JP2015157343A - ロボット、ロボットシステム、制御装置、および制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】把持対象となる物体の誤検出を抑制することができるロボットを提供すること。
【解決手段】複数の物体のうちの少なくとも1つの物体を把持するハンドと、ハンドを動作させる制御部と、を含み、制御部は、複数の物体を撮像した撮像画像から検出した第1物体の位置と、第1物体の位置を検出する前にハンドが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、ハンドに第1物体を把持させるか否かを決定する、ロボットである。
【選択図】図2
【解決手段】複数の物体のうちの少なくとも1つの物体を把持するハンドと、ハンドを動作させる制御部と、を含み、制御部は、複数の物体を撮像した撮像画像から検出した第1物体の位置と、第1物体の位置を検出する前にハンドが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、ハンドに第1物体を把持させるか否かを決定する、ロボットである。
【選択図】図2
Description
この発明は、ロボット、ロボットシステム、制御装置、および制御方法に関する。
産業用ロボットによって作業が行われる際に、産業用ロボットが扱う対象となる物体の位置は、ロボットの制御装置側で把握されている必要がある。物体の位置を把握するために、例えば、ステレオカメラにより物体を撮像することで、物体の位置および姿勢を表す三次元情報を取得する方法の研究・開発が行われている。
これに関連し、物体を容器中に検出した際、物体がロボットにより把持できない状態であるか否かを判定し、物体がロボットにより把持できない状態であった場合、把持可能になるまで容器を揺することで容器中の物体の位置を再配置させるビンピッキング方法が知られている(特許文献1参照)。
しかしながら、従来の方法では、物体の位置および姿勢を誤検出してしまう場合があった。また、この誤検出に対する対処法が提案されていなかった。
そこで本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、把持対象となる物体の誤検出を抑制することができるロボット、ロボットシステム、制御装置、および制御方法を提供する。
本発明の一態様は、複数の物体のうちの少なくとも1つの物体を把持するハンドと、前記ハンドを動作させる制御部と、を含み、前記制御部は、前記複数の物体を撮像した撮像画像から検出した第1物体の位置と、前記第1物体の位置を検出する前に前記ハンドが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、前記ハンドに前記第1物体を把持させるか否かを決定する、ロボットである。
この構成により、ロボットは、複数の物体を撮像した撮像画像から検出した第1物体の位置と、第1物体の位置を検出する前にハンドが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、ハンドに第1物体を把持させるか否かを決定する。このため、ロボットは、把持対象となる物体の誤検出を抑制することができる。
この構成により、ロボットは、複数の物体を撮像した撮像画像から検出した第1物体の位置と、第1物体の位置を検出する前にハンドが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、ハンドに第1物体を把持させるか否かを決定する。このため、ロボットは、把持対象となる物体の誤検出を抑制することができる。
また、本発明の一態様は、ロボットにおいて、前記制御部は、前記第1物体の位置を前記第1物体の形状に基づく第1領域によって表し、前記1つ以上の第2物体の位置を前記1つ以上の第2物体の形状に基づく第2領域によって表す、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、第1物体の位置を第1物体の形状に基づく第1領域によって表し、1つ以上の第2物体の位置を1つ以上の第2物体の形状に基づく第2領域によって表す。このため、ロボットは、第1物体の位置と第2物体の位置の完全な一致に基づいてハンドに第1物体を把持させるか否かを決定する場合に比べて、第1領域と第2領域が重なりを持つことによって第1物体と第2物体の位置が一致していることを表すことができ、より確実に第1物体の誤検出を抑制することができる。
この構成により、ロボットは、第1物体の位置を第1物体の形状に基づく第1領域によって表し、1つ以上の第2物体の位置を1つ以上の第2物体の形状に基づく第2領域によって表す。このため、ロボットは、第1物体の位置と第2物体の位置の完全な一致に基づいてハンドに第1物体を把持させるか否かを決定する場合に比べて、第1領域と第2領域が重なりを持つことによって第1物体と第2物体の位置が一致していることを表すことができ、より確実に第1物体の誤検出を抑制することができる。
また、本発明の一態様は、ロボットにおいて、前記制御部は、前記第2領域と重なりを持たない前記第1領域に対応づけられた前記第1物体を前記ハンドに把持させる、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、第2領域と重なりを持たない第1領域に対応づけられた第1物体を前記ハンドに把持させる。このため、ロボットは、第2領域と重なりを持つ第1領域に対応付けられた第1物体をハンドに把持させる場合に比べて、より確実に第1物体の誤検出を抑制することができる。
この構成により、ロボットは、第2領域と重なりを持たない第1領域に対応づけられた第1物体を前記ハンドに把持させる。このため、ロボットは、第2領域と重なりを持つ第1領域に対応付けられた第1物体をハンドに把持させる場合に比べて、より確実に第1物体の誤検出を抑制することができる。
また、本発明の一態様は、ロボットにおいて、前記制御部は、前記撮像画像から前記第2領域を除去した後、前記第1領域の位置を検出することで、前記ハンドに前記第1物体を把持させるか否かを決定する、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、撮像画像から第2領域を除去した後、第1領域の位置を検出することで、ハンドに第1物体を把持させるか否かを決定する。このため、ロボットは、すでに過去に第2物体を拾い上げた第2領域から、過去に拾い上げているためすでに存在しない第2物体を、光の加減や撮像画像の撮像状態等によって第2領域の中から再び検出してしまう誤検出を防止することができる。
この構成により、ロボットは、撮像画像から第2領域を除去した後、第1領域の位置を検出することで、ハンドに第1物体を把持させるか否かを決定する。このため、ロボットは、すでに過去に第2物体を拾い上げた第2領域から、過去に拾い上げているためすでに存在しない第2物体を、光の加減や撮像画像の撮像状態等によって第2領域の中から再び検出してしまう誤検出を防止することができる。
また、本発明の一態様は、ロボットにおいて、前記制御部は、前記第1物体の輪郭に外接または内接する領域を前記第1領域として決定し、前記1つ以上の第2物体の輪郭に外接または内接する領域を前記第2領域として決定する、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、第1物体の輪郭に外接または内接する領域を第1領域として決定し、1つ以上の第2物体の輪郭に外接または内接する領域を第2領域として決定する。このため、ロボットは、誤検出を低減するために物体を検出しない範囲を第1物体や第2物体の大きさと比べて過剰に大きくすることを抑えながら誤検出を低減することができ、より広い範囲の物体を検出することができる。
この構成により、ロボットは、第1物体の輪郭に外接または内接する領域を第1領域として決定し、1つ以上の第2物体の輪郭に外接または内接する領域を第2領域として決定する。このため、ロボットは、誤検出を低減するために物体を検出しない範囲を第1物体や第2物体の大きさと比べて過剰に大きくすることを抑えながら誤検出を低減することができ、より広い範囲の物体を検出することができる。
また、本発明の一態様は、ロボットにおいて、前記制御部は、前記第1物体の中心軸上における所定位置を中心とする所定の大きさの領域を前記第1領域として決定し、前記1つ以上の第2物体の中心軸上における所定位置を中心とする所定の大きさの領域を前記第2領域として決定する、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、第1物体の中心軸上における所定位置を中心とする所定の大きさの領域を第1領域として決定し、1つ以上の第2物体の中心軸上における所定位置を中心とする所定の大きさの領域を第2領域として決定する。このため、ロボットは、第1物体の形状が複雑であっても、STL(Standard Triangulated Language)による三角ポリゴンを利用した第1領域の決定と比べて計算量が少なく、より速く簡易に第1領域を決定することができ、その結果、誤検出を抑制することができる。
この構成により、ロボットは、第1物体の中心軸上における所定位置を中心とする所定の大きさの領域を第1領域として決定し、1つ以上の第2物体の中心軸上における所定位置を中心とする所定の大きさの領域を第2領域として決定する。このため、ロボットは、第1物体の形状が複雑であっても、STL(Standard Triangulated Language)による三角ポリゴンを利用した第1領域の決定と比べて計算量が少なく、より速く簡易に第1領域を決定することができ、その結果、誤検出を抑制することができる。
また、本発明の一態様は、複数の物体を撮像する撮像部と、前記複数の物体のうちの少なくとも1つの物体を把持するロボットと、前記ロボットを動作させる制御部と、を含み、前記制御部は、前記撮像部が前記複数の物体を撮像した撮像画像から検出した第1物体の位置と、前記第1物体の位置を検出する前に前記ロボットが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、前記ロボットに前記第1物体を把持させるか否かを決定する、ロボットシステムである。
この構成により、ロボットシステムは、撮像部が複数の物体を撮像した撮像画像から検出した第1物体の位置と、第1物体の位置を検出する前にロボットが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、ロボットに第1物体を把持させるか否かを決定する。このため、ロボットシステムは、把持対象となる物体の誤検出を抑制することができる。
この構成により、ロボットシステムは、撮像部が複数の物体を撮像した撮像画像から検出した第1物体の位置と、第1物体の位置を検出する前にロボットが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、ロボットに第1物体を把持させるか否かを決定する。このため、ロボットシステムは、把持対象となる物体の誤検出を抑制することができる。
また、本発明の一態様は、複数の物体のうちの少なくとも1つの物体を把持するロボットを動作させる制御装置であって、前記複数の物体を撮像した撮像画像を受け付ける画像受付部と、前記ロボットを動作させる処理部と、を含み、前記処理部は、前記画像受付部が受け付けた前記撮像画像から検出した第1物体の位置と、前記第1物体の位置を検出する前に前記ロボットが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、前記ロボットに前記第1物体を把持させるか否かを決定する、制御装置である。
この構成により、制御装置は、撮像画像から検出した第1物体の位置と、第1物体の位置を検出する前にロボットが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、ロボットに第1物体を把持させるか否かを決定する。このため、ロボットシステムは、把持対象となる物体の誤検出を抑制することができる。
この構成により、制御装置は、撮像画像から検出した第1物体の位置と、第1物体の位置を検出する前にロボットが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、ロボットに第1物体を把持させるか否かを決定する。このため、ロボットシステムは、把持対象となる物体の誤検出を抑制することができる。
また、本発明の一態様は、複数の物体のうちの少なくとも1つの物体を把持するロボットを動作させる制御方法であって、前記複数の物体を撮像することと、前記複数の物体を撮像した撮像画像から検出した第1物体の位置と、前記第1物体の位置を検出する前に前記ロボットが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、前記ロボットに前記第1物体を把持させるか否かを決定することと、を含む制御方法である。
この構成により、制御方法は、複数の物体を撮像し、複数の物体を撮像した撮像画像から検出した第1物体の位置と、第1物体の位置を検出する前にロボットが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、ロボットに第1物体を把持させるか否かを決定する。このため、制御方法は、把持対象となる物体の誤検出を抑制することができる。
この構成により、制御方法は、複数の物体を撮像し、複数の物体を撮像した撮像画像から検出した第1物体の位置と、第1物体の位置を検出する前にロボットが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、ロボットに第1物体を把持させるか否かを決定する。このため、制御方法は、把持対象となる物体の誤検出を抑制することができる。
以上により、ロボット、ロボットシステム、制御装置、および制御方法は、複数の物体を撮像した撮像画像から検出した第1物体の位置と、第1物体の位置を検出する前にハンドが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、ハンドに第1物体を把持させるか否かを決定する。このため、ロボット、ロボットシステム、制御装置、および制御方法は、把持対象となる物体の誤検出を抑制することができる。
<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、第1の実施形態に係るロボットシステム1の一例を示す構成図である。ロボットシステム1は、ロボット11と、撮像部12を具備する。
以下、本発明の第1の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、第1の実施形態に係るロボットシステム1の一例を示す構成図である。ロボットシステム1は、ロボット11と、撮像部12を具備する。
ロボット11は、把持対象82を把持可能な爪部を備えるハンド21(エンドエフェクター)と、把持センサー31と、1本のマニピュレーター(アーム)と、図示しない複数のアクチュエーターを備えた単腕ロボットである。把持対象82とは、本実施形態において複数のネジであるが、ロボット11のハンド21によって把持可能な物体であれば、他の物体であってもよい。本実施形態の説明では、図1において、個々のネジを区別する必要が無い場合、把持対象82は、複数のネジを示すものとする。なお、ロボットシステム1は、単腕ロボットを具備する構成に代えて、双腕ロボットを具備する構成であってもよい。ロボットシステム1が双腕ロボットを具備する構成の実施例については、第1の実施形態の変形例1で説明する。
ロボット11の腕は、6軸垂直多関節型となっており、支持台とマニピュレーターとハンド21がアクチュエーターによる連携した動作よって6軸の自由度の動作を行うことができる。なお、ロボット11の腕は、5自由度(5軸)以下で動作する構成であってもよく、7自由度(7軸)以上で動作する構成であってもよい。以下では、ハンド21およびマニピュレーターを備えた腕によって行われるロボット11の動作について説明する。
ロボット11は、例えばケーブルによって制御部41と通信可能に接続されている。ケーブルを介した有線通信は、例えば、イーサネット(登録商標)やUSB(Universal Serial Bus)等の規格によって行われる。なお、ロボット11と制御部41とは、Wi−Fi(登録商標)等の通信規格により行われる無線通信によって接続されてもよい。また、ロボットシステム1では、ロボット11は、図1に示したように制御部41が内蔵された構成とするが、この構成に代えて、制御部41がロボット11の外部に設置されている構成であってもよい。
把持センサー31は、例えば、赤外線を送信する送信部と赤外線を受信する受信部とで構成される赤外線センサー等であり、ハンド21が備える爪部の間に物体(把持対象82)が挟まれたことを、送信部と受信部の間において赤外線が遮断されたことによって検出する。
把持センサー31は、赤外線が遮断された場合、把持センサー値として1を制御部41に出力する。把持センサー31は、赤外線センサーを用いる構成に代えて、ハンド21が把持対象82を把持したことを検出することができるセンサーであれば、力センサーや他のセンサーを用いる構成であってもよい。また、把持センサー31は、赤外線が遮断された場合、把持センサー値として0等の1以外の数値を制御部41に出力してもよい。また、把持センサー31は、赤外線が遮断された場合、前記の値である1とは異なる赤外線が遮断されたことを示す情報を制御部41に出力してもよい。
ロボット11は、撮像部12により撮像された撮像画像に基づいた制御信号を制御部41から取得し、取得した制御信号に基づいて、把持対象82に対して所定の作業を行う。所定の作業とは、例えば、ビン81の中に無作為に配置された把持対象82を拾い上げ、所定の位置に置いていく作業である。ビン81とは、例えば、トレー等の整理箱であるが、これに代えて、把持対象82を無作為に配置することができれば、テーブルや床面等であってもよい。
所定の位置とは、ビン81とは異なるところに設定された把持対象82を置く場所である。なお、図1において、図が煩雑になるのを防ぐため、把持対象82がビン81の上で重なりが無いように示しているが、ビン81の上で把持対象82が重なっていてもよく、重なっていなくてもよい。
撮像部12は、例えば、集光された光を電気信号に変換する撮像素子であるCCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等を備えたカメラである。また、撮像部12は、2台のカメラによって構成されるステレオカメラであるが、例えば、3台以上のカメラによって構成されてもよく、1台のカメラにより二次元画像を撮像する構成であってもよい。
撮像部12は、ケーブルによって制御部41と通信可能に接続されている。ケーブルを介した有線通信は、例えば、イーサネット(登録商標)やUSB等の規格によって行われる。なお、撮像部12と制御部41とは、Wi−Fi(登録商標)等の通信規格により行われる無線通信によって接続される構成であってもよい。撮像部12は、ビン81の中に無作為に配置された把持対象82が含まれる範囲を撮像可能な位置に設置されている。
制御部41は、撮像部12により撮像された撮像画像に基づいて、ロボット11が所定の作業を行うように制御する。この所定の作業を行わせる際、制御部41は、把持対象82を拾い上げた付近の領域であって、拾い上げた把持対象82に対応付けられた領域を対象領域として記憶し、次の把持対象82を検出する時にその領域と重なっている把持対象82を検出する対象から除外する。その結果、制御部41は、把持可能な把持対象82の誤検出を抑制することができる。
より具体的には、制御部41は、所定の作業によって把持対象82が拾い上げられた後、拾い上げられた把持対象82に対応付けられた対象領域であって、撮像画像上の領域に、光の加減や撮像状態等に依って存在しないはずの把持対象82が存在しているとして誤検出してしまうことを抑制することができる。以下では、説明の便宜上、過去に拾い上げられた把持対象82のうちの1つを把持対象Yと称し、これから拾い上げる予定の把持対象82のうちの1つを把持対象Xと称する。
次に、図2を参照して、制御部41の機能構成について説明する。図2は、制御部41の機能構成の一例を示す図である。制御部41は、ロボット動作処理部101と、画像受付部102と、把持センサー値受付部103と、記憶部104と、入力部105と、出力部106を備える。また、ロボット動作処理部101は、画像処理部111と、ロボット動作制御部112を備える。
画像処理部111は、候補検出部121と、候補除外部122と、把持成功情報記憶制御部123を備える。画像処理部111は、画像受付部102から撮像部12により撮像された撮像画像を取得する。
画像処理部111は、候補検出部121と、候補除外部122と、把持成功情報記憶制御部123を備える。画像処理部111は、画像受付部102から撮像部12により撮像された撮像画像を取得する。
候補検出部121は、画像処理部111が取得した撮像画像に基づいて、撮像画像上から少なくとも1つ以上の把持対象82を検出し、検出された把持対象82の位置および姿勢を算出する。そして、候補検出部121は、検出された把持対象82に対象領域を対応付ける。対象領域とは、撮像画像上における領域であって、検出されたそれぞれの把持対象82の形状や中心軸等に基づいて設定される領域である。以下では、説明の便宜上、候補検出部121により検出された把持対象82を把持候補と称する。また、把持候補となった把持対象Xを把持候補Xと称し、把持候補となった把持対象Yを把持候補Yと称する。また、説明の便宜上、他のアルファベットを用いる場合もある。なお、把持対象Xは、第1物体の一例であり、把持対象Yは、第2物体の一例である。
候補除外部122は、候補検出部121により把持候補が検出された後、記憶部104に記憶された把持成功情報を読み込む。把持成功情報とは、把持対象Yに設定されていた対象領域YAを示す情報を含む情報である。候補除外部122は、候補検出部121により検出された把持候補から、読み込んだ把持成功情報に含まれる対象領域YAと一部または全部が重なる対象領域XAが対応付けられた把持対象Xを、把持候補の中から除外する。そして、候補除外部122は、除外されずに残った把持候補の位置および姿勢をロボット動作制御部112に出力する。なお、除外されずに残った把持候補の位置および姿勢をロボット動作制御部112に出力することは、候補除外部122が行う構成に代えて、候補検出部121が行う構成であってもよい。なお、対象領域XAは、第1領域の一例であり、対象領域YAは、第2領域の一例である。
把持成功情報記憶制御部123は、把持成功判定部133からハンド21による把持候補Yの拾い上げが成功したことを示す情報と、拾い上げられた把持候補Yの位置および姿勢を示す情報とを取得すると、候補検出部121により把持候補Yに対応付けられた対象領域YAを把持成功情報として記憶部104に記憶させる。なお、把持成功情報記憶制御部123は、把持候補Yに対応付けられた対象領域YAを示す情報を記憶部104に記憶させる際、把持に成功した時間や、把持候補Yの輪郭(形状)を示す情報等を対応付けて記憶させてもよい。
ロボット動作制御部112は、対象選択部131と、対象把持制御部132と、把持成功判定部133を備える。
対象選択部131は、候補除外部122から把持候補の位置および姿勢を取得する。そして、対象選択部131は、取得した把持候補の位置および姿勢の中から、最も把持しやすい把持候補Aの位置および候補を選択する。
対象選択部131は、候補除外部122から把持候補の位置および姿勢を取得する。そして、対象選択部131は、取得した把持候補の位置および姿勢の中から、最も把持しやすい把持候補Aの位置および候補を選択する。
対象把持制御部132は、対象選択部131により選択された把持候補Aの位置および姿勢に基づいて、ハンド21によって把持候補Aを把持して拾い上げるようにロボット11を制御する。そして、対象把持制御部132は、ハンド21により把持された把持候補Aを、所定の位置に置くようにロボット11を制御する。
把持成功判定部133は、把持センサー値受付部103から把持センサー値を取得し、取得した把持センサー値が1であった場合、ハンド21による把持候補Aの把持が成功したと判定する。なお、把持成功判定部133は、把持センサー値が1以外の値であった場合、把持に成功していないと判定する。把持成功判定部133は、ハンド21による把持候補Aの把持が成功したと判定した場合、ハンド21による把持候補Aの拾い上げが成功したことを示す情報と、拾い上げられた把持候補Aの位置および姿勢を示す情報とを、画像処理部111に出力する。
画像受付部102は、撮像部12により撮像された撮像画像を受け付けて取得し、取得した撮像画像をロボット動作処理部101に出力する。
把持センサー値受付部103は、把持センサー31から把持センサー値を受け付けて取得し、取得した把持センサー値をロボット動作処理部101に出力する。
把持センサー値受付部103は、把持センサー31から把持センサー値を受け付けて取得し、取得した把持センサー値をロボット動作処理部101に出力する。
記憶部104は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read−Only Memory)、ROM(Read−Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などを含み、制御部41が処理する情報であって、把持成功情報を含む各種情報や、画像、プログラム等を格納する。なお、記憶部104は、制御部41に内蔵されるものに代えて、USB等のデジタル入出力ポート等によって接続された外付け型の記憶装置でもよい。
入力部105は、例えば、キーボードやマウス、タッチパッド、その他の入力装置である。なお、入力部105は、出力部106の表面に設置されることで、タッチパネルとして構成されてもよい。
出力部106は、例えば、液晶ディスプレイパネル、あるいは、有機EL(ElectroLuminescence)ディスプレイパネルである。
出力部106は、例えば、液晶ディスプレイパネル、あるいは、有機EL(ElectroLuminescence)ディスプレイパネルである。
以下、図3を参照して、所定の作業を行うように、制御部41がロボット11を制御するための処理について説明する。図3は、所定の作業を行うように、制御部41がロボット11を制御するための処理の流れの一例を示すフローチャートである。制御部41は、以下で説明するステップS1〜S7の処理を繰り返し行うことで、ロボット11が複数の把持対象82に対して所定の作業を行うように制御する。なお、制御部41は、所定の条件を満たした時、ステップS1〜S7の処理の繰り返しを終了する。所定の条件とは、検出される把持候補がなくなることや、所定個数の把持候補に対して所定の作業を行うこと等である。また、制御部41は、ステップS1〜S7の処理の繰り返しを終了した場合、記憶部104に記憶させた把持成功情報を削除して所定の作業の履歴をリセットする。
まず、画像受付部102は、撮像部12により撮像された撮像画像を受け付けて取得する(ステップS1)。そして、画像受付部102は、取得した撮像画像をロボット動作処理部101の画像処理部111に出力する。
次に、画像処理部111の候補検出部121は、画像受付部102から取得した撮像画像に基づいて把持候補を検出する(ステップS2)。そして、候補検出部121は、把持候補の位置および姿勢を算出する。
次に、画像処理部111の候補検出部121は、画像受付部102から取得した撮像画像に基づいて把持候補を検出する(ステップS2)。そして、候補検出部121は、把持候補の位置および姿勢を算出する。
ここで、候補検出部121が把持候補の位置および姿勢を算出するための処理について説明する。候補検出部121は、予め記憶されているCAD(Computer Aided Design)画像とのパターンマッチングによって、把持対象82の輪郭および中心軸を検出し、検出された中心軸の中心位置および傾き(把持候補の位置および姿勢)を算出する。なお、候補検出部121は、パターンマッチングに代えて、例えば、撮像画像から三次元点群を検出し、検出された三次元点群に基づいて把持候補の位置および姿勢を算出する構成としてもよい。
また、候補検出部121は、検出された把持候補Xの輪郭に基づいて、把持候補Xに対して対象領域XAを対応付ける。ここで、候補検出部121が把持候補Xに対象領域XAを対応付けるための処理について説明する。候補検出部121は、三角ポリゴンを用いたSTLによって六面体を設定し、検出された輪郭に外接するように前記の六面体を撮像画像上に射影し、射影された領域を対象領域XAとして設定する。なお、対象領域XAとしては、外接する円や楕円でもよいし、他の形状の領域でもよい。また、対象領域XAは、輪郭に外接する領域に代えて、内接する領域や、把持候補Xの中心位置または中心軸上の所定位置を中心とした円や楕円等であってもよい。
ここで、図4を参照して、候補検出部121により検出された把持候補と、把持候補に対応付けられた対象領域について説明する。図4は、撮像画像上において検出された把持候補と、把持候補に対応付けられた対象領域の一例を示す図である。図4では、説明の便宜上、検出された把持候補同士の重なりが無いように描かれているが、実際には重なっていてもよく、重なっていなくてもよい。また、図4では、8個の把持候補が検出されているが、配置される把持候補の数は、8個を超えてもよく、8個未満でもよい。説明の便宜上、個々の把持候補を、把持候補201−1〜把持候補201−8として区別し、前記の把持候補Xが把持候補201−1であるとする。
候補検出部121は、上述したパターンマッチングによって、把持候補201−1〜把持候補201−8の8個の把持候補を検出する。そして、候補検出部121は、把持候補201−1〜把持候補201−8の8個の把持候補のそれぞれに対して、位置および姿勢を算出する。また、候補検出部121は、把持候補201−1〜把持候補201−8の8個の把持候補のそれぞれに対して、上述のSTLによって設定された対象領域を対応付ける。図4では、点線領域211によって把持候補201−1、すなわち把持候補Xに対応付けられた対象領域XAを示す。
次に、候補除外部122は、記憶部104に記憶された把持成功情報を読み込み、読み込んだ把持成功情報に含まれる対象領域YAと一部または全部が重なる対象領域が対応付けられた把持対象を、把持候補から除外する(ステップS3)。より具体的には、候補除外部122は、前記の把持候補Xに対応付けられた対象領域XAが、把持成功情報に含まれる対象領域YAと一部または全部が重なっていた場合、把持候補Xを把持候補から除外し、把持成功情報に含まれる対象領域YAと一部または全部が重なっていなかった場合、把持候補Xを把持候補のまま保持する。候補除外部122は、除外されずに残った把持候補の位置および姿勢をロボット動作制御部112に出力する。
次に、対象選択部131は、取得した把持候補の位置および姿勢に基づいて、最も把持しやすい把持候補Aを選択する(ステップS4)。より具体的には、対象選択部131は、例えば、ハンド21から最も距離が近い把持候補であって、ハンド21で把持する際に他の把持候補にハンド21が接触しない状態の把持候補を、最も把持しやすい把持候補Aとして選択する。
次に、対象把持制御部132は、対象選択部131により選択された最も把持しやすい把持候補Aに対して、ロボット11に所定の作業を行わせる(ステップS5)。次に、把持成功判定部133は、ステップS5で対象把持制御部132によりロボット11が行った所定の作業において、ハンド21による把持候補Aの把持が成功したか否かを判定する(ステップS6)。
把持成功判定部133がハンド21による把持候補Aの把持が成功したと判定した場合(ステップS6−Yes)、把持成功情報記憶制御部123は、ハンド21による把持に成功した把持候補Aに対応付けられた対象領域AAを示す情報を記憶部104に記憶させる(ステップS7)。一方、把持成功判定部133がハンド21による把持候補Aの把持が成功していないと判定した場合(ステップS6−No)、制御部41は、ステップS1〜S8の一連の処理を終了する。
なお、制御部41は、過去に把持対象Yを拾い上げた時の対象領域YAを示す情報を記憶し、次の把持対象を撮像画像上から検出して拾い上げる時、記憶した対象領域YAと重なりを持つ対象領域XAに対応付けられた把持対象Xを把持候補から除外する構成に代えて、過去に拾い上げた把持対象Yの位置および姿勢を記憶し、次の把持対象を撮像画像上から検出する時に、前記の位置および姿勢の把持対象を検出する対象から除外する構成であってもよい。
また、制御部41は、過去に把持対象Yを拾い上げた時の対象領域YAを示す情報を記憶し、次の把持対象を撮像画像上から検出して拾い上げる時、記憶した対象領域YAと重なりを持つ対象領域XAに対応付けられた把持対象Xを除外する構成に代えて、過去に把持対象Yを拾い上げた時の対象領域YAを示す情報を記憶し、撮像画像上から対象領域YAを除去し、対象領域YAに含まれる把持対象Xを検出できないようにする構成としてもよい。その結果、制御部41は、すでに過去に把持対象Yを拾い上げた対象領域YAから、過去に拾い上げているためすでに存在しない把持対象Yを、光の加減や撮像画像の撮像状態等によって対象領域YAの中から再び検出してしまう誤検出を防止することができる。
また、上記の実施形態において、把持対象Yは、過去に拾い上げられた把持対象82のうちの1つであるとして説明したが、これに限られない。例えば、2つ以上の異なる把持対象82が過去に拾い上げられた場合、これら2つ以上の把持対象82のうちの1つが把持対象Yとされる態様ばかりでなく、これら2つ以上の把持対象82のうちの全部または一部(ここでは、2つ以上とする)が把持対象Yとされる態様が用いられてもよい。制御部41は、過去に拾い上げられた2つ以上の把持対象82のうちの1つを把持対象Yとする場合、例えば、過去に拾い上げられた把持対象82のうちの最新の把持対象82を把持対象Yとする。また、制御部41は、過去に拾い上げられた把持対象82のうちの一部(2つ以上)を把持対象Yとする場合、例えば、過去に拾い上げられた把持対象82のうちの所定の個数を把持対象Yとする。また、制御部41は、過去に拾い上げられた把持対象82のうちの一部(2つ以上)を把持対象Yとする場合、例えば、過去に拾い上げられた把持対象82のうちの最新から過去所定数分を把持対象Yとする。なお、過去に拾い上げられた2つ以上の把持対象82のうちから1つ又は一部(2つ以上)の把持対象Yを選択する態様としては、ここで例示した態様に限られず、他の態様が用いられてもよい。また、制御部41は、2つ以上の過去に拾い上げられた把持対象82を把持対象Yとする場合、次の把持対象を撮像画像上から検出して拾い上げる時、2つ以上の把持対象Yのそれぞれの対象領域YAの内の一部又は全部と重なりを持つ対象領域XAに対応付けられた把持対象Xを除外する。
以上説明したように、第1の実施形態に係るロボットシステム1のロボット11は、複数の把持対象82を撮像した撮像画像から検出した把持候補Xの位置と、把持候補Xの位置を検出する前にハンド21が把持した把持候補Yの位置とを用いて、ハンド21に把持候補Xを把持させるか否かを決定する。このため、ロボット11は、把持対象となる物体の誤検出を抑制することができる。
また、ロボット11は、把持候補Xの位置を把持候補Xの形状に基づく対象領域XAによって表し、把持候補Xの位置を検出する前にハンド21が把持した把持候補Yの位置を把持候補Yの形状に基づく対象領域YAによって表す。このため、ロボット11は、把持候補Xの位置と把持候補Yの位置の完全な一致に基づいてハンド21に把持候補Xを把持させるか否かを決定する場合に比べて、把持領域XAと把持領域YAが重なりを持つことによって把持対象Yと把持対象Xの位置が一致していることを表すことができ、より確実に把持対象となる物体の誤検出を抑制することができる。
また、ロボット11は、把持対象Yの対象領域YAと重なりを持たない対象領域XAに対応付けられた把持対象Xをハンド21に把持させる。このため、ロボット11は、把持対象YAと重なりを持つ対象領域XAに対応付けられた把持対象Xをハンド21に把持させる場合に比べて、より確実に把持対象となる物体の誤検出を抑制することができる。
また、ロボット11は、撮像画像から把持対象Yの対象領域YAを除去した後、把持対象Xの位置を検出することで、ハンド21に把持対象Xを把持させるか否かを決定する。このため、ロボット11は、すでに過去に把持対象Yを拾い上げた対象領域YAから、過去に拾い上げているためすでに存在しない把持対象Yを、光の加減や撮像画像の撮像状態等によって対象領域YAの中から再び検出してしまう誤検出を防止することができる。
また、ロボット11は、把持対象Xの輪郭に外接または内接する領域を把持対象Xの対象領域XAとして決定し、把持対象Yの輪郭に外接または内接する領域を把持対象Yの対象領域YAとして決定する。このため、ロボット11は、誤検出を低減するために把持候補を検出しない範囲を把持対象Xや把持対象Yの大きさと比べて過剰に大きくすることを抑えながら誤検出を低減することができ、より広い範囲の物体を検出することができる。
また、ロボット11は、把持対象Xの中心軸上における所定位置を中心とする所定の大きさの領域を把持対象Xの対象領域XAとして決定し、把持対象Yの中心軸上における所定位置を中心とする所定の大きさの領域を把持対象Yの対象領域YAとして決定する。このため、ロボット11は、STLによる三角ポリゴンを利用した第1領域の決定と比べて計算量が少なく、より速く簡易に第1領域を決定することができ、その結果、誤検出を抑制することができる。
<第1の実施形態の変形例1>
以下、本発明の第1の実施形態の変形例1について、図面を参照して説明する。第1の実施形態の変形例1のロボット601は、単腕ロボットであるロボット11と撮像部12と制御部41とを具備するロボットシステム1の構成部が一体として構成された双腕ロボットであり、撮像部661と制御部671とを内蔵する。なお、第1の実施形態の変形例1では、第1の実施形態と同様な構成部には、同じ符号を付してある。
以下、本発明の第1の実施形態の変形例1について、図面を参照して説明する。第1の実施形態の変形例1のロボット601は、単腕ロボットであるロボット11と撮像部12と制御部41とを具備するロボットシステム1の構成部が一体として構成された双腕ロボットであり、撮像部661と制御部671とを内蔵する。なお、第1の実施形態の変形例1では、第1の実施形態と同様な構成部には、同じ符号を付してある。
図5は、本発明の第1の実施形態の変形例1に係るロボット601の概略的な構成を示す図である。
ロボット601は、格納部611と、胴体部分612〜614と、左側のマニピュレーター621、ハンド631および把持センサー641と、右側のマニピュレーター622、ハンド632および把持センサー642と、左側の車輪651と、右側の車輪652と、撮像部661と、制御部671を備える。
ロボット601は、格納部611と、胴体部分612〜614と、左側のマニピュレーター621、ハンド631および把持センサー641と、右側のマニピュレーター622、ハンド632および把持センサー642と、左側の車輪651と、右側の車輪652と、撮像部661と、制御部671を備える。
ロボット601は、それぞれ腕(アーム)を構成する2本のマニピュレーター621、622を備える双腕ロボットである。ロボット601は、撮像部661および制御部671と一体に構成されており、制御部671から入力された制御信号により動作が制御される。また、ロボット601は、自己の状態等を示す信号を、制御部671に出力してもよい。
格納部611の上面には、胴体部材612、胴体部材613、胴体部材614が順に上側に取り付けられており、最も上部の胴体部材614の左側に左腕を構成するマニピュレーター621が取り付けられており、当該胴体部材614の右側に右腕を構成するマニピュレーター622が取り付けられており、格納部611の底面の左側に車輪651が取り付けられており、格納部611の底面の右側に車輪652が取り付けられており、格納部611の上面にカメラ661が取り付けられている。
なお、ロボット601は、人手により外力を加えることで、または、装置により自動的に、左側の車輪651および右側の車輪652を回転させて、移動させることが可能である。
格納部611には、制御部671が格納されている。
マニピュレーター621、622は、それぞれ、例えば、垂直多関節ロボットの一種であり、ロボットアームとして機能する。それぞれのマニピュレーター621、622は、その先端にハンド631、632および把持センサー641、642を備える。
格納部611には、制御部671が格納されている。
マニピュレーター621、622は、それぞれ、例えば、垂直多関節ロボットの一種であり、ロボットアームとして機能する。それぞれのマニピュレーター621、622は、その先端にハンド631、632および把持センサー641、642を備える。
なお、図5の例では、撮像部661を格納部611の上面に備えたが、他の構成例として、撮像部661は、他の任意の場所に備えられてもよく、例えば、ロボットにおける他の任意の場所に備えられてもよく、または、ロボット以外の場所として、床面、天井、壁面などに固定されて備えられてもよい。
また、撮像部661は、例えば、人手により外力を加えることで、または、装置により自動的に、撮像方向や撮像角度などを変化させることが可能な構成であってもよい。
また、撮像部661は、例えば、人手により外力を加えることで、または、装置により自動的に、撮像方向や撮像角度などを変化させることが可能な構成であってもよい。
制御部671は、左腕のマニピュレーター621(およびハンド631、把持センサー641)と、右腕のマニピュレーター622(およびハンド632、把持センサー642)を制御する。制御部671とそれぞれのマニピュレーター621、631とは、例えば、有線または無線の回線を介して、制御信号などを伝送することが可能に接続される。
なお、制御部671は、例えば、左腕のマニピュレーター621(およびハンド631、把持センサー641)と、右腕のマニピュレーター622(およびハンド632、把持センサー642)とを、同時に関連付けて制御してもよく、または、左腕のマニピュレーター621(およびハンド631、把持センサー641)と、右腕のマニピュレーター622(およびハンド632、把持センサー642)とを、それぞれ別個に制御してもよい。
なお、制御部671は、例えば、左腕のマニピュレーター621(およびハンド631、把持センサー641)と、右腕のマニピュレーター622(およびハンド632、把持センサー642)とを、同時に関連付けて制御してもよく、または、左腕のマニピュレーター621(およびハンド631、把持センサー641)と、右腕のマニピュレーター622(およびハンド632、把持センサー642)とを、それぞれ別個に制御してもよい。
制御部671は、図1に示される制御部41と同様な機能を備えるが、ロボット11に行わせた所定の作業を、ロボット601の左腕と右腕のうち一方または両方を用いてロボット601に行わせてもよい。
<第1の実施形態の変形例2>
図6は、本発明の第1の実施形態の変形例2に係るロボットシステム701の概略的な構成を示す図である。
ロボットシステム701は、ロボット711と、撮像部712と、制御部713と、撮像部712と制御部713を接続して通信可能にする回線714と、ロボット711と制御部713を接続して通信可能にする回線715を備える。ロボット711は、1本のマニピュレーター(アーム)を備える単腕のロボットであり、マニピュレーターの先端部に取り付けられたハンド(ロボットのハンド)721を備える。制御部713は、図1に示される制御部41と同様な機能を備える。
図6には、ビン81の上に配置された複数の把持対象82を示してある。なお、ビン81および把持対象82は、図1に示されるものと同様であり、図1と同一の符号を用いてある。
図6は、本発明の第1の実施形態の変形例2に係るロボットシステム701の概略的な構成を示す図である。
ロボットシステム701は、ロボット711と、撮像部712と、制御部713と、撮像部712と制御部713を接続して通信可能にする回線714と、ロボット711と制御部713を接続して通信可能にする回線715を備える。ロボット711は、1本のマニピュレーター(アーム)を備える単腕のロボットであり、マニピュレーターの先端部に取り付けられたハンド(ロボットのハンド)721を備える。制御部713は、図1に示される制御部41と同様な機能を備える。
図6には、ビン81の上に配置された複数の把持対象82を示してある。なお、ビン81および把持対象82は、図1に示されるものと同様であり、図1と同一の符号を用いてある。
ここで、図1に示されるロボットシステム1と比べて、図6に示されるロボットシステム701では、ロボット711と制御部713(図1に示される制御部41に対応するもの)とが別体で構成されている。制御部713は、回線714を介してカメラ712との間で通信する機能や、回線715を介してロボット711との間で通信する機能を備える。
図6の例のように、ロボット711と制御部713とが別体で構成されるロボットシステム701においても、これらが一体で構成されるロボットシステム(例えば、図1に示されるロボットシステム1や、図5に示されるロボット601を含むロボットシステム)と同様な効果を得ることができる。
なお、図5に示されるロボット601についても、他の構成例として、ロボット601の制御部671以外の部分と、制御部671とが別体で構成されてもよい。
なお、図5に示されるロボット601についても、他の構成例として、ロボット601の制御部671以外の部分と、制御部671とが別体で構成されてもよい。
なお、以上に説明した装置(例えば、制御部41、671や制御部713など)における任意の構成部の機能を実現するためのプログラムを、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録し、そのプログラムをコンピューターシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、OS(Operating System)や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピューター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)、CD(Compact Disk)−ROM等の可搬媒体、コンピューター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。さらに「コンピューター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ーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリー(RAM: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、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピューターシステムから、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ーシステムに伝送されてもよい。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、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピューター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)であってもよい。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピューター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)であってもよい。
1、701 ロボットシステム、11、601、711 ロボット、12、661、712 撮像部、21、631、632、721 ハンド、31、641、642、731 把持センサー、41、671、713 制御部、81 ビン、82、201−1〜201−8 把持対象、101 ロボット動作処理部、102 画像受付部、103 把持センサー値受付部、104 記憶部、105 入力部、106 出力部、111画像処理部、112 ロボット動作制御部、121 候補検出部、122 候補除外部、123 把持成功情報記憶制御部、131 対象選択部、132 対象把持制御部、133 把持成功判定部、211 対象領域、611 格納部、612〜614 胴体部分、621、622 マニピュレーター、651、652 車輪、714、715 回線
Claims (9)
- 複数の物体のうちの少なくとも1つの物体を把持するハンドと、
前記ハンドを動作させる制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記複数の物体を撮像した撮像画像から検出した第1物体の位置と、前記第1物体の位置を検出する前に前記ハンドが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、前記ハンドに前記第1物体を把持させるか否かを決定する、
ロボット。 - 前記制御部は、前記第1物体の位置を前記第1物体の形状に基づく第1領域によって表し、前記1つ以上の第2物体の位置を前記1つ以上の第2物体の形状に基づく第2領域によって表す、
請求項1に記載のロボット。 - 前記制御部は、前記第2領域と重なりを持たない前記第1領域に対応づけられた前記第1物体を前記ハンドに把持させる、
請求項2に記載のロボット。 - 前記制御部は、前記撮像画像から前記第2領域を除去した後、前記第1領域の位置を検出することで、前記ハンドに前記第1物体を把持させるか否かを決定する、
請求項2に記載のロボット。 - 前記制御部は、前記第1物体の輪郭に外接または内接する領域を前記第1領域として決定し、前記1つ以上の第2物体の輪郭に外接または内接する領域を前記第2領域として決定する、
請求項2から4のうちいずれか一項に記載のロボット。 - 前記制御部は、前記第1物体の中心軸上における所定位置を中心とする所定の大きさの領域を前記第1領域として決定し、前記1つ以上の第2物体の中心軸上における所定位置を中心とする所定の大きさの領域を前記第2領域として決定する、
請求項2から4のうちいずれか一項に記載のロボット。 - 複数の物体を撮像する撮像部と、
前記複数の物体のうちの少なくとも1つの物体を把持するロボットと、
前記ロボットを動作させる制御部と、を含み、
前記制御部は、
前記撮像部が前記複数の物体を撮像した撮像画像から検出した第1物体の位置と、前記第1物体の位置を検出する前に前記ロボットが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、前記ロボットに前記第1物体を把持させるか否かを決定する、
ロボットシステム。 - 複数の物体のうちの少なくとも1つの物体を把持するロボットを動作させる制御装置であって、
前記複数の物体を撮像した撮像画像を受け付ける画像受付部と、
前記ロボットを動作させる処理部と、を含み、
前記処理部は、
前記画像受付部が受け付けた前記撮像画像から検出した第1物体の位置と、前記第1物体の位置を検出する前に前記ロボットが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、前記ロボットに前記第1物体を把持させるか否かを決定する、
制御装置。 - 複数の物体のうちの少なくとも1つの物体を把持するロボットを動作させる制御方法であって、
前記複数の物体を撮像することと、
前記複数の物体を撮像した撮像画像から検出した第1物体の位置と、前記第1物体の位置を検出する前に前記ロボットが把持した1つ以上の第2物体の位置とを用いて、前記ロボットに前記第1物体を把持させるか否かを決定することと、
を含む制御方法。
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-
2014
- 2014-02-25 JP JP2014033777A patent/JP2015157343A/ja active Pending
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