JP2012187666A - Robot control device, article pick-out system, program, and robot control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボット制御装置、物品取り出しシステム、プログラム、およびロボットの制御方法に関する。 The present invention relates to a robot control device, an article take-out system, a program, and a robot control method.
近年、工場の製造ラインなどにおいて様々な産業用ロボットが用いられている。特に、(垂直)多関節ロボットは、人間の腕に近い構造をしているため、種々の作業を人間に代わって行うことができる。
例えば、特許文献1では、カメラによって撮像された物品(ワーク)の画像から単純形状の特定部位を検出し、当該特定部位との相対位置関係に基づいて算出される取り出し部位(ピッキング部位)をロボットハンドによって把持してピックアップするピッキング装置が開示されている。
このようにして、カメラによって撮像された画像からワークを認識して、ワークを取り出すことができる。
In recent years, various industrial robots have been used in factory production lines and the like. In particular, since the (vertical) articulated robot has a structure similar to a human arm, it can perform various operations on behalf of a human.
For example, in
In this way, it is possible to recognize the workpiece from the image captured by the camera and take out the workpiece.
しかしながら、例えばトレイに山積みまたはバラ積みしてワークを供給する場合、各ワークがランダムな姿勢をとることとなる。そのため、特許文献1のピッキング装置では、特定部位がカメラの方向を向いておらず、認識することができないワークが存在する場合がある。さらに、ピッキング部位がロボットハンドの接近方向を向いておらず、把持することができないワークが存在する場合もある。
However, for example, when the workpieces are supplied while being stacked or separated on the tray, each workpiece takes a random posture. Therefore, in the picking device of
前述した課題を解決する主たる本発明は、複数の取り出し部位を備える物品の位置・姿勢情報に基づいて、前記複数の取り出し部位にそれぞれ設定された把持方向のうち、所定の方向となす角度が最小となる把持方向を選択方向として選択する方向選択部と、前記複数の取り出し部位のうち、前記把持方向として前記選択方向が設定された取り出し部位を把持して前記物品を取り出すようにロボットを制御する制御部と、を有することを特徴とするロボット制御装置である。 The main present invention that solves the above-described problems is based on position / posture information of an article having a plurality of take-out parts, and the angle formed with a predetermined direction among the gripping directions set for the plurality of take-out parts is minimized. A direction selection unit that selects the gripping direction to be selected as a selection direction, and controls the robot to grip the take-out part in which the selection direction is set as the gripping direction and take out the article out of the plurality of take-out parts And a control unit.
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。 Other features of the present invention will become apparent from the accompanying drawings and the description of this specification.
本発明によれば、物品の姿勢がランダムであっても、ロボットを用いて取り出し部位を把持して、物品を取り出すことができる。 According to the present invention, even if the posture of an article is random, the article can be taken out by grasping the taking-out site using a robot.
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。 At least the following matters will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
===物品取り出しシステム全体の構成の概略===
以下、図2ないし図4を参照して、後述する本発明の一実施形態におけるロボット制御装置を備えた物品取り出しシステム全体の構成の概略について説明する。
=== Overall Configuration of Article Pickup System ===
Hereinafter, with reference to FIG. 2 thru | or FIG. 4, the outline of the structure of the whole article | item taking-out system provided with the robot control apparatus in one Embodiment of this invention mentioned later is demonstrated.
図2に示されている物品取り出しシステムは、ロボット制御装置1、ステレオカメラ2、および多関節ロボット3を含んで構成され、一例として、トレイ9に収納された5つのワークWn(1≦n≦5)を取り出し対象とする。
2 includes a
各ワークWnは、例えば図3に示す形状をしており、トレイ9内でランダムな姿勢をとっているものとする。また、各ワークWnは、例えば図4に示すように、7つの把持可能な取り出し部位Pm(1≦m≦7)を備えている。ここで、各取り出し部位Pmは、実際には、多関節ロボット3によって把持される際にハンド31が接触する2点からなり、当該2点を結ぶ線分の中点の座標で表すことができる。
Each workpiece Wn has a shape shown in FIG. 3, for example, and takes a random posture in the tray 9. Further, each workpiece Wn includes, for example, as shown in FIG. 4, seven grippable extraction parts Pm (1 ≦ m ≦ 7). Here, each extraction part Pm actually consists of two points that the hand 31 contacts when gripped by the articulated
なお、図4において、取り出し部位P1ないしP6は、多関節ロボット3のハンド31を閉じることによってワークWnを持ち上げることが可能となるのに対して、取り出し部位P7は、ハンド31を開くことによってワークWnを持ち上げることが可能となる。本明細書においては、ハンド31を閉じる場合および開く場合のいずれも「把持」と称することとする。
In FIG. 4, the take-out parts P <b> 1 to P <b> 6 can lift the work Wn by closing the hand 31 of the articulated
ステレオカメラ2は、トレイ9が据え置かれる作業台などの上方に配置されている。また、ステレオカメラ2から出力される3次元情報IMGは、ロボット制御装置1に入力されている。さらに、ロボット制御装置1から出力される制御信号CNTは、多関節ロボット3に入力されている。
The
なお、図2において、「Σ0」は、例えば多関節ロボット3の基端を原点とするワールド座標系を示し、x(Σ0)、y(Σ0)、z(Σ0)は、それぞれワールド座標系のx軸、y軸、z軸を示している。一方、図4において、「ΣW」は、例えばワークWnの任意の点(重心など)を原点とするローカル座標系を示し、X(ΣW)、Y(ΣW)、Z(ΣW)は、それぞれローカル座標系のX軸、Y軸、Z軸を示している。
In FIG. 2, “Σ 0 ” indicates, for example, a world coordinate system with the base end of the articulated
ここで、
と表される4行4列の同次変換行列を用いて、ワークWnの位置および姿勢をTWnと表すこととすると、各ワークWn(の原点)のワールド座標系における位置および姿勢を示す同次変換行列(位置・姿勢情報)は、Σ0TWnと表すことができる。以下、このような同次変換行列で示されるワールド座標系における位置および姿勢を、座標Σ0TWnのように称することとする。
here,
With homogeneous transformation matrix of 4 rows and 4 columns, denoted, the indicating when the position and attitude of the workpiece Wn and be expressed as T Wn, the position and orientation in the world coordinate system of each workpiece Wn (origin) The next transformation matrix (position / attitude information) can be expressed as Σ 0 T Wn . Hereinafter, the position and orientation in the world coordinate system represented by such a homogeneous transformation matrix will be referred to as coordinates Σ 0 T Wn .
なお、同次変換行列において、P(3×1)は、位置(平行移動)を示す3行1列の行列であり、
と表すことができる。一方、R(3×3)は、姿勢(各座標軸を中心とする回転)を示す3行3列の行列であり、例えば図2に示すように、x軸回りにθx、y軸回りにθy、z軸回りにθzだけ回転させた場合には、
と表されるRx、Ry、およびRzの積として表すことができる。
In the homogeneous transformation matrix, P (3 × 1) is a 3 × 1 matrix indicating the position (translation),
It can be expressed as. On the other hand, R (3 × 3) is a 3 × 3 matrix indicating the posture (rotation around each coordinate axis). For example, as shown in FIG. 2, θx around the x axis and θy around the y axis. When rotated by θz around the z axis,
Can be expressed as a product of Rx, Ry, and Rz.
また、取り出し部位Pmの位置および姿勢をTPmと表すこととすると、各取り出し部位PmのワークWnの原点から見た相対的な位置および姿勢を示す同次変換行列(位置・姿勢情報)は、ΣWTPmと表すことができる。以下、このような同次変換行列で示される相対的な位置および姿勢を、相対座標ΣWTPmのように称することとする。 Also, if it represents the position and orientation of the exit site Pm and T Pm, relative positions and homogeneous transformation matrix representing the posture viewed from the origin of the workpiece Wn of the exit site Pm (position and orientation information) it can be expressed as Σ W T Pm. Hereinafter, the relative position and orientation indicated by such a homogeneous transformation matrix will be referred to as relative coordinates Σ W TPm .
===物品取り出しシステム全体の動作の概略===
以下、物品取り出しシステム全体の動作の概略について説明する。
ステレオカメラ2は、3次元情報取得装置に相当し、トレイ9が据え置かれる作業台などのカメラエリアにあるワークWnを撮影し、3次元情報IMGを出力する。また、ロボット制御装置1は、3次元情報IMGに基づいて制御信号CNTを出力する。そして、多関節ロボット3は、制御信号CNTに応じて制御され、トレイ9内のワークWnをハンド31によって把持して1つずつ取り出す。
このようにして、ステレオカメラ2によって取得した3次元情報IMGに基づいて多関節ロボット3を制御し、トレイ9内のワークWnを1つずつ取り出すことができる。
=== Outline of the operation of the entire article take-out system ===
Hereinafter, an outline of the operation of the entire article take-out system will be described.
The
In this manner, the articulated
===ロボット制御装置の構成===
以下、図1を参照して、本発明の一実施形態におけるロボット制御装置の構成について説明する。
=== Configuration of Robot Control Device ===
Hereinafter, with reference to FIG. 1, the structure of the robot control apparatus in one Embodiment of this invention is demonstrated.
図1に示されているロボット制御装置1は、認識処理部11、記憶部12、入力部13、方向選択部14、座標算出部15、部位選択部16、および制御部17を含んで構成されている。
The
認識処理部11には、3次元情報IMGが入力され、認識処理部11から出力される各ワークWnの座標Σ0TWnは、記憶部12に入力されている。また、入力部13に入力される取り出し部位情報INFは、各取り出し部位Pmの相対座標ΣWTPmおよび把持方向Dmとして記憶部12に入力されている。
The three-dimensional information IMG is input to the
方向選択部14には、記憶部12からワークWnの座標Σ0TWnが入力され、方向選択部14から出力される選択方向Dsは、座標算出部15に入力されている。また、座標算出部15には、記憶部12からワークWnの座標Σ0TWnおよび後述する取り出し部位Pkの相対座標ΣWTPkも入力されている。さらに、部位選択部16には、座標算出部15から取り出し部位Pkの座標Σ0TPkが入力され、部位選択部16から出力される選択部位Dsは、座標算出部15に入力されている。そして、制御部17には、座標算出部15から選択部位Psの座標Σ0TPsが入力され、制御部17からは、制御信号CNTが出力されている。
The direction selection unit 14, selects a direction Ds coordinate sigma 0 T Wn from the
===ロボット制御装置の動作===
以下、図5ないし図7を適宜参照して、本実施形態におけるロボット制御装置の動作について説明する。
=== Operation of the robot controller ===
Hereinafter, the operation of the robot control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 7 as appropriate.
認識処理部11は、ステレオカメラ2によって取得した3次元情報IMGに基づいて位置・姿勢認識処理を行い、各ワークWnの座標Σ0TWnを算出する。具体的には、例えば、3次元(画像)情報IMGからエッジを抽出し、図3に示したような1つのワークの3次元情報(3D−CADデータなど)とのマッチングを行うことによって、各ワークWnを認識して座標Σ0TWnを算出する。そして、各ワークWnの座標Σ0TWnは、記憶部12に記憶される。
The
入力部13には、ワークWnの取り出し部位情報INFが入力される。ここで、取り出し部位情報INFは、例えば図5に示すように、各取り出し部位Pmの相対座標ΣWTPmと、各取り出し部位Pmに設定された把持方向Dmとからなり、これらは記憶部12に記憶される。
The
前述したように、各取り出し部位Pmは、多関節ロボット3のハンド31が接触する2点を結ぶ線分の中点の座標で表され、相対座標ΣWTPmは、当該中点のローカル座標系における位置および姿勢を示している。一方、把持方向Dmは、取り出し部位Pmを把持する際にハンド31が接近してくる方向であり、ローカル座標系の各座標軸の方向で表される。例えば、取り出し部位P1を把持する場合には、ハンド31をローカル座標系のZ軸の正方向から接近させ、取り出し部位P4を把持する場合には、ハンド31をローカル座標系のX軸の負方向から接近させることとなる。
As described above, each extraction part Pm is represented by the coordinates of the midpoint of the line segment connecting the two points that the hand 31 of the articulated
ロボット制御装置1のうち、方向選択部14、座標算出部15、部位選択部16、および制御部17の機能は、例えば、認識処理部11、記憶部12、および入力部13を備えるコンピュータによって実現することができる。図6は、方向選択部14、座標算出部15、部位選択部16、および制御部17に相当する機能をコンピュータに実現させるためのプログラムの動作を示している。
In the
プログラムの処理が開始されると(S1)、各ワークWn(1≦n≦5)に対して、S2からS9までのループ処理が行われる。 When the processing of the program is started (S1), the loop processing from S2 to S9 is performed for each work Wn (1 ≦ n ≦ 5).
ループ処理においては、まず、記憶部12からワークWnの座標Σ0TWnを読み出す(S2)。そして、当該座標Σ0TWnに基づいて、各取り出し部位Pmの把持方向Dmの何れかを選択方向Dsとして選択する(S3)。したがって、当該S3の処理は、方向選択部14に相当する機能を実現する。 In the loop processing, first, the coordinates Σ 0 T Wn of the workpiece Wn are read from the storage unit 12 (S2). Then, based on the coordinates Σ 0 T Wn , one of the gripping directions Dm of each extraction part Pm is selected as the selection direction Ds (S3). Therefore, the process of S3 realizes a function corresponding to the direction selection unit 14.
S3の処理においては、各取り出し部位Pmの把持方向Dmのうち、「所定の方向となす角度」が最小となる把持方向が選択方向Dsとして選択される。 In the process of S3, the gripping direction that minimizes the “angle formed with the predetermined direction” is selected as the selection direction Ds among the gripping directions Dm of the respective extraction sites Pm.
「所定の方向」としては、ワークWnを把持して取り出す際に、多関節ロボット3のハンド31を接近させ、ワークWnを移動させるのに好適な方向を選択することができる。例えば、図2において、高さ方向(トレイ9の平面に垂直な方向)を「所定の方向」として選択することができる。また、例えば、トレイ9が据え置かれる作業台が傾斜している場合や、作業台の上方に配置されているステレオカメラ2が障害物となる場合などには、適宜斜め上方を「所定の方向」として選択してもよい。
As the “predetermined direction”, a direction suitable for moving the work Wn can be selected by bringing the hand 31 of the articulated
また、本実施形態では、把持方向Dmをローカル座標系の各座標軸の方向で表しているため、「所定の方向となす角度」は、ローカル座標系の各座標軸の単位ベクトル(正方向および負方向)が「所定の方向」の単位ベクトルとなす角度として計算することができる。なお、ローカル座標系の各座標軸の単位ベクトルは、ワークWnの(位置および)姿勢を示す座標Σ0TWnから求めることができる。 In the present embodiment, since the gripping direction Dm is represented by the direction of each coordinate axis of the local coordinate system, the “angle formed with the predetermined direction” is a unit vector (positive direction and negative direction) of each coordinate axis of the local coordinate system. ) Can be calculated as an angle formed by the unit vector in the “predetermined direction”. The unit vector of each coordinate axis in the local coordinate system can be obtained from coordinates Σ 0 T Wn indicating the (position and) orientation of the workpiece Wn.
さらに、「所定の方向」をワールド座標系の何れかの座標軸の方向と一致させることによって、「所定の方向となす角度」の計算を省略することもできる。ここで、ワークWnの座標Σ0TWnを、
と表すこととすると、A、B、Cは、それぞれローカル座標系のX軸、Y軸、Z軸の単位ベクトル(正方向)のワールド座標系における姿勢を示している。そのため、例えば、「所定の方向」をワールド座標系のz軸の正方向と一致させ、ローカル座標系のX軸、Y軸、Z軸の単位ベクトル(正方向)がワールド座標系のz軸の単位ベクトル(正方向)となす角度をそれぞれθi、θj、θkとすると、
az=cosθi、
bz=cosθj、
cz=cosθk
となる。
Furthermore, by making the “predetermined direction” coincide with the direction of any coordinate axis in the world coordinate system, the calculation of the “angle with respect to the predetermined direction” can be omitted. Here, the coordinate Σ 0 T Wn of the workpiece Wn is
A, B, and C represent the postures in the world coordinate system of unit vectors (positive direction) of the X axis, Y axis, and Z axis of the local coordinate system, respectively. Therefore, for example, the “predetermined direction” is matched with the positive direction of the z-axis of the world coordinate system, and the unit vectors (positive direction) of the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the local coordinate system are the z-axis of the world coordinate system. If the angles formed with the unit vector (positive direction) are θi, θj, and θk, respectively,
a z = cos θi,
b z = cos θj,
c z = cos θk
It becomes.
したがって、az、bz、czのそれぞれの正負および絶対値の大きさから、「所定の方向となす角度」が最小となる把持方向、すなわち、選択方向Dsを求めることができる。例えば、ワークWnが図7に示すような姿勢をとっている場合には、|cz|>|az|、かつ|cz|>|bz|、かつcz>0となり、ローカル座標系のZ軸の正方向が選択方向Dsとして選択される(Ds=Z)。また、例えば、ワークWnが図8に示すような姿勢をとっている場合には、|bz|>|az|、かつ|bz|>|cz|、かつbz<0となり、ローカル座標系のY軸の負方向が選択方向Dsとして選択される(Ds=−Y)。 Therefore, a z, b z, the magnitude of each positive and negative and the absolute value of c z, the "angle between a predetermined direction" is the minimum gripping direction, i.e., it is possible to determine the selection direction Ds. For example, when the workpiece Wn has the posture shown in FIG. 7, | c z |> | a z |, | c z |> | b z |, and c z > 0, and the local coordinates The positive direction of the Z axis of the system is selected as the selection direction Ds (Ds = Z). For example, when the workpiece Wn is in the posture shown in FIG. 8, | b z |> | a z |, | b z |> | c z |, and b z <0. The negative direction of the Y axis in the local coordinate system is selected as the selection direction Ds (Ds = −Y).
次に、記憶部12から、取り出し部位Pmのうち、把持方向Dmとして選択方向Dsが設定された取り出し部位Pkの相対座標ΣWTPkを読み出す(S4)。そして、ワークWnの座標Σ0TWnおよび取り出し部位Pkの相対座標ΣWTPkから、取り出し部位Pkの座標Σ0TPkを、
(Σ0TPk)=(Σ0TWn)(ΣWTPk)
と算出する(S5)。したがって、当該S5の処理は、座標算出部15に相当する機能を実現する。
Next, the relative coordinates Σ W T Pk of the extraction part Pk in which the selection direction Ds is set as the gripping direction Dm among the extraction parts Pm are read from the storage unit 12 (S4). Then, from the relative coordinates sigma W T Pk coordinate sigma 0 T Wn and exit site Pk workpiece Wn, the coordinates sigma 0 T Pk of exit site Pk,
(Σ 0 T Pk ) = (Σ 0 T Wn ) (Σ W T Pk )
Is calculated (S5). Therefore, the process of S5 realizes a function corresponding to the coordinate
次に、把持方向Dmとして選択方向Dsが設定された取り出し部位Pkが複数存在する場合(S6:YES)には、S5の処理において算出された座標Σ0TPkに基づいて、複数存在する取り出し部位Pkの何れかを選択部位Psとして選択する(S7)。したがって、当該S7の処理は、部位選択部16に相当する機能を実現する。ここで、一例として、選択方向Ds=Zであるものとすると、把持方向Dmとして選択方向Ds(=Z)が設定された2つの取り出し部位P1およびP2が存在する。
Next, when there are a plurality of extraction parts Pk in which the selection direction Ds is set as the gripping direction Dm (S6: YES), a plurality of extractions are present based on the coordinates Σ 0 T Pk calculated in the process of S5. One of the parts Pk is selected as the selected part Ps (S7). Therefore, the process of S7 realizes a function corresponding to the
S7の処理においては、複数存在する取り出し部位Pk(k=1または2)のうち、「所定の方向の高さ」が最も高い取り出し部位が選択部位Psとして選択される。なお、「所定の方向」は、S3の処理の場合と同一の方向であり、「所定の方向の高さ」は、ワールド座標系における取り出し部位Pkの位置ベクトルの「所定の方向」への正射影として計算することができる。また、ワールド座標系における取り出し部位Pkの位置ベクトルは、取り出し部位Pkの位置(および姿勢)を示す座標Σ0TPkから求めることができる。 In the process of S7, the extraction part having the highest “height in a predetermined direction” is selected as the selection part Ps from among a plurality of extraction parts Pk (k = 1 or 2). Note that the “predetermined direction” is the same direction as in the process of S3, and the “predetermined height” is the positive value of the position vector of the extraction site Pk in the world coordinate system in the “predetermined direction”. It can be calculated as a projection. Further, the position vector of the extraction site Pk in the world coordinate system can be obtained from the coordinates Σ 0 T Pk indicating the position (and orientation) of the extraction site Pk.
さらに、例えば、「所定の方向」をワールド座標系のz軸の正方向と一致させることによって、「所定の方向の高さ」の計算を省略することもできる。ここで、取り出し部位Pkの座標Σ0TPkを、
と表すこととすると、Dは、取り出し部位Pkのワールド座標系における位置を示している。したがって、dzが「所定の方向の高さ」を示し、例えば、ワークWnが図9に示すような姿勢をとっている場合には、取り出し部位P1またはP2のうち、取り出し部位P2が選択部位Psとして選択される(Ps=P2)。
Furthermore, for example, the calculation of “the height in the predetermined direction” can be omitted by making the “predetermined direction” coincide with the positive direction of the z-axis of the world coordinate system. Here, the coordinate Σ 0 T Pk of the extraction part Pk is
D represents the position of the extraction part Pk in the world coordinate system. Therefore, d z indicates "predetermined direction height", for example, when the workpiece Wn is taking an attitude as shown in FIG. 9, of the exit site P1 or P2, exit site P2 is selected sites Selected as Ps (Ps = P2).
一方、S6において、把持方向Dmとして選択方向Dsが設定された取り出し部位Pkが1つだけ存在する場合(S6:NO)には、当該1つの取り出し部位Pkを選択部位Psとする(S8)。ここで、一例として、選択方向Ds=Xであるものとすると、把持方向Dmとして選択方向Ds(=X)が設定された唯一の取り出し部位P3が存在する。 On the other hand, in S6, when there is only one extraction site Pk in which the selection direction Ds is set as the gripping direction Dm (S6: NO), the one extraction site Pk is set as the selection site Ps (S8). Here, as an example, if it is assumed that the selection direction Ds = X, there is a single extraction portion P3 in which the selection direction Ds (= X) is set as the gripping direction Dm.
最後に、ワークWnの選択部位Psの座標Σ0TPsに基づいて制御信号CNTを出力し、選択部位Psを把持してワークWnを「所定の方向」に取り出すように多関節ロボット3を制御する(S9)。したがって、当該S9の処理は、制御部17に相当する機能を実現する。なお、選択方向Dsは、「所定の方向となす角度」が最小となる把持方向であるので、ワークWnを選択方向Dsに取り出すように多関節ロボット3を制御してもよい。
Finally, the control signal CNT is output based on the coordinate Σ 0 T Ps of the selected part Ps of the work Wn, and the articulated
そして、S2からS9までのループ処理を各ワークWnに対して行うことによって、ワークW1ないしW5をすべて取り出すことができ、処理を終了する(S10)。 Then, by performing the loop processing from S2 to S9 on each workpiece Wn, all the workpieces W1 to W5 can be taken out, and the processing ends (S10).
このようにして、ロボット制御装置1は、把持方向Dmとして選択方向Dsが設定された取り出し部位Pkを把持してワークWnを取り出すように多関節ロボット3を制御する。そして、各ワークWnは複数の取り出し部位Pmを備えているため、ワークWn姿勢がランダムであっても、多関節ロボット3は、ハンド31によって何れかの取り出し部位を把持して、ワークWnを取り出すことができる。
In this way, the
また、ロボット制御装置1は、ワークWnの各取り出し部位Pmの把持方向Dmのうち、「所定の方向となす角度」が最小となる把持方向を選択方向Dsとして選択している。そして、作業台の傾斜や障害物の配置などを考慮して、多関節ロボット3のハンド31を接近させ、ワークWnを移動させるのに好適な方向を「所定の方向」として選択することによって、多関節ロボット3の動作可能範囲を広く取ることができる。
Further, the
さらに、ロボット制御装置1は、取り出し部位Pkが複数存在する場合には、当該複数存在する取り出し部位Pkのうち、「所定の方向の高さ」が最も高い取り出し部位を選択部位Psとして選択している。したがって、ワークWnに多関節ロボット3のハンド31が接近する際に、他のワークとの干渉を抑制することができる。
Furthermore, when there are a plurality of extraction sites Pk, the
なお、取り出し部位Pkが複数存在する場合の選択部位Psの選択方法として、他の方法を用いてもよい。例えば図10に示すように、各取り出し部位Pmに優先順位Rmをさらに設定し、図6のS7の処理において、当該優先順位Rmに基づいて選択部位Psを選択してもよい。また、この場合において、優先順位Rmが同じ取り出し部位Pkが複数存在する場合には、さらに「所定の方向の高さ」に基づいて選択部位Psを選択してもよい。 Note that other methods may be used as a method of selecting the selection site Ps when there are a plurality of extraction sites Pk. For example, as shown in FIG. 10, a priority order Rm may be further set for each extraction part Pm, and the selection part Ps may be selected based on the priority order Rm in the process of S7 of FIG. In this case, when there are a plurality of extraction sites Pk having the same priority Rm, the selection site Ps may be further selected based on “the height in a predetermined direction”.
前述したように、ロボット制御装置1において、ワークWn(物品)の各取り出し部位Pmの把持方向Dmのうち、「所定の方向となす角度」が最小となる把持方向を選択方向Dsとして選択し、把持方向Dmとして選択方向Dsが設定された取り出し部位Pkを把持してワークWnを取り出すように多関節ロボット3を制御することによって、ワークWn姿勢がランダムであっても、多関節ロボット3のハンド31によって何れかの取り出し部位を把持して、ワークWnを取り出すことができる。
As described above, the
また、把持方向Dmとして選択方向Dsが設定された取り出し部位Pkが複数存在する場合に、当該複数存在する取り出し部位Pkのうち、「所定の方向の高さ」が最も高い取り出し部位が選択部位Psとして選択し、選択部位Psを把持してワークWnを取り出すように多関節ロボット3を制御することによって、ワークWnに多関節ロボット3のハンド31が接近する際に、他のワークとの干渉を抑制することができる。
In addition, when there are a plurality of extraction sites Pk in which the selection direction Ds is set as the gripping direction Dm, the extraction site having the highest “height in a predetermined direction” is selected from the plurality of extraction sites Pk. Is selected, and the articulated
また、各取り出し部位Pmに優先順位Rmをさらに設定することによって、当該優先順位Rmに基づいて選択された選択部位Psを把持してワークWnを取り出すことができる。 Further, by further setting the priority order Rm for each take-out part Pm, the workpiece Wn can be taken out by grasping the selected part Ps selected based on the priority order Rm.
また、ワークWnを把持して取り出す際に、多関節ロボット3のハンド31を接近させ、ワークWnを移動させるのに好適な「所定の方向」に取り出すことによって、多関節ロボット3の動作可能範囲を広く取ることができる。
Further, when the workpiece Wn is gripped and taken out, the range 31 of the articulated
また、ワークWnを把持して取り出す際に、「所定の方向となす角度」が最小となる把持方向である選択方向Dsに取り出すことによっても、多関節ロボット3の動作可能範囲を広く取ることができる。
In addition, when the workpiece Wn is gripped and taken out, the operable range of the articulated
また、ワールド座標系におけるワークWnの位置および姿勢を示す同次変換行列Σ0TWnと、ローカル座標系における取り出し部位Pkの位置および姿勢を示す同次変換行列ΣWTPkとの積を、取り出し部位Pkの座標Σ0TPkとして算出することによって、当該座標Σ0TPkに基づいて、取り出し部位Pkを把持してワークWnを取り出すように多関節ロボット3を制御することができる。
Further, the product of the homogeneous transformation matrix Σ 0 T Wn indicating the position and orientation of the workpiece Wn in the world coordinate system and the homogeneous transformation matrix Σ W T Pk indicating the position and orientation of the extraction part Pk in the local coordinate system is by calculating the coordinates sigma 0 T Pk of exit site Pk, based on the coordinates Σ 0 T Pk, it is possible to control the
また、図2に示した物品取り出しシステムにおいて、ステレオカメラ2によって取得した3次元情報IMGに基づいて位置・姿勢認識処理を行うことによって、各ワークWnの座標Σ0TWnを算出し、多関節ロボット3を制御してトレイ9内のワークWnを1つずつ取り出すことができる。
Further, in the article take-out system shown in FIG. 2, by performing position / posture recognition processing based on the three-dimensional information IMG acquired by the
また、ロボット制御装置1の少なくとも方向選択部14に相当する機能をコンピュータに実現させるためのプログラムにおいて、ワークWnが備える複数の取り出し部位Pmにそれぞれ設定された把持方向Dmのうち、「所定の方向となす角度」が最小となる把持方向を選択方向Dsとして選択することによって、把持方向Dmとして選択方向Dsが設定された取り出し部位Pkの座標Σ0TPkに基づいて多関節ロボット3を制御し、取り出し部位Pkを把持してワークWnを取り出すことができる。
Further, in a program for causing a computer to realize a function corresponding to at least the direction selection unit 14 of the
また、ワークWnが備える複数の取り出し部位Pmにそれぞれ設定された把持方向Dmのうち、「所定の方向となす角度」が最小となる把持方向を選択方向Dsとして選択し、把持方向Dmとして選択方向Dsが設定された取り出し部位Pkを把持してワークWnを取り出すように多関節ロボット3を制御することによって、ワークWn姿勢がランダムであっても、多関節ロボット3のハンド31によって何れかの取り出し部位を把持して、ワークWnを取り出すことができる。
Further, among the gripping directions Dm set for each of the plurality of take-out parts Pm included in the workpiece Wn, the gripping direction having the smallest “angle with respect to the predetermined direction” is selected as the selection direction Ds, and the selection direction is selected as the gripping direction Dm. Even if the posture of the workpiece Wn is random by controlling the articulated
なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。 In addition, the said embodiment is for making an understanding of this invention easy, and is not for limiting and interpreting this invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
上記実施形態では、ステレオカメラ2を用いてトレイ9上のワークの3次元情報IMGを取得しているが、これに限定されるものではない。ステレオカメラ2の代わりに、例えばカメラおよびレーザスキャナを用いて3次元情報を取得してもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、ロボット制御装置1は、例えば図2に示した多関節ロボット3を制御対象としているが、これに限定されるものではない。ロボット制御装置1が制御するロボットは、ワークの選択部位Psを把持して取り出すことができればよく、他の形態のロボットであってもよい。
In the above-described embodiment, the
上記実施形態では、例えば図3に示した形状の5つのワークを取り出し対象としているが、これに限定されるものではない。トレイ9上には複数の種類のワークが混在していてもよく、この場合には、ワークの種類ごとに取り出し部位を設定すればよい。 In the above embodiment, for example, five workpieces having the shape shown in FIG. 3 are taken out, but the present invention is not limited to this. A plurality of types of workpieces may be mixed on the tray 9, and in this case, an extraction site may be set for each type of workpiece.
上記実施形態では、方向選択部14、座標算出部15、部位選択部16、および制御部17の機能は、認識処理部11、記憶部12、および入力部13を備えるコンピュータによって実現されているが、これに限定されるものではない。例えば、制御部17には、公知の実装方法を用いることができるため、制御部17をさらに備えるコンピュータに、図6のS9の処理において選択部位Psの座標Σ0TPsを出力するプログラムを搭載してもよい。また、例えば、認識処理部11の位置・姿勢認識処理をさらに行うプログラムをコンピュータに搭載してもよい。
In the above embodiment, the functions of the direction selection unit 14, the coordinate
1 ロボット制御装置
2 ステレオカメラ(3次元情報取得装置)
3 多関節ロボット
9 トレイ
11 認識処理部
12 記憶部
13 入力部
14 方向選択部
15 座標算出部
16 部位選択部
17 制御部
31 ハンド
W1〜W5 ワーク
1
3 Articulated Robot 9
Claims (9)
前記複数の取り出し部位のうち、前記把持方向として前記選択方向が設定された取り出し部位を把持して前記物品を取り出すようにロボットを制御する制御部と、
を有することを特徴とするロボット制御装置。 A direction for selecting, as a selection direction, a gripping direction that minimizes an angle with a predetermined direction among gripping directions set for each of the plurality of pick-up parts based on position / posture information of an article having a plurality of pick-up parts. A selection section;
A control unit that controls the robot so as to grip the take-out part of which the selection direction is set as the gripping direction and take out the article out of the plurality of take-out parts;
A robot control apparatus comprising:
前記制御部は、前記選択部位を把持して前記物品を取り出すように前記ロボットを制御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。 When there are a plurality of extraction parts with the selection direction set as the gripping direction, a part selection unit that selects the extraction part having the highest height in the predetermined direction as the selection part among the plurality of extraction parts Further comprising
The robot control apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls the robot to grip the selected part and take out the article.
前記把持方向として前記選択方向が設定された取り出し部位が複数存在する場合に、当該複数存在する取り出し部位のうち、前記優先順位が最も高い取り出し部位を選択部位として選択する部位選択部をさらに有し、
前記制御部は、前記選択部位を把持して前記物品を取り出すように前記ロボットを制御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。 A priority is set for each of the plurality of take-out parts,
In the case where there are a plurality of extraction sites with the selection direction set as the gripping direction, the device further includes a site selection unit that selects the extraction site with the highest priority as the selection site among the plurality of extraction sites. ,
The robot control apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls the robot to grip the selected part and take out the article.
前記物品のローカル座標系における、前記複数の取り出し部位の位置・姿勢情報および前記把持方向が入力される入力部と、
前記ワールド座標系における前記物品の位置・姿勢情報と前記ローカル座標系における前記複数の取り出し部位の位置・姿勢情報とに基づいて、前記ワールド座標系における前記複数の取り出し部位の位置・姿勢情報を算出する座標算出部と、
をさらに有し、
前記制御部は、前記ワールド座標系における前記複数の取り出し部位の位置・姿勢情報に基づいて、前記物品を取り出すように前記ロボットを制御することを特徴とする請求項1ないし請求項5の何れかに記載のロボット制御装置。 A recognition processing unit that recognizes the article and calculates position / posture information of the article in a world coordinate system;
In the local coordinate system of the article, an input unit for inputting the position / posture information of the plurality of extraction parts and the gripping direction;
Based on the position / posture information of the article in the world coordinate system and the position / posture information of the plurality of extraction parts in the local coordinate system, the position / posture information of the plurality of extraction parts in the world coordinate system is calculated. A coordinate calculation unit to
Further comprising
6. The control unit according to claim 1, wherein the control unit controls the robot to take out the article based on position / posture information of the plurality of take-out parts in the world coordinate system. The robot control device described in 1.
前記物品の3次元情報を取得する3次元情報取得装置と、
前記制御部の制御によって前記物品を取り出す前記ロボットと、
を備え、
前記認識処理部は、前記3次元情報に基づいて前記物品の位置・姿勢情報を算出することを特徴とする物品取り出しシステム。 A robot controller according to claim 6;
A three-dimensional information acquisition device for acquiring three-dimensional information of the article;
The robot for taking out the article under the control of the control unit;
With
The article extraction system, wherein the recognition processing unit calculates position / posture information of the article based on the three-dimensional information.
前記物品の位置・姿勢情報に基づいて、前記把持方向のうち、所定の方向となす角度が最小となる把持方向を選択方向として選択する機能と、
前記複数の取り出し部位のうち、前記把持方向として前記選択方向が設定された取り出し部位の位置・姿勢情報を前記制御部に入力する機能と、
を実現させるためのプログラム。 A control unit that controls a robot so as to grip and take out any of the plurality of take-out parts from an article having a plurality of take-out parts, and position / posture information of the article and positions / positions of the plurality of take-out parts A computer to which posture information and a gripping direction set for each of the plurality of extraction parts are input,
Based on the position / posture information of the article, a function of selecting, as a selection direction, a gripping direction that minimizes an angle formed with a predetermined direction among the gripping directions;
A function of inputting, to the control unit, position / posture information of an extraction part in which the selection direction is set as the gripping direction among the plurality of extraction parts;
A program to realize
前記複数の取り出し部位のうち、前記把持方向として前記選択方向が設定された取り出し部位を把持して前記物品を取り出すようにロボットを制御することを特徴とするロボットの制御方法。 Based on the position / posture information of an article having a plurality of take-out parts, a gripping direction that makes a minimum angle with a predetermined direction is selected as a selection direction from among the gripping directions set for each of the plurality of take-out parts,
A method for controlling a robot, comprising: controlling a robot so as to grip and take out the article by picking out a pick-up part in which the selection direction is set as the gripping direction among the plurality of pick-up parts.
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