JP6843914B2 - 情報処理装置、情報処理方法及びプログラム - Google Patents
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Description
第1の実施形態の情報処理装置は、容器に入った山積み状態の包装物を容器から吸着して取り出し、所定の位置まで搬送して置くタスクを行う。包装物を吸着するには、包装材と吸着パッドとの間に真空状態をつくる必要がある。そのためには空気が両者の隙間から侵入すること(真空漏れ)が起こらないように、吸着パッドを搬送対象に密着させて吸引する必要がある。例えば、包装物の包装材であるビニールがしわになっている領域に吸着パッドを押し当てて吸引しても、ビニールのしわがある領域から真空漏れが起こり、吸着することはできない。そのため、本実施形態では、包装物を撮影した画像から、包装材の情報に基づいて吸着に適した領域を検出することによって、安定して吸着を行う。本実施形態では、実行モードと学習モードに分けて説明する。まず、吸着位置を決定し、ピックアンドプレースを行う実行モードの処理について説明する。ピックアンドプレースとは、容器に入った山積み状態の包装物を容器から吸着して取り出し、所定の位置まで搬送して置くタスクを指す。図1は本実施形態における情報処理システム10000の構成を示した図である。情報処理システム10000は情報処理装置1、撮像部10、アクチュエータ部11、吸着部12からなる。アクチュエータ部11に取り付けられた撮像部10で撮影した画像情報に基づいて、ロボットアームであるアクチュエータ部11を制御する。そして、容器14に入った包装物13をアクチュエータ部11の先端に取り付けた吸着部12で吸着して搬送先15まで運ぶタスクを行う。
図2は本実施形態における情報処理装置1の機能構成例を示す図である。情報処理装置1は、画像入力部100、決定部101、アクチュエータ制御部102、吸着制御部103、吸着判定部104、保持部105を備えている。画像入力部100は撮像部10と接続され、アクチュエータ制御部102はアクチュエータ部11と接続され、吸着制御部103は吸着部12と接続されている。ただし、図2は、機器構成の一例であり、本発明の適用範囲を限定するものではない。保持部105は、情報処理装置1の外部に備えても良い。
次に、本実施形態における処理手順について説明する。図4は、本実施形態における情報処理装置1を含む情報処理システム10000が実施する処理手順を示すフローチャートである。以下の説明では、各工程(ステップ)について先頭にSを付けて表記する。
実行モードでは、容器に入った山積み状態の包装物を容器から吸着して取り出し、所定の位置まで搬送して置くタスクを行うのに必要な情報やデータベースが前もって保持されている場合について述べた。これに対して、学習モードでは、保持部が保持する吸着特性情報を学習によって獲得する場合について説明する。学習モードにおける情報処理システムは、図示しないモード切替部を有しており、タスクを行う実行モードと、学習を行う学習モードとを切り替えることができる。ここでは、学習モードについて説明する。学習モードにおける情報処理システムの構成は実行モードに示した図1と同様であるため省略する。
図5は、学習モードにおける情報処理装置2の機器構成例を示す図である。学習モードにおける情報処理装置2は実行モードに示した図2と略同様である。同様の機能については説明を省略する。違いのある包装材情報取得部201、吸着特性情報保持部202、吸着位置決定部203、吸着判定部206、データ収集部207、学習部208について説明を行う。
次に、学習モードにおける処理手順について説明する。図6は、本実施形態における情報処理装置2を含む情報処理システムが実施する処理手順を示すフローチャートである。本実施形態におけるフローチャートは、実行モードにおける図4のフローチャートと略同様である。実行モードと同様の処理は説明を省略する。違いのあるS2030、S2040、S2070、S2080、S2090、S2100、S2110について説明を行う。
第1の実施形態では、アクチュエータ部11や容器14はシーンに固定されているものとして説明したが、これに限るものではない。例えば、AGV(Automatic Guided Vehicle)などの移動装置の上にアクチュエータ部11または容器14を載せてピックアンドプレースを行ってもよい。これによって、アクチュエータ部11を移動装置に載せれば、搬送先15が遠い場所であっても搬送することができる。また、容器14を移動装置に載せれば、倉庫などに保管されている様々な容器内に入っている様々な種類の包装物を取り出して集めることができる。
第1の実施形態では、ある特定の吸着部を用いた情報処理システムによってピックアンドプレースのタスク、または学習を行う例について述べた。これに対して、第2の実施形態では、吸着切替部を有し、吸着部の切り替えを行いながらピックアンドプレースを行う場合について、実行モードと学習モードそれぞれの例を述べる。本実施形態では、大きさや材質が異なる複数の吸着部を有する。複数の吸着パッドが一体となった吸着部があって、吸着させる領域を切り替える場合も適用可能である。例えば、小さい対象物や吸着できる平面が少ない対象物を扱う場合には、吸着部の接触面が小さい吸着パッドでなければ、空気がリークして吸着することができない。そのため径の小さな吸着部に切り替える。また、大きくて重いものを吸着する場合には、吸引する空気の流量が大きい吸着部を用いたり、複数の吸着パッドが一体となっている吸着部で支点を増やしたりすることで、安定して搬送することができる。すなわち、吸着する対象である包装物に合わせて、適切な吸着部を選択することによって、よりロバストにピックアンドプレースを行うことができる。本実施形態における情報処理システムの構成は第1の実施形態に示した図1と同様であるため省略する。
図7は、本実施形態において、図示しないモード切替部によって学習モードと実行モードのうち、学習モードを選択した場合における情報処理装置3の機器構成例を示す図である。本実施形態の学習モードにおける情報処理装置3は第1の実施形態(学習モード)に示した図5と略同様である。同様の機能については説明を省略し、違いのある吸着部情報取得部310、データ収集部307、吸着切替部309、学習部308について説明を行う。なお、情報処理装置3は32−1、32−2、32−nといったように吸着パッドの大きさが異なるn個の吸着部を備えているものとする。
次に、本実施形態の学習モードにおける処理手順について説明する。図8は、本実施形態における情報処理装置3を含む情報処理システムが学習モードにおいて実施する処理手順を示すフローチャートである。本実施形態におけるフローチャートは、第1の実施形態における図6のフローチャートと略同様である。同様の処理は説明を省略し、違いのあるS3000、S3080、S3090、S3091、S3092、S3093について説明を行う。
図9は、本実施形態において、図示しないモード切替部によって学習モードとタスク実行モードのうち、実行モードを選択した場合における情報処理装置3の機器構成例を示す図である。本実施形態の実行モードにおける情報処理装置3は第1の実施形態に示した図2と略同様である。同様の機能については説明を省略し、違いのある包装材情報取得部301、吸着特性情報保持部302、吸着位置決定部303、吸着部情報取得部310、吸着切替部309について説明を行う。
次に、本実施形態の実行モードにおける処理手順について説明する。図10は、本実施形態における情報処理装置3を含む情報処理システムがタスク実行モードにおいて実施する処理手順を示すフローチャートである。本実施形態におけるフローチャートは、第1の実施形態における図4のフローチャートと略同様である。同様の処理は説明を省略する。違いのあるS3200、S3230、S3240、S3250、S3251、S3260について説明を行う。
S3000やS3200では、吸着部情報取得部310は現在の吸着部32の吸着部情報を取得するとして説明したが、これに限るものではない。例えば、切替え可能な全ての吸着部について吸着部情報を取得しておいてもよい。その場合、S3093では、再度吸着部情報を取得する必要は無いため、S3092からS3093を経由せず、直接S3010に戻ってもよい。
第1の実施形態では、包装材の情報に基づいて吸着できそうな位置を求めた上で吸着を行う例について述べた。これに対して、第3の実施形態では、包装材情報に基づいた推定により、吸着できそうな領域が見つからない場合に、その対処を行って、吸着できる領域を増やすことで、ピックアンドプレースのタスクを実行する例について述べる。例えば、吸着によるピックアンドプレースを行う場合、吸着対象である物体の重心にあたる位置を吸着することが望ましい。しかし、物体の重心付近に多くのしわがある場合は吸着に失敗するおそれがある。そこで、本実施形態では吸着に適した部分のしわをなくすようにしわ伸ばしを実行する吸着を行う。対処の具体的な方法としては、対象とする包装材のしわが生じている部分を特定し、アクチュエータ部を制御することによって、包装材のしわを伸ばすことで吸着可能な領域を作ることである。本実施形態における情報処理システムの構成は第1の実施形態に示した図1と同様であるため省略する。
本実施形態における情報処理装置の機器構成例は、第2の実施形態に示した図9と略同様である。同様の機能については説明を省略し、違いのある吸着位置決定部303、アクチュエータ制御部304について説明を行う。
次に、本実施形態における処理手順について説明する。図11は、本実施形態における情報処理システムが実施する処理手順を示すフローチャートである。本実施形態におけるフローチャートは、第1の実施形態における図4のフローチャートと略同様である。と同様の処理は説明を省略し、違いのあるS4030、S4040、S4050、S4060、S4061、S4062、S4063について説明を行う。
第3の実施形態におけるS4061、S4062、S4063では、しわが原因で吸着不可能な領域に対して、しわを伸ばすことで解決する例について述べた。しかしながら、しわの原因を解決する方法はこれに限るものではない。例えば、吸着部32やアクチュエータ部31をしわ領域に押し当てる、または、撫でるような動きを行い、包装材表面を均すことによって、しわを取り除いてもよい。または、吸着制御部305が吸引ではなく排出を行い、吸着部32からエアを排出し、風圧によって包装材表面を均すことによって、しわを取り除いてもよい。
10 撮像部
11 アクチュエータ部
12 吸着部
13 包装物
101 決定部
102 アクチュエータ制御部
105 保持部
104 吸着判定部
10000 情報処理システム
Claims (22)
- 包装材で物体を包装した包装物を吸着部によって吸着させる領域を決定する情報処理装置であって、
前記包装物を撮像した画像を入力する入力手段と、
前記画像に基づいて特定された前記包装材の表面の領域ごとの吸着の成否に関わる情報に基づいて、前記包装材の表面にしわ又は穴がある可能性が低い領域を優先して前記吸着部によって吸着させる領域を決定する決定手段と、を有することを特徴とする情報処理装置。 - 前記画像に基づいて特定された前記包装材の表面の領域ごとの前記包装材の表面の領域の状態に基づいて、前記包装材の表面の領域の状態に対する吸着の成否に関わる情報を推定する推定手段をさらに有し、
前記決定手段は、前記推定手段によって推定された前記包装材の表面の領域の状態に対する吸着の成否に関わる情報に基づいて、前記包装材の表面にしわ又は穴がある可能性が低い領域を優先して前記吸着部によって吸着させる領域を決定することを特徴とすることを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。 - 前記推定手段は、前記包装材の表面の状態ごとに保持された画像特徴に基づいて、前記画像においてしわ又は穴がある可能性が所定の値より低い部分領域を、前記吸着部によって吸着させる領域の候補領域として推定し、
前記決定手段は、前記推定手段によって推定された前記候補領域と、前記包装物の位置とに基づいて、前記吸着部によって吸着させる領域を決定することを特徴とする請求項2に記載の情報処理装置。 - 前記決定手段は、前記画像を入力することで前記画像に含まれる包装材の表面の状態を出力する学習済みモデルを用いることを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
- 前記決定手段は、前記画像を入力することで前記画像に含まれる包装物の吸着の成否に関わる情報を出力する学習済みモデルを用いることを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
- 前記決定手段は、前記画像に含まれる包装材の表面の状態を入力することで前記画像に含まれる包装物の吸着の成否に関わる情報を出力する学習済みモデルを用いることを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
- 包装物の画像特徴と前記画像とを照合することによって前記包装物の位置を抽出する抽出手段を更に有し、
前記決定手段は、更に前記抽出手段で抽出した前記包装物の位置に基づいて吸着させる位置を決定することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の情報処理装置。 - 前記決定手段は、前記抽出手段で抽出した前記包装物の存在する領域の中から吸着させる位置を決定することを特徴とする請求項7に記載の情報処理装置。
- 前記入力手段は、ばら積みにされた前記包装物の3次元情報を入力しており、
前記抽出手段は、さらに前記3次元情報を用いて複数の前記包装物の3次元位置を抽出し、
前記決定手段は、さらに前記包装物の3次元の位置に基づいて、複数の前記包装物の中から吸着させる包装物の位置を決定することを特徴とする請求項7または8に記載の情報処理装置。 - 前記決定手段は、前記包装物の3次元の位置に基づいて前記画像を撮影した撮像装置と前記包装物との距離が最小となる包装物を吸着対象として決定することを特徴とする請求項9に記載の情報処理装置。
- 前記画像から包装物の表面の状態に対する吸着の成否に関わる情報を出力する学習手段をさらに有することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の情報処理装置。
- 前記学習手段は、吸着の成否に関わる情報が少ない包装材の特徴がある領域を優先して吸着するように要求することを特徴とする請求項11に記載の情報処理装置。
- 前記包装物を吸着するための吸着部が複数ある場合、
前記包装物の大きさに基づいて前記吸着部を切り替える切替手段をさらに有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の情報処理装置。 - 前記吸着部を移動させる制御手段をさらに有することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の情報処理装置。
- 前記決定手段で前記画像に基づいて特定された包装物の表面の状態のうち前記包装物の重心付近にしわの領域を検出した場合は、
前記制御手段は、前記吸着部がしわを伸ばすように包装材を引っ張った後に前記包装物を前記吸着部が吸引するように制御を行うことを特徴とする請求項14に記載の情報処理装置。 - 前記吸着部が前記包装物に対して吸着を行った時の成否を判定する判定手段を更に有し、
前記学習手段は、前記包装物に対して吸着を行った時の成否と前記決定手段が決定した吸着させる位置とに基づいて前記吸着に関する情報を学習することを特徴とする請求項11または12に記載の情報処理装置。 - 前記判定手段によって前記包装物に対する吸着が失敗と判定された場合、
前記決定手段は、複数の吸着させる位置の候補から次の吸着位置を決定することを特徴とする請求項16に記載の情報処理装置。 - 前記包装材の領域ごとの画像特徴と前記表面の状態との関係を示す第1情報と、前記表面の状態に対する吸着の成否に関する情報を表す第2情報と、を保持する保持手段と、
前記第1情報に基づいて、前記画像の各領域から取得された画像特徴から前記画像の各領域について表面にしわまたは穴があるか否かについての状態を推定し、
前記第2情報に基づいて、前記推定された前記画像の各領域の表面の状態に対して、表面にしわまたは穴がある状態の領域に対して吸着しにくいことを示す尤度を推定する推定手段と、を有し、
前記決定手段は、前記推定手段によって推定された前記尤度に基づいて、前記吸着部を吸着させる領域を決定することを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。 - コンピュータを、請求項1乃至18のいずれか1項に記載の情報処理装置が有する各手段として機能させるためのプログラム。
- 物体を包装材で包装した包装物を吸着部で吸着させる領域を決定する情報処理方法であって、
前記包装物を撮像した画像を入力する入力工程と、
前記画像に基づいて特定された前記包装材の表面の領域ごとの吸着の成否に関わる情報に基づいて、前記包装材の表面にしわ又は穴がある可能性が低い領域を優先して前記吸着部によって吸着させる領域を決定する決定工程とを有することを特徴とする情報処理方法。 - 物体を包装材で包装した包装物を吸着部で吸着させた領域と対応する、前記包装物を撮像した画像に基づいて特定された前記包装材の表面の部分画像と、前記吸着部で吸着させた領域に対して前記吸着部による吸着が成功したか否かを示す吸着判定結果とを対応させた教師データによって学習させた学習済みモデルであって、
前記包装物を撮像した画像を入力として、前記包装材の表面にしわ又は穴がある可能性が低い領域を優先して前記吸着部に吸着させる領域を出力するよう、
情報処理装置を機能させるための学習済みモデル。 - 包装材で物体を包装した包装物を吸着部によって吸着させる領域を決定する情報処理装置であって、
前記包装物を撮像した画像を入力する入力手段と、
前記画像に基づいて特定された前記包装材の表面の領域ごとの吸着の成否に関わる情報に基づいて、前記包装材の表面にしわ又は穴がある可能性が低い領域を優先して前記吸着部によって吸着させる領域を決定する決定手段と、
前記吸着部を移動させる制御手段と、を有し、
前記決定手段で前記画像に基づいて特定された包装物の表面の状態のうち前記包装物の重心付近にしわの領域を検出した場合は、
前記制御手段は、前記吸着部がしわを伸ばすように包装材を引っ張った後に前記包装物を前記吸着部が吸引するように制御を行うことを特徴とする情報処理装置。
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