JP6560752B2 - ロボットおよびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットおよびその制御方法に関する。

複数の作業工程からなる作業ラインにおいて、そのうちの少なくとも１つの作業工程において上流側の作業を終えたワークを受け取り、当該ワークに対して作業を行った後、下流側へワークを送り出すための一連の動作を複数の関節を有するロボットに行わせる態様が知られている。

複数の作業工程のうち、電子部品等の多数のワークが入った容器から例えば１つのワークを取り出し、当該部品に対して作業を行う工程をロボットに行わせることが考えられる。このような工程は一般的にビンピッキング（bin picking）と呼ばれる。例えば、下記特許文献１では、所定のトレイにワークを載せ、複数のカメラで複数の異なる角度から撮像し、ワークの位置を３次元的に捕捉する。捕捉されたワークの情報に基づいて予め記憶されたワークの形状を用いてパターンマッチングを行うことにより、ワークを認識し、ロボットに、トレイに入った複数のワークの中から１つのワークを取り出させる。この際、トレイに入った複数のワークが重なっているとワークの認識ができない場合がある。このようなワーク同士の重なりを回避するため、トレイを振動させる等してトレイ内のワークを均す作業が行われる（例えば特許文献２，３等参照）。

特開２００８−６２３７６号公報 特開２０１４−２０５２０９号公報 特許第５６０６４２４号公報

しかしながら、従来の構成では、上記特許文献２，３のように、ロボットの周辺にトレイを振動させるための専用の治具や機器を配置する必要があった。このため、複数の作業工程のうち少なくとも１つの作業工程を人が行う作業ラインにおいて、人が行っていた作業工程をロボットに代わりに行わせる場合、人が作業を行う場合には不要な専用の治具や機器を配置する必要がある。また、ロボットがワークを認識するために高度な視覚認識システムを具備し、複雑な制御を行う必要がある。この結果、従来の作業ラインにおいては、頻繁、かつ、容易に人の代わりにロボットに作業を行わせることが困難であるという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、専用の治具や機器を配置することなく、また、高度な視覚認識システムを具備して複雑な制御を行うことなく、ワークの取り出し作業を容易に実現することができるロボットおよびその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るロボットは、先端に設けられた第１の手先と、基台と前記第１の手先との間に設けられた少なくとも１つの関節軸とを有する第１のアームと、前記第１の手先に設けられた状態で、複数のワークを載置できる所定の台状体に接触する第１の作用部と、制御部と、前記台状体における前記ワークの載置面をその垂直方向から２次元的に撮像する撮像部と、前記撮像部で２次元的に撮像された画像から２次元のパターンマッチングを行うことにより前記ワークの位置を認識する認識部と、を備え、前記制御部は、前記台状体に前記第１の作用部を作用させるように前記第１のアームを制御することにより、前記台状体を振動させるよう構成される。

上記構成によれば、第１の手先に設けられた第１の作用部により、ワークが載置された台状体が振動するため、台状体上のワークを均す作業を専用の治具や機器を配置することなく実現することができる。しかも、台状体上のワークの位置を２次元的に撮像された画像から認識するため、高度な視覚認識システムが不要となる。したがって、専用の治具や機器を配置することなく、また、高度な視覚認識システムを具備して複雑な制御を行うことなく、ワークの取り出し作業を容易に実現することができる。

前記ロボットは、先端に設けられた第２の手先と、前記基台と前記第２の手先との間に設けられた少なくとも１つの関節軸とを有する第２のアームと、前記第２の手先に設けられた状態で、前記台状体に接触する第２の作用部と、を備え、前記制御部は、前記第１の作用部と前記第２の作用部との間に前記台状体が位置した状態で前記第１のアームおよび第２のアームを共働させるように制御することにより、前記台状体を振動させてもよい。これによれば、第１のアームおよび第２のアームの共働により、第１の作用部と第２の作用部との間に位置した台状体が振動する。したがって、２つのアームを共働させることにより、台状体をより適切に振動させる構成をより容易かつ確実に実現することができる。

前記第１のアームおよび前記第２のアームのそれぞれは、前記基台に垂直な軸に同軸に配置されかつ前記基台に対して独立して前記軸回りに回動可能に構成されてもよい。これによれば、２つのアームの基部が同軸に配置されるため、ロボット座標系の原点を当該同軸位置に設定することにより、２つのアームを時間遅延を生じさせずに高精度に制御することができる。

前記撮像部は、前記台状体の振動動作後に撮像してもよい。これによれば、台状体を振動させることによるワークの均し作業後にワークの位置を認識するための画像が撮像される。したがって、２次元画像に基づく２次元のパターンマッチングを用いても効率的かつ容易にワークの位置を認識することができる。

前記ロボットは、前記第１の手先に設けられた状態で、前記台状体に載置された少なくとも１つのワークの中から１つのワークを取り出すワーク取出部を備えてもよい。これによれば、ワークの均し作業およびワークの取り出し作業を１つのロボットで実現することができる。

前記ロボットは、前記第１の手先に設けられた状態で、前記複数のワークが収容される所定のワーク収容容器から少なくとも１つのワークを取り出し、前記台状体におけるワークの載置面上に載置する、ワーク供給部を備えてもよい。これによれば、ワークの均し作業およびワークの台状体への載置作業を１つのロボットで実現することができる。

本発明の他の態様に係るロボットの制御方法は、先端に設けられた第１の手先と、基台と前記第１の手先との間に設けられた少なくとも１つの関節軸とを有する第１のアームを備えたロボットの制御方法であって、前記第１の手先に、複数のワークを載置できる所定の台状体に接触する第１の作用部を取り付け、前記台状体に前記第１の作用部を作用させるように前記第１のアームを制御することにより、前記台状体を振動させ、前記台状体における前記ワークの載置面をその垂直方向から２次元的に撮像する撮像部により撮像し、前記撮像部で２次元的に撮像された画像から２次元のパターンマッチングを行うことにより前記ワークの位置を認識する。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明は以上に説明したように構成され、専用の治具や機器を配置することなく、また、高度な視覚認識システムを具備して複雑な制御を行うことなく、ワークの取り出し作業を容易に実現することができるという効果を奏する。

図１は本発明の一実施の形態に係るロボットの概略構成を示す模式的な平面図である。 図２は図１に示すロボットの側面図である。 図３は本実施の形態におけるビンピッキング作業の処理の流れを示すフローチャートである。 図４は図１に示すロボットがワーク収容容器から少なくとも１つのワークを台状体の載置面に載置する工程を例示するための平面図である。 図５は図１に示すロボットが台状体の載置面を撮像部を用いて撮像する工程を例示するための平面図である。 図６は図１に示すロボットが台状体の載置面上のワークを取り出す工程を例示するための平面図である。 図７は本発明の一実施の形態の第１の変形例に係るロボットの概略構成を示す模式的な平面図である。 図８は図７に示すロボットの側面図である。 図９Ａは、本発明を１つのアームを有するロボットに適用する場合の手先近傍の構成を例示するための部分平面図である。 図９Ｂは、本発明を１つのアームを有するロボットに適用する場合の手先近傍の他の構成を例示するための部分平面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

図１は本発明の一実施の形態に係るロボットの概略構成を示す模式的な平面図である。また、図２は図１に示すロボットの側面図である。図１および図２に示すように、本実施の形態のロボット１は、基台２に２つのアーム（第１のアーム３および第２のアーム４）が設けられた双腕のロボットとして構成される。第１のアーム３は、先端部に第１の手先５が設けられ、基台２と第１の手先５との間に少なくとも１つの関節軸（本実施の形態では３つの関節軸Ａ１，Ａ２，Ａ３）を有する。同様に、第２のアーム４は、先端部に第２の手先６が設けられ、基台２と第２の手先６との間に少なくとも１つの関節軸（本実施の形態では３つの関節軸Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）を有する。

基台２の前方には作業台１０が設けられている。作業台１０の基台２に近い側には複数のワークＷを載置できる所定の台状体１３が載置されている。台状体１３は、上面に電子部品等のワークＷを載置して（すなわち上面が載置面となる）後述する均し作業を行うための台となる。台状体１３の基台２とは反対側の作業台１０には、複数のワークＷが収容されている所定のワーク収容容器１５が載置されている。また、基台２の両側方にもそれぞれ作業台１１，１２が設けられている。作業台１１，１２のそれぞれには、台状体１３から取り出したワークＷを配設するための配設トレイ１６，１７が載置されている。本実施の形態のロボット１は、ワーク収容容器１５から少なくとも１つのワークＷを台状体１３の載置面に載置し、台状体１３の載置面に載置された少なくとも１つのワークＷから１つのワークＷを取り出して配設トレイ１６，１７に配設するビンピッキング作業を行うように構成されている。

関節軸Ａ１は、基台２の上面に垂直な軸として構成され、第１のアーム３は、関節軸Ａ１回りに回動可能に構成される。関節軸Ｂ１も、基台２の上面（水平面）に垂直な軸として構成され、第２のアーム４は、関節軸Ｂ１回りに回動可能に構成される。そして、関節軸Ａ１と関節軸Ｂ１とは、同軸配置され（回動軸Ｃとして構成され）、第１のアーム３および第２のアーム４のそれぞれは、基台２に対して互いに独立して回動軸Ｃ回りに回動可能に構成される。２つのアーム３，４の基部が同軸に配置されるため、ロボット座標系の原点を当該同軸位置に設定することにより、２つのアーム３，４を同じように教示し、２つのアーム３，４を時間遅延を生じさせずに高精度に制御することができる。

さらに、その他の関節軸Ａ２，Ｂ２も水平面に垂直な軸として構成される。これにより、後述する昇降部３３，４３の高さ位置が同じであれば、各アーム３，４の先端部が水平面に平行な面内を移動するように構成される。すなわち、本実施の形態において、ロボット１は、同軸双腕のスカラロボットとして構成される。

第１のアーム３は、関節軸Ａ１と関節軸Ａ２との間に設けられる第１部材３１と、関節軸Ａ２と関節軸Ａ３との間に設けられる第２部材３２とを備える。第２部材３２の先端部には、第１の手先５を高さ方向（回動軸Ｃの軸線方向）に移動させる昇降部３３を備えている。昇降部３３は、エアシリンダ等の空気の圧力で動作するものでもよいし、モータ等の電気駆動されるものでもよい。電気駆動される昇降部３３においては、モータをサーボ制御することにより手先の高さを細かく調整することができる。昇降部３３の先端部には関節軸Ａ３を回転駆動するための電気モータ等で構成される駆動部３４が設けられる。

同様に、第２のアーム４は、関節軸Ｂ１と関節軸Ｂ２との間に設けられる第１部材４１と、関節軸Ｂ２と第２の手先６との間に設けられる第２部材４２と、第２の手先６を高さ方向に移動させる昇降部４３と、関節軸Ｂ３を回転駆動するための駆動部４４とを備える。

第１の手先５には、台状体１３に接触する第１の作用部７が取り付けられる。さらに、第１の手先５は、第１の作用部７を取り付ける取り付け部材５１を有している。取り付け部材５１は、水平方向に延びる棒状に形成され、長手方向中央部が第１のアーム３の駆動部３４の回転軸（すなわち関節軸Ａ３）に取り付けられる。取り付け部材５１は、電動モータ等で構成される駆動部３４により、水平面に垂直な軸回りに回動可能に構成される。第１の作用部７は、取り付け部材５１の長手方向一端部に取り付けられる。

第２の手先６も、第１の手先５と同様に、第２のアーム４の駆動部４４の出力軸（すなわち関節軸Ｂ３）に回転可能に取り付けられた取り付け部材６１を有し、取り付け部材６１の長手方向一端部に第２の作用部８が取り付けられる。第２の作用部８も台状体１３に接触可能に構成される。

第１の作用部７は、水平面に垂直な当接面７１と、当接面７１から当該当接面７１に垂直な方向に突出した突起部７２とを備えている。同様に、第２の作用部８も、当接面８１および突起部８２を備えている。一方、台状体１３の側面には、所定の位置に各突起部７２，８２が挿通可能な凹部（孔部）１３ａが設けられている。したがって、各作用部７，８の当接面７１，８１が台状体１３の側面にほぼ平行に位置した状態で、各作用部７，８の突起部７２，８２が対応する台状体１３の凹部１３ａ内に挿通されることにより、２つの作用部７，８が台状体１３を振動させる、後述の振動動作時において、各作用部７，８が台状体１３に対して位置ずれするのを防止することができる。すなわち、各作用部７，８の突起部７２，８２および台状体１３の凹部１３ａが振動動作時のガイド機構として機能する。当接面７１，８１は、取り付け部材５１，５６の長手方向一端部において下方に延出している。

ロボット１は、第１のアーム３および第２のアーム４のそれぞれを制御する制御部１４を備えている。制御部１４は、マイクロコントローラ等のＣＰＵおよび制御プログラムを記憶するメモリ等を備えている。制御部１４は、ロボット１の各関節軸Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を回動駆動するためのサーボモータ（図示せず）をサーボ制御することにより、第１の手先５および第２の手先６を任意の位置に任意の経路に沿って移動させる。

本実施の形態において、第１の手先５には、台状体１３に載置された少なくとも１つのワークＷの中から１つのワークＷを取り出すワーク取出部９が取り付けられている。ワーク取出部９は、取り付け部材５１の関節軸Ａ３と第１の作用部７との間に設けられる。ワーク取出部９は、例えば取り付け部材５１から下方に延出した位置に吸着部が設けられる吸着機構である。吸着機構は、例えば、吸着パッド等の吸着部内の空気を吸引することにより、吸着部にワークＷを吸い付ける真空吸着機構、または、ワークＷを吸引する方向の空気の流れを常に生じさせることにより吸着部にワークＷを吸い付ける流量吸着機構等が採用可能である。流量吸着機構は、例えば吸気ホースの先端に例えばメッシュ状のワーク流入防止機構を設けることによって吸気ホースで空気とともにワークＷを吸引した際にワーク流入防止機構にワークＷが吸着する吸着部とする構成を採用することができる。ただし、ワーク取出部９は、１つのワークＷを適切に取り出すことが求められるため、１つのワークＷを吸着するのに好適な真空吸着機構とするのが好ましい。

同様に、第２の手先６にもワーク取出部９が取り付けられている。第２の手先６のワーク取出部９は、取り付け部材６１の関節軸Ｂ３と第２の作用部８との間に設けられる。

さらに、ロボット１は、台状体１３におけるワークＷの載置面をその垂直方向から２次元的に撮像する撮像部１８を備えている。撮像部１８は、パターンマッチング処理に用いられる公知のカメラ等を採用可能である。撮像部１８は、第１の手先５に設けられる。取り付け部材５１の長手方向他端部（関節軸Ａ３を基準にして第１の作用部７とは反対側の端部）近傍に、上方に延びるステー１９が取り付けられている。撮像部１８は、ステー１９の上端部に受光部を下方に向けた状態で取り付けられる。また、取り付け部材５１には台状体１３のワークＷの載置面に光を照射する撮像用ライト２０が設けられる。本実施の形態において、撮像部１８および撮像用ライト２０は、第２の手先６にも同様に設けられる。

さらに、第１の手先５には、ワーク収容容器１５から少なくとも１つのワークＷを取り出し、台状体１３におけるワークＷの載置面上に載置する、ワーク供給部２１が設けられている。ワーク供給部２１は、ワーク取出部９と同様、取り付け部材５１から下方に延出した位置に吸着部が設けられる吸着機構が採用できる。ただし、ワーク供給部２１は比較的多くのワークＷを吸着する方が効率的であるため、比較的多くのワークＷを吸着するのに好適な流量吸着機構とするのが好ましい。

本実施の形態において、制御部１４は、ロボット１の各関節軸の位置を基台２を原点とした直交座標系であるベース座標系および第１の手先５または第２の手先６を原点とした直交座標系であるツール座標系で把握することができるように設定されている。ロボット１は、制御部１４に対して、台状体１３、ワーク収容容器１５、配設トレイ１６，１７が配設される位置情報、台状体１３およびワークＷの寸法情報、ワークＷの形状情報、振動動作の強さ（周期または振幅）、振動時間等を設定入力可能に構成され、設定入力された各情報は制御部１４のメモリに記憶される。制御部１４は、ワーク取出部９、ワーク供給部２１および撮像部１８の制御も行う。さらに、制御部１４は、撮像部１８で２次元的に撮像された画像から２次元のパターンマッチングを行うことによりワークＷの載置面上の位置を認識する認識部２２としても機能する。なお、これに代えて、例えばロボット１の制御部１４に認識部２２として機能する外部のコンピュータを接続する等により制御部１４とは別に認識部２２を設けることとしてもよい。

以下、ワーク収容容器１５からワークＷを台状体１３の載置面に載置し、台状体１３の載置面に載置された複数のワークＷから所定数のワークＷを取り出して配設トレイ１６，１７に配設するビンピッキング作業を行う際のロボット１の制御動作について説明する。図３は本実施の形態におけるビンピッキング作業の処理の流れを示すフローチャートである。

本実施の形態において、まず、制御部１４は、第１の手先５のワーク供給部２１を制御し、ワーク収容容器１５から少なくとも１つ（例えば５個程度）のワークＷを台状体１３の載置面に載置する（ステップＳ１）。図４は図１に示すロボットがワーク収容容器から少なくとも１つのワークを台状体の載置面に載置する工程を例示するための平面図である。図４に示すように、制御部１４は、第１の手先５のワーク供給部２１をワーク収容容器１５上の位置に位置させ、ワーク供給部２１によるワークＷの取得動作（吸着機構の場合は吸着動作）を実行する。その後、制御部１４は、ワーク供給部２１にワークＷが取得された状態で第１のアーム３を移動制御し、ワーク供給部２１を台状体１３の載置面上に位置させる。制御部１４は、この状態でワーク供給部２１によるワークＷの取得動作を解除し、ワークＷを台状体１３の載置面上に載置させる。

制御部１４は、台状体１３の左右に各アーム３，４を配置するよう制御する（ステップＳ２）。これにより、第１の手先５および第２の手先６は、台状体１３への振動動作開始位置に位置する。なお、ステップＳ１において、第２のアーム４および第２の手先６は必要な動作がないため、図４に示すように、制御部１４は、ステップＳ１の時点で第２の手先６を台状体１３への振動動作開始位置に予め位置させ、その状態を維持するように制御してもよい。振動動作開始位置は、図１に示すように、前述した各作用部７，８の突起部７２，８２が対応する台状体１３の凹部１３ａ内に挿通される位置である。

台状体１３の初期位置が予め定められている場合には、各作用部７，８の位置も予め定められるため、制御部１４は、当該予め定められている位置へ各アーム３，４を移動制御する。これに代えて、制御部１４は、撮像部１８により台状体１３を、位置座標が既知である作業台１０上のマーカ（図示せず）とともに撮像し、制御部１４が台状体１３のマーカとの位置関係から台状体１３の位置を算出し、算出された台状体１３の位置に基づいて定められる各作用部７，８の振動動作開始位置へ各アーム３，４を移動制御してもよい。

次に、制御部１４は、台状体１３に第１の作用部７を作用させるように第１のアーム３を制御することにより、台状体１３を振動させる振動動作を行う（ステップＳ３）。このとき、制御部１４は、台状体１３に第２の作用部８をさらに作用させるように第２のアーム４を制御する。すなわち、図１に示すように、制御部１４は、第１の作用部７と第２の作用部８との間に台状体１３が位置した状態で第１のアーム３および第２のアーム４を共働させるように制御することにより、台状体１３を振動させる。

より具体的には、制御部１４は、第１の作用部７と第２の作用部８との間の距離を一定（台状体１３の幅に所定のマージンを加えた長さ）に維持しつつ、所定の方向（図１の例では作用部７，８の対向方向である左右方向）に所定の振幅かつ所定の周期で第１の作用部７および第２の作用部８を移動させるように制御する。この際、第１のアーム３および第２のアーム４をそれぞれ位置制御してもよいし、第１のアーム３をマスタアーム、第２のアーム４をスレーブアームとして、第１のアーム３を位置制御するとともに、第１の作用部７と第２の作用部８との間の距離が一定となるように第２のアーム４を追従動作するように制御してもよい。これにより、台状体１３は作業台１０上を摺動しながら左右方向に往復動するように振動する。

本実施の形態に代えて、制御部１４は、第１の作用部７と第２の作用部８とで台状体１３を把持してもよい。すなわち、上記マージンを０にしてもよい。これにより、制御部１４は、台状体１３を持ち上げた状態で振動動作を実行することも可能である。この場合、第１の作用部７および第２の作用部８は、台状体１３を把持する形状を有してもよい。また、振動する方向は、左右方向に限られず、前後方向、または前後方向および左右方向を含む水平方向でもよいし、上下方向（高さ方向）、または上下方向および水平方向を含む３次元方向でもよい。また、これに加えてまたはこれに代えて、台状体１３を水平面または垂直面に垂直な所定の揺動軸回りに揺動させてもよい。

上記構成によれば、第１の手先５に設けられた第１の作用部７および第２の手先６に設けられた第２の作用部８により、ワークＷが載置された台状体１３が振動するため、台状体１３上のワークＷを均す作業を専用の治具や機器を配置することなく実現することができる。さらに、第１のアーム３および第２のアーム４の共働により、第１の作用部７と第２の作用部８との間に位置した台状体１３が振動する。したがって、２つのアーム３，４を共働させることにより、台状体１３をより適切に振動させる構成をより容易かつ確実に実現することができる。

制御部１４は、タイマ（図示せず）を内蔵しており、振動動作の動作期間を計測する。制御部１４は、振動動作開始後、所定の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ４）。所定の時間が経過したと判定された場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、制御部１４は、振動動作を停止し、台状体１３のワークＷの載置面を撮像部１８を用いて撮像する（ステップＳ５）。図５は図１に示すロボットが台状体の載置面を撮像部を用いて撮像する工程を例示するための平面図である。図５に示すように、第１の作用部７の突起部７２を対応する台状体１３の凹部１３ａから引き抜くように第１のアーム３を動作させる。その後、制御部１４は、第１の手先５を関節軸Ａ３回りにほぼ１８０°回転させて台状体１３の上方に第１の手先５の取り付け部材５１における第１の作用部７が設けられる端部とは反対側の端部に位置する撮像部１８を位置させる。当該位置において、制御部１４は、撮像部１８を用いて台状体１３の載置面を撮像する。この際、制御部１４は、第１の手先５に設けられた撮像用ライト２０を点灯させる。

撮像された２次元画像は、認識部２２に送られる。認識部２２は、予め記憶されているワークＷの形状データを読み出し、撮像部１８で２次元的に撮像された画像から当該ワークＷの形状に基づいた２次元のパターンマッチングを行う。認識部２２は、パターンマッチングの結果、撮像された画像からワークＷの形状が抽出された場合、抽出されたワークＷの座標および姿勢（向き）を特定し、当該ワークＷの位置座標および姿勢が制御部１４に送られる。

パターンマッチング終了後、制御部１４は、抽出されたワークＷの位置座標および姿勢データの有無を判定する（ステップＳ６）。すなわち、制御部１４は、現時点で台状体１３の載置面上にワークＷ同士が重なっていない取り出し可能なワークＷがあるかどうかを判定する。載置面上に取り出し可能なワークＷがある場合（ステップＳ６でＹｅｓ）、制御部１４は、第１の手先５に設けられたワーク取出部９を用いて取り出し可能なワークＷを取り出す（ステップＳ７）。取り出し可能なワークＷが複数ある場合には、所定の優先順位に基づいて取り出すワークＷが決定される。

図６は図１に示すロボットが台状体の載置面上のワークを取り出す工程を例示するための平面図である。制御部１４は、台状体１３の載置面上にあるワークＷのうち、取り出す対象となったワークＷの位置座標および姿勢データを読み出し、それに基づいて当該ワークＷ上に第１の手先５に設けられたワーク取出部９が位置するように制御する。制御部１４は、ワーク取出部９によるワークＷの取得動作（吸着機構の場合は吸着動作）を実行する。その後、図６に示すように、制御部１４は、ワーク取出部９にワークＷが取得された状態で第１のアーム３および第１の手先５を移動制御し、ワーク取出部９を（第１の手先５に近接する）右側の作業台１１上の配設トレイ１６の所定位置に位置させる。制御部１４は、この状態でワーク取出部９によるワークＷの取得動作を解除し、ワークＷを配設トレイ１６上に載置させる。

例えば制御部１４は、配設トレイ１６に配設されたワークＷの数をカウントする。配設順に応じて配設トレイ１６上のワークＷの配設位置座標が予め定められており、制御部１４は、配設されたワークＷの数に基づいて次に配設トレイ１６にワークＷを配設する際に、対応する配設位置座標に基づいて第１のアーム３を位置制御する。

制御部１４は、ワークＷの取り出し作業が終了したか否かを判定する（ステップＳ８）。例えば、制御部１４は、配設トレイ１６，１７に配設可能な数のワークＷが配設されたか否かを判定する。ワークＷの取り出し作業が終了したと判定された場合（ステップＳ８でＹｅｓ）、一連のビンピッキング作業は終了する。

ワークＷの取り出し作業が終了していないと判定された場合（ステップＳ８でＮｏ）、制御部１４は、再度取り出し可能なワークＷがあるか否かを判定する（ステップＳ６）。この際、再度撮像部１８を用いて台状体１３の載置面を撮像してパターンマッチングを行った上で判定してもよい。

これに代えて、前回のパターンマッチングの結果、取り出し可能なワークＷが複数あると判定された場合には、当該パターンマッチングの結果をそのまま利用して判定してもよい。すなわち、前回のワークＷの取り出し作業において取り出されたワークＷ以外のワークＷは動いていないと仮定して判定することにより、作業を迅速化することができる。この場合、前回取り出されたワークＷの次に優先順位の高いワークＷが取り出す対象のワークＷとして決定される。

取り出し可能なワークＷがあると判定された場合（ステップＳ７でＹｅｓ）、前回と同様にワーク取出部９を用いてワークＷを取り出す（ステップＳ８）。この際、ワークＷを取り出すワーク取出部９は、前回と異なる手先（本例では第２の手先６）に設けられたワーク取出部９とし、対応する（第２の手先６に近接する左側の）配設トレイ１７に取り出したワークＷを配設することとしてもよい。これにより、左右の配設トレイ１７に均等にワークＷを配設することができる。

取り出し可能なワークがないと判定された場合（ステップＳ６でＮｏ）、制御部１４は、撮像された画像から台状体１３の載置面上にワークＷが存在するか否かを判定する（ステップＳ９）。具体的には、制御部１４は、撮像された画像において台状体１３の載置面内に輝度値が載置面とは異なる箇所があるか否か等により判定する。

載置面上にワークＷが存在しないと判定された場合（ステップＳ９でＮｏ）、制御部１４は、台状体１３の載置面にワークＷを載置する作業（ステップＳ１）以降を再度実行する。また、載置面上にワークＷが存在すると判定された場合（ステップＳ９でＹｅｓ）、制御部１４は、台状体１３を振動動作させる作業（ステップＳ２，Ｓ３）以降を再度実行する。なお、次回の作業においてワークＷを取り出すワーク取出部９は、前回の作業においてワークＷを取り出した手先５，６とは異なる手先６，５に取り付けられたワーク取出部９とし、ワークＷが前回の作業時とは異なる配設トレイ１７，１６に配設されるように制御されることとしてもよい。この際、撮像部１８で台状体１３の載置面を撮像する作業（ステップＳ５）においては、ワークＷを取り出すワーク取出部９が設けられた手先６，５と同じ手先に設けられた撮像部１８を用いることとしてもよい。これにより、ロボット１の各アーム３，４を効率的に動作させることができる。

このように、本実施の形態におけるロボット１によれば、専用の治具や機器を配置することなくワークＷの取り出し作業を容易に実現することができる。また、本実施の形態においては、１つのロボット１に、作用部７，８とともに、ワーク供給部２１、撮像部１８、およびワーク取出部９が設けられている。これにより、ワークの均し作業（振動動作）、台状体１３へのワークＷの供給作業、台状体１３の載置面上のワークＷの認識作業（パターンマッチング）、およびワークＷの取り出し作業を１つのロボットで実現することができる。したがって、上記のようなビンピッキング作業を行う工程を含む作業ラインにおいて、当該作業工程のみを人手からロボット１に簡単に置き換えることができる。したがって、作業ラインの変更または追加等を行う必要がなくなる。また、均し作業を行ってワークＷ同士の重なりをなくしてから、撮像部１８で載置面上のワークＷを撮像してパターンマッチングを行うことにより、１つの撮像部１８（カメラ）を用いて２次元的（平面的）なパターンマッチングで十分なワークＷの認識が可能となるため、従来のように複数のカメラを用いて３次元的なパターンマッチングをする必要がなくなる。したがって、複数のカメラを設置して立体的なパターンマッチングを行うのに比べて設備コストを低減することができる。さらに、パターンマッチングにおける処理速度を速くすることができ、複雑な制御が不要となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。

例えば、上記実施の形態において、ワーク取出部９として吸着機構を用いたものを説明したが、これに限られず、種々のワーク取出部が適用可能である。例えば、ワークＷを把持することによりワークＷを取り出して移動させる把持機構等の種々のワーク保持構造を適用可能である。

図７は本発明の一実施の形態の第１の変形例に係るロボットの概略構成を示す模式的な平面図であり、図８は図７に示すロボットの側面図である。上記実施の形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。本変形例のロボット１Ｂは、ワーク収容容器１５に収容された配線コードのような棒状のワークＷを台状体１３上の載置面に供給し、台状体１３を振動させて載置面上のワークＷを均した上で、載置面からワークＷを把持機構を備えたワーク取出部９を用いて取り出し、作業台１０に載置されているコネクタ２７にワークＷを接続する作業を行うように構成される。

本変形例において、第１の手先５の取り付け部材５１には、長手方向一端部にワーク取出部９Ｂが設けられ、長手方向他端部にステー１９を介して撮像部１８が設けられる。ワーク取出部９Ｂは、取り付け部材５１の長手方向一端部側（外方）が平面的に形成されており、第１の作用部７Ｂを構成する。関節軸Ａ３と撮像部１８との間の取り付け部材５１にはワーク供給部２１が設けられる。また、第２の手先６の取り付け部材６１には、長手方向一端部にワークＷを把持する把持機構２３が設けられ、長手方向他端部にコネクタ２７にワークＷを接続する際のコネクタ操作子２４が設けられる。取り付け部材６１の側方には、撮像用ライト２０が設けられる。撮像用ライト２０は、取り付け部材６１の長手方向に沿った側面が平面状になっており第２の作用部８Ｂを構成する。

以下、制御の流れを簡潔に説明する。本変形例における制御の流れも大筋では図１の構成の場合と同様である。以下、制御部１４の制御指令に基づいたロボット１Ｂの動きのみを説明する。まず、第１の手先５に取り付けられたワーク供給部２１がワーク収容容器１５からワークＷを取り出し、台状体１３上の載置面に載置する。その後、台状体１３の一側面に第１の作用部７Ｂであるワーク取出部９Ｂの側面が当接するとともに、台状体１３の対向する側面に第２の作用部８Ｂの撮像用ライト２０の側面が当接する。その状態で、第１のアーム３および第２のアーム４が共働して動作する（各作用部７Ｂ，８Ｂが対向する方向に往復動する）ことにより、台状体１３を振動させる。振動動作後、第２の手先６に取り付けられた撮像用ライト２０が載置面に光を照射しつつ第１の手先５に取り付けられた撮像部１８が載置面を撮像する。認識部２２は、２次元的に撮像された画像を用いて２次元のパターンマッチングを行う。

パターンマッチングの結果に基づいて、第１の手先５に取り付けられたワーク取出部９ＢがワークＷを把持する。ワーク取出部９Ｂは、図８中の部分拡大部Ｍで示すように、取り付け部材５１の下面に取り付けられた基部２６と、基部２６から下方に延び、基部２６に対して開閉動作可能な一対の爪部２５とを備えている。なお、部分拡大部Ｍは、取り付け部材５１の長手方向一端部側から見たワーク取出部９Ｂの開状態および閉状態を示している。一対の爪部２５の下方がワークＷを把持する把持部９Ｂａとして構成される。第２の手先６に設けられた把持機構２３もほぼ同様の構造を有している。

本変形例におけるワークＷは、配線コードの一端部の被覆部に切れ込みが形成されている。第１の手先５に設けられたワーク取出部９Ｂにより、ワークＷの切れ込みよりワークＷの他端側（切れ込みを基準として被覆部が軸線方向に長い方）を把持した状態で第２の手先６に設けられた把持機構２３が、ワークＷの切れ込みよりワークＷの一端側（切れ込みを基準として被覆部が軸線方向に短い方）を把持する。そして、ワーク取出部９Ｂおよび把持機構２３がワークＷの長手方向に互いに離間する方向に移動することにより、把持機構２３が把持している被覆部がワークＷから外れ、当該箇所の導線がむき出しの状態となる。

その後、把持機構２３が把持している被覆部を所定のトレイ（図示せず）に廃棄する。第１のアーム３は、ワーク取出部９Ｂが把持しているワークＷの一端側（導線側）がコネクタ２７の導線挿入部に向くようにワーク取出部９Ｂを移動させる。

本変形例におけるコネクタ２７は上方に配線コード固定用の押しボタン構造２７ａを有している。押しボタン構造２７ａは、押圧状態となる（ボタンを押す）ことによりコネクタ２７の導線挿入部内に配線コードを挿脱可能とし、開放状態となる（ボタンを押さない）ことによりコネクタ２７の導線挿入部内に挿入した配線コードを脱出不能とするように構成されている。第２の手先６に設けられたコネクタ操作子２４は、取り付け部材６１の下面から下方に延出された棒状部材として構成される。第２のアーム４は、コネクタ操作子２４を、ワーク取出部９Ｂが把持しているワークＷが挿入しようとしているコネクタ２７の押しボタン構造２７ａ上に配置させる。

コネクタ操作子２４が押しボタン構造２７ａを押した状態で、第１のアーム３は、ワーク取出部９Ｂが把持しているワークＷが対応するコネクタ２７の導線挿入部に挿入されるように移動する。ワークＷの導線部がコネクタ２７の導線挿入部に挿入された状態で、第２のアーム４は、コネクタ操作子２４による押しボタン構造２７ａの押圧状態を解除するように移動する。これにより、コネクタ２７にワークＷが挿入された状態で固定される。

このように、本変形例におけるロボット１においても、専用の治具や機器を配置することなくワークＷの取り出し作業を容易に実現することができる。

なお、上記実施の形態（図１の例）においては、撮像部１８およびワーク供給部２１は各手先５，６に１つずつ設けられる構成を例示したが、図７に示す変形例のように、撮像部１８およびワーク供給部２１は２つの手先５，６のうちの１つに設けられることとしてもよい。また、２つの手先５，６に、撮像部１８、ワーク供給部２１、撮像用ライト２０、ワーク取出部９，９Ｂ、把持機構２３等の何れの構成を取り付けるかは自由に組み合わせることが可能である。例えば、第１の手先５にワーク取出部９，９Ｂを設け、第２の手先６に撮像部１８およびワーク供給部２１を設けてもよい。撮像部１８は、ロボット１の可動部（アーム３，４および手先５，６）に取り付けず、基台２等の固定位置に取り付けられてもよい。台状体１３へのワークＷの供給は、人手、部品供給装置、または、別のロボットにより行い、ロボット１がワーク供給部２１を備えない構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、２つのアーム３，４が回動軸Ｃに同軸配置されている構成について説明したが、必ずしも同軸配置されていなくてもよい。また、３つ以上のアームを備えたロボットについても本発明を適用可能である。

また、上記実施の形態においては、２つのアーム３，４の関節軸がすべて水平面に対して垂直であるスカラロボット（水平多関節ロボット）について説明したが、６軸多関節ロボット等で用いられるような手先の位置を３次元的に制御できるアームが複数あるようなロボットについても本発明を適用可能である。

さらに、１つのアームのみを有するロボットについても本発明を適用可能である。図９Ａおよび図９Ｂは、本発明を１つのアーム（第１のアーム）を有するロボットに適用する場合の手先近傍の構成を例示するための部分平面図である。図９Ａは手先に作用部として把持機構を備えた例を示し、図９Ｂは手先に作用部として叩打機構を備えた例を示す。

図９Ａに示す例において、（第１の）手先５の取り付け部材５１の長手方向一端部には（第１の）作用部７Ｃとして台状体１３の側面を把持する把持機構が設けられる。制御部１４は、このような作用部７Ｃで台状体１３を把持した状態で台状体１３が例えば左右方向に往復動するように（第１の）アーム３を移動制御する。

また、図９Ｂに示す例において、（第１の）手先５の取り付け部材５１の長手方向一端部には（第１の）作用部７Ｄとして台状体１３の側面を叩打する叩打機構が設けられる。本例においては台状体１３の叩打機構により叩打される側面と対向する面に壁２８が設けられ、これにより、叩打機構が叩打したときの台状体１３の移動が制限される。なお、壁２８に代えて、台状体１３を作業台１０に固定することとしてもよい。制御部１４は、台状体１３の移動が制限された状態で作用部７Ｄが台状体１３の側面を周期的に叩打するように（第１の）アーム３を往復動作させる。これにより、台状体１３に振動が加えられる。

また、上記実施の形態においては、第１の作用部７、第２の作用部８、ワーク取出部９，９Ｂ、ワーク供給部２１等が予め第１の手先５および第２の手先６に設けられている構成について説明したが、これらの機構が第１の手先５および／または第２の手先６に設けられた状態でロボット１がワークＷに対する作業を行う限り、これに限られない。例えば、これらの機構が第１の手先５および第２の手先６に着脱可能に構成されてもよい。さらに、例えばこれらの機構が所定の場所に載置されており、ロボット１が当該載置された各機構を対応する手先５，６に装着した後、ワークＷに対する作業を行うように制御されてもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明のロボットは、所定の位置に位置決め治具を配設することなく、また、高度な視覚認識システムを具備して複雑な制御を行うことなく、ワークの位置決めを容易に行うために有用である。

１，１Ｂ ロボット
２ 基台
３ 第１のアーム
４ 第２のアーム
５ 第１の手先
６ 第２の手先
７，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ 第１の作用部
８，８Ｂ 第２の作用部
９，９Ｂ ワーク取出部
１３ 台状体
１４ 制御部
１５ ワーク収容容器
１８ 撮像部
２１ ワーク供給部
２２ 認識部
Ａ１−Ａ３，Ｂ１−Ｂ３ 関節軸
Ｃ 回動軸
Ｗ ワーク

Claims (7)

1. 先端に設けられた第１の手先と、基台と前記第１の手先との間に設けられた少なくとも１つの関節軸とを有する第１のアームと、
   前記第１の手先に設けられた状態で、複数のワークを載置できる所定の台状体に接触する第１の作用部と、
   先端に設けられた第２の手先と、前記基台と前記第２の手先との間に設けられた少なくとも１つの関節軸とを有する第２のアームと、
   前記第２の手先に設けられた状態で、前記台状体に接触する第２の作用部と、
   制御部と、
   前記台状体における前記ワークの載置面をその垂直方向から２次元的に撮像する撮像部と、
   前記撮像部で２次元的に撮像された画像から２次元のパターンマッチングを行うことにより前記ワークの位置を認識する認識部と、を備え、
   前記制御部は、前記第１の作用部と前記第２の作用部との間に前記台状体を位置させ、その状態で前記第１の作用部と前記第２の作用部との間の距離を一定に維持しつつ、前記第１の作用部と前記第２の作用部との対向方向に所定の振幅かつ所定の周期で前記第１の作用部および前記第２の作用部を協働して移動させるように前記第１のアームおよび前記第２のアームを制御することにより、前記第１の作用部および前記第２の作用部に当接された前記台状体が前記作業台上を摺動しながら往復動するように、前記台状体を振動させる、ロボット。
2. 前記第１の作用部および前記第２の作用部は、それぞれ、前記台状体の側面に当接する当接面と、前記当接面から当該当接面に垂直な方向に突出した突起部と、を備え、
   前記台状体は、前記第１の作用部および前記第２の作用部のそれぞれが当接する側面に設けられた、前記突起部が挿通可能な凹部を備えている、請求項１に記載のロボット。
3. 前記第１のアームおよび前記第２のアームのそれぞれは、前記基台に垂直な軸に同軸に配置されかつ前記基台に対して独立して前記軸回りに回動可能に構成される、請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記撮像部は、前記台状体の振動動作後に撮像する、請求項１から３の何れかに記載のロボット。
5. 前記第１の手先に設けられた状態で、前記台状体に載置された少なくとも１つのワークの中から１つのワークを取り出すワーク取出部を備えた、請求項１から３の何れかに記載のロボット。
6. 前記第１の手先に設けられた状態で、前記複数のワークが収容される所定のワーク収容容器から少なくとも１つのワークを取り出し、前記台状体におけるワークの載置面上に載置する、ワーク供給部を備えた、請求項１から３の何れかに記載のロボット。
7. 先端に設けられた第１の手先と、基台と前記第１の手先との間に設けられた少なくとも１つの関節軸とを有する第１のアームと、先端に設けられた第２の手先と、前記基台と前記第２の手先との間に設けられた少なくとも１つの関節軸とを有する第２のアームと、を備えたロボットの制御方法であって、
   前記第１の手先に、複数のワークを載置できる所定の台状体に接触する第１の作用部を取り付け、
   前記第２の手先に、前記台状体に接触する第２の作用部を取り付け、
   前記台状体に前記第１の作用部および前記第２の作用部を当接させるように前記第１のアームおよび前記第２のアームを制御することにより、前記台状体を振動させ、
   前記台状体における前記ワークの載置面をその垂直方向から２次元的に撮像する撮像部により撮像し、
   前記撮像部で２次元的に撮像された画像から２次元のパターンマッチングを行うことにより前記ワークの位置を認識し、
   前記台状体を振動させる際、前記第１の作用部と前記第２の作用部との間に前記台状体が位置させ、その状態で前記第１の作用部と前記第２の作用部との間の距離を一定に維持しつつ、前記第１の作用部と前記第２の作用部との対向方向に所定の振幅かつ所定の周期で前記第１の作用部および前記第２の作用部を協働して移動させるように前記第１のアームおよび前記第２のアームを制御することにより、前記第１の作用部および前記第２の作用部に当接された前記台状体を、前記作業台上において摺動しながら往復動させる、ロボットの制御方法。

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