JP5332873B2 - Bag-like workpiece recognition device and method - Google Patents

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Description

本発明は、袋状ワーク認識装置および方法に関する。   The present invention relates to a bag-like workpiece recognition apparatus and method.

本出願において、「袋状ワーク」とは、米袋、セメント袋、肥料袋、等、凹凸の少ない滑らかな袋に粒状物を梱包したものをいう。このような、袋状ワークをピッキング対象(ワーク)とし、ワークの把持および搬送を行う場合、従来、ワークの認識を行わず、ピッキングするワークの位置をティーチングし、ロボットでピッキングを行っていた。しかし、この場合、ティーチング位置にワークを並べる必要があり、ずれが生じた場合に対応することができない問題点があった。
そこで、バラ積み状態のワークの位置姿勢を認識し、ワークの把持および搬送を行う手段として、特許文献1〜4が既に提案されている。
In the present application, the “bag-shaped workpiece” refers to a rice bag, a cement bag, a fertilizer bag, etc., which is a granular bag packed in a smooth bag with few irregularities. In the case where such a bag-like workpiece is a picking target (work) and the workpiece is gripped and transported, conventionally, the position of the workpiece to be picked is taught without picking up the workpiece and picked by a robot. However, in this case, it is necessary to arrange the workpieces at the teaching position, and there is a problem that it is not possible to cope with the case where a deviation occurs.
Therefore, Patent Documents 1 to 4 have already been proposed as means for recognizing the position and orientation of a workpiece in a stacked state and gripping and conveying the workpiece.

特許文献1は、レーザレーダやステレオカメラなどのセンサを用いて計測した3次元データの中から、登録された形状と似た形状を探索するものである。
特許文献2は、センサを用いて計測した2次元データあるいは3次元データの中から、特徴的な直線、円などの幾何学的な特徴や輪郭などの特徴を、登録しておいたワークのデータと比較し、探索するものである。
Patent Document 1 searches for a shape similar to a registered shape from three-dimensional data measured using a sensor such as a laser radar or a stereo camera.
Patent Document 2 discloses data of workpieces in which geometric features such as characteristic straight lines and circles and features such as contours are registered from two-dimensional data or three-dimensional data measured using a sensor. Compared with the search.

特許文献3は、デパレタイズを対象とした認識手法であり、照明装置を取り付け、影を発生させて、エッジを抽出し輪郭を認識する。直方体を仮定しているため、エッジは角にて直交することを利用し、直線にフィッティングを行っている。ステレオカメラなどによる高さ情報を物品選択に利用することや、スリット光を投影して撮像しエッジを得る方法も併用されている。
特許文献4では、スリット光を照射して撮像し、形状を得、次に袋と袋の間付近で形状を直線フィッティングし、袋の間の断面をV字で表現した特徴空間を利用し、袋と袋の境界を認識している。
Patent Document 3 is a recognition method for depalletization, in which a lighting device is attached, a shadow is generated, an edge is extracted, and a contour is recognized. Since a rectangular parallelepiped is assumed, fitting is performed on a straight line using the fact that the edges are orthogonal at the corners. A method of using height information from a stereo camera or the like for selecting an article and a method of obtaining an edge by projecting slit light to obtain an edge are also used.
In Patent Document 4, imaging is performed by irradiating slit light to obtain a shape, and then a shape is linearly fitted in the vicinity between the bags, and a feature space in which a cross section between the bags is expressed in a V shape is used. Recognizes the boundary between bags.

特開2008−309671号明細書、「物体認識方法および装置」JP 2008-309671 A, “Object recognition method and apparatus” 特開平9−212643号明細書、「3次元物体認識方法及びその装置」Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-212463, “3-D Object Recognition Method and Apparatus” 特許第3849514号明細書、「物品位置認識装置」Japanese Patent No. 3894514, “article position recognition device” 特許第3919932号明細書、「袋状ワーク姿勢検出装置」Japanese Patent No. 3919932, “bag-shaped workpiece posture detection device”

上述した特許文献1では、認識するワークを事前に登録する必要がある。また、対象物(ワーク)が袋のように不定形の場合には対応できない。
特許文献2では、幾何学的な特徴がない場合に認識することができない。袋状ワークは上から見ると長方形に見え、幾何学的な特徴として利用できるが、完全な長方形でなく不定形状である。従って、認識できない場合やフィッティングによる計算時間がかかる場合がある。
In Patent Document 1 described above, it is necessary to register a workpiece to be recognized in advance. Moreover, it cannot respond when a target object (work) is indefinite shape like a bag.
In Patent Document 2, it cannot be recognized when there is no geometric feature. The bag-like workpiece looks rectangular when viewed from above and can be used as a geometric feature, but it is not a perfect rectangle but an indefinite shape. Therefore, there are cases where it cannot be recognized or calculation time is required for fitting.

特許文献3では、対象とする形を直方体のようなものに仮定しているため、袋状のものには利用できない。特に、エッジを直線にフィッティングしているが、袋は丸みを帯びているためフィッティングが難しく、誤検出が発生する可能性がある。
特許文献4では、袋と袋の間を認識しているため、平面上での位置、回転のみしか知ることができない。従って、3次元上の姿勢を知ることができず、積まれた袋が崩れた場合などには認識できない。
In Patent Document 3, since the target shape is assumed to be a rectangular parallelepiped, it cannot be used for a bag-shaped object. In particular, the edge is fitted with a straight line, but since the bag is rounded, the fitting is difficult and erroneous detection may occur.
In Patent Document 4, since the space between the bags is recognized, only the position and rotation on the plane can be known. Therefore, the posture in three dimensions cannot be known, and it cannot be recognized when the stacked bags collapse.

本発明は上述した従来の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、不定形な袋状ワークを対象とし、ピッキングする袋状ワークの位置と姿勢を高い精度で検出することができる袋状ワーク認識装置および方法を提供することにある。   The present invention has been developed to solve the above-described conventional problems. That is, an object of the present invention is to provide a bag-like workpiece recognition apparatus and method that can detect the position and posture of a bag-like workpiece to be picked with high accuracy for an irregular bag-like workpiece.

本発明によれば、複数の袋状ワークの3次元形状を計測する距離センサと、
前記3次元形状からピッキングする袋状ワークの位置と姿勢を認識してロボット制御装置にその結果を出力する物体認識処理装置とを備えた袋状ワーク認識装置であって、
前記物体認識処理装置は、
前記3次元形状の隣接する計測点との距離を利用してメッシュを生成するメッシュ生成装置と、
前記メッシュ上の各計測点に対し、隣接する計測点までの距離が所定の第1閾値以上の計測点に異なるラベル値を割り当てる第1ラベル割当装置と、
前記メッシュ上の各計測点に対し、隣接する計測点での法線ベクトルの角度差が所定の第2閾値以上の計測点に異なるラベル値を割り当てる第2ラベル割当装置と、
前記複数のラベル値からピッキングする袋状ワークのラベル値を選択し、その袋状ワークのピッキングに必要な情報をロボット制御装置に出力する情報出力装置とを備え、
前記3次元形状の法線ベクトルの角度から、その不連続部分を袋状ワークの境界とみなして袋状ワークごとに異なるラベル値を割り当て、各ラベル値ごとに袋状ワークの位置と姿勢を認識する、ことを特徴とする袋状ワーク認識装置が提供される。
According to the present invention, a distance sensor that measures a three-dimensional shape of a plurality of bag-shaped workpieces;
A bag-like workpiece recognition device comprising an object recognition processing device that recognizes the position and orientation of a bag-like workpiece picked from the three-dimensional shape and outputs the result to a robot controller,
The object recognition processing device includes:
A mesh generating device that generates a mesh using a distance between adjacent measurement points of the three-dimensional shape;
A first label allocation device that assigns different label values to measurement points whose distance to an adjacent measurement point is equal to or greater than a predetermined first threshold for each measurement point on the mesh;
A second label assigning device that assigns different label values to measurement points at which an angular difference between normal vectors at adjacent measurement points is equal to or greater than a predetermined second threshold for each measurement point on the mesh;
An information output device that selects a label value of a bag-like workpiece to be picked from the plurality of label values, and outputs information necessary for picking the bag-like workpiece to a robot controller;
From the angle of the normal vector of the three-dimensional shape, the discontinuous portion is regarded as the boundary of the bag-shaped workpiece, and a different label value is assigned to each bag-shaped workpiece, and the position and orientation of the bag-shaped workpiece are recognized for each label value. A bag-like workpiece recognition device is provided.

前記ピッキングする袋状ワークのラベル値の選択は、ラベルが割り当てられた複数の袋状ワークの中で、位置が最も高いもの、面積が最も広いもの、姿勢が最も水平であるもの、又は姿勢が最も傾いているものである。
また、ピッキングに必要な前記情報は、選択した袋状ワーク毎のピッキング位置、重心座標などの、又は幅寸法などの形状である。
The selection of the label value of the bag-like workpiece to be picked is selected from the plurality of bag-like workpieces to which labels are assigned, the one with the highest position, the one with the largest area, the one with the most horizontal posture, It is the most inclined.
The information necessary for picking is a shape such as a picking position, a barycentric coordinate, or a width dimension for each selected bag-like workpiece.

また本発明によれば、表面が滑らかな複数の袋状ワークの3次元形状を計測し、
前記3次元形状からピッキングする袋状ワークの位置と姿勢を認識してロボット制御装置にその結果を出力する袋状ワーク認識方法であって、
前記3次元形状の隣接する計測点との距離を利用してメッシュをはり、
前記メッシュ上の各計測点に対し、
隣接する計測点までの距離が所定の第1閾値以上の計測点に異なるラベル値を割り当て、
かつ隣接する計測点での法線ベクトルの角度差が所定の第2閾値以上の計測点に異なるラベル値を割り当て、
前記複数のラベル値からピッキングする袋状ワークのラベル値を選択し、その袋状ワークのピッキングに必要な情報をロボット制御装置に出力する、ことにより、
前記3次元形状の法線ベクトルの角度から、その不連続部分を袋状ワークの境界とみなして袋状ワークごとに異なるラベル値を割り当て、各ラベル値ごとに袋状ワークの位置と姿勢を認識する、ことを特徴とする袋状ワーク認識方法が提供される。
According to the present invention, the three-dimensional shape of a plurality of bag-like workpieces having smooth surfaces is measured,
A bag-like workpiece recognition method for recognizing the position and posture of a bag-like workpiece picked from the three-dimensional shape and outputting the result to a robot controller,
Apply the mesh using the distance to the adjacent measurement point of the three-dimensional shape,
For each measurement point on the mesh,
Assign different label values to measurement points whose distance to adjacent measurement points is equal to or greater than a predetermined first threshold,
And assigning different label values to measurement points at which the normal vector angle difference between adjacent measurement points is equal to or greater than a predetermined second threshold,
By selecting a label value of the bag-like workpiece to be picked from the plurality of label values, and outputting information necessary for picking the bag-like workpiece to the robot controller,
From the angle of the normal vector of the three-dimensional shape, the discontinuous portion is regarded as the boundary of the bag-shaped workpiece, and a different label value is assigned to each bag-shaped workpiece, and the position and orientation of the bag-shaped workpiece are recognized for each label value. A bag-like workpiece recognition method is provided.

本発明の装置及び方法によれば、物体認識処理装置を備え、複数の袋状ワークの3次元形状の法線ベクトルの角度から、その不連続部分を袋状ワークの境界とみなして袋状ワークごとに異なるラベル値を割り当て、各ラベル値ごとに袋状ワークの位置と姿勢を認識するので、不定形な袋状ワークであっても、ピッキングする袋状ワークの位置と姿勢を高い精度で検出することができる。   According to the apparatus and method of the present invention, an object recognition processing apparatus is provided, and the discontinuous portion is regarded as the boundary of the bag-shaped workpiece from the angle of the normal vector of the three-dimensional shape of the plurality of bag-shaped workpieces. Different label values are assigned for each label, and the position and orientation of the bag-like workpiece are recognized for each label value, so the position and orientation of the picking bag-like workpiece can be detected with high accuracy even for irregular bag-like workpieces. can do.

従って、本発明の装置及び方法により以下の効果が得られる。
(1) ティーチングを必要としないため、距離センサの計測範囲内に袋状ワークが存在すれば、袋状ワーク毎に位置がずれていてもピッキングができる。
(2) 距離センサで取得した3次元形状のデータ処理のみでピッキングする袋状ワークの位置と姿勢の認識を行うため、認識する袋状ワークの形状を事前に登録する必要がない。
(3) 袋状ワークごとに異なるラベル値を割り当てて、各袋状ワーク認識するため、形状変化があっても安定して認識可能である。また、幾何学的な特徴のフィッティングを利用しないため一定の計算時間で認識可能である。
(4) 袋状ワークに対し形状(例えば直方体)を仮定してないので直線などへのフィテッィング処理はなく、不定形状に対応できる。
(5) 出力されたラベル値の点群の座標から3次元的な姿勢を知ることができる。従って、最も水平なものを選択することや、積まれた袋が崩れて傾いているものを選択するなども可能になる。
Therefore, the following effects can be obtained by the apparatus and method of the present invention.
(1) Since teaching is not required, if there is a bag-shaped workpiece within the measurement range of the distance sensor, picking can be performed even if the position of each bag-shaped workpiece is shifted.
(2) Since the position and orientation of the bag-like workpiece to be picked are recognized only by the data processing of the three-dimensional shape acquired by the distance sensor, it is not necessary to register the shape of the bag-like workpiece to be recognized in advance.
(3) Since a different label value is assigned to each bag-like workpiece and each bag-like workpiece is recognized, it can be stably recognized even if there is a change in shape. In addition, since geometric feature fitting is not used, it can be recognized in a certain calculation time.
(4) Since a shape (for example, a rectangular parallelepiped) is not assumed for the bag-like workpiece, there is no fitting process to a straight line or the like, and an indefinite shape can be handled.
(5) The three-dimensional posture can be known from the coordinates of the point group of the output label value. Accordingly, it is possible to select the most horizontal one, or to select the one in which the stacked bags are collapsed and inclined.

本発明の袋状ワーク認識装置を備えたピッキングシステムの全体構成図である。It is a whole block diagram of the picking system provided with the bag-like workpiece recognition device of the present invention. センサから見たワークの模式図である。It is a schematic diagram of the workpiece | work seen from the sensor. 水平方向から見た図1の装置の模式図である。It is a schematic diagram of the apparatus of FIG. 1 seen from the horizontal direction. 図1のピッキングシステムの作動フロー図である。It is an operation | movement flowchart of the picking system of FIG. 図4における認識アルゴリズムのフロー図である。It is a flowchart of the recognition algorithm in FIG.

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図1は、本発明の袋状ワーク認識装置を備えたピッキングシステムの全体構成図である。
この図において、1はワーク、2はロボット、3はロボットハンド、4はハンド制御部、5はロボット制御部、6は総括処理部であり、ロボット制御装置7はロボット制御部5と総括処理部6からなる。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a picking system including a bag-like workpiece recognition device of the present invention.
In this figure, 1 is a work, 2 is a robot, 3 is a robot hand, 4 is a hand control unit, 5 is a robot control unit, 6 is a general processing unit, and the robot control device 7 is a robot control unit 5 and a general processing unit. It consists of six.

ワーク1は、例えば米袋、セメント袋、肥料袋、等、凹凸のない滑らかな袋に粒状物を梱包した袋状ワークであり、計測用の台8の上に複数が積載されている。ワーク1の積載状態は、ランダムであってもよい。また、計測用台8は、固定されている必要はなく、例えば計測時間が短いなど、後述する3次元形状の計測に支障が生じない限りで、コンベア装置等であってもよい。   The workpiece 1 is a bag-like workpiece in which granular materials are packed in a smooth bag having no irregularities, such as a rice bag, a cement bag, a fertilizer bag, and the like. The loading state of the workpiece 1 may be random. Further, the measurement table 8 does not need to be fixed, and may be a conveyor device or the like as long as the measurement of a three-dimensional shape to be described later is not hindered, for example, the measurement time is short.

ロボット2は、例えば多関節3次元ロボットであり、ロボットハンド3を所定のワーキングエリア内で6自由度の位置及び姿勢を制御できるようになっている。なお、ロボット2は、多関節3次元ロボットに限定されず、その他のロボットであってもよい。
ロボットハンド3は、例えば真空による吸着パッド、開閉機構を有する把持装置、或いはこれらの複合装置であり、ピッキングする袋状ワーク1の上面を吸着又は把持して、1つずつ持ち上げ、別の位置まで保持するようになっている。
The robot 2 is, for example, an articulated three-dimensional robot, and can control the position and posture of the robot hand 3 with six degrees of freedom within a predetermined working area. The robot 2 is not limited to an articulated three-dimensional robot, and may be another robot.
The robot hand 3 is, for example, a vacuum suction pad, a gripping device having an opening / closing mechanism, or a composite device thereof, and sucks or grips the upper surface of the picked bag-like workpiece 1 and lifts it one by one to another position. It comes to hold.

ハンド制御部4は、総括処理部6から受信する把持指令9aに応じてロボットハンド3に制御信号を出力し、ロボットハンド3から位置信号を受信してこれを総括処理部6へ送信する。
なおハンド制御部4は必須ではなくこれを省略し、その機能を総括処理部6に含ませてもよい。
The hand control unit 4 outputs a control signal to the robot hand 3 in response to the gripping command 9 a received from the general processing unit 6, receives a position signal from the robot hand 3, and transmits it to the general processing unit 6.
The hand control unit 4 is not essential and may be omitted, and the function may be included in the overall processing unit 6.

ロボット制御部5は、総括処理部6から受信したピッキングする袋状ワークの位置と姿勢に基づき、ロボット2を制御し、ロボットハンド3によりピッキングする袋状ワーク1の上面を吸着又は把持して、1つづ持ち上げ、別の位置まで保持して搬送する。   The robot control unit 5 controls the robot 2 based on the position and posture of the picked bag-like workpiece received from the general processing unit 6, and sucks or grips the upper surface of the bag-like workpiece 1 to be picked by the robot hand 3. Lift one by one, hold to another position and transport.

総括処理部6は、本発明の袋状ワーク認識装置10から受信したピッキングする袋状ワークの位置と姿勢をロボット制御部5に送信する。   The overall processing unit 6 transmits the position and posture of the picked bag-shaped workpiece received from the bag-shaped workpiece recognition device 10 of the present invention to the robot control unit 5.

図1において、本発明の袋状ワーク認識装置10は、距離センサ12、センサ制御部14、及び物体認識処理装置16からなる。   In FIG. 1, the bag-like workpiece recognition device 10 of the present invention includes a distance sensor 12, a sensor control unit 14, and an object recognition processing device 16.

距離センサ12は、表面が滑らかな複数の袋状ワーク1の3次元形状を計測する。
この例において、距離センサ12は、レーザレーダであり、計測用台8の上方に位置し、複数の袋状ワーク1の3次元形状を上方から計測する。また、距離センサ12の高さ及び姿勢を制御する移動・回転機構13(例えば直動テーブルや回転テーブル)を備え、距離センサ12の姿勢を自由に変え、視野を調節できるようになっている。
例えば、対象が小さいときに近づいて計測し、対象が大きいときに遠ざかって計測して、視野を適正化するようになっている。
The distance sensor 12 measures the three-dimensional shape of the plurality of bag-like workpieces 1 having smooth surfaces.
In this example, the distance sensor 12 is a laser radar, is positioned above the measurement table 8, and measures the three-dimensional shape of the plurality of bag-like workpieces 1 from above. Further, a moving / rotating mechanism 13 (for example, a linear motion table or a rotating table) for controlling the height and posture of the distance sensor 12 is provided, and the posture of the distance sensor 12 can be freely changed to adjust the visual field.
For example, when the object is small, the field of view is approached, and when the object is large, the object is measured away to optimize the field of view.

なお、距離センサ12は、レーザレーダに限定されず、ワークまでの距離を検出できるように、一定の間隔を隔てたステレオカメラであってもよい。
また、単眼のカメラで3次元形状を計測するフォトメトリックステレオであってもよい。この場合、単色の球体のバラ積みを認識するような場合に、球体周辺部は陰影により暗く、球体内部は明るくなる。従って、このとき撮影した画像のプロファイルを3次元形状のZ座標に相当するものと考えれば、単眼のカメラで単色の球体を計測することができる。
The distance sensor 12 is not limited to the laser radar, and may be a stereo camera with a constant interval so that the distance to the workpiece can be detected.
Moreover, the photometric stereo which measures a three-dimensional shape with a monocular camera may be used. In this case, when recognizing a stack of monochromatic spheres, the periphery of the sphere is dark due to the shadow, and the inside of the sphere becomes bright. Therefore, assuming that the profile of the image taken at this time corresponds to the Z coordinate of the three-dimensional shape, a monochromatic sphere can be measured with a monocular camera.

センサ制御部14は、物体認識処理装置16から姿勢制御信号9bを受信しこの信号を距離センサ12に出力して距離センサ12の高さ及び姿勢を制御し、かつ距離センサ12で計測した複数の袋状ワーク1の3次元形状(センサデータ9c)を受信し、物体認識処理装置16に送信する。
なおセンサ制御部14は必須ではなくこれを省略し、その機能を物体認識処理装置16に含ませてもよい。
The sensor control unit 14 receives the posture control signal 9 b from the object recognition processing device 16, outputs this signal to the distance sensor 12, controls the height and posture of the distance sensor 12, and controls a plurality of values measured by the distance sensor 12. The three-dimensional shape (sensor data 9c) of the bag-like workpiece 1 is received and transmitted to the object recognition processing device 16.
The sensor control unit 14 is not essential and may be omitted, and its function may be included in the object recognition processing device 16.

物体認識処理装置16は、距離センサ12で計測した3次元形状からピッキングする袋状ワーク1の位置と姿勢を認識してロボット制御装置7にその結果を出力する機能を有する。
物体認識処理装置16は、この例ではPC(コンピュータ)である。なお、上述したロボット制御装置7(ロボット制御部5と総括処理部6)、及びセンサ制御部14を同一のPCで構成しても、それぞれ独立のPCで構成してもよい。
The object recognition processing device 16 has a function of recognizing the position and posture of the bag-like workpiece 1 picked from the three-dimensional shape measured by the distance sensor 12 and outputting the result to the robot control device 7.
The object recognition processing device 16 is a PC (computer) in this example. Note that the robot control device 7 (the robot control unit 5 and the overall processing unit 6) and the sensor control unit 14 described above may be configured by the same PC or may be configured by independent PCs.

図2は、距離センサ12の位置から見たワークの模式図である。
この図において、表面が滑らかな複数の袋状ワーク1を距離センサ12の位置から見た場合、ワーク1の積載状態がランダムであっても、ワーク同士が接する境界部分1aを正確に検出し、個々のワークの位置及び姿勢を正確に認識する必要がある。なお、この図において、X軸とY軸は、水平面における直交軸である。
FIG. 2 is a schematic diagram of the work viewed from the position of the distance sensor 12.
In this figure, when a plurality of bag-like workpieces 1 having smooth surfaces are viewed from the position of the distance sensor 12, even when the loading state of the workpieces 1 is random, the boundary portion 1a where the workpieces contact each other is accurately detected, It is necessary to accurately recognize the position and posture of each workpiece. In this figure, the X axis and the Y axis are orthogonal axes in the horizontal plane.

図3は、水平方向から見た図1の装置の模式図である。図3(A)は、図2のY軸方向から見た場合を示している。また、図3(B)はワーク同士が接する境界部分1aの拡大図である。
図3(B)からわかるように、対象物が袋状ワーク1の場合、隣のワークとの境界部分1aの法線ベクトルの角度には必ず不連続な部分が存在する。本発明は、この不連続部分をラベル値の境界とし、ラベリングを行うことにより袋ごとに1つのラベル値が得られるので、このラベル値を持つ点群の座標によって袋(ワーク)の位置や姿勢を認識する。
FIG. 3 is a schematic view of the apparatus of FIG. 1 viewed from the horizontal direction. FIG. 3A shows a case when viewed from the Y-axis direction of FIG. FIG. 3B is an enlarged view of the boundary portion 1a where the workpieces are in contact with each other.
As can be seen from FIG. 3B, when the object is a bag-shaped workpiece 1, there is always a discontinuous portion in the angle of the normal vector of the boundary portion 1a with the adjacent workpiece. In the present invention, since this discontinuous portion is used as the boundary of the label value and one label value is obtained for each bag by performing labeling, the position and orientation of the bag (work) are determined by the coordinates of the point group having this label value. Recognize

図4は、図1のピッキングシステムの作動フロー図である。
この図において、このピッキングシステムは、S1〜S5の各ステップ(工程)からなる。
FIG. 4 is an operational flow diagram of the picking system of FIG.
In this figure, this picking system includes steps (processes) S1 to S5.

ステップS1では、計測する対象(袋状ワーク1)が距離センサ12の視野(計測範囲)に適切に入るように距離センサ12の高さと姿勢を調整する。適切とはワーク1の全体が視野内に入り、かつ、十分な大きさで写っており、以後の認識処理に対応できる解像度をもつことである。姿勢の調整方法はフィードバックなどによる自動調整によるのが好ましいが、手動によってもよい。
ステップS2では、距離センサ12により3次元形状を取得する。ここでの3次元形状は3次元座標を持つ各点が集合した点群を想定している。
In step S <b> 1, the height and posture of the distance sensor 12 are adjusted so that the object to be measured (bag-shaped workpiece 1) appropriately enters the visual field (measurement range) of the distance sensor 12. “Appropriate” means that the entire work 1 is within the field of view and is sufficiently large and has a resolution that can be used for the subsequent recognition processing. The posture adjustment method is preferably automatic adjustment by feedback or the like, but may be manual.
In step S2, a three-dimensional shape is acquired by the distance sensor 12. The three-dimensional shape here assumes a point group in which points having three-dimensional coordinates are gathered.

ステップS3では、3次元形状の法線ベクトルの角度から、その不連続部分を袋状ワークの境界とみなして袋状ワークごとに異なるラベル値を割り当て、各ラベル値ごとに袋状ワークの位置と姿勢を認識する。
ステップS4では、統括処理部に認識の結果から必要な情報を送る。必要な情報とは認識した物体の数や、各認識した物体の位置、姿勢情報などである。
ステップS5では、統括処理部はピッキングするワークを、ロボット制御部とハンド制御部を通じてロボットとハンドを制御し、指定した座標の点でピッキングする。
In step S3, from the angle of the normal vector of the three-dimensional shape, the discontinuous portion is regarded as the boundary of the bag-shaped workpiece, and a different label value is assigned to each bag-shaped workpiece, and the position of the bag-shaped workpiece is determined for each label value. Recognize posture.
In step S4, necessary information is sent to the overall processing unit from the recognition result. The necessary information includes the number of recognized objects, the position and orientation information of each recognized object, and the like.
In step S5, the overall processing unit controls the robot and the hand through the robot control unit and the hand control unit, and picks the workpiece to be picked at the designated coordinate point.

図5は、図4における認識アルゴリズムのフロー図である。
この図において、認識アルゴリズムは、S31〜S34の各ステップ(工程)からなる。
ステップS31では、距離センサ12で取得した計測データ(3次元形状)のノイズ除去を、例えばメディアンフィルタなどで行う。このステップは省略してもよい。
ステップS32では、計測データ(3次元形状)の隣接する計測点との距離を利用してメッシュ(例えば3角メッシュ)をはる(生成する)。このメッシュ生成により、3次元形状を3Dで把握することができる。
FIG. 5 is a flowchart of the recognition algorithm in FIG.
In this figure, the recognition algorithm is composed of steps (processes) S31 to S34.
In step S31, noise removal of the measurement data (three-dimensional shape) acquired by the distance sensor 12 is performed using, for example, a median filter. This step may be omitted.
In step S32, a mesh (for example, a triangular mesh) is applied (generated) using the distance between adjacent measurement points of the measurement data (three-dimensional shape). With this mesh generation, the three-dimensional shape can be grasped in 3D.

ステップS32では、メッシュ上の各計測点に対し、下記の条件1,2を満たすようにラベル値を設定する。
条件1:隣接する計測点までの距離が所定の第1閾値以上の計測点に異なるラベル値を割り当てる。
条件2:隣接する計測点での法線ベクトルの角度差が所定の第2閾値以上の計測点に異なるラベル値を割り当てる。
ここで、ラベル値は、任意の数字または記号である。
In step S32, label values are set so as to satisfy the following conditions 1 and 2 for each measurement point on the mesh.
Condition 1: A different label value is assigned to a measurement point whose distance to an adjacent measurement point is a predetermined first threshold value or more.
Condition 2: Different label values are assigned to measurement points whose normal vector angle difference between adjacent measurement points is equal to or greater than a predetermined second threshold.
Here, the label value is an arbitrary number or symbol.

ステップS33では、前記複数のラベル値からピッキングする袋状ワーク1のラベル値を選択し、その袋状ワーク1のピッキングに必要な情報をロボット制御装置に出力する。   In step S33, the label value of the bag-like workpiece 1 to be picked is selected from the plurality of label values, and information necessary for picking the bag-like workpiece 1 is output to the robot controller.

上述した本発明の装置及び方法によれば、物体認識処理装置16を備え、複数の袋状ワーク1の3次元形状の法線ベクトルの角度から、その不連続部分を袋状ワーク1の境界とみなして袋状ワーク1ごとに異なるラベル値を割り当て、各ラベル値ごとに袋状ワーク1の位置と姿勢を認識するので、不定形な袋状ワークであっても、ピッキングする袋状ワークの位置と姿勢を高い精度で検出することができる。   According to the apparatus and method of the present invention described above, the object recognition processing device 16 is provided, and the discontinuous portion is defined as the boundary of the bag-like workpiece 1 from the angle of the normal vector of the three-dimensional shape of the plurality of bag-like workpieces 1. Since different label values are assigned to each bag-like workpiece 1 and the position and posture of the bag-like workpiece 1 are recognized for each label value, the position of the bag-like workpiece to be picked even if it is an irregular bag-like workpiece And the posture can be detected with high accuracy.

従って、本発明の装置及び方法により以下の効果が得られる。
(1) ティーチングを必要としないため、距離センサ12の計測範囲内に袋状ワーク1が存在すれば、袋状ワーク毎に位置がずれていてもピッキングができる。
(2) 距離センサ12で取得した3次元形状のデータ処理のみでピッキングする袋状ワークの位置と姿勢の認識を行うため、認識する袋状ワークの形状を事前に登録する必要がない。
(3) 袋状ワーク1ごとに異なるラベル値を割り当てて、各袋状ワーク認識するため、形状変化があっても安定して認識可能である。また、幾何学的な特徴のフィッティングを利用しないため一定の計算時間で認識可能である。
(4) 袋状ワーク1に対し形状(例えば直方体)を仮定してないので直線などへのフィテッィング処理はなく、不定形状に対応できる。
(5) 出力されたラベル値の点群の座標から3次元的な姿勢を知ることができる。従って、最も水平なものを選択することや、積まれた袋が崩れて傾いているものを選択するなども可能になる。
Therefore, the following effects can be obtained by the apparatus and method of the present invention.
(1) Since teaching is not required, if the bag-shaped workpiece 1 exists within the measurement range of the distance sensor 12, picking can be performed even if the position of each bag-shaped workpiece is shifted.
(2) Since the position and orientation of the bag-like workpiece to be picked are recognized only by the data processing of the three-dimensional shape acquired by the distance sensor 12, it is not necessary to register the shape of the bag-like workpiece to be recognized in advance.
(3) Since a different label value is assigned to each bag-like workpiece 1 and each bag-like workpiece is recognized, it can be stably recognized even if there is a shape change. In addition, since geometric feature fitting is not used, it can be recognized in a certain calculation time.
(4) Since the shape (for example, a rectangular parallelepiped) is not assumed with respect to the bag-like workpiece 1, there is no fitting process to a straight line or the like, and it can cope with an indefinite shape.
(5) The three-dimensional posture can be known from the coordinates of the point group of the output label value. Accordingly, it is possible to select the most horizontal one, or to select the one in which the stacked bags are collapsed and inclined.

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, a various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention.

1 ワーク(袋状ワーク)、1a 境界部分、
2 ロボット、3 ロボットハンド、
4 ハンド制御部、5 ロボット制御部、
6 総括処理部、7 ロボット制御装置、
8 計測用台、
10 袋状ワーク認識装置、
12 距離センサ、13 移動・回転機構、
14センサ制御部、16 物体認識処理装置
1 work (bag-like work), 1a boundary part,
2 robots, 3 robot hands,
4 Hand control unit, 5 Robot control unit,
6 General processing section, 7 Robot controller,
8 Measuring table,
10 Bag-like workpiece recognition device,
12 distance sensor, 13 movement / rotation mechanism,
14 sensor control unit, 16 object recognition processing device

Claims (3)

複数の袋状ワークの3次元形状を計測する距離センサと、
前記3次元形状からピッキングする袋状ワークの位置と姿勢を認識してロボット制御装置にその結果を出力する物体認識処理装置とを備えた袋状ワーク認識装置であって、
前記物体認識処理装置は、
前記3次元形状の隣接する計測点との距離を利用してメッシュを生成するメッシュ生成装置と、
前記メッシュ上の各計測点に対し、隣接する計測点までの距離が所定の第1閾値以上の計測点に異なるラベル値を割り当てる第1ラベル割当装置と、
前記メッシュ上の各計測点に対し、隣接する計測点での法線ベクトルの角度差が所定の第2閾値以上の計測点に異なるラベル値を割り当てる第2ラベル割当装置と、
前記複数のラベル値からピッキングする袋状ワークのラベル値を選択し、その袋状ワークのピッキングに必要な情報をロボット制御装置に出力する情報出力装置とを備え、
前記3次元形状の法線ベクトルの角度から、その不連続部分を袋状ワークの境界とみなして袋状ワークごとに異なるラベル値を割り当て、各ラベル値ごとに袋状ワークの位置と姿勢を認識する、ことを特徴とする袋状ワーク認識装置。
A distance sensor for measuring a three-dimensional shape of a plurality of bag-like workpieces;
A bag-like workpiece recognition device comprising an object recognition processing device that recognizes the position and orientation of a bag-like workpiece picked from the three-dimensional shape and outputs the result to a robot controller,
The object recognition processing device includes:
A mesh generating device that generates a mesh using a distance between adjacent measurement points of the three-dimensional shape;
A first label allocation device that assigns different label values to measurement points whose distance to an adjacent measurement point is equal to or greater than a predetermined first threshold for each measurement point on the mesh;
A second label assigning device that assigns different label values to measurement points at which an angular difference between normal vectors at adjacent measurement points is equal to or greater than a predetermined second threshold for each measurement point on the mesh;
An information output device that selects a label value of a bag-like workpiece to be picked from the plurality of label values, and outputs information necessary for picking the bag-like workpiece to a robot controller;
From the angle of the normal vector of the three-dimensional shape, the discontinuous portion is regarded as the boundary of the bag-shaped workpiece, and a different label value is assigned to each bag-shaped workpiece, and the position and orientation of the bag-shaped workpiece are recognized for each label value. A bag-like workpiece recognition device characterized by:
前記ピッキングする袋状ワークのラベル値の選択は、ラベルが割り当てられた複数の袋状ワークの中で、位置が最も高いもの、面積が最も広いもの、姿勢が最も水平であるもの、又は姿勢が最も傾いているものの少なくともいずれか1つであり、
ピッキングに必要な前記情報は、選択した袋状ワーク毎のピッキング位置、重心座標、又は寸法である、ことを特徴とする請求項に記載の袋状ワーク認識装置。
The selection of the label value of the bag-like workpiece to be picked is selected from the plurality of bag-like workpieces to which labels are assigned, the one with the highest position, the one with the largest area, the one with the most horizontal posture, At least one of the most inclined,
The bag-shaped workpiece recognition apparatus according to claim 1 , wherein the information necessary for picking is a picking position, a barycentric coordinate, or a dimension for each selected bag-shaped workpiece.
表面が滑らかな複数の袋状ワークの3次元形状を計測し、
前記3次元形状からピッキングする袋状ワークの位置と姿勢を認識してロボット制御装置にその結果を出力する袋状ワーク認識方法であって、
前記3次元形状の隣接する計測点との距離を利用してメッシュをはり、
前記メッシュ上の各計測点に対し、
隣接する計測点までの距離が所定の第1閾値以上の計測点に異なるラベル値を割り当て、
かつ隣接する計測点での法線ベクトルの角度差が所定の第2閾値以上の計測点に異なるラベル値を割り当て、
前記複数のラベル値からピッキングする袋状ワークのラベル値を選択し、その袋状ワークのピッキングに必要な情報をロボット制御装置に出力する、ことにより、
前記3次元形状の法線ベクトルの角度から、その不連続部分を袋状ワークの境界とみなして袋状ワークごとに異なるラベル値を割り当て、各ラベル値ごとに袋状ワークの位置と姿勢を認識する、ことを特徴とする袋状ワーク認識方法。
Measure the three-dimensional shape of multiple bag-like workpieces with smooth surfaces,
A bag-like workpiece recognition method for recognizing the position and posture of a bag-like workpiece picked from the three-dimensional shape and outputting the result to a robot controller,
Apply the mesh using the distance to the adjacent measurement point of the three-dimensional shape,
For each measurement point on the mesh,
Assign different label values to measurement points whose distance to adjacent measurement points is equal to or greater than a predetermined first threshold,
And assigning different label values to measurement points at which the normal vector angle difference between adjacent measurement points is equal to or greater than a predetermined second threshold,
By selecting a label value of the bag-like workpiece to be picked from the plurality of label values, and outputting information necessary for picking the bag-like workpiece to the robot controller,
From the angle of the normal vector of the three-dimensional shape, the discontinuous portion is regarded as the boundary of the bag-shaped workpiece, and a different label value is assigned to each bag-shaped workpiece, and the position and orientation of the bag-shaped workpiece are recognized for each label value. A bag-like workpiece recognition method characterized by:
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