JP2014144522A - Control apparatus, control method, robot, and robot system - Google Patents

Control apparatus, control method, robot, and robot system Download PDF

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高志 南本
Kazuhiro Kosuge
一弘 小菅
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure control of an operation to deform an object by an action of applying load to the object.SOLUTION: A storage section stores in advance an image of an object. A deformation calculation section calculates a degree of deformation of the object on the basis of an image of the object taken by an imaging section and the image of the object stored in the storage section. An action control section controls load applied to the object by a robot, according to the degree of deformation calculated by the deformation calculation section. This ensures control of an operation to deform the object.

Description

本発明は、制御装置、制御方法、ロボット及びロボットシステムに関する。   The present invention relates to a control device, a control method, a robot, and a robot system.

マニピュレーター、ハンド及びカメラを備え、物体を操作する作業を行うロボットが知られている。このようなロボットには、例えば、その物体に加わる力を制御して、他の物体に組み付ける組み付け作業等を行うロボットがある。
例えば、特許文献1には、少なくとも2台のロボットとからなり、力制御されるように力制御手段を備えたロボット制御手段により嵌合作業を行うための協調ロボットシステムが記載されている。この協調ロボットシステムでは、押し当て力が予め設定された閾値以上になってからの時間を力制御手段の制御有効時間として定める。これにより、物体を押し当てて発生する力が閾値以上になる時間が監視され、作業が終了したことが検知される。
2. Description of the Related Art A robot that includes a manipulator, a hand, and a camera and performs an operation for manipulating an object is known. As such a robot, for example, there is a robot that performs an assembling work to be assembled to another object by controlling a force applied to the object.
For example, Patent Document 1 describes a cooperative robot system that includes at least two robots and performs a fitting operation by a robot control unit including a force control unit so as to be force-controlled. In this cooperative robot system, the time after the pressing force becomes equal to or greater than a preset threshold is determined as the control effective time of the force control means. Thereby, the time during which the force generated by pressing the object is equal to or greater than the threshold is monitored, and it is detected that the work has been completed.

また、特許文献2には、レンズ鏡筒に設けられたレンズ収容孔部にレンズを挿入して、レンズ鏡筒およびレンズを含むレンズ組立体を組み立てる部品組立装置が記載されている。この部品組立装置では、カメラによってレンズ鏡筒内のレンズを撮像し、撮像した画像によってレンズの挿入状態を確認する。ここで撮像した画像から挿入開口の内径が予め記憶した値の許容範囲に入るかどうか判定する。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-228561 describes a component assembly apparatus that inserts a lens into a lens housing hole provided in a lens barrel and assembles the lens barrel and a lens assembly including the lens. In this component assembling apparatus, the lens in the lens barrel is imaged by the camera, and the lens insertion state is confirmed by the captured image. Here, it is determined whether or not the inner diameter of the insertion opening falls within the allowable range of the value stored in advance from the captured image.

特開2008−307665号公報JP 2008-307665 A 特開2012−228747号公報JP 2012-228747 A

例えば、特許文献1に記載の協調ロボットシステムを用いて、1つの物体を他の物体に差し込む作業について考える。作業前に予め物体同士の姿勢が高精度に合わせられている場合には、それらの物体間ではたらく摩擦力よりも、差し込まれた後に発生する抗力の方が大きい。そのため、発生する力が閾値を越えたことと作業の終了とが対応付けられる。他方、物体同士の姿勢が合っていない場合には、それらの物体間ではたらく摩擦力の方が、差し込まれた後に発生する抗力よりも大きい。そのため、発生する力が閾値を越えたことと作業の終了とを対応させることができないことがあった。
また、特許文献2に記載の部品組立装置では、レンズ鏡筒に挿入されたレンズが挿入された位置を判定するに過ぎず、対象物が変形した場合に所望の状態で動作を終了することができなかった。
For example, consider an operation of inserting one object into another object using the cooperative robot system described in Patent Document 1. When the postures of the objects are adjusted with high accuracy in advance before the work, the drag generated after the insertion is larger than the frictional force acting between the objects. For this reason, the fact that the generated force exceeds the threshold value is associated with the end of the work. On the other hand, when the postures of the objects do not match each other, the frictional force acting between the objects is larger than the drag generated after being inserted. For this reason, it may not be possible to make the generated force exceed the threshold and correspond to the end of the work.
Moreover, in the component assembly apparatus described in Patent Document 2, only the position where the lens inserted into the lens barrel is inserted is determined, and the operation may be terminated in a desired state when the object is deformed. could not.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、対象物に負荷を加える動作によって当該対象物を変形させる作業を制御(例えば、終了)することを可能とする制御装置、制御方法、ロボット及びロボットシステムを提供することを課題とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and a control device and a control method that can control (for example, end) an operation of deforming an object by an operation of applying a load to the object. An object is to provide a robot and a robot system.

(1)本発明の一態様は、対象物の画像を予め記憶する記憶部と、撮像部が撮像した前記対象物の画像と前記記憶部に記憶した対象物の画像に基づき前記対象物の変形度を算出する変形度算出部と、前記変形度算出部が算出した変形度に応じて、ロボットが前記対象物に加える負荷を制御する動作制御部と、を備えることを特徴とする制御装置である。
この構成によれば、ロボットが対象物に負荷を加える動作を行う場合、撮像した画像に基づいて算出した対象物の変形度により、その動作を制御することができる。ここで、変形度とは、例えば、その対象物の全体又は一部について、動作を行う前における対象物の形状を基準とした変形の度合いである。
(1) According to one aspect of the present invention, a storage unit that stores an image of an object in advance, an image of the object captured by the imaging unit, and a deformation of the object based on the image of the object stored in the storage unit A control device comprising: a deformation degree calculation unit that calculates a degree; and an operation control unit that controls a load applied by the robot to the object according to the deformation degree calculated by the deformation degree calculation unit. is there.
According to this configuration, when the robot performs an operation of applying a load to the object, the operation can be controlled based on the degree of deformation of the object calculated based on the captured image. Here, the degree of deformation is, for example, the degree of deformation of the whole or a part of the object with reference to the shape of the object before the operation is performed.

(2)上記に記載の制御装置において、本発明の一態様は、前記変形度算出部は、前記記憶部が記憶した画像が示す対象物の形状からの前記撮像部が撮像した画像が示す対象物の変形の度合いを示す変形度を算出し、前記動作制御部は、前記変形度が所定の閾値に達したとき、前記ロボットが前記対象物に負荷を加える動作を終了させることを特徴とする。
この構成によれば、ロボットが対象物に負荷を加える動作を行う場合、撮像した画像に基づいて算出した対象物の変形度が所定の閾値に達したときに、その動作を終了させることができる。
(2) In the control device described above, according to one aspect of the present invention, the deformation degree calculation unit is a target indicated by an image captured by the imaging unit from a shape of an object indicated by an image stored in the storage unit. A degree of deformation indicating a degree of deformation of the object is calculated, and the operation control unit terminates the operation of applying a load to the object when the degree of deformation reaches a predetermined threshold. .
According to this configuration, when the robot performs an operation of applying a load to the object, the operation can be terminated when the degree of deformation of the object calculated based on the captured image reaches a predetermined threshold. .

(3)上記に記載の制御装置において、本発明の一態様は、前記動作制御部は、前記変形度算出部が算出した変形度が前記閾値よりも小さくなったとき、前記ロボットが前記対象物に負荷を加える動作を終了させることを特徴とする。
この構成によれば、例えば、負荷を加えると、当初は変形度が増加し、所定の時点で変形度が低下する対象物について、その変形度が所定の閾値に低下した時点でロボットの動作を終了させることができる。
(3) In the control device described above, according to one aspect of the present invention, the motion control unit is configured such that when the degree of deformation calculated by the degree of deformation calculation unit is smaller than the threshold, the robot moves the object. The operation of applying a load to the is terminated.
According to this configuration, for example, when a load is applied, the degree of deformation initially increases, and an object whose degree of deformation decreases at a predetermined time, the robot operates when the degree of deformation decreases to a predetermined threshold. Can be terminated.

(4)上記に記載の制御装置において、本発明の一態様は、前記動作制御部は、前記変形度算出部が算出した変形度が前記閾値よりも大きい状態が所定時間継続したとき、前記ロボットが前記対象物に負荷を加える動作を終了させることを特徴とする。
この構成によれば、例えば、負荷を加えると当初は変形度が増加し、所定の時点で変形度の増加が停止する対象物について、その変形度が設定した閾値よりも大きい状態が所定時間継続した後でロボットの動作を終了させることができる。また、変形度が一時的にその閾値より増加した状態が生じても、直ちに動作を終了しないため、ノイズや変形度の算出誤差による誤判定を回避することができる。
(4) In the control device described above, according to an aspect of the present invention, the motion control unit may be configured such that when the degree of deformation calculated by the degree of deformation calculation unit is greater than the threshold value continues for a predetermined time. Terminates the operation of applying a load to the object.
According to this configuration, for example, when a load is applied, the degree of deformation initially increases, and for an object whose increase in degree of deformation stops at a predetermined time, a state in which the degree of deformation is greater than a set threshold value continues for a predetermined time. After that, the robot operation can be terminated. Even if the degree of deformation temporarily increases above the threshold value, the operation is not immediately terminated, so that erroneous determination due to noise or a calculation error of the degree of deformation can be avoided.

(5)上記に記載の制御装置において、本発明の一態様は、前記変形度算出部は、前記対象物の変形度として、撮像部が撮像した前記対象物の画像と前記記憶部に記憶した対象物の画像との正規化相互相関を算出することを特徴とする。
この構成によれば、その対象物の形状と予め設定した対象物の形状との類似度を、変形度の指標値として定量化することができる。
(5) In the control device described above, according to an aspect of the present invention, the deformation degree calculation unit stores the image of the object captured by the imaging unit and the storage unit as the deformation degree of the object. It is characterized by calculating a normalized cross-correlation with the image of the object.
According to this configuration, the similarity between the shape of the object and the shape of the object set in advance can be quantified as an index value for the degree of deformation.

(6)上記に記載の制御装置において、本発明の一態様は、前記動作制御部は、前記対象物に加えられた負荷の大きさが所定の目標値となるように前記ロボットの動作を制御し、前記変形度算出部が算出した変形度の時間変化に基づいて前記目標値を制御することを特徴とする。
この構成によれば、対象物の変形度の時間変化に応じてロボットが対象物に加える負荷を適応的に制御することができる。
(6) In the control device described above, according to one aspect of the present invention, the operation control unit controls the operation of the robot so that the magnitude of a load applied to the object becomes a predetermined target value. The target value is controlled based on a temporal change in the deformation degree calculated by the deformation degree calculation unit.
According to this configuration, it is possible to adaptively control the load applied to the object by the robot in accordance with the temporal change in the degree of deformation of the object.

(7)上記に記載の制御装置において、本発明の一態様は、前記撮像部が撮像した画像は、前記対象物のうちの少なくとも一部の変形に関わる画像であることを特徴とする。
この構成によれば、対象物のうちの少なくとも一部の変形の状態を、撮像部が撮像した画像に基づいて観測することができる。
(7) In the control device described above, one aspect of the present invention is characterized in that the image captured by the imaging unit is an image related to deformation of at least a part of the object.
According to this configuration, it is possible to observe the deformation state of at least a part of the object based on the image captured by the imaging unit.

(8)上記に記載の制御装置において、本発明の一態様は、前記ロボットが前記対象物に負荷を加える動作を開始する前に、前記撮像部が撮像した画像を前記記憶部に記憶することを特徴とする。
この構成によれば、ロボットが対象物に負荷をかける動作を行う環境において、その動作を行う前にその対象物の画像が取得されるため、取得した画像に基づいてその環境に応じた対象物の変化量を取得することができる。
(8) In the control device described above, according to an aspect of the present invention, the image captured by the imaging unit is stored in the storage unit before the robot starts an operation of applying a load to the object. It is characterized by.
According to this configuration, in an environment where the robot performs an operation of applying a load to the object, an image of the object is acquired before the operation is performed. Therefore, the object corresponding to the environment is acquired based on the acquired image. The amount of change can be acquired.

(9)上記に記載の制御装置において、本発明の一態様は、前記対象物の設計データに基づいて当該対象物の画像を生成し、前記記憶部に生成した画像を記憶する画像取得部を備えることを特徴とする。
この構成によれば、設計データに基づいてその対象物の画像を生成できるため、その対象物の設計時の形状に基づいて、現在の対象物の変形度を算出することができる。
(9) In the control device described above, according to one aspect of the present invention, an image acquisition unit that generates an image of the object based on the design data of the object and stores the generated image in the storage unit is provided. It is characterized by providing.
According to this configuration, since an image of the object can be generated based on the design data, the current degree of deformation of the object can be calculated based on the shape of the object at the time of design.

(10)上記に記載の制御装置において、本発明の一態様は、前記記憶部は、電源の供給が停止されても情報を保持する補助記憶装置であることを特徴とする。
この構成によれば、対象物の画像を示す画像データが電源の供給が停止されても保持されるため、電源の供給が断続した場合でも当該画像データを利用することができる。
(10) In the control device described above, one embodiment of the present invention is characterized in that the storage unit is an auxiliary storage device that holds information even when power supply is stopped.
According to this configuration, since the image data indicating the image of the object is retained even when the supply of power is stopped, the image data can be used even when the supply of power is interrupted.

(11)上記に記載の制御装置において、本発明の一態様は、少なくとも前記変形度算出部と前記動作制御部のいずれかが集積回路で構成されていることを特徴とする。
この構成によれば、集積回路で各部専用の処理がなされるため、処理の高速化及び小型化を図ることができる。
(11) In the control device described above, one aspect of the present invention is characterized in that at least one of the deformation degree calculation unit and the operation control unit is configured by an integrated circuit.
According to this configuration, the processing dedicated to each part is performed in the integrated circuit, so that the processing speed and size can be reduced.

(12)上記に記載の制御装置において、本発明の一態様は、前記集積回路が前記変形度算出部と前記動作制御部を備えることを特徴とする。
この構成によれば、処理の小型化をさらに図ることができる。
(12) In the control device described above, according to one aspect of the present invention, the integrated circuit includes the deformation degree calculation unit and the operation control unit.
According to this configuration, the processing can be further reduced in size.

(13)本発明の一態様は、ロボットの動作を制御する制御装置における制御方法であって、撮像部が撮像した対象物の画像と記憶部に予め記憶した前記対象物の画像に基づき前記対象物の変形度を算出する変形度算出過程と、前記変形度算出過程で算出した変形度に応じて、前記ロボットが前記対象物に加える負荷を制御する動作制御過程と、
を有することを特徴とする制御方法である。
この構成によれば、ロボットが対象物に負荷を加える動作を行う場合、撮像した画像に基づいて算出した対象物の変形度により、その動作を制御することができる。
(13) One aspect of the present invention is a control method in a control device that controls the operation of a robot, wherein the target is based on an image of an object captured by an imaging unit and an image of the object stored in advance in a storage unit. A degree of deformation calculation process for calculating the degree of deformation of an object, and an operation control process for controlling a load applied to the object by the robot according to the degree of deformation calculated in the degree of deformation calculation process;
It is the control method characterized by having.
According to this configuration, when the robot performs an operation of applying a load to the object, the operation can be controlled based on the degree of deformation of the object calculated based on the captured image.

(14)本発明の一態様は、対象物の画像を予め記憶する記憶部と、撮像部が撮像した前記対象物の画像と前記記憶部に記憶した対象物の画像に基づき前記対象物の変形度を算出する変形度算出部と、前記変形度算出部が算出した変形度に応じて、前記対象物に加える負荷を制御する動作制御部と、を備えることを特徴とするロボットである。
この構成によれば、ロボットが対象物に負荷を加える動作を行う場合、撮像した画像に基づいて算出した対象物の変形度により、その動作を制御することができる。
(14) According to one aspect of the present invention, a storage unit that stores an image of an object in advance, an image of the object captured by the imaging unit, and a deformation of the object based on the image of the object stored in the storage unit The robot includes: a deformation degree calculation unit that calculates a degree; and an operation control unit that controls a load applied to the object according to the deformation degree calculated by the deformation degree calculation unit.
According to this configuration, when the robot performs an operation of applying a load to the object, the operation can be controlled based on the degree of deformation of the object calculated based on the captured image.

(15)本発明の一態様は、ロボットと制御装置とを備えるロボットシステムであって、前記制御装置は、対象物の画像を予め記憶する記憶部と、撮像部が撮像した前記対象物の画像と前記記憶部に記憶した対象物の画像に基づき前記対象物の変形度を算出する変形度算出部と、前記変形度算出部が算出した変形度に応じて、前記ロボットが前記対象物に加える負荷を制御する動作制御部と、を備えることを特徴とするロボットシステムである。
この構成によれば、ロボットが対象物に負荷を加える動作を行う場合、撮像した画像に基づいて算出した対象物の変形度により、その動作を制御することができる。
(15) One aspect of the present invention is a robot system including a robot and a control device, wherein the control device stores a storage unit that stores an image of the object in advance, and an image of the object captured by the imaging unit. And a deformation degree calculating unit that calculates the degree of deformation of the object based on the image of the object stored in the storage unit, and the robot adds to the object according to the degree of deformation calculated by the degree of deformation calculating unit. An operation control unit that controls a load.
According to this configuration, when the robot performs an operation of applying a load to the object, the operation can be controlled based on the degree of deformation of the object calculated based on the captured image.

(16)本発明の一態様は、記憶部に記憶した画像が示す対象物の形状からの当該対象物の変形の度合いを示す変形度が所定の閾値に達したとき、前記対象物に負荷を加える動作を終了することを特徴とするロボットである。
この構成によれば、ロボットが対象物に負荷を加える動作を行う場合、撮像した画像に基づいて算出した対象物の変形度により、その動作を制御することができる。
(16) According to one aspect of the present invention, when the degree of deformation indicating the degree of deformation of the object from the shape of the object indicated by the image stored in the storage unit reaches a predetermined threshold, a load is applied to the object. The robot is characterized in that the adding operation is terminated.
According to this configuration, when the robot performs an operation of applying a load to the object, the operation can be controlled based on the degree of deformation of the object calculated based on the captured image.

(17)本発明の一態様は、記憶部に記憶した画像が示す対象物の形状からの当該対象物の変形の度合いを示す変形度が所定の閾値に達したとき、ロボットに前記対象物に負荷を加える動作を終了させることを特徴とする制御装置である。
この構成によれば、ロボットが対象物に負荷を加える動作を行う場合、撮像した画像に基づいて算出した対象物の変形度により、その動作を制御することができる。
(17) According to one aspect of the present invention, when the degree of deformation indicating the degree of deformation of the target object from the shape of the target object indicated by the image stored in the storage unit reaches a predetermined threshold, the robot is notified of the target object. The control device is characterized by terminating the operation of applying a load.
According to this configuration, when the robot performs an operation of applying a load to the object, the operation can be controlled based on the degree of deformation of the object calculated based on the captured image.

(18)本発明の一態様は、対象物の画像と、ロボットが前記対象物に加える負荷に関する情報に基づいて、前記ロボットが前記対象物に負荷を加える動作を終了させる制御装置である。
この構成によれば、ロボットが対象物に負荷を加える動作を行う場合、撮像した画像に基づいて算出した対象物の変形度により、その動作を終了させることができる。
(18) One embodiment of the present invention is a control device that terminates an operation in which a robot applies a load to an object based on an image of the object and information on a load that the robot applies to the object.
According to this configuration, when the robot performs an operation of applying a load to the object, the operation can be terminated depending on the degree of deformation of the object calculated based on the captured image.

第1の実施形態におけるロボットシステムの概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a robot system according to a first embodiment. 第1の実施形態における座標系について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the coordinate system in 1st Embodiment. 第1の実施形態における制御装置の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the control apparatus in 1st Embodiment. 組み付け作業に係る部品及び被組み付け部品の一例を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows an example of the component which concerns on an assembly | attachment operation | work, and a to-be-assembled component. 第1の実施形態における動作制御部の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the operation control part in 1st Embodiment. 第1の実施形態における負荷変位変換部の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the load displacement conversion part in 1st Embodiment. センサー座標系と物体座標系を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a sensor coordinate system and an object coordinate system. 第1の実施形態におけるロボット制御部の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the robot control part in 1st Embodiment. 第1の実施形態における制御装置の処理の流れの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the flow of a process of the control apparatus in 1st Embodiment. 第1の実施形態による組み付け作業に伴う被組み付け部品の変形状態の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the deformation | transformation state of the to-be-assembled part accompanying the assembly | attachment operation | work by 1st Embodiment. 第1の実施形態による組み付け作業に伴う正規化相互相関の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the normalization cross correlation accompanying the assembly | attachment operation | work by 1st Embodiment. 第1の実施形態による組み付け作業に伴う被組み付け部品の変形状態の他の例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the other example of the deformation | transformation state of the to-be-assembled part accompanying the assembly | attachment operation | work by 1st Embodiment. 第1の実施形態による組み付け作業に伴う正規化相互相関の他の例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the other example of the normalized cross correlation accompanying the assembly | attachment operation | work by 1st Embodiment. 第2の実施形態における制御装置の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the control apparatus in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における動作制御部の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the operation control part in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における負荷変位変換部の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the load displacement conversion part in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における制御装置の処理の流れの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the flow of a process of the control apparatus in 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態におけるロボットシステム1の概略斜視図である。
図1に示すように、ロボットシステム1は、制御装置10、多関節ロボット(以下、ロボットともいう)20及び撮像装置30を備える。なお、図1における部品や構造等の縮尺は、図を明瞭なものとするために実際のものとは異なっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a robot system 1 according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the robot system 1 includes a control device 10, an articulated robot (hereinafter also referred to as a robot) 20, and an imaging device 30. Note that the scales of the components, structures, and the like in FIG. 1 are different from actual ones for the sake of clarity.

制御装置10は、ロボット20の動作を制御する。制御装置10による制御の詳細は後述する。
ロボット20は、地面に固定された支持台20a、回転可能に支持台20aに連結されたマニピュレーター部(マニピュレーター)20b、マニピュレーター部20bに連結された把持部20c及び力センサー20dを備える。また、把持部20cは開閉機能を有する。これにより、把持部20cは対象となる物体(以下、対象物という)を把持することができる。本実施形態では、対象物の一例として部品200を用いて説明する。
The control device 10 controls the operation of the robot 20. Details of the control by the control device 10 will be described later.
The robot 20 includes a support base 20a fixed to the ground, a manipulator unit (manipulator) 20b rotatably connected to the support base 20a, a gripping part 20c connected to the manipulator part 20b, and a force sensor 20d. Moreover, the holding part 20c has an opening / closing function. Thereby, the holding part 20c can hold | grip the target object (henceforth a target object). In the present embodiment, description will be given using the component 200 as an example of the object.

マニピュレーター部20bは、例えば6軸の垂直多関節型のマニピュレーターであり、把持部20cが把持する部品200の位置および向きを自在に変更することができる。ロボット20は、制御装置10による制御によって、マニピュレーター部20b、把持部20cのうちいずれか一つまたは両者を動作させる。   The manipulator unit 20b is, for example, a six-axis vertical articulated manipulator, and can freely change the position and orientation of the component 200 gripped by the gripping unit 20c. The robot 20 operates one or both of the manipulator unit 20b and the gripping unit 20c under the control of the control device 10.

力センサー20dは、把持部20cに加わる力とモーメントを予め決められた時間間隔(本実施形態では、一例として1kHz)で検出する。力センサー20dは、例えば6軸又は7軸の力センサーである。力センサー20dは、検出した力とモーメントを示す把持部負荷情報を制御装置10へ出力する。
なお、ロボット20の自由度は6軸によるものに限られない。また、支持台20aは、床、壁、天井等、地面に対して固定された場所に設置しても良い。
また、ロボット20は、エンコーダー21(図示せず)を備える。エンコーダー21は、ロボット20の各関節の角度を検出し、検出した各関節の角度を制御装置10へ送信する。
The force sensor 20d detects the force and moment applied to the grip 20c at predetermined time intervals (1 kHz as an example in the present embodiment). The force sensor 20d is, for example, a 6-axis or 7-axis force sensor. The force sensor 20 d outputs grip portion load information indicating the detected force and moment to the control device 10.
Note that the degree of freedom of the robot 20 is not limited to six axes. Moreover, you may install the support stand 20a in the place fixed with respect to the grounds, such as a floor, a wall, and a ceiling.
The robot 20 includes an encoder 21 (not shown). The encoder 21 detects the angle of each joint of the robot 20 and transmits the detected angle of each joint to the control device 10.

部品(対象物)200は、被組み付け部品210に組み付ける部品、例えば、コネクタ(差込具)である。部品200は、その一端に被組み付け部品210に差し込まれる差込部201を有する。
被組み付け部品210は、部品200に組み付けられる部品、例えば、コネクタ(受具)である。被組み付け部品210は、その一端に部品200の差込部201(後述)が差し込まれる受付部211(後述)を有する。被組み付け部品210は、その他端が治具で固定されていても良い。
The part (object) 200 is a part to be assembled to the part to be assembled 210, for example, a connector (insertion tool). The component 200 has an insertion portion 201 inserted into the assembly component 210 at one end thereof.
The part to be assembled 210 is a part to be assembled to the part 200, for example, a connector (receiver). The assembly part 210 has a receiving part 211 (described later) into which an insertion part 201 (described later) of the part 200 is inserted at one end thereof. The other end of the assembly part 210 may be fixed with a jig.

撮像装置30は、例えば、部品200の差込部201と被組み付け部品210の受付部211とが嵌め合わせた状態を、光学的に観察できる位置に設置されている。撮像装置30は、例えばCCD(Charge Coupled Device)カメラである。撮像装置30は、予め決められたフレームレート(本実施形態では、一例として30Hz)で部品200の差込部201と被組み付け部品210の受付部211とを、いずれも撮像領域(ROI: Region of Interest、着目領域、関心領域ともいう)に含む1フレームの画像として撮像する。撮像装置30は、撮像により得られた撮像画像(以下、カメラ画像ともいう)を示す画像データを制御装置10へ出力する。   The imaging device 30 is installed at a position where, for example, the state in which the insertion portion 201 of the component 200 and the receiving portion 211 of the assembly component 210 are fitted together can be optically observed. The imaging device 30 is, for example, a CCD (Charge Coupled Device) camera. The imaging device 30 has an imaging region (ROI: Region of) for both the insertion unit 201 of the component 200 and the reception unit 211 of the assembly component 210 at a predetermined frame rate (in this embodiment, 30 Hz as an example). (Interest, region of interest, region of interest). The imaging device 30 outputs image data indicating a captured image (hereinafter also referred to as a camera image) obtained by imaging to the control device 10.

図2は、第1の実施形態における座標系について説明するための図である。
同図において、ΣRはマニピュレーター部20bを基準とするロボット座標系(XYZ座標系)、ΣSは力センサー20dを基準とするセンサー座標系(x’y’z’座標系)、ΣOは物体(図2に示す例では、部品200)を基準とする物体座標系(xyz座標系)、ΣCは撮像装置30を基準とするカメラ座標系(uvw座標系)である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a coordinate system according to the first embodiment.
In the figure, ΣR is a robot coordinate system (XYZ coordinate system) based on the manipulator 20b, ΣS is a sensor coordinate system (x′y′z ′ coordinate system) based on the force sensor 20d, and ΣO is an object (FIG. In the example shown in FIG. 2, an object coordinate system (xyz coordinate system) based on the component 200) and ΣC is a camera coordinate system (uvw coordinate system) based on the imaging device 30.

図3は、第1の実施形態における制御装置10の概略ブロック図である。
制御装置10は、把持指示部11と、開始位置移動指示部12と、記憶部15と、動作制御部16と、画像取得部17と、類似度算出部(変形度算出部)18と、判定部19と、負荷算出部40とを備える。
FIG. 3 is a schematic block diagram of the control device 10 according to the first embodiment.
The control device 10 includes a gripping instruction unit 11, a start position movement instruction unit 12, a storage unit 15, an operation control unit 16, an image acquisition unit 17, a similarity calculation unit (deformation degree calculation unit) 18, a determination A unit 19 and a load calculation unit 40 are provided.

第1の実施形態における制御装置10は、インピーダンス制御により、部品200と被組み付け部品210をともに破壊しないで、両者が互いに組み付けられた状態にする。制御装置10は、撮像装置30が撮像した画像データを用いて現在の部品200の位置及び姿勢を検出する。制御装置10は、検出した部品200の位置及び姿勢に基づいて、インピーダンス制御によってロボット20を動かす際に、その動作を規定する軸を決定する。   The control device 10 according to the first embodiment does not destroy both the component 200 and the component to be assembled 210 by impedance control, and puts them in a state of being assembled with each other. The control device 10 detects the current position and orientation of the component 200 using the image data captured by the imaging device 30. Based on the detected position and orientation of the component 200, the control device 10 determines an axis that defines the operation when the robot 20 is moved by impedance control.

把持指示部11は、部品200を把持部20cで把持することを指示する把持指示信号をロボット20へ送信する。これにより、ロボット20は、部品200を把持部20cで把持する。
開始位置移動指示部12は、マニピュレーター部20bを制御して、部品200を所定の組み付け作業開始位置に移動させることを示す作業開始指示信号を動作制御部16に出力する。組み付け作業開始位置は、被組み付け部品210の近傍、例えば、差込部201の重心が受付部211の重心から垂直方向に予め定めた距離だけ離れた位置である。
The gripping instruction unit 11 transmits to the robot 20 a gripping instruction signal instructing to grip the component 200 with the gripping unit 20c. As a result, the robot 20 grips the component 200 with the grip portion 20c.
The start position movement instruction unit 12 controls the manipulator unit 20b to output a work start instruction signal indicating that the component 200 is moved to a predetermined assembly work start position to the operation control unit 16. The assembly work start position is a position in the vicinity of the part 210 to be assembled, for example, a position where the center of gravity of the insertion part 201 is separated from the center of gravity of the reception part 211 in a vertical direction.

負荷算出部40は、力センサー20dから入力された把持部負荷情報から、部品200にかかっている負荷(例えば、力及びモーメント)を算出し、算出した負荷を示す負荷情報を動作制御部16へ出力する。   The load calculation unit 40 calculates a load (for example, force and moment) applied to the component 200 from the grip unit load information input from the force sensor 20d, and sends the load information indicating the calculated load to the operation control unit 16. Output.

動作制御部16は、開始位置移動指示部12から入力された作業開始指示信号に基づいて、ロボット20のマニピュレーター部20bを制御して、部品200を所定の組み付け作業開始位置に移動させる。
動作制御部16は、例えば、ロボット20の把持部20cの位置を検出し、部品200の位置が、その組み付け作業開始位置となるようにマニピュレーター部20bの位置及び姿勢を制御する。部品200の位置が組み付け作業開始位置に到達したとき、動作制御部16は、マニピュレーター部20bの位置及び姿勢の変化を停止する。
その後、動作制御部16は、部品200と被組み付け部品210の初期状態を示す画像を撮像することを指示する初期撮像指示信号を画像取得部17に出力する。
また、動作制御部16は、組み付け作業に必要な負荷を示す目標負荷情報を設定する。目標負荷情報は、例えば、部品200を被組み付け部品210を組み付ける際に部品200にかかる力の目標値を示す。この目標値は、例えば、予め定めた一定の値である。
The motion control unit 16 controls the manipulator unit 20b of the robot 20 based on the work start instruction signal input from the start position movement instruction unit 12, and moves the component 200 to a predetermined assembly work start position.
For example, the operation control unit 16 detects the position of the grip 20c of the robot 20, and controls the position and posture of the manipulator unit 20b so that the position of the component 200 becomes the assembly work start position. When the position of the component 200 reaches the assembly work start position, the motion control unit 16 stops the change in the position and posture of the manipulator unit 20b.
Thereafter, the operation control unit 16 outputs an initial imaging instruction signal instructing to capture an image indicating the initial state of the component 200 and the assembly component 210 to the image acquisition unit 17.
Further, the operation control unit 16 sets target load information indicating a load necessary for the assembling work. The target load information indicates, for example, a target value of force applied to the component 200 when the component 200 is assembled to the component 210 to be assembled. This target value is, for example, a predetermined constant value.

動作制御部16は、負荷算出部40から入力された負荷情報が示す、部品200にかかる力に基づいて、ロボット20の把持部20cの位置を移動させる。これにより、部品200がロボットの把持部20cの位置に応じて移動する。動作制御部16が把持部20cの位置を移動させる処理の詳細は後述する。動作制御部16は、ロボット20の把持部20cの位置を移動させた後に、移動制御した旨を示す移動制御済信号を画像取得部17へ出力する。   The motion control unit 16 moves the position of the grip 20c of the robot 20 based on the force applied to the component 200 indicated by the load information input from the load calculation unit 40. Thereby, the component 200 moves according to the position of the grip part 20c of the robot. Details of the process in which the operation control unit 16 moves the position of the grip 20c will be described later. The motion control unit 16 moves the position of the grip 20c of the robot 20 and then outputs a movement controlled signal indicating that the movement control has been performed to the image acquisition unit 17.

すなわち、動作制御部16は、力覚情報に基づく該ロボットの移動制御、つまり、インピーダンス制御による該ロボットの移動制御を実行する。そして、動作制御部16は、判定部19により被組み付け部品210の歪が所定の状態に到達したと判定され、判定部19から終了信号が入力されるまで、ロボット20の制御を続ける。動作制御部16は、その後、部品200を所定の組み付け作業開始位置に移動させる動作を繰り返しても良い。   That is, the motion control unit 16 performs movement control of the robot based on the force information, that is, movement control of the robot by impedance control. Then, the operation control unit 16 continues to control the robot 20 until the determination unit 19 determines that the distortion of the assembly target component 210 has reached a predetermined state and receives an end signal from the determination unit 19. Thereafter, the operation control unit 16 may repeat the operation of moving the component 200 to a predetermined assembly work start position.

画像取得部17は、動作制御部16から初期撮像指示信号が入力されたとき、撮像装置30に部品200と被組み付け部品210を撮像させる。そして、画像取得部17は、撮像により得られた画像データを撮像装置30から取得する。画像取得部17は、取得した画像データを初期状態画像データとして記憶部15に記憶する。
画像取得部17は、動作制御部16から移動制御済信号を受信した場合、撮像装置30に部品200と被組み付け部品210を撮像させる。そして、画像取得部17は、撮像により得られた画像データを撮像装置30から取得し、取得した画像データを類似度算出部18へ出力する。
When the initial imaging instruction signal is input from the operation control unit 16, the image acquisition unit 17 causes the imaging device 30 to image the component 200 and the assembly component 210. Then, the image acquisition unit 17 acquires image data obtained by imaging from the imaging device 30. The image acquisition unit 17 stores the acquired image data in the storage unit 15 as initial state image data.
When receiving the movement controlled signal from the operation control unit 16, the image acquisition unit 17 causes the imaging device 30 to image the component 200 and the assembly component 210. Then, the image acquisition unit 17 acquires image data obtained by imaging from the imaging device 30 and outputs the acquired image data to the similarity calculation unit 18.

類似度算出部18は、記憶部15から初期状態画像データを読み出す。類似度算出部18は、画像取得部17から入力された画像データと、初期状態画像データとの類似度を算出する。類似度算出部18は、算出した類似度を判定部19に出力する。
類似度算出部18は、具体的には、例えば、正規化相互相関関数(NCC:Normalized Cross−Correletion)を類似度として算出しても良い。類似度が高いほど、現在の位置及び形状が、初期における位置及び形状に近似することを示す。つまり、部品200に組みつけられる被組み付け部品210の形状について、初期における形状からの変形量が小さいことを示す。他方、類似度が低いほど、現在の位置及び形状が、初期における位置及び形状に近似しないことを示す。つまり、部品200に組みつけられる被組み付け部品210の形状について、初期における形状からの変形量が大きいことを示す。
The similarity calculation unit 18 reads the initial state image data from the storage unit 15. The similarity calculation unit 18 calculates the similarity between the image data input from the image acquisition unit 17 and the initial state image data. The similarity calculation unit 18 outputs the calculated similarity to the determination unit 19.
Specifically, the similarity calculation unit 18 may calculate a normalized cross-correlation function (NCC: Normalized Cross-Correlation) as the similarity, for example. The higher the similarity, the closer the current position and shape are to the initial position and shape. That is, the deformation amount from the initial shape is small with respect to the shape of the part 210 to be assembled to the part 200. On the other hand, a lower similarity indicates that the current position and shape do not approximate the initial position and shape. That is, it indicates that the deformation amount from the initial shape is large with respect to the shape of the part 210 to be assembled to the part 200.

判定部19は、類似度算出部18から入力された類似度に基づいて部品200に組みつけられる被組み付け部品210の変形が所定の状態になったか否か判定する。所定の状態とは、組み付け作業が完了した状態での変形度に到達したことをいう。所定の状態になったことの判定基準は、被組み付け部品210の形状、材質、組み付け初期状態や組み付け作業にかかる部品200が被組み付け部品210に組み付ける力の方向等によって異なる
例えば、組み付け作業において部品200が被組み付け部品210に差し込まれ、当初その差込量が大きくなるにつれ、被組み付け部品の変形度が単調に増加し、差込量が所定の差込量の閾値を越えたとき、急激に変形度が減少して作業を終了するモデルを考える。以下の説明では、このモデルをモデル1と呼ぶことがある。
The determination unit 19 determines whether or not the deformation of the part to be assembled 210 to be assembled to the part 200 is in a predetermined state based on the similarity input from the similarity calculation unit 18. The predetermined state means that the degree of deformation has been reached in a state where the assembly work has been completed. The criteria for determining that the predetermined state has been reached vary depending on the shape and material of the part to be assembled 210, the initial state of assembly, the direction of the force with which the part 200 to be assembled is assembled to the part to be assembled 210, etc. When 200 is inserted into the assembly part 210 and the insertion amount initially increases, the degree of deformation of the assembly part increases monotonously, and when the insertion amount exceeds a predetermined insertion amount threshold, Consider a model in which the degree of deformation is reduced and work is completed. In the following description, this model may be referred to as model 1.

モデル1では、判定部19は、算出した類似度が予め定められた閾値1よりも小さくなった後で、予め定められた閾値2よりも大きいか否かを判定する。類似度としてNCCを用いる場合、閾値1、閾値2は、それぞれ1より小さく0より大きい実数であって、閾値2は閾値1より大きい又は等しい。閾値2は、必ずしも初期状態における類似度(例えば、NCCが1)と等しくなくても良い。
作業の終了を判定するために、判定部19は、算出した類似度の変化量が、負値である状態から予め定めた閾値3を超えたか否かを判定しても良い。類似度としてNCCを用いる場合、閾値3は、0よりも大きい実数である。類似度の変化量とは、例えば、最近算出された類似度からその前に(前回)算出された類似度の差分である。
In the model 1, the determination unit 19 determines whether or not the calculated similarity is greater than a predetermined threshold 2 after the calculated similarity is smaller than the predetermined threshold 1. When NCC is used as the similarity, each of the threshold values 1 and 2 is a real number smaller than 1 and larger than 0, and the threshold value 2 is larger than or equal to the threshold value 1. The threshold 2 is not necessarily equal to the similarity in the initial state (for example, NCC is 1).
In order to determine the end of work, the determination unit 19 may determine whether or not the calculated amount of change in similarity exceeds a predetermined threshold 3 from a negative value. When NCC is used as the similarity, the threshold value 3 is a real number larger than 0. The amount of change in similarity is, for example, a difference in similarity calculated before (previous) from recently calculated similarity.

その他、組み付け作業において部品200が被組み付け部品210に差し込まれ、その差込量が大きくなるにつれ、被組み付け部品の変形度が単調に増加し、差込量が所定の差込量の閾値を越えたとき、変形度の変化量が0に近似したときに作業を終了するモデルを考える。以下の説明では、このモデルを、モデル2と呼ぶことがある。   In addition, in the assembling work, as the part 200 is inserted into the part to be assembled 210 and the amount of insertion increases, the degree of deformation of the part to be assembled monotonously increases, and the amount of insertion exceeds the predetermined insertion amount threshold. Then, consider a model that terminates the operation when the amount of change in the degree of deformation approximates zero. In the following description, this model may be referred to as model 2.

モデル2では、判定部19は、算出した類似度が予め定められた閾値4よりも小さくなり、予め定められた時間(例えば、0.1秒)よりも長い時間、類似度の変化量についての絶対値が予め定めた閾値5よりも小さいか否かを判定する。類似度としてNCCを用いる場合、閾値4は1よりも小さく0より大きい実数である。閾値5は、0よりも大きい実数である。
作業の終了を判定するために、判定部19は、類似度の変化量が予め定められた閾値6よりも小さい状態を経た後、予め定められた時間よりも長い時間、類似度の変化量についての絶対値が予め定めた閾値5よりも小さいか否かを判定しても良い。ここで、閾値6は、0よりも小さい実数である。
In the model 2, the determination unit 19 determines that the calculated similarity is smaller than a predetermined threshold 4 and is longer than a predetermined time (for example, 0.1 second) for a change amount of the similarity. It is determined whether or not the absolute value is smaller than a predetermined threshold value 5. When NCC is used as the similarity, the threshold 4 is a real number smaller than 1 and larger than 0. The threshold value 5 is a real number larger than 0.
In order to determine the end of the work, the determination unit 19 determines the amount of change in the similarity for a time longer than a predetermined time after passing through a state in which the amount of change in the similarity is smaller than the predetermined threshold 6. It may be determined whether or not the absolute value of is less than a predetermined threshold value 5. Here, the threshold 6 is a real number smaller than 0.

なお、判定部19は、上述した類似度の変化量を算出する前に入力された類似度について、例えば、移動平均処理を行って、平滑化しても良い。これにより、一時的に生じた類似度のノイズの影響を排除して正確な判定を行うことができる。
判定部19は、被組み付け部品210の変形が所定の状態になったと判定したとき、作業が終了したことを示す終了信号を生成し、生成した終了信号を動作制御部16に出力する。
Note that the determination unit 19 may perform smoothing by performing, for example, a moving average process on the similarity input before calculating the above-described similarity change amount. As a result, it is possible to perform an accurate determination by eliminating the influence of the noise having the temporarily generated similarity.
When the determination unit 19 determines that the deformation of the part to be assembled 210 is in a predetermined state, the determination unit 19 generates an end signal indicating that the work is completed, and outputs the generated end signal to the operation control unit 16.

図4は、組み付け作業に係る部品200及び被組み付け部品210の一例を示す概略側面図である。
図4は、部品200が組み付け作業開始位置に配置されていることを示す。図4に示す例では、部品200と下側表面と被組み付け部品210の下側表面が同一の平面に配置されている。この例では、組み付け作業開始位置は、被組み付け部品210の中心から紙面の左方に向かって予め定めた距離だけ離れた位置である。この距離は、図4におけるb点とd点との間の距離又はa点とe点との間の距離に相当する。
FIG. 4 is a schematic side view showing an example of the part 200 and the part to be assembled 210 related to the assembling work.
FIG. 4 shows that the component 200 is arranged at the assembly work start position. In the example shown in FIG. 4, the component 200, the lower surface, and the lower surface of the assembly component 210 are arranged on the same plane. In this example, the assembly work start position is a position away from the center of the assembly target component 210 by a predetermined distance toward the left side of the drawing. This distance corresponds to the distance between point b and point d in FIG. 4 or the distance between point a and point e.

図4において、受付部211を囲む破線の四角形は、撮像領域r1を示す。撮像領域r1は、撮像装置30が取得する画像データに表される被写体の範囲を示す。撮像領域r1には、受付部211の全体と、差込部201が受付部211に接触する領域が含まれる。
なお、撮像領域r1には、受付部211の全体が含まれていれば、部品200の少なくとも一部や被組み付け部品210のその他の部分を含んでいても良いし、含まれていなくても良い。
また、撮像領域r1には、受付部211の一部のみが含まれていても、その一部が、部品200が接触することによって変形する部分であれば、部品200の少なくとも一部や被組み付け部品210のその他の部分を含んでいても良いし、含まれていなくても良い。
In FIG. 4, a broken-line rectangle surrounding the reception unit 211 indicates the imaging region r1. The imaging region r1 indicates the range of the subject represented in the image data acquired by the imaging device 30. The imaging region r <b> 1 includes the entire reception unit 211 and a region where the insertion unit 201 contacts the reception unit 211.
Note that the imaging region r1 may include at least a part of the part 200 and other parts of the part to be assembled 210 as long as the entire reception unit 211 is included. .
Further, even if only a part of the reception unit 211 is included in the imaging region r1, if the part is a part that is deformed by the contact of the part 200, at least a part of the part 200 or the assembled part Other parts of the component 210 may be included or may not be included.

部品200の右端には、先細の形状を有する差込部201が形成されている。差込部201は、a点、b点、及びc点を互いに結ぶ線分で囲まれている部分である。a点は、部品200の右上端の頂点、b点はa点を一端として右下に傾斜している線分の他端である。c点はb点を一端として部品200の下底と垂直な線分の他端である。
差込部201の表面は右端に向けて下方に傾斜している。a点からb点にかけての傾きは、ほぼ一定である。c点よりも左方において部品200の表面の方向は底面の方向と平行である。従って、差込部201の上下方向の幅は、a点からb点に向うほど大きくなり、b点でその幅が最大となる。c点よりも左側では、部品200の上下方向の幅は、ほぼ一定になる。この幅は、差込部201の上下方向の幅の最大値よりも小さい。
An insertion part 201 having a tapered shape is formed at the right end of the component 200. The plug-in portion 201 is a portion surrounded by a line segment that connects the points a, b, and c. Point a is the vertex at the upper right end of the component 200, and point b is the other end of the line segment that is inclined to the lower right with point a as one end. The point c is the other end of the line segment perpendicular to the bottom of the component 200 with the point b as one end.
The surface of the insertion part 201 is inclined downward toward the right end. The inclination from point a to point b is substantially constant. On the left side of the point c, the surface direction of the component 200 is parallel to the bottom surface direction. Therefore, the vertical width of the insertion portion 201 increases from the point a toward the point b, and the width becomes the maximum at the point b. On the left side of the point c, the vertical width of the component 200 is substantially constant. This width is smaller than the maximum value of the vertical width of the insertion part 201.

他方、被組み付け部品210は、弾性体からなり、左端には爪状の形状(鉤形状)を有する受付部211が形成されている。受付部211は、d点、e点、及びf点を互いに結ぶ線分で囲まれている部分である。d点は、被組み付け部品210の左下端の頂点、e点はd点を一端として右下に傾斜している線分の他端である。f点はe点を一端として被組み付け部品210の下底と垂直な線分の他端である。
受付部211の底面は右端に向けて下方に傾斜している。d点からe点にかけての傾きは、ほぼ一定であり、b点からa点にかけての傾きと等しい。e点よりも右方において、被組み付け部品210の底面の方向は部品200の底面の方向と平行である。従って、部品200が被組み付け部品210に接触していない状態では、受付部211の上下方向の幅はd点からe点に向うほど大きくなり、e点でその幅が最大となる。f点よりも右側では被組み付け部品210の上下方向の幅は、最も狭くなる。被組み付け部品210には、f点からg点にかけて上下方向の幅が最も狭くなる領域がある。その領域の左右方向の幅、つまりf点とg点との間の距離は、少なくともc点とa点との間の距離よりも大きい。
On the other hand, the part to be assembled 210 is made of an elastic body, and a receiving portion 211 having a claw-like shape (a bowl shape) is formed at the left end. The accepting unit 211 is a part surrounded by a line segment connecting the d point, the e point, and the f point. The point d is the vertex at the lower left end of the part to be assembled 210, and the point e is the other end of the line segment that is inclined to the lower right with the point d as one end. The point f is the other end of a line segment perpendicular to the bottom of the part 210 to be assembled with the point e as one end.
The bottom surface of the reception unit 211 is inclined downward toward the right end. The slope from point d to point e is substantially constant and is equal to the slope from point b to point a. On the right side of the point e, the direction of the bottom surface of the component 210 to be assembled is parallel to the direction of the bottom surface of the component 200. Accordingly, in a state where the component 200 is not in contact with the assembly component 210, the vertical width of the receiving portion 211 increases from the point d to the point e, and the width becomes maximum at the point e. On the right side of the point f, the vertical width of the part to be assembled 210 is the narrowest. The part to be assembled 210 has a region where the vertical width is the narrowest from point f to point g. The horizontal width of the region, that is, the distance between the points f and g is at least larger than the distance between the points c and a.

従って、ロボット20の把持部20cによって差込部201が右側に向けて被組み付け部品210に接近させると、b点とa点とを通る差込部201の表面と、d点とe点とを通る受付部211の底面とが接触する。そして、さらに差込部201が右側に向けて力が加えられると、差込部201が被組み付け部品210に差し込まれ、受付部211は部品200の外側、つまり上方に開くように変形する。差込部201が受付部211に完全に差し込まれると、受付部211は上方に開いた状態から、差込部201に接触する前の閉じた状態に急激に変化する。完全に差し込まれた状態とは、a点、b点、c点が、それぞれe点、d点、f点よりもそれぞれ右側にある状態である。この状態に達したとき、ロボット20は、組み込み作業に係る動作を停止する。   Therefore, when the insertion part 201 is moved toward the right side by the gripping part 20c of the robot 20, the surface of the insertion part 201 passing through the point b and the point a, the point d, and the point e are obtained. The bottom surface of the passing reception unit 211 comes into contact. When a force is further applied to the insertion part 201 toward the right side, the insertion part 201 is inserted into the part 210 to be assembled, and the receiving part 211 is deformed so as to open outside the part 200, that is, upward. When the insertion unit 201 is completely inserted into the reception unit 211, the reception unit 211 suddenly changes from a state of opening upward to a closed state before contacting the insertion unit 201. The fully inserted state is a state where points a, b, and c are on the right side of points e, d, and f, respectively. When this state is reached, the robot 20 stops the operation related to the assembling work.

撮像領域r1に表された画像には、組み付け作業によって主に被組み付け部品210の変形状態が捉えられる。よって、判定部19において、図4に示す部品200を被組み付け部品210に組み付ける作業の終了を判定するには、上述したモデル1に係る判定基準を用いることができる。   In the image represented in the imaging region r1, the deformation state of the part 210 to be assembled is mainly captured by the assembling work. Therefore, in the determination unit 19, in order to determine the end of the work of assembling the component 200 shown in FIG.

図5は、第1の実施形態における動作制御部16の概略ブロック図である。
動作制御部16は、コンプライアントモーション制御部150を備える。
コンプライアントモーション制御部150は、ビジュアル制御部110が生成した第1制御信号と、ロボット20に働く力を示す負荷情報に基づいてロボット20のマニピュレーター部20bを制御する。本実施形態におけるコンプライアントモーション制御部150は、一例として、インピーダンス制御技術を用いて、ロボット20のマニピュレーター部20bを制御する。ここで、コンプライアントモーション制御部150は、負荷変位変換部120と、ロボット制御部140とを備える。
FIG. 5 is a schematic block diagram of the operation control unit 16 in the first embodiment.
The operation control unit 16 includes a compliant motion control unit 150.
The compliant motion control unit 150 controls the manipulator unit 20 b of the robot 20 based on the first control signal generated by the visual control unit 110 and the load information indicating the force acting on the robot 20. As an example, the compliant motion control unit 150 in the present embodiment controls the manipulator unit 20b of the robot 20 using an impedance control technique. Here, the compliant motion control unit 150 includes a load displacement conversion unit 120 and a robot control unit 140.

負荷変位変換部120は、負荷算出部40から入力された負荷情報(例えば、部品200にかかっている力)を予め決められたサンプリングレート(本実施形態では、一例として1kHz)で取得する。そして、負荷変位変換部120は、負荷算出部40から取得した負荷情報に基づいて、ロボット20を動かす先の相対的な位置を示す制御信号を生成する。そして、負荷変位変換部120は、予め決められたレート(本実施形態では、一例として1kHz)で、生成した制御信号をロボット制御部140へ出力する。
本実施形態では、制御信号は、一例として、ロボット20を動かす先の相対的な位置を示す信号としたが、これには限られず、ロボット20を動かす速度などであっても良い。
また、負荷変位変換部120は、判定部19から終了信号が入力された場合には、ロボット制御部140への制御信号の出力を停止する。これにより、ロボット20の動作が停止する。
The load displacement conversion unit 120 acquires load information (for example, force applied to the component 200) input from the load calculation unit 40 at a predetermined sampling rate (1 kHz as an example in the present embodiment). Then, the load displacement conversion unit 120 generates a control signal indicating a relative position to which the robot 20 is moved based on the load information acquired from the load calculation unit 40. Then, the load displacement conversion unit 120 outputs the generated control signal to the robot control unit 140 at a predetermined rate (1 kHz as an example in the present embodiment).
In the present embodiment, as an example, the control signal is a signal indicating a relative position to which the robot 20 is moved. However, the control signal is not limited thereto, and may be a speed at which the robot 20 is moved.
Further, when an end signal is input from the determination unit 19, the load displacement conversion unit 120 stops outputting the control signal to the robot control unit 140. Thereby, the operation of the robot 20 is stopped.

ロボット制御部140は、予め決められたレート(本実施形態では、一例として1kHz)で、ロボット20の把持部20cの現在位置を検出する。
ロボット制御部140は、負荷変位変換部120から制御信号が入力される毎に、その制御信号と検出した把持部20cの現在位置を示す現在位置信号X_cを加算し、ロボット20を動かす先の目標位置を示す位置指示信号X_dを生成する。ロボット制御部140は、位置指示信号X_dが示す位置へロボット20の把持部20cの位置を移動させる。ロボット制御部140は、上記の処理を予め決められた回数行って、ロボット20の把持部20cの位置を移動させる。この回数は、第2制御信号の生成レート(本実施形態では、1kHz)を第1制御信号の生成レート(本実施形態では、30Hz)で割った値(本実施形態では、33回)である。その後に、ロボット制御部140は、移動制御した旨を示す移動制御済信号を画像取得部17へ出力する。
なお、制御信号が速度の場合、ロボット制御部140は制御信号が示す速度にロボット20を制御する。
The robot controller 140 detects the current position of the grip 20c of the robot 20 at a predetermined rate (in this embodiment, 1 kHz as an example).
Each time the control signal is input from the load displacement conversion unit 120, the robot control unit 140 adds the control signal and the detected current position signal X_c indicating the detected current position of the gripping unit 20c, and moves the robot 20 to the target. A position instruction signal X_d indicating the position is generated. The robot control unit 140 moves the position of the grip unit 20c of the robot 20 to the position indicated by the position instruction signal X_d. The robot control unit 140 performs the above process a predetermined number of times to move the position of the grip unit 20c of the robot 20. The number of times is a value (33 times in this embodiment) obtained by dividing the generation rate of the second control signal (1 kHz in this embodiment) by the generation rate of the first control signal (30 Hz in this embodiment). . Thereafter, the robot control unit 140 outputs a movement control completed signal indicating that movement control has been performed to the image acquisition unit 17.
When the control signal is a speed, the robot control unit 140 controls the robot 20 at the speed indicated by the control signal.

図6は、第1の実施形態における負荷変位変換部120の概略ブロック図である。
負荷変位変換部120は、力目標値設定部121と、伝達関数乗算部122と、を備える。
力目標値設定部121は、負荷算出部40から入力された負荷情報が示す負荷、つまり、力センサー20dが検出した力ベクトルF_sの目標値を示す目標値ベクトルF_dを設定する。ここで、力ベクトルF_s、目標値ベクトルF_dは、それぞれ力とモーメントを含むものとする。力目標値設定部121は、例えば、予め定めた力目標値を示す目標値ベクトルF_dを示す目標ベクトル信号を伝達関数乗算部122へ出力する。また、力目標値設定部121は、力ベクトルF_sを示すセンサー出力ベクトル信号を伝達関数乗算部122へ出力する。
FIG. 6 is a schematic block diagram of the load displacement converter 120 in the first embodiment.
The load displacement conversion unit 120 includes a force target value setting unit 121 and a transfer function multiplication unit 122.
The force target value setting unit 121 sets a load indicated by the load information input from the load calculating unit 40, that is, a target value vector F_d indicating a target value of the force vector F_s detected by the force sensor 20d. Here, the force vector F_s and the target value vector F_d each include a force and a moment. The force target value setting unit 121 outputs, for example, a target vector signal indicating a target value vector F_d indicating a predetermined force target value to the transfer function multiplying unit 122. Further, the force target value setting unit 121 outputs a sensor output vector signal indicating the force vector F_s to the transfer function multiplication unit 122.

力目標値設定部121には、判定部19から終了信号が入力されることがある。終了信号が入力された場合には、力目標値設定部121は、力目標値として零ベクトルを設定し、設定した零ベクトルを示す目標ベクトル信号を伝達関数乗算部122へ出力する。このように力目標値を0にすることで、対象物に加える負荷を0にして、ロボット20の動作を終了させることができる。   An end signal may be input from the determination unit 19 to the force target value setting unit 121. When the end signal is input, the force target value setting unit 121 sets a zero vector as the force target value, and outputs a target vector signal indicating the set zero vector to the transfer function multiplication unit 122. By setting the force target value to 0 in this way, the load applied to the object can be set to 0 and the operation of the robot 20 can be terminated.

伝達関数乗算部122は、力目標値設定部121から入力されたセンサー出力ベクトル信号が示す力ベクトルF_sから目標ベクトル信号が示す目標値ベクトルF_dの差分F_s−F_dに対して、予め決められた伝達関数を乗じる。力ベクトルF_sに含まれる力及びモーメントの6つの要素、目標値ベクトルF_dに含まれる力及びモーメントの6つの要素、及びΔx(→)に含まれる位置及び姿勢の6つの要素をそれぞれF_S[i]、F_D[i]、及びΔx[i]とすると、予め決められた伝達関数は、式(1)で表される。   The transfer function multiplying unit 122 transmits a predetermined transfer from the force vector F_s indicated by the sensor output vector signal input from the force target value setting unit 121 to the difference F_s−F_d between the target value vector F_d indicated by the target vector signal. Multiply function. Six elements of force and moment included in the force vector F_s, six elements of force and moment included in the target value vector F_d, and six elements of position and orientation included in Δx (→) are respectively represented by F_S [i]. , F_D [i] and Δx [i], the transfer function determined in advance is expressed by Expression (1).

Figure 2014144522
Figure 2014144522

式(1)は、インピーダンス制御で用いられる伝達関数を示す。ここで、Δxの上に矢印→が付された符号を、本文においてΔx(→)と表すこととし、Δx(→)は、伝達関数を乗じた後のベクトルを表すものとする。また、Fと[i]とそれらの間に挟まれたSもしくはDの文字からなる符号は、本文においてそれぞれ力ベクトルF_sに含まれる力の要素F_S[i]、目標値ベクトルF_dに含まれる力の要素F_D[i]を表す。また、m[i]、d[i]及びk[i]は、F_sの各要素F_S[i]からF_dの対応する要素F_D[i]の差分に対してΔx(→)の各要素Δx[i]の運動が、慣性質量m[i]、ダンパ係数d[i]及びバネ定数k[i]で特徴付けられる機械インピーダンスを有するように設定する変数であり、要素毎に適宜設定される。伝達関数乗算部122は、伝達関数乗算後のベクトルΔx(→)を示す乗算後信号を制御信号としてロボット制御部140へ出力する。   Equation (1) represents a transfer function used in impedance control. Here, a sign in which an arrow → is added on Δx is represented as Δx (→) in the text, and Δx (→) represents a vector after being multiplied by a transfer function. Further, F and [i], and a symbol consisting of S or D between them, are the force element F_S [i] included in the force vector F_s and the force included in the target value vector F_d, respectively. Element F_D [i]. In addition, m [i], d [i], and k [i] are expressed as Δx [→] each element Δx [ i] is a variable that is set so as to have a mechanical impedance characterized by an inertial mass m [i], a damper coefficient d [i], and a spring constant k [i], and is set appropriately for each element. The transfer function multiplication unit 122 outputs a post-multiplication signal indicating the vector Δx (→) after the transfer function multiplication to the robot control unit 140 as a control signal.

図7は、センサー座標系と物体座標系を説明するための図である。
同図において、把持部20cが部品200を把持している状態が示されている。また、同図において、力センサー20dと被組み付け部品210が示されている。また、力センサー20dの中心を原点とするセンサー座標系81(x´y´z´座標系)が示されている。また、部品200の一端を原点とする物体座標系82(xyz座標系)が示されている。
FIG. 7 is a diagram for explaining the sensor coordinate system and the object coordinate system.
In the drawing, a state where the gripping portion 20c grips the component 200 is shown. Moreover, in the same figure, the force sensor 20d and the assembly | attachment component 210 are shown. In addition, a sensor coordinate system 81 (x′y′z ′ coordinate system) having the origin of the center of the force sensor 20d is shown. Further, an object coordinate system 82 (xyz coordinate system) having one end of the component 200 as an origin is shown.

図8は、第1の実施形態におけるロボット制御部140の概略ブロック図である。
ロボット制御部140は、角度位置変換部141と、加算部142と、位置角度変換部143と、減算部144と、増幅部145とを備える。
角度位置変換部141は、ロボット20が保持するエンコーダー21からロボット20の各関節の角度θcを取得する。そして角度位置変換部141は、取得した各関節の角度θcから、把持部20cの現在位置を算出し、算出した現在位置を示す現在位置信号X_cを加算部142へ出力する。
加算部142は、角度位置変換部141から入力された現在位置信号X_cと負荷変位変換部120から入力された制御信号を加算して位置指示信号X_dを生成する。加算部142は、生成した位置指示信号X_dを位置角度変換部143に出力する。
FIG. 8 is a schematic block diagram of the robot control unit 140 in the first embodiment.
The robot control unit 140 includes an angle position conversion unit 141, an addition unit 142, a position angle conversion unit 143, a subtraction unit 144, and an amplification unit 145.
The angle position conversion unit 141 acquires the angle θc of each joint of the robot 20 from the encoder 21 held by the robot 20. Then, the angle position conversion unit 141 calculates the current position of the grasping unit 20c from the acquired angle θc of each joint, and outputs a current position signal X_c indicating the calculated current position to the addition unit 142.
The adder 142 adds the current position signal X_c input from the angular position converter 141 and the control signal input from the load displacement converter 120 to generate a position instruction signal X_d. The addition unit 142 outputs the generated position instruction signal X_d to the position angle conversion unit 143.

位置角度変換部143は、例えば、加算部142から入力された位置指示信号X_dが示すロボット20を動かす先の目標位置から、公知の逆運動学の処理によりその目標位置が実現されるロボット20の各関節の目標角度を算出する。そして、位置角度変換部143は、算出した目標角度を示す目標角度信号を減算部144へ出力する。   The position angle conversion unit 143, for example, from the target position to which the robot 20 indicated by the position instruction signal X_d input from the addition unit 142 is moved, the target position of the robot 20 is realized by a known inverse kinematic process. Calculate the target angle for each joint. Then, the position angle conversion unit 143 outputs a target angle signal indicating the calculated target angle to the subtraction unit 144.

減算部144は、位置角度変換部143から入力された目標角度信号からエンコーダー21から入力された現在の関節角度θcを示す現在関節角度信号を減算する。減算部144は、減算することにより得られた差分信号を増幅部145へ出力する。   The subtraction unit 144 subtracts the current joint angle signal indicating the current joint angle θc input from the encoder 21 from the target angle signal input from the position angle conversion unit 143. The subtraction unit 144 outputs the difference signal obtained by the subtraction to the amplification unit 145.

増幅部145は、減算部144から入力された差分信号を予め決められたゲインKθを乗じて増幅することにより得られた電流信号をロボット20へ出力する。ここで、電流信号は、例えば、ロボット20の各関節のモータに与える電流を示す6軸のベクトルである。これにより、ロボット20は、増幅部145から入力された電流信号に基づいて、各関節のモータを駆動することにより、位置指示信号X_dが示す目標位置へ把持部20cの位置を移動する。 The amplifying unit 145 outputs to the robot 20 a current signal obtained by amplifying the difference signal input from the subtracting unit 144 by multiplying by a predetermined gain . Here, the current signal is, for example, a 6-axis vector indicating the current applied to the motor of each joint of the robot 20. Accordingly, the robot 20 drives the motor of each joint based on the current signal input from the amplifying unit 145, thereby moving the position of the gripping unit 20c to the target position indicated by the position instruction signal X_d.

図9は、第1の実施形態における制御装置の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
(ステップS101)開始位置移動指示部12は、マニピュレーター部20bの位置を制御して、把持部20cが部品200を把持可能な位置に移動させる。その後、ステップS102に進む。
(ステップS102)把持指示部11は、把持部20cを制御して部品200を把持させる。その後、ステップS103に進む。
(ステップS103)開始位置移動指示部12は、動作制御部16にマニピュレーター部20bの位置を制御させて、部品200を被組み付け部品210近傍の組み付け作業開始位置に移動させる。その後、ステップS104に進む。
FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a processing flow of the control device according to the first embodiment.
(Step S101) The start position movement instructing unit 12 controls the position of the manipulator unit 20b to move the gripping unit 20c to a position where the component 200 can be gripped. Thereafter, the process proceeds to step S102.
(Step S102) The gripping instruction unit 11 controls the gripping unit 20c to grip the component 200. Thereafter, the process proceeds to step S103.
(Step S103) The start position movement instructing unit 12 causes the operation control unit 16 to control the position of the manipulator unit 20b to move the component 200 to the assembly work start position near the component 210 to be assembled. Thereafter, the process proceeds to step S104.

(ステップS104)動作制御部16は、予め定めた組み付け作業に必要な力の目標値を設定する。その後、ステップS105に進む。
(ステップS105)画像取得部17は、撮像装置30が撮像した画像を示す画像データを取得し、取得した画像データを記憶部15に記憶する。記憶された画像データは、部品200及び被組み付け部品210の位置関係を示す初期状態画像データである。その後、ステップS106に進む。
(Step S <b> 104) The operation control unit 16 sets a target value of force necessary for a predetermined assembly work. Thereafter, the process proceeds to step S105.
(Step S <b> 105) The image acquisition unit 17 acquires image data indicating an image captured by the imaging device 30, and stores the acquired image data in the storage unit 15. The stored image data is initial state image data indicating the positional relationship between the component 200 and the assembly component 210. Thereafter, the process proceeds to step S106.

(ステップS106)動作制御部16は、負荷算出部40から入力された負荷情報として、力センサー20dが検出した力が設定した目標値となるようにマニピュレーター部20bの動作を制御する。ここで、部品200には、目標値に相当する力が加えられ、被組み付け部品210に組み付けられる。その後、ステップS107に進む。
(ステップS107)画像取得部17は、撮像装置30が撮像した画像を示す画像データを取得し、取得した画像データを類似度算出部18に出力する。類似度算出部18は、画像取得部17から入力された画像データと、記憶部15に記憶した初期状態画像データに基づいて、被組み付け部品210の変形度(歪)を算出する。類似度算出部18は、変形度の指標として、例えば、NCCを算出する。その後、ステップS108に進む。
(Step S106) The operation control unit 16 controls the operation of the manipulator unit 20b so that the force detected by the force sensor 20d becomes the set target value as the load information input from the load calculation unit 40. Here, a force corresponding to the target value is applied to the component 200 and is assembled to the component 210 to be assembled. Thereafter, the process proceeds to step S107.
(Step S <b> 107) The image acquisition unit 17 acquires image data indicating an image captured by the imaging device 30, and outputs the acquired image data to the similarity calculation unit 18. The similarity calculation unit 18 calculates the degree of deformation (distortion) of the part to be assembled 210 based on the image data input from the image acquisition unit 17 and the initial state image data stored in the storage unit 15. The similarity calculation unit 18 calculates, for example, NCC as a deformation index. Thereafter, the process proceeds to step S108.

(ステップS108)判定部19は、算出した変形度(歪)が所定の状態になったか否かを判定する。所定の状態になったか否かの判定基準として、図4に示す部品200及び被組み付け部品210については、例えば、モデル1に係る判定基準を用いる。ここで、判定部19は、NCCが上述の閾値1よりも小さくなった後で、上述の閾値2よりも大きくなったか否かを判定する。もしくは、判定部19は、NCCの変化量が、負値から上述の閾値3よりも大きくなったか否かを判定する。
変形度が所定の状態になったと判定された場合には(ステップS108 YES)、ステップS109に進む。変形度が所定の状態になっていないと判定された場合には(ステップS108 NO)、ステップS106に進む。
(ステップS109)動作制御部16は、力の目標値を0に設定する。これにより、部品200に加えられる力が0となり、マニピュレーター部20bの動作が停止する。そして、制御装置10は、本フローチャートの処理を終了する。
(Step S108) The determination unit 19 determines whether or not the calculated degree of deformation (distortion) has reached a predetermined state. As a criterion for determining whether or not a predetermined state has been reached, for example, the criterion according to the model 1 is used for the component 200 and the assembled component 210 illustrated in FIG. Here, the determination unit 19 determines whether or not the NCC has become larger than the threshold value 2 after the NCC has become smaller than the threshold value 1 described above. Or the determination part 19 determines whether the variation | change_quantity of NCC became larger than the above-mentioned threshold value 3 from the negative value.
If it is determined that the degree of deformation has reached a predetermined state (YES in step S108), the process proceeds to step S109. If it is determined that the degree of deformation is not in a predetermined state (NO in step S108), the process proceeds to step S106.
(Step S109) The motion control unit 16 sets the target value of force to zero. Thereby, the force applied to the component 200 becomes zero, and the operation of the manipulator unit 20b is stopped. And the control apparatus 10 complete | finishes the process of this flowchart.

次に、本実施形態による組み付け作業に伴う被組み付け部品210の変形状態の例について説明する。
図10は、第1の実施形態による組み付け作業に伴う被組み付け部品210の変形状態の一例を示す概念図である。図10に示す例では、被組み付け部品210に負荷が加えられることにより、その一部である受付部211の形状が弾性変形する状態を示す。
図10(a)−(f)は、それぞれ時刻500、1000、1500、2000、2500、2950フレームにおける部品200と被組み付け部品210の位置関係を示す。この時刻は、初期状態画像データが取得された時刻を0として、それ以降、取得した画像データのフレーム数を単位として示した時刻である。また、図4は、時刻0フレームにおける部品200と被組み付け部品210の位置関係を示す。
Next, an example of a deformed state of the part to be assembled 210 associated with the assembling work according to the present embodiment will be described.
FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating an example of a deformed state of the part 210 to be assembled accompanying the assembling work according to the first embodiment. In the example shown in FIG. 10, when a load is applied to the part 210 to be assembled, the shape of the receiving unit 211 that is a part thereof is elastically deformed.
FIGS. 10A to 10F show the positional relationship between the part 200 and the part to be assembled 210 at time frames 500, 1000, 1500, 2000, 2500, and 2950, respectively. This time is the time when the time when the initial state image data is acquired is set to 0, and thereafter, the number of frames of the acquired image data is indicated as a unit. FIG. 4 shows the positional relationship between the component 200 and the assembly component 210 in the time 0 frame.

ここで、部品200の左側に示されている、右向きの矢印は、ロボット20の把持部20cが部品200に加えている力の向きを示す。時間経過によって部品200が右側に移動する。図10(a)によれば、時刻500フレームでは部品200が被組み付け部品210にまだ接していないことが示される。図10(b)によれば、時刻1000フレームでは部品200が被組み付け部品210に接触し始め、被組み付け部品210の受付部211が変形し始める。図10(b)−(e)によれば、時間経過によって部品200の差込部201が受付部211に組みつけられる度合いが大きくなるとともに、受付部211の上方への変形度が大きくなることが示される。図10(f)によれば、受付部211の上下方向の幅が最大になる部位の直下に、差込部201の上下方向の幅が急激に狭くなる部位が到達することで、上方に変形していた受付部211の形状が急激に初期状態における形状に近似することが示される。   Here, a right-pointing arrow shown on the left side of the component 200 indicates the direction of the force applied to the component 200 by the grip 20 c of the robot 20. The part 200 moves to the right as time passes. FIG. 10A shows that the component 200 is not yet in contact with the assembly target component 210 at the time 500 frame. According to FIG. 10B, at the time 1000 frame, the component 200 starts to contact the assembly component 210, and the receiving portion 211 of the assembly component 210 begins to deform. 10 (b)-(e), the degree that the insertion part 201 of the component 200 is assembled to the receiving part 211 increases with time, and the degree of deformation of the receiving part 211 upwards increases. Is shown. According to FIG. 10 (f), when the part where the vertical width of the insertion part 201 is suddenly narrowed reaches just below the part where the vertical width of the receiving part 211 is maximized, the upper part is deformed upward. It is shown that the shape of the receiving unit 211 that has been abruptly approximates the shape in the initial state.

図11は、第1の実施形態による組み付け作業に伴う正規化相互相関(NCC)の一例を示す図である。
図11は、図10に示す撮像領域r1におけるNCCの時間変化を示す。図11において、横軸は時刻(フレーム)、縦軸はNCCを示す。この例では、1フレームは、1/30秒に相当する。上向き又は下向きの各矢印の起点に示した(a)−(f)は、それぞれ、図10(a)−(f)に示す画像を取得した時刻を示す。図11によれば、NCCは時刻0フレームにおいて最大となる。NCCは部品200が被組み付け部品210に接触し始める1000フレーム付近までは、NCCが緩やかに減少する。その後、2600フレーム付近までは、受付部211の変形度が大きくなるにつれ、NCCがより顕著に減少する。2600フレーム付近において、NCCが急激に増加し、初期におけるNCCに近似する。このとき、受付部211の形状が急激に初期状態における形状に近似する。その後、NCCは緩やかに減少する。
従って、この例では、モデル1に基づく判定基準を用いてNCCが減少する状態から、急激に増加する状態を所定の閾値に到達したと判定することで、的確に組み付け作業の終了を判定することができる。これにより、無用な動作が継続することや、部品200や被組み付け部品210が破損するリスクが回避される。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a normalized cross-correlation (NCC) associated with the assembly work according to the first embodiment.
FIG. 11 shows a time change of NCC in the imaging region r1 shown in FIG. In FIG. 11, the horizontal axis represents time (frame), and the vertical axis represents NCC. In this example, one frame corresponds to 1/30 second. (A)-(f) shown at the starting point of each upward or downward arrow indicates the time when the images shown in FIGS. 10 (a)-(f) are acquired. According to FIG. 11, NCC is maximized at time 0 frame. The NCC gradually decreases until the vicinity of 1000 frames when the component 200 starts to contact the assembly target component 210. Thereafter, until the vicinity of 2600 frames, as the degree of deformation of the reception unit 211 increases, NCC decreases more significantly. Near 2600 frames, the NCC increases rapidly and approximates the initial NCC. At this time, the shape of the reception unit 211 rapidly approximates the shape in the initial state. After that, NCC gradually decreases.
Therefore, in this example, the end of the assembly work is accurately determined by determining that the state in which the NCC decreases rapidly from the state in which the NCC decreases using the determination criterion based on the model 1 has reached the predetermined threshold value. Can do. This avoids the risk that the unnecessary operation continues and the component 200 and the assembled component 210 are damaged.

図12は、第1の実施形態による組み付け作業に伴う被組み付け部品310の変形状態の他の例を示す概念図である。図12に示す変形状態は、被組み付け部品310に負荷が加えられることにより、その一部である固定具311の配置が変化する状態を示す。本実施形態や後述する実施形態では、変形とは、例えば、図11に示した弾性変形の他、対象物の一部又は全部の配置の変化も含む。
部品300は、部品200の代わりに把持部20cによって把持され、被組み付け部品310に組み付ける部品である。部品300は、例えば、電子回路基板である。部品300は、上方から力が加えられたとき、その下端において被組み付け部品310と組み付けられるように構成されている。部品300の右側面には切欠部301を有する。被組み付け部品310は、組み付け部品300が組み付けられる部品、例えば、コネクタである。被組み付け部品310の位置は固定されている。部品300の上方の下向きの矢印は、把持部20cによって部品300に加えられる力の向きを示す。
FIG. 12 is a conceptual diagram showing another example of the deformation state of the part to be assembled 310 associated with the assembling work according to the first embodiment. The deformed state shown in FIG. 12 shows a state in which the placement of the fixture 311 that is a part thereof changes when a load is applied to the part 310 to be assembled. In the present embodiment and the embodiments described later, the deformation includes, for example, a change in the arrangement of a part or the whole of the target object in addition to the elastic deformation illustrated in FIG.
The component 300 is a component that is gripped by the gripping portion 20 c instead of the component 200 and is assembled to the assembly target component 310. The component 300 is, for example, an electronic circuit board. The component 300 is configured to be assembled with the component to be assembled 310 at the lower end when a force is applied from above. The right side surface of the component 300 has a notch 301. The assembly component 310 is a component to which the assembly component 300 is assembled, for example, a connector. The position of the part 310 to be assembled is fixed. The downward arrow above the component 300 indicates the direction of the force applied to the component 300 by the grip portion 20c.

被組み付け部品310は、部品300の下端に組み付けられる溝を有する。被組み付け部品310の右端には、部品300が下方に押し下げられると、その下端が左回りに回転する固定具311を有する。部品300が被組み付け部品310の溝に完全に組み付けられると、部品300の右側面の切欠部301に固定具311の突端が嵌め込まれ、部品300が被組み付け部品310に固定される。
固定具311の周囲の破線の四角形は、撮像領域r2を示す。撮像領域r2には、固定具311のほぼ全体と部品300の右端下方が含まれる。
The assembled component 310 has a groove that is assembled to the lower end of the component 300. At the right end of the part to be assembled 310, there is a fixture 311 whose lower end rotates counterclockwise when the part 300 is pushed down. When the component 300 is completely assembled in the groove of the component 310 to be assembled, the protruding end of the fixing tool 311 is fitted into the notch 301 on the right side surface of the component 300, and the component 300 is fixed to the component 310 to be assembled.
A broken-line rectangle around the fixture 311 indicates the imaging region r2. The imaging region r2 includes substantially the entire fixture 311 and the lower right end of the component 300.

図12(a)−(c)は、それぞれ異なる時刻における部品300と被組み付け部品310の位置関係を示す。(a)−(c)の順に、それぞれの時刻が遅くなる。
図12(a)は、部品300が被組み付け部品310にまだ接していないことを示す。このとき、固定具311は、その下端から右上に向けて配置されている。
図12(b)は、部品300の下端が被組み付け部品310に接触し、組み付けられている途中であることを示す。このとき、固定具311の方向と部品300の右辺とのなす角度は、図12(a)に示される角度よりも小さくなる。
図12(c)は、部品300の下端が被組み付け部品310に完全に組み付けられたことを示す。このとき、固定具311の方向は部品300の右辺の方向とほぼ等しくなり、固定具311は部品300の切欠部301に接触する。この状態で、部品300に下方への力が加えられても、固定具311の配置は変化しない。
12A to 12C show the positional relationship between the component 300 and the assembly component 310 at different times. Each time is delayed in the order of (a)-(c).
FIG. 12A shows that the part 300 is not yet in contact with the part 310 to be assembled. At this time, the fixture 311 is arranged from the lower end toward the upper right.
FIG. 12B shows that the lower end of the part 300 is in contact with the part to be assembled 310 and is being assembled. At this time, the angle formed by the direction of the fixture 311 and the right side of the component 300 is smaller than the angle shown in FIG.
FIG. 12 (c) shows that the lower end of the component 300 is completely assembled to the assembly component 310. At this time, the direction of the fixture 311 is substantially equal to the direction of the right side of the component 300, and the fixture 311 contacts the notch 301 of the component 300. In this state, even if a downward force is applied to the component 300, the arrangement of the fixture 311 does not change.

図13は、第1の実施形態による組み付け作業に伴う正規化相互相関(NCC)の他の例を示す概念図である。
図13は、図12に示す撮像領域r2についてのNCCの時間変化を示す。図13において、横軸は時刻、縦軸はNCCを示す。図13では、時刻、NCCの具体的な値を省略している。上向き又は下向きの各矢印の起点に示した(a)−(c)は、それぞれ、図12(a)−(c)に係る時刻を示す。図13によれば、NCCは初期状態において最大となる。NCCは部品300が被組み付け部品310に接触し始めるまでの区間では、NCCが緩やかに減少する。この区間には、図12(a)に係る時刻が含まれる。その後、部品300が被組み付け部品310に組み込まれている途中の区間では、固定具311の変形度、つまり、その向きが変化して、NCCがより顕著に減少する。この区間には、図12(b)に係る時刻が含まれる。さらにその後、部品300が被組み付け部品310に完全に組み込まれた状態となる区間では、固定具311の向きは変化せず、NCCがほぼ一定値に収束する。この区間には、図12(c)に係る時刻が含まれる。
従って、この例では、モデル2に基づく判定基準を用いてNCCが減少する状態から、所定の時間よりも長い時間、NCCの変化量が0に近似した状態を所定の閾値に到達したと判定することで、的確に組み付け作業の終了を判定できる。これにより、無用な動作が継続することや、部品300や被組み付け部品310が破損するリスクが回避される。
FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating another example of normalized cross-correlation (NCC) associated with assembly work according to the first embodiment.
FIG. 13 shows the NCC time change for the imaging region r2 shown in FIG. In FIG. 13, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates NCC. In FIG. 13, specific values of time and NCC are omitted. (A)-(c) shown at the starting point of each upward or downward arrow indicates the time according to FIGS. 12 (a)-(c), respectively. According to FIG. 13, NCC is maximized in the initial state. NCC gradually decreases in the section until the part 300 starts to contact the part 310 to be assembled. This section includes the time according to FIG. Thereafter, in a section in the middle of the part 300 being incorporated in the part 310 to be assembled, the degree of deformation of the fixture 311, that is, the direction thereof changes, and NCC is more significantly reduced. This section includes the time according to FIG. Further, thereafter, in the section where the component 300 is completely assembled into the assembly component 310, the orientation of the fixture 311 does not change, and the NCC converges to a substantially constant value. This section includes the time according to FIG.
Therefore, in this example, it is determined that a state in which the amount of change in NCC is close to 0 for a time longer than a predetermined time has reached a predetermined threshold from a state in which NCC decreases using a determination criterion based on model 2. Thus, it is possible to accurately determine the end of the assembly work. This avoids the risk that the unnecessary operation continues and the component 300 and the assembled component 310 are damaged.

以上、説明したように、本実施形態では、記憶部15に対象物(例えば、被組み付け部品210、310)の画像(例えば、初期状態画像データ)を予め記憶しておく。また、本実施形態では、撮像部(例えば、撮像装置30)が撮像した対象物の画像と記憶部15に記憶した対象物の画像に基づき対象物の変形度(例えば、NCC)を算出する。また、本実施形態では、変形度に基づいてロボットが対象物に加える負荷を制御する。
これにより、対象物の変形を伴う作業を算出した変形度により、その動作を制御することが可能になる。例えば、変形度が予め設定した閾値(例えば、モデル1、2に係る閾値)に達したとき、ロボットが対象物に負荷を加える動作を終了することで、的確にその動作を終了させることが可能となる。
As described above, in this embodiment, an image (for example, initial state image data) of an object (for example, the assembled parts 210 and 310) is stored in the storage unit 15 in advance. In the present embodiment, the degree of deformation (for example, NCC) of the object is calculated based on the image of the object captured by the imaging unit (for example, the imaging device 30) and the image of the object stored in the storage unit 15. In this embodiment, the load applied to the object by the robot is controlled based on the degree of deformation.
Thus, the operation can be controlled by the degree of deformation calculated for the work involving deformation of the object. For example, when the degree of deformation reaches a preset threshold value (for example, the threshold value related to models 1 and 2), the robot can finish the operation accurately by ending the operation of applying a load to the object. It becomes.

[第2の実施形態]
続いて、本発明の第2の実施形態について説明する。図1と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。第2の実施形態におけるロボットシステム1bの外観構成は、第1の実施形態におけるロボットシステム1(図1)の外観構成と同様である。但し、ロボットシステム1bの構成は、図1のロボットシステム1の構成に対して、制御装置10が、制御装置10bに変更されたものとなっている。第2の実施形態における制御装置10bでは、終了判定処理が第1の実施形態の制御装置10とは異なる。
[Second Embodiment]
Subsequently, a second embodiment of the present invention will be described. Elements common to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The external configuration of the robot system 1b in the second embodiment is the same as the external configuration of the robot system 1 (FIG. 1) in the first embodiment. However, the configuration of the robot system 1b is such that the control device 10 is changed to the control device 10b with respect to the configuration of the robot system 1 of FIG. In the control device 10b according to the second embodiment, the end determination process is different from that of the control device 10 according to the first embodiment.

図14は、第2の実施形態における制御装置10bの概略ブロック図である。
制御装置10bは、図3の制御装置10に対して、動作制御部16が動作制御部16bに変更されたものになっている。
FIG. 14 is a schematic block diagram of the control device 10b according to the second embodiment.
The control device 10b is obtained by changing the operation control unit 16 to the operation control unit 16b with respect to the control device 10 of FIG.

動作制御部16bは、第1の実施形態における動作制御部16と同様の機能を有するが以下の点で動作制御部16と異なる。
動作制御部16bは、類似度算出部18から入力された類似度の時間変化に基づいて組み付け作業に必要な力の目標値を制御する。これにより、対象物の変形度の時間変化に応じて組み付け作業の進捗が調整される。
また、動作制御部16bは、設定した目標値が、所定の目標値の上限値と等しいか、それよりも大きいと判定したとき、異常終了フラグを設定し、設定した異常終了フラグをロボット20に出力する。これにより、ロボット20のマニピュレーター部20bの動作を停止させる(異常終了)。ここで、動作制御部16bは、目標値を0と設定し、マニピュレーター部20bの動作を停止させても良い。
これにより、部品200、300に加えられる力が過大になる前に組み付け作業を終了し、部品200、300や被組み付け部品210、310の破損するリスクを回避することができる。
The operation control unit 16b has the same function as the operation control unit 16 in the first embodiment, but differs from the operation control unit 16 in the following points.
The motion control unit 16b controls the target value of the force required for the assembling work based on the temporal change in the similarity input from the similarity calculation unit 18. Thereby, the progress of the assembling work is adjusted according to the time change of the deformation degree of the object.
Further, when the operation control unit 16b determines that the set target value is equal to or larger than the upper limit value of the predetermined target value, the operation control unit 16b sets an abnormal end flag, and sets the set abnormal end flag to the robot 20. Output. Thereby, the operation of the manipulator unit 20b of the robot 20 is stopped (abnormal end). Here, the operation control unit 16b may set the target value to 0 and stop the operation of the manipulator unit 20b.
As a result, the assembly work is finished before the force applied to the parts 200 and 300 becomes excessive, and the risk of damage to the parts 200 and 300 and the parts to be assembled 210 and 310 can be avoided.

図15は、第2の実施形態における動作制御部16bの概略ブロック図である。
動作制御部16bは、図5の動作制御部16に対して、負荷変位変換部120が負荷変位変換部120bに変更されたものになっている。
図16は、第2の実施形態における負荷変位変換部120bの概略ブロック図である。
負荷変位変換部120bは、図6の負荷変位変換部120に対して、力目標値設定部121が力目標値設定部121bに変更されたものになっている。力目標値設定部121bは、第1の実施形態における力目標値設定部121と同様の機能を有するが、次の点で力目標値設定部121と異なる。
FIG. 15 is a schematic block diagram of the operation control unit 16b in the second embodiment.
In the operation control unit 16b, the load displacement conversion unit 120 is changed to a load displacement conversion unit 120b with respect to the operation control unit 16 of FIG.
FIG. 16 is a schematic block diagram of the load displacement conversion unit 120b in the second embodiment.
In the load displacement conversion unit 120b, the force target value setting unit 121 is changed to a force target value setting unit 121b with respect to the load displacement conversion unit 120 of FIG. The force target value setting unit 121b has the same function as the force target value setting unit 121 in the first embodiment, but differs from the force target value setting unit 121 in the following points.

力目標値設定部121bは、類似度算出部18から入力された変形度の変化量が、所定の変化量の閾値よりも大きいか否かを判定する。ここで、力目標値設定部121bは、最近算出された変形度から、その前に(前回)算出された変化量の差を、変化量として算出する。これにより、その大きさがその目標値となる力が部品200、300に加えられているとき、被組み付け部品210、310の変形度が順調に変化しているか否かが判定される。
力目標値設定部121bは、変形度の変化量が、所定の変化量の閾値よりも大きくないと判定したとき、既に設定した力目標値を増大して設定する。ここで、力目標値設定部121bは、例えば、既に設定した力目標値に予め定めた力目標値の増加幅を加算し、加算された値を力目標値と定める。これにより、被組み付け部品210、310の変形度が順調に変化していない場合、力目標値が増大されて変形度の変化が促進される。
The force target value setting unit 121b determines whether or not the change amount of the degree of deformation input from the similarity calculation unit 18 is larger than a predetermined change amount threshold value. Here, the force target value setting unit 121b calculates, as the amount of change, the difference in the amount of change calculated before (previous time) from the recently calculated degree of deformation. Thereby, when the force whose magnitude is the target value is applied to the parts 200 and 300, it is determined whether or not the degree of deformation of the parts to be assembled 210 and 310 is changing smoothly.
The force target value setting unit 121b increases and sets the already set force target value when it is determined that the amount of change in the degree of deformation is not larger than a predetermined change amount threshold. Here, the force target value setting unit 121b adds, for example, a predetermined increase amount of the force target value to the already set force target value, and determines the added value as the force target value. As a result, when the degree of deformation of the parts to be assembled 210 and 310 does not change smoothly, the force target value is increased and the change of the degree of deformation is promoted.

なお、力目標値設定部121bは、変化量の差を算出する前に、入力された変形度を平滑化しても良い。力目標値設定部121bは、平滑化において、例えば、予め定めた時間だけ過去から現在までの変形度に基づいて移動平均を行なった値を現在の変形度として採用しても良い。   The force target value setting unit 121b may smooth the input degree of deformation before calculating the difference in change amount. In the smoothing, the force target value setting unit 121b may adopt, for example, a value obtained by performing a moving average based on the degree of deformation from the past to the present for a predetermined time as the current degree of deformation.

力目標値設定部121bは、設定した力目標値が、所定の力目標値の上限値と等しいか、それよりも大きいか否かを判定する。動作制御部16bは、設定された目標値が、所定の目標値の上限値と等しいか、それよりも大きいと判定したとき、目標値を0と設定する。これにより、対象物に加えられる力が0に制御されるため、ロボット20のマニピュレーター部20bの動作が停止する。   The force target value setting unit 121b determines whether or not the set force target value is equal to or greater than the upper limit value of the predetermined force target value. The operation control unit 16b sets the target value to 0 when it is determined that the set target value is equal to or greater than the upper limit value of the predetermined target value. Thereby, since the force applied to the object is controlled to 0, the operation of the manipulator unit 20b of the robot 20 is stopped.

図17は、第2の実施形態における制御装置10bの処理の流れの一例を示すフローチャートである。
ステップS101〜S109の処理は、図9のステップS101〜S109の処理と同様であるので、その説明を省略する。
但し、ステップS108において、被組み付け部品の変形度が所定の状態になっていないと判定された場合には(ステップS108 NO)、ステップS106に進まずに、ステップS209に進む。
FIG. 17 is a flowchart illustrating an example of a processing flow of the control device 10b according to the second embodiment.
The processing in steps S101 to S109 is the same as the processing in steps S101 to S109 in FIG.
However, if it is determined in step S108 that the degree of deformation of the part to be assembled is not in a predetermined state (NO in step S108), the process proceeds to step S209 without proceeding to step S106.

(ステップS209)動作制御部16bは、算出した変形度(歪)の変化量が、所定の変化量の閾値よりも大きいか否かを判定する。変化量が所定の変化量の閾値よりも大きいと判定された場合には(ステップS209 YES)、ステップS106に進む。変化量が所定の変化量の閾値よりも大きくないと判定された場合には(ステップS209 NO)、ステップS210に進む。 (Step S209) The operation control unit 16b determines whether or not the calculated change amount of deformation (distortion) is larger than a predetermined change amount threshold value. If it is determined that the change amount is greater than the predetermined change amount threshold (YES in step S209), the process proceeds to step S106. If it is determined that the change amount is not larger than the predetermined change amount threshold (NO in step S209), the process proceeds to step S210.

(ステップS210)動作制御部16bは、組み付け作業に必要な力の目標値を増大して設定する。その後、ステップS211に進む。
(ステップS211)動作制御部16bは、設定された目標値が、所定の目標値の上限値よりも小さいか否かを判定する。目標値が上限値よりも小さいと判定された場合(ステップS210 YES)、ステップS106に進む。目標値が上限値よりも小さくないと判定された場合(ステップS210 NO)、ステップS212に進む。
(ステップS212)動作制御部16bは、異常終了フラグを設定してマニピュレーター部20bの動作を停止させる。そして、制御装置10bは、本フローチャートの処理を終了する。なお、その後、制御装置10bは、本フローチャートの処理を繰り返しても良い。
(Step S210) The operation control unit 16b increases and sets the target value of the force required for the assembly work. Then, it progresses to step S211.
(Step S211) The operation control unit 16b determines whether or not the set target value is smaller than the upper limit value of the predetermined target value. When it is determined that the target value is smaller than the upper limit value (YES in step S210), the process proceeds to step S106. When it is determined that the target value is not smaller than the upper limit value (NO in step S210), the process proceeds to step S212.
(Step S212) The operation control unit 16b sets an abnormal end flag and stops the operation of the manipulator unit 20b. And the control apparatus 10b complete | finishes the process of this flowchart. Thereafter, the control device 10b may repeat the processing of this flowchart.

以上説明したように、本実施形態では、第1の実施形態の構成に加えて、対象物に加えられた負荷が目標値となるようにロボット20の動作を制御し、算出した変形度の時間変化に基づいてその目標値を制御する。これにより、変形度の時間変化が示すロボットの動作(例えば、組み付け作業)の進捗に応じて、ロボット20の動作を促進又は抑制することができる。例えば、変形度の時間変化が小さいときには目標値を増大することで、組み付け作業の進捗が遅いときにはロボット20の動作を促進することができる。目標値が所定の上限値を超えた場合には、ロボット20の動作を停止することで、過大な力が加えられることによる部品200、300や被組み付け部品210、310の破損や事故等のリスクを回避することができる。   As described above, in the present embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, the operation of the robot 20 is controlled so that the load applied to the object becomes the target value, and the calculated deformation time The target value is controlled based on the change. Thereby, according to the progress of the operation | movement (for example, assembly | attachment operation | work) of the robot which the time change of a deformation degree shows, the operation | movement of the robot 20 can be accelerated | stimulated or suppressed. For example, by increasing the target value when the time change of the degree of deformation is small, the operation of the robot 20 can be promoted when the progress of the assembly work is slow. When the target value exceeds a predetermined upper limit value, the operation of the robot 20 is stopped, and the risk of damage or accidents of the parts 200 and 300 and the parts to be assembled 210 and 310 due to excessive force applied. Can be avoided.

上述した各実施形態では、類似度算出部18は類似度を算出し、判定部19、19bは類似度が所定の状態に達したか否かを判定したが、これに限ったものではない。例えば、類似度算出部18は、相違度を算出して、判定部19、19bは相違度に基づいて所定の状態に達したか否かを判定しても良い。その際、例えば、類似度算出部18は、SSD(Sum of Squared Differences)又はSAD(Sum of Absolute Differences)を相違度として算出してもいい。一例として相違度が低いほど、現在の被組み付け部品210、310の形状が、初期状態での被組付け部品210、310の形状に近い。   In each embodiment described above, the similarity calculation unit 18 calculates the similarity, and the determination units 19 and 19b determine whether or not the similarity has reached a predetermined state. However, the present invention is not limited to this. For example, the similarity calculation unit 18 may calculate the degree of difference, and the determination units 19 and 19b may determine whether or not a predetermined state has been reached based on the degree of difference. At this time, for example, the similarity calculation unit 18 may calculate SSD (Sum of Squared Differences) or SAD (Sum of Absolute Differences) as the degree of difference. For example, as the degree of difference is lower, the current shape of the assembled parts 210 and 310 is closer to the shape of the assembled parts 210 and 310 in the initial state.

また、上述した各実施形態では、複数の装置を備えるシステムが、各実施形態の制御装置10、10bの各処理を、それらの複数の装置で分散して処理しても良い。
また、制御装置10、10bは、上述のロボット20と一体化したロボットとして構成されていても良い。
上述では、対象物(例えば、被組み付け部品210、310)の一部が変形する場合を例にとって説明したが、上述した各実施形態では、対象物の全体が変形する場合であっても良い。そのために、撮像装置30は、対象物の全体を示す画像を撮像し、制御装置10、10bは、その画像を用いても良い。
Moreover, in each embodiment mentioned above, the system provided with a some apparatus may distribute and process each process of the control apparatuses 10 and 10b of each embodiment with those some apparatus.
The control devices 10 and 10b may be configured as a robot integrated with the robot 20 described above.
In the above description, the case where a part of the object (for example, the parts to be assembled 210 and 310) is deformed has been described as an example. However, in each of the above-described embodiments, the whole object may be deformed. Therefore, the imaging device 30 may capture an image showing the entire object, and the control devices 10 and 10b may use the image.

また、各実施形態に係る制御装置10、10bは、対象物(例えば、被組み付け部品210、310)の画像を予め記憶しておいた記憶部15と、撮像部(例えば、撮像装置30)が撮像した対象物の画像と記憶部15に記憶した対象物の画像(例えば、初期状態画像データ)に基づき対象物の変形度(例えば、NCC)を算出する変形度算出部(類似度算出部18)と、変形度算出部が算出した変形度に応じて、ロボット20が対象物に加える負荷を制御する動作制御部16と備えるものである。
上述したように、変形度とは、記憶部15が記憶した画像が示す対象物の形状からの撮像部が撮像した画像が示す対象物の変形の度合いを示す。また、ロボット20は、算出された変形度が所定の閾値に達したとき、対象物に負荷を加える動作を終了する。また、制御装置10、10bは、算出された変形度が所定の閾値に達したとき、ロボット20により対象物に負荷を加える動作を終了させるものである。
In addition, the control devices 10 and 10b according to each embodiment include a storage unit 15 that stores an image of an object (for example, the assembled parts 210 and 310) and an imaging unit (for example, the imaging device 30). A deformation degree calculation unit (similarity calculation unit 18) that calculates a deformation degree (for example, NCC) of the target object based on the captured image of the target object and an image of the target object (for example, initial state image data) stored in the storage unit 15. ) And an operation control unit 16 that controls the load applied to the object by the robot 20 according to the degree of deformation calculated by the degree of deformation calculation unit.
As described above, the degree of deformation indicates the degree of deformation of the object indicated by the image captured by the imaging unit from the shape of the object indicated by the image stored in the storage unit 15. Further, the robot 20 ends the operation of applying a load to the object when the calculated degree of deformation reaches a predetermined threshold value. Further, the control devices 10 and 10b end the operation of applying a load to the object by the robot 20 when the calculated degree of deformation reaches a predetermined threshold value.

このような制御装置10、10bの構成は、変形度が予め設定した閾値に達していない第1の対象物の画像を取得しているとき、マニピュレーター部20bが第1の対象物に負荷を加える動作を継続し、変形度が予め設定した閾値に達した第1の対象物の画像を取得したとき、マニピュレーター部20bが第1の対象物に負荷を加える動作を終了すること、を観察することによって確認することができる。ロボット20が制御装置10、10bと一体化していても、同様に確認することができる。
予め設定した閾値とは、例えば、上述したモデル1、モデル2に係る閾値である。そこで、作業が終了した状態における変形度で変形された第1の対象物の画像に係る画像信号と、作業が終了した状態における変形度に達していない変形度で変形された第1の対象物の画像に係る画像信号の少なくともいずれかを予め準備しておく。そして、準備しておいた画像信号のそれぞれを画像取得部17に供給し、稼動している状態でのロボット20の動作を観察すればよい。
With such a configuration of the control devices 10 and 10b, when the image of the first object whose degree of deformation does not reach the preset threshold is acquired, the manipulator unit 20b applies a load to the first object. Observe that the manipulator unit 20b ends the operation of applying a load to the first object when the image of the first object whose degree of deformation has reached a preset threshold value is acquired by continuing the operation. Can be confirmed. Even if the robot 20 is integrated with the control devices 10 and 10b, the same can be confirmed.
The preset threshold value is, for example, a threshold value related to model 1 and model 2 described above. Therefore, the image signal related to the image of the first object deformed with the degree of deformation in the state where the work has been completed, and the first object deformed with the degree of deformation which has not reached the degree of deformation in the state where the work has been completed. At least one of the image signals related to the image is prepared in advance. Then, each of the prepared image signals may be supplied to the image acquisition unit 17 and the operation of the robot 20 in an operating state may be observed.

また、各実施形態に係る制御装置10、10bは、対象物の画像とロボット20が対象物に加える負荷に関する情報に基づいて、ロボット20が対象物に負荷を加える動作を終了させるものである。
この制御装置10、10bの構成は、制御装置10、10bの動作制御部16に、第1の対象物に負荷が加えられたときに負荷算出部40から得られる負荷情報を入力したときに、次の現象を観測することで確認することができる。
ここで、変形度が予め設定した閾値に達していない第1の対象物の画像を画像取得部17に入力したとき、マニピュレーター部20bは、第1の対象物にその負荷情報に応じた負荷を加えたときと同様な動作を行う。
In addition, the control devices 10 and 10b according to the embodiments end the operation in which the robot 20 applies a load to the object based on the image of the object and information on the load that the robot 20 applies to the object.
The configuration of the control devices 10 and 10b is such that when the load information obtained from the load calculation unit 40 is input to the operation control unit 16 of the control devices 10 and 10b when a load is applied to the first object, It can be confirmed by observing the following phenomenon.
Here, when the image of the first object whose degree of deformation does not reach the preset threshold is input to the image acquisition unit 17, the manipulator unit 20b applies a load corresponding to the load information to the first object. The same operation as when added is performed.

また、変形度が予め設定した閾値に達した第1の対象物の画像を画像取得部17に入力したとき、マニピュレーター部20bは第1の対象物に負荷を加える動作を停止する。負荷情報に応じた負荷を加える動作とは、例えば、負荷情報が示す力が目標値よりも小さいときには、第2の対象物に加える力を増加させることである。また、負荷情報が示す力が目標値よりも大きいときには、第2の対象物に加える力を減少させることである。   When the image of the first object whose degree of deformation has reached a preset threshold value is input to the image acquisition unit 17, the manipulator unit 20b stops the operation of applying a load to the first object. The operation of applying a load according to the load information is, for example, increasing the force applied to the second object when the force indicated by the load information is smaller than a target value. Further, when the force indicated by the load information is larger than the target value, the force applied to the second object is reduced.

そこで、次の情報のセットを予め準備しておく;(1)作業が終了した状態を示す変形度で変形された第1の対象物の画像に係る画像信号と目標値よりも大きい力を示す負荷情報のセット、(2)作業が終了した状態を示す変形度で変形された第1の対象物の画像に係る画像信号と目標値よりも小さい力を示す負荷情報のセット、(3)作業が終了していない状態を示す変形度で変形された第1の対象物の画像に係る画像信号と目標値よりも大きい力を示す負荷情報のセット、(4)作業が終了していない状態を示す変形度で変形された第1の対象物の画像に係る画像信号と目標値よりも小さい力を示す負荷情報のセット。ここで、(1)−(4)の全てに該当する負荷情報のセットを準備しておいても良いし、少なくとも(1)及び(2)に該当する負荷情報のセットを準備していても良い。
そして、各セットについて準備しておいた画像信号を画像取得部17に供給し、負荷情報を動作制御部16に供給し、稼動している状態でのロボット20の動作を観察すればよい。
Therefore, the following set of information is prepared in advance; (1) An image signal related to the image of the first object deformed with the degree of deformation indicating the state of completion of the work and a force larger than the target value A set of load information, (2) a set of load information indicating an image signal related to the image of the first object deformed with a degree of deformation indicating a state where the work is completed, and a force smaller than the target value, and (3) work A set of image information relating to the image of the first object deformed with a degree of deformation indicating a state in which the operation is not completed and load information indicating a force greater than the target value, (4) a state in which the operation has not been completed The set of the load information which shows the force smaller than the image signal and target value which concern on the image of the 1st target object deform | transformed with the deformation | transformation degree shown. Here, a set of load information corresponding to all of (1) to (4) may be prepared, or a set of load information corresponding to at least (1) and (2) may be prepared. good.
Then, the image signal prepared for each set may be supplied to the image acquisition unit 17, the load information may be supplied to the operation control unit 16, and the operation of the robot 20 in the operating state may be observed.

また、記憶部15は、ハードディスクドライブ、IC(Integrated Circuit)メモリ等、主記憶装置とは別個に設けられ、電源の供給が停止されても情報を保持し続けるストレージ装置(補助記憶装置)であっても良い。
また、動作制御部16、16b、類似度算出部18、判定部19は、それぞれ専用の集積回路で構成されていても良いし、動作制御部16、類似度算出部18、判定部19の全て又はこれらの任意の組み合わせが、それぞれ一体化された集積回路で構成されていても良い。
The storage unit 15 is a storage device (auxiliary storage device) that is provided separately from the main storage device, such as a hard disk drive or an IC (Integrated Circuit) memory, and keeps information even when power supply is stopped. May be.
In addition, the operation control units 16 and 16b, the similarity calculation unit 18, and the determination unit 19 may each be configured by a dedicated integrated circuit, or all of the operation control unit 16, the similarity calculation unit 18, and the determination unit 19 may be included. Or these arbitrary combinations may be comprised by the integrated circuit respectively integrated.

また、画像取得部17は、部品200、300や被組み付け部品210、310を構成する各構成部の寸法を示す設計データと、所定の視点の位置に基づいて、例えばCG技術やCAD(Computer Aided Design)技術を用いて初期状態画像データを生成しても良い。また、画像取得部17は、かかる設計データに基づいて生成された初期状態画像データを外部機器から入力するようにしても良い。記憶部15は、生成された初期状態画像データを記憶する。また、制御装置10、10bは、この設計データと視点の位置に基づいてCG技術やCAD技術を用いて初期状態画像データを生成する画像取得部を備えても良い。
その場合、ステップS105(図9、17)に係る初期状態画像データを取得する処理を省略しても良い。
Further, the image acquisition unit 17 is configured based on the design data indicating the dimensions of the components constituting the components 200 and 300 and the components to be assembled 210 and 310, and the position of a predetermined viewpoint, for example, CG technology or CAD (Computer Aided). Design) technology may be used to generate initial state image data. Further, the image acquisition unit 17 may input initial state image data generated based on the design data from an external device. The storage unit 15 stores the generated initial state image data. The control devices 10 and 10b may include an image acquisition unit that generates initial state image data using the CG technique or the CAD technique based on the design data and the position of the viewpoint.
In that case, the process of acquiring the initial state image data according to step S105 (FIGS. 9 and 17) may be omitted.

また、各実施形態の制御装置10、10bの各処理を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、制御装置10、10bに係る上述した種々の処理を行っても良い。   Also, a program for executing each process of the control devices 10 and 10b of each embodiment is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed. Thus, the various processes described above related to the control devices 10 and 10b may be performed.

なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OS(Operating System)や周辺機器等のハードウェアを含むものであっても良い。また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、CD(Compact Disc)−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。   Here, the “computer system” may include an OS (Operating System) and hardware such as peripheral devices. Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used. The “computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM (Read Only Memory), a writable nonvolatile memory such as a flash memory, and a CD (Compact Disc) -ROM. A storage device such as a hard disk built in a computer system.

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory))のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されても良い。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。   Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (for example, DRAM (Dynamic) in a computer system serving as a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. Random Access Memory)) that holds a program for a certain period of time is also included. The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.

1、1b ロボットシステム
10、10b 制御装置
11 把持指示部
12 開始位置移動指示部
15 記憶部
16、16b 動作制御部
17 画像取得部
18 類似度算出部
19 判定部
20 ロボット
20a 支持台
20b マニピュレーター部
20c 把持部
20d 力センサー
30 撮像装置
40 負荷算出部
110 ビジュアル制御部
120、120b 負荷変位変換部
121、121b 力目標値設定部
122 伝達関数乗算部
140 ロボット制御部
141 角度位置変換部
142 加算部
143 位置角度変換部
144 減算部
145 増幅部
150 コンプライアントモーション制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1b Robot system 10, 10b Control apparatus 11 Grasp instruction | indication part 12 Start position movement instruction | indication part 15 Memory | storage part 16, 16b Operation control part 17 Image acquisition part 18 Similarity calculation part 19 Judgment part 20 Robot 20a Support stand 20b Manipulator part 20c Gripping unit 20d Force sensor 30 Imaging device 40 Load calculation unit 110 Visual control unit 120, 120b Load displacement conversion unit 121, 121b Force target value setting unit 122 Transfer function multiplication unit 140 Robot control unit 141 Angular position conversion unit 142 Addition unit 143 Position Angle conversion unit 144 Subtraction unit 145 Amplification unit 150 Compliant motion control unit

Claims (18)

対象物の画像を予め記憶する記憶部と、
撮像部が撮像した前記対象物の画像と前記記憶部に記憶した対象物の画像に基づき前記対象物の変形度を算出する変形度算出部と、
前記変形度算出部が算出した変形度に応じて、ロボットが前記対象物に加える負荷を制御する動作制御部と、
を備えることを特徴とする制御装置。
A storage unit for storing in advance an image of the object;
A deformation degree calculation unit that calculates the deformation degree of the object based on the image of the object imaged by the imaging unit and the image of the object stored in the storage unit;
An operation control unit that controls a load applied by the robot to the object according to the degree of deformation calculated by the degree of deformation calculation unit;
A control device comprising:
前記変形度算出部は、前記記憶部が記憶した画像が示す対象物の形状からの前記撮像部が撮像した画像が示す対象物の変形の度合いを示す変形度を算出し、
前記動作制御部は、前記変形度が所定の閾値に達したとき、前記ロボットが前記対象物に負荷を加える動作を終了させる
ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
The deformation degree calculation unit calculates a deformation degree indicating a degree of deformation of the object indicated by the image captured by the imaging unit from a shape of the object indicated by the image stored in the storage unit,
The control device according to claim 1, wherein when the degree of deformation reaches a predetermined threshold, the operation control unit ends an operation in which the robot applies a load to the object.
前記動作制御部は、前記変形度算出部が算出した変形度が前記閾値よりも小さくなったとき、前記ロボットが前記対象物に負荷を加える動作を終了させることを特徴とする請求項2に記載の制御装置。   3. The motion control unit according to claim 2, wherein when the degree of deformation calculated by the degree-of-deformation calculation unit becomes smaller than the threshold, the robot ends an operation of applying a load to the object. Control device. 前記動作制御部は、前記変形度算出部が算出した変形度が前記閾値よりも大きい状態が所定時間継続したとき、前記ロボットが前記対象物に負荷を加える動作を終了させることを特徴とする請求項2に記載の制御装置。   The operation control unit terminates an operation in which the robot applies a load to the object when a state in which the deformation degree calculated by the deformation degree calculation unit is greater than the threshold value continues for a predetermined time. Item 3. The control device according to Item 2. 前記変形度算出部は、前記対象物の変形度として、撮像部が撮像した前記対象物の画像と前記記憶部に記憶した対象物の画像との正規化相互相関を算出することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の制御装置。   The deformation degree calculation unit calculates a normalized cross-correlation between the image of the object captured by the imaging unit and the image of the object stored in the storage unit as the deformation degree of the object. The control device according to claim 1. 前記動作制御部は、前記対象物に加えられた負荷の大きさが所定の目標値となるように前記ロボットの動作を制御し、
前記変形度算出部が算出した変形度の時間変化に基づいて前記目標値を制御することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の制御装置。
The motion control unit controls the motion of the robot so that the magnitude of the load applied to the object becomes a predetermined target value;
The control device according to claim 1, wherein the target value is controlled based on a temporal change in the degree of deformation calculated by the degree of deformation calculation unit.
前記撮像部が撮像した画像は、前記対象物のうちの少なくとも一部の変形に関わる画像であることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の制御装置。   The control apparatus according to claim 1, wherein the image captured by the imaging unit is an image related to deformation of at least a part of the object. 前記ロボットが前記対象物に負荷を加える動作を開始する前に、前記撮像部が撮像した画像を前記記憶部に記憶することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の制御装置。   The control according to any one of claims 1 to 7, wherein an image captured by the imaging unit is stored in the storage unit before the robot starts an operation of applying a load to the object. apparatus. 前記対象物の設計データに基づいて当該対象物の画像を生成し、前記記憶部に生成した画像を記憶する画像取得部、
を備えることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の制御装置。
An image acquisition unit that generates an image of the target based on the design data of the target and stores the generated image in the storage;
The control apparatus according to claim 1, further comprising:
前記記憶部は、電源の供給が停止されても情報を保持する補助記憶装置であることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の制御装置。   The control device according to claim 1, wherein the storage unit is an auxiliary storage device that retains information even when power supply is stopped. 少なくとも前記変形度算出部と前記動作制御部のいずれかが集積回路で構成されていることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の制御装置。   The control apparatus according to claim 1, wherein at least one of the deformation degree calculation unit and the operation control unit is configured by an integrated circuit. 前記集積回路が前記変形度算出部と前記動作制御部を備えることを特徴とする請求項11に記載の制御装置。   The control device according to claim 11, wherein the integrated circuit includes the deformation degree calculation unit and the operation control unit. ロボットの動作を制御する制御装置における制御方法であって、
撮像部が撮像した対象物の画像と記憶部に予め記憶した前記対象物の画像に基づき前記対象物の変形度を算出する変形度算出過程と、
前記変形度算出過程で算出した変形度に応じて、前記ロボットが前記対象物に加える負荷を制御する動作制御過程と、
を有することを特徴とする制御方法。
A control method in a control device for controlling the operation of a robot,
Deformation degree calculation process for calculating the degree of deformation of the object based on the image of the object imaged by the imaging unit and the image of the object previously stored in the storage unit;
An operation control process for controlling a load applied to the object by the robot in accordance with the deformation degree calculated in the deformation degree calculation process;
A control method characterized by comprising:
対象物の画像を予め記憶する記憶部と、
撮像部が撮像した前記対象物の画像と前記記憶部に記憶した対象物の画像に基づき前記対象物の変形度を算出する変形度算出部と、
前記変形度算出部が算出した変形度に応じて、前記対象物に加える負荷を制御する動作制御部と、
を備えることを特徴とするロボット。
A storage unit for storing in advance an image of the object;
A deformation degree calculation unit that calculates the deformation degree of the object based on the image of the object imaged by the imaging unit and the image of the object stored in the storage unit;
An operation control unit that controls a load applied to the object according to the degree of deformation calculated by the degree of deformation calculation unit;
A robot characterized by comprising:
ロボットと制御装置とを備えるロボットシステムであって、
前記制御装置は、
対象物の画像を予め記憶する記憶部と、
撮像部が撮像した前記対象物の画像と前記記憶部に記憶した対象物の画像に基づき前記対象物の変形度を算出する変形度算出部と、
前記変形度算出部が算出した変形度に応じて、前記ロボットが前記対象物に加える負荷を制御する動作制御部と、
を備えることを特徴とするロボットシステム。
A robot system comprising a robot and a control device,
The control device includes:
A storage unit for storing in advance an image of the object;
A deformation degree calculation unit that calculates the deformation degree of the object based on the image of the object imaged by the imaging unit and the image of the object stored in the storage unit;
An operation control unit that controls a load applied to the object by the robot according to the degree of deformation calculated by the degree-of-deformation calculation unit;
A robot system comprising:
記憶部に記憶した画像が示す対象物の形状からの当該対象物の変形の度合いを示す変形度が所定の閾値に達したとき、前記対象物に負荷を加える動作を終了することを特徴とするロボット。   When the degree of deformation indicating the degree of deformation of the object from the shape of the object indicated by the image stored in the storage unit reaches a predetermined threshold, the operation of applying a load to the object is terminated. robot. 記憶部に記憶した画像が示す対象物の形状からの当該対象物の変形の度合いを示す変形度が所定の閾値に達したとき、ロボットに前記対象物に負荷を加える動作を終了させることを特徴とする制御装置。   When the degree of deformation indicating the degree of deformation of the object from the shape of the object indicated by the image stored in the storage unit reaches a predetermined threshold, the operation of applying a load to the object is terminated. Control device. 対象物の画像と、ロボットが前記対象物に加える負荷に関する情報に基づいて、前記ロボットが前記対象物に負荷を加える動作を終了させる制御装置。   A control device that terminates an operation in which the robot applies a load to the object based on an image of the object and information on a load applied by the robot to the object.
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