JP2018075660A - Work-piece gripping position instruction system and picking device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボットアームにワークの把持位置を指示するシステム、および、該システムにより指示された把持位置でワークをピッキングする装置に関する。 The present invention relates to a system for instructing a gripping position of a workpiece to a robot arm, and an apparatus for picking the workpiece at a gripping position instructed by the system.
従来、作業面上に載置されたワークをロボットアームの把持爪でピッキングする場合に、把持対象のワークをカメラで撮影し、撮映像からワークの位置や姿勢を検出する方法が知られている。例えば、撮影した画像からワーク形状の特徴となる点を検出し、画像上の特徴点とあらかじめ記憶したワークモデル上の特徴点とのパターンマッチングを行うことによりワークの位置や姿勢を検出する方法が知られている。 Conventionally, when picking a workpiece placed on a work surface with a gripping claw of a robot arm, a method of photographing the workpiece to be grasped with a camera and detecting the position and orientation of the workpiece from the captured image is known. . For example, there is a method for detecting a position or posture of a workpiece by detecting a point that is a feature of the workpiece shape from a photographed image and performing pattern matching between the feature point on the image and the feature point on the workpiece model stored in advance. Are known.
特許文献1には、産業用ロボットの視覚としてカメラを使用し、カメラで捕えた三次元距離画像を処理してワーク形状の特徴点を求める技術が記載されている。特許文献2には、ステレオカメラや距離画像センサを用いたロボットシステムにおいて、ピッキングミスが発生したときに、ワークを照らす照明の輝度や向きを調整する技術が提案されている。
しかし、カメラの映像データから画像処理やパターンマッチングを用いてワーク形状の特徴点を求める方法は、映像データが深度情報を持たないため、例えば、ランダムに積み上げられたワークを一つずつロボットアームでピッキングする用途には適さなかった。また、カメラの映像は外乱光を含む照明環境による影響を受けやすいため、同じ照明環境下で表面性状(色や粗さ)、画角内位置、高さ、または深さが異なる多種類のワークをピッキングすることができないという問題点があった。 However, the method of obtaining feature points of a workpiece shape from image data of a camera using image processing or pattern matching is because the image data does not have depth information. It was not suitable for picking applications. In addition, since the camera image is easily affected by the lighting environment including ambient light, many types of workpieces with different surface properties (color and roughness), in-angle position, height, or depth under the same lighting environment. There was a problem that could not be picked.
そこで、本発明の目的は、二次元変位センサを使用し、深度情報を含むピッキングデータをロボットアームに指示できるシステム、および、照明環境による影響を受けることなく、多種類のワークを的確にピッキングできる装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to use a two-dimensional displacement sensor to accurately pick a variety of workpieces without being affected by the illumination environment and a system that can instruct picking data including depth information to the robot arm. To provide an apparatus.
上記課題を解決するために、本発明は、次のような特徴的手段を提供する。
(1) 二次元変位センサを用いて、XYZ三次元空間で移動可能な把持部を備えたロボットアームのコントローラにワークの把持位置を指示するためのシステムであって、二次元変位センサからXZ平面内のワーク形状を表す波形データをY方向に複数入力する入力部と、複数の波形データに基づいて把持部によるワークの把持位置を演算する演算部と、ワーク把持位置を含む制御情報をロボットアームのコントローラに出力する出力部とを備え、演算部が、波形データからワーク形状の特徴点を検出する特徴点検出部を含み、検出された特徴点に基づいてXYZ三次元空間におけるワークの把持位置を求めることを特徴とする把持位置指示システム。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following characteristic means.
(1) A system for instructing a gripping position of a workpiece to a controller of a robot arm provided with a gripping portion movable in an XYZ three-dimensional space using a two-dimensional displacement sensor, the XZ plane from the two-dimensional displacement sensor An input unit that inputs a plurality of waveform data representing the workpiece shape in the Y direction, a calculation unit that calculates a gripping position of the workpiece by the gripping unit based on the plurality of waveform data, and a robot arm that receives control information including the workpiece gripping position An output unit that outputs to the controller of the computer, and the calculation unit includes a feature point detection unit that detects a feature point of the workpiece shape from the waveform data, and the workpiece gripping position in the XYZ three-dimensional space based on the detected feature point A gripping position indicating system characterized by obtaining
(2) 特徴点検出部が、波形データに基づいてワーク形状の変化率を求め、変化率の複数のピーク点のうちXY平面からZ方向へ最も離れたピーク点をワーク形状の特徴点として検出することを特徴とする把持位置指示システム。 (2) The feature point detection unit obtains the change rate of the workpiece shape based on the waveform data, and detects the peak point farthest from the XY plane in the Z direction among the plurality of peak points of the change rate as the feature point of the workpiece shape A gripping position indicating system characterized by:
(3) 特徴点検出部が、ワーク形状の変化率に基づいて、ロボットアームの把持部が進入可能なワークの空隙部を検出することを特徴とする把持位置指示システム。 (3) A gripping position instruction system in which the feature point detection unit detects a gap portion of a work that the gripping unit of the robot arm can enter based on a change rate of the work shape.
(4) 特徴点検出部が、波形データに基づいて、ロボットアームの把持部がワークの空隙部に進入する角度を求めることを特徴とする把持位置指示システム。 (4) A gripping position instruction system in which the feature point detection unit obtains an angle at which the gripping unit of the robot arm enters the gap of the workpiece based on the waveform data.
(5) 上記(1)〜(4)の何れか一項に記載された把持位置指示システムを用いて、ランダムに積み重ねられた複数のワークのうちの一つをロボットアームの把持部によりピッキングすることを特徴とするワークピッキング装置。 (5) Using the gripping position instruction system described in any one of (1) to (4) above, one of a plurality of randomly stacked workpieces is picked by the gripping portion of the robot arm. A workpiece picking device characterized by that.
(6) 複数のワークが、少なくとも一つの不定形ワークを含むことを特徴とするワークピッキング装置。 (6) The workpiece picking apparatus, wherein the plurality of workpieces include at least one irregular workpiece.
(7) ワークが載置されるXY平面と二次元変位センサが相対移動可能に設備されていることを特徴とするワークピッキング装置。 (7) A workpiece picking apparatus, wherein an XY plane on which a workpiece is placed and a two-dimensional displacement sensor are installed so as to be relatively movable.
本発明の把持位置指示システムによれば、二次元変位センサを用いて、深度情報を含むピッキングデータをロボットアームに提供できるという効果がある。また、本発明のワークピッキング装置によれば、把持位置指示システムから提供されたデータに従い、照明環境による影響を受けることなく、多種類のワークを的確にピッキングできるという効果がある。 According to the gripping position instruction system of the present invention, there is an effect that picking data including depth information can be provided to the robot arm using the two-dimensional displacement sensor. In addition, according to the work picking apparatus of the present invention, there is an effect that various types of work can be accurately picked according to data provided from the gripping position instruction system without being affected by the illumination environment.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1に示ワークピッキング装置1は、XY平面4に配置された複数のワーク7を走査する二次元変位センサ3、複数のワーク7のうちの一つを把持する把持爪6を備えたロボットアーム5、ロボットアーム5の動きを制御するコントローラ8、二次元変位センサ3が出力した波形データWに基づいて把持爪6によるワーク7の把持位置をコントローラ8に指示する把持位置指示システム2から構成されている。把持爪6は、XYZ三次元空間で移動可能である。ワーク7の種類によっては、把持爪6をZ方向に延びる軸線の周りで回転可能に装備することもできる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. A
ワーク7は、特定の形状および材質に限定されないが、この実施形態では、柔軟材料でリング状に形成された不定形ワークである。複数の不定形ワーク7は、XY平面4上にランダムに積まれ、集合状態でXYZ三次元空間に配置されている。XY平面4は、例えばコンベヤによって形成されたワーク搬送面の一部に含まれ、二次元変位センサ3に対してY方向へ移動する。二次元変位センサ3は、X方向に広がる帯状のレーザー光をXY平面4に向けて照射し、XZ平面内のワーク形状を表す波形データWをXY平面4との相対移動に伴って多数出力するようになっている。
Although the
図2に示すように、把持位置指示システム2は、二次元変位センサ3から波形データWを入力する入力部11、入力された複数の波形データWに基づいて把持爪6によるワーク7の把持位置を演算する演算部12、演算された把持位置を含む制御情報をロボットアーム5のコントローラ8に出力する出力部15を含み、各部が図1に示すコンピュータ10に実装されている。そして、演算部12に、XZ平面の波形データWからワーク形状の特徴点を検出する特徴点検出部13が設けられている。
As shown in FIG. 2, the gripping
次に、図3および図4に従って演算部12における処理をより具体的に説明する。図3(a)に示すように、二次元変位センサ3は、XY平面4(図1参照)との相対移動に伴い、ワーク搬送面の上にランダムに積まれたワーク7の集合体を帯状レーザー光によってY方向に走査し、図3(b)に示すように、多数の走査線L1,2,・・・,nに対応する波形データ(プロファイルデータ)W1,2,・・・,nを取得し、取得した波形データWをコンピュータ10に出力する。
Next, the process in the calculating
コンピュータ10では、入力部11が二次元変位センサ3からの波形データWを入力し、演算部12の特徴点検出部13が波形データWからワーク形状の特徴点を検出する。図4には、図3(b)の波形データW2を例に特徴点の求め方が示されている。特徴点検出部13は、波形データW2において、X方向の微小距離(例えば0.005〜0.01mm等)毎にZ方向の高さ変化率(ΔZ/ΔX)を求め、変化率をプロットした変化率グラフW2’を生成する。そして、変化率グラフW2’中の複数のピーク点23のうちXY平面4からZ方向へ最も離れたピーク点23maxをワーク形状の特徴点21として検出するとともに、ワーク形状の変化率に基づいて、ロボットアーム5の把持部6がワーク集合体中に進入可能な空隙部を検出する。
In the
こうすれば、把持爪6によるワーク7を把持可能な位置をワーク集合体中に一義的に求めることができるため、個々のワークの位置や形状または姿勢を把握するまでもなく、一つの特徴点21に基づいてワーク7の把持位置を容易に演算することができる。把持位置の演算にあたっては、演算部12が、特徴点21のXYZ座標値、つまり、波形データ中のX,Z座標値と、その波形データに対応する走査線L2のY座標値をXYZ三次元空間におけるワーク7の把持位置として求め、出力部15からロボットアーム5のコントローラ8に提供する。さらに、特徴点の前後関係を調べることで、把持爪6の向きを解析できるとともに、波形データに基づいて、ロボットアーム5の把持部6がワーク7の空隙部に進入する角度を求めることもできる。なお、図4には2つのピーク点23maxが同じ高さに示されているが、どちらか一つが特徴点21として選択される。
In this way, the position at which the
次に、図5に従って把持位置指示システム2の動作について説明する。ワークピッキング装置1が起動されると、把持位置指示システム2がワーク7の把持位置をロボットアーム5のコントローラに指示するための動作を開始する。まず、把持位置指示システム2は、二次元変位センサ3からXZ平面内の波形データWを入力する(図5のS51)。次いで、入力した波形データWに基づいてワーク形状の特徴点を検出する(S52)。
Next, the operation of the gripping
続いて、把持位置指示システム2は、複数の特徴点のうちXY平面4からZ方向へ最も離れたピーク点を最適特徴点として検出するとともに、その特徴点の近くに把持爪6が進入可能な空隙部を検出する(S53)。そして、特徴点の前後関係から把持爪6の向きを求め、波形データから把持爪6の空隙部への進入角度を算出し(S54)、その算出結果を含む制御情報をコントローラ8に出力する(S55)。なお、図5に示した処理は、一例にすぎず、処理順序を適宜に変更して実施することも可能である。
Subsequently, the gripping
したがって、この実施形態の把持位置指示システム2によれば、二次元変位センサ3が出力した波形データWに基づいて制御情報を出力するので、従来の画像処理やパターンマッチングとは異なり、深度情報を含むピッキングデータをロボットアーム5のコントローラ8に提供することができる。このため、ワークピッキング装置1は、ロボットアーム5の把持爪6により、XY平面4上にランダムに積まれた移動中のワーク集合体からワーク7を一つずつ順番にピッキングすることができる。
Therefore, according to the gripping
また、この実施形態の把持位置指示システム2によれば、XY平面4から最も離れた点をワーク形状の最適特徴点として検出しているため、ワーク7自体の形状に関わりなく、把持爪6の位置、向きおよび進入角度を容易に演算することが可能である。このことにより、例えば、柔軟なパッキンなど、パターンマッチングによっては困難とされていた不定形ワークでも、ロボットアーム5の把持爪6によってミスなくピッキングすることが可能となり、従来人手に頼っていた不定形ワークのピッキング作業を自動化することができるという効果もある。
Further, according to the gripping
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、波形データに基づいて把持爪6のZ軸線周りの回転角度を制御したり、把持爪6に代えて真空または磁気吸着ヘッドを使用したりするなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の構成を任意に変更して実施することも可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and the rotation angle around the Z-axis of the gripping claws 6 is controlled based on the waveform data, or a vacuum or magnetic attraction head is used instead of the gripping claws 6. For example, the configuration of each unit can be arbitrarily changed without departing from the spirit of the present invention.
1 ワークピッキング装置
2 把持位置指示システム
3 二次元変位センサ
4 XY平面
5 ロボットアーム
6 把持爪
7 ワーク
8 コントローラ
10 コンピュータ
11 入力部
12 演算部
13 特徴点検出部
15 出力部
21 特徴点
23 変化率のピーク点
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記二次元変位センサからXZ平面内のワーク形状を表す波形データをY方向に複数入力する入力部と、前記複数の波形データに基づいて前記把持部によるワークの把持位置を演算する演算部と、前記把持位置を含む制御情報を前記コントローラに出力する出力部とを備え、
前記演算部が、前記波形データから前記ワーク形状の特徴点を検出する特徴点検出部を含み、前記特徴点に基づいて前記XYZ三次元空間における前記ワークの把持位置を求めることを特徴とする把持位置指示システム。 A system for instructing a gripping position of a workpiece to a controller of a robot arm having a gripping portion movable in an XYZ three-dimensional space using a two-dimensional displacement sensor,
An input unit that inputs a plurality of waveform data representing a workpiece shape in the XZ plane from the two-dimensional displacement sensor in the Y direction; a calculation unit that calculates a gripping position of the workpiece by the gripping unit based on the plurality of waveform data; An output unit that outputs control information including the gripping position to the controller;
The calculation unit includes a feature point detection unit that detects a feature point of the workpiece shape from the waveform data, and obtains a gripping position of the workpiece in the XYZ three-dimensional space based on the feature point. Position indication system.
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