JPH0724586U

JPH0724586U - ワークハンドリング装置

Info

Publication number: JPH0724586U
Application number: JP5266793U
Authority: JP
Inventors: 浩也服部; 常悦高橋; 清秀阿部; 伯彦川島; 悟野村
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 1993-09-29
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1995-05-09
Anticipated expiration: 2008-09-29
Also published as: JP2601176Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】ランダムに置かれたワークであっても確実に
ハンドリングを行なう。【構成】レーザーセンサ５を利用して画像処理装置３
で三次元的な画像認識を行なうに際し、レーザーセンサ
５による距離情報を複数の検索点で得るようにし、精度
の高い最適ハンドリング位置を検索して正確なハンドリ
ングを実現し、ランダムに置かれたワークであっても確
実にハンドリングを行なう。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は画像処理によるワークハンドリング装置に関し、ワークの位置認識の確実性を高め精度の高いハンドリングの実現を企図したものである。

【０００２】

【従来の技術】

鋳バリ取り作業は、粉塵、騒音等悪環境下での重労働作業である。その為、従来より、ロボット導入による自動化が積極的に推進されてきている。例えば、形状が複雑で、バリの発生を製品の各部にわたる自動車用鋳物に対して、手作業と同じように重切削ができるように、手首に３自由度を持たせたロボットが開発されている（日本産業用ロボット工業会、「ロボット」No.81,p32〜3 7, “鋳バリ取りロボットと適用例”）。

【０００３】更に、このロボットは、位置姿勢が不安定になるパレット上の鋳物を画像認識するための視覚装置を装備している。この為、ワークがパレット上に載せられ搬送されてくると、視覚装置は順次ワークの位置姿勢を認識し、その値をロボット座標に変換する。そして、視覚装置からロボットにそのデータを送信すると、ロボットは、そのデータを基に、ワークを把持して、研磨機によりバリ取り作業を行う。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、上述した従来のロボットにおける視覚装置は、カメラ視野に一つのワークが置かれた状態での計測であり、パレット上にワークがランダムに置かれた状態ではなかった。また、画像認識も二次元的な計測であり、三次元的な計測は行われていなかった。本考案は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、パレット上に不規則に並べられたワークを確実に認識し、且つ、精度の高いハンドリングを実現することができるワークハンドリング装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するための本考案の構成は、ワークの画像を撮影するカメラと、該カメラの深度方向の前記ワークの任意部位の距離を計測するレーザーセンサと、前記カメラからの前記ワークの二次元情報及び複数点を検索した前記レーザーセンサからの複数点の距離情報に基づいて前記ワークの三次元的な位置姿勢を計算して前記ワークの位置認識を行なう画像処理装置と、該画像処理装置からの前記ワークの位置認識情報に基づいて動作されて前記ワークのハンドリングを行なうハンドリングロボットとを備えたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】

カメラによりワークを撮影した画像情報と共にレーザーセンサによりこのカメラの深度方向のワークの複数点の距離を検索計測することにより、画像処理装置によりワークの三次元的な位置傾斜を認識する。ワークの位置認識情報に基づいてハンドリングロボットを動作させ、ワークのハンドリングを行なう。

【０００７】

【実施例】

以下、本考案について、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。本考案の一実施例を図１に示す。図中に示すように、１はロボット、２はロボットコントローラ、３は画像処理装置、４はカメラ、５はレーザー距離センサ、６はモニタ、７はシーケンサ、８は照明、９はパレット、１０はシステム制御盤である。

【０００８】カメラ４としては、本実施例では４台とし、カメラ視野はオーバーラップしている。パレット９は鉄製であり、錆、傷が付着し、バリが散乱している。このため、パレット９上に載置されるワークの位置姿勢は不規則となる。パレット９上に載置されるワークとして、本実施例では、シリンダブロックを用いた。シリンダブロックは、数種類あるが、ボア位置は共通である。本実施例に係る画像処理によるハンドリング装置の動作を、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。

【０００９】（１）先ず、ロボット１、画像処理装置２を初期設定し、その後、コンベアによりワークの載ったパレットが計測位置（ハンドリング位置）まで到達すると、その到達信号により、ロボット１は画像処理装置３に対し、ＲＳ−４２２を経由して計測指令を出力する。（２）画像処理装置３は、この計測指令を受信し、カメラ４より映像信号を入力し、ワークのＸ，Ｙ座標及びＸＹ平面内の傾斜角度θの計測を行う。計測方法は後述する。カメラ４は、ワークであるシリンダブロックのボアの設けられている面（以下、正面という）を撮影するものとする。

【００１０】（３）画像処理装置３は、計測したＸ，Ｙ，θをＲＳ−４２２を経由してロボット１に送信する。（４）ロボット１は、Ｘ，Ｙ，θを受信した後、Ｘ，Ｙ，θに基づいて特殊ハンド１０に取り付けられたレーザーセンサ５をレーザ計測ポイントへ移動させる。（５）計測ポイントでロボット１はレーザーセンサ５からのアナログ信号を入力する。

【００１１】（６）得られた情報が有効でない場合、図７（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、計測点を微小ずつずらし、有効計測値が得られる点を検索する（詳細は後述する）。（７）３点のレーザー計測を終えた後、それらの情報によりＺ方向姿勢を計算する。計算方法は後述する。

【００１２】（８）ロボット１は、Ｚ方向姿勢を受信し、ハンドリング位置へ移動してワークをハンドリングする。（９）ロボット１は、ハンドリングしたワークをバリ取機（図示省略）に移載する。（１０）この動作を１パレットについて行なう。通常は４回である。

【００１３】次に、ワークのＸ，Ｙ座標及びＸＹ平面内の傾斜角度θの計測について、図３（ａ）に示すフローチャートに基づいて説明する。先ず、カメラ４からの映像信号を入力する。ここでは、基準値レベルでの取り込みとする。次に、外形による概略位置計測を行う。即ち、で得られた２値画像により、図３（ｂ）のように或る面積値のものを検出する。パレットの傷、散乱したバリ等はワークに比べて小さいものを除去するためである。

【００１４】形状が異常の場合、例えば、面積値が異なる時には、取り込み値をレベルを変えて、を再び行う。本実施例では、４回繰り返し行うものとし、それでも計測出来ない時には、ワーク無しと判断する。上記ワーク外形により計測エリアを決定する。このエリアは、ワークに外接するエリアとする。次の計測は、ボアとなるため、計測対象が小さくなる。この時のパレットの影響を少なくするためである。

【００１５】上記エリアにおいて、特徴量抽出により、図３（ｃ）のようにボアの位置を計測する。ボア中心は、等価楕円に置き換えた中心の為、真の中心ではない。特にボア内にバリ等が出ている場合の影響が大である。上記ボアの境界追跡を行い、境界座標により、重心の計算を行う。また、境界の（Ｘ，Ｙ）座標の最大（ＭＡＸ），最小（ＭＩＮ）の差から、円の真円性を判断する。（Ｘ_MAX−Ｘ_MIN）／（Ｙ_MAX−Ｙ_MIN）≒１が真円である。真円でない場合には、長い方に対して、短い方の座標を補正する。補正は図４に示すように、Ｘ方向においては、Ｘ_MAX，Ｘ_MINの中点より、Ｘ_MINの場合に、Ｘ_MIN方向へ数画素シフトすることにより、真円に近くなる。シフト量は、任意に設定すると良い。

【００１６】第１番目のボア及び第４番目のボアより、下式に示すようにワーク中心座標（Ｘ_C，Ｙ_C）を計算する。Ｘ_C＝（Ｘ₁＋Ｘ₄）／２Ｙ_C＝（Ｙ₁＋Ｙ₄）／２但し、Ｘ−Ｙ座標は、ロボット１に固有のものであるが、ここでは、図５に示すようにカメラの視野内に位置する。また、（Ｘ₁，Ｙ₁）は第１番目のボアの中心座標、（Ｘ₄，Ｙ₄）は第４番目のボアの中心座標である。また、ワークのＸ方向に対する傾斜角度θは次式で示される。 θ＝ｔａｎ^-1｛（Ｘ₁−Ｘ₄）／（Ｙ₁−Ｙ₄）｝

【００１７】次に、レーザ測定点の検索について説明する。ワークの各測定点において有効な計測値が得られなかった場合、図７に示すように、ワークの内側から外側の順に有効な計測値が得られる位置を検索する。内側から外側に検索するのは、ワークが傾斜した場合、実際の目標とする計測点は必ず内側にずれるためである。この検索による微動ｄｘ，ｄｙの積算はハンドリング位置に加算される。３点（Ａ，Ｂ，Ｃ点）とも有効な計測値が得られた後、Ｚ方向姿勢の計測を行なう。

【００１８】レーザ計測によるＺ方向姿勢の計測について、図６（ａ）のフローチャートに基づいて説明する。Ｚ方向は、図５に示すＸ−Ｙ座標に垂直な方向、つまり、カメラ視野に対して被写界深度方向である。（ｉ）ロボット１からの計測指令により、レーザーセンサ５からのアナログ入力を行う。レーザーセンサ５は、図６（ｃ）に示すように、シリンダブロックまでのＺ方向距離を計測してアナログ値として出力する。（ii）画像処理装置３は、レーザーセンサ５からのアナログ値を、距離に変換する。通常の距離センサでは、基準距離に対して、プラス、マイナスで表示される。例えば、本実施例では、１００ｍｍ±４０ｍｍ、出力値は±５Ｖとした。

【００１９】（iii)上記（ｉ）（ii）を、図６（ｂ）に示すように３点Ａ，Ｂ，Ｃについて行う。通常、パレット上に載置されるワークは、位置姿勢が不定であるため、図６（ｃ）（ｄ）に示すように３点Ａ，Ｂ，ＣのＺ方向距離Ｚ_A，Ｚ_B，Ｚ_Cは異なる値となる。（iv）上記３点により、先ず、距離Ｚを計算する。図６（ｃ）（ｄ）に示すように、点Ａ，Ｃの中点が、ワークのＺ方向距離である。Ｚ＝（Ｚ_A＋Ｚ_C）／２

【００２０】（ｖ）Ｚ方向の姿勢は、次式で求められる。 α＝ｔａｎ^-1｛（１ａ−１ｃ）／（１ｘ−ΔＸａ＋ΔＸｃ）｝ β＝ｔａｎ^-1｛（１ａ−１ｂ）／（１ｙ−ΔＹａ＋ΔＹｂ）｝ｚ＝（１ｂ＋１ｃ）／２ただし、１ｘ：測定治具サイズＸ軸方向１ｙ：測定治具サイズＹ軸方向１ａ：Ｂ点におけるＡＩ（ｃｈ２）の値１ｂ：Ａ点におけるＡＩ（ｃｈ１）の値１ｃ：Ｃ点におけるＡＩ（ｃｈ４）の値 ΔＸａ：Ｂ点のｄｘトータル ΔＸｂ：Ａ点のｄｘトータル ΔＸｃ：Ｃ点のｄｘトータル ΔＹａ：Ｂ点のｄｙトータル ΔＹｂ：Ａ点のｄｙトータル ΔＹｃ：Ｃ点のｄｙトータルｄｘ：Ｘ軸方向の検索移動距離ｄｙ：Ｙ軸方向の検索移動距離

【００２１】このように、本実施例では、カメラ４による二次元的位置姿勢を計測すると共にレーザーセンサ５によりワークの複数点を検索して距離計測を行なうので、ワークの三次元的な位置姿勢を計算することが可能となる。従って、パレット上に錆、傷、散乱したバリ等のため、ワークが不規則に載置されたとしても、ワークを確実にハンドリングしてバリ取機へ移載することができる。

【００２２】

【考案の効果】

本考案のワークハンドリング装置は、カメラ及びレーザーセンサを利用して三次元的な画像認識を行なうに際し、レーザーセンサによる距離情報を複数の検索点で得るようにしたので、精度の高い最適ハンドリング位置を検索しミスのない正確なハンドリングを実現することができる。この結果、ランダムに置かれたワークであっても確実にハンドリングを行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る画像処理によるハンド
リング装置の外観図である。

【図２】本考案の一実施例に係るハンドリングの工程を
示すフローチャートである。

【図３】同図（ａ）はワークの位置計測の工程を示すフ
ローチャート、同図（ｂ）は外形による概略位置計測を
示す説明図、同図（ｃ）は特徴量によるボア位置計測の
説明図である。

【図４】真円でないボアの補正を示す説明図である。

【図５】ワークの中心座標（ｘ，ｙ）及び傾斜角度θの
説明図である。

【図６】同図（ａ）はワークのＺ方向姿勢の計測工程を
示す説明図、同図（ｂ）はレーザーセンサの計測ポイン
トを示す説明図、同図（ｃ），（ｄ）はワークの傾斜角
度α，βを示す説明図である。

【図７】レーザーセンサの検索状況説明図である。

【符号の説明】

１ロボット２ロボットコントローラ３画像処理装置４カメラ５レーザーセンサ６シーケンサ７照明８パレット９システム制御盤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者川島伯彦東京都品川区大崎二丁目１番17号株式会社明電舎内 (72)考案者野村悟東京都品川区大崎二丁目１番17号株式会社明電舎内

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ワークの画像を撮影するカメラと、該カ
メラの深度方向の前記ワークの任意部位の距離を計測す
るレーザーセンサと、前記カメラからの前記ワークの二
次元情報及び複数点を検索した前記レーザーセンサから
の複数点の距離情報に基づいて前記ワークの三次元的な
位置姿勢を計算して前記ワークの位置認識を行なう画像
処理装置と、該画像処理装置からの前記ワークの位置認
識情報に基づいて動作されて前記ワークのハンドリング
を行なうハンドリングロボットとを備えたことを特徴と
するワークハンドリング装置。