JP3919932B2 - 袋状ワーク姿勢検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、パレット等の荷台上に載置された袋状ワークの姿勢を検出する袋状ワーク姿勢検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
荷降し作業をハンドリングロボットに実施させる場合には、次の荷降し位置となるピック位置を水平座標および鉛直(高さ)座標により指定してハンドリングロボットに指示する必要がある。従って、従来においては、ワークの立体的な配置状況を認識してピック位置を指示できるように、下記に示すような検出装置が提案されている。
【0003】
即ち、特開平6−226668号公報には、図9に示すように、ワーク51に対して上方からレーザ光53を線状に投光し、ワーク51上に形成された投光ライン53aを撮像装置55により上方から撮影する。そして、撮影画像の濃淡画像データを基にして投光ライン53aを抽出した後、投光ライン53a中の途切れ部分を求め、この途切れ部分をワーク51の端部と認識することによって、ワーク51の姿勢(位置および回転)を検出する検出装置が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、ワーク51の表面に付された低反射率の模様やラベル等の低反射部位にレーザ光53が投光されたときに、低反射部位における投光ライン53aの反射光量が他の部位よりも少ないため、撮影画像から投光ライン53aを抽出する際に、低反射部位の投光ライン53aを抽出できない場合がある。そして、この場合には、ワーク51内の低反射部位が投光ライン53aの途切れ部分となるため、この途切れ部分をワーク51の端部と誤認識した状態でワーク51の姿勢を検出する結果、検出の信頼性が低下することになるという問題がある。
【0005】
従って、本発明は、投光ライン53aの途切れ部分がワーク51内に存在している場合であっても、高い信頼性でワーク51の姿勢を検出することができる袋状ワーク姿勢検出装置を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、袋状ワークの上面で反射したスリット光の投光ラインを撮影したときの撮影画像の濃淡画像データを出力する撮像手段と、前記濃淡画像データにおける濃度を基にして投光ラインを抽出し、該投光ラインの3次元位置をスリット点列として求めるワーク形状計測手段と、前記スリット点列の各スリット点間の距離を基にして投光ラインの途切れ部分を抽出する途切れ部分抽出手段と、前記途切れ部分と前記袋状ワークとの位置関係を示す特徴量を全途切れ部分について求める特徴量計算手段と、前記特徴量を基にして前記途切れ部分が袋状ワーク内に存在するか否かを判定し、袋状ワーク内に存在しない途切れ部分をワーク境界特徴点とするワーク境界特徴点判定手段と、前記ワーク境界特徴点を基にして袋状ワークの姿勢を求めるワーク姿勢検出手段とを有することを特徴としている。
【0007】
上記の構成によれば、模様等の低反射部位により反射光量が少ない部分が投光ライン中に存在していると、撮影画像の濃淡画像データの濃度を基にして投光ラインを抽出する際に、低反射部位に対応する部分を投光ラインとして抽出できない場合がある。従って、この場合には、袋状ワークの端部と、袋状ワーク内の低反射部位とに対応する部分に途切れ部分が発生することになる。この際、本発明は、途切れ部分と袋状ワークとの位置関係を示す特徴量を全途切れ部分について求め、この特徴量を基にして途切れ部分が袋状ワーク内に存在するか否かを判定することによって、袋状ワークの端部に対応した途切れ部分を正確に特定することができるようになっている。これにより、投光ラインの途切れ部分が袋状ワーク内に存在している場合であっても、袋状ワークの端部に対応した途切れ部分のみを用いて袋状ワークの姿勢を検出することになるため、袋状ワークの姿勢を高い信頼性で検出することができる。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1記載の袋状ワーク姿勢検出装置であって、前記特徴量計算手段は、前記途切れ部分の前後に存在する複数のスリット点列を直線フィッティングして得た2本の直線を交差させたときの角度差と、途切れ部分の高さ距離と、途切れ部分の水平距離とを特徴量として求めることを特徴としている。
上記の構成によれば、直線の角度差と途切れ部分の高さ距離と途切れ部分の水平距離との簡単な構成で特徴量を求めることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図1ないし図8に基づいて以下に説明する。
本実施の形態に係る袋状ワーク姿勢検出装置は、図1に示すように、パレット1上に積み上げられた袋状ワーク2の上方に設置されたセンサヘッド機構3と、センサヘッド機構3に接続された認識処理制御盤4とを有している。尚、袋状ワーク2とは、コーヒー豆等の粒状物や小麦粉等の粉状物を紙や布、合成樹脂等の柔軟な材質で形成された袋に収容することによって、パレット1上に載置したときに端部付近の表面が曲面状に変形する袋詰物のことである。
【0010】
上記のセンサヘッド機構3は、図2に示すように、帯状のレーザ光からなるスリット光5を拡散させながら出射するスリット光投光器6と、スリット光投光器6からのスリット光5を袋状ワーク2方向に反射する反射ミラー7と、反射ミラー7の傾斜角度を任意に変更可能なステッピングモータ8と、袋状ワーク2に投影されたスリット光5を撮影する撮像装置9とを有している。
【0011】
上記の撮像装置9は、レンズ10と撮像部材11とを有している。レンズ10は、図3に示すように、撮像方向が鉛直方向(Z方向)となるように設定されている。また、撮像部材11は、レンズ10を介して袋状ワーク2上に投影されたスリット光5が結像される撮像面11aを有しており、撮像面11aは、鉛直方向(Z方向)に対して垂直となるように設定されている。そして、撮像部材11の撮像面11aには、レンズ中心Oを中心として点対称に画像が投影されるようになっており、例えばスリット光5を袋状ワーク2に照射して形成された投光ライン5aのQ1 点、Q2 点、Q3 点は、それぞれP1 点、P2 点、P3 点として撮像面11aに結像されるようになっている。尚、図には記載していないが、レンズ10前方に干渉フィルタなどの光学的なバンドパスフィルタを設置することによって、撮像面11a上にスリット光5の像のみを結像させることが可能である。
【0012】
上記の撮像部材11は、光量に応じた電荷を発生させる受光素子部(画素)をX方向およびY方向のマトリックス状に複数有しており、これらの受光素子部の電荷を例えばラスタスキャン形式により電圧出力として読み出して濃淡画像データとして順に出力するようになっている。上記の撮像部材11は、図1に示すように、認識処理制御盤4に接続されている。認識処理制御盤4は、上述の撮像部材11やスリット光投光器6等に接続されたI/O部12a・12bと、これらのI/O部12a・12bに信号バス14を介して接続されたモータ駆動部13、演算部16、RAM17、およびROM18とを有している。
【0013】
上記のRAM17には、撮像部材11の受光素子部の配列と一致したX方向およびY方向のマトリックス状のデータテーブルを有するように、画像データ記憶領域17aが形成されている。そして、画像データ記憶領域17aには、I/O部12aを介して入力された上述の撮像装置9からの濃淡画像データが格納されるようになっている。また、RAM17には、距離データ記憶領域17bが形成されており、距離データ記憶領域17bには、袋状ワーク2上面の3次元座標の距離データ(x,y,z)が格納されるようになっている。さらに、RAM17には、境界データ記憶領域17cが形成されており、境界データ記憶領域17cには、袋状ワーク2の端部に対応する真の途切れ部分の3次元位置を示すワーク境界特徴点が格納されるようになっている。
【0014】
一方、ROM18には、濃淡画像データおよび距離データを基にして袋状ワーク2の姿勢を検出する袋状ワーク姿勢検出ルーチンが格納されている。袋状ワーク姿勢検出ルーチンは、ワーク形状計測処理(図4のS2〜S4)と途切れ部分抽出処理(図4のS5)と特徴量計算処理(図4のS6)とワーク境界特徴点判定処理(図4のS7)とワーク姿勢検出処理(図4のS9)とを行うようになっている。上記のワーク形状計測処理は、濃淡画像データにおける濃度を基にして投光ライン5aを抽出し、投光ライン5aの3次元位置をスリット点列として求める処理であり、途切れ部分抽出処理は、スリット点列の各スリット点間の距離を基にして投光ライン5aの途切れ部分30を抽出する処理である。特徴量計算処理は、途切れ部分30と袋状ワーク2との位置関係を示す特徴量を全途切れ部分30について求める処理である。ワーク境界特徴点判定処理は、特徴量を基にして途切れ部分30が袋状ワーク2内に存在するか否かを判定し、袋状ワーク2内に存在しない途切れ部分30をワーク境界特徴点とする処理であり、ワーク姿勢検出処理は、ワーク境界特徴点を基にして袋状ワーク2の姿勢(位置および回転)を検出する処理である。
【0015】
上記の構成を有した認識処理制御盤4は、I/O部12bを介してロボット制御盤20に接続されている。ロボット制御盤20は、図2に示すように、パレット1の近傍に設置されたハンドリングロボット21に接続されている。また、ハンドリングロボット21の近傍には、袋状ワーク2を移送するローラコンベア22等が配設されている。そして、ロボット制御盤20は、認識処理制御盤4から袋状ワーク2の姿勢を示す検出データを受信したときに、次の袋状ワーク2のピッキング位置を決定し、このピッキング位置に存在する袋状ワーク2をローラコンベア22等に移載するように、ハンドリングロボット21に対して指令するようになっている。
【0016】
上記の構成において、袋状ワーク姿勢検出装置の動作を図4のフローチャートに基づいて説明する。
【0017】
図1および図2に示すように、パレット1がセンサヘッド機構3の下方の所定位置に搬入されると、ロボット制御盤20から認識処理制御盤4に対して計測を開始するように指示信号が送信される。そして、この指示信号の入力を待っている認識処理制御盤4が指示信号を受信すると(S1)、パレット1上に積み上げられた袋状ワーク2上面の濃淡画像データおよび距離データを取得するようにワーク形状計測処理を実行する。
【0018】
即ち、スリット光投光器6からスリット光5を出射させるように、スリット光投光器6に対して出力信号を出力する。また、モータ駆動部13から駆動出力をステッピングモータ8に出力することによって、ステッピングモータ8の回転駆動により反射ミラー7を所定のミラー回転角度に調整する(S2)。この後、スリット光5をスリット光投光器6から帯状に拡散しながら出射させ、反射ミラー7でパレット1方向に反射させることによって、パレット1やパレット1上に積み上げられた袋状ワーク2の両端にかけて線状に投光させる。そして、このようにしてスリット光5が投光されたパレット1や袋状ワーク2の全体を撮像装置9により撮影する(S3)。
【0019】
次に、撮像装置9の撮影により得られた濃淡画像データをI/O部12aを介して認識処理制御盤4に取り込み、RAM17の画像データ記憶領域17aに格納する。この後、図2に示すように、画像データ記憶領域17aの濃淡画像データ中の濃度を基にしてスリット光5の投光ライン5aを抽出する。この際、袋状ワーク2に付された低反射率の模様やラベル等の低反射部位2aが投光ライン5a中に存在する場合には、図5に示すように、低反射部位2aにおける投光ライン5aの反射光量が少ないため、濃淡画像データの濃度が投光ライン5aの抽出レベルにまで達していないことがある。従って、この場合には、抽出された一連の投光ライン5a中に袋状ワーク2の端部による途切れ部分30と低反射部位2aによる途切れ部分30とが混在することになる。
【0020】
そして、図3に示すように、上記のようにして抽出された投光ライン5aの各点(例えばP1 ・P2 ・P3 )とレンズ10の中心点Oとを結ぶ視線直線(例えばL1 ・L2 ・L3 )を求めると共に、反射ミラー7のミラー回転角度を基にしてスリット光5のスリット光平面Sを求める。この後、スリット光平面Sと視線直線との交点(例えばQ1 ・Q2 ・Q3 )からなるスリット点列の3次元位置を投光ライン5aの距離データとして求め、図1の距離データ記憶領域17bに順に格納する(S4)。
【0021】
次に、距離データ記憶領域17bに格納された投光ライン5aの距離データを基にして投光ライン5aに含まれる途切れ部分30を抽出する。尚、投光ライン5a方向をX座標、投光ライン5aに対して直交する方向をY座標、高さ方向をZ座標とした3次元座標系を考えた場合には、投光ライン5aの点列からなる距離データがXZ平面内に存在することになるため、以降の説明おいては、XZ座標系で説明する。
【0022】
即ち、図6に示すように、隣接するスリット点31・31間の距離を求め、距離が所定の基準距離以上であるか否かを判定する。スリット点31・31間の距離が基準距離未満である場合には、判定対象となっているスリット点31・31間には途切れ部分30が存在しないと判定する一方、基準距離以上である場合には、判定対象となっているスリット点31・31間に途切れ部分30が存在していると判定する。そして、このような判定を全てのスリット点31・31間について順に実施することによって、一連のスリット点31列からなる投光ライン5aに存在する全て(例えば2個)の途切れ部分30を抽出する(S5)。
【0023】
次に、図7(a)・(b)に示すように、抽出した途切れ部分30の前後に存在するスリット点31・31をそれぞれ途切れ点P1・P2とし、両途切れ点P1・P2の高さ方向の差である高さ距離a1および水平方向の差である水平距離b1を求める。また、各途切れ点P1・P2の近傍に存在する数個のスリット点31列をそれぞれ使用して直線フィッティングすることによって、途切れ点P1を含む第1直線32と途切れ点P2を含む第2直線33とを作成し、第1直線32と第2直線33とを交差させたときの角度差θ1を求める。そして、これらの高さ距離a1、水平距離b1、および角度差θ1を途切れ部分30と袋状ワーク2との位置関係を示す特徴量とし、S5で求めた全途切れ部分30について特徴量を求める(S6)。
【0024】
次に、図8に示すように、求めた特徴量を特徴空間(θ,a,b)の座標系に特徴点34として投影する。特徴空間(θ,a,b)の座標系には、各座標軸方向に閾値θs・as・bsが設定されている。そして、閾値θs・as・bsで囲まれる判定空間35内に特徴点34が存在するか否かを判定し、判定空間35内に特徴点34が存在していれば、この特徴点34に対応する途切れ部分30が袋状ワーク2内で検出されたものであると判断する。一方、判定空間35内に特徴点34が存在していなければ、この特徴点34に対応する途切れ部分30が袋状ワーク2の端部で検出されたものであると判断し、この途切れ部分30の3次元位置をワーク境界特徴点として図1の境界データ記憶領域17cに格納する(S7)。
【0025】
この後、ワーク境界特徴点が最終の投光ライン5aに基づいて得られたものであるか否かを判定する(S8)。最終の投光ライン5aでない場合には(S8,NO)、S2から再実行し、次のミラー回転角度の投光ライン5aからワーク境界特徴点を求める(S2〜S7)。一方、最終の投光ライン5aである場合には(S8,YES)、所定数の投光ライン5aにおけるワーク境界特徴点を得たと判断し、ワーク境界特徴点を基にして袋状ワーク2の姿勢を検出する(S9)。そして、図2に示すように、袋状ワーク2の姿勢を示す検出データをロボット制御盤20に出力する(S10)。これにより、ロボット制御盤20は、検出データを基にして次のピック位置を特定し、ハンドリングロボット21に対して指令することによって、ピック位置の袋状ワーク2をローラコンベア22等に移載させる。
【0026】
以上のように、本実施形態の袋状ワーク姿勢検出装置は、袋状ワーク2の上面で反射したスリット光5の投光ライン5aを撮影したときの撮影画像の濃淡画像データを出力する撮像手段(撮像装置9)と、濃淡画像データにおける濃度を基にして投光ライン5aを抽出し、投光ライン5aの3次元位置をスリット点31列として求めるワーク形状計測手段(図4のS2〜S4)と、スリット点31列の各スリット点31・31間の距離を基にして投光ライン5aの途切れ部分30を抽出する途切れ部分抽出処理(図4のS5)、途切れ部分30と袋状ワーク2との位置関係を示す特徴量を求める特徴量計算手段(図4のS6)と、特徴量を基にして途切れ部分30が袋状ワーク2内に存在するか否かを判定し、袋状ワーク2内に存在しない途切れ部分30をワーク境界特徴点とするワーク境界特徴点判定手段(図4のS7)と、ワーク境界特徴点を基にして袋状ワーク2の姿勢を求めるワーク姿勢検出手段(図4のS9)とを有した構成にされている。
【0027】
上記の構成によれば、図7(a)・(b)に示すように、途切れ部分30と袋状ワーク2との位置関係を示す特徴量を全途切れ部分30について求め、この特徴量を基にして途切れ部分30が袋状ワーク2内に存在するか否かを判定することによって、袋状ワーク2の端部に対応した途切れ部分30を正確に特定することができる。これにより、投光ラインの途切れ部分30が袋状ワーク2内に存在している場合であっても、袋状ワーク2の端部に対応した途切れ部分30のみを用いて袋状ワーク2の姿勢を検出することができるため、袋状ワーク2の姿勢を高い信頼性で検出することができる。
【0028】
また、上記の特徴量計算手段は、途切れ部分30の前後に存在する複数のスリット点31列を直線フィッティングして得た2本の第1直線32と第2直線33とを交差させたときの角度差θと、途切れ部分30の高さ距離a1と、途切れ部分30の水平距離b1とを特徴量として求める構成である。
【0029】
上記の構成によれば、直線の角度差θと途切れ部分30の高さ距離a1と途切れ部分30の水平距離b1との簡単な構成で特徴量を求めることができる。
【0030】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において変更が可能である。即ち、図4における袋状ワーク姿勢検出ルーチンは、1本の投光ライン5aを撮影する毎に、濃淡画像データから抽出された投光ライン5a中の途切れ部分30が袋状ワーク2内に存在するか否かを判定するようになっているが、これに限定されるものではなく、全ての投光ライン5aを抽出した後に、一括して途切れ部分30の判定を行うようになっていても良い。
【0031】
【発明の効果】
請求項1の発明は、袋状ワークの上面で反射したスリット光の投光ラインを撮影したときの撮影画像の濃淡画像データを出力する撮像手段と、前記濃淡画像データにおける濃度を基にして投光ラインを抽出し、該投光ラインの3次元位置をスリット点列として求めるワーク形状計測手段と、前記スリット点列の各スリット点間の距離を基にして投光ラインの途切れ部分を抽出する途切れ部分抽出手段と、前記途切れ部分と前記袋状ワークとの位置関係を示す特徴量を全途切れ部分について求める特徴量計算手段と、前記特徴量を基にして前記途切れ部分が袋状ワーク内に存在するか否かを判定し、袋状ワーク内に存在しない途切れ部分をワーク境界特徴点とするワーク境界特徴点判定手段と、前記ワーク境界特徴点を基にして袋状ワークの姿勢を求めるワーク姿勢検出手段とを有する構成である。
【0032】
上記の構成によれば、途切れ部分と袋状ワークとの位置関係を示す特徴量を基にして途切れ部分が袋状ワーク内に存在するか否かを判定することによって、袋状ワークの端部に対応した途切れ部分を正確に特定することができる。これにより、投光ラインの途切れ部分が袋状ワーク内に存在している場合であっても、袋状ワークの端部に対応した途切れ部分のみを用いて袋状ワークの姿勢を検出することができるため、袋状ワークの姿勢を高い信頼性で検出することができるという効果を奏する。
【0033】
請求項2の発明は、請求項1記載の袋状ワーク姿勢検出装置であって、前記特徴量計算手段は、前記途切れ部分の前後に存在する複数のスリット点列を直線フィッティングして得た2本の直線を交差させたときの角度差と、途切れ部分の高さ距離と、途切れ部分の水平距離とを特徴量として求める構成である。
上記の構成によれば、直線の角度差と途切れ部分の高さ距離と途切れ部分の水平距離との簡単な構成で特徴量を求めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】認識処理制御盤のブロック図である。
【図2】荷降ろしする状態を示す説明図である。
【図3】距離データの算出原理を示す説明図である。
【図4】荷降ろし動作手順の一部を示すフローチャートである。
【図5】投光ラインの状態を示す説明図である。
【図6】スリット点列の状態を示す説明図である。
【図7】途切れ部分の算出方法を示す説明図であり、(a)は全スリット点列の状態を示した図、(b)は途切れ部分の状態を示した図である。
【図8】特徴点と判定空間との関係を示す説明図である。
【図9】従来例を示すものであり、ワークの姿勢を検出する状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 パレット
2 袋状ワーク
2a 低反射部位
3 センサヘッド機構
5 スリット光
5a 投光ライン
6 スリット光投光器
7 反射ミラー
8 ステッピングモータ
9 撮像装置
10 レンズ
11 撮像部材
13 モータ駆動部
14 信号バス
20 ロボット制御盤
21 ハンドリングロボット
22 ローラコンベア
30 途切れ部分
31 スリット点
32 第1直線
33 第2直線
34 特徴点
35 判定空間
Claims (2)
- 袋状ワークの上面で反射したスリット光の投光ラインを撮影したときの撮影画像の濃淡画像データを出力する撮像手段と、
前記濃淡画像データにおける濃度を基にして投光ラインを抽出し、該投光ラインの3次元位置をスリット点列として求めるワーク形状計測手段と、
前記スリット点列の各スリット点間の距離を基にして投光ラインの途切れ部分を抽出する途切れ部分抽出手段と、
前記途切れ部分と前記袋状ワークとの位置関係を示す特徴量を全途切れ部分について求める特徴量計算手段と、
前記特徴量を基にして前記途切れ部分が袋状ワーク内に存在するか否かを判定し、袋状ワーク内に存在しない途切れ部分をワーク境界特徴点とするワーク境界特徴点判定手段と、
前記ワーク境界特徴点を基にして袋状ワークの姿勢を求めるワーク姿勢検出手段と
を有することを特徴とする袋状ワーク姿勢検出装置。 - 前記特徴量計算手段は、
前記途切れ部分の前後に存在する複数のスリット点列を直線フィッティングして得た2本の直線を交差させたときの角度差と、途切れ部分の高さ距離と、途切れ部分の水平距離とを特徴量として求めることを特徴とする請求項1記載の袋状ワーク姿勢検出装置。
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