kollisionsgefahr besteht zwischen dem Greifer 14 und einem Gegenstand 17 mit Bruchgefahr. Soll die Bruchgefahr durch Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters 12 vermindert werden, reduziert dies auch den Durchsatz der Vorrichtung.
Bei einem weiteren Verfahren (zweites Vergleichsbeispiel) zum Erkennen einer Positionsstellung eines Gegenstandes unter Verwendung eines Greifabschnittsbereiches, bei dem es sich um einen Teilbereich handelt, wo der Gegenstand gegriffen wird, um eine Greifpositionsstellung einzustellen, muss der Benutzer vorab einen Greifabschnittsbereich des Gegenstandes eingeben, was Zeit und Aufwand bedingt. Weiterhin kommt es dabei vor, dass der Greifabschnittsbereich nicht gegenüber dem dreidimensionalen Messinstrument freiliegt, je nach Form und Stellung des Gegenstandes, und in solchen Fällen ist es zwar möglich, den Gegenstand zu erkennen, aber die Aufnahme ist erschwert.
Soll ein Gegenstand erkannt werden unabhängig von seiner Positionsstellung, muss eine Mehrzahl von Greifabschnittsbereichen eingegeben werden und auch dies erfordert Aufwand und Zeit. Weiterhin ist bei einem Verfahren gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel es schwierig, einen Greifabschnittsbereich bei Gegenständen mit undefinierter Form einzugeben, was den Aufwand und die Schwierigkeiten beim Greifen weiterhin verstärkt.
(2) Wenn die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E auf Basis eines Abstandes zwischen dem Mittelpunkt 40 der oberen Fläche des Greifbereiches SP2 und dem Schwerpunkt 41 der dreidimensionalen Punkte 31 im Greifbereich SP2 (obige Gleichung I) berechnet wird, ist es möglich, eine Positionsstellung festzulegen, mit der es möglich ist, den Gegenstand 17 mit einem Paar von Greifarmen 143 tief zu fassen und auch den Griff in einem mittleren Bereich der Greifarme 143 entsprechend einer Greiferpositionsstellung zu fassen. Wird die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E auf Basis einer Verteilung von Beispielsweise der Ebenheit der dreidimensionalen Punkte 31 im Griffbereich SP2 berechnet (obige Gleichung II), ist es möglich, den Gegenstand 17 in einem Bereich zu greifen, wo der Griff einfacher ansetzbar ist.
(3) Wird das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Behinderung zwischen einem körperlichen Bereich SP1 des Greifers 14 in einem Greifpositionsstellungskandidaten und dem Gegenstand 17 bzw. dem Behälter 16 ermittelt und dann die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E auf 0 gesetzt, wenn eine solche Behinderung auftritt, dann kann eine Kollision zwischen dem Greifer 14 und dem Gegenstand 17 oder dem Behälter 16 vermieden werden. Deshalb kann der Gegenstand 17 sicher ergriffen und eine Beschädigung durch Kollision zwischen Greifer 14 und Gegenstand 17 oder Behälter 16 vermieden werden.
Wenn aber beispielsweise eine Positionsstellung eines Gegenstandes erkannt wird und eine Greiferpositionsstellung nur aufgrund der Positionsstellung ableitbar ist (wie zum Beispiel beim obigen ersten Vergleichsbeispiel), kann eine Behinderung auftreten wenn der Greifer in die Greiferpositionsstellung bewegt wird, sodass es zu einem Ausfall beim Greifen eines Gegenstandes kommen kann. Auch kann eine Kollision zwischen einem Greifer und dem Gegenstand oder dem Behälter eine Beschädigung des Greifers, des Gegenstandes und des Behälters verursachen.
(4) Wird ein Greifpositionsstellungskandidat des Greifers 14 eingestellt und die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E auf einem Bild 50 berechnet, wo dreidimensionale Punkte 31 und ein Greifermodell 20 projiziert sind (13), kann eine Greiferpositionsstellung sehr schnell eingestellt werden. In diesem Falle erfolgt die Verarbeitung unter Verwendung des Bildes 50, wo dreidimensionale Punkte 31 orthogonal projiziert sind, und des Filterbildes 60, wo das Greifermodell 20 orthogonal projiziert ist und deshalb ergeben sich nachfolgende Vorteile. In einem Distanzbild mit einem gemeinsamen Ausgangspunkt ist ein Abstand zwischen benachbarten Bildpunkten im realen Raum nicht konstant. Mit anderen Worten: Da ein Zielobjekt im realen Raum sich je nach Standpunkt unterscheidet, erscheint das Zielobjekt, je nach Blickwinkel, reduziert. Deshalb ist es schwierig, mit der Größe eines Greifers 14 im realen Raum auf Basis eines Abstandes zwischen Bildpunkten fertig zu werden und deshalb ist es erforderlich, ein Greifermodell unter Verwendung eines Größe auf einem Distanzbild auszudrücken. Wird aber die Größe eines Greifers 14 mit einem Distanzbild ausgedrückt, ergibt sich eine schlechte Genauigkeit, was wiederum Schwierigkeiten bedingt beim Einstellen einer Greiferpositionsstellung. Wenn hingegen das orthogonale Projektionsbild 50 verwendet wird, dann wird eine Distanz zwischen Bildpunkte, die einander benachbart sind, als solche eine Distanz im realen Raum und eine (Maß-) Einheit des realen Raumes kann direkt eingesetzt werden zum Festlegen des Greifermodells und deshalb kann auch die Greiferpositionsstellung in einfacher Weise eingestellt werden.
(5) Ist die Öffnungsweite des Greifers 14 einstellbar, wird ein Griffpositionsstellungskandidat unter Verwendung der Öffnungsweite d des Greifers 14 bei Annäherung des Greifers 14 an den Gegenstand 17 als Parameter eingestellt und deshalb wird die Greiferpositionsstellung mit einer optimierten Öffnungsweite d des Greifers 14 entsprechend dem Ladezustand des Gegenstandes 17 bestimmt. Auf diese Weise kann der Gegenstand 17 in sicherer Weise aufgenommen werden ohne ein Zusammenstoßen des Greifers 14 mit einem vom aufzunehmenden Artikel 17 verschiedenen Artikel 17.
Ein Verfahren zum Aufnehmen eines Gegenstandes aus wahllos aufgehäuften Gegenständen im dreidimensionalen Raum unter Verwendung eines Roboters 12 mit einem Greifer 14, der zu öffnen und zu schließen ist, kann in vielfältiger Weise realisiert werden, solange nur die folgenden Verfahrensschritte vorhanden sind: Vermessen von Oberflächenpositionen einer Vielzahl von Gegenständen 17 unter Verwendung eines dreidimensionalen Messinstrumentes 11 zur Gewinnung von Positionsinformationen bezüglich der Mehrzahl von dreidimensionalen Punkten 31; Festlegen eines Greifermodells 20 einschließlich eines körperlichen Bereichs SP1, in dem ein körperlicher Abschnitt des Greifers 14 in einem offenen Zustand vorhanden ist, und eines Greifbereiches SP2 innerhalb des körperlichen Bereichs SP1; Ansetzen von zumindest einem Positionsstellungskandidaten als Kandidaten bezügliche einer Position und einer Stellung des Greifers 14; Berechnen der Greiferfolgswahrscheinlichkeit E bezüglich des Gegenstandes 17 durch den Greifer 14 für jeden Positionsstellungskandidaten unter der Annahme, dass der Greifer 14 gemäß einem Positionsstellungskandidaten platziert ist, auf Basis der mittels des dreidimensionalen Messinstrumentes 11 gewonnenen Positionsinformationen und des Greifermodells 20; Auswählen von zumindest einem Positionsstellungskandidaten, der ausgewählt ist aus den Positionsstellungskandidaten auf Basis des Greiferfolgswahrscheinlichkeit E und Setzen des ausgewählten Positionsstellungskandidaten als Greiferpositionsstellung; und Steuern des Roboters 20 derart, dass der Greifer 14 in die gesetzte Greiferpositionsstellung gebracht wird zum Aufnehmen eines der Gegenstände 17.
17 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung des internen Aufbaus einer Robotersteuereinrichtung 13 gemäß 1. Die Robotersteuereinrichtung 13 hat eine Einheit 131 zum Festlegen eines Greifeinheitsmodells, eine Einheit 132 zum Einsetzen eines Positionsstellungskandidaten, eine Greifbarkeitsberechnungseinheit 133, eine Positionseinstellungssetzeinheit 134, und eine Robotersteuereinheit 135.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel greift ein Greifer 14 mit einem Paar von Greifklammern (2 Finger) einen Gegenstand 17, jedoch kann der Greifer 14 auch zumindest drei Finger aufweisen und der Aufbau einer Greifeinheit mit Offenzuständen und Schließzuständen zum Greifen des Gegenstandes 17 ist nicht auf die obige Struktur beschränkt. Deshalb ist auch der Aufbau der Einheit 131 zum Einstellen eines Greifeinheitmodells einschließlich eines körperlichen Bereiches, bei dem es sich um einen Bereich handelt mit einem körperlichen Abschnitt der Greifeinheit, in einem Offenzustand, und einem Greifbereich innerhalb des körperlichen Bereichs, nicht auf den obigen Aufbau beschränkt.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein Positionsstellungskandidat des Greifers 14 festgelegt (Schritt S2) unter Verwendung von zumindest einem Freiheitsgrad aus Freiheitsgraden in sechs Richtungen (x, y, z, ϕ, θ und ψ) als Parameter oder unter Verwendung der Öffnungsweite d des Greifers 14 als Parameter, jedoch ist die Einrichtung der Positionsstellungskandidatensetzeinheit 132 bezüglich Position und Stellung einer Greifeinheit nicht auf diese Ausführungsform beschränkt.
Beispielsweise ist es möglich, dass in der Robotersteuereinrichtung 13 eine Berechnungseinheit für einen Verknüpfungssatz vorgesehen ist, die zumindest einen Verknüpfungssatz bestimmt durch Verbindung dreidimensionaler Punkte 31, die benachbart zueinander liegen, aus einer Vielzahl dreidimensionaler Punkte 31, die mit dem dreidimensionalen Messinstrument gemessen sind, um für den Greifer auf Basis jedes Verknüpfungssatzes einen Positionsstellungskandidaten festzulegen. Liegt der Abstand zwischen einem ersten dreidimensionalen Punkt 31 und einem zweiten dreidimensionalen Punkt 31 innerhalb (unterhalb) eines vorgegebenen Wertes, wird der Verknüpfungssatz durch Verbindung des ersten dreidimensionalen Bildes 31 und des zweiten dreidimensionalen Punktes 31 gebildet.
18 erläutert ein Beispiel für einen Verknüpfungssatz 32. Wenn gemäß 18 eine Mehrzahl dreidimensionaler Punkte 31 (dort bezeichnet mit 311 bis 317) unter Verwendung des dreidimensionalen Messinstrumentes 11 vermessen werden und dabei die Punkte 311 und 312, 312 und 313, 313 und 314, sowie 315 und 316 im vorgegebenen Abstandsbereich liegen, werden diese Punkte miteinander verbunden. In diesem Falle sind die Punkte 311 und 314 auch über 312 und 131 verbunden und deshalb gehören die Punkte 311 bis 314 zum selben Verknüpfungssatz. Andererseits sind die Punkte 315 und 316 nicht mit einem der Punkte 311 bis 314 verbunden und deshalb bilden sie einen anderen Verknüpfungssatz 322. Da der Punkt 371 nicht mit irgendeinem der Punkte 311 bis 316 verbunden ist, bildet der einzelne Punkt 317 einen Verknüpfungssatz 323.
Wenn wahllos aufgehäufte Gegenstände 17 mit dem dreidimensionalen Messinstrument 11 vermessen werden, liegen dreidimensionale Punkte 31 (zum Beispiel 313 und 314 gemäß 18) nahe beieinander auf dem gleichen Gegenstand 17. Im Unterschied dazu sind bei Vorliegen einer Grenze zwischen Gegenständen 17 die Positionen dreidimensionaler Punkte (beispielsweise 314 und 315 gemäß 18), die einander benachbart sind, um eine größere Strecke voneinander beabstandet. Deshalb gehören zwar die dreidimensionalen Punkte 313 und 314 zum gleichen Verknüpfungssatz 32, jedoch gehören die dreidimensionalen Punkte 314 und 315 zu einem anderen Verknüpfungssatz. Wenn deshalb ein maximaler Abstand zwischen dreidimensionalen Punkte, welche einen Verknüpfungssatz 32 bilden, eine minimale Anzahl von Punkten und eine maximale Anzahl von Punkten in einem Verknüpfungssatz sowie andere Kriterien angemessen gesetzt werden, kann angenommen werden, dass ein Verknüpfungssatz 32 auf der Oberfläche eines einzigen Gegenstandes 17 liegt.
Wird ein Greifpositionsstellungskandidat des Greifers 14 auf Basis eines Verknüpfungssatzes 32 festgelegt, kann beispielweise der Schwerpunkt der den Verknüpfungssatz 32 bildenden dreidimensionalen Punkte als Greifpositionskandidat für den Greifpositionsstellungskandidaten hergenommen werden. Dann wird für diesen Greifpositionskandidaten eine Stellung geändert oder vorgegebene Stellungen werden kombiniert, um den Greifpositionsstellungskandidaten einzustellen. Es ist beispielsweise möglich, einen Greifpositionsstellungskandidaten in einem vorgegeben Bereich (Suchbereich) um einen Schwerpunkt des Verknüpfungssatzes zu wählen oder den Greifpositionsstellungskandidaten unter Verwendung eines Bereichs einzustellen, wo dreidimensionale Punkte 31, die den Verknüpfungssatz 32 bilden, im Suchbereich liegen.
Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E für jeden Greifpositionsstellungskandidaten, gemäß dem der Greifer 14 positioniert ist, berechnet unter Verwendung der Gleichungen I und II auf Basis von Positionsinformationen bezüglich der dreidimensionalen Punkte 31, die unter Verwendung des dreidimensionalen Messinstrumentes 11 gewonnen wurden, und eines Greifermodells 20 (Greifeinheitsmodell), jedoch ist die Einrichtung der Greiffähigkeitsberechnungseinheit 133 nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Es wird beurteilt, ob der Gegenstand 17 im körperlichen Bereich SP1 des Greifermodells 20 liegt und dann wird die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E auf 0 gesetzt, jedoch ist es möglich, die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E auf einen kleinen Wert ungleich 0 zu setzen. Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ermittelt, ob der körperliche Bereich SP3 des Behältermodells 161 im körperlichen Bereich SP1 des Greifers 14 liegt und wenn dies der Fall ist, wird die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E auf 0 gesetzt, jedoch ist es auch möglich, dann die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E auf einen kleinen Wert ungleich 0 zu setzen. Unterschiedliche Formen für den Behälter 16 (Speichereinheit) können vorgesehen werden und die Robotersteuereinheit 13, welche das Speichereinheitsmodell setzt, kann dem Rechnung tragen.
Beim obigen Ausführungsbeispiel (13) wird ein orthogonales Projektionsbild 50 generiert, das gewonnen wird durch orthogonale Projektion einer Mehrzahl dreidimensionaler Punkte 31, die mit einem dreidimensionalen Messinstrument 11 gemessen wurden, es wird ein Positionsstellungskandidat auf dem orthogonalen Projektionsbild 50 festgelegt, und es wird die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E berechnet auf Basis dieses Positionsstellungskandidaten und eines Filterbildes 60, das orthogonal projiziert ist auf das orthogonale Projektionsbild 50. Es ist jedoch auch möglich, die dreidimensionalen Punkte 31 mit einem anderen Verfahren als der orthogonalen Projektion auf ein Bild zu projizieren. Mit anderen Worten: Solange nur der Positionsstellungskandidat gesetzt wird auf Basis projizierter Punkte, die gewonnen werden durch Projektion dreidimensionaler Punkte 31 auf eine Ebene, und sodann die Greiferfolgswahrscheinlichkeit E berechnet wird auf Basis eines Projektionsmodells, wie einem Filterbild 60, das gewonnen wird durch Projektion eines Greifeinheitsmodells, wie des Greifermodells 20, auf eine Ebene, sowie der projizierten Punkte, sind verschiedene Modifikationen des Verfahrens bei diesem Ausführungsbeispiel möglich.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird ein Greifpositionsstellungskandidat, wo die in der Greifbarkeitsberechnungseinheit 133 berechnete Greiferfolgswahrscheinlichkeit E maximal ist oder lokal maximal ist, als Greiferpositionsstellung eingesetzt. Solange jedoch mindestens ein Positionsstellungskandidat ausgewählt aus Positionsstellungskandidaten, welche durch die Positionsstellungskandidatensetzeinheit 132 auf Basis der Greiferfolgswahrscheinlichkeit E, die mit der Greifbarkeitsberechnungseinheit 133 berechnet wurde, ausgewählt wird und sodann der ausgewählte Positionsstellungskandidat als Greifeinheitspositionsstellung gesetzt wird, kann die Positionsstellungseinstelleinheit 134 in unterschiedlicher Weise realisiert sein.
Bei den obigen Ausführungsbeispielen wird die Greiferpositionsstellung ausgedrückt unter Verwendung der Pfeile A1 und A2 (9) und der Greifer 14 wird in diese Greiferpositionsstellung bewegt. Solange jedoch der Roboter 12 so gesteuert wird, dass er den Greifer 14 in eine Greiferpositionsstellung bewegt (eine Greifeinheitspositionsstellung), die durch die Positionsstellungseinstelleinheit 134 gesetzt wird, zum Aufnehmen des Gegenstandes 17, kann die Robotersteuereinheit 35 auch in anderer Weise konfiguriert sein.
Es ist möglich aus den beschriebenen Ausführungsbeispielen einzelne Merkmale mit einem oder mehreren anderen Ausführungsbeispielen zu kombinieren.
Gemäß der Erfindung werden Positionsstellungskandidaten einer Greifeinheit gesetzt, Greiferfolgswahrscheinlichkeiten bezüglich eines Gegenstandes mit den Positionsstellungskandidaten berechnet, und ein oder mehrere Positionsstellungskandidaten werden entsprechend den Greiferfolgswahrscheinlichkeiten ausgewählt und als Greifeinheitspositionsstellung definiert. Deshalb muss Information bezüglich des Gegenstandes nicht in das System eingegeben werden und der Gegenstand kann in einfacher Weise unabhängig von seiner Form und Stellung gegriffen werden.

Claims

Vorrichtung zum Aufnehmen eines Gegenstandes, folgendes aufweisend: einen Roboter (12) mit einer Greifeinheit (14), die zu öffnen und zu schließen ist; ein dreidimensionales Messinstrument (11) zum Vermessen von Oberflächenpositionen einer Mehrzahl von Gegenständen (17), die wahllos im dreidimensionalen Raum angehäuft sind; eine Greifeinheitsmodelleinstelleinheit (131), die ein Greifeinheitsmodell (20) festlegt einschließlich eines körperlichen Bereiches (SP1) und eines Greifbereiches (SP2) innerhalb des körperlichen Bereiches, wobei der körperliche Bereich ein Bereich mit körperlichen Teilen der Greifeinheit im geöffneten Zustand ist; eine Positionsstellungskandidateneinstelleinheit (132), welche einen oder mehrere Greifpositionsstellungskandidaten als Kandidaten für eine Position und eine Stellung der Greifeinheit festlegt; eine Greifbarkeitsberechnungseinheit (133), welche eine Greiferfolgswahrscheinlichkeit (E) berechnet für das Greifen eines der Gegenstände durch die Greifeinheit für jeden der Greifpositionsstellungskandidaten unter der Annahme, dass die Greifeinheit gemäß den durch die Positionsstellungskandidateneinstelleinheit festgelegten Greifpositionsstellungskandidaten positioniert ist, auf Basis von Positionsinformationen, die gewonnen wurden durch das dreidimensionale Messinstrument, und das Greifeinheitsmodell, das durch die Greifeinheitsmodelleinstelleinheit festgelegt wurde; eine Positionsstellungseinstelleinheit (134), welche einen oder mehrere Positionsstellungskandidaten aus den durch die Positionsstellungskandidateneinstelleinheit festgelegten Positionsstellungskandidaten auswählt, auf Basis der Greiferfolgswahrscheinlichkeit, die durch die Greifbarkeitsberechnungseinheit berechnet wurde, und diesen als Greifeinheitspositionsstellung festlegt; und eine Robotersteuereinheit (135), die den Roboter so steuert, dass die Greifeinheit in die Greifeinheitspositionsstellung bewegt wird, welche durch die Positionsstellungseinstelleinheit festgelegt wurde, um einen der Gegenstände aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass das dreidimensionale Messinstrument (11) Positionsinformationen bezüglich einer Mehrzahl dreidimensionaler Punkte (31) gewinnt; und die Greifbarkeitsberechnungseinheit (133) die Greiferfolgswahrscheinlichkeit (E) zusätzlich auf Basis von Positionsinformationen bezüglich der dreidimensionalen Punkte (31) berechnet, die durch das dreidimensionale Messinstrument (11) gewonnen wurden und im Greifbereich liegen.
Vorrichtung zum Aufnehmen eines Gegenstandes gemäß Anspruch 1, wobei die Greifbarkeitsberechnungseinheit die Greiferfolgswahrscheinlichkeit berechnet auf Basis eines Schwerpunktes der dreidimensionalen Punkte, die im Greifbereich liegen.
Vorrichtung zum Aufnehmen eines Gegenstandes gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Positionsstellungskandidateneinstelleinheit die Positionsstellungskandidaten festlegt unter Verwendung von einem der mehreren Freiheitsgraden als Parameter unter sechs Freiheitsgraden (x, y, z, ϕ, θ, ψ) einschließlich drei Translationsfreiheitsgraden und drei Rotationsfreiheitsgraden zur Festlegung einer Positionsstellung der Greifeinheit.
Vorrichtung zum Aufnehmen eines Gegenstandes gemäß Anspruch 3, wobei die Positionsstellungskandidateneinstelleinheit die Positionsstellungkandidaten setzt unter Verwendung einer Öffnungsweite (d) der Greifeinheit als Parameter.
Vorrichtung zum Aufnehmen eines Gegenstandes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin folgendes aufweisend: eine Verknüpfungssatzberechnungseinheit, die einen Verknüpfungssatz (32) gewinnt durch Verbinden dreidimensionaler Punkte (31), die in einer Vielzahl dreidimensionaler Punkte benachbart sind, wobei die dreidimensionalen Punkte mit dem dreidimensionalen Messinstrument gemessen worden sind, und wobei die Positionsstellungskandidateneinstelleinheit die Positionsstellungskandidaten festlegt auf Basis des Verknüpfungssatzes, der mit der Verknüpfungssatzberechnungseinheit gewonnen wurde.
Vorrichtung zum Aufnehmen eines Gegenstandes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Positionsstellungskandidateneinstelleinheit die Positionsstellungskandidaten setzt auf Basis projizierter Punkte, die gewonnen werden durch Projektion der Mehrzahl dreidimensionaler Punkte, die durch das dreidimensionale Messinstrument gewonnen wurden, auf eine Ebene, und die Greifbarkeitsberechnungseinheit die Greiferfolgswahrscheinlichkeit berechnet auf Basis eines Projektionsmodells (60), das gewonnen wird durch Projektion des Greifeinheitsmodells, das durch die Greifeinheitsmodellsetzeinheit festgelegt wurde, auf die Ebene und die projizierten Punkte.
Vorrichtung zum Aufnehmen eines Gegenstandes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Greifbarkeitsberechnungseinheit ermittelt, ob einer der Gegenstände im körperlichen Bereich des Greifeinheitsmodells liegt bezüglich jedes Positionsstellungskandidaten, der durch die Positionsstellungskandidatensetzeinheit festgelegt wurde, auf Basis der Positionsinformationen, die mit dem dreidimensionalen Messinstrument gewonnen wurden und auf Basis des Greifeinheitsmodells, das durch die Greifeinheitmodellsetzeinheit festgelegt wurde, und wobei die Greiferfolgswahrscheinlichkeit gesenkt wird oder auf 0 gesetzt wird wenn bei einem Positionsstellungskandidaten festgestellt wird, dass der Gegenstand im körperlichen Bereich liegt.
Vorrichtung zum Aufnehmen eines Gegenstandes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin aufweisend eine Behältereinheitseinstelleinheit, welche ein Behältermodell (161) festlegt, bei dem es sich um eine Modell eines Behälters (16) zum Aufnehmen einer Mehrzahl von Gegenständen handelt, wobei die Greifbarkeitsberechnungseinheit ermittelt, ob das Behältereinheitsmodell im körperlichen Bereich des Greifeinheitsmodells liegt, und zwar für jeden Positionsstellungskandidaten, der durch die Positionsstellungskandidateneinstelleinheit festgelegt ist, auf Basis des durch das Behältereinheitsmodelleinstelleinheit gewonnenen Behältereinheitsmodells und des Greifereinheitsmodells, das durch die Greifereinheitsmodelleinstelleinheit gewonnen wurde, und wobei die Greiferfolgswahrscheinlichkeit abgesenkt wird oder auf 0 gestellt wird wenn für einen Positionsstellungskandidaten festgestellt wird, dass das Behältermodell im körperlichen Bereich liegt.
Vorrichtung zum Aufnehmen eines Gegenstandes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 wobei die Positionsstellungseinstelleinheit einen Greifpositionsstellungskandidaten auswählt, für den die durch die Greifbarkeitsberechnungseinheit berechnete Greiferfolgswahrscheinlichkeit maximal ist, wobei die Auswahl erfolgt aus den Positionsstellungskandidaten, welche durch die Positionsstellungskandidateneinstelleinheit festgelegt wurden und wobei der ausgewählte Kandidat als Greifeinheitspositionsstellung festgelegt wird.
Vorrichtung zum Aufnehmen eines Gegenstandes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Positionsstellungseinstelleinheit einen Greifpositionsstellungskandidaten auswählt, für den die mit der Greifbarkeitsberechnungseinheit berechnete Greiferfolgswahrscheinlichkeit lokal maximal ist, wobei die Auswahl erfolgt aus den Positionsstellungskandidaten, welche durch die Positionsstellungskandidateneinstelleinheit angesetzt wurden, und wobei der ausgewählte Kandidat als Greifeinheitspositionsstellung festgelegt wird.
Verfahren zum Aufnehmen von Gegenständen (17), die wahllos im dreidimensionalen Raum angehäuft sind unter Verwendung eines Roboter (12) mit einer Greifeinheit (14), die zu öffnen und zu schließen ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Vermessen von Oberflächenpositionen einer Mehrzahl von Gegenständen unter Verwendung eines dreidimensionalen Messinstrumentes (11); Festlegen eines Greifeinheitsmodells (20) mit einem körperlichen Bereich (SP1) und einen Greifbereich (SP2) innerhalb des körperlichen Bereiches, wobei es sich bei dem körperlichen Bereich um einen Bereich mit körperlichen Komponenten der Greifeinheit im offenen Zustand handelt; Festlegen von einem oder mehreren Positionsstellungskandidaten als Kandidaten für die Position und Stellung der Greifeinheit; Berechnen einer Greiferfolgswahrscheinlichkeit (E) für das Greifen eines der Gegenstände durch die Greifeinheit für jeden der Greifpositionsstellungskandidaten unter der Annahme, dass die Greifeinheit gemäß dem jeweiligen Greifpositionsstellungskandidaten angeordnet ist, auf Basis der mit dem dreidimensionalen Messinstrument gewonnenen Informationen und dem Greifeinheitsmodell; Auswählen von einem oder mehreren Positionsstellungskandidaten auf Basis der Greiferfolgswahrscheinlichkeit, und Festlegen des ausgewählten Kandidaten als Greifeinheitspositionsstellung; und Steuern des Roboter so, dass die Greifeinheit in die Greifeinheitspositionsstellung bewegt wird zum Aufnehmen eines der Gegenstände, gekennzeichnet durch Vermessen der Oberflächenpositionen der Mehrzahl von Gegenständen, um Positionsinformationen einer Mehrzahl dreidimensionaler Punkte (31) zu gewinnen; und Berechnen der Greiferfolgswahrscheinlichkeit (E) zusätzlich auf Basis von Positionsinformationen bezüglich der dreidimensionalen Punkte (31), die durch das dreidimensionale Messinstrument (11) gewonnen wurden und im Greifbereich liegen.