JP2011245569A - 切削部を有するワークの把持装置及び把持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】把持されるワークの把持部に切削部がある場合でも、ワークの位置と姿勢のずれを回避し、ワークを正しくセンタリングして把持することができるワークの把持装置及び把持方法を提供する。
【解決手段】ワーク１を把持するハンド１２と、ワークを撮影するカメラ１４と、ハンドを３次元的に移動可能なロボット１６と、ロボットを制御するロボット制御装置１８とを備える。カメラ１４により、ハンド１２による把持面全体を含むワークの画像５を撮影し（Ｓ１）、ロボット制御装置１８により、画像５を画像処理して把持面１ａに存在する切削部２ａを検出し、切削部２ａ以外の把持面１ａを把持するようにハンド１２の姿勢を制御してワーク１を把持する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロボットを用いて切削部を有するワークを把持する把持装置及び把持方法に関する。

カメラ等の視覚センサを用いてワークの位置と姿勢を計測し、この計測結果に基づいて、ロボットアームをワークの位置まで移動させるロボット制御方法が知られている。

例えば、対象物の外形形状及びこの対象物における２個以上の穴の位置を記憶しておき、カメラにより対象物の画像を一度撮像し、この画像と記憶された対象物の外形形状及び穴位置とのパターンマッチングを行い、画像における穴位置を推定し、穴位置を精密計測することで前記対象物の特徴点とし、この特徴点より対象物とカメラとの平行移動及び光軸周りの回転を計算し、この計算結果に応じてロボットを制御して、目的の位置まで移動させるロボット制御が、特許文献１に開示されている。

一方、ロボットアーム手先に取り付けられた把持装置によってワークをセンタリングして把持する手段が広く知られている。

従って、上述したロボット制御と周知の把持装置を組み合わせることにより、特定の形状（例えば円筒形）のワークを、ロボットアームの先端部に取り付けた把持装置で正確に把持し、別の位置に搬送（移載）し、組付け等を行うことができる。

特開２００９−２２０２４７号公報、「ロボット装置及びロボット装置の制御方法」

シャフトやロータ等の回転体は、回転時の振動や騒音を防止するために、端面を切削加工することによって回転体のバランスを修正する。

図２（Ａ）は、切削加工されたワークの端部である。この図において、１はワーク、２は円弧形の切削部である。切削部２は、ワーク１の端面を切削加工した部分である。

ロボットを用いて把持するワークが回転体である場合、把持装置による把持が可能な部位が切削加工の対象（図２（Ａ）の切削部２）となることがある。
この場合、把持装置により把持される部位が切削加工されることによって把持装置によって正しくセンタリングすることができず、把持したワークの位置と姿勢がずれることがある。その結果として、ワークを搬送先に正常に設置できない等の問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、把持されるワークの把持部に切削部がある場合でも、ワークの位置と姿勢のずれを回避し、ワークを正しくセンタリングして把持することができるワークの把持装置及び把持方法を提供することにある。

本発明によれば、ワークを把持するハンドと、ワークを撮影するカメラと、前記ハンドを３次元的に移動可能なロボットと、該ロボットを制御するロボット制御装置とを備え、
前記ハンドによる把持面全体を含むワークの画像を撮影し、前記画像を画像処理して前記把持面に存在する切削部を検出し、該切削部以外の把持面を把持するように前記ハンドの姿勢を制御してワークを把持する、ことを特徴とする切削部を有するワークの把持装置が提供される。

本発明の実施形態によれば、前記ロボット制御装置は、前記カメラで撮影した画像を画像処理する画像処理装置と、該ロボットを制御するロボットコントローラと、からなり、
ワークの把持面の上方から前記把持面の端面画像を撮影し、該端面画像と予め記憶した切削部のない記憶端面形状とをパターンマッチングさせ、次いでそれらの相違から端面画像上の切削部の位置を検出する。

また、前記カメラは、前記ハンドに取り付けられており、
前記ロボットに、前記カメラの光軸に平行な軸を中心に前記ハンドを旋回させる旋回機構を備え、
前記撮影結果に基づいて前記ロボットを制御し、前記旋回機構により前記ハンドを旋回させ、該切削部以外の把持面でワークを把持する。

また、本発明によれば、ワークを把持するハンドと、ワークを撮影するカメラと、前記ハンドを３次元的に移動可能なロボットと、該ロボットを制御するロボット制御装置とを備え、
（Ａ） 前記カメラにより、前記ハンドによる把持面全体を含むワークの画像を撮影し、
（Ｂ） 前記ロボット制御装置により、前記画像を画像処理して前記把持面に存在する切削部を検出し、
（Ｃ） 前記ロボット制御装置により、前記切削部以外の把持面を把持するように前記ハンドの姿勢を制御してワークを把持する、ことを特徴とする切削部を有するワークの把持方法が提供される。

本発明の実施形態によれば、ワークの把持面の上方から前記把持面の端面画像を撮影し、
該端面画像と予め記憶した切削部のない記憶端面形状とをパターンマッチングさせ、
次いでそれらの相違から端面画像上の切削部の位置を検出する。

また、前記カメラは、前記ハンドに取り付けられており、
前記ロボットに、前記カメラの光軸に平行な軸を中心に前記ハンドを旋回させる旋回機構を備え、
前記撮影結果に基づいて前記ロボットを制御し、前記旋回機構により前記ハンドを旋回させ、該切削部以外の把持面でワークを把持する。

上記本発明の装置及び方法によれば、カメラにより、前記ハンドによる把持面全体を含むワークの画像を撮影し、ロボット制御装置により、前記画像を画像処理して前記把持面に存在する画像上の切削部を検出し、前記切削部以外の把持面を把持するように前記ハンドの姿勢を制御してワークを把持するので、把持されるワークの把持部に切削部がある場合でも、ワークの位置と姿勢のずれを回避し、ワークを正しくセンタリングして把持することができる。

従って、切削加工等による切削部がハンドの把持機構と接触することを防ぐことができ、把持したワークの位置と姿勢がずれることなく安定した把持が可能となる。

本発明によるワーク把持装置の全体構成図である。 本発明によるワークの説明図である。 本発明によるワーク把持方法の全体フロー図である。 図３の方法の説明図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明によるワーク把持装置の全体構成図である。この図において、１はワーク（対象物）、１２はハンド、１４はカメラ、１６はロボット、１８はロボット制御装置である。
ワーク１については、図２において後述する。

ハンド１２は、例えば２本の爪が開閉し、その爪の内側がＶ字状に形成された機械式の把持装置である。この構成により、爪のＶ字状内面で円筒形のワーク１の把持面（外周面）を挟持することにより、ワーク１をセンタリングして把持することができる。
なお、ハンド１２は、この構成に限定されず、他の構成のハンドであってもよい。

カメラ１４は、例えばＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラであり、ハンド１２に一体的に取り付けられ、ワーク１をその上方から撮影してデジタル画像５を出力するようになっている。
なお、本発明において、カメラ１４は下向きに限定されず、ワーク１の把持面１ａの上方からワークの端面７を含む画像を撮影できればよい。
デジタル画像５の画素数は、任意であるが、例えば、約４００万画素（横２３００ピクセル×縦１７００ピクセル）を有する。以下、デジタル画像を単に画像という。

図１において、本発明の装置は、旋回機構１５を備える。旋回機構１５は、カメラ１４の光軸に平行な軸を中心にハンド１２を旋回させるようになっている。
なお、旋回機構１５は必須ではなく、ロボットアーム１６ａの姿勢制御により、同様の動作を実施してもよい。

ロボット１６は、ハンド１２とカメラ１４を３次元的に移動する。この例でハンド１２は、ロボット１６のロボットアーム１６ａの手先部に搭載され、ロボット１６により、この例ではカメラ１４を下向きに維持できるようになっている。
ロボット１６は、この例では、テーブル４の上面に固定された垂直多関節ロボットであるが、本発明はこれに限定されず、その他のロボットであってもよい。

図１において、ロボット制御装置１８は、画像処理装置１９とロボットコントローラ２０からなる。

画像処理装置１９は、カメラ１４で撮影したワーク１の画像５を画像処理する。この画像処理により、把持面１ａの端面７を含む画像と予め記憶した形状（切削部のない記憶端面形状６：後述する）とをパターンマッチングさせ、画像５内の把持面１ａの端面画像５ａを抽出し、切削部のない記憶端面形状６との相違から端面画像５ａ上の切削部２ａ（後述する）の位置を検出する。

ロボットコントローラ２０は、ロボット１６を制御してロボットアーム１６ａの手先目標速度から各関節の回転量を算出し、ロボットアーム１６ａを動作させて、ハンド１２とカメラ１４を３次元的に移動する。また、このロボットコントローラ２０は、後述するロボット制御、ワークの撮影、切削部の検出、及びワークの把持を実行する。

図２は、本発明によるワークの説明図である。この図において、（Ａ）はワークの斜視図、（Ｂ）は上方から見た平面図である。

図２（Ａ）において、ワーク１は円筒形部材であり、この例ではその中心に中心穴１ｂを有する。ワーク１の外周面１ａがワークの把持面１ａに相当する。また、把持面１ａの一部に、切削加工等により切除された切削部２（破線で示す）を有する。
また、切削部のないワーク１は、この図でその中心に中心穴１ｂを有する円筒形部材である。把持面１ａと中心穴１ｂは完全な円筒形でありかつ同心に形成されている。

なお、本発明はこれに限定されず、把持面に直交する方向（この例では上方）から見て一定の形状を有する部材であればよい。この形状は、予め記憶した形状とパターンマッチングできる限りで、円形、矩形、楕円、その他の形状であってもよい。
以下、ワーク１が図２（Ａ）に示す円筒形部材である場合について説明する。

図２（Ｂ）において、ワークの把持面の上方から見たワーク１の外径Ｄと内径ｄ（中心穴１ｂ）はそれぞれ真円であり、両者の中心（軸心）は一致する。
また、切削部２の周方向角度をθ、切削部２の外周面からの深さをΔＤとする。さらに、ワーク１の中心と切削部２の周方向中心位置を結ぶ線を欠損方向線３と呼ぶ。

図３は、本発明によるワーク把持方法の全体フロー図である。この方法は、ワーク検出制御（Ｓ１，Ｓ２）、切削部検出制御（Ｓ３〜Ｓ６）、ワーク把持制御（Ｓ７，Ｓ８）を有する。

ワーク検出制御は、Ｓ１，Ｓ２のステップ（工程）からなり、ワーク１の把持面１ａの上方から把持面１ａの画像５を撮影し（Ｓ１）、画像５と予め記憶した切削部のない記憶端面形状６とをパターンマッチングさせる（Ｓ２）。

図４は、図３の方法の説明図である。
図４（Ａ）は、予め記憶した切削部のない記憶端面形状６であり、この例では、図２（Ｂ）におけるワーク１の外径Ｄと内径ｄからなる二重円である。記憶端面形状６は、ワーク１の把持面１ａの上方から見た把持面１ａの外面及び内面の形状と相似する図形である。
なお、この例で、ワーク１の外径Ｄのみ、あるいは内径ｄのみと相似する単一の円を記憶端面形状６としてもよい。

図４（Ｂ）は、（Ｓ１）によって撮影された画像５であり、ハーフトーンで示されている。そのうちワークの把持部の端面７は、相対的に明るく表示され、その他の領域（ワークの外側、中心穴１ｂ、及び切削部２）は端面７と比較して相対的に暗く表示される。
このような表示は、例えば照明等の工夫により、容易に達成することができる。

図３において、本発明のワーク把持方法は、更に切削部検出制御とワーク把持制御を有する。

切削部検出制御は、ロボット制御装置１８（この場合、画像処理装置１９）により、画像５を画像処理して把持面１ａに存在する画像上の切削部２ａを検出する。

上述したパターンマッチング（Ｓ２）で、記憶端面形状６の内側と判断された範囲を、画像処理の対象となる端面画像５ａとして指定する（Ｓ３）。

図４（Ｃ）は、端面画像５ａを黒色と白色に２値化し（Ｓ４）、黒色部分を分割し、面積と重心を算出し（Ｓ５）、切削部の方向を算出（Ｓ６）した結果を示している。
対象領域内の２値化（Ｓ４）により、予め設定した輝度の閾値を用いて、対象領域内を２値化することができる。この図では、上記閾値を超える領域を白色、その他の領域（中心穴１ｂと切削部２ａ）を黒色で示している。
黒色部分は、この例では中心穴１ｂに相当する中心部分１ｂ’と画像上の切削部２ａに分割することができる。
次いで、中心部分１ｂ’と切削部２ａのそれぞれの面積Ｓ１，Ｓ２と重心Ｇ１，Ｇ２を算出する（Ｓ５）。この例では、中心部分１ｂ’は切削部２ａよりも面積が大きいことから、中心部分１ｂ’の重心Ｇ１と切削部２ａの重心Ｇ２とを結ぶ線３として切削部の方向を算出することができ、かつ切削部２ａの重心Ｇ２から切削部の位置を算出することができる（Ｓ６）。

図３において、ワーク把持制御は、ロボット制御装置１８（この場合、画像処理装置１９とロボットコントローラ２０）により、（Ｓ６）の結果に基づいて切削部を避けて把持できるようハンドを旋回させ（Ｓ７）、切削部２以外の把持面でワーク１を把持する（Ｓ８）。

ハンド１２は、旋回機構１５により、カメラ１４の光軸に平行な軸を中心に旋回可能であるため、算出された切削部の方向に基づいて旋回機構１５を旋回させるだけで良く、高速なワーク把持制御ができる。
なお、旋回機構１５を持たない場合も、ロボットアーム１６ａの姿勢制御によって同様の動作を実施することができる。

なお、上述した例において、テーブル４又は部品トレイ等に並べられたワークの位置と姿勢が一定とならない場合、画像計測によってワークの水平位置を計測してロボットの軌道を補正してワークを把持してもよい。
この場合、処理過程に本発明を組み込み、ワークの水平位置と切削加工された方向を同時に計測して、ロボット軌道を補正してもよい。

また、カメラ１４は、上述の例のように、ロボットの手先部（ハンド）に取り付けずに、把持面の上方から撮影できる限りで、その他の位置、例えば、ケース、部品トレイ、部品供給装置、等に固定してもよい。
また、画像計測を安定化させるため、適宜、照明等を用いてもよい。

さらに、中心穴１ｂがないワーク１の場合には、記憶端面形状６は単一の円形であり、その中心と切削部２ａから、同様に切削部の位置を算出することができる。
また、記憶端面形状６が円形以外、例えば、多角形の場合も、同様にして切削部の位置を算出し、旋回機構１５によりハンド１２を旋回させ、切削部２以外の把持面でワーク１を把持することができる。

上述した本発明の装置及び方法によれば、ハンド１２に取り付けられたカメラ１４により、ハンド１２による把持面全体を含むワーク１の画像５を撮影し、ロボット制御装置１８により、画像５を画像処理して把持面１ａに存在する画像上の切削部２ａを検出し、切削部２ａ以外の把持面１ａを把持するようにハンド１２の姿勢を制御してワーク１を把持するので、把持されるワーク１の把持部に切削部２がある場合でも、ワーク１の位置と姿勢のずれを回避し、ワーク１を正しくセンタリングして把持することができる。

従って、切削加工等によるされた切削部がハンドの把持機構と接触することを防ぐことができ、把持したワークの位置と姿勢がずれることなく安定した把持が可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ ワーク（対象物）、
１ａ 把持面（外周面）、１ｂ 中心穴、
２ 切削部、２ａ 画像上の切削部、
３ 欠損方向線、４ テーブル、
５ 画像（デジタル画像）、５ａ 端面画像、
６ 記憶端面形状、７ ワークの端面、
１２ ハンド、１４ カメラ、１５ 旋回機構、
１６ ロボット、１６ａ ロボットアーム、
１８ ロボット制御装置、１９ 画像処理装置、
２０ ロボットコントローラ

Claims (6)

1. ワークを把持するハンドと、ワークを撮影するカメラと、前記ハンドを３次元的に移動可能なロボットと、該ロボットを制御するロボット制御装置とを備え、
   前記ハンドによる把持面全体を含むワークの画像を撮影し、前記画像を画像処理して前記把持面に存在する切削部を検出し、該切削部以外の把持面を把持するように前記ハンドの姿勢を制御してワークを把持する、ことを特徴とする切削部を有するワークの把持装置。
2. 前記ロボット制御装置は、前記カメラで撮影した画像を画像処理する画像処理装置と、該ロボットを制御するロボットコントローラと、からなり、
   ワークの把持面の上方から前記把持面の端面画像を撮影し、該端面画像と予め記憶した切削部のない記憶端面形状とをパターンマッチングさせ、次いでそれらの相違から端面画像上の切削部の位置を検出する、ことを特徴とする請求項１に記載の切削部を有するワークの把持装置。
3. 前記カメラは、前記ハンドに取り付けられており、
   前記ロボットに、前記カメラの光軸に平行な軸を中心に前記ハンドを旋回させる旋回機構を備え、
   前記撮影結果に基づいて前記ロボットを制御し、前記旋回機構により前記ハンドを旋回させ、該切削部以外の把持面でワークを把持する、ことを特徴とする請求項１に記載のロボット制御装置。
4. ワークを把持するハンドと、ワークを撮影するカメラと、前記ハンドを３次元的に移動可能なロボットと、該ロボットを制御するロボット制御装置とを備え、
   （Ａ） 前記カメラにより、前記ハンドによる把持面全体を含むワークの画像を撮影し、
   （Ｂ） 前記ロボット制御装置により、前記画像を画像処理して前記把持面に存在する切削部を検出し、
   （Ｃ） 前記ロボット制御装置により、前記切削部以外の把持面を把持するように前記ハンドの姿勢を制御してワークを把持する、ことを特徴とする切削部を有するワークの把持方法。
5. ワークの把持面の上方から前記把持面の端面画像を撮影し、
   該端面画像と予め記憶した切削部のない記憶端面形状とをパターンマッチングさせ、
   次いでそれらの相違から端面画像上の切削部の位置を検出する、ことを特徴とする請求項４に記載の切削部を有するワークの把持方法。
6. 前記カメラは、前記ハンドに取り付けられており、
   前記ロボットに、前記カメラの光軸に平行な軸を中心に前記ハンドを旋回させる旋回機構を備え、
   前記撮影結果に基づいて前記ロボットを制御し、前記旋回機構により前記ハンドを旋回させ、該切削部以外の把持面でワークを把持する、ことを特徴とする請求項５に記載の切削部を有するワークの把持方法。