JPH01228073A - 物体の認識装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、容器の所定領域に存在する認識対象物品を認
識する装置に関する。

［従来の技術］ 従来、容器としてのパレット内に納められた材料や部品
をひとつずつ分離して取り出し、向きを揃えて、例えば
生産ラインへ供給することが行なわれている。ところが
、この場合に、パレット内の部品の多くはバラ積みされ
ていることが多く、位置や姿勢がランダムな状態にある
ので、この認識対象物品としての部品を下記に示す方法
等で事前に取り出し、整列させることが必要となり、行
なわれている。

■　ＩＴＶカメラで入力した認識対象物品の画像を、パ
ターンマツチング法等によって画像処理して、部品の位
置や姿勢を認識しく特開昭６０−４８５７９号公報参照
）、このデータにもとづいて工業用のロボット等で部品
を取り出し整列させる。

■　専用ｑ′）＠械式パーツフィーダを用いて、物品を
整列させる。

■　力センサを用いたロボットで手さぐりに物品を取り
出し、整列させる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の技術では、下記に示すように
、信頼性又は取り出し効率等で問題があり、−層の改善
が求められていた。

（Ｉ）　　画像データをパターンマツチング法等で処理
する方法：この方法は、装置が複雑でかつ高コストにな
ることに加え、カメラから入力した画像データにもとづ
いているため、認識対象物品が光沢のある物体や透明な
物体の場合には、高い信頼性で認識することができず、
認識の信頼性が低下したり、認識対象物品の範囲が限ら
れてしまう問題がある。

（ＩＩ）　　専用の機械式パーツフィーダで整列する方
法：この方法は、個々の対象物品の形状に合わせて専用
に製作する必要がありフレキシビリティがないことに加
え、振動、衝撃を利用するので、こわれやすいガラスや
柔い部品には適用できない問題がある。

（Ｉ［Ｉ）　　力センサを用いて手さぐりで取り出し、
整列する方法：この方法は、センサが複雑でかつ高コス
トになることに加え、手さぐりによることから取り出し
効率が低下する問題がある。

本発明は、上記課題を解決することにより、認識対象物
品の認識の信頼性および効率等を向上することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための手段として、本発明の物体の
認識装置は、第１図に例示するように、容器ＭＡの所定
領域に存在する認識対象物品ＭＢを認識する装置におい
て、 前方の所定範囲の物体を検出する物体検出手段ＭＣを複
数備え、 該物体検出手段ＭＣと上記容器ＭＡとの相対位置を移動
させる相対位置移動手段ＭＤと、上記相対位置を検出す
る相対位置検出手段ＭＥと、 少なくとも上記各物体検出手段ＭＯの検出結果と上記相
対位置検出手段ＭＥの検出結果とにもとづいて、認識対
象物品ＭＢを認識する物体認識手段ＭＦと を備えることを特徴とする。

物体検出手段ＭＣとは、例えば光学的な反射光を用いて
、もしくは超音波を用いて検出するものであって、一定
距離内に物体があるか否かで出力信号が切り換わるもの
、あるいは距離に応じて距離データを出力するものであ
る。

相対位置移動手段ＭＤとは、例えば容器ＭＡの方のみを
移動させるものであれば搬送用のベルトコンベア、ある
いはターンテーブル等が用いられる。

相対位置検出手段ＭＥとは、例えば容器ＭＡの位置をリ
ミットスイッチ・エンコーダ等で検出することにより、
相対位置を検出するものである。

物体認識手段ＭＦとは、例えばロジック回路、もしくは
マイクロコンピュータ等によって構成されるものであっ
て、物体検出手段ＭＣが物体を検出したことにもとづい
て認識対象物品ＭＢを認識するもの、あるいは各物体検
出手段ＭＣの検出値と相対位置検出手段ＭＥの検出値と
にもとづく検出結果のパターンと、予めセットしておい
たパターンとを対比することによって、認識対象物品Ｍ
Ｂの位置・姿勢等を認識するものである。又、検出結果
のパターンは、二次元パターンであってもよく、あるい
は三次元パターンであってもよい。

なお、三次元パターンである場合には、物体検出手段Ｍ
Ｃを物体との距離を計測可能であるものとするか、ある
いは相対位置移動手段ＭＤを三次元的移動を行なうもの
とする。

［作用］ 本発明の物体の認識装置は、以下の手順によって容器Ｍ
Ａの認識対象物品ＭＢ＠認識する。

■　容器ＭＡと物体検出手段ＭＣとの相対位置を、相対
位置移動手段ＭＤによって移動させて、所定の位置にす
る。

■　物体検出手段ＭＣで所定範囲の物体を検出する。

■　上記■、■を繰り返す。

■　上記■を行なっているときの、相対位置検出手段Ｍ
Ｅと各物体検出手段ＭＣとの検出結果にもとづいて、認
識対象物品ＭＢを物体認識手段ＭＦで認識する。

これにより、容器ＭＡの所定領域に存在する認識対象物
品ＭＢが認識され、このデータにもとづいて、以後たと
えばマニプレータ等で取り出し、整列することが可能に
なる。

なお、上記■において物体認識手段ＭＦが認識対象物品
ＭＢを認識する方法は、例えば下記のパターンマツチン
グ法が用いられる。

第２図に示すように、容器ＭＡ内に認識対象物品ＭＢが
存在する場合に、該図に示すように、物体検出手段ＭＣ
の間隔と信号を読み取る間隔とを設定した場合を例に挙
げて説明する。

■該第２図に示すように、物体が存在するが否かを検出
する点が両間隔の各格子点となり、ここでは、認識対象
物品ＭＢと垂ざなった格子点が信号「オン」となる。

■　上記信号の状態は、例えば物体認識手段ＭＦは、第
３図に示すように、離散的データＰｉｊ（Ｐ１１〜Ｐ４
５）として取り込む。すなわち、ここではＰＩ３．　Ｐ
２２．　Ｐ３１が信号「オン」であるとして入力される
。

■　上記■で読み込んだデータＰｉｊにもとづいて、下
記の手段で物品ＭＢの姿勢を判断し、以後の整列等を行
なう。まず、Ｐｉｊｌｌのｉ及びｊを増加させながらＯ
Ｎの点を捜す。ひとつＯＮの点が見つかると（Ｐ３１）
、この点の８方向の隣接位置にＯＮの点がないかを捜す
（Ｐ２２）。次に見つかった２点の延長線上にＯＮの点
がないかをチエツクする。こうして、第３図では、部品
の寸法から３点連続してＯＮになっている位置（Ｐ３１
．　Ｐ２２．　ＰＩ３）に物品ＭＢがあり、この並びの
方向が物品ＭＢの姿勢であると判定し、たとえば出力回
路から外部機器（ロボットなど）へデータを出力する。

なお、物品ＭＢの形状によっては、ＯＮ位置の並びをパ
ターンマツチングの手法を用いてあらかじめ記憶した基
準となるＯＮ位置の並びを移動させながら重ね合わせる
処理を行い、位置姿勢を認識することも容易に可能であ
る。

［実施例］ 次に、本発明の物体の認識装置を適用したシステムの一
実施例を図面にもとづいて説明する。

第４図に示すように、本実施例のシステムは、概ね、認
識対象物品を収容したパレット１０の搬送を行なうベル
トコンベア１２、このベルトコンベア１２によって搬送
されてくるパレット１０内の認識対象物品としての例え
ば空ビン１４の位置・姿勢を認識する位置認識部１６、
この位置認識部１６の認識結果にもとづいて認識対象物
品としての例えば空ビン１４をベルトコンベア１２上の
パレット１０から取り出して、他のパレット１０等に収
容するロボットシステム１８等から構成されている。

（Ｉ）　　位置認識部１６：パレツト１０の認識対象物
品を認識する位置認識部１６は、距離センサ部２０、パ
レット位置検出部２２、およびロジック回路もしくはマ
イクロコンピュータ等で構成される認識装置２４等から
構成されている。

■　上記距離センサ部２０は、ベルトコンベア１２によ
って搬送されているパレット１０の上方に固定されてい
るものであって、超音波を用いて所定距離内に物体があ
るか否かを検出する距離センサ２６，２７．２８，２９
、およびこの距離センサ２６．２７．２８．２９を支持
する支持板３０等から構成されている。

■　上記パレット位置検出部２２は、上記距離センサ部
２０と対向するベルトコンベア１２の位置に取り付けら
れ、距離センサ部２０がパレット１０の検出を開始する
位置を検出する光電スイッチ３２、およびベルトコンベ
ア１２の進行量を検出するパレット位置計測用エンコー
ダ３４等から構成されている。

■　上記認識装置２４は、距離センサ部２０の距離セン
サ２６，２７，２８．２９の出力を入力する距離センサ
入力部４０、光電スイッチ３２の出力を入力する光電ス
イッチ入力部４２、エンコーダ３４の出力パルスを入力
しカウントするエンコーダ入力部４４、各種制御情報、
設定データ等を記憶する記憶部４６、上記各入力部４０
，４２゜４４から入力したデータと記憶部４６に記憶し
ているデータとにもとづいて後述する第５図の認識装置
の制御を示すフローチャートの演算処理および制御等を
行なう演算処理部４８、および上記演算処理部４８の演
算結果をロボットシステム１８に出力する出力部５０等
から構成されている。

（ｎ）　　Ｏボットシステム１８：上記位置認識部１６
からの出力されたデータをマイクロコンピュータ等で構
成されるロボットコントローラ５２で入力し、この入力
したデータにしたがい予めセットされている教示データ
、プログラム等にもとづいてアクチュエータ、アーム等
からなるマニプレータ５４を駆動するものである。

次に上記システムを用いて、第６図に示すように、パレ
ット１０としてのプラスチックケースに乱雑に重ねられ
ている空ビン１４を取り出す場合の例を説明する。なお
、ケースに空ビン１４が正規に収容されている限りは、
本実施例によらなくても従来の自動機で容易に取り出す
ことが可能であることから、ここでは、従来の技術で自
動的に取り出すことが容易でなかったケースの上部に乱
雑に重ねられている空ビン１４を取り出す例を説明する
。

第４図に示すシステムにおいて、ベルトコンベア１２上
を第６図に示すような空ビン１４を納めたパレット１０
が流れてきて、所定位置に達すると光電スイッチ３２が
「オフ」から「オン」になる。この「オン」を充電スイ
ッチ入力部４２を介して認識装置２４が入力すると、第
５図のフローチャートに示すように、次にエンコーダ３
４の出力パルス数の判断処理に制御が移行する（ステッ
プ１００）。この出力パルス数の判断は、エンコーダ３
４の出力パルス数をカウントするエンコーダ入力部４４
のカウント値にもとづいて行なうものであって、上記カ
ウント値と記憶部４６に下記に示す条件で予め設定しで
ある所定のセンサの読み込み位置数とを対比して行なう
ものである（ステップ１１０）。ここで参照する所定の
センサの読み込み位置数は、第７図に示すように設定さ
れるものである。すなわち、矢印六方向にパレット１０
が流れていく場合に、正規のピン１４位置の中間で距離
センサ２６〜２９の状態を読み込むように設定するもの
であって、例えば位置ＰＡで光電スイッチ３２が「オン
」に反転してから、エンコーダ３４の出力パルス数が１
直Ｓａになったとき、第１列目の読み込み（センシング
）を行ない、以後パルス数が値ｓｂ毎に読み込みを繰り
返すようにセットする。

エンコーダ３４の出力パルス数の判定により、センサの
読み込み位置数であると判断した場合には、次に距離セ
ンサ入力部４０を介して距離センサ２６〜２９の出力を
読み込み（ステップ１２０）、この読み込んだ値を、出
力したセンサ２６〜２９および読み込み位置数に対応し
て記憶部４６に記憶する（ステップ１３０）。次いで、
距離センサの読み込みを再び行なう場合には既述したエ
ンコーダ３４の出力パルス数の判断（ステップ１１０）
に処理を移行し、上記読み込みを繰り返して、順次記憶
した後で、読み込みを完了する場合、例えば光電スイッ
チ３２が「オフ」に反転した場合には、次の空ビン１４
の位置・姿勢の判断に処理を移行する（ステップ１４０
）。

空ビン１４の位置・姿勢の判断は、演算処理部４８によ
り以下に示すパターンマツチング法で行なう（ステップ
１５０）。

本事例では、第７図のように正規に納められた（垂直）
ビン１４（図中に・で示す＞２０本の間に乱雑に重ねら
れたビン１４（はぼ水平）を認識し取り出す。そこで図
中のＱの位置をセンシングする。ところで、ビンケース
（パレット１０）及び正規に納められたビン１４の幾何
学的拘束から認識対象となるビン１４の配置（実際のビ
ンの状態）は、第８図（Ａ）のＡａ−Ａｆに示すような
限られた組み合わぜしかとることができない。その各々
をセンシングすると検出パターンは第８図（Ｂ）のＡａ
−Ａｆに対応するＢａ−Ｂｆに示す・で示す位置で距離
センサ２６〜２９がＯＮとなる。そこで、このようなパ
ターンの組み合わせと、その対称な位置のパターンをあ
らかじめ記憶しておき、実際にセンサ２６〜２９から入
力した信号パターンと論理積をとることにより、ビン１
４のある位置を知る。

上記パターンマツチング法で位置を判断した後は、次に
この判断結果を出力部５０を介してロボットコントロー
ラ５２に出力する（ステップ１６０）。これにより、以
後ロボットシステム１８は、上記位置認識部１６で認識
したビン１４をマニプレータ５４で取り出す。

以上に説明した本実施例は、距離センサ２６〜２９の検
出値とエンコーダ３４の出力パルスとにもとづいて、パ
ターンマツチング法によりパレット１０上の例えば空ビ
ン１４の位置を認識し、このデータにしたがって、認識
した例えば空ビン１４を取り出す。これにより、以下に
示す極めて優れた効果を奏する。

■　パターンマツチングのデータ処理量が少なくてすみ
装置の小型化および処理速度の高速化を達成することが
できる。すなわち、本実施例は、通常は、距離センサの
間隔、個数およびセンサデータの読み取り間隔をパレッ
ト１０寸法２部品寸法、および要求精度等に応じて決め
るが、従来の画像処理で通常は２５６ｘ２５６　（約６
５．０００データ）ないし５１２ｘ５１２　（約２６０
．０ＯＯデータ）のデータを用いるのに比べて、はるか
に少ないデータで認識することができる。したがって、
演算処理数の低減、演算処理装置の小型化を図ることが
できる。

■　距離センサの選択範囲が広く、又汎用性が極めて高
い。ずなわら、距離センサとして、光学的反射光、ある
いは超音波を用いることができ、又距離の検出法は、０
Ｎ１０ＦＦタイプあるいはアナログデータを用いるタイ
プの双方が使用可能である。これにより、認識対象物の
形状、物性等に最適の検出方法を選択することができる
。

■　従来は、人手が必要であった工程を排除できる。す
なわち、従来は、画像認識に失敗した場合には、パレッ
ト内に部品が残っていてもそのまま後工程に流され、残
された部品が自動機などと干渉する恐れがあったことか
ら、このような事故を未然に防ぐための人員が必要であ
ったのが、本実施例では物体の有無を検出してから位置
を認識しているため、パレット内に部品が残ったままで
後工程にそのまま流されることがなくなることからチエ
ツク用の人員を削減することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、本
発明の要旨を変更しない範囲で、例えばパレット位置を
検出するセンサをリミットスイッチ等を用いた機械的接
点としてもよく、あるいはデータ読み取り間隔を対象物
品に応じて可変しても良い。

［発明の効果］ 本発明の物体の認識装置は、複数の物体検出手段の検出
結果と相対位置検出手段の検出結果とにもとづいて認識
対象物品の認識を行なうことから、以下に示すように、
装置の小型化、および信頼性の向上を図ることができる
という極めて優れた効果を奏する。

■　例えばＩＴＶカメラの画像データを用いてパターン
認識する場合に比べて、データ数を極端に少なくできる
ことから、処理ステップが少なくなり、装置の小型化お
よび処理速度の高速化が達成できる。

■　物体の有無を検出してから、たとえばパターンマツ
チングを行なうことから、認識物体が認識されないまま
後工程に処理が進むことがなくなり、検出の信頼性が向
上し、これにともない目視チエツク用の人員を低減する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を例示する構成図、第２図
および第３図は本発明の詳細な説明図、第４図は一実施
例の構成図、第５図はその認識装置の制御のフローチャ
ート、第６図ないし第８図はその制御の説明図である。 ＭＡ・・・容器 ＭＢ・・・認識対象物品 ＭＣ・・・物体検出手段 ＭＤ・・・相対位置移動手段 ＭＥ・・・相対位置検出手段 ＭＦ・・・物体認識手段 １０・・・パレット １２・・・ベルトコンベア １４・・・ビン １６・・・位置認識部 １８・・・ロボットシステム ２０・・・距離センサ部 ２２・・・パレット位置検出部 ２４・・・認識装置 代理人　　弁理士　　定立　勉（ほか２名）第１図 第２図 第３図 ・信号ＯＮ ○信号ＯＦＦ 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 容器の所定領域に存在する認識対象物品を認識する装置
   において、 前方の所定範囲の物体を検出する物体検出手段を複数備
   え、 該物体検出手段と上記容器との相対位置を移動させる相
   対位置移動手段と、 上記相対位置を検出する相対位置検出手段と、少なくと
   も上記各物体検出手段の検出結果と上記相対位置検出手
   段の検出結果とにもとづいて、認識対象物品を認識する
   物体認識手段と を備えることを特徴とする物体の認識装置。