JP2013043231A - ロボットとそのワーク把持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トレイ窪みがワークより大きくその間に隙間があり、トレイ窪みの端面にワークが寄っており、かつ画像処理の計測誤差が大きい場合でも、ワークを傾けることなくトレイ上のワークをハンドで確実に把持することができるロボットとそのワーク把持方法を提供する。
【解決手段】（Ａ）画像処理の計測誤差より大きく、トレイ窪み３とワーク１との平均隙間より小さいシフト量Ｌを予め記憶し、（Ｂ）カメラ１４によりトレイ２に設けられたトレイ窪み３内に位置しているワーク１を、上方から撮影してワーク１の画像を取得し、（Ｃ）画像処理装置１８により、前記画像を画像処理してワーク１の中心位置を検出し、（Ｄ）ロボット制御装置２０により、把持高さにおいて、ハンド１２をワーク１の検出された中心位置よりトレイ窪み３の内側に前記シフト量Ｌを水平シフトした後に、ワーク１を把持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トレイ上のワークをハンドで把持するロボットとそのワーク把持方法に関する。

ロボットのハンドの近傍にカメラを取り付け、ワークの把持や搬送を実施することが、例えば、特許文献１〜４に開示されている。

特開２００３−２３１０７８号公報、「ロボットアームの位置制御方法およびロボット装置」 特開２００３−９４３６７号公報、「手先視覚付ロボットハンド」 特開２００９−２１４２２５号公報、「搬送治具、ワーク搬送・設置部品、及び、これを用いたロボット生産システム」 特開平８−３１８４７９号公報、「遠隔操縦システム」

トレイ上のワークをロボットのハンドで把持する場合、ハンドの近傍にカメラを取り付け、画像処理によってトレイ上に整列されたワークの位置を計測しその位置で把持動作を行うことにより、通常は多少の位置誤差があっても正確にワークを把持することができる。
この理由は、画像処理の計測誤差よりも、ハンドの把持ストローク量が通常大きいためである。

しかし、トレイ２にワーク１を載せる凹み孔（トレイ窪み３）が設けられており、このトレイ窪み３の端面３ａにワーク１が寄っている状態で、かつ、画像処理による計測位置が端面側に位置ずれした状態のときに把持動作を実施すると、図１（Ａ）に示すように、ハンド４のトレイ窪み中央側のツメ５が先にワーク１に当たり、図１（Ｂ）に示すように、ワーク１とトレイ窪み３との接触点を回転中心としてワーク１が傾き、図１（Ｃ）に示すように、傾いたままワーク１が把持されるため、把持が安定しない。なお図１（Ｄ）は図１（Ａ）の平面図における位置関係を示している。

一方、トレイ窪みの中心位置が既知の場合には、画像計測なしで、トレイ窪みの寸法をワークの寸法に合わせることでワークの位置決め精度を向上させて把持を安定化することができる。しかしこの場合、トレイは、形状や大きさの異なる別のワークには適用できない。

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、トレイ窪みがワークより大きくその間に隙間があり、トレイ窪みの端面にワークが寄っており、かつ画像処理の計測誤差が大きい場合でも、ワークを傾けることなくトレイ上のワークをハンドで確実に把持することができるロボットとそのワーク把持方法を提供することにある。

本発明によれば、ワークを水平方向外方から把持してその中心位置をセンタリングする複数の把持爪を有するハンドと、
ワークを上方から撮影するカメラと、
手先にカメラとハンドを取り付けたロボットアームと、
画像を画像処理する画像処理装置と、
ハンド及びロボットアームを制御するロボット制御装置とを備え、
（Ａ）画像処理の計測誤差より大きく、トレイ窪みとワークとの平均隙間より小さいシフト量を予め記憶し、
（Ｂ）カメラによりトレイに設けられたトレイ窪み内に位置しているワークを、上方から撮影してワークの画像を取得し、
（Ｃ）画像処理装置により、前記画像を画像処理してワークの中心位置を検出し、
（Ｄ）ロボット制御装置により、把持高さにおいて、ハンドをワークの検出された中心位置よりトレイ窪みの内側に前記シフト量を水平シフトした後に、ワークを把持する、ことを特徴とするワーク把持方法が提供される。

また本発明によれば、トレイに設けられたトレイ窪み内に位置しているワークを水平方向外方から把持してその中心位置をセンタリングする複数の把持爪を有するハンドと、
ワークを上方から撮影してワークの画像を取得するカメラと、
手先にカメラとハンドを取り付けたロボットアームと、
前記画像を画像処理してワークの中心位置を検出する画像処理装置と、
ハンド及びロボットアームを制御するロボット制御装置とを備え、
画像処理の計測誤差より大きく、トレイ窪みとワークとの平均隙間より小さいシフト量を予め記憶し、ロボット制御装置により、把持高さにおいて、ハンドをワークの検出された中心位置よりトレイ窪みの内側に前記シフト量を水平シフトした後に、ワークを把持する、ことを特徴とするロボットが提供される。

上記本発明のロボットとそのワーク把持方法によれば、画像処理の計測誤差より大きく、トレイ窪みとワークとの平均隙間より小さいシフト量を予め記憶し、把持高さにおいて、ハンドをワークの検出された中心位置よりトレイ窪みの内側に前記シフト量を水平シフトするので、トレイ窪みがワークより大きくその間に隙間があり、トレイ窪みの端面にワークが寄っており、かつ画像処理の計測誤差が大きい場合でも、前記水平シフトによりハンドの中心をワークの中心位置よりトレイ窪みの内側に位置決めすることができる。

従って、その後にワークを把持することにより、ワークの中心位置をセンタリングする機能を有する２つの把持爪のうち、外側の把持爪がワークの把持位置に先に接触してワークを内側に移動させるので、ワークを傾けることなくトレイ上のワークをハンドで確実に把持することができる。

従来の把持動作の説明図である。 本発明によるロボットの全体構成図である。 本発明によるワーク把持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２は、本発明によるロボットの全体構成図である。
この図において、本発明のロボット１０は、ハンド１２、カメラ１４、ロボットアーム１６、画像処理装置１８、及びロボット制御装置２０を備える。

ワーク１はこの例では円筒形部材であり、その上端部をハンド１２が把持するようになっている。ワーク１は、この例では、トレイ２に設けられた円形のトレイ窪み３（凹み孔）内に位置している。
トレイ窪み３の端面３ａとワーク１との位置関係はランダムであり、トレイ窪み３の端面３ａにワーク１が寄っているものもある。
トレイ窪み３とワーク１との平均隙間は、例えば２〜５ｍｍである。

なお、ワーク１は、円筒形部材に限定されず、矩形断面でもその他の形状であってもよい。また、トレイ窪み３も、円形に限定されず、矩形でもその他の形状であってもよい。

ハンド１２は、ワーク１を水平方向外方から把持する複数（この例では２つ）の把持爪１３を有する。ハンド１２は、ワーク１を把持する把持高さにおいて、水平に位置し、複数の把持爪１３を、ハンド１２の中心位置に対して同期して開閉し、ワーク１を水平方向外方から把持してワーク１の中心位置（鉛直中心）をセンタリングして把持するようになっている。

把持爪１３の把持面形状は、ワーク１の水平断面形状が円形の場合、Ｖ字形であり、ワーク１の中心位置をセンタリングできる形状である。
ワーク１が、矩形断面又はその他の形状の場合でも、把持爪１３の把持面形状は、ワーク１の中心位置をセンタリングできる形状であるのがよい。

カメラ１４は、ＣＣＤカメラ又はＣ−ＭＯＳカメラであり、ワーク１を上方から撮影してワーク１の画像を取得する。
ロボットアーム１６は、その手先にカメラ１４とハンド１２を近接して取り付け、その位置と姿勢を３次元空間内で移動可能に構成されている。
ロボットアーム１６は、この例では、多関節ロボットのロボットアームであるが、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。

画像処理装置１８は、カメラ１４で撮影した画像を画像処理してワーク１の中心位置を検出する。この画像処理は、例えば画像のパターンマッチングによる。

ロボット制御装置２０は、ハンド１２及びロボットアーム１６を制御する。
ロボット制御装置２０は、例えば数値制御装置であり、指令信号によりハンド１２及びロボットアーム１６を６自由度（３次元位置と３軸まわりの回転）に制御するようになっている。
なお、画像処理装置１８とロボット制御装置２０を同一の制御装置で構成してもよい。

本発明では、画像処理の計測誤差を考慮して後述するシフト量Ｌを予め設定し、例えばロボット制御装置２０の記憶装置に記憶する。

画像処理の計測誤差は、例えば±０．２ｍｍ程度である。シフト量Ｌは画像処理の計測誤差の最大値より大きく設定する必要がある。

一方、トレイ窪み３とワーク１との平均隙間は、例えば２〜５ｍｍであり、シフト量を平均隙間より大きく設定すると、トレイ窪み３の端面３ａにワーク１が寄っている場合に、トレイ窪み３の内側に位置する把持爪１３が先にワーク１と接触する可能性がある。
従って、トレイ窪み３の内側に位置する把持爪１３が先にワーク１と接触するのを回避するため、シフト量Ｌは、トレイ窪み３とワーク１との平均隙間より小さく設定する必要がある。

上述したシフト量Ｌは、画像処理の計測誤差のバラツキを考慮して計測誤差より若干大きく設定することが好ましく、計測誤差の最大値、又は計測誤差の平均値＋３×標準偏差に設定することが好ましい。

ロボット制御装置２０は、上述したシフト量Ｌを予め記憶し、把持高さにおいて、ハンド１２をワーク１の検出された中心位置よりトレイ窪み３の内側にシフト量Ｌを水平シフトした後に、ワーク１を把持するようになっている。

図３は、本発明によるワーク把持方法の説明図である。
上述した装置を用い、本発明の方法は、Ｓ１〜Ｓ４の各ステップからなる。

Ｓ１では、画像処理の計測誤差（例えば±０．２ｍｍ）より大きく、トレイ窪み３とワーク１との平均隙間（例えば２〜５ｍｍ）より小さいシフト量Ｌを予め記憶する。シフト量Ｌは、画像処理の計測誤差のバラツキを考慮し、好ましくは、計測誤差の最大値、又は計測誤差の平均値＋３×標準偏差に設定する。

Ｓ２では、カメラ１４によりトレイ２に設けられたトレイ窪み３内に位置しているワーク１を、上方から撮影してワーク１の画像を取得する。この撮影は、ワーク１の真上（中心軸上）からであることが好ましいが、ワーク１の斜め上方からであってもよい。

Ｓ３では、画像処理装置１８により、ワーク１の画像を画像処理してワーク１の中心位置を検出する。この画像処理は、例えば画像のパターンマッチングによる。この検出精度（画像処理の計測誤差）は例えば±０．２ｍｍである。

Ｓ４では、ロボット制御装置２０により、図３（Ａ）に示すように、把持高さにおいて、ハンド１２をワーク１の画像処理で検出された中心位置よりトレイ窪み３の内側にシフト量Ｌを水平シフトし、その後に、図３（Ｂ）（Ｃ）に示すように、ワーク１を把持する。

トレイ窪み３の中心位置が既知の場合には、トレイ窪み３の内側も既知であり、水平シフトの方向は既知である。
トレイ窪み３の内側が不明な場合には、Ｓ２においてワーク１と共にトレイ窪み３も撮影し、Ｓ３において画像処理によりトレイ窪み３の内側を決定するのがよい。この画像処理は、例えば画像のパターンマッチングによる。

上述した本発明のロボット１０とそのワーク把持方法によれば、画像処理の計測誤差より大きく、トレイ窪み３とワーク１との平均隙間より小さいシフト量Ｌを予め記憶し、把持高さにおいて、ハンド１２をワーク１の画像処理で検出された中心位置よりトレイ窪み３の内側にシフト量Ｌを水平シフトするので、トレイ窪み３がワーク１より大きくその間に隙間があり、トレイ窪み３の端面にワーク１が寄っており、かつ画像処理の計測誤差が大きい場合でも、前記水平シフトによりハンド１２の中心をワーク１の中心位置よりトレイ窪み３の内側に位置決めすることができる。

従って、その後にワーク１を把持することにより、ワーク１の中心位置をセンタリングする機能を有する２つの把持爪１３のうち、外側の把持爪１３がワーク１の把持位置に先に接触してワーク１を内側に移動させるので、ワーク１を傾けることなくトレイ２上のワーク１をハンドで確実に把持することができる。

本発明によれば、図３に示したように、画像処理の計測誤差を考慮して、ハンド１２を僅か（例えば０．５ｍｍ）に中央方向に位置することで、端面側の把持爪１３が先にワーク１の把持位置に当たって、ワーク１を中央に寄せるので、ワーク１が傾かない。
従って、ワーク１が傾かずワーク１を正確に把持できるので、その後の動作、例えば搬送、設置、取り付け動作などが安定する。

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、２ トレイ、３ トレイ窪み（凹み孔）、
３ａ 端面、４ ハンド、５ ツメ、
１０ ロボット、１２ ハンド、１３ 把持爪、
１４ カメラ（ＣＣＤカメラ又はＣ−ＭＯＳカメラ）、
１６ ロボットアーム、１８ 画像処理装置、
２０ ロボット制御装置

Claims (3)

1. ワークを水平方向外方から把持してその中心位置をセンタリングする複数の把持爪を有するハンドと、
   ワークを上方から撮影するカメラと、
   手先にカメラとハンドを取り付けたロボットアームと、
   画像を画像処理する画像処理装置と、
   ハンド及びロボットアームを制御するロボット制御装置とを備え、
   （Ａ）画像処理の計測誤差より大きく、トレイ窪みとワークとの平均隙間より小さいシフト量を予め記憶し、
   （Ｂ）カメラによりトレイに設けられたトレイ窪み内に位置しているワークを、上方から撮影してワークの画像を取得し、
   （Ｃ）画像処理装置により、前記画像を画像処理してワークの中心位置を検出し、
   （Ｄ）ロボット制御装置により、把持高さにおいて、ハンドをワークの検出された中心位置よりトレイ窪みの内側に前記シフト量を水平シフトした後に、ワークを把持する、ことを特徴とするワーク把持方法。
2. 前記シフト量を、画像処理の計測誤差の最大値、又は平均値＋３×標準偏差に設定する、ことを特徴とする請求項１に記載のワーク把持方法。
3. トレイに設けられたトレイ窪み内に位置しているワークを水平方向外方から把持してその中心位置をセンタリングする複数の把持爪を有するハンドと、
   ワークを上方から撮影してワークの画像を取得するカメラと、
   手先にカメラとハンドを取り付けたロボットアームと、
   前記画像を画像処理してワークの中心位置を検出する画像処理装置と、
   ハンド及びロボットアームを制御するロボット制御装置とを備え、
   画像処理の計測誤差より大きく、トレイ窪みとワークとの平均隙間より小さいシフト量を予め記憶し、ロボット制御装置により、把持高さにおいて、ハンドをワークの検出された中心位置よりトレイ窪みの内側に前記シフト量を水平シフトした後に、ワークを把持する、ことを特徴とするロボット。