JP2020168679A - ロボットシステム及び撮像方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】収容部を棚から引き出した際に生じる撮像部の死角を撮像することができるロボットシステム及び撮像方法を提供する。【解決手段】ロボットシステムは、収容部10を把持する把持部E1と、把持部E1が設けられ、収容部10を収容部10が収納された棚14から引き出す第1アームA1と、第1アームA1に設けられ、把持部E1にかかる力を検出する力検出部J1と、収容部10を撮像する撮像部C3と、把持部E1及び第1アームA1を制御する制御部50と、を有し、制御部50は、第1アームA1により、収容部10を棚14から引き出した後、把持部E1又は第1アームA1により、収容部10を棚14に対して傾ける制御を行う。【選択図】図5

Description

本発明は、ロボットシステム及び撮像方法に関するものである。
従来、物品を自動的に保持して移動する装置として、ロボットアームの先端にカメラと吸着パッドとを備えた無人機が知られている。この無人機は、対称となる物品をカメラで撮影し、画像処理して物品の形状及び位置を検出し、吸着パッドで当該物品を吸着する。
例えば、カメラにより物品収容棚と引き出しとを撮像し、撮像した画像を用いて物品収容棚から引き出しを引き出す技術が記載されている(例えば、特許文献1参照)。
また、カメラにより可動トレイの内部を撮像した画像を用いて、可動トレイの内部の部品をピッキングする技術、また可動トレイを傾けて部品を移動させる技術について記載されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2018−89721号公報 特開2018−8343号公報
しかしながら、特許文献1及び特許文献2では、部品を撮像する際に、カメラの死角に存在する部品を撮像することができないおそれがある。
本願のロボットシステムは、収容部を把持する把持部と、前記把持部が設けられ、前記収容部を前記収容部が収納された棚から引き出す第1アームと、前記第1アームに設けられ、前記把持部にかかる力を検出する力検出部と、前記収容部を撮像する撮像部と、前記把持部及び前記第1アームを制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記第1アームにより、前記収容部を前記棚から引き出した後、前記把持部又は前記第1アームにより、前記収容部を前記棚に対して傾ける制御を行う。
上記のロボットシステムでは、前記制御部は、前記第1アームにより、前記収容部を前記棚から引き出す、又は、前記把持部又は前記第1アームにより、前記収容部を傾ける際に、前記力検出部が所定の出力値を検出した場合、前記収容部を前記棚から引き出す制御、又は、前記収容部を傾ける制御を中断させることが好ましい。
上記のロボットシステムでは、前記棚から前記収容部を引き出す方向をX軸、前記X軸に直交し、且つ前記収容部が前記棚に収納された状態において、前記収容部の底面に平行な方向をY軸、前記X軸と前記Y軸とに直交する方向をZ軸とした場合、前記収容部を傾ける制御は、前記把持部又は前記第1アームにより、前記X軸周りに前記収容部を回動させる、又は、前記Y軸周りに前記収容部を回動させることが好ましい。
上記のロボットシステムでは、前記撮像部は、前記収容部よりも鉛直方向上方に配置されており、前記制御部は、前記把持部又は前記第1アームにより、前記収容部を傾ける制御を行う前に、前記把持部又は前記第1アームにより、前記把持部が前記収容部を把持した箇所が前記撮像部に近づくように前記収容部を前記Y軸周りに前記収容部を回動させる制御を行うことが好ましい。
上記のロボットシステムでは、前記第1アームにより、前記棚から前記収容部を引き出す距離が予め記憶された記憶部を有することが好ましい。
上記のロボットシステムでは、前記撮像部が設けられた第2アームを有し、前記撮像部は、撮像面を有し、前記制御部は、前記第2アームを前記撮像面に対して直交する直線と前記収容部の前記底面の法線との成す角度を減少させる方向に移動させることが好ましい。
本願の撮像方法は、収容部を把持する把持部と、前記把持部が設けられ、前記収容部を前記収容部が収納された棚から引き出す第1アームと、前記第1アームに設けられ、前記把持部にかかる力を検出する力検出部と、前記収容部を撮像する撮像部と、を有するロボットによる撮像方法であって、前記把持部により、前記棚に収納されている前記収容部を把持する把持工程と、前記第1アームにより、前記収容部を前記棚から引き出す引出工程と、前記撮像部により、前記収容部を撮像する収容部撮像工程と、前記収容部撮像工程の撮像結果を基に、前記収容部の底面を検出し、前記底面の法線を算出する法線算出工程と、前記法線と前記撮像部の光軸とが平行でないと判定した場合、前記把持部又は前記第1アームにより、前記光軸と前記法線との成す角度を減少させる方向に前記収容部を傾ける傾け工程と、前記引出工程及び前記傾け工程の際、前記力検出部が所定の出力値を検出した場合、前記引出工程及び前記傾け工程を中断する中断工程と、前記撮像部により、前記収容部の内部を撮像する内部撮像工程と、を含む。
上記の撮像方法では、前記傾け工程では、前記光軸と前記法線との成す角度が0°になるまで前記収容部を傾けることが好ましい。
上記の撮像方法では、前記中断工程の後、前記光軸と前記法線との成す角度を増大させる方向に前記収容部を傾ける中断復帰工程を含むことが好ましい。
上記の撮像方法では、前記引出工程、前記傾け工程、及び前記中断工程は、前記光軸と前記法線との成す角度が所定の角度に傾くまで繰り返すことが好ましい。
上記の撮像方法では、前記引出工程は、前記収容部が周囲の物体に衝突し、前記力検出部により、前記物体から前記収容部に向かう方向の力を検出した際、前記第1アームにより、前記収容部を前記物体から前記収容部に向かう方向に移動することが好ましい。
第1実施形態に係る第1ロボットシステムの構成の一例を示す図。 第1ロボット制御装置のハードウェア構成の一例を示す図。 第1情報処理装置のハードウェア構成の一例を示す図。 第1ロボット制御装置の機能構成の一例を示す図。 第1実施形態に係る第1ロボットシステムの構成の一例を示す図。 コンテナのロール方向及びピッチ方向の傾きを示す図。 第1実施形態に係る第1ロボットシステムの撮像方法を示すフローチャート。 第3撮像部とコンテナとの位置関係を示す概略側面断面図。 コンテナの取っ手を第2エンドエフェクターが把持した状態を示す概略側面断面図。 第3撮像部とコンテナとの位置関係を示す概略側面断面図。 第3撮像部とコンテナとの位置関係を示す概略側面断面図。 第2実施形態に係る第1ロボットシステムの撮像方法を示すフローチャート。 第3撮像部とコンテナとの位置関係を示す概略側面断面図。 コンテナの取っ手を第2エンドエフェクターが把持した状態を示す概略側面断面図。 第3撮像部とコンテナとの位置関係を示す概略側面断面図。 第3撮像部とコンテナとの位置関係を示す概略側面断面図。 第3撮像部とコンテナとの位置関係を示す概略側面断面図。 第3実施形態に係る第2撮像部とコンテナとの位置関係を示す概略側面断面図。 第4及び第5実施形態に係る第2撮像部とコンテナとの位置関係を示す概略側面断面図。 変形例に係る第2ロボットシステムの構成の一例を示す図。
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。
(第1実施形態)
<第1ロボットシステムの概要>
図1は、本実施形態に係る第1ロボットシステム2の構成の一例を示す図である。
本実施形態に係るロボットシステムとしての第1ロボットシステム2は、ロボットとしての第1ロボット40と、第1情報処理装置60と、を備える。また、第1ロボット40は、制御部としての第1ロボット制御装置50を内蔵する。なお、第1ロボットシステム2は、第1情報処理装置60を備えない構成であってもよい。
また、第1ロボット40は、第1ロボット制御装置50を内蔵する構成に代えて、外部に設置された第1ロボット制御装置50により制御される構成であってもよい。この場合、第1ロボットシステム2は、第1ロボット40と、第1ロボット制御装置50と、を備える。
また、第1ロボットシステム2は、第1ロボット40と、第1情報処理装置60と、の両方に加えて、第1ロボット40と別体の撮像部等の他の装置を備える構成であってもよい。
以下では、説明の便宜上、図1に示した第1ロボット座標系RC1におけるZ軸の正方向を上方向又は上と称し、当該Z軸の負方向を下方向又は下と称して説明する。第1ロボット座標系RC1は、第1ロボット40のロボット座標系のことである。また、以下では、一例として、第1ロボット座標系RC1におけるZ軸の負方向と鉛直方向とが一致している場合について説明する。なお、当該負方向と鉛直方向とは、一致していない構成であってもよい。
第1ロボット40は、第1アームA1と、第2アームA2と、第1アームA1及び第2アームA2を支持する第1支持台B1と、第1支持台B1の内側に備えられた第1ロボット制御装置50と、を備える双腕ロボットである。なお、第1ロボット40は、双腕ロボットに代えて、3本以上のアームを備える複腕ロボットであってもよく、1本のアームを備える単腕ロボットであってもよい。また、第1ロボット40は、スカラ(水平多関節)ロボット、直交座標ロボット、円筒型ロボット等の他のロボットであってもよい。直交座標ロボットは、例えば、ガントリロボットである。
第1支持台B1は、第1ロボット40がある面に設置された場合において当該面に直交する方向に沿って2つの部分に分割されている。以下では、説明の便宜上、第1ロボット40が設置される当該面を設置面と称して説明する。また、以下では、一例として、設置面が図1に示した第1ロボット座標系RC1におけるX軸及びY軸を含む面であるXY平面と平行、すなわち、第1ロボット座標系RC1におけるZ軸と直交している場合について説明する。なお、設置面は、XY平面と非平行、すなわち、当該Z軸と直交していなくてもよい。また、第1支持台B1は、分割されていない構成であってもよく、3つ以上の部分に分割されている構成であってもよい。当該2つの部分のうち設置面から遠い方の部分は、当該2つの部分のうち設置面から近い方の部分に対して回動可能である。当該遠い方の部分が回動する場合の回動面は、例えば、設置面に対して平行である。なお、当該回動面は、設置面に対して非平行であってもよい。
第1アームA1は、把持部としての第1エンドエフェクターE1と、第1マニピュレーターM1と、力検出部としての第1力検出部J1と、を備える。
第1エンドエフェクターE1は、物体を保持するエンドエフェクターである。
第1マニピュレーターM1は、7つの関節と、第1撮像部C1と、を備える。また、7つの関節のそれぞれは、図示しないアクチュエーターを備える。すなわち、第1マニピュレーターM1を備える第1アームA1は、7軸垂直多関節型のアームである。第1アームA1は、第1支持台B1と、第1エンドエフェクターE1と、第1マニピュレーターM1と、7つの関節それぞれのアクチュエーターと、による連携した動作によって7軸の自由度の動作を行う。なお、第1アームA1は、6軸以下の自由度で動作する構成であってもよく、8軸以上の自由度で動作する構成であってもよい。
第1アームA1が7軸の自由度で動作する場合、第1アームA1は、6軸以下の自由度で動作する場合と比較して取り得る姿勢が増える。これにより第1アームA1は、例えば、動作が滑らかになり、更に第1アームA1の周辺に存在する物体との干渉を容易に回避することができる。また、第1アームA1が7軸の自由度で動作する場合、第1アームA1の制御は、第1アームA1が8軸以上の自由度で動作する場合と比較して計算量が少なく容易である。
第1撮像部C1は、例えば、集光された光を電気信号に変換する撮像素子として、CCD(Charge Coupled Device)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等を備えたカメラである。本例において、第1撮像部C1は、第1マニピュレーターM1の一部に備えられる。このため、第1撮像部C1は、第1マニピュレーターM1の動きに応じて移動する。すなわち、第1撮像部C1が撮像可能な範囲は、第1アームA1の動きに応じて変化する。
第1力検出部J1は、第1エンドエフェクターE1と第1マニピュレーターM1との間に備えられる。第1力検出部J1は、第1エンドエフェクターE1に作用した外力、又は第1エンドエフェクターE1により保持された物体に作用した外力を検出する。なお、第1力検出部J1は、第1エンドエフェクターE1に作用した外力、又は第1エンドエフェクターE1により保持された物体に作用した外力を検出する。第1力検出部J1が検出する所定の出力値は、後述する図5に示す収容部としてのコンテナ10が棚14等に接触することで生じる出力値のことである。第1力検出部J1は、例えば、力覚センサー、圧力センサー、トルクセンサー等であってもよい。
第1エンドエフェクターE1は、第1基台D1と、第1指部F1と、第1掌部H1と、を備える。本実施形態では、第1指部F1は、4本の指である第1指G1、第2指G2、第3指G3、及び第4指G4を備える。
ここで、第1基台D1は、第1力検出部J1を介して、第1マニピュレーターM1に取り付けられる。
なお、第1エンドエフェクターE1及び第2エンドエフェクターE2については、図示を簡略化してあるが、本実施形態で説明される動作が可能な構造を有する。
第1基台D1は、第1力検出部J1の側とは反対の側に平面の表面を有する。表面に4本の指である第1指G1、第2指G2、第3指G3、及び第4指G4が配置されている。本実施形態では、表面は正方形の形状を有しており、正方形が有する4つの頂点のそれぞれの付近に、第1指G1、第2指G2、第3指G3、及び第4指G4のそれぞれが配置されている。第1指G1、第2指G2、第3指G3、及び第4指G4のそれぞれは、第1基台D1に対して相対的に動かされることが可能である。本実施形態では、4本の指である第1指G1、第2指G2、第3指G3、及び第4指G4は、隣り合う2本の指の相対位置関係を保つとともに他の2本の指の相対位置関係を保ちながら、これら2本の指の組どうしを近づけることで物体を把持することができ、これら2本の指の組どうしを遠ざけることで物体を解放することができる。ここで、物体を解放するとは、把持していた物体を離すことを意味する。
また、他の構成として、4本の指である第1指G1、第2指G2、第3指G3、及び第4指G4は、例えば、これら4本の指を正方形の中央部などに向かって互いに近づけることで物体を把持することができ、これら4本の指を正方形の中央部から遠ざけることで物体を解放することができる。なお、第1指部F1の構成及び動作としては、任意の構成及び動作が用いられてもよい。例えば、第1指部F1が備える指の数、あるいは、指の動きなどは、任意であってもよい。また、それぞれの指は、例えば、屈曲することが可能な1つ以上の関節を備えてもよい。
また、表面において、4本の指である第1指G1、第2指G2、第3指G3、及び第4指G4によって囲まれる中央部に、第1掌部H1が配置されている。本実施形態では、第1掌部H1は、第1基台D1の表面と平行な面を表面として有する。第1掌部H1は、第1基台D1に対して相対的に動かされることが可能である。本実施形態では、第1掌部H1は、第1基台D1の表面と第1掌部H1の表面との距離が大きくなることで第1基台D1から第1力検出部J1に向かう方向とは反対の方向に押す動作を行うことができ、逆に、第1基台D1の表面と第1掌部H1の表面との距離が小さくなることで第1基台D1から第1力検出部J1に向かう方向に引く動作を行うことができる。
第2アームA2は、第1アームA1の構成と同様の構成を有する。すなわち、第2エンドエフェクターE2は、第1エンドエフェクターE1の構成と同様の構成を有する。また、第2マニピュレーターM2は、第1マニピュレーターM1の構成と同様の構成を有する。また、第2マニピュレーターM2は、撮像部としての第2撮像部C2を備える。第2撮像部C2は、第1撮像部C1の構成と同様の構成を有する。また、第2力検出部J2は、第1力検出部J1の構成と同様の構成を有する。
ここで、第2エンドエフェクターE2は、第2基台D2と、第2指部F2と、第2掌部H2と、を備える。本実施形態では、第2指部F2は、4本の指である第5指G5、第6指G6、第7指G7、第8指G8を備える。
なお、本実施形態では、第1エンドエフェクターE1が第1指部F1を備える構成としたが、指の代わりに、爪が用いられてもよい。また、第2エンドエフェクターE2についても同様である。
また、第2アームA2は、第1アームA1の構成と異なる構成であってもよい。すなわち、第2エンドエフェクターE2は、第1エンドエフェクターE1の構成と異なる構成であってもよい。また、第2マニピュレーターM2は、第1マニピュレーターM1の構成と異なる構成であってもよい。また、第2撮像部C2は、第1撮像部C1の構成と異なる構成であってもよい。また、第2力検出部J2は、第1力検出部J1の構成と異なる構成であってもよい。
また、第1ロボット40は、撮像部としての第3撮像部C3と、第4撮像部C4と、を備える。
第3撮像部C3は、例えば、集光された光を電気信号に変換する撮像素子として、CCD、CMOS等を備えたカメラである。第3撮像部C3は、第4撮像部C4が撮像可能な範囲を第4撮像部C4とともにステレオ撮像可能な部位に備えられる。
第4撮像部C4は、例えば、集光された光を電気信号に変換する撮像素子として、CCD、CMOS等を備えたカメラである。第4撮像部C4は、第3撮像部C3が撮像可能な範囲を第3撮像部C3とともにステレオ撮像可能な部位に備えられる。
第1ロボット40が備える各機能部、すなわち、第1エンドエフェクターE1、第2エンドエフェクターE2、第1マニピュレーターM1、第2マニピュレーターM2、第1撮像部C1〜第4撮像部C4、第1力検出部J1、及び第2力検出部J2のそれぞれは、ケーブルによって第1ロボット制御装置50と通信可能に接続されている。これにより、各機能部のそれぞれは、第1ロボット制御装置50から取得される制御信号に基づく動作を行う。なお、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)、USB(Universal Serial Bus)等の規格によって行われる。また、各機能部のうちの一部又は全部は、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第1ロボット制御装置50と接続される構成であってもよい。なお、第1ロボット40は、第1撮像部C1、第2撮像部C2、第3撮像部C3、及び第4撮像部C4のうちの一部又は全部を備えない構成であってもよい。
第1ロボット制御装置50は、第1ロボット40を制御する。ここで、以下では、一例として、第1ロボット制御装置50による第1アームA1の制御方法と、第1ロボット制御装置50による第2アームA2の制御方法とが、互いに同じ方法である場合について説明する。このため、以下では、第1ロボット制御装置50による第1アームA1の制御方法を例に挙げて、第1ロボット制御装置50による第1ロボット40の制御について説明する。なお、第1ロボット制御装置50による第1アームA1の制御方法と、第1ロボット制御装置50による第2アームA2の制御方法とは、一部又は全部が互いに異なる構成であってもよい。
また、第1ロボット制御装置50は、第1力検出部J1が検出した結果を示す情報を第1力検出部J1から取得し、取得した当該情報に基づく力制御によって第1アームA1を動作させる。力制御は、インピーダンス制御等のコンプライアントモーション制御のことである。
また、第1ロボット制御装置50は、第2力検出部J2が検出した結果を示す情報を第2力検出部J2から取得し、取得した情報に基づく力制御によって第2アームA2を動作させる。力制御は、インピーダンス制御等のコンプライアントモーション制御のことである。
第1ロボット制御装置50は、上記において説明した処理によって第1アームA1を動作させる。また、第1ロボット制御装置50は、上記において説明した処理と同様の処理によって第2アームA2を動作させる。そして、第1ロボット制御装置50は、第1アームA1と第2アームA2との少なくとも一方を動作させ、第1ロボット40に所定の作業を行わせる。所定の作業は、如何なる作業であってもよい。なお、第1ロボット制御装置50は、上記において説明した処理に加えて、他の処理によって第1アームA1と第2アームA2との少なくとも一方を動作させる構成であってもよい。
第1情報処理装置60は、例えば、ノートPC(Personal Computer)、タブレットPC、デスクトップPC、ワークステーション、多機能携帯電話端末(スマートフォン)、携帯電話端末、PDA(Personal Digital Assistant)等の情報処理装置である。なお、第1情報処理装置60は、ティーチングペンダントであってもよい。
第1情報処理装置60は、ユーザーから受け付けた操作に応じて、動作プログラム、教示点情報等の各種の情報を生成する。そして、第1情報処理装置60は、生成した情報を、第1ロボット制御装置50に出力して記憶させ、これにより、例えば、第1ロボット制御装置50に教示する。ここで、第1情報処理装置60は、第1ロボット制御装置50がオフライン状態である場合であっても、生成した情報を、第1ロボット制御装置50に出力して記憶させることができる。
第1情報処理装置60は、ケーブルによって通信可能に第1ロボット制御装置50と接続されている。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)、USB等の規格によって行われる。ここで、第1情報処理装置60と第1ロボット制御装置50とを繋ぐケーブルは、第1情報処理装置60と第1ロボット制御装置50とを通信可能に接続する回線のうちの有線による回線の一例である。なお、第1情報処理装置60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第1ロボット制御装置50と接続される構成であってもよい。この場合、例えば、Wi−Fi(登録商標)は、第1情報処理装置60と第1ロボット制御装置50との間を通信可能に接続する回線のうちの無線による回線の一例である。
<第1ロボット制御装置のハードウェア構成>
以下、図2を参照し、第1ロボット制御装置50のハードウェア構成について説明する。
図2は、第1ロボット制御装置50のハードウェア構成の一例を示す図である。
第1ロボット制御装置50は、例えば、第1プロセッサー52と、記憶部としての第1メモリー54と、第1通信部56と、を備える。また、第1ロボット制御装置50は、第1通信部56を介して第1情報処理装置60と通信を行う。これらの構成要素は、バスを介して相互に通信可能に接続されている。
第1プロセッサー52は、例えば、CPU(Central Processing Unit)である。なお、第1プロセッサー52は、CPUに代えて、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の他のプロセッサーであってもよい。第1プロセッサー52は、第1メモリー54に格納された各種のプログラムを実行する。
第1メモリー54は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)あるいはSSD(Solid State Drive)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read−Only Memory)、ROM(Read−Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を含む。なお、第1メモリー54は、第1ロボット制御装置50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あってもよい。第1メモリー54は、第1ロボット制御装置50が処理する各種の情報、各種の画像、動作プログラム等を格納する。なお、第1メモリー54は、1つの記憶装置によって構成されてもよく、複数の記憶装置によって構成されてもよい。
第1通信部56は、例えば、USB等のデジタル入出力ポート、あるいは、イーサネット(登録商標)ポート等を含んで構成される。なお、第1ロボット制御装置50は、キーボード、マウス、タッチパッド等の入力装置と、ディスプレイを有する表示装置とのいずれか一方又は両方を備える構成であってもよい。
<第1情報処理装置のハードウェア構成>
以下、図3を参照し、第1情報処理装置60のハードウェア構成について説明する。
図3は、第1情報処理装置60のハードウェア構成の一例を示す図である。
第1情報処理装置60は、第2プロセッサー62と、第2メモリー64と、第2通信部66と、第1入力受付部68と、第1表示部70と、を備える。また、第1情報処理装置60は、第2通信部66を介して第1ロボット制御装置50と通信を行う。これらの構成要素は、バスを介して相互に通信可能に接続されている。
第2プロセッサー62の構成は、第1プロセッサー52の構成と同様の構成であるため、説明を省略する。なお、第2プロセッサー62は、1つの情報処理装置、本例において、第1情報処理装置60が備えるCPUによって構成されてもよく、複数の情報処理装置が備えるCPUによって構成されてもよい。
第2メモリー64の構成は、第1メモリー54の構成と同様の構成であるため、説明を省略する。なお、第2メモリー64は、複数の記憶装置によって構成される場合、当該複数の記憶装置には、第1情報処理装置60と別体の情報処理装置が備える記憶装置が含まれる構成であってもよい。
第2通信部66の構成は、第1通信部56の構成と同様の構成であるため、説明を省略する。
第1入力受付部68は、キーボード、マウス、タッチパッド等の入力装置である。なお、第1入力受付部68は、第1表示部70と一体に構成されたタッチパネルであってもよい。
第1表示部70は、例えば、液晶ディスプレイパネル、あるいは、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイパネルである。
<第1ロボット制御装置の機能構成>
以下、図4を参照し、第1ロボット制御装置50の機能構成について説明する。
図4は、第1ロボット制御装置50の機能構成の一例を示す図である。
第1ロボット制御装置50は、第1メモリー54と、第1通信部56と、第1制御部80と、を備える。ここで、第1メモリー54及び第1通信部56は、図2に示されるものと同じである。
第1制御部80は、第1ロボット制御装置50の全体を制御する。第1制御部80は、第1プログラム処理部82と、第1通信制御部84と、第1ロボット制御部86と、を備える。第1制御部80が備えるこれらの機能部は、例えば、第1プロセッサー52が、第1メモリー54に記憶された各種の指令を実行することにより実現される。なお、指令は、例えば、プログラム、プログラムに含まれる各コマンド等である。また、機能部のうちの一部又は全部は、LSI、ASIC等のハードウェア機能部であってもよい。
第1プログラム処理部82は、第1アームA1の制御において、第1メモリー54に記憶された動作プログラムを第1メモリー54から読み出す。第1プログラム処理部82は、読み出した動作プログラムに基づいて、第1アームA1の制御を行う。また、第1プログラム処理部82は、第2アームA2の制御において、第1アームA1の制御において行う処理と同様の処理を行う。
第1通信制御部84は、第1通信部56を介した第1情報処理装置60との通信を制御する。
第1ロボット制御部86は、第1プログラム処理部82により制御されて、第1アームA1との間で所定の信号を通信することで、第1アームA1の動作を制御する。すなわち、第1ロボット制御部86は、第1プログラム処理部82によって決定された第1アームA1の制御の態様が実現されるように、第1アームA1の動作を制御する。また、第1ロボット制御部86は、第2アームA2の制御において、第1アームA1の制御において行う処理と同様の処理を行う。
<力制御の説明>
第1アームA1を例として、力制御について説明する。なお、第2アームA2についても同様である。
第1力検出部J1は、第1エンドエフェクターE1と第1マニピュレーターM1との間に設けられている。第1力検出部J1は、例えば、水晶を含む力検出素子を4つ備える。そして、第1力検出部J1は、4つの水晶のそれぞれに加わる剪断力に基づいて、第1ロボット40のハンドに作用した外力を検出する。
ここで、第1ロボット40のハンドは、第1エンドエフェクターE1のことである。第1力検出部J1は、第1エンドエフェクターE1又は第1エンドエフェクターE1により把持された物体に作用した外力を検出する。このとき、他の捉え方として、第1エンドエフェクターE1により把持された物体が第1ロボット40のハンドであるとみなされてもよい。外力には、ハンドを並進させる並進力が含まれる。並進力には、力検出座標系における互いに直交する3つの軸のそれぞれの方向に作用する3つの並進力が含まれている。ここで、力検出座標系は、第1力検出部J1に対応付けられた三次元直交座標系のことである。また、外力には、ハンドを回動させる回動(回転)モーメント(トルク)が含まれる。回動モーメントには、力検出座標系における3つの軸のそれぞれの周りに作用する3つの回動モーメントが含まれている。すなわち、第1力検出部J1は、3つの並進力と3つの回動モーメントとのそれぞれを外力として検出する。第1力検出部J1は、検出した3つの並進力のそれぞれに応じた出力値と、検出した3つの回動モーメントのそれぞれに応じた出力値との6つの出力値のそれぞれを示す情報を外力検出情報として第1ロボット制御装置50に出力する。すなわち、6つの出力値のうちの一部又は全部は、第1力検出部J1から出力される出力値の一例である。
外力検出情報は、第1ロボット制御装置50による第1ロボット40の力制御に用いられる。力制御は、第1力検出部J1から出力された出力値に基づく制御、すなわち、第1力検出部J1から第1ロボット制御装置50に出力された外力検出情報に基づく制御のことであり、例えば、インピーダンス制御等のコンプライアントモーション制御のことである。
なお、第1力検出部J1は、水晶を含む力検出素子を3つ以下備える構成であってもよく、水晶を含む力検出素子を5つ以上備える構成であってもよい。また、第1力検出部J1は、水晶を含む4つの力検出素子のうちの一部又は全部に代えて、水晶を含まない力検出素子を備える構成であってもよい。また、第1力検出部J1は、水晶を含む4つの力検出素子のうちの一部又は全部に加えて、水晶を含まない力検出素子を備える構成であってもよい。
このように、第1力検出部J1としては、水晶を用いたものの精度が良いが、他の構成のものが用いられてもよい。
また、第1ロボット制御装置50は、第1力検出部J1から外力検出情報を取得し、取得した外力検出情報と、動作プログラムとに基づく力制御によって第1アームA1を動作させる。力制御において、第1ロボット制御装置50は、第1アームA1を動作させ、外力検出情報が示す6つの出力値のうち動作プログラムにより指定された1つ以上の出力値が、動作プログラムにより指定された目標値となるように所定の制御点の位置及び姿勢を変化させる。この際、第1ロボット制御装置50は、1つ以上の出力値が目標値と一致するように制御点の位置及び姿勢を変化させる場合における制御点の位置及び姿勢のそれぞれの変化分を、力制御に応じた運動方程式を解くことによって算出する。例えば、力制御としてインピーダンス制御が用いられる場合、運動方程式は、インピーダンス制御に応じた運動方程式となる。なお、力制御に応じた運動方程式については、公知であるため、詳細な説明を省略する。
なお、特許文献2では、可動トレイの傾け作業において、力検出部を用いていないため、可動トレイに負荷がかかったこと等を検出できないおそれがあった。本実施形態では第1力検出部J1を用いることで、後述する引出作業によりコンテナが棚や他のコンテナに引っ掛かったとしても、コンテナを破損させることを防ぐことができる。
図5は、本実施形態に係る第1ロボットシステム2の構成の一例を示す図である。
本実施形態に係る第1ロボットシステム2では、図5に示すような構成により、棚14に収納されているコンテナ10の内部のワークWを第3撮像部C3により撮像する。そして、第1ロボットシステム2では、撮像した画像を画像処理してワークWの形状及び位置を検出する。そして、第1ロボットシステム2では、第2エンドエフェクターE2でワークWを把持する。ここで言う収納とは、少なくともコンテナ10が棚14に載置されている状態である。すなわち、棚14に限らず、コンテナ10が載置されている部材が存在すれば、当該部材上に載置されたコンテナ10のことを、単に棚14に収納されているコンテナ10と表現している。
その際、第1ロボットシステム2では、コンテナ10の内部のワークWを第3撮像部C3により撮像するために、第1エンドエフェクターE1又は第1アームA1によりコンテナ10を傾ける。
なお、棚14は、コンテナ10を収納する部材、ラックである。棚14は、第1ロボット40の正面に載置されている。棚14は、例えば、ワークWや工具等が種類ごとに整理されて載置されている。棚14は、例えば、鉛直方向には5段に仕切られており、棚14では、仕切られた5段のスペースにそれぞれコンテナ10等を載置することができる。すなわち、棚14の仕切り板の上面が、それぞれ、載置面として機能している。コンテナ10の内部には、ワークWが収納されている。このため、例えば、ワークWを各載置面に種類ごとに分別したりすることができ、作業効率を高めることができる。なお、棚14は、必ずしも第1ロボット40の正面に載置されている必要はなく、ワークWを第3撮像部C3により撮像できる位置に載置されていればよい。例えば、第1ロボット40の第1アームA1側の側面に載置されていてもよい。
第1ロボット制御装置50は、第1エンドエフェクターE1又は第1アームA1により、コンテナ10を棚14から引き出す、又は、コンテナ10又は第1アームA1により、コンテナ10を傾ける際に、第1力検出部J1が所定の出力値を検出した場合、コンテナ10を棚14から引き出す制御、又は、コンテナ10を傾ける制御を中断させてもよい。これによれば、コンテナ10を破損させることなく傾けることができる。また、コンテナ10が棚14や他のコンテナに引っ掛かったとしても、コンテナ10を破損させることを防ぐことができる。
第1力検出部J1の所定の出力値は、例えば、5〜10Nである。また、第1力検出部J1の所定の出力値は、例えば、5N付近であってもよい。また、コンテナ10の内部のワークWが荷崩れしたことを検出する出力値であってもよい。その場合は、荷崩れしたことを周囲のユーザーに通知してもよい。
第1エンドエフェクターE1は、コンテナ10の取っ手12を把持する。第1エンドエフェクターE1は、第1指部F1によってコンテナ10の取っ手12を挟んで持つことによりコンテナ10を把持する。
第1アームA1は、コンテナ10をコンテナ10が収納された棚14から引き出す。第1アームA1は、コンテナ10が収納された棚14からコンテナ10を引き出す。
第3撮像部C3は、コンテナ10を撮像する。第3撮像部C3は、コンテナ10の内部を撮像する。第3撮像部C3は、コンテナ10の外観を撮像する。
第1ロボット制御装置50は、第1ロボット40を制御して、棚14に収められているコンテナ10の内部のワークWを取り出すためにコンテナ10を棚14から引き出す。第1ロボット制御装置50は、引き出したコンテナ10の内部のワークWが第3撮像部C3により撮像できないとき、第1ロボット40を制御して、コンテナ10を傾けてワークWを第3撮像部C3により撮像できるようにする。
第1ロボット制御装置50は、第1エンドエフェクターE1及び第1アームA1を制御する。第1ロボット制御装置50は、第1アームA1によりコンテナ10を棚14から引き出した後、第1エンドエフェクターE1又は第1アームA1により、コンテナ10を棚14に対して傾ける制御を行う。
第1撮像部C1は、コンテナ10よりも鉛直方向上方に配置されている。第1ロボット制御装置50は、第1エンドエフェクターE1又は第1アームA1により、コンテナ10を傾ける制御を行う前に、第1エンドエフェクターE1又は第1アームA1により、第1エンドエフェクターE1がコンテナ10を把持した箇所が第1撮像部C1に近づくようにコンテナ10をY軸周りにコンテナ10を回動させる制御を行ってもよい。これによれば、コンテナ10を棚14から引き出した際に生じる第3撮像部C3の後述する図10に示す死角16に存在するワークWを移動させ、第3撮像部C3によるワークWの撮像が容易になる。また、第1ロボット制御装置50は、第1エンドエフェクターE1又は第1アームA1によりコンテナ10を傾ける制御を行う前に、第1エンドエフェクターE1又は第1アームA1により、第1エンドエフェクターE1がコンテナ10を把持した箇所が鉛直方向とは反対方向である上方向に上がるようにコンテナ10をピッチ方向32に傾ける制御を行ってもよい。
図6は、コンテナ10のロール方向及びピッチ方向の傾きを示す図である。
本実施形態の第1ロボットシステム2では、コンテナ10を傾ける制御は、第1エンドエフェクターE1又は第1アームA1により、図6の上図に示すように、Y軸周りにコンテナ10を回動させる。これを本実施形態では、コンテナ10をピッチ方向32に傾ける制御と呼ぶ。
また、コンテナ10を傾ける制御は、第1エンドエフェクターE1又は第1アームA1により、図6の下図に示すように、X軸周りにコンテナ10を回動させる。これを本実施形態では、コンテナ10をロール方向30に傾ける制御と呼ぶ。これによれば、コンテナを棚から引き出した際に生じる第3撮像部C3の死角16を容易に撮像することができる。
なお、棚14からコンテナ10を引き出す方向をX軸、X軸に直交し且つコンテナ10の底面18に平行な方向をY軸、X軸とY軸とに直交する方向をZ軸とする。また、コンテナ10のX軸の負方向側を手前あるいは手前側と称し、X軸の正方向側を奥あるいは奥側と称して説明することがある。
コンテナ10を傾ける制御とは、コンテナ10の一方を他方よりも鉛直方向とは反対方向である上方向、又は鉛直方向である下方向に位置させ、コンテナ10の底面18を傾斜させる制御である。コンテナ10を傾ける制御とは、コンテナ10の底面18の引き出し方向の手前側を、鉛直方向である下方向に下げる制御である。コンテナ10を傾ける制御とは、コンテナ10の底面18の引き出し方向の手前側を、鉛直方向とは反対方向である上方向に上げる制御である。
なお、コンテナ10を傾ける制御では、第1エンドエフェクターE1又は第1アームA1は、支点22を中心とする円弧の軌道24上を移動してもよい。
第1メモリー54は、第1アームA1により棚14からコンテナ10を引き出す距離を予め記憶していてもよい。これによれば、コンテナ10を適当な距離だけ引き出すことができる。第1メモリー54は、コンテナ10の形状を記憶してもよい。
<撮像方法>
本実施形態に係る撮像方法は、上述した第1ロボット40による撮像方法である。
撮像方法は、把持工程と、引出工程と、収容部撮像工程としてのコンテナ撮像工程と、法線算出工程と、傾け工程と、中断工程と、内部撮像工程と、を含んでいる。
把持工程では、第1エンドエフェクターE1により棚14に収納されているコンテナ10を把持する。
引出工程では、第1アームA1によりコンテナ10を棚14から引き出す。引出工程は、コンテナ10が周囲の図示しない物体に衝突し、第1力検出部J1により物体からコンテナ10に向かう方向の力を検出した際、第1アームA1により、コンテナ10を物体からコンテナ10に向かう方向に移動してもよい。これによれば、引出工程によりコンテナ10が棚14や他のコンテナに引っ掛かったとしても、コンテナ10を破損させることを防ぐことができる。
コンテナ撮像工程では、第3撮像部C3によりコンテナ10を撮像する。
法線算出工程では、コンテナ撮像工程の撮像結果を基に、コンテナ10の底面18を検出し、底面18に対して垂直の方向、つまり、法線26あるいは垂線を算出する。なお、コンテナ10の底面18の法線26の検出は、従来から用いられているエッジ検出やテンプレートマッチングや三次元物体認識等の手法を用いればよい。
傾け工程では、法線26と第3撮像部C3の光軸34とが平行でないと判定した場合、第1エンドエフェクターE1又は第1アームA1により、光軸34と法線26との成す角度を減少させる方向にコンテナ10を傾ける。
傾け工程では、光軸34と法線26との成す角度が0°になるまでコンテナ10を傾けてもよい。これによれば、コンテナ10を棚14から引き出した際に生じる第3撮像部C3の死角16を撮像することができる。
傾け工程では、底面18の奥側を、コンテナ10を傾けるための支点22として用いる。傾け工程では、コンテナ10の底面18の奥側を支点22にして、コンテナ10の引き出し方向の手前側を、鉛直方向である下方に下げる。傾け工程では、コンテナ10の底面18の奥側を支点22にして、コンテナ10の引き出し方向の手前側を、鉛直方向とは反対方向である上方向に上げる。傾け工程では、第1エンドエフェクターE1又は第1アームA1は、支点22を中心とする円弧の軌道24上を移動してもよい。
傾け工程では、第3撮像部C3とコンテナ10との鉛直方向の間隔が近いほど、大きく傾ける。傾け工程では、第3撮像部C3とコンテナ10との鉛直方向の間隔が遠いほど、小さく傾ける。
傾け工程では、第3撮像部C3とコンテナ10との鉛直方向の間隔が近いほど、コンテナ10の引き出し方向の手前側を、鉛直方向である下方に大きく下げる。傾け工程では、第3撮像部C3とコンテナ10との鉛直方向の間隔が遠いほど、コンテナ10の引き出し方向の手前側を、鉛直方向である下方に小さく下げる。
中断工程では、引出工程及び傾け工程の際、第1力検出部J1が所定の出力値を検出した場合、引出工程及び傾け工程を中断する。第1力検出部J1の所定の出力値は、例えば、5〜10Nである。また、第1力検出部J1の所定の出力値は、例えば、5N付近であってもよい。
撮像方法は、中断復帰工程を含んでもよい。中断復帰工程では、中断工程の後、光軸34と法線26との成す角度を増大させる方向にコンテナ10を傾けてもよい。これによれば、コンテナ10にかかる負荷を減少させることができる。
内部撮像工程では、第3撮像部C3によりコンテナ10の内部を撮像する。
引出工程、傾け工程、及び中断工程は、光軸34と法線26との成す角度が所定の角度に傾くまで繰り返してもよい。これによれば、コンテナ10が棚14から落下することを防ぎつつ、コンテナ10を傾けることができる。
上記各工程は、第1ロボット制御装置50で実行される。
図7は、本実施形態に係る第1ロボットシステムの撮像方法を示すフローチャートである。図8は、第3撮像部C3とコンテナ10との位置関係を示す概略側面断面図である。具体的には、第3撮像部C3と棚14から引き出す前のコンテナ10との位置関係を示している。図9は、コンテナ10の取っ手12を第1エンドエフェクターE1が把持した状態を示す概略側面断面図である。図10は、第3撮像部C3とコンテナ10との位置関係を示す概略側面断面図である。具体的には、第3撮像部C3と棚14から引き出したコンテナ10との位置関係を示している。図11は、第3撮像部C3とコンテナ10との位置関係を示す概略側面断面図である。具体的には、第3撮像部C3と手前を鉛直方向である下方に下げたコンテナ10との位置関係を示している。
本処理を始める前の状態として、第1ロボットシステム2は、第3撮像部C3により撮像領域28内のワークWを撮像しようとするが、第3撮像部C3は、図8に示すように、棚14によって撮像領域28が遮られて、コンテナ10の内部のワークWを撮像することができない状態である。
先ず、図7に示すように、ステップS10の把持工程において、第1ロボット制御装置50は、第1ロボット40を制御して、図9に示すように、第1エンドエフェクターE1の第1指部F1を取っ手12に当接させ、第1エンドエフェクターE1の第1指部F1により取っ手12を把持する。そして、ステップS20の処理に移行する。
次に、ステップS20の引出工程において、第1ロボット制御装置50は、第1ロボット40を制御して、図9及び図10に示すように、コンテナ10を棚14から所定の位置に近づけるように引き出す。なお、中断工程及び中断復帰工程を含んでいてもよい。第1ロボット制御装置50は、コンテナ10を傾ける動作をしながらコンテナ10を引き出してもよい。そして、ステップS30の処理に移行する。
次に、ステップS30のコンテナ撮像工程において、第1ロボット制御装置50は、第3撮像部C3を制御して、図10に示すように、引き出されたコンテナ10の外観を撮像する。そして、ステップS40の処理に移行する。
次に、ステップS40の法線算出工程において、第1ロボット制御装置50は、コンテナ撮像工程の撮像結果を基に、コンテナ10の底面18を検出し、底面18の法線26を算出する。そして、ステップS50の処理に移行する。
次に、ステップS50において、第1ロボット制御装置50は、撮像した画像より、コンテナ10を棚14から引き出した際に生じる第3撮像部C3の死角16があるか否かを判定する。
この判定の結果、第1ロボット制御装置50は、撮像した画像より、コンテナ10を棚14から引き出した際に生じる第3撮像部C3の死角16があると判定した場合(YES)、ステップS60の処理に移行する。
一方、この判定の結果、第1ロボット制御装置50は、撮像した画像より、コンテナ10を棚14から引き出した際に生じる第3撮像部C3の死角16がないと判定した場合(NO)、ステップS70の処理に移行する。
ここで、コンテナ10を棚14から引き出した際に生じる第3撮像部C3の死角16とは、撮像対象としているコンテナ10において、第3撮像部C3のある位置からは撮像できない部位若しくは範囲である。第3撮像部C3とコンテナ10との位置関係において、第3撮像部C3からコンテナ10の底面18を全て見ることができれば、死角16はない状態といえる。
次に、ステップS60の傾け工程において、第1ロボット制御装置50は、第1ロボット40を制御して、図11に示すように、コンテナ10の引き出し方向の手前側を、鉛直方向である下方に下げる。第1ロボット制御装置50は、コンテナ10を棚14から引き出した際に生じる第3撮像部C3の死角16がなくなるまでコンテナ10の手前を鉛直方向である下方に下げる。なお、中断工程及び中断復帰工程を含んでいてもよい。第1ロボット制御装置50は、コンテナ10を傾ける動作をしながらコンテナ10を引き出してもよい。そして、ステップS70の処理に移行する。
次に、ステップS70の内部撮像工程において、第1ロボット制御装置50は、第3撮像部C3を制御して、コンテナ10の内部のワークWを撮像する。そして、ステップS80の処理に移行する。
次に、ステップS80において、第1ロボット制御装置50は、撮像した画像より、コンテナ10の内部にワークWがあるか否かを判定する。
この判定の結果、第1ロボット制御装置50は、撮像した画像より、コンテナ10の内部にワークWがあると判定した場合(YES)、ステップS90の処理に移行する。
一方、この判定の結果、第1ロボット制御装置50は、撮像した画像より、コンテナ10の内部にワークWがないと判定した場合(NO)、本処理を終了する。
次に、ステップS90において、第1ロボット制御装置50は、第1ロボット40を制御して、第2エンドエフェクターE2の第2指部F2をワークWに当接させ、第2エンドエフェクターE2の第2指部F2によりワークWを把持し、ワークWをコンテナ10から所定の位置に移動する。そして、本処理を終了する。
本実施形態によれば、コンテナ10を棚14から引き出した際に生じる第3撮像部C3の死角16を、コンテナ10を傾けることで撮像することができる。
(第2実施形態)
図12は、本実施形態に係る第1ロボットシステム2の撮像方法を示すフローチャートである。図13は、第3撮像部C3とコンテナ10との位置関係を示す概略側面断面図である。具体的には、第3撮像部C3と棚14から引き出す前のコンテナ10との位置関係を示している。図14は、コンテナ10の取っ手12を第1エンドエフェクターE1が把持した状態を示す概略側面断面図である。図15は、第3撮像部C3とコンテナ10との位置関係を示す概略側面断面図である。具体的には、第3撮像部C3と棚14から引き出したコンテナ10との位置関係を示している。図16は、第3撮像部C3とコンテナ10との位置関係を示す概略側面断面図である。具体的には、第3撮像部C3と手前を鉛直方向とは反対方向である上方向に上げたコンテナ10との位置関係を示している。図17は、第3撮像部C3とコンテナ10との位置関係を示す概略側面断面図である。具体的には、第3撮像部C3と手前を上げた状態から戻したコンテナ10との位置関係を示している。
以下、第1ロボット40の撮像方法を、図12〜図17を参照しながら説明する。
本実施形態に係る第1ロボット40は、コンテナ10の引き出し方向の手前側を、鉛直方向とは反対方向である上方向に上げて傾ける点が、第1実施形態と異なっている。以下、第1実施形態と同じ構成材料には同一符号を付し、ここではそれらの説明を省略又は簡略化する。
本処理を始める前の状態として、第3撮像部C3は、図13に示すように、棚14によって撮像領域28が遮られて、コンテナ10の内部のワークWを撮像することができない状態である。また、ワークWは、コンテナ10の内部の手前側に置かれている状態である。
先ず、図12に示すように、ステップS110の把持工程において、第1ロボット制御装置50は、第1ロボット40を制御して、図14に示すように、第1エンドエフェクターE1の第1指部F1を取っ手12に当接させ、第1エンドエフェクターE1の第1指部F1により取っ手12を把持する。そして、ステップS120の処理に移行する。
次に、ステップS120の引出工程において、第1ロボット制御装置50は、第1ロボット40を制御して、図15に示すように、コンテナ10を棚14から所定の位置に近づけるように引き出す。なお、中断工程及び中断復帰工程を含んでいてもよい。そして、ステップS130の処理に移行する。
次に、ステップS130のコンテナ撮像工程及び内部撮像工程において、第1ロボット制御装置50は、第3撮像部C3を制御して、図15に示すように、引き出されたコンテナ10の外観及びコンテナ10の内部を撮像する。そして、ステップS140の処理に移行する。
次に、ステップS140において、第1ロボット制御装置50は、撮像した画像より、引き出されたコンテナ10の内部にワークWがあるか否かを判定する。
この判定の結果、第1ロボット制御装置50は、撮像した画像より、引き出されたコンテナ10の内部にワークWがあると判定した場合(YES)、ステップS200の処理に移行する。
一方、この判定の結果、第1ロボット制御装置50は、撮像した画像より、引き出されたコンテナ10の内部にワークWがないと判定した場合(NO)、ステップS150の処理に移行する。
次に、ステップS150の法線算出工程において、第1ロボット制御装置50は、コンテナ撮像工程の撮像結果を基に、コンテナ10の底面18を検出し、底面18の法線26を算出する。そして、ステップS160の処理に移行する。
次に、ステップS160の傾け工程において、第1ロボット制御装置50は、第1ロボット40を制御して、図16に示すように、コンテナ10の引き出し方向の手前側を、鉛直方向とは反対方向である上方向に上げる。なお、中断工程及び中断復帰工程を含んでいてもよい。コンテナ10の手前側にあったワークWは、上述のコンテナ10の動きにより矢印36の方向に移動して、コンテナ10の奥側に配置される。そして、ステップS170の処理に移行する。
次に、ステップS170において、第1ロボット制御装置50は、第1ロボット40を制御して、図17に示すように、コンテナ10をステップS160の傾け工程の前の状態に戻す。そして、ステップS180の処理に移行する。
次に、ステップS180の内部撮像工程において、第1ロボット制御装置50は、第3撮像部C3を制御して、図17に示すように、コンテナ10の内部のワークWを撮像する。そして、ステップS190の処理に移行する。
次に、ステップS190において、第1ロボット制御装置50は、撮像した画像より、コンテナ10の内部にワークWがあるか否かを判定する。
この判定の結果、第1ロボット制御装置50は、撮像した画像より、コンテナ10の内部にワークWがあると判定した場合(YES)、ステップS200の処理に移行する。
一方、この判定の結果、第1ロボット制御装置50は、撮像した画像より、コンテナ10の内部にワークWがないと判定した場合(NO)、本処理を終了する。
次に、ステップS200において、第1ロボット制御装置50は、第1ロボット40を制御して、第2エンドエフェクターE2の第2指部F2をワークWに当接させ、第2エンドエフェクターE2の第2指部F2によりワークWを把持し、ワークWをコンテナ10から所定の位置に移動する。そして、本処理を終了する。
(第3実施形態)
図18は、本実施形態に係る第2撮像部C2とコンテナ10との位置関係を示す概略側面断面図である。具体的には、第2撮像部C2と手前を鉛直方向である下方に下げたコンテナ10との位置関係を示している。
以下、第1ロボット40の撮像方法を、図18を参照しながら説明する。
本実施形態に係る第1ロボット40は、第2撮像部C2によりコンテナ10を撮像する点が、第1実施形態と異なっている。以下、第1実施形態と同じ構成材料には同一符号を付し、ここではそれらの説明を省略又は簡略化する。
本実施形態に係る第1ロボット40は、第2アームA2の第2マニピュレーターM2に備える第2撮像部C2によりコンテナ10を撮像する。
本実施形態に係る第1ロボット40は、傾け工程において、第1ロボット制御装置50が第1ロボット40を制御して、図18に示すように、第1エンドエフェクターE1又は第1アームA1でコンテナ10の引き出し方向の手前側を、鉛直方向である下方に下げつつ、第2アームA2を制御して、コンテナ10を棚14から引き出した際に生じる第2撮像部C2の死角16ができない位置へ第2撮像部C2を移動する。そして、第1ロボット制御装置50は、第2撮像部C2によりコンテナ10の内部のワークWを撮像する。
(第4実施形態)
図19は、本実施形態に係る第2撮像部C2とコンテナ10との位置関係を示す概略側面断面図である。具体的には、第2撮像部C2と手前を鉛直方向である下方に下げたコンテナ10との位置関係を示している。
以下、第1ロボット40の撮像方法を、図19を参照しながら説明する。
本実施形態に係る第1ロボット制御装置50は、傾け工程において、第1ロボット40を制御して、図19に示すように、コンテナ10の底面18の法線26と、第2撮像部C2の光軸34と、が平行(一致)で、かつ第2撮像部C2の光軸34がコンテナ10の内部に存在する位置へ第2撮像部C2を移動する点が、第1実施形態と異なっている。
(第5実施形態)
本実施形態に係る第1ロボット制御装置50は、傾け工程において、第1ロボット40を制御して、図19に示すように、コンテナ10の底面18の法線26と第2撮像部C2の光軸34との成す角度が所定範囲内に収まる位置へ第2撮像部C2を移動する点が、第4実施形態と異なっている。
第2撮像部C2は、撮像面33を備える。第1ロボット制御装置50は、第2アームA2を撮像面33に対して直交する直線としての光軸34とコンテナ10の底面18の法線26との成す角度を減少させる方向に移動させてもよい。これによれば、コンテナ10を傾ける量を減少させることができる。
(変形例)
図20は、変形例に係る第2ロボットシステム4の構成の一例を示す図である。図20には、図1と同様に、第2ロボット座標系RC2を示してある。
本変形例のロボットシステムとしての第2ロボットシステム4は、ロボットとしての第2ロボット240と、第2情報処理装置260と、制御部としての第2ロボット制御装置250と、撮像部としての第5撮像部C5と、を備える。
第2ロボット240は、第2支持台B2と、第1アームとしての第3アームA3と、を備える。
第3アームA3は、第3マニピュレーターM3と、把持部としての第3エンドエフェクターE3と、力検出部としての第3力検出部J3と、を備える。
図20の例のように、第2ロボットシステム4は、双腕ロボットである第1ロボット40に代えて、単腕ロボットである第2ロボット240を備える構成である。
図20に示した通り、第2ロボット240は、第3アームA3が第2支持台B2によって支持されている単腕ロボットである。なお、第2ロボット240は、第1ロボット40と異なり、外部に設置された第2ロボット制御装置250によって制御される。
第2ロボット240は、第3アームA3と、第3アームA3を支持する第2支持台B2と、を備える単腕ロボットである。
第3アームA3は、第3エンドエフェクターE3と、第3マニピュレーターM3と、第3力検出部J3と、を備える。
第3エンドエフェクターE3は、コンテナ10の取っ手12及びワークWを保持するエンドエフェクターである。図20の例では、第3エンドエフェクターE3は、指部を備え、当該指部によってコンテナ10の取っ手12及びワークWを挟んで持つことによりコンテナ10の取っ手12及びワークWを保持する。
第3マニピュレーターM3は、6つの関節を備える。また、6つの関節はそれぞれ、図示しないアクチュエーターを備える。すなわち、第3マニピュレーターM3を備える第3アームA3は、6軸垂直多関節型のアームである。第3アームA3は、第2支持台B2と、第3エンドエフェクターE3と、第3マニピュレーターM3と、第3マニピュレーターM3が備える6つの関節それぞれのアクチュエーターと、による連携した動作によって6軸の自由度の動作を行う。なお、第3アームA3は、5軸以下の自由度で動作する構成であってもよく、7軸以上の自由度で動作する構成であってもよい。
第3力検出部J3は、第3エンドエフェクターE3と第3マニピュレーターM3との間に備えられる。第3力検出部J3は、例えば、力センサーである。第3力検出部J3は、第3エンドエフェクターE3に作用した外力、又は第3エンドエフェクターE3により保持された物体に作用した外力を検出する。なお、第3力検出部J3は、第3エンドエフェクターE3に作用した外力、又は第3エンドエフェクターE3により保持された物体に作用した外力を検出するトルクセンサーであってもよい。
第2ロボット240が備える各機能部(すなわち、第3エンドエフェクターE3、第3マニピュレーターM3、第5撮像部C5、第3力検出部J3)のそれぞれは、ケーブルによって第2ロボット制御装置250と通信可能に接続されている。これにより、各機能部のそれぞれは、第2ロボット制御装置250から取得される制御信号に基づく動作を行う。なお、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)、USB等の規格によって行われる。また、各機能部のうちの一部又は全部は、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第2ロボット制御装置250と接続される構成であってもよい。
第5撮像部C5は、コンテナ10の外観及び内部、ワークW等を撮像する。第5撮像部C5は、例えば、集光された光を電気信号に変換する撮像素子として、CCD、CMOS等を備えたカメラである。
なお、以上に説明した第1ロボット制御装置50、第2ロボット制御装置250などの任意の装置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(記憶媒体)に記録(記憶)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、オペレーティングシステム(OS:Operating System)あるいは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 Disc)−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あるいは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)あるいは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。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、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。
以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。
ロボットシステムは、収容部を把持する把持部と、前記把持部が設けられ、前記収容部を前記収容部が収納された棚から引き出す第1アームと、前記第1アームに設けられ、前記把持部にかかる力を検出する力検出部と、前記収容部を撮像する撮像部と、前記把持部及び前記第1アームを制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記第1アームにより、前記収容部を前記棚から引き出した後、前記把持部又は前記第1アームにより、前記収容部を前記棚に対して傾ける制御を行う。
これによれば、収容部を棚から引き出した際に生じる撮像部の死角を、収容部を傾けることで撮像することができる。
上記のロボットシステムでは、前記制御部は、前記第1アームにより、前記収容部を前記棚から引き出す、又は、前記把持部又は前記第1アームにより、前記収容部を傾ける際に、前記力検出部が所定の出力値を検出した場合、前記収容部を前記棚から引き出す制御、又は、前記収容部を傾ける制御を中断させることが好ましい。
これによれば、収容部を破損させることなく傾けることができる。また、収容部が棚や他の収容部に引っ掛かったとしても、収容部を破損させることを防ぐことができる。
上記のロボットシステムでは、前記棚から前記収容部を引き出す方向をX軸、前記X軸に直交し、且つ前記収容部が前記棚に収納された状態において、前記収容部の底面に平行な方向をY軸、前記X軸と前記Y軸とに直交する方向をZ軸とした場合、前記収容部を傾ける制御は、前記把持部又は前記第1アームにより、前記X軸周りに前記収容部を回動させる、又は、前記Y軸周りに前記収容部を回動させることが好ましい。
これによれば、収容部を棚から引き出した際に生じる撮像部の死角を容易に撮像することができる。
上記のロボットシステムでは、前記撮像部は、前記収容部よりも鉛直方向上方に配置されており、前記制御部は、前記把持部又は前記第1アームにより、前記収容部を傾ける制御を行う前に、前記把持部又は前記第1アームにより、前記把持部が前記収容部を把持した箇所が前記撮像部に近づくように前記収容部を前記Y軸周りに前記収容部を回動させる制御を行うことが好ましい。
これによれば、収容部を棚から引き出した際に生じる撮像部の死角に存在する例えばワークを移動させ、撮像部によるワークの撮像が容易になる。
上記のロボットシステムでは、前記第1アームにより、前記棚から前記収容部を引き出す距離が予め記憶された記憶部を有することが好ましい。
これによれば、収容部を適当な距離だけ引き出すことができる。
上記のロボットシステムでは、前記撮像部が設けられた第2アームを有し、前記撮像部は、撮像面を有し、前記制御部は、前記第2アームを前記撮像面に対して直交する直線と前記収容部の前記底面の法線との成す角度を減少させる方向に移動させることが好ましい。
これによれば、収容部を傾ける量を減少させることができる。
撮像方法は、収容部を把持する把持部と、前記把持部が設けられ、前記収容部を前記収容部が収納された棚から引き出す第1アームと、前記第1アームに設けられ、前記把持部にかかる力を検出する力検出部と、前記収容部を撮像する撮像部と、を有するロボットによる撮像方法であって、前記把持部により、前記棚に収納されている前記収容部を把持する把持工程と、前記第1アームにより、前記収容部を前記棚から引き出す引出工程と、前記撮像部により、前記収容部を撮像する収容部撮像工程と、前記収容部撮像工程の撮像結果を基に、前記収容部の底面を検出し、前記底面の法線を算出する法線算出工程と、前記法線と前記撮像部の光軸とが平行でないと判定した場合、前記把持部又は前記第1アームにより、前記光軸と前記法線との成す角度を減少させる方向に前記収容部を傾ける傾け工程と、前記引出工程及び前記傾け工程の際、前記力検出部が所定の出力値を検出した場合、前記引出工程及び前記傾け工程を中断する中断工程と、前記撮像部により、前記収容部の内部を撮像する内部撮像工程と、を含む。
これによれば、収容部を棚から引き出した際に生じる撮像部の死角を、収容部を傾けることで撮像することができる。
上記の撮像方法では、前記傾け工程では、前記光軸と前記法線との成す角度が0°になるまで前記収容部を傾けることが好ましい。
これによれば、収容部を棚から引き出した際に生じる撮像部の死角を撮像することができる。
上記の撮像方法では、前記中断工程の後、前記光軸と前記法線との成す角度を増大させる方向に前記収容部を傾ける中断復帰工程を含むことが好ましい。
これによれば、収容部にかかる負荷を減少させることができる。
上記の撮像方法では、前記引出工程、前記傾け工程、及び前記中断工程は、前記光軸と前記法線との成す角度が所定の角度に傾くまで繰り返すことが好ましい。
これによれば、収容部が棚から落下することを防ぎつつ、収容部を傾けることができる。
上記の撮像方法では、前記引出工程は、前記収容部が周囲の物体に衝突し、前記力検出部により、前記物体から前記収容部に向かう方向の力を検出した際、前記第1アームにより、前記収容部を前記物体から前記収容部に向かう方向に移動することが好ましい。
これによれば、引出工程により収容部が棚や他の収容部に引っ掛かったとしても、コンテナを破損させることを防ぐことができる。
2…第1ロボットシステム(ロボットシステム) 4…第2ロボットシステム(ロボットシステム) 10…コンテナ(収容部) 12…取っ手 14…棚 16…死角 18…底面 22…支点 24…軌道 26…法線 28…撮像領域 30…ロール方向 32…ピッチ方向 33…撮像面 34…光軸(直線) 36…矢印 40…第1ロボット(ロボット) 50…第1ロボット制御装置(制御部) 52…第1プロセッサー 54…第1メモリー(記憶部) 56…第1通信部 60…第1情報処理装置 62…第2プロセッサー 64…第2メモリー 66…第2通信部 68…第1入力受付部 70…第1表示部 80…第1制御部 82…第1プログラム処理部 84…第1通信制御部 86…第1ロボット制御部 240…第2ロボット(ロボット) 250…第2ロボット制御装置(制御部) 260…第2情報処理装置 A1…第1アーム A2…第2アーム A3…第3アーム(第1アーム) B1…第1支持台 B2…第2支持台 C1…第1撮像部 C2…第2撮像部(撮像部) C3…第3撮像部(撮像部) C4…第4撮像部 C5…第5撮像部(撮像部) D1…第1基台 D2…第2基台 E1…第1エンドエフェクター(把持部) E2…第2エンドエフェクター E3…第3エンドエフェクター(把持部) F1…第1指部 F2…第2指部 G1…第1指 G2…第2指 G3…第3指 G4…第4指 G5…第5指 G6…第6指 G7…第7指 G8…第8指 H1…第1掌部 H2…第2掌部 J1…第1力検出部(力検出部) J2…第2力検出部 J3…第3力検出部(力検出部) M1…第1マニピュレーター M2…第2マニピュレーター M3…第3マニピュレーター RC1…第1ロボット座標系 RC2…第2ロボット座標系 W…ワーク。

Claims (11)

  1. 収容部を把持する把持部と、
    前記把持部が設けられ、前記収容部を前記収容部が収納された棚から引き出す第1アームと、
    前記第1アームに設けられ、前記把持部にかかる力を検出する力検出部と、
    前記収容部を撮像する撮像部と、
    前記把持部及び前記第1アームを制御する制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、前記第1アームにより、前記収容部を前記棚から引き出した後、前記把持部又は前記第1アームにより、前記収容部を前記棚に対して傾ける制御を行う、
    ロボットシステム。
  2. 前記制御部は、前記第1アームにより、前記収容部を前記棚から引き出す、又は、前記把持部又は前記第1アームにより、前記収容部を傾ける際に、前記力検出部が所定の出力値を検出した場合、前記収容部を前記棚から引き出す制御、又は、前記収容部を傾ける制御を中断させる、
    請求項1に記載のロボットシステム。
  3. 前記棚から前記収容部を引き出す方向をX軸、前記X軸に直交し、且つ前記収容部が前記棚に収納された状態において、前記収容部の底面に平行な方向をY軸、前記X軸と前記Y軸とに直交する方向をZ軸とした場合、
    前記収容部を傾ける制御は、前記把持部又は前記第1アームにより、前記X軸周りに前記収容部を回動させる、又は、前記Y軸周りに前記収容部を回動させる、
    請求項1又は2に記載のロボットシステム。
  4. 前記撮像部は、前記収容部よりも鉛直方向上方に配置されており、
    前記制御部は、前記把持部又は前記第1アームにより、前記収容部を傾ける制御を行う前に、前記把持部又は前記第1アームにより、前記把持部が前記収容部を把持した箇所が前記撮像部に近づくように前記収容部を前記Y軸周りに前記収容部を回動させる制御を行う、
    請求項3に記載のロボットシステム。
  5. 前記第1アームにより、前記棚から前記収容部を引き出す距離が予め記憶された記憶部を有する、
    請求項1〜4のいずれか一項に記載のロボットシステム。
  6. 前記撮像部が設けられた第2アームを有し、
    前記撮像部は、撮像面を有し、
    前記制御部は、前記第2アームを前記撮像面に対して直交する直線と前記収容部の前記底面の法線との成す角度を減少させる方向に移動させる、
    請求項3又は4に記載のロボットシステム。
  7. 収容部を把持する把持部と、前記把持部が設けられ、前記収容部を前記収容部が収納された棚から引き出す第1アームと、前記第1アームに設けられ、前記把持部にかかる力を検出する力検出部と、前記収容部を撮像する撮像部と、を有するロボットによる撮像方法であって、
    前記把持部により、前記棚に収納されている前記収容部を把持する把持工程と、
    前記第1アームにより、前記収容部を前記棚から引き出す引出工程と、
    前記撮像部により、前記収容部を撮像する収容部撮像工程と、
    前記収容部撮像工程の撮像結果を基に、前記収容部の底面を検出し、前記底面の法線を算出する法線算出工程と、
    前記法線と前記撮像部の光軸とが平行でないと判定した場合、前記把持部又は前記第1アームにより、前記光軸と前記法線との成す角度を減少させる方向に前記収容部を傾ける傾け工程と、
    前記引出工程及び前記傾け工程の際、前記力検出部が所定の出力値を検出した場合、前記引出工程及び前記傾け工程を中断する中断工程と、
    前記撮像部により、前記収容部の内部を撮像する内部撮像工程と、
    を含む、
    撮像方法。
  8. 前記傾け工程では、前記光軸と前記法線との成す角度が0°になるまで前記収容部を傾ける、
    請求項7に記載の撮像方法。
  9. 前記中断工程の後、前記光軸と前記法線との成す角度を増大させる方向に前記収容部を傾ける中断復帰工程を含む、
    請求項7又は8に記載の撮像方法。
  10. 前記引出工程、前記傾け工程、及び前記中断工程は、前記光軸と前記法線との成す角度が所定の角度に傾くまで繰り返す、
    請求項9に記載の撮像方法。
  11. 前記引出工程は、前記収容部が周囲の物体に衝突し、前記力検出部により、前記物体から前記収容部に向かう方向の力を検出した際、前記第1アームにより、前記収容部を前記物体から前記収容部に向かう方向に移動する、
    請求項7〜10のいずれか一項に記載の撮像方法。
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