JP2012160064A - 立体的表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元データについて、特殊な表示装置等を用いることなく、ワークの傾きや重なりを認識することが可能な立体的表示方法を提供する。
【解決手段】ワーク１の３次元データと、３次元データについて所定の視点から視認した場合における２次元データを作成する視覚化装置２０と、２次元データの表示が可能である表示装置２１と、を準備し、観察者が３次元データを視認する視点と、３次元データを回転させる際の最大回転角である最大角度及び最小回転角である最小角度と、３次元データを回転させる際に中心軸となる回転中心軸とを決定し、回転中心軸を基準として前記３次元データを最小角度と最大角度の間で回転させた場合の複数の回転角度において、視点から３次元データを視認した場合における２次元データを、視覚化装置２０によって複数作成し、表示装置２１に複数の２次元データを表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、３次元データの立体的表示方法に関する。

通常、鋳物素形材などのワークは、メッシュボックス等の容器に乱雑にバラ積みされた状態で工場内或いは業者間で搬送される。このように複数のワークがバラ積みされた状態から、ワークを１つずつ取り出すことを、「バラ積みピッキング」または単に「ピッキング」と呼ぶ。
従来、メッシュボックス等の容器にバラ積みされた複数のワークからワークピッキングする場合、作業者による手作業によるか、自動化されていても、ある程度ワークを整列させておく必要があり、いずれの場合も人による重量物のハンドリング作業が発生する。

そこで、このような人による重量物のハンドリング作業をなくすために、例えば特許文献１が開示されている。

また、バラ積みピッキング装置に関連して、物体の位置と姿勢を認識する手段として、特許文献２〜５が開示されている。

特開２０１０−６９５４２号明細書、「バラ積みピッキング装置におけるワークピッキング方法」 特許第３９０４６０５号公報、「複合センサーロボットシステム」 特開２００９−１２８１９２号明細書、「物体認識装置およびロボット装置」 特開２００９−２１６４８０号明細書、「三次元位置姿勢計測方法および装置」 特開２００９−２１６５０３号明細書、「三次元位置姿勢計測方法および装置」

メッシュボックス等の容器にバラ積みされたワークの３次元データを表示するにあたり、従来では単一の視点から表示を行っていたため、ワークの傾きや重なりを正確に把握することができないという問題点があった。
また、３次元データを表示させるためには、かかる表示を可能にするための特殊な表示装置やセンサを準備する必要があった。

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、３次元データについて、特殊な表示装置等を用いることなく、ワークの傾きや重なりを認識することが可能な立体的表示方法を提供することにある。

本発明によれば、ワークの表示方法であって、
前記ワークの３次元データと、
前記３次元データについて所定の視点から視認した場合における２次元データを作成する視覚化装置と、
前記２次元データの表示が可能である表示装置と、を準備し、
（Ａ）観察者が前記３次元データを視認する視点と、前記３次元データを回転させる際の最大回転角である最大角度及び最小回転角である最小角度と、前記３次元データを回転させる際に中心軸となる回転中心軸とを決定し、
（Ｂ）前記回転中心軸を基準として前記３次元データを前記最小角度と前記最大角度の間で回転させた場合の複数の回転角度において、前記視点から前記３次元データを視認した場合における２次元データを、前記視覚化装置によって複数作成し、
（Ｃ）前記表示装置に前記複数の２次元データを表示する、ことを特徴とする立体的表示方法が提供される。

本発明の実施形態によれば、前記（Ｂ）において、前記回転は、前記回転角度が前記最大角度まで増加した後、前記最小角度に向けて折り返し、これを繰り返す。

また、本発明の別の実施形態によれば、前記（Ｂ）において、前記回転を行う時間を有するタイマを準備し、
前記回転は、前記タイマに入力された時間だけ行われる。

さらに、本発明の別の実施形態によれば、前記（Ｂ）において、前記視覚化装置は、前記３次元データの回転角度の増加に比例して、回転速度を増加させる。

上記本発明の装置および方法によれば、３次元データについて、所定の視点から見た複数の２次元データを作成することによって、特殊な表示装置等を用いることなく、ワークの傾きや重なりを認識することが可能になる。

本発明の立体的表示方法で用いる立体的表示装置の全体構成図である。 視覚化装置における入力及び出力データについての模式図である。 ３次元データの回転についての説明図である。 式（２）及び式（３）についてのグラフである。

以下、本発明の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、本発明の立体的表示方法で用いる立体的表示装置の全体構成図である。

この図において、１はワーク、３は容器、１０はバラ積みピッキング装置、１１は手先部、１２はロボット、１４はハンド、１６は３次元距離センサ、１６ａはセンサ台、１６ｂは信号線、１８は３次元データ記憶装置、１９は条件入力装置、２０は視覚化装置、２１は表示装置、２２は指示入力装置である。

ロボット１２は、３次元の作動空間内で手先部１１の位置と姿勢を制御可能な３次元ロボットである。この３次元の作動空間は、手先部１１が移動可能なワーキングエリアである。
この例において、ロボット１２は多関節型ロボットである。しかし、本発明はこれに限定されず、３次元の作動空間内、すなわちロボット座標系内で手先部１１の位置と姿勢を数値制御で移動できる限りで、その他の形式のロボットであってもよい。
また、ロボット１２は車輪、台車等で走行可能なロボットであってもよい。

ハンド１４は、ロボット１２の手先部１１に取り付けられワーク１を把持可能に構成されている。ハンド１４は、ロボット制御装置２０によりロボット座標系において制御される。

３次元距離センサ１６は、ロボット１２の作動空間内に設けられたセンサ台１６ａに一定の姿勢で静置されている。「一定の姿勢」は、この例では距離センサ１６の計測方向が下向きとなる姿勢である。しかし、この姿勢は任意であり、斜め下向きでも横向きでもよい。
また、センサ台１６ａは、この例では、作動空間内に固定されているが、移動可能に構成してもよい。

３次元距離センサ１６は、フレキシブルな信号線１６ｂにより視覚化装置２０に接続されており、３次元距離センサ１６により計測された３次元形状データは信号線１６ｂを介して視覚化装置２０に入力される。

３次元距離センサ１６は、具体的には、レーザスキャナやレーザレーダを用いることが望ましい。

この例において、３次元距離センサ１６は、センサ台１６ａに固定されているが、着脱可能な構成を有し、ハンド１４に接続可能な接続部（図示しない）を有する構成であってもよい。
上記接続部を有する場合には、以下の各動作を実行することによってワーク１の認識及びロボット１２による把持を行うことができる。
（１）ハンド１４を移動し、ハンド１４によりハンド１４に３次元距離センサ１６を取り付ける。
（２）ハンド１４を移動し、３次元距離センサ１６によりバラ積みされたワーク全体の３次元形状データをハンド１４で把持可能な位置精度で計測する。
この際、ワーク全体の３次元形状データを単一の位置から前記位置精度で計測できない場合は、複数の位置から分割して計測する。
（３）ハンド１４を移動し、ハンド１４によりハンド１４から距離センサ１６を取り外す。
（４）ハンド１４により把持可能なワーク１を順に把持して搬送先に搬送する。

３次元データ記憶装置１８は、３次元距離センサ１６によって計測したワーク１の３次元データを保持しておく装置である。
３次元距離センサ１６が、複数の位置から分割して計測を行っていた場合には、各計測結果の位置的関係を認識しながら保持する。

視覚化装置２０は、３次元データ記憶装置１８に保持された３次元データから、以下の手順で２次元データを作成する。なお、図２は視覚化装置２０における入力及び出力データについての模式図である。
（１）図３（Ａ）に示す観察者の視点を表す視点座標値、観察者の上方向を示す画面上方向、視点座標値からワーク１の観測対象点に向けた視線方向、３次元データを回転させる際の回転中心軸について条件入力装置１９から入力を受ける。
（２）ワーク１の計測に必要な回転角度（最大角度及び最小角度）を決定する。
（３）上記回転中心軸を基準とし、図３（Ｂ）に示すように、最小角度（この例では−２０°）から最大角度（この例では２０°）について３次元データを回転させながら、上記視点座標値から視認した場合の２次元データを複数作成する。

なお、最大角度及び最小角度は、両角度の絶対値が等しくなるように設定（例えば、最大角度が３０°及び最小角度が−３０°）されていてもよいし、ワーク１の状態によっては上記最大角度及び最小角度の絶対値が等しくない値に設定することも可能である。

また、２次元データの作成は、２次元データ作成間隔は一定に設定し、３次元データの回転速度を随時変更することによって、作成する２次元データの調整を行うことを想定している。

条件入力装置１９によって、タイマが入力された場合には、タイマ値から回転する角度（最小角度及び最大角度）を算出することも可能である。
かかる場合において、タイマ値をｔ［ｍｓ］、最大角度θ_ｍａｘ、最小角度θ_ｍｉｎ、周期Ｔ［ｍｓ］とすると、回転角θは以下の式（１）で表される。

さらに、ｆ（ｔ）は、例えば、以下のように表される。
式（２）は、回転速度を一定とした場合の式であり、図４（Ａ）は、かかる式のグラフである。なお、式（２）におけるmodは割り算の余りを表している。
この例における回転方法は、回転角度が最大角度まで増加した後、最小角度に向けて折り返すものであり、この動きを一定の周期Ｔで繰り返す回転方法を想定している。
式（３）は、回転角度を三角関数で表現した場合であり、図４（Ｂ）は、かかる式のグラフである。式（２）と比較して、最小角度及び最大角度における折り返しが滑らかになるという特徴を有している。かかる場合、３次元データの回転角度の絶対値が増加するに従って２次元データの作成回数が減少する。

表示装置２１は、視覚化装置２０が作成した２次元データについて、例えば、上記式（２）又は式（３）に従って連続的に表示させる。

指示入力装置２２は、表示装置２１によって２次元表示された３次元データに従って、ロボット１２を操作する装置である。
指示入力装置２２は、表示装置２１にタッチパネル機能等を持たせることによって、表示装置２１と同一機構する構成でもよい。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

１ ワーク、３ 容器、
１０ バラ積みピッキング装置、
１１ 手先部、１２ ロボット、
１４ ハンド、１６ ３次元距離センサ、
１６ａ センサ台、１６ｂ 信号線、
１８ ３次元データ記憶装置、
１９ 条件入力装置、
２０ 視覚化装置、２１ 表示装置、
２２ 制御装置

Claims (4)

1. ワークの表示方法であって、
   前記ワークの３次元データと、
   前記３次元データについて所定の視点から視認した場合における２次元データを作成する視覚化装置と、
   前記２次元データの表示が可能である表示装置と、を準備し、
   （Ａ）観察者が前記３次元データを視認する視点と、前記３次元データを回転させる際の最大回転角である最大角度及び最小回転角である最小角度と、前記３次元データを回転させる際に中心軸となる回転中心軸とを決定し、
   （Ｂ）前記回転中心軸を基準として前記３次元データを前記最小角度と前記最大角度の間で回転させた場合の複数の回転角度において、前記視点から前記３次元データを視認した場合における２次元データを、前記視覚化装置によって複数作成し、
   （Ｃ）前記表示装置に前記複数の２次元データを表示する、ことを特徴とする立体的表示方法。
2. 前記（Ｂ）において、前記回転は、前記回転角度が前記最大角度まで増加した後、前記最小角度に向けて折り返し、これを繰り返す、ことを特徴とする請求項１に記載の立体的表示方法。
3. 前記（Ｂ）において、前記回転を行う時間を有するタイマを準備し、
   前記回転は、前記タイマに入力された時間だけ行われる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の立体的表示方法。
4. 前記（Ｂ）において、前記視覚化装置は、前記３次元データの回転角度の増加に比例して、回転速度を増加させる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の立体的表示方法。