JP6860432B2 - ワークの認識装置及びワークを認識する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの認識装置及びワークを認識する方法に関する。

従来から、複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを認識することが行われている。例えば、特許文献１に記載された対象物取り出し装置において、このような処理が行われている。

特許文献１の対象物取り出し装置は、把持順決定装置を備える。把持順決定装置は、位置が認識された複数の対象物を、上方に位置するものから順に選択し、選択された順に複数の対象物について干渉度判定を行う。干渉度判定では、選択された対象物を取り出す場合に、当該選択された対象物が、これに水平方向に隣接する他の対象物に干渉する度合いを第１の度合いとし、当該他の対象物を取り出す場合に、当該他の対象物が、当該選択された対象物に干渉する度合いを第２の度合いとし、第１の度合いが第２の度合い以下であるかの判定を行う。把持順決定装置は、判定が肯定された順に複数の対象物の順位が上位になるように取り出し順序を定める。

特開２０１３−１１９１２１号公報

ところで、特許文献１や同様の処理を行うための従来のワークの認識装置は、一般に、所定の形状を有するワーク（例えば、機械の組み立てに用いる部材など）に対して処理を行うものであり、所定の形状を有しないワーク（例えば、唐揚げなどの食品や岩石など）が含まれるような場合に、上記のような処理を行うことが困難になるという問題があった。また、従来のワークの認識装置は、複数のワークが設置された設置スペースを撮像することでＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データなどの３次元データを取得し、当該３次元データと予め記憶しておいたワークの形状に関するデータなどと比較する処理を行う必要があった。すなわち、従来のワークの認識装置は、大きなデータ量を取り扱って複雑な処理を行う必要があった。これにより、処理速度が遅くなってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、所定の形状を有しないワークが含まれるような場合であっても、複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを迅速に認識することができる、ワークの認識装置及びワークを認識する方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係るワークの認識装置は、複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを認識するためのワークの認識装置であって、前記設置スペースの所定の範囲内を撮像して画像情報を得るための撮像装置と、前記撮像装置から得られた画像情報を解析して前記ワークを認識するための制御部と、を備え、前記制御部は、前記画像情報を解析することで、前記設置スペースの所定の範囲内において高さ位置が最も高いポイントを検出する第１のステップと、前記最も高いポイントから所定の距離以内において前記最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分の面積を検出する第２のステップと、前記面積が所定の条件を満たす場合に、前記最も高いポイントにワークが存在することを認識する第３のステップと、を実行し、前記所定の条件は、前記面積が予め定められた第２の閾値よりも大きいと判定することを含む。

この構成によれば、従来のワークの認識装置で一般に行われているようにワークの形状を認識する必要がないため、ＣＡＤデータなどの大きなデータ量を取り扱う必要がない。また、ワークの形状に関するデータなどを予め記憶しておく必要もなく、さらに当該データとの比較を行う必要もない。すなわち、複雑な処理を行う必要もない。その結果、本発明に係るワークの認識装置は、所定の形状を有しないワークが含まれるような場合であっても、複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを迅速に認識することができる。

前記所定の条件は、前記面積が前記第２の閾値よりも大きい予め定められた第３の閾値よりも小さいと判定することをさらに含んでもよい。

この構成によれば、誤って認識することなく確実にワークを認識することができる。

前記撮像装置は、前記設置スペースの所定の範囲内を斜め上方から撮像してもよい。

この構成によれば、撮像装置の視野角が広くなるため、広い範囲を撮像することが可能になる。

前記撮像装置は、前記設置スペースの所定の範囲内を２地点から撮像し、前記制御部は、前記２地点から撮像することで得られる視差を解析して、前記設置スペースの所定の範囲内の高さ位置を検出することにより、前記第１のステップ及び前記第２のステップを実行してもよい。

この構成によれば、画像情報の解析を容易に行うことができるため、効率良く高さ位置を検出することが可能になる。

前記設置スペースの所定の範囲内にドットパターンを照射する投光器をさらに備え、前記撮像装置は、前記ドットパターンが照射されている前記設置スペースの所定の範囲内を撮像し、前記制御部は、前記設置スペースの所定の範囲内を撮像することで得られる画像情報を解析することにより、前記第１のステップ及び前記第２のステップを実行してもよい。

この構成によれば、画像情報の解析を容易に行うことができるため、効率良く高さ位置を検出することが可能になる。

前記投光器が照射するドットパターンは青色であってもよい。

青色の光は波長が短く強い光である。したがって、この構成によれば、周囲の光に影響を受け難くいドットパターンを照射することが可能となる。また、ワークとして例えば食品を取り扱う場合、ワークが青色であることが極めて稀であるため、ドットパターンとワークが似た色になる可能性を低くすることができる。これにより、ワークに対して鮮明にドットパターンを照射することができるため、画像情報の解析を一層容易に行うことが可能となる。

前記複数のワークは、前記設置スペースの所定の範囲内にばら積みされていてもよい。

この構成によれば、本発明に係るワークの認識装置を有効に用いることができる。

前記制御部は、前記設置スペースの所定の範囲内からワークを保持して取り出すためのロボットをさらに制御し、前記ロボットは、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端部に取り付けられ、前記ワークを保持するためのエンドエフェクタと、を備え、前記制御部は、前記第３のステップにおいて、前記最も高いポイントにワークが存在することを認識した場合に、前記ロボットアームにより前記エンドエフェクタを前記最も高いポイント又は前記最も高いポイントから所定の距離以内において前記最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分まで移動させる第４のステップと、前記エンドエフェクタにより前記最も高いポイントに存在するワークを保持する第５のステップと、前記ロボットアームにより前記エンドエフェクタ及びそれに保持されたワークを前記設置スペースの所定の範囲内から移動させる第６のステップと、をさらに実行してもよい。

この構成によれば、本発明に係るワークの認識装置を用いて、設置スペースの所定の範囲内において最上部に位置する取り出し易いワークから順に保持して取り出すことができる。これにより、エンドエフェクタが衝突することでワークが傷んだり、設置スペースからワークがこぼれ落ちたりしてしまうことを防止することができる。

前記エンドエフェクタは、負圧により吸着することで前記ワークを保持してもよい。

この構成によれば、ワークを傷めることなく保持することができる。なお、この作用は、ワークが傷みやすい例えば唐揚げなどの食品である場合において特に有効である。

前記エンドエフェクタは、前記ロボットの高さ方向に沿って延びる中心軸線上に設けられ、前記撮像装置は、前記ロボットに前記中心軸線から外れて設けられることにより、前記設置スペースの所定の範囲内を斜め上方から撮像してもよい。

この構成によれば、撮像装置は、視野角が広がり、且つエンドエフェクタに妨げられることを抑制することができるため、効率良く広い範囲を撮像することができる。

前記課題を解決するために、本発明に係るワークを認識する方法は、複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを認識する方法であって、前記設置スペースの所定の範囲内を撮像して得られる前記画像情報を解析することで、前記設置スペースの所定の範囲内において高さ位置が最も高いポイントを検出する第１のステップと、前記最も高いポイントから所定の距離以内において前記最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分の面積を検出する第２のステップと、前記面積が所定の条件を満たす場合に、前記最も高いポイントにワークが存在することを認識する第３のステップと、を備え、前記所定の条件は、前記面積が予め定められた第２の閾値よりも大きいと判定することを含む。

この構成によれば、従来のワークの認識装置で一般に行われているようにワークの形状を認識する必要がないため、ＣＡＤデータなどの大きなデータ量を取り扱う必要がない。また、ワークの形状に関するデータなどを予め記憶しておく必要もなく、さらに当該データとの比較を行う必要もない。すなわち、複雑なステップを行う必要もない。その結果、本発明に係るワークを認識する方法は、所定の形状を有しないワークが含まれるような場合であっても、複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを迅速に認識することができる。

本発明によれば、所定の形状を有しないワークが含まれるような場合であっても、複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを迅速に認識することができる、ワークの認識装置及びワークを認識する方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットを食品の製造現場に適用し、食品の盛り付け作業を行う様子を示す図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットの正面図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットの各アーム機構の構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットの各アーム機構の基端ジョイントの構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットの各アーム機構の先端ジョイントの構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットのブラケットの構成例を概略的に示す底面図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットの各アーム機構の構成例を示す図であり、平行リンクユニットを揺動させた状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットの各アーム機構の構成例を示す図であり、平行リンクユニットを揺動させた状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットのエンドエフェクタを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットの制御部が実行する処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係るワークの認識装置について図面を参照して説明する。なお、本実施形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、全ての図を通じて、同一又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、本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットを食品の製造現場に適用し、食品の盛り付け作業を行う様子を示す図である。本実施形態に係るワークの認識装置は、図１で手前左側に設けられているトレーＴ_１（設置スペース）の所定の範囲内を撮像して画像情報を得るための撮像装置９０と、撮像装置９０から得られた画像情報を解析してトレーＴ_１内に設置された唐揚げＷ_１（ワーク）を認識するための制御部１００と、を備える。図１に示すように、本実施形態に係るワークの認識装置は、食品の製造現場に適用され、弁当箱Ｌに食品の盛り付け作業を行うロボット１０を制御する。なお、図１では、食品の製造現場と、そこに設けられるロボット１０のうちその一部であるエンドエフェクタ８０の先端部のみとを図示してある。

図１では、手前左側に設けられているトレーＴ_１（設置スペース）内に複数の唐揚げＷ_１（複数のワーク）がばら積みされており、手前右側に設けられているトレーＴ_２（設置スペース）内に複数の焼売Ｗ_２（複数のワーク）が個別に載置されている。また、図１では、奥側において左右方向に延びるようにベルトコンベアＢが設けられており、図中右側から左側に向かって、複数の弁当箱Ｌを繰り返し搬送している。

本実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボット１０は、トレーＴ_１、トレーＴ_２及びベルトコンベアＢ（すなわち、食品の製造現場）の上方に設けられ、図中手前側に設けられているトレーＴ_１から唐揚げＷ_１を保持して取り出し、図中奥側に設けられているベルトコンベアＢ上を搬送されてくる弁当箱Ｌに盛り付ける。次に、図中奥側からトレーＴ_２まで移動して、トレーＴ_２から焼売Ｗ_２を保持して取り出し、前記弁当箱Ｌに盛り付ける。そして、図中奥側からトレーＴ_１まで移動して再び唐揚げＷ_１を保持して取り出し、前記ベルトコンベアＢ上を搬送されてくる次の弁当箱Ｌに盛り付ける。ロボット１０は、上記作業を繰り返すことで、複数の弁当箱Ｌに食品の盛り付け作業を行う。

図２は、本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットの正面図である。ロボット１０は、バケット１５を備えるベース２を有している。バケット１５は開口を取り囲む上縁部１５ａを有し、上縁部１５ａには水平に突出する複数のリブ１７が設けられている。リブ１７は、架台１９１に設けられた取付口１９１ａの周縁部１９１ｂに支持され、周縁部１９１ｂにリブ１７を例えば螺止することによりベース２が架台１９１に固定される。

なお、図２はリブ１７の下面が周縁部１９１ｂの上面に当接し、リブ１７が螺止された周縁部１９１ｂに保持される形態を例示している。しかし、これに代えて、リブ１７の上面が周縁部１９１ｂの下面に当接し、リブ１７が螺止された周縁部１９１ｂによって保持されてもよい。

ベース２が架台１９１に固定されると、ロボット１０のうち上縁部１５ａよりも下側の部分が、架台１９１から吊り下げられるようにして作業スペース内に配置される。バケット１５の下部は、複数組のアーム機構３（ロボットアーム）を介して単一のブラケット４と連結されている。平面視において、複数組のアーム機構３の基端部は周方向に等間隔をおいて配置されている。より詳しくは、ロボット１０の基準姿勢において、複数組のアーム機構３は所定の中心軸線１０１（高さ方向に沿って延びる中心軸線）を中心として等間隔で回転対称に設けられている。本実施形態において例示する形態によれば、アーム機構３は３組設けられ、これらは中心軸線１０１を中心として１２０度の等間隔で回転対称に設けられている。また、本実施形態において、ロボット１０は、中心軸線１０１が鉛直方向に延在するように設置されている。しかし、これに限られるものではなく、ロボット１０は、中心軸線１０１が鉛直方向に対して傾斜するように設置されてもよい。

図３は、ロボット１０の各アーム機構３の構成例を示す図である。

図２及び図３に示すように、各アーム機構３は、アーム１８と第１リンク２１及び第２リンク２２を有する平行リンクユニット１９とを備える。アーム１８は、その基端部においてバケット１５の下部に揺動可能に連結されている。各アーム１８の揺動支軸は中心軸線１０１と直交する互いに同一の平面内に位置している。すなわち、本実施形態において、各アーム１８の揺動支軸は、互いに同一の水平面内に位置している。第１リンク２１は基端部においてアーム１８の先端部に揺動可能に連結され、先端部においてブラケット４に揺動可能に連結されている。第２リンク２２は、第１リンク２１と平行に延び、所定の中心軸線１０１の延在方向において同じ位置に配設されている。そして、第２リンク２２は、基端部においてアーム１８の先端部に揺動可能に連結され、先端部においてブラケット４に揺動可能に連結されている。第１リンク２１及び第２リンク２２が一対のリンクを構成している。

基端側リンク挟着部２０及び平行リンクユニット１９の基端部は、平行リンクユニット１９をアーム１８に対して任意の方向に揺動可能に連結する基端ジョイント８を構成している。また、先端側リンク挟着部２９及び平行リンクユニット１９の先端部は、平行リンクユニット１９をブラケット４に対して任意の方向に揺動可能に連結する先端ジョイント９を構成している。

図４は、基端ジョイント８の構成例を示す図である。

図２、図３及び図４に示すように、アーム１８は、先端部に一対のジョイント部２３を有する基端側リンク挟着部２０を有する。一対のジョイント部２３は、軸線１０２がアーム１８の先端部から中心軸線１０１を中心とする円の接線方向に伸延し、アーム１８の先端部から互いに反対方向外側に伸延している。そして、各ジョイント部２３の先端部が球面状の自由端を構成している。ジョイント部２３の球面状の自由端がボール部２４を構成する。

第１リンク２１及び第２リンク２２の基端部には、第１リンク２１及び第２リンク２２の延在方向と直交する方向に窪んだ凹状部２５が形成されている。凹状部２５には腕状のソケット２６が着脱可能に装着され、ソケット２６の内周面は略半球面を形成している。このソケット２６の内周面の形状は、ボール部２４の外周面の形状と略同一に形成されている。そして、第１リンク２１及び第２リンク２２のソケット２６によって一対のジョイント部２３のボール部２４を挟み込むように、ソケット２６とボール部２４とが嵌め合わせられている。これにより、当該ボール部２４の外周面とソケット２６の内周面とが球面対偶を成し、第１リンク２１及び第２リンク２２がそれぞれアーム１８に対して少なくとも２自由度を持って揺動可能に連結されている。

そして、第１リンク２１の基端部と第２リンク２２の基端部との間には付勢ユニット２７が架け渡されている。付勢ユニット２７は第１リンク２１及び第２リンク２２を互いに近づけるよう付勢し、これによりリンク２１，２２が基端側リンク挟着部２０を挟む状態を保つように構成され、第１及び第２のリンク２１，２２のアーム１８からの脱落を防止している。

図６は、ブラケット４の構成例を概略的に示す底面図である。

図２、図３及び図６に示すように、ブラケット４は平板状に形成され、中心軸線１０１と直交する平面上において延在する姿勢、すなわち、水平姿勢で設けられている。ブラケット４は、複数の先端側リンク挟着部２９を有する。各先端側リンク挟着部２９は、例えばブラケット４の外周縁部に形成されている。そして、複数の先端側リンク挟着部２９は、中心軸線１０１と平行に伸びる軸線を中心として等間隔で回転対称に設けられている。本実施形態において例示する形態によれば、先端側リンク挟着部２９は３つ設けられ、これらは中心軸線１０１と平行に伸びる軸線を中心として１２０度の等間隔で回転対称に設けられている。

図５は、先端ジョイント９の構成例を示す図である。

図５に示すように、各先端側リンク挟着部２９は、一対のジョイント部３０を有する。一対のジョイント部３０は、軸線１０４がブラケット４の外周縁部から中心軸線１０１を中心とする円の接線方向に伸延し、ブラケット４の外周縁部から互いに反対方向外側に伸延している。すなわち、軸線１０４は、組付状態において、軸線１０２と平行となるように構成されている。そして、各ジョイント部３０の先端部が球面状の自由端を構成している。ジョイント部３０の球面状の自由端がボール部３１を構成する。

第１リンク２１及び第２リンク２２の先端部は、その基端部と同様に構成されている。
そして、第１リンク２１及び第２リンク２２のソケット２６によって一対のジョイント部３０のボール部３１を挟み込むように、ソケット２６とボール部３１とが嵌め合わせられている。これにより、当該ボール部３１とソケット２６が球面対偶を成し、第１リンク２１及び第２リンク２２がそれぞれブラケット４に対して少なくとも２自由度を持って揺動可能に連結されている。

このように、基端ジョイント８及び先端ジョイント９は、ボールジョイントに構成されている。そして、第１リンク２１及び第２リンク２２は、基端部が基端側リンク挟着部２０を回動自在に挟むように配置され、且つ先端部がブラケット４に設けられている対応する先端側リンク挟着部２９を回動自在に挟むように配置されている。

そして、第１リンク２１の先端部と第２リンク２２の先端部との間にも上記同様の付勢ユニット２７が架け渡されている。これにより、リンク２１，２２が先端側リンク挟着部２９を挟む状態を保つように構成され、リンク２１，２２のブラケット４からの脱落を防止している。このように、平行リンクユニット１９は、パラレルリンクに構成されている。

上記構成によると、ブラケット４は、第１及び第２リンク２１，２２から成る複数組のパラレルリンクを介してベース２に連結される。図２に示すように、ベース２の下部には各アーム１８の基端部をベース２に対して揺動させるアームアクチュエータ１３が設けられている。各アームアクチュエータ１３の動作に応じて各アーム１８が揺動すると、複数組のアーム機構３によって規定される所定の位置にブラケット４が可動範囲内で移動する。このとき、ブラケット４のベース２に対する姿勢が複数組のパラレルリンクで拘束（規定）され、所定の中心軸線１０１と直交する平面方向における姿勢を維持する。

そして、複数組のアーム機構３によって規定される所定の位置にブラケット４が可動範囲内で移動すると、中心軸線１０１に対する平行リンクユニット１９の傾斜角度が変化する。また、図７及び図８に示すように、第１リンク２１及び第２リンク２２を通る平面上において、第１リンク２１及び第２リンク２２が揺動する。これによって、第１リンク２１及び第２リンク２２を通る平面の法線方向から見て、第１リンク２１及び第２リンク２２の延在方向と直交する方向における、第１リンク２１と第２リンク２２との間隔が変化する。具体的には、第１リンク２１及び第２リンク２２が一対のジョイント部２３及び一対のジョイント部３０と直交する姿勢をとる状態において、第１リンク２１及び第２リンク２２と直交する方向における第１リンク２１と第２リンク２２との間隔Ｄ１は、最大となる。そして、この姿勢から揺動するにしたがって、第１リンク２１及び第２リンク２２と直交する方向における第１リンク２１と第２リンク２２との間隔は狭まる。すなわち、図７及び図８に示す間隔Ｄ２及びＤ３は上記間隔Ｄ１よりも小さくなる。

図２に示すように、ブラケット４の下面側（ロボットアームの先端部）には、唐揚げＷ_１及び焼売Ｗ_２を保持するためのエンドエフェクタ８０が取り付けられる。

本実施形態に係るワークの認識装置は、トレーＴ_１及びトレーＴ_２（設置スペース）の所定の範囲内を撮像して画像情報を得るための撮像装置９０を備える。ここで、設置スペースの所定の範囲内とは、例えば、平面視したトレーＴ_１（又はトレーＴ_２）を２分割したときのいずれか一方であってもよいし、３分割以上したときのいずれかであってもよいし、又は分割せずに任意に選択された範囲内であってもよい。なお、このように平面視したトレーＴ_１（又はトレーＴ_２）をいくつかのエリアに分割し、当該エリアごとに上記した処理を繰り返し行ってもよい。また、設置スペースの所定の範囲内は、平面視したトレーＴ_１（又はトレーＴ_２）の全体であってもよい。

図２に示すように、ロボット１０のアーム機構３の上端部と同じか又はほぼ同じ高さ位置において、２つのアーム機構３の間に取り付けられる撮像装置９０を備える。撮像装置９０は、ロボット１０に中心軸線１０１から外れて設けられることにより、トレーＴ_１内及びトレーＴ_２の所定の範囲内を斜め上方から撮像する。また、撮像装置９０は、その内部の２地点からトレーＴ_１内及びトレーＴ_２内を撮像する。

本実施軽形態に係る認識装置は、図示しない投光器をさらに備える。当該投光器は、トレーＴ_１内及びトレーＴ_２内にドットパターンを投光する。当該ドットバターンは青色である。なお、当該投光器は、ロボット１０に直接取り付けて設けられてもよいし、ロボット１０とは別個に設けられてもよい。

図９は、本発明の一実施形態に係るワークの認識装置が制御するロボットのエンドエフェクタを示す斜視図である。本実施形態に係るエンドエフェクタ８０は、ロボット１０の高さ方向に沿って延びる中心軸線１０１上に設けられ、負圧により吸着することで、１つの唐揚げＷ_１又は１つの焼売Ｗ_２を保持することができる。エンドエフェクタ８０は、ブラケット４の下面側（ロボットアームの先端部）に取り付けられる取付け部８１と、取付け部８１の底面から鉛直方向に延びる３本の軸部材８２と、３本の軸部材８２の下端部に取り付けられる負圧形成部８３と、負圧形成部８３の底面に取り付けられる中空の略円筒状に形成された可撓性を有する保持部８４と、を含む。保持部８４は、前記したように構成されることで、作業対象となるワークが凹凸のある唐揚げＷ_１であったとしても、それを覆うように吸着して傷まないように保持することができる。

（制御部１００が行う処理の一例）
本発明の一実施形態に係るワークの認識装置の制御部１００が実行する処理の一例について、主に図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の一実施形態に係るロボットの制御部１００が実行する処理を示すフローチャートである。

まず、制御部１００は、ベルトコンベアＢにより搬送されて弁当箱Ｌが所定の位置を通過したことをセンサ等により検知すると、撮像装置９０により得られる画像情報を解析することで、複数の唐揚げＷ_１がばら積みされたトレーＴ_１（設置スペース）の所定の範囲内において高さ位置が最も高いポイントを検出する。このようにして第１のステップＳ１が実行される。

次に、制御部１００は、第１のステップＳ１において検出した最も高いポイントから所定の距離以内において、当該最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分の面積を検出する。このようにして第２のステップＳ２が実行される。

なお、制御部１００は、撮像装置９０により２地点から撮像することで得られる視差を解析することで、トレーＴ_１の所定の範囲内の高さ位置を検出することにより、第１のステップＳ１及び第２のステップＳ２を実行してもよい。さらに、図示しない投光器によりトレーＴ_１の所定の範囲内にドットパターンを照射し、ドットパターンが照射されているトレーＴ_１を撮像することで得られる画像情報を解析することにより、第１のステップＳ１及び第２のステップＳ２を実行してもよい。

さらに、制御部１００は、第２のステップＳ２で検出した面積が所定の条件を満たす場合に、最も高いポイントに唐揚げＷ_１（ワーク）が存在することを認識する。ここで、所定の条件は、前記面積が予め定められた第２の閾値よりも大きいと判定することを含む。このようにして第３のステップＳ３が実行される。

なお、所定の条件は、前記面積が第２の閾値よりも大きい予め定められた第３の閾値よりも小さいと判定することをさらに含んでもよい。

そして、制御部１００は、第３のステップＳ３において、最も高いポイントに唐揚げＷ_１が存在することを認識した場合に、３組のアーム機構３（ロボットアーム）によりエンドエフェクタ８０を第１のステップＳ１で検出した最も高いポイント又は最も高いポイントから所定の距離以内において最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分まで移動させる。このようにして第４のステップＳ４が実行される。ここで、最も高いポイントから所定の距離以内において最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分の中で、例えば、その重心となる部分まで移動させてもよい。これにより、唐揚げＷ_１（ワーク）を保持し易くなる。

次に、エンドエフェクタ８０により第１のステップＳ１で検出した最も高いポイントに存在する唐揚げＷ_１を保持する。このとき、エンドエフェクタ８０は、負圧により吸着することで唐揚げＷ_１を保持してもよい。このようにして第５のステップＳ５が実行される。

最後に、３組のアーム機構３（ロボットアーム）によりエンドエフェクタ８０及びそれに保持された唐揚げＷ_１をトレーＴ_１（設置スペース）の所定の範囲内から移動させる。このようにして第６のステップＳ６が実行される。なお、３組のアーム機構３は、取り出した唐揚げＷ_１をベルトコンベアＢにより搬送されてくる弁当箱Ｌの所定の位置に載置することで、弁当箱Ｌに盛り付け作業を行う。

制御部１００は、上記のようにして、複数の唐揚げＷ_１がばら積みだれたトレーＴ_１から唐揚げＷ_１を保持して取り出し、弁当箱Ｌに盛り付ける。

なお、ロボット１０は、上記のように唐揚げＷ_１を盛り付けたあと、トレーＴ_２内に載置された複数の焼売Ｗ_２から焼売Ｗ_２を保持して取り出し、同じ弁当箱Ｌに対して盛り付け作業を行う。ここで、焼売Ｗ_２は、トレーＴ_１内にばら積みされた唐揚げＷ_１と異なり、トレーＴ_２内で互いに重ならないように載置されている。しかしながら、焼売Ｗ_２ごとに僅かに形状が異なることで、トレーＴ_２内においても高さ位置にもばら付きがある。したがって、制御部１００は、トレーＴ_１内にばら積みされた唐揚げＷ_１を保持して取り出した場合と同様に、トレーＴ_２内の高さ位置についても検出し、上記した第１のステップＳ_１乃至第６のステップＳ_６を実行する。

また、ロボット１０は、上記した第１のステップＳ１乃至第６のステップＳ６を繰り返し行うことで、ベルトコンベアＢ上を順に搬送されてくる複数の弁当箱Ｌに対して同様の盛り付け作業を行うことができる。そして、トレーＴ_１の底板表面の高さ位置と、弁当箱Ｌへの盛り付けを許容される最も小さい唐揚げＷ_１の高さ寸法とを予め記憶しておくことにより、その予め記憶しておいたデータに基づいて、トレーＴ_１内にばら積みされた唐揚げＷ_１が全て無くなった場合にそれを認識して、唐揚げＷ_１の取り出し作業を終了してもよい。なお、焼売Ｗ_２についても同様であるため、ここではその説明を繰り返さない。

（効果）
本実施形態に係るワークの認識装置は、唐揚げＷ_１がばら積みされたトレーＴ_１の所定の範囲内を上方から撮像することにより得られる画像情報を解析することで、トレーＴ_１の所定の範囲内において高さ位置が最も高いポイントを検出する。そして、当該最も高いポイントから所定の距離以内において所定の条件が満たされていると判定した場合に、当該最も高いポイントに唐揚げＷ_１が存在すると認識する。ここで、所定の条件は、最も高いポイントから所定の距離以内において最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分の面積が、予め定められた第２の閾値よりも大きいと判定することを含む。これにより、本実施形態では、従来のワークの認識装置が一般に行うように、ワークの形状を認識する必要がないため、ＣＡＤデータなどの大きなデータ量を取り扱う必要がない。また、ワークの形状に関するデータなどを予め記憶しておく必要もなく、さらにこのようなデータとの比較を行う必要もない。すなわち、複雑な処理を行う必要もない。その結果、本実施形態に係るワークの認識装置は、所定の形状を有しないワークが含まれるような場合であっても、複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを迅速に認識することができる。

また、所定の条件が、第２のステップＳ２で検出した面積が第２の閾値よりも大きい予め定められた第３の閾値よりも小さいと判定することをさらに含むことにより、誤って認識することなく確実にワークを認識することができる。

そして、本実施形態に係る撮像装置９０は、トレーＴ_１（設置スペース）の所定の範囲内を斜め上方から撮像することにより、視野角が広くなるため、広い範囲を撮像することが可能になる。

さらに、本実施形態では、トレーＴ_１内を２地点から撮像することで得られる視差を解析することで、トレーＴ_１内の高さ位置を検出することにより、第１のステップＳ１及び第２のステップＳ２が実行される。これにより、本実施形態に係るワークの認識装置は、画像情報の解析を容易に行うことができるため、効率良く高さ位置を検出することが可能になる。

そして、本実施形態では、投光器を用いてドットパターンが照射されているトレーＴ_１内を撮像することで得られる画像情報を解析することにより、第１のステップＳ１及び第２のステップＳ２が実行される。これにより、本実施形態に係るワークの認識装置は、画像情報の解析を容易に行うことができるため、効率良く高さ位置を検出することが可能になる。

また、本実施形態では、投光器が照射するドットパターンが青色である。ここで、青色の光は、波長が短く強い光である。したがって、上記のように青色とすることで、周囲の光に影響を受け難くいドットパターンを照射することが可能となる。また、本実施形態のようにワークが唐揚げＷ_１などの食品である場合、ワークが青色であることが極めて稀であるため、ドットパターンとワークが似た色になる可能性を低くすることができる。これにより、ワークに対して鮮明にドットパターンを照射することができるため、画像情報の解析を一層容易に行うことが可能となる。

さらに、本実施形態では、複数の唐揚げＷ_１（ワーク）がばら積みされているトレーＴ_１（設置スペース）において上記した処理が行われる。これにより、本実施形態に係るワークの認識装置を有効に用いることができる。

そして、本実施形態では、ワークの認識装置の制御部１００がトレーＴ_１（設置スペース）の所定の範囲内から唐揚げＷ_１（ワーク）を保持して取り出すためのロボット１０をさらに制御する。これにより、本実施形態に係るワークの認識装置を用いて、トレーＴ_１の所定の範囲内において最上部に位置する取り出し易い唐揚げＷ_１から順に保持して取り出すことができる。その結果、エンドエフェクタ８０が衝突することで唐揚げＷ_１が傷んだり、トレーＴ_１から唐揚げＷ_１がこぼれ落ちたりしてしまうことを防止することができる。

本実施形態に係るエンドエフェクタ８０は、負圧により吸着することで唐揚げＷ_１を保持する。これにより、ワークを傷めることなく保持することができる。この作用は、本実施形態のように、ワークが傷みやすい唐揚げＷ_１などのような場合に特に有効である。

また、本実施形態に係るエンドエフェクタ８０は、ロボット１０の高さ方向に沿って延びる中心軸線１０１上に設けられ、撮像装置９０は、ロボット１０に中心軸線１０１から外れて設けられることにより、トレーＴ_１の所定の範囲内を斜め上方から撮像する。これにより、撮像装置９０は、視野角が広がり、且つエンドエフェクタ８０に妨げられることを抑制することができるため、効率良く広い範囲を撮像することができる。

（変形例）
上記実施形態では、ワークの認識装置の制御部１００がロボット１０を制御することで、設置スペースの所定の範囲内からワークを保持して取り出し、上記第４のステップＳ４〜第５のステップＳ５を実施する場合について説明したが、これに限定されない。すなわち、ワークの認識装置の制御部１００は、第１のステップＳ１〜第３のステップＳ３のみ行ってもよいし、当該ステップを行ったあとで、それを利用して、最も高い位置に存在するワークに対して任意の加工を行うなどロボット１０が実施するのとは別の処理を行ってもよい。

上記実施形態では、ワークが所定の形状を有しない食品（唐揚げＷ_１及び焼売Ｗ_２）である場合について説明したが、これに限定されない。例えば、ワークは所定の形状を有しない岩石であってもよい。なお、本発明に係るワークの認識装置及びワークを認識する方法は、所定の形状を有しないワークに対して作業を行うことで特に有効に用いられるが、所定の形状を有するワーク（例えば、機械の組み立てに用いる部材など）に対しても同様に作業を行うことができる。

上記実施形態では、エンドエフェクタ８０が負圧により吸着することでワーク（唐揚げＷ_１及び焼売Ｗ_２）を保持する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、エンドエフェクタ８０は、例えば、針を刺すことでワークを保持してもよいし、両側から拘束するようにして把持（又はチャック）することでワークを保持してもよい。

上記実施形態では、ロボット１０が、ロボットアームとして、天吊りされた状態の３組のアーム機構３を備える場合について説明したが、これに限定されない。例えば、ロボット１０は、多関節を有するロボットアームを１つのみ有し、そのロボットアームの先端部にエンドエフェクタ８０が取り付けられるものであってもよい。また、ロボット１０が設置スペースの脇に設置されていてもよい。

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、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

２ ベース
３ アーム機構
４ ブラケット
８ 基端ジョイント
９ 先端ジョイント
１０ ロボット
１３ アームアクチュエータ
１５ バケット
１５ａ 上縁部
１７ リブ
１８ アーム
１９ 平行リンクユニット
２０ 基端側リンク挟着部
２１ 第１リンク
２１ リンク
２２ 第２リンク
２３ ジョイント部
２４ ボール部
２５ 凹状部
２６ ソケット
２７ 付勢ユニット
２９ 先端側リンク挟着部
３０ ジョイント部
３１ ボール部
８０ エンドエフェクタ
８１ 取付け部
８２ 軸部材
８３ 負圧形成部
８４ 保持部
９０ 撮像装置
１００ 制御部
１０１ 中心軸線
１０２ 軸線
１０４ 軸線
１９１ 架台
１９１ａ 取付口
１９１ｂ 周縁部
Ｂ ベルトコンベア
Ｌ 弁当箱
Ｔ_１、Ｔ_２トレー
Ｗ_１ 唐揚げ
Ｗ_２ 焼売

Claims (11)

1. 複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを認識するためのワークの認識装置であって、
   前記設置スペースの所定の範囲内を撮像して画像情報を得るための撮像装置と、
   前記撮像装置から得られた画像情報を解析して前記ワークを認識するための制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記画像情報を解析することで、前記設置スペースの所定の範囲内において高さ位置が最も高いポイントを検出する第１のステップと、
   前記最も高いポイントから所定の距離以内において前記最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分の面積を検出する第２のステップと、
   前記面積が所定の条件を満たす場合に、前記最も高いポイントにワークが存在することを認識する第３のステップと、を実行し、
   前記所定の条件は、前記面積が予め定められた第２の閾値よりも大きいと判定することを含む、ワークの認識装置。
2. 前記所定の条件は、前記面積が前記第２の閾値よりも大きい予め定められた第３の閾値よりも小さいと判定することをさらに含む、請求項１に記載のワークの認識装置。
3. 前記撮像装置は、前記設置スペースの所定の範囲内を斜め上方から撮像する、請求項１又は２に記載のワークの認識装置。
4. 前記撮像装置は、前記設置スペースの所定の範囲内を２地点から撮像し、
   前記制御部は、前記２地点から撮像することで得られる視差を解析して、前記設置スペースの所定の範囲内の高さ位置を検出することにより、前記第１のステップ及び前記第２のステップを実行する、請求項１乃至３のいずれかに記載のワークの認識装置。
5. 前記設置スペースの所定の範囲内にドットパターンを照射する投光器をさらに備え、
   前記撮像装置は、前記ドットパターンが照射されている前記設置スペースの所定の範囲内を撮像し、
   前記制御部は、前記設置スペースの所定の範囲内を撮像することで得られる画像情報を解析することにより、前記第１のステップ及び前記第２のステップを実行する、請求項１乃至４のいずれかに記載のワークの認識装置。
6. 前記投光器が照射するドットパターンは青色である、請求項５に記載のワークの認識装置。
7. 前記複数のワークは、前記設置スペースの所定の範囲内にばら積みされている、請求項１乃至６のいずれかに記載のワークの認識装置。
8. 前記制御部は、前記設置スペースの所定の範囲内からワークを保持して取り出すためのロボットをさらに制御し、
   前記ロボットは、
   ロボットアームと、
   前記ロボットアームの先端部に取り付けられ、前記ワークを保持するためのエンドエフェクタと、を備え、
   前記制御部は、
   前記第３のステップにおいて、前記最も高いポイントにワークが存在することを認識した場合に、前記ロボットアームにより前記エンドエフェクタを前記最も高いポイント又は前記最も高いポイントから所定の距離以内において前記最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分まで移動させる第４のステップと、
   前記エンドエフェクタにより前記最も高いポイントに存在するワークを保持する第５のステップと、
   前記ロボットアームにより前記エンドエフェクタ及びそれに保持されたワークを前記設置スペースの所定の範囲内から移動させる第６のステップと、
   をさらに実行する、請求項１乃至７のいずれかに記載のワークの認識装置。
9. 前記エンドエフェクタは、負圧により吸着することで前記ワークを保持する、請求項８に記載のワークの認識装置。
10. 前記エンドエフェクタは、前記ロボットの高さ方向に沿って延びる中心軸線上に設けられ、前記撮像装置は、前記ロボットに前記中心軸線から外れて設けられることにより、前記設置スペースの所定の範囲内を斜め上方から撮像する、請求項８又は９に記載のワークの認識装置。
11. 複数のワークが設置された設置スペースにおいてワークを認識する方法であって、
    前記設置スペースの所定の範囲内を撮像して得られる画像情報を解析することで、前記設置スペースの所定の範囲内において高さ位置が最も高いポイントを検出する第１のステップと、
    前記最も高いポイントから所定の距離以内において前記最も高いポイントとの高さ位置の差が予め定められた第１の閾値よりも小さい部分の面積を検出する第２のステップと、
    前記面積が所定の条件を満たす場合に、前記最も高いポイントにワークが存在することを認識する第３のステップと、を備え、
    前記所定の条件は、前記面積が予め定められた第２の閾値よりも大きいと判定することを含む、ワークを認識する方法。

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