JP2016020011A - Robot device and control method of robot device - Google Patents

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圭祐 前原
Keisuke Maehara
圭祐 前原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that in a conventional robot device, when picking up a workpiece stored in a storage part with variation, if determination of whether interference between the storage part and gripping means occurs is performed by interference calculation between polygons, it takes calculation time and tact time is increased.SOLUTION: A robot device determines whether interference between a storage part and gripping means occurs by determining whether a position attitude of a workpiece is within a gripping prohibition position attitude range.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はロボット装置に関し、特にワークを拾い上げる際にワークの収納部と把持手段とが干渉しないかを判定するロボット装置に関する。   The present invention relates to a robot apparatus, and more particularly to a robot apparatus that determines whether or not a workpiece storage unit and a gripping means interfere when picking up a workpiece.

ロボット装置を生産ラインに投入し、自動生産を行う試みは広くなされている。このようなロボット装置による生産ラインを敷設した場合、生産ラインへのワークの供給は、主にパーツフィーダを用いて、ワークの位置と姿勢の精度が良好な状態に継続的に保たれるように行われていた。一方で、パーツフィーダは一般に高価であり、またワークの形状ごとに設計されていることが多いため使い回しが利かない、という不自由があった。   Attempts have been made to perform automatic production by introducing robotic devices to the production line. When laying a production line with such a robotic device, workpieces are supplied to the production line mainly using a parts feeder so that the accuracy of the position and posture of the workpiece is continuously maintained in good condition. It was done. On the other hand, the parts feeder is generally expensive, and there are many inconveniences that the parts feeder is not designed to be used because it is often designed for each workpiece shape.

そこで様々な生産ラインで使い回す共通のワーク供給手段として、例えば図3のごとく、複数の収納部302を備えたパーツトレー303を用いることが望まれている。(説明のため本願発明を図示する図3を用いて、以下に課題点を述べる。)
各収納部302には同じ種類のワーク301が1つずつ収められている。係るパーツトレーを用いた場合、収納部の形状はワークの形状に対して専用設計されているわけではないので、収納部の内部において、ワークの位置姿勢は一意に定まらず、ある範囲のバラツキのある状態で工程に供給されることになる。
Therefore, it is desired to use a parts tray 303 provided with a plurality of storage units 302 as a common work supply means that is reused in various production lines, for example, as shown in FIG. (For the sake of explanation, the problems will be described below with reference to FIG. 3 illustrating the present invention.)
Each storage unit 302 stores one work 301 of the same type. When such a parts tray is used, the shape of the storage part is not designed exclusively for the shape of the work, so the position and orientation of the work are not uniquely determined inside the storage part, and there is a certain range of variation. It will be supplied to the process in a certain state.

バラツキを持った状態のワークを、グリッパーハンド等の把持手段を有するロボット装置で拾い上げる動作を、以下ではランダムピックと呼ぶことにする。ランダムピックを実行するには、ワークは予め定められた位置姿勢には配置されていないため、ワークを拾い上げる際にパーツトレー303における特定の収納部と把持手段とが干渉しないかチェックする必要がある。   The operation of picking up a workpiece having a variation with a robot apparatus having gripping means such as a gripper hand is hereinafter referred to as a random pick. In order to execute the random pick, since the work is not arranged at a predetermined position and orientation, it is necessary to check whether a specific storage unit in the parts tray 303 interferes with the gripping means when picking up the work. .

このようにワークの位置姿勢にバラツキのある供給系からワークを拾い上げる工程において、収納部と把持手段とが干渉しないかを検証するロボット装置に関して、特許文献1に示す技術が知られていた。特許文献1においては、把持すべきワークの位置姿勢から把持手段の位置姿勢を定め、その後にオンラインで把持手段のモデル(ポリゴン)と収納部のモデル(ポリゴン)との干渉計算を行って判定していた。   As described above, a technique disclosed in Patent Document 1 is known regarding a robot apparatus that verifies whether or not a storage unit and a gripping unit interfere in a process of picking up a workpiece from a supply system having a variation in the position and orientation of the workpiece. In Patent Document 1, the position and orientation of the gripping means is determined from the position and orientation of the workpiece to be gripped, and thereafter, determination is performed by performing interference calculation between the gripping means model (polygon) and the storage unit model (polygon) online. It was.

特開2002−331480JP 2002-331480 A

前述した特許文献1に記載のロボット装置を用いて、前述した図3に示すようなランダムピック工程を実行しようとする場合、収納部と把持手段とが干渉しないかを判定するために、オンラインでポリゴン同士の干渉計算を行うことになる。ポリゴン同士の干渉計算は総じて計算時間がかかるので、タクトが伸びるという課題があった。   In order to execute the random pick process as shown in FIG. 3 using the robot apparatus described in Patent Document 1 described above, online determination is performed to determine whether the storage unit and the gripping means do not interfere with each other. Interference between polygons is calculated. Since the calculation of interference between polygons generally takes a long time, there is a problem that the tact time increases.

本発明の目的は、係る工程において、収納部と把持手段との干渉判定を高速に行うロボット装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a robot apparatus that performs high-speed interference determination between a storage unit and a gripping means in such a process.

ビジョンセンサと、把持手段を備えたロボットと、前記ビジョンセンサおよび前記ロボットを制御する制御部とを備えたロボット装置であって、
前記制御部には前記ロボットによる把持動作の際の位置姿勢データと、ワークおよび前記ワークの収納部の幾何学データに基づいて設定された、把持動作が禁止された前記ロボットおよび前記ワークの相対的な位置姿勢データがあらかじめ記憶されており、
前記制御部は、前記ビジョンセンサによって撮像されたワークおよび前記撮像されたワークの収納部の位置姿勢のデータを取得し、
取得した前記撮像されたワークおよび前記収納部の前記位置姿勢データと、前記把持動作が禁止された位置姿勢データと、を比較して前記ロボットと前記収納部との干渉の有無を判定し、
前記制御部は干渉の有無に関する前記判定に基づき、前記ロボットで収納部に設けられた前記ワークを把持する制御を行うことを特徴とするロボット装置。
A robot apparatus comprising a vision sensor, a robot having a gripping means, and a control unit for controlling the vision sensor and the robot,
The control unit is set based on the position and orientation data at the time of the gripping operation by the robot and the geometric data of the workpiece and the storage unit of the workpiece. Position and orientation data is stored in advance,
The control unit obtains position and orientation data of a workpiece imaged by the vision sensor and a storage unit of the imaged workpiece,
Compare the acquired position and orientation data of the imaged workpiece and the storage unit with the position and orientation data for which the gripping operation is prohibited to determine the presence or absence of interference between the robot and the storage unit,
The said control part performs control which hold | grips the said workpiece | work provided in the accommodating part with the said robot based on the said determination regarding the presence or absence of interference.

ポリゴン同士の干渉計算によらず、あらかじめ求められた把持禁止位置姿勢範囲を参照して収納部と把持手段とが干渉しないかどうかを判定するので、高速に判定を行うことができる。   Since it is determined whether or not the storage unit and the gripping means do not interfere with each other with reference to the grip prohibition position / posture range obtained in advance without using the interference calculation between polygons, the determination can be performed at high speed.

本発明に係わるロボット装置のブロック図である。It is a block diagram of the robot apparatus concerning this invention. 本発明に係わるソフトウェアモジュールの構成図である。It is a block diagram of the software module concerning this invention. 本発明により好適に遂行できる工程を模擬した図である。It is the figure which simulated the process which can be suitably performed by this invention. パーツトレーを上面から俯瞰した図である。It is the figure which looked down at parts tray from the upper surface. 本発明に係わるロボット装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the robot apparatus concerning this invention. 把持禁止位置姿勢範囲を求めるフローチャートである。It is a flowchart which calculates | requires a holding | grip prohibition position and posture range. ワークモデルの複製を説明する図である。It is a figure explaining duplication of a work model. 把持禁止位置姿勢範囲の設定を説明する図である。It is a figure explaining the setting of a grip prohibition position and posture range. (a)把持手段と収納部が干渉する場合を説明する図、(b)把持手段と収納部が干渉しない場合を説明する図である。(A) The figure explaining the case where a holding means and an accommodating part interfere, (b) The figure explaining the case where a grasping means and an accommodating part do not interfere. 本発明に係わる別の実施例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining another Example concerning this invention.

(実施例1)
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。図1は本発明を適用できるロボット装置のブロック図である。本実施例のロボット装置は、把持手段304としてのグリッパーハンドあるいは三爪チャックを備えたロボット305、ビジョンセンサ306、制御部としてのコンピュータ101を備えている。コンピュータ101には、ロボットおよびビジョンセンサをコントロールしたり、データの送受信およびシミュレーション等を実行したりするソフトウェアモジュールがインストールされている。コンピュータ101は、CPU102、ROM103、RAM104、入出力回路(以下、I/O)105から構成されている。CPU102は各ソフトウェアモジュールをプログラムに基づいて実行する。ROM103は前記ソフトウェアモジュールや収納部の幾何学データなどを記憶している。RAM104は演算のためのデータを読み書きする。I/O105はユーザやロボットなど外部とのデータをやり取りする。
Example 1
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a robot apparatus to which the present invention can be applied. The robot apparatus of this embodiment includes a robot 305 having a gripper hand or a three-claw chuck as a gripping means 304, a vision sensor 306, and a computer 101 as a control unit. The computer 101 is installed with software modules for controlling the robot and the vision sensor, transmitting / receiving data, performing simulation, and the like. The computer 101 includes a CPU 102, a ROM 103, a RAM 104, and an input / output circuit (hereinafter referred to as I / O) 105. The CPU 102 executes each software module based on the program. The ROM 103 stores the software module, the geometric data of the storage unit, and the like. The RAM 104 reads and writes data for calculation. The I / O 105 exchanges data with the outside such as a user or a robot.

図2はロボット装置において実行されるソフトウェアモジュールの構成を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing a configuration of software modules executed in the robot apparatus.

全体制御モジュール201は、後述するUIモジュール202、禁止姿勢設定モジュール203、動作シミュレーションモジュール208、ロボット制御モジュール209、を備え、それぞれを協調して動作させる役割を担っている。   The overall control module 201 includes a UI module 202, a prohibited posture setting module 203, an operation simulation module 208, and a robot control module 209, which will be described later, and plays a role of operating them in a coordinated manner.

UIモジュール202は、オペレータが後述するワーク位置姿勢範囲やワーク位置姿勢刻み幅を入力するのに用いられる。   The UI module 202 is used by the operator to input a work position / posture range and a work position / posture step size, which will be described later.

禁止姿勢設定モジュール203は、ワーク位置設定モジュール204、ワーク位置姿勢刻み幅設定モジュール205、ワークモデル複製モジュール206、干渉チェックモジュール207から構成されている。   The prohibited posture setting module 203 includes a work position setting module 204, a work position / posture step size setting module 205, a work model duplication module 206, and an interference check module 207.

ワーク位置設定モジュール204は、収納部内で想定されるワーク位置姿勢のバラツキ幅をオペレータがUIモジュール202から入力し、ワーク位置姿勢範囲として設定する。   In the work position setting module 204, the operator inputs the variation width of the work position / posture assumed in the storage unit from the UI module 202, and sets it as a work position / posture range.

ワーク位置姿勢刻み幅設定モジュール205は、ワーク位置姿勢範囲を分割する刻み幅をオペレータがUIモジュールから入力し、ワーク位置姿勢刻み幅として設定する。刻み幅が小さいと設定できるワーク位置姿勢の種類が豊富になるが、データ数も増加する。   In the work position / posture step size setting module 205, the operator inputs a step width for dividing the work position / posture range from the UI module and sets it as the work position / posture step size. If the step size is small, there are many types of workpiece positions and postures that can be set, but the number of data increases.

ワークモデル複製モジュール206は、収納部に対するワークの位置姿勢が理想状態にあるワークモデルから、前記ワーク位置姿勢範囲と前記ワーク位置姿勢刻み幅に従い、位置姿勢をずらしたワークモデルを複製する。ここでは複製することを例に挙げたが、複製ではなく新たにワークモデルを設定しても同様の効果がある。   The workpiece model duplication module 206 duplicates a workpiece model in which the position and orientation are shifted according to the workpiece position and orientation range and the workpiece position and orientation increment from the workpiece model in which the position and orientation of the workpiece with respect to the storage unit are in an ideal state. Here, the case of duplicating is given as an example, but the same effect can be obtained by setting a new work model instead of duplicating.

干渉チェックモジュール207は、把持手段と収納部の幾何学形状が記憶されており、複製されたワークモデルの夫々に対して、把持を試みた際に把持手段と収納部とが干渉しないかどうかをチェックする。   The interference check module 207 stores the geometric shapes of the gripping means and the storage unit, and determines whether the gripping means and the storage part do not interfere with each of the replicated work models when attempting to grip. To check.

動作シミュレーションモジュール208は、逆運動学計算や可動範囲チェックを始めとしたロボットの動作検証を行う。   The motion simulation module 208 performs robot motion verification including inverse kinematics calculation and movable range check.

以下説明するように把持が禁止された位置姿勢データの範囲外のワークの位置姿勢に対してロボットの動作が可能かどうかを検証する動作シミュレーション工程が実行される。   As will be described below, an operation simulation step is performed to verify whether or not the robot can operate with respect to the position and orientation of the workpiece outside the range of the position and orientation data for which gripping is prohibited.

ロボット制御モジュール209は、前記逆運動学計算結果に基づきロボット305を制御し、また把持手段304を制御する。   The robot control module 209 controls the robot 305 based on the result of the inverse kinematic calculation and controls the gripping means 304.

ビジョンセンサ制御モジュール210は、ビジョンセンサ306を制御し、撮像した結果からワークの位置姿勢を算出する。すなわち制御部は、ビジョンセンサによって撮像されたワークおよびワークの収納部の位置姿勢のデータを取得する。   The vision sensor control module 210 controls the vision sensor 306 and calculates the position and orientation of the workpiece from the imaged result. That is, the control unit acquires data of the position and orientation of the work imaged by the vision sensor and the work storage unit.

図3は本発明を適用できるロボット装置によって好適に遂行されるランダムピック工程を模擬した図である。パーテーションで区切られた複数の収納部302から構成されるパーツトレー303がロボット305から所定の位置に配置されている。また、各収納部302には1つずつワーク301が収納されている。ロボットの動作としては、まずビジョンセンサ306を用いてワーク301の位置姿勢を計測する。そして、その計測結果をもとにロボット305を制御してグリッパ状の把持手段304によってワーク301を把持し、収納部302から拾い上げる工程が実行される。図4はワークが収納されたパーツトレー303を上から俯瞰した図である。   FIG. 3 is a diagram simulating a random pick process suitably performed by a robot apparatus to which the present invention can be applied. A parts tray 303 composed of a plurality of storage units 302 divided by partitions is arranged at a predetermined position from the robot 305. In addition, one work 301 is stored in each storage section 302. As the operation of the robot, first, the position and orientation of the workpiece 301 are measured using the vision sensor 306. Based on the measurement result, the robot 305 is controlled to grip the workpiece 301 by the gripper-shaped gripping means 304 and pick it up from the storage unit 302. FIG. 4 is a top view of the parts tray 303 in which workpieces are stored.

以下、本発明を適用できるロボット装置の動作について説明する。図5は、前述した図2に示したソフトウェアモジュールを実行しておこなわれる本実施例におけるロボット制御を、工程を追って記載したフローチャートである。   The operation of the robot apparatus to which the present invention can be applied will be described below. FIG. 5 is a flowchart illustrating the robot control in this embodiment performed by executing the software module shown in FIG.

まず、あらかじめオフラインで、把持が禁止された位置姿勢の範囲を求める方法について図6のフローチャートを用いて説明する。この範囲を設定することは、ロボットの取りうる位置姿勢の有効な制約条件となっており、本実施例の特徴の一つである。   First, a method for obtaining a position and orientation range in which gripping is prohibited in advance offline will be described with reference to the flowchart of FIG. Setting this range is an effective constraint for the position and orientation that the robot can take, and is one of the features of this embodiment.

把持が禁止された位置姿勢の範囲を求める方法は以下のS111〜S115のステップから成る。   The method for obtaining the position and orientation range in which gripping is prohibited includes the following steps S111 to S115.

S111:予備実験ステップ
ワーク位置姿勢範囲は、ここでは現物のパーツトレーおよびワークを用いた予備実験結果から統計的に得られた数値を用いることとするが、その方法に限らない。仮想的な予備実験として、シミュレータを用いて乱数を用いてワーク位置姿勢を仮想的にバラつかせ、収納部と仮想ワークとの干渉チェックを行ってバラツキの範囲を見積もるなどの方法も考えられる。
S111: Preliminary Experiment Step Here, the workpiece position / posture range uses a numerical value statistically obtained from a preliminary experiment result using an actual part tray and workpiece, but is not limited to this method. As a virtual preliminary experiment, a method may be considered in which the workpiece position and orientation are virtually varied using random numbers using a simulator, and the range of variation is estimated by performing an interference check between the storage unit and the virtual workpiece.

S112:ワーク位置姿勢範囲の設定ステップ
S111で求められたワーク位置姿勢範囲をオペレータがコンピュータ101に入力する。並進および回転の自由度を合計すると最大6自由度(X,Y,Z,θ,θ,θ)のバラツキを考慮することになるが、後の説明を簡便にするために、図8を参照してひとつのモデルケースを示す。
S112: Work Position / Posture Range Setting Step The operator inputs the work position / posture range obtained in S111 to the computer 101. When the degrees of freedom of translation and rotation are summed up, variations in a maximum of six degrees of freedom (X, Y, Z, θ X , θ Y , θ Z ) will be taken into account. 8 shows one model case.

ここでは図8(a)に示すごとく並進方向(X)および平面内回転方向(θ)の合計2自由度のみを考慮するが、一般にはそれに限らない。図8の紙面右手をX方向、紙面上手をY方向、紙面手前をZ方向とすると、平面内回転方向(θ)は上述の6自由度のうちの、θに相当する。ここで挙げたモデルケースでは、ワークはパーツトレー303の収納部に安定に静置されており、ワークの不安定性(すなわちθ,θの自由度)は無いものと仮定した。 Here, as shown in FIG. 8A, only a total of two degrees of freedom of the translation direction (X) and the in-plane rotation direction (θ) are considered, but the present invention is not limited to this. If the right hand of FIG. 8 is the X direction, the upper hand of the paper is the Y direction, and the front of the paper is the Z direction, the in-plane rotation direction (θ) corresponds to θ Z of the six degrees of freedom described above. In the model case given here, it is assumed that the workpiece is stably placed in the storage portion of the parts tray 303 and that there is no instability of the workpiece (that is, degrees of freedom of θ X and θ Y ).

ここではワーク位置姿勢範囲を、並進方向(X)のバラツキ幅ΔX:−1[mm]〜+1.5[mm]、平面内回転方向(θ)のバラツキ幅Δθ:−10[degree]〜+10[degree]として設定されたものとする。   Here, the workpiece position / posture range is set such that the variation width ΔX in the translation direction (X): −1 [mm] to +1.5 [mm], the variation width Δθ in the in-plane rotation direction (θ): −10 [degree] to +10 It is assumed that it is set as [degree].

S113:ワーク位置姿勢の刻み幅の設定ステップ
先に求めたワーク位置姿勢範囲を分割する刻み幅をワーク位置姿勢刻み幅としてオペレータがコンピュータ101に入力する。刻み幅を細かくすればその分緻密なシミュレーションが可能となるが、計算量は増大するというトレードオフが存在する。ここではワーク位置姿勢刻み幅を、並進方向(X)の刻み幅 0.5[mm]、平面内回転方向(θ)の刻み幅 5[degree]として設定されたものとする。これにより、並進方向(X)に6通り、平面内回転方向(θ)に5通りのバラツキのパターンが定義された。
S113: Step for setting step size of workpiece position and posture The operator inputs the step size for dividing the previously determined workpiece position and posture range to the computer 101 as the workpiece position and posture step width. If the step size is made finer, a more precise simulation becomes possible, but there is a trade-off that the amount of calculation increases. Here, it is assumed that the workpiece position / posture step size is set as a step size of 0.5 [mm] in the translational direction (X) and a step size of 5 [degree] in the in-plane rotation direction (θ). As a result, six variations in the translation direction (X) and five variations in the in-plane rotation direction (θ) were defined.

S114:ワークモデル複製ステップ
図7に示すごとく、収納部に対してワークが理想的に配置された状態を基準に、先に求めたワーク位置姿勢範囲とワーク位置姿勢範囲の刻み幅に基づき、ワークモデルを複製する。具体的にはワークモデル601(Σ_c1)をΣ_c1(1,1)(理想位置姿勢に対して+5[degree])、Σ_c1(1,2)(理想位置姿勢に対して+10[degree])・・・のように複製する。本実施例においては、並進方向(X)に6通り、平面内回転方向(θ)に5通りのバラツキのパターンがあるので、その組み合わせの数として、オリジナルを含めて30通りのワークモデルが複製される。
S114: Work model duplication step As shown in FIG. 7, based on the work position / posture range obtained previously and the step size of the work position / posture range based on the ideal position of the work with respect to the storage unit, Duplicate the model. Specifically, the work model 601 (Σ_c1) is changed to Σ_c1 (1, 1) (+5 [degree] with respect to the ideal position and orientation), Σ_c1 (1, 2) (+10 [degree] with respect to the ideal position and orientation),.・ Reproduce as follows. In this embodiment, since there are 6 variations in the translation direction (X) and 5 variations in the in-plane rotation direction (θ), 30 different work models including the original are duplicated. Is done.

ワークモデルの複製の手法を用いずに、直接に複数のワークモデルを生成しても同じである。   Even if a plurality of work models are directly generated without using the work model duplication method, the same applies.

S115:干渉チェックステップ
以下説明する計算はコンピュータ101で行われる。
準備された30通りのワークモデルの夫々に対し、所定の相対位置姿勢の関係にある把持手段を備えたロボットの位置姿勢を計算する。以下の説明では特に干渉が発生しやすい、ロボットにおける把持手段と、入力されている夫々のワークモデルとの相対的な位置姿勢を計算する。
S115: Interference Check Step The calculation described below is performed by the computer 101.
For each of the 30 prepared work models, the position and orientation of the robot provided with gripping means having a predetermined relative position and orientation relationship are calculated. In the following description, the relative position and orientation between the gripping means in the robot and each input work model, which are particularly susceptible to interference, are calculated.

夫々のワークモデルに対する把持手段の位置姿勢が計算されれば、収納部座標系602における把持手段の位置姿勢が決まるので、干渉チェックを実行することができる。すなわち、干渉チェックモジュールに記憶された収納部の幾何学モデルと把持手段の幾何学モデル、および夫々のワークモデルを用いて、収納部と把持手段が干渉するか否かを判定できる。図9(a)に干渉する場合の模式図を、図9(b)に干渉しない場合の模式図を示す。図9(a)では、把持手段304の断面901が収納部と一部重なっており、すなわち干渉していることがわかる。チェックの結果把持手段と収納部とが干渉するとコンピュータ101が判定したワークモデルの位置姿勢の範囲が、把持が禁止された位置姿勢の範囲として設定される。ここでは把持手段の位置姿勢を計算したが、ロボットの形状やワークの配置によっては、ロボットを構成するリンク等が収納部に干渉することが想定されるケースもある。その場合は干渉が予想されるロボットの部位を特定するか、あるいはロボット全体を対象にロボットによる把持動作の際の位置姿勢データを生成して利用するとよい。   If the position and orientation of the gripping means with respect to the respective work models are calculated, the position and orientation of the gripping means in the storage unit coordinate system 602 is determined, so that an interference check can be executed. That is, it is possible to determine whether or not the storage unit and the gripping unit interfere using the geometric model of the storage unit, the geometric model of the gripping unit, and the respective work models stored in the interference check module. FIG. 9A shows a schematic diagram when interference occurs, and FIG. 9B shows a schematic diagram when interference does not occur. In FIG. 9A, it can be seen that the cross section 901 of the gripping means 304 partially overlaps with the storage portion, that is, interferes. The position and orientation range of the work model determined by the computer 101 when the gripping means and the storage unit interfere as a result of the check are set as the position and orientation range where gripping is prohibited. Here, the position and orientation of the gripping means are calculated. However, depending on the shape of the robot and the arrangement of the workpiece, it may be assumed that a link constituting the robot interferes with the storage unit. In that case, it is preferable to identify a part of the robot that is expected to interfere, or to generate and use position and orientation data for the gripping operation by the robot for the entire robot.

図8を用いてさらに具体的に位置姿勢のデータの計算過程や設定過程を説明する。図8(b)のマトリクスの中身は干渉チェックステップ実行前の把持禁止位置姿勢範囲の状態である。並進方向(X)のバラツキおよび平面内回転方向(θ)のバラツキの組(30通り)に対して、収納部と把持手段との干渉が起こるかどうか不明な状態であるので、マトリクスの各ボックスには“?”印が記載されている。ここで並進方向(X)のバラツキおよび平面内回転方向(θ)のバラツキの組を1つ定めると、収納部座標系における把持手段の位置姿勢が一意に定まるので収納部との干渉をチェックできる。全ての組に対してチェックをコンピュータが行った結果が図8(c)である。理想位置姿勢からのずれが(X=−1[mm],θ= −10[degree])の組のように×印が記載されている組は、干渉チェックの結果、収納部と把持手段との干渉が起こると判定されたことを意味する。理想位置姿勢からのずれが(X=0[mm],θ=0[degree])の組のように○印が記載されている組は、干渉チェックの結果、干渉が起きないと判定されたことを意味する。全ての組に対して干渉チェックを行った結果、×印が記載された組を把持が禁止された位置姿勢の範囲として設定する。   The calculation process and setting process of position and orientation data will be described more specifically with reference to FIG. The content of the matrix in FIG. 8B is the state of the grip prohibition position / posture range before the execution of the interference check step. Each box of the matrix is in a state where it is unclear whether or not interference between the storage unit and the gripping means will occur with respect to the variation (30) in the translation direction (X) variation and the in-plane rotation direction (θ) variation. Is marked with “?”. Here, when one set of variation in the translation direction (X) and variation in the in-plane rotation direction (θ) is determined, the position and orientation of the gripping means in the storage unit coordinate system is uniquely determined, so that interference with the storage unit can be checked. . FIG. 8C shows the result of the computer checking all sets. A group in which a cross is described like a group in which the deviation from the ideal position and orientation is (X = −1 [mm], θ = −10 [degree]) is the result of interference check, This means that it is determined that interference occurs. As a result of the interference check, it is determined that interference does not occur in the group in which the mark from the ideal position and orientation is indicated by a circle such as a group of deviation (X = 0 [mm], θ = 0 [degree]). Means that. As a result of performing the interference check for all the pairs, a pair indicated by a cross is set as a position and orientation range in which gripping is prohibited.

図8(c)のテーブル上で、○印が記載されている組はひと続きの単連結な領域となっていることが見て取れる。すなわち×印の領域を避け、この○印の領域から選択される姿勢を選べば、収納部とロボットとの干渉を回避しつつワークを把持できることが期待できる。   On the table of FIG. 8C, it can be seen that the group with a circle is a continuous single connection region. That is, it can be expected that the workpiece can be gripped while avoiding the interference between the storage unit and the robot by avoiding the region marked with x and selecting a posture selected from the region marked with circle.

以上、把持が禁止された位置姿勢の範囲の求め方について説明した。上記の計算過程はコンピュータ101で行われていることとして説明したが、他の演算機で計算した上でロボット装置の制御部であるコンピュータに記憶させても良い。
以下、このデータはロボット装置の制御部であるコンピュータに記憶されているものとして、このデータをオンラインでどう活用するかについて図5のフローチャートを用いて説明する。
The method for obtaining the position and orientation range in which gripping is prohibited has been described above. Although the above calculation process has been described as being performed by the computer 101, it may be stored in a computer that is a control unit of the robot apparatus after being calculated by another computing machine.
Hereinafter, it is assumed that this data is stored in a computer that is a control unit of the robot apparatus, and how to use this data online will be described with reference to the flowchart of FIG.

S210:ビジョン検出
ビジョンセンサ306でワークの位置姿勢を検出する。このとき、ワークの位置姿勢はビジョン座標系(ビジョンセンサを基準とする座標系)での値で表現されている。
S210: Vision detection The position and orientation of the workpiece are detected by the vision sensor 306. At this time, the position and orientation of the workpiece is expressed by a value in a vision coordinate system (a coordinate system based on the vision sensor).

S220:座標変換
ビジョン検出結果を収納部座標系(収納部を基準とする座標系)での値に変換する。あらかじめビジョンセンサ306により各収納部302の特徴点を検出することによって、ビジョンセンサ306と各収納部302の位置関係は校正値を算出できるので、座標変換が可能である。
S220: Coordinate conversion The vision detection result is converted into a value in the storage unit coordinate system (a coordinate system based on the storage unit). By detecting the characteristic points of each storage unit 302 in advance by the vision sensor 306, the positional relationship between the vision sensor 306 and each storage unit 302 can calculate a calibration value, and thus coordinate conversion is possible.

S230:把持禁止位置姿勢範囲チェック
制御部は、ワークの位置姿勢が、あらかじめ求めておいた把持が禁止された位置姿勢の範囲に入っていないかチェックする。例えば、X=−1[mm],θ=10[degree]の時は把持禁止位置姿勢範囲に入っているのでNGとなる。X=0[mm],θ=0[degree]の時は把持禁止位置姿勢範囲に入っていないのでOKとなる。
S230: Grasping Prohibition Position / Posture Range Check The control unit checks whether the position / posture of the workpiece is within the range of the position / posture for which gripping is determined in advance. For example, when X = −1 [mm] and θ = 10 [degree], since it is in the gripping prohibition position / posture range, it is NG. When X = 0 [mm] and θ = 0 [degree], it is OK because it is not in the gripping prohibition position / posture range.

すなわち、一連の工程を経ることで、取得したワークおよび収納部の位置姿勢データと、把持動作が禁止された位置姿勢データと、を比較してロボットと収納部との干渉の有無を判定している。   That is, through a series of steps, the acquired position and orientation data of the workpiece and the storage unit are compared with the position and orientation data for which the gripping operation is prohibited to determine the presence or absence of interference between the robot and the storage unit. Yes.

S240:判断1
上記チェック結果がNGならば、S290に遷移し、そのワークをスキップして、S210に戻り、次のワークの位置姿勢を検出する。OKならば次のステップに進む。
S240: Judgment 1
If the check result is NG, the process proceeds to S290, the work is skipped, the process returns to S210, and the position / posture of the next work is detected. If OK, go to the next step.

S250:逆運動学チェック
上記S230のチェックをクリアしたワークは、把持しようとする際に収納部と把持手段とが干渉しないことが分かっているので、ロボットの逆運動学をチェックする。
ロボットの関節の位置や角度から可動端の位置姿勢を求めることを運動学といい、
逆に、可動端の位置姿勢から各関節の位置や角度を求めることを逆運動学という。
すなわち、当該ステップでは把持手段の位置姿勢からロボットの関節の位置や角度を求める。
S250: Inverse kinematic check Since it is known that the workpiece that has cleared the above-described check in S230 does not interfere with the storage unit and the gripping means when attempting to grip, the reverse kinematics of the robot is checked.
Finding the position and orientation of the movable end from the position and angle of the joint of the robot is called kinematics,
Conversely, obtaining the position and angle of each joint from the position and orientation of the movable end is called inverse kinematics.
That is, in this step, the position and angle of the robot joint are obtained from the position and orientation of the gripping means.

S260:判断2
上記チェック結果がNGならば、S290に遷移し、そのワークをスキップして、S210に戻り、次のワークの位置姿勢を検出する。OKならば次のステップに進む。
S260: Judgment 2
If the check result is NG, the process proceeds to S290, the work is skipped, the process returns to S210, and the position / posture of the next work is detected. If OK, go to the next step.

S270:把持動作
上記S230およびS240のチェックをクリアしたワークは把持可能であるので、ロボット制御モジュールはロボットおよび把持手段に拾い上げ動作を行わせる。
S270: Grasping Operation Since the workpiece that has cleared the checks in S230 and S240 can be gripped, the robot control module causes the robot and the gripping means to pick up.

S280:判断3
全てのワークに対して試行が終わっていなければ、S290に遷移し、次ワークを対象にS210に戻る。そうでなければ終了する。
S280: Judgment 3
If all the works have not been tried, the process proceeds to S290, and the process returns to S210 for the next work. Otherwise it ends.

S290:ワークスキップ(次ワークを対象)
把持対象のワークを、次のワークに切り替える。
S290: Work skip (target next work)
Switch the workpiece to be gripped to the next workpiece.

判断1以降の工程を経ることで、制御部は干渉の有無に関する判定に基づき、ロボットで収納部に設けられたワークを把持する制御を行うことになる。   By passing through the processes after determination 1, the control unit performs control for gripping the workpiece provided in the storage unit by the robot based on the determination regarding the presence or absence of interference.

このように本実施例によれば、記録されている把持が禁止された位置姿勢の範囲を参照して収納部と把持手段との干渉判定ができるので、ポリゴン同士の干渉計算による判定よりも計算量が少なく、高速に判定できる。図5に示されたフローチャートからも明らかなように、まず把持が禁止された位置姿勢の範囲ではない姿勢を選択した上で、その姿勢をロボットが取りうるのかチェックする点に本実施例の特徴がある。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to determine the interference between the storage unit and the gripping means with reference to the recorded position and orientation range in which gripping is prohibited. The amount is small and can be judged at high speed. As is apparent from the flowchart shown in FIG. 5, the feature of this embodiment is that a posture that is not within the range of the position and posture in which gripping is prohibited is first selected, and then whether or not the robot can take that posture is checked. There is.

従来の技術は、まずロボットが取りうる特定の位置姿勢を(逆運動学チェック等を活用して)選択し、その姿勢において干渉がおこるかどうかチェックしていたため、過度な演算時間が必要であった。   The conventional technology first selects a specific position and posture that the robot can take (using inverse kinematics check, etc.) and checks whether interference occurs in that posture, so excessive computation time is required. It was.

本実施例では、逆運動学チェックを行う際にはすでに把持が禁止された位置姿勢は除かれているので、演算負荷が小さいという優れた効果を備えている。   In the present embodiment, when the inverse kinematics check is performed, since the position and orientation in which gripping has already been prohibited is excluded, it has an excellent effect that the calculation load is small.

(実施例2)
以下、本発明の別の実施例について、図10のフローチャートを用いて説明する。おおまかな流れについては先の実施例と同様であるので、差異のあるステップについて下記に示す。例えばS310−S330はS210−S230と同様であり、以下説明する本実施例に特徴てきな判断工程を除く各工程も同様であるので、説明を省略する。
(Example 2)
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. Since the rough flow is the same as that of the previous embodiment, the steps with differences are shown below. For example, S310 to S330 are the same as S210 to S230, and each process except the determination process that is characteristic of the present embodiment to be described below is the same, and the description thereof is omitted.

S340:判断1
S330のチェック結果において実行された把持禁止位置姿勢範囲チェックがNGならば、S390:揺動動作に遷移する。OKならば次のステップに進む。
S340: Judgment 1
If the gripping prohibition position / posture range check executed in the check result in S330 is NG, the process proceeds to S390: swing operation. If OK, go to the next step.

なお前述の実施例1に記載されているようにワークをスキップする工程を同様に設定してもよい。その場合は、ワークスキップした結果一部あるいは全てのワークが把持禁止位置姿勢範囲に有る場合にS390:揺動動作に遷移するように、システムを構成してもよい。   Note that the step of skipping the workpiece may be set similarly as described in the first embodiment. In that case, the system may be configured so as to shift to S390: swinging operation when part or all of the workpieces are in the gripping prohibition position / posture range as a result of the workpiece skipping.

S360:判断2
S350のチェック結果がNGならばS390:揺動動作に遷移する。OKならば次のステップに進む。
S360: Judgment 2
If the check result in S350 is NG, the process proceeds to S390: swing operation. If OK, go to the next step.

S380:判断3
全てのワークにたいして試行を完了したら終了へ、そうでない場合はパーツトレーに載置されている残りのワークに対称を更新して、S310のビジョン検出工程から同様に繰り返す。
S380: Judgment 3
When the trial is completed for all the workpieces, the process is terminated. Otherwise, the symmetry is updated to the remaining workpieces placed on the parts tray, and the same is repeated from the vision detection step of S310.

S390:揺動動作
把持手段でパーツトレーを把持して揺り動かし、ワークの配置条件を変えてから、S310:ビジョン検出に戻る。
S390: Swinging operation The parts tray is gripped and swung by the gripping means to change the work arrangement condition, and then the process returns to S310: Vision detection.

このように本実施例においては、初期状態においては拾い上げ不可能だったワークについても、収納部内での配置条件を変えてリトライするので、供給されたワークを全て拾い上げられる可能性が高まる、という効果も奏する。   As described above, in the present embodiment, even for the work that could not be picked up in the initial state, the arrangement condition in the storage unit is changed and the retry is performed, so that the possibility that all the supplied work can be picked up is increased. Also play.

101 コンピュータ
102 CPU
201 全体制御モジュール
301 ワーク
302 収納部
303 パーツトレー
304 把持手段
305 ロボット
306 ビジョンセンサ
601 ワークモデル
602 収納部座標系
901 把持手段の断面
101 computer 102 CPU
201 Overall Control Module 301 Work 302 Storage Unit 303 Parts Tray 304 Gripping Unit 305 Robot 306 Vision Sensor 601 Work Model 602 Storage Unit Coordinate System 901 Cross Section of Gripping Unit

Claims (7)

ビジョンセンサと、把持手段を備えたロボットと、前記ビジョンセンサおよび前記ロボットを制御する制御部とを備えたロボット装置であって、
前記制御部には前記ロボットによる把持動作の際の位置姿勢データと、ワークおよび前記ワークの収納部の幾何学データに基づいて設定された、把持動作が禁止された前記ロボットおよび前記ワークの相対的な位置姿勢データがあらかじめ記憶されており、
前記制御部は、前記ビジョンセンサによって撮像されたワークおよび前記撮像されたワークの収納部の位置姿勢のデータを取得し、
取得した前記ワークおよび前記収納部の前記位置姿勢データと、前記把持動作が禁止された位置姿勢データと、を比較して前記ロボットと前記収納部との干渉の有無を判定し、
前記制御部は干渉の有無に関する前記判定に基づき、前記ロボットで収納部に設けられた前記撮像されたワークを把持する制御を行うことを特徴とするロボット装置。
A robot apparatus comprising a vision sensor, a robot having a gripping means, and a control unit for controlling the vision sensor and the robot,
The control unit is set based on the position and orientation data at the time of the gripping operation by the robot and the geometric data of the workpiece and the storage unit of the workpiece. Position and orientation data is stored in advance,
The control unit obtains position and orientation data of a workpiece imaged by the vision sensor and a storage unit of the imaged workpiece,
Comparing the acquired position and orientation data of the workpiece and the storage unit with the position and orientation data for which the gripping operation is prohibited, and determining the presence or absence of interference between the robot and the storage unit;
The said control part performs control which hold | grips the said imaged workpiece | work provided in the accommodating part with the said robot based on the said determination regarding the presence or absence of interference.
前記制御部は、前記収納部と前記ロボットとが干渉すると判定された場合に、ロボットによって前記収納部を揺動させ、前記収納部に対するワークの配置を変える制御が行われることを特徴とする請求項1に記載のロボット装置。   The control unit is configured to perform control to change the arrangement of a workpiece with respect to the storage unit by swinging the storage unit by the robot when it is determined that the storage unit and the robot interfere with each other. Item 2. The robot device according to Item 1. ビジョンセンサと、把持手段を備えたロボットと、前記ビジョンセンサおよび前記ロボットを制御する制御部とを備えたロボット装置の制御方法であって、
前記制御部には前記ロボットによる把持動作の際の位置姿勢データと、ワークおよび前記ワークの収納部の幾何学データに基づいて設定された、把持動作が禁止された位置姿勢データが記憶されており、
前記ビジョンセンサで撮像し、ワークおよび前記ワークの収納部の位置姿勢のデータを取得する工程と、
取得した前記ワークおよび前記収納部の前記位置姿勢データと、前記把持動作が禁止された位置姿勢データと、を比較して前記ロボットと前記収納部との干渉の有無を判定する判定工程と、
前記制御部は干渉の有無に関する前記判定に基づき、前記ロボットで収納部に設けられた前記ワークを把持する工程と、
の各工程を備えることを特徴とするロボット装置の制御方法。
A robot apparatus control method comprising: a vision sensor; a robot including a gripping means; and a control unit that controls the vision sensor and the robot,
The control unit stores position and orientation data at the time of a gripping operation by the robot, and position and orientation data that is set based on geometric data of the workpiece and the workpiece storage unit and is prohibited from the gripping operation. ,
Capturing with the vision sensor, obtaining the position and orientation data of the workpiece and the storage unit of the workpiece;
A determination step of comparing the acquired position and orientation data of the workpiece and the storage unit with the position and orientation data in which the gripping operation is prohibited to determine the presence or absence of interference between the robot and the storage unit;
The control unit gripping the workpiece provided in the storage unit by the robot based on the determination on the presence or absence of interference;
A method for controlling a robot apparatus comprising the steps of:
前記判定工程において、収納部の幾何学モデルに対して配されたワークモデルに対する収納部の幾何学モデルの位置と姿勢に基づく判定が行われることを特徴とする請求項3記載のロボット装置の制御方法。   4. The control of the robot apparatus according to claim 3, wherein in the determination step, a determination is made based on a position and a posture of the geometric model of the storage unit with respect to a work model arranged for the geometric model of the storage unit. Method. 前記把持手段の幾何学モデルと収納部の幾何学モデルが干渉すると判定される位置姿勢は、把持動作が禁止された位置姿勢として記録されることを特徴とする請求項4記載のロボット装置の制御方法。   5. The control of the robot apparatus according to claim 4, wherein the position / posture determined to interfere with the geometric model of the gripper and the geometric model of the storage unit is recorded as a position / posture in which the gripping operation is prohibited. Method. 前記収納部と前記ロボットとが干渉すると判定された場合に、前記制御部によって、ロボットによって前記収納部を揺動させ、前記収納部に対するワークの配置を変える工程を
そなえることを特徴とする請求項3ないし5のいずれか一項に記載に記載のロボット装置の制御方法。
The control unit includes a step of swinging the storage unit by the robot and changing the arrangement of the workpiece with respect to the storage unit when it is determined that the storage unit and the robot interfere with each other. The control method of the robot apparatus according to any one of 3 to 5.
把持が禁止された位置姿勢データの範囲外のワークの位置姿勢に対してロボットの動作が可能かどうかを検証する動作シミュレーション工程をさらに備えていることを特徴とする請求項3ないし6のいずれか一項記載のロボット装置の制御方法。   The operation simulation step of verifying whether or not the robot can be operated with respect to the position and orientation of the workpiece outside the range of the position and orientation data for which gripping is prohibited is further provided. A control method for a robot apparatus according to one item.
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