JP7177856B2 - 作業ロボット - Google Patents

Description

本明細書は、作業ロボットに関する。

工場や事業所などの自動化、省力化を推進するために、作業ロボットが広く用いられている。多くの作業ロボットは、ワークを保持するエンドエフェクタを備える。また、多くの作業ロボットは、カメラを用いて作業対象物を撮像し、作業対象物の有無や、置かれた位置および姿勢などを確認して、作業を進める。この種の作業ロボットに関する技術例が、特許文献１、２に開示されている。

特許文献１のトレイ式仕分け装置は、搬送路に沿って走行する複数のトレイと、トレイ上の搬送物の有無を識別する検出手段とを備える。トレイの載置面には凹凸が形成され、検出手段は、トレイを撮像した撮像データと、トレイの凹部から得られる位置と色調に関する基準画像データとを比較することにより、搬送物の有無を識別する。これによれば、搬送物とトレイのこすれにより生じるキズの影響を受けることなく、搬送物の検出が可能になる、とされている。

また、特許文献２のワーク搬送制御装置は、ワークを配置する載置場所を撮影するカメラと、カメラによって取得された撮影画像に基づいてワークの有無および位置を検出する検出装置と、ワークの位置情報に基づいてワーク保持用ロボットを制御する制御装置と、を備える。これによれば、従来よりも多くのワークを加工機へと連続的に搬送することができる、とされている。

特開２００４－２０６５９４号公報 特開２０１８－１２６７９４号公報

ところで、特許文献１、２では、カメラを用いて作業対象物を撮像し、取得した画像データ上で所定のワーク形状を探索する判定方法が用いられる。しかしながら、ワーク形状を探索する従来の判定方法では、十分な信頼性が得られない場合がある。例えば、広い作業対象物の上面に多数のワークが配置される場合、ワークの各々は、カメラから見て様々な方向に位置するとともに、カメラとの離間距離が相違する。このため、複数のワークの二次元形状が画像データ上で相違して、誤判定となるおそれが生じる。

仮に、作業対象物上に配置済みのワークが誤って「無い」と判定されると、作業ロボットやワークに不具合が発生する要因となり得る。さらに、ワークを養生する等の目的で蓋が使用される場合には、ワークの有無の判定が一層難しくなる。

また、作業対象物を搬送する搬送路や作業実施位置に、ワークの有無を検出するセンサを設ける構成が、従来から用いられてきた。しかしながら、センサは、作業対象物に設けられた取手などの付属物をワークと誤検出するおそれがある。加えて、センサの取り付けスペースの制約や、コスト増加が難点となる。

本明細書では、高い信頼性で作業対象物上のワークの有無を判定できる作業ロボットを提供することを解決すべき課題とする。

本明細書は、作業対象物に配置するワークを保持可能なエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを移動させる移動装置と、前記作業対象物を上方から撮像して画像データを取得するカメラと、前記画像データ上で前記ワークに対応する占有領域を探索する画像処理部と、前記画像処理部の探索結果に基づいて、前記作業対象物上の前記ワークの有無を判定する画像判定部と、を備える作業ロボットを開示する。

また、本明細書は、作業対象物に配置するワークを保持する保持部、および前記保持部に保持された前記ワークを検出するセンサを有するエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを移動させる移動装置と、前記センサを用いて、前記作業対象物上の前記ワークを探索する探索処理部と、前記探索処理部の探索結果に基づいて、前記作業対象物上の前記ワークの有無を判定するセンサ判定部と、を備える作業ロボットを開示する。

本明細書で開示する作業ロボットによれば、画像データ上でワークに対応する占有領域を探索するので、画像データ上の複数のワークの二次元形状が相違しても、高い信頼性で作業対象物上のワークの有無を判定できる。あるいは、画像データの画像処理に代え、エンドエフェクタが有するセンサを用いてワークを探索するので、高い信頼性で作業対象物上のワークの有無を判定できる。

第１実施形態の作業ロボットの構成を示す斜視図である。 第１実施形態で使用する第１作業対象物の斜視図である。 第１作業対象物に第１ワークが配置された状態を示す斜視図である。 第１実施形態で使用する第２作業対象物に第２ワークが配置された状態を示す斜視図である。 第２作業対象物および第２ワークを覆うように透明または半透明の蓋が取り付けられた状態を示す斜視図である。 作業ロボットのエンドエフェクタの構成を模式的に示す図である。 第１実施形態の作業ロボットの制御の構成を示すブロック図である。 カメラを用いて第１ワークの有無を判定する方法を模式的に説明する図である。 センサを用いて第２ワークが有る場合を判定する方法を模式的に説明する図である。 センサを用いて第２ワークが無い場合を判定する方法を模式的に説明する図である。 第１実施形態の作業ロボットの動作を説明する動作フローの図である。 第２実施形態において、不透明の蓋が使用されるときに、カメラを用いて第２ワークの有無を判定する方法を模式的に説明する図である。

１．作業対象物（９１、９２）および作業ロボット１の構成
第１実施形態における作業対象物（９１、９２）および作業ロボット１の構成について図１～図７を参考にして説明する。作業ロボット１は、第１作業対象物９１に第１ワーク９３を配置する配置作業、および第２作業対象物９２に第２ワーク９４を配置する配置作業を実施する。詳細には、作業ロボット１は、作業対象物（９１、９２）の複数の孔（９１１、９２１）にそれぞれワーク（９３、９４）を挿入して配置する。ワーク（９３、９４）が配置された作業対象物（９１、９２）は、下流工程の別の作業ロボットへ搬送されて、組立作業に使用される。

図２に示されるように、第１作業対象物９１は、概ね長方形のパレット部材である。第１作業対象物９１は、その長辺と平行する方向に搬入出される。第１作業対象物９１の上面に、複数（図２の例では７０個）の断面円形の孔９１１が設けられる。孔９１１は、第１ワーク９３が配置される予定位置である。孔９１１の入り口に座刳り部９１２が形成されて、第１ワーク９３の挿入が容易となっている。図３に示されるように、第１ワーク９３は、円形断面を有する鉄製の細長いピンであり、その一部が孔９１１に挿入される。

第１作業対象物９１の二つの短辺に、それぞれ取手９１３が設けられる。第１作業対象物９１のひとつのコーナー（図２の左上のコーナー）付近に、識別コード９１４が付設される。識別コード９１４は、第１作業対象物９１および第１ワーク９３の種類を特定するものである。識別コード９１４として、バーコードやマトリックス型二次元コード、数字列などが用いられる。

図４に示されるように、第２作業対象物９２は、第１作業対象物９１と概ね同じ大きさの長方形のパレット部材である。第２作業対象物９２は、その長辺と平行する方向に搬入出される。第２作業対象物９２の上面に、複数（図２の例では５４個）の断面円形の孔９２１が設けられる。孔９２１は、第２ワーク９４が配置される予定位置である。第２ワーク９４は、頭部９４１、およびねじが形成された軸部９４２からなる鉄製のボルトである。図４において、頭部９４１は、黒色で示されている。第２ワーク９４は、頭部９４１が孔９２１に挿入され、軸部９４２を上に向けて配置される。

第２作業対象物９２の二つの短辺に、それぞれ取手９２３が設けられる。第２作業対象物９２のひとつのコーナー（図４の左上のコーナー）の付近に、識別コード９２４が付設される。識別コード９２４は、第２作業対象物９２および第２ワーク９４の種類を特定するものである。第２作業対象物９２の対角線上の二つのコーナー（図４の右上および左下のコーナー）の付近に、それぞれガイドピン９２５が立設される。

図５に示される蓋９５は、第２ワーク９４を養生して、軸部９４２のねじ溝に塵埃が付着することを防止する目的で使用される。蓋９５は、透明または半透明とされ、第２作業対象物９２よりも若干小さめの長方形に形成される。蓋９５の対角線上の二つのコーナー（図４の右上および左下のコーナー）の付近に、それぞれガイド孔９５１が設けられる。第２作業対象物９２の２本のガイドピン９２５は、それぞれ蓋９５のガイド孔９５１に嵌入する。これにより、蓋９５は、上下方向に案内され、かつ水平方向の位置が定められる。

蓋９５の上面の中央に、グリップ９５２が設けられる。グリップ９５２は、蓋９５の長辺方向に長く、かつ中央部が両側より高く形成されている。グリップ９５２は、人の指や作業ロボット１の保持部３１（後述）などによって挟持される。これにより、蓋９５の取り付けおよび取り外しが行われる。

蓋９５は、配置作業時に取り外され、配置作業時以外には第２ワーク９４の有無に関係なく取り付けられる。蓋９５は、第２作業対象物９２を覆いつつ、配置された第２ワーク９４によって支持される（図９参照）。また、第２ワーク９４が配置されていないとき、蓋９５は、第２作業対象物９２の上面に接する（図１０参照）。したがって、蓋９５の高さ位置は、第２ワーク９４の有無に応じて変化する。さらに、第２ワーク９４が複数種類あって軸部９４２の長さが相違する場合、蓋９５の高さ位置は、軸部９４２の長さに応じて変化する。

図１に示されるように、第１作業対象物９１および第２作業対象物９２を自動で作業実施位置に搬入出する用途に、搬送コンベア９７が設けられる。図７に示されるように、搬送コンベア９７は、搬送駆動部９８から駆動される。搬送駆動部９８は、ロボット制御部５から制御される。搬送コンベア９７は、作業対象物（９１、９２）が載置された状態で搬送路に沿って輪転するコンベアベルトを有する。搬送駆動部９８として、コンベアベルトを駆動するモータを例示できる。なお、第１作業対象物９１および第２作業対象物９２は、人手によって作業実施位置に搬入出されてもよい。

図１および図７に示されるように、作業ロボット１は、基体部１０、移動装置２、エンドエフェクタ３、カメラ４、およびロボット制御部５などで構成される。基体部１０は、作業実施位置に臨んで固定取り付けされる。基体部１０の近傍に、多数の第１ワーク９３を横向きにまたはランダムな向きに収容した第１供給箱（図略）が配置される。同様に、基体部１０の近傍に、多数の第２ワーク９４を横向きにまたはランダムな向きに収容した第２供給箱（図略）が配置される。

移動装置２は、多関節タイプのアームを用いて構成される。移動装置２のアーム基端部２１は、基体部１０の上側に支持され、鉛直軸の周りに回転可能となっている。さらに、移動装置２（アーム）は、あらゆる方向に向かって延在可能であるとともに、長さ方向の途中で自在に折れ曲がることができるように構成されている。したがって、移動装置２のアーム先端部２２は、作業実施位置の上方の任意の空間位置に移動することができる。アーム先端部２２には、ハンド部２３が揺動可能に設けられる。移動装置２は、エンドエフェクタ３およびカメラ４を揃って移動させる。

エンドエフェクタ３は、ハンド部２３に設けられている。図６に示されるように、エンドエフェクタ３は、保持部３１、磁石３４、遮光検出センサ３６を有する（図１では省略）。保持部３１は、ワーク（９３、９４）を保持および解放して、配置作業を実施する。保持部３１は、開閉してワーク（９３、９４）を挟持動作するチャックとされている。

チャックは、開閉動作する一対のＬ字状部材で構成される。一対のＬ字状部材の下部は、近接して対向する。そして、Ｌ字状部材の向かい合う対向面に、上下に延びる溝３１１が形成されている。ワーク（９３、９４）は、両方の溝３１１の間に形成される保持位置に安定して挟持される。保持部３１を駆動する駆動源３２として、エアシリンダが設けられる。駆動源３２は、ロボット制御部５から制御される。なお、図６および図７において、駆動力の伝達は太線の矢印で示され、信号や情報の伝達は細線の矢印で示されている。

さらに、駆動源３２の状態を検出して、保持部３１がワーク（９３、９４）を保持しているか否かを間接的に検出するワーク検出センサ３３が設けられる。ワーク検出センサ３３は、検出信号をロボット制御部５に出力する。ワーク検出センサ３３として、駆動源３２（エアシリンダ）の圧力を検出するシリンダ圧力センサを例示できる。

磁石３４は、保持部３１の保持位置を通って昇降するように設けられる。磁石３４は、第１供給箱に収容されている第１ワーク９３の端部や、第２供給箱に収容されている第２ワーク９４の軸部９４２の端部を吸引して上昇し、ワーク（９３、９４）を起立させる。この後、起立したワーク（９３、９４）は、保持部３１により挟持される。

遮光検出センサ３６は、保持部３１の保持位置を挟んで配置された発光部３６１および受光部３６２からなる。発光部３６１は、保持位置を通る検出光３６３を発射する。受光部３６２は、保持位置を通過した検出光３６３を検出する。保持部３１がワーク（９３、９４）を挟持していると、当該のワーク（９３、９４）により検出光３６３が遮断される。したがって、受光部３６２は、検出光３６３を検出しなくなり、ワーク（９３、９４）が挟持されていることを検出できる。受光部３６２は、検出信号をロボット制御部５に出力する。

なお、エンドエフェクタ３は、上述した構成に限定されない。例えば、磁石３４および遮光検出センサ３６の少なくとも一方が省略されてもよい。また、保持部３１を駆動する駆動源３２にモータが用いられ、ワーク検出センサ３３に電流センサが用いられてもよい。さらに、保持部３１は、負圧を利用してワーク（９３、９４）を吸着するノズルであってもよい。この態様では、負圧の変化を検出してワーク（９３、９４）を間接的に検出する方式のワーク検出センサ３３が使用される。

カメラ４は、ハンド部２３に設けられている。カメラ４は、移動装置２の大きな負荷とならないように小型品が採用され、作業対象物（９１、９２）よりも格段に小さい。つまり、カメラ４は、開いた撮像視野角Ａ（図８参照）が要求されるため、テレセントリック型の採用が難しい。このため、カメラ４は、光軸に対して非平行な光がレンズに入射して形成される画像を撮像する方式とされる。カメラ４は、作業対象物（９１、９２）を上方から撮像して画像データを取得する。

作業ロボット１の通常時の配置作業において、カメラ４は、搬入された作業対象物（９１、９２）の識別コード（９１４、９２４）を認識する用途に使用される。さらに、カメラ４は、作業対象物（９１、９２）の停止位置や、孔（９１１、９２１）の位置を正確に検出する用途に使用される。なお、カメラ４は、移動装置２に駆動されない大型品であって、固定取り付けされ、または移動装置２と別の移動機構を備えてもよい。

２．作業ロボット１の制御の構成、第一判定部および第二判定部の判定方法
次に、作業ロボット１の制御の構成と、第一判定部および第二判定部の判定方法について説明する。図７に示されるように、ロボット制御部５は、移動装置２、エンドエフェクタ３の駆動源３２、およびカメラ４を制御する。また、ロボット制御部５は、ワーク検出センサ３３および遮光検出センサ３６の受光部３６２から検出信号を受け取る。さらに、ロボット制御部５は、搬送駆動部９８を制御して、搬送コンベア９７に作業対象物（９１、９２）の搬入出を行わせる。ロボット制御部５は、コンピュータ装置を用いて構成される。

ロボット制御部５は、ソフトウェアによって実現された画像処理部５１、画像判定部５２、探索処理部５５、およびセンサ判定部５６を含む。画像処理部５１は、カメラ４から画像データを受け取る。カメラ４、画像処理部５１、および画像判定部５２によって第一判定部が構成される。また、探索処理部５５は、ワーク検出センサ３３および遮光検出センサ３６の少なくとも一方から検出信号を受け取る。少なくとも一方のセンサ（３３、３６）、探索処理部５５、およびセンサ判定部５６によって第二判定部が構成される。

ここで、作業ロボット１の通常時の配置作業では、ワーク（９３、９４）が１個も配置されていない作業対象物（９１、９２）が搬入される。しかしながら、上流側の搬送コンベアの制御誤りや人為的な作業ミスなどの原因で、既にワーク（９３、９４）が配置済みの作業対象物（９１、９２）が搬入されるケースが皆無ではない。これを看過して、作業ロボット１が配置作業を開始すると、配置済みのワーク（９３、９４）に重ねて別のワーク（９３、９４）を配置するように動作する。これにより、作業ロボット１やワーク（９３、９４）に不具合のおそれが生じる。

この対策として、第一判定部および第二判定部が設けられる。第一判定部は、第１作業対象物９１上の第１ワーク９３の有無を判定する。ここで、第１ワーク９３の円形断面の直径は、第１作業対象物９１の孔９１１の内径に略等しいか、またはわずかに小さい。したがって、カメラ４により真上から第１作業対象物９１を撮像しても、第１ワーク９３と孔９１１とを区別することが難しい。このため、図８に示されるように、カメラ４は、第１作業対象物を斜め上方から撮像して画像データを取得する。

次に、画像処理部５１は、画像データ上で第１ワーク９３の孔９１１から突出した残部に対応する占有領域を探索する。「占有領域」とは、画像データに画像処理を施して求められる閉領域であり、例えば、所定の輝度範囲や色範囲を満足する閉領域や、エッジ検出によって求められる閉領域を意味する。また、「占有領域が第１ワーク９３の残部に対応する」とは、画像データ上において、占有領域の大きさが第１ワーク９３の残部の画像の大きさに近似していることを意味する。占有領域は、画像データ上で所定範囲の面積を占め、または、画像データ上で所定個数範囲の画素数を占める。つまり、占有領域は、閉領域の形状を問わず、面積の大きさの範囲のみが規定された量である。

占有領域の範囲は、予め実験的に設定することが可能である。例えば、第１作業対象物９１上のカメラ４に最も近い孔９１１、およびカメラ４から最も遠い孔９１１に意図的に第１ワーク９３を配置して、カメラ４の撮像により画像データを取得する。すると、カメラ４からみた方向および距離に応じて、第１ワーク９３の突出した残部の形状および大きさが画像データ上で相違する。最も近い孔９１１に挿入された第１ワーク９３の突出した残部の画像データ上に占める面積が、占有領域の最大値となる。また、最も遠い孔９１１に挿入された第１ワーク９３の突出した残部の画像データ上に占める面積が、占有領域の最小値となる。実用的には、求めた最大値および最小値にマージンが加えられて、占有領域の範囲が設定される。

画像判定部５２は、画像処理部５１の探索結果に基づいて、第１作業対象物９１上の第１ワーク９３の有無を判定する。つまり、画像処理部５１が占有領域に該当する閉領域を認識した場合に、画像判定部５２は、第１ワーク９３が有ると判定する。また、画像処理部５１が占有領域に該当する閉領域を認識しなかった場合に、画像判定部５２は、第１ワーク９３が無いと判定する。

なお、画像データ上で複数の第１ワーク９３の画像が重なって検索が難しい場合に、カメラ４は、斜め上方の位置や傾斜角度を変更して、複数の画像データを取得してもよい。また、カメラ４の焦点距離を短く切り替えて第１作業対象物９１に接近し、第１作業対象物９１の一部分のみを撮像してもよい。これらの場合、占有領域の設定が変更される。また、第１ワーク９３に複数の種類が有って、孔９１１から突出した残部の長さが相違する場合、同様に占有領域の設定が変更される。さらに、第１ワーク９３と孔９１１の区別が容易であれば、カメラ４による真上からの撮像を行ってもよい。この場合でも、画像データ上の複数の第１ワーク９３の二次元形状が位置に依存して相違するため、占有領域を用いた判定が行われる。

上記したように、第一判定部では、画像データ上で第１ワーク９３の二次元形状を問わず、占有領域の大きさに基づいた判定を行う。これによれば、カメラ４の撮像視野角Ａ内の様々な方向および距離に位置する複数の第１ワーク９３の二次元形状が画像データ上で相違しても、誤判定となるおそれが低減される。また、カメラ４は、一般的な作業ロボットに標準的に設けられているので、第一判定部は、装置コストの上昇を招かない。

次に、第二判定部は、第２作業対象物９２上の第２ワーク９４の有無を判定する。ここで、第２作業対象物９２には蓋９５が使用されるため、第一判定部では対応が難しい。第二判定部は、第２ワーク９４の有無を直接的に判定することに代え、第２ワーク９４の有無に応じて変化する蓋９５のグリップ９５２の高さ位置による判定を行う。まず、探索処理部５５は、少なくとも一方のセンサ（３３、３６）を用いて、グリップ９５２の高さ位置を探索する。

詳述すると、探索処理部５５は、図９に示されるように、第２ワーク９４が有ると仮定したときのグリップ９５２の予定の高さ位置へ保持部３１を移動させる。次に、探索処理部５５は、第２ワーク９４を挟持していない保持部３１にグリップ９５２の挟持動作を行わせる。そして、探索処理部５５は、ワーク検出センサ３３の検出結果を取得する。これにより、探索処理部５５は、グリップ９５２が予定の高さ位置に有るか否かを判定することができる。なお、第２ワーク９４に複数の種類が有って軸部９４２の長さが相違する場合、探索処理部５５は、軸部９４２の長さに合わせてグリップ９５２の予定の高さ位置を変更する。

また、探索処理部５５は、保持部３１を使用せずに、グリップ９５２の予定の高さ位置へ遮光検出センサ３６を移動させてもよい。このとき、検出光３６３が遮光されたか否かにより、探索処理部５５は、グリップ９５２が予定の高さ位置に有るか否かを判定できる。さらに、探索処理部５５は、ワーク検出センサ３３の検出結果および遮光検出センサ３６の検出結果を併用して、探索の確実性を向上してもよい。

センサ判定部５６は、探索処理部５５の探索結果に基づいて、第２作業対象物９２上の第２ワーク９４の有無を判定する。つまり、探索処理部５５によってグリップ９５２が予定の高さ位置に有ると判定されたとき、センサ判定部５６は、図９に示されるように第２ワーク９４が有ると判定する。また、探索処理部５５によってグリップ９５２が予定の高さ位置に無いと判定されたとき、センサ判定部５６は、図１０に示されるように第２ワーク９４が無いと判定する。

上記したように、第二判定部は、画像データの画像処理に代えて、センサ（３３、３６）を用いるので、第２ワーク９４の有無を確実に判定することができる。また、少なくとも一方のセンサ（３３、３６）は、一般的な作業ロボットに標準的に設けられているので、第二判定部は、装置コストの上昇を招かない。

３．作業ロボット１の総合的な動作
次に、作業ロボット１の総合的な動作について説明する。図１１の動作フローは、主にロボット制御部５からの制御にしたがって進められる。図中のステップＳ１で、ロボット制御部５は、搬送駆動部９８および搬送コンベア９７を制御して、作業対象物（９１、９２）を作業実施位置に搬入させる。次のステップＳ２で、ロボット制御部５は、移動装置２を制御して、カメラ４を識別コード（９１４、９２４）の概ね真上に移動させる。続いて、ロボット制御部５は、カメラ４を制御して、識別コード（９１４、９２４）を撮像させる。続いて、ロボット制御部５は、取得された画像データから識別コード（９１４、９２４）を認識して、作業対象物（９１、９２）の種類を特定する。

次のステップＳ３で、ロボット制御部５は、作業対象物（９１、９２）の種類に応じて動作フローを分岐させる。第１作業対象物９１が搬入されているときのステップＳ４で、第一判定部が判定動作を行う。また、第２作業対象物９２が搬入されているときのステップＳ５で、第二判定部が判定動作を行う。ステップＳ４またはステップＳ５の実行後に、ロボット制御部５は、動作フローの実行をステップＳ６に合流させる。

ステップＳ６で、ロボット制御部５は、第一判定部または第二判定部の判定結果に基づいて、作業対象物（９１、９２）上にワーク（９３、９４）が有るか否かを判定する。ワーク（９３、９４）が１個も無いときのステップＳ７で、作業ロボット１は、第１供給箱または第２供給箱からワーク（９３、９４）を取り出し、作業対象物（９１、９２）上に配置する配置作業を実施する。なお、作業ロボット１は、第２作業対象物９２に対し、保持部３１を用いて蓋９５を一時的に取り外し、配置作業の終了後に再び蓋９５を取り付ける。次のステップＳ８で、ロボット制御部５は、搬送駆動部９８および搬送コンベア９７を制御して、配置作業が終了した作業対象物（９１、９２）を搬出させる。

また、ステップＳ６で、作業対象物（９１、９２）上に１個でもワーク（９３、９４）が有るとき、作業ロボット１は配置作業を実施せず、動作フローは直接ステップＳ８に進められる。つまり、ワーク（９３、９４）が配置済みの作業対象物（９１、９２）は、作業ロボット１による配置作業が実施されずに、そのまま搬出される。この後、動作フローの実行はステップＳ１に戻され、次の作業対象物（９１、９２）への配置作業が繰り返される。

第１実施形態の作業ロボット１において、画像処理部５１は、第１作業対象物９１について、画像データ上で第１ワーク９３に対応する占有領域を探索する。したがって、画像データ上の複数の第１ワーク９３の二次元形状が相違しても、画像判定部５２は、高い信頼性で第１作業対象物９１上の第１ワーク９３の有無を判定できる。また、探索処理部５５は、第２作業対象物９２について、エンドエフェクタ３が有する少なくとも一方のセンサ（３３、３６）を用いて第２ワーク９４を探索する。したがって、センサ判定部５６は、高い信頼性で第２作業対象物９２上の第２ワーク９４の有無を判定できる。

このため、作業ロボット１は、配置済みのワーク（９３、９４）に重ねて別のワーク（９３、９４）を配置するという誤った配置作業を実施することがない。したがって、作業ロボット１やワーク（９３、９４）の不具合のおそれが低減される。さらに、作業対象物（９１、９２）上のワーク（９３、９４）を検出するために、従来の作業ロボットが有するカメラ４やセンサ（３３、３６）を用いるので、専用のセンサ等を新設する必要が無く、装置コストが上昇しない。

４．第２実施形態の作業ロボット１
次に、第２実施形態の作業ロボット１について、第１実施形態と異なる点を主にして説明する。第２実施形態では、第２作業対象物９２に対する判定方法が第１実施形態と異なる。詳述すると、軸部９４２の長さが相違する複数種類の第２ワーク９４があり、識別コード９２４と異なる誤った第２ワーク９４が第２作業対象物９２上に配置されているケースでは、グリップ９５２の予定の高さ位置が誤ったものとなる。また、蓋９５が取り付けられていないケースが皆無ではない。これらのケースにおいて、第二判定部は、誤判定するおそれがある。したがって、第２作業対象物９２に対して、第二判定部だけでなく第一判定部も判定を行う。

第２実施形態において、蓋９５は、図５に示される透明または半透明の蓋９５が使用される。そして、カメラ４は、透明または半透明の蓋９５を透かして第２ワーク９４を撮像する。その後、第一判定部は、第１実施形態と同様の判定を行う。このとき、蓋９５における光の屈折に起因して、第２ワーク９４の二次元形状が画像データ上で変形し得る。それでも、第一判定部は、閉領域の形状を問わず面積の大きさの範囲を規定した占有領域を用いて判定を行うので、誤判定となるおそれが低減される。

あるいは、図１２に示されるように、切り欠き部９６１が形成された不透明の蓋９６が使用される。切り欠き部９６１の大きさおよび位置は、限られた個数の第２ワーク９４の上方に対応する。そして、カメラ４は、切り欠き部９６１を通して第２ワーク９４を撮像する。その後、第一判定部は、第１実施形態と同様の判定を行う。ただし、この判定方法は、孔９２１の一部に第２ワーク９４が配置される場合には適用されない。第２実施形態において、透明または半透明の蓋９５、不透明の蓋９６のどちらの場合でも、第一判定部および第二判定部が併用されるので、判定の信頼性が格段に向上する。

５．実施形態の応用および変形
なお、第１作業対象物９１に対して第二判定部が動作し、保持部３１が第１ワーク９３を挟持するか否かに応じて、第１作業対象物９１上の第１ワーク９３の有無を判定してもよい。また、第１実施形態の動作フローのステップＳ６で、孔（９１１、９２１）の一部のみにワーク（９３、９４）が配置されているときに、作業ロボット１は、孔（９１１、９２１）の残部に、ワーク（９３、９４）を配置する配置作業を実施してもよい。

さらに、第１および第２実施形態の作業ロボット１は、作業対象物（９１、９２）が製品であって、ワーク（９３、９４）を取り付ける作業に応用することができる。また、第１作業対象物９１のみが搬入出される構成において、作業ロボット１は、探索処理部５５およびセンサ判定部５６を備えなくてもよい。同様に、第２作業対象物９２のみが搬入出される構成において、作業ロボット１は、画像処理部５１および画像判定部５２を備えなくてもよい。その他にも、第１および第２実施形態は、様々な応用や変形が可能である。

１：作業ロボット ２：移動装置 ３：エンドエフェクタ ３１：保持部 ３２：駆動源 ３３：ワーク検出センサ ３４：磁石 ３６：遮光検出センサ ４：カメラ ５：ロボット制御部 ５１：画像処理部 ５２：画像判定部 ５５：探索処理部 ５６：センサ判定部 ９１：第１作業対象物 ９１１：孔 ９２：第２作業対象物 ９２１：孔 ９３：第１ワーク ９４：第２ワーク ９５：蓋 ９５２：グリップ ９６：蓋 ９７：搬送コンベア ９８：搬送駆動部

Claims (12)

1. 作業対象物に配置するワークを保持する保持部、および前記保持部に保持された前記ワークを検出するセンサを有するエンドエフェクタと、
   前記エンドエフェクタを移動させる移動装置と、
   前記作業対象物に配置された前記ワークに支持されかつ前記ワークの有無に応じてその高さ位置が変化する蓋が使用されない前記作業対象物が搬入されたときに、前記作業対象物を上方から撮像して画像データを取得するカメラと、
   前記画像データ上で前記ワークに対応する占有領域を探索する画像処理部と、
   前記画像処理部の探索結果に基づいて、前記作業対象物上の前記ワークの有無を判定する画像判定部と、
   前記蓋が使用される前記作業対象物が搬入されたときに、前記センサを用いて前記蓋の特定部位の前記高さ位置を探索する探索処理部と、
   前記探索処理部の探索結果に基づいて、前記作業対象物上の前記ワークの有無を判定するセンサ判定部と、を備え、
   前記蓋が使用されない前記作業対象物に対し、前記カメラ、前記画像処理部、および前記画像判定部からなる第一判定部が動作して前記ワークの有無を判定し、
   前記蓋が使用される前記作業対象物に対し、前記センサ、前記探索処理部、および前記センサ判定部からなる第二判定部が動作して前記ワークの有無を判定する、
   作業ロボット。
2. 作業対象物に配置するワークを保持可能なエンドエフェクタと、
   前記エンドエフェクタを移動させる移動装置と、
   前記作業対象物を上方から撮像して画像データを取得するカメラと、
   前記画像データ上で前記ワークに対応する占有領域を探索する画像処理部と、
   前記画像処理部の探索結果に基づいて、前記作業対象物上の前記ワークの有無を判定する画像判定部と、を備え、
   前記作業対象物の搬入出時に前記作業対象物および前記ワークを覆うように取り付けられ、かつ前記ワークが配置される作業時に取り外される蓋が使用され、
   前記カメラは、透明または半透明の前記蓋を透かして撮像し、または、前記蓋に形成された切り欠き部を通して撮像する、
   作業ロボット。
3. 前記ワークに対応する前記占有領域は、前記画像データ上で所定範囲の面積を占める領域、または、前記画像データ上で所定個数範囲の画素数を占める領域である、請求項１または２に記載の作業ロボット。
4. 前記カメラは、光軸に対して非平行な光がレンズに入射して形成される画像を撮像する、請求項１～３のいずれか一項に記載の作業ロボット。
5. 前記カメラは、前記作業対象物を斜め上方から撮像する、請求項１～４のいずれか一項に記載の作業ロボット。
6. 前記作業対象物は、前記ワークの一部が挿入される孔を有し、
   前記画像処理部は、前記孔に挿入された前記ワークの前記孔から突出した残部に対応する前記占有領域を探索する、
   請求項５に記載の作業ロボット。
7. 作業対象物に配置するワークを保持する保持部、および前記保持部に保持された前記ワークを検出するセンサを有するエンドエフェクタと、
   前記エンドエフェクタを移動させる移動装置と、
   前記センサを用いて、前記作業対象物上の前記ワークを探索する探索処理部と、
   前記探索処理部の探索結果に基づいて、前記作業対象物上の前記ワークの有無を判定するセンサ判定部と、を備え、
   前記作業対象物に配置された前記ワークによって支持されるように取り付けられるとともに、前記ワークの有無に応じてその高さ位置が変化し、かつ前記作業対象物から取り外し可能な蓋が使用され、
   前記探索処理部は、前記ワークに代えて前記蓋の特定部位の前記高さ位置を探索する、
   作業ロボット。
8. 前記保持部は、前記ワークを挟持するチャックであり、
   前記センサは、前記チャックの開閉状態を直接的にまたは間接的に検出することにより前記ワークを検出し、
   前記探索処理部は、前記ワークが配置される前記作業対象物上の予定位置で、前記ワークを挟持していない前記チャックに挟持動作を行わせて、前記センサの検出結果を取得する、
   請求項７に記載の作業ロボット。
9. 前記保持部は、負圧を利用して前記ワークを吸着するノズルであり、
   前記センサは、前記負圧の変化を検出することにより前記ワークを検出し、
   前記探索処理部は、前記ワークが配置される前記作業対象物上の予定位置で、前記ワークを吸着していない前記ノズルに吸着動作を行わせて、前記センサの検出結果を取得する、
   請求項７に記載の作業ロボット。
10. 前記センサは、前記ワークによる検出光の遮断を検出することにより前記ワークを検出し、
    前記探索処理部は、前記ワークが配置される前記作業対象物上の予定位置に前記センサの検出部を移動させて、前記センサの検出結果を取得する、
    請求項７に記載の作業ロボット。
11. 前記蓋は、前記作業対象物の搬入出時に前記作業対象物を覆い、かつ前記ワークが配置される作業時に取り外される、
    請求項７～１０のいずれか一項に記載の作業ロボット。
12. 前記作業対象物は、前記ワークが配置される予定位置が複数設けられており、
    前記作業ロボットは、前記作業対象物上に前記ワークが１個も無いと判定された後に、前記作業対象物上に前記ワークを配置する作業を開始する、
    請求項１～１１のいずれか一項に記載の作業ロボット。
    

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