JP2013188840A - Work support device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作業支援装置に関する。 The present invention relates to a work support apparatus.
近年、ロボットを利用した物の運搬が行われている。例えば、ロボットに撮像装置を備え、撮像装置で取得した映像に基づいてユーザがロボットを遠隔操作する技術が知られている。ユーザは、撮像装置で取得された映像を表示したモニタを確認しながら、ロボットを操作する。 In recent years, things are transported using robots. For example, a technique is known in which a robot is provided with an imaging device, and a user remotely operates the robot based on an image acquired by the imaging device. The user operates the robot while checking the monitor that displays the video acquired by the imaging apparatus.
また典型的には、ロボットには撮像装置のみならず、複数のセンサが設けたものを利用する。撮像装置及び複数のセンサで取得された情報は、複数のモニタに表示させることや、1つのモニタに分割表示させる。ここでセンサにより取得される情報とは、例えばロボットから対象物体までの距離情報や、対象物体の形状情報である。したがってユーザは、モニタに表示された撮像画像やセンサから取得された情報を確認しながら、ロボットを操作することができる。 Typically, the robot uses not only an image pickup apparatus but also a plurality of sensors. Information acquired by the imaging apparatus and the plurality of sensors is displayed on a plurality of monitors or divided and displayed on one monitor. Here, the information acquired by the sensor is, for example, distance information from the robot to the target object or shape information of the target object. Therefore, the user can operate the robot while confirming the captured image displayed on the monitor and the information acquired from the sensor.
特許文献1には、作業機械を操縦するユーザに対して、距離画像のみならず、作業対象物の形状、重心といった情報を画像に重ね置きすることでユーザの作業効率を高める支援装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a support device that improves the user's work efficiency by superimposing not only a distance image but also information such as the shape and center of gravity of a work object on the image for a user operating a work machine. ing.
特許文献2には、ロボットの各関節の動作範囲や特異点による動作制限が、動作余裕量として数値で定量的に表示されるロボットの動作可能領域の表示方法が開示されている。
特許文献1に示した支援装置により、ロボット搭載の距離画像センサ情報や認識物体の形状をHMI(Human Machine Interface)に表示することで、ユーザはロボットへの支持を効率的に行うことができる。しかしながらこの支援装置では、ロボットアームが指示点に到達できるか否かの観点が不足しているため、例えば、表示されている物体重心へ、ロボットハンド等のエンドエフェクターを近づけようとしても近づけられず、タスクが実行できない可能性がある。 By displaying the distance image sensor information mounted on the robot and the shape of the recognition object on the HMI (Human Machine Interface) by the support device shown in Patent Document 1, the user can efficiently support the robot. However, in this support device, since the viewpoint of whether or not the robot arm can reach the indicated point is insufficient, for example, an end effector such as a robot hand cannot be brought close to the displayed object center of gravity. There is a possibility that the task cannot be executed.
本発明にかかる作業支援装置は、対象物体を運搬するロボットと、前記ロボットから遠隔に設けられた表示手段と、を備える作業支援装置であって、前記ロボットは、対象物体を把持するロボットアームと、前記ロボットアームが到達可能な範囲をボクセル単位で算出する可到達範囲生成器と、前記可到達範囲生成器で生成した前記ロボットアームの到達範囲を記憶するボクセル空間データ記憶部と、前記ロボットの視点の画像及び前記ロボットからの距離を取得する距離画像センサと、前記距離画像センサにより取得した画像及び距離に基づいて距離点を計算する距離点計算部と、前記距離点計算部により計算された距離点と、前記ボクセル空間データ記憶部に記憶されたボクセルとの比較に基づいて、ボクセルの可到達点数を算出する可到達得点抽出器と、前記距離画像センサが取得した画像に、前記可到達性点数を重畳した画像を生成するアルファブレンディング計算部と、を有し、前記表示手段は、前記アルファブレンディング計算部で生成された画像を表示する。
これによりユーザは、ロボットアームが対象物体に到達できるか否かを、容易に判断することができる。
A work support apparatus according to the present invention is a work support apparatus including a robot that transports a target object and a display unit that is provided remotely from the robot, and the robot includes a robot arm that grips the target object; A reachable range generator for calculating a reachable range of the robot arm in units of voxels; a voxel space data storage unit for storing the reachable range of the robot arm generated by the reachable range generator; The distance image sensor that obtains the viewpoint image and the distance from the robot, the distance point calculation unit that calculates the distance point based on the image and the distance obtained by the distance image sensor, and the distance point calculation unit The number of reachable points of the voxel can be calculated based on the comparison between the distance point and the voxel stored in the voxel space data storage unit. An achievement score extractor, and an alpha blending calculation unit that generates an image obtained by superimposing the reachability score on the image acquired by the distance image sensor, and the display means is generated by the alpha blending calculation unit. Displayed images.
Thus, the user can easily determine whether or not the robot arm can reach the target object.
ロボットによるタスクの実行可能性をユーザが容易に判断できる。 The user can easily determine the feasibility of the task by the robot.
実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、作業支援装置1の構成を示した図である。作業支援装置1は、ロボット10と、HMI19と、を備える。
Embodiment 1
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the work support apparatus 1. The work support device 1 includes a
ロボット10は、ロボットアーム11と、可到達範囲生成器12と、ボクセル空間データ記憶部13と、距離画像センサ14と、距離点計算部15と、可到達得点抽出器16と、アルファブレンディング計算部17と、画像送信部18と、を有する。
The
ロボットアーム11は、一端がロボット10の本体部に接続しており、他端がロボットハンドであって物体の把持が可能となっている。またロボットアーム11は複数の関節を有し、関節を駆動させることによって、ロボットハンドに対象物体を適切な角度で把持させる。ロボットアーム11の関節やロボットハンドは、例えばアクチュエータにより駆動する。
One end of the
可到達範囲生成器12は、ロボットアームが到達可能な空間情報のデータを生成する。具体的には、可到達範囲生成器12は、空間を直方体の集合であるボクセル単位に離散化し、各ボクセルに対してボクセル中心を代表点とする。図2は、ロボット10の前方の空間をボクセル単位に離散化した例である。図3は、ボクセルの代表点を示した図である。また可到達範囲生成器12は、ボクセルの代表点に基づいて、ロボットアーム11の可到達性得点を算出する。可到達点の算出方法については、後に詳述する。
The
ボクセル空間データ記憶部13は、可到達範囲生成器12で取得したロボットアームが到達可能な空間情報のデータを記憶する。
The voxel space
距離画像センサ14は、KINECT(登録商標)等の距離センサである。距離画像センサ14は、撮影した画像に基づいて、1ピクセル毎の(R,G,B,D)値を取得する。ここで、RGBはカラー画素値であり、Dはセンサからの距離値[m]である。
なお、距離画像センサ14は、独立した1台の距離センサと1台のカラーカメラを使い、射影変換を用いることで1ピクセル毎の(R,G,B,D)値を得ることも可能であるが、簡単のためKINECT(登録商標)のような距離画像センサを用いるのが好ましい。1台の距離センサと1台のカラーカメラを用いる場合の射影変換は、式(1)の方法により行う。
The
距離点計算部15は、ピクセル(u,v)で計測された距離値(D)を基に、距離点(X,Y,Z)を得る計算部である。
The distance
可到達得点抽出器16は、ボクセル空間データ記憶部13に記憶されているボクセルの座標との比較に基づいて、可到達性得点を算出する。具体的には、可到達得点抽出器16は、距離点(X,Y,Z)が、ボクセル空間データ記憶部13に記憶しているボクセルのうち、どのボクセルに包含されるか計算し、そのボクセルの可到達性得点(0.0〜1.0)を得る。ここで可到達性得点は、点数が大きいほど到達可能性が高いものとする。
The
アルファブレンディング計算部17は、アルファブレンド画像を生成する。アルファブレンディング計算部17による計算は、例えば式(2)のように行う。
画像送信部18は、アルファブレンディング計算部17で生成した画像を、ロボット10から遠隔に設けられたHMI19に送信する。
The
HMI19は、ユーザにより操作が可能な表示手段である。HMI19は、画像送信部18から受信した画像を表示する。ユーザは、HMI19に表示された画像上の対象物を、カーソルやタッチパネル等により選択することができる。またHMI19は、ユーザによる操作された結果をロボット10に送信する。
The
次に、作業支援装置1の動作について説明する。図4は、作業支援装置1による動作のフローチャートである。 Next, the operation of the work support apparatus 1 will be described. FIG. 4 is a flowchart of the operation performed by the work support apparatus 1.
可到達範囲生成器12は、ロボットアーム11の可到達範囲を生成する(ステップS1)。より具体的には、可到達範囲生成器12は、空間を複数のボクセル単位に分割し、ボクセル中心点を手先位置(X,Y,Z)として、手先姿勢角ロール・ピッチ・ヨーをそれぞれL,M,N分割し、位置姿勢
可到達範囲生成器12は、生成した可到達範囲を、ボクセル空間データ記憶部13に記憶する(ステップS2)。
The
距離画像センサ14は、把持する対象物体の周囲のカラー画像と、距離画像を、それぞれ取得する(ステップS3)。
The
距離点計算部15は、距離画像センサ14により取得された画像から、ピクセル(u,v)で計測された距離値(D)に基づいて、距離点(X,Y,Z)を算出する(ステップS4)。
The distance
可到達得点抽出器16は、距離点計算部15により算出された距離点(X,Y,Z)が、ボクセル空間データ記憶部13に記憶されたボクセルのうち、どのボクセルに包含されるか計算する(ステップS5)。
The
アルファブレンディング計算部17は、HMI19に表示させるためのアルファブレンド画像を生成する(ステップS6)。アルファブレンディング計算部17により生成される画像は、ロボット10により撮影されたRGB画像に、距離情報Dの情報を重畳させたものである。
The alpha
画像送信部18は、アルファブレンディング計算部17が生成したアルファブレンド画像を、HMI19に送信する(ステップS7)。HMI19は、アルファブレンディング計算部17が生成した画像を表示する。図6は、アルファブレンド画像をHMI19に表示した例である。HMI19における表示では、濃い青色で表示されている領域ほど、ロボットアーム11が到達し、タスクを実行できる可能性が高い領域となる。
The
これにより作業支援装置は、ロボット可到達範囲とセンサ計測範囲を重畳し、その結果をHMIの画面上に表示することができる。そのため、ユーザは指示点におけるロボットのタスク実行成功の可能性を、HMIの画面上で容易に知ることができる。
したがって作業支援装置は、ロボットにより対象物体を移動させるタスクが実行可能であるか否か判定し、判定結果をユーザにわかりやすく伝えることができる。
Thereby, the work support device can superimpose the robot reachable range and the sensor measurement range, and can display the result on the screen of the HMI. Therefore, the user can easily know the possibility of the successful task execution of the robot at the indicated point on the HMI screen.
Therefore, the work support apparatus can determine whether or not the task of moving the target object by the robot can be executed, and can easily convey the determination result to the user.
実施の形態2
図7は、作業支援装置2の構成を示した図である。作業支援装置2の構成物品については、作業支援装置1の構成物品と同様の機能を奏するものには同一の符号を付し、説明を省略する。
作業支援装置2は、ロボットアーム11と、可到達範囲生成器12と、ボクセル空間データ記憶部13と、距離画像センサ14と、距離点計算部15と、平面距離点群抽出部151と、可到達得点抽出器16と、アルファブレンディング計算部17と、画像送信部18と、HMI19と、を備える。
FIG. 7 is a diagram illustrating the configuration of the
The
平面距離点群抽出部151は、距離点計算部15から得られる距離点を使用して、平面の検出を行う。ここで典型的には、平面距離点群抽出部151は、平面と判定された部分の距離点のみを抽出し、可到達得点抽出器16に出力する。
The plane distance point
次に、作業支援装置2の動作について説明する。図8は、作業支援装置2による動作のフローチャートである。
Next, the operation of the
可到達範囲生成器12は、ロボットアーム11の可到達範囲を生成する(ステップS11)。
The
可到達範囲生成器12は、生成した可到達範囲を、ボクセル空間データ記憶部13に記憶する(ステップS12)。
The
距離画像センサ14は、把持する対象物体の周囲のカラー画像と、距離画像を、それぞれ取得する(ステップS13)。
The
距離点計算部15は、距離画像センサ14により取得された画像から、ピクセル(u,v)で計測された距離値(D)に基づいて、距離点(X,Y,Z)を算出する(ステップS14)。
The distance
平面距離点群抽出部151は、距離点計算部15から得られる距離点を利用して、平面部分を抽出する(ステップS15)。例えば平面距離点群抽出部151は、平面部以外の可到達性得点を0.0として出力する。
The plane distance point
可到達得点抽出器16は、平面距離点群抽出部151により検出された平面が、ボクセル空間データ記憶部13に記憶されたボクセルのうち、どのボクセルに包含されるか計算する(ステップS16)。
The
アルファブレンディング計算部17は、距離画像センサのカラー画素値と、可到達得点抽出器16により計算された可到達性得点に基づいて、HMI19に表示させるためのアルファブレンド画像を生成する(ステップS17)。
The alpha
画像送信部18は、アルファブレンディング計算部17が生成したアルファブレンド画像を、HMI19に送信する(ステップS18)。HMI19は、アルファブレンディング計算部17が生成した画像を表示する。図9は、アルファブレンド画像をHMI19に表示した例であり、テーブル上が平面として認識されている状態を示している。HMI19における表示では、濃い青色で表示されている領域ほど、ロボットアーム11が到達し、タスクを実行できる可能性が高い領域となる。すなわち、青色で表示されている領域が、対象物体を置くことが可能な範囲である。
The
これにより作業支援装置は、ロボットが把持した物体を置くタスクにおいて、平面領域の範囲を条件に入れることで、物体を置くことが可能な範囲をHMI上に描画することができる。なお、物体を置くことが可能な範囲とは、ロボットアーム11が到達できる範囲であり、かつ、距離画像センサ14により計測が可能な範囲であり、かつ、平面上であるものとする。
したがって作業支援装置は、ロボットによって運搬される対象物体を置くことができる範囲を、ユーザにわかりやすく伝えることができる。
Thereby, the work support apparatus can draw the range in which the object can be placed on the HMI in the task of placing the object gripped by the robot by setting the range of the plane area as a condition. The range where the object can be placed is a range where the
Therefore, the work support device can easily convey to the user the range in which the target object to be carried by the robot can be placed.
実施の形態3
図10は、作業支援装置3の構成を示した図である。作業支援装置3の構成物品については、作業支援装置2の構成物品と同様の機能を奏するものには同一の符号を付し、説明を省略する。
作業支援装置3は、ロボットアーム11と、可到達範囲生成器12と、ボクセル空間データ記憶部13と、距離画像センサ14と、距離点計算部15と、平面距離点群抽出部151と、座標処理部152と、可到達得点抽出器16と、アルファブレンディング計算部17と、画像送信部18と、HMI19と、を備える。
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of the
The
座標処理部152は、平面距離点群抽出部151で抽出された平面についてラベリング処理を行う。これにより座標処理部152は、対象物体の大きさよりも大きな平面である平面Svalidを検出し、Svalidに含まれる距離点群のみ、可到達得点抽出器16に出力する。
The coordinate
次に、作業支援装置3の動作について説明する。図11は、作業支援装置3による動作のフローチャートである。
Next, the operation of the
可到達範囲生成器12は、ロボットアーム11の可到達範囲を生成する(ステップS21)。
The
可到達範囲生成器12は、生成した可到達範囲を、ボクセル空間データ記憶部13に記憶する(ステップS22)。
The
距離画像センサ14は、把持する対象物体の周囲のカラー画像と、距離画像を、それぞれ取得する(ステップS23)。
The
距離点計算部15は、距離画像センサ14により取得された画像から、ピクセル(u,v)で計測された距離値(D)に基づいて、距離点(X,Y,Z)を算出する(ステップS24)。
The distance
平面距離点群抽出部151は、距離点計算部15から得られる距離点を利用して、平面部分を抽出する(ステップS25)。
The plane distance point
座標処理部152は、対象物体の大きさよりも大きな平面である平面Svalidを検出する(ステップS26)。具体的には、座標処理部152は、平面距離点群抽出部151で検出された平面の距離点群Dを取り出し、検出された平面に垂直な方向をZ'、平面に平行な方向をX',Y'、原点を平面上に取るΣ'座標系を定義する。また座標処理部152は、検出平面を一定の長さのグリッドへ分割する。その後、座標処理部152は、内部に距離点を含むグリッドを有効なグリッドとし、ラベリング処理によりグルーピングを行う。図12は、一定の長さのグリッドに分割された検出平面上に、距離点をプロットした状態を示している。図13は、有効なグリッドがラベリング処理によりグルーピングされ、第1の平面領域と第2の平面領域が生成された例を示している。座標処理部152は、グルーピングされた平面領域のうち、Wmax>Wobject、Hmax>Hobjectとなる平面Svalidを検出する。なお、Wmaxはグルーピングされた最大の平面領域のX'方向の距離、Hmaxはグルーピングされた最大の平面領域のX'方向の距離、Wobjectは対象物体の幅、Hobjectは対象物体の奥行きであり、Wobject及びHobjectは、ロボット10において既知であるものとする。なお、図13において、最大の平面領域は第1の平面領域である。
The coordinate
可到達得点抽出器16は、座標処理部152により算出されたSvalidに含まれる距離点群が、ボクセル空間データ記憶部13に記憶されたボクセルのうち、どのボクセルに包含されるか計算する(ステップS27)。
The
アルファブレンディング計算部17は、距離画像センサのカラー画素値と、可到達得点抽出器16により計算された可到達性得点に基づいて、HMI19に表示させるためのアルファブレンド画像を生成する(ステップS28)。
The alpha
画像送信部18は、アルファブレンディング計算部17が生成したアルファブレンド画像を、HMI19に送信する(ステップS29)。HMI19は、アルファブレンディング計算部17が生成した画像を表示する。
The
これにより作業支援装置は、対象物体が大きく特定の面積以上の平面上でないと置けないような場合に、対象物体の大きさを考慮して、物体が置ける位置を表示させることができる。 As a result, the work support apparatus can display the position where the object can be placed in consideration of the size of the target object when the target object can only be placed on a plane that is larger than a specific area.
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、距離画像センサ14には、ステレオカメラを用いてカラー画像(R,G,B)と距離画像(D)を取得することとしても良く、カラー画像(R,G,B)と距離画像(D)を略同時に取得する方法であれば、他の方法であっても良い。また、アルファブレンド画像において、タスクの実行可能性を青色で表示するものとして説明したが、他の色で表示することとしても良い。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, the
1 作業支援装置
2 作業支援装置
3 作業支援装置
10 ロボット
11 ロボットアーム
12 可到達範囲生成器
13 ボクセル空間データ記憶部
14 距離画像センサ
15 距離点計算部
16 可到達得点抽出器
17 アルファブレンディング計算部
18 画像送信部
19 表示手段
151 平面距離点群抽出部
152 座標処理部
1
Claims (1)
前記ロボットは、対象物体を把持するロボットアームと、
前記ロボットアームが到達可能な範囲をボクセル単位で算出する可到達範囲生成器と、
前記可到達範囲生成器で生成した前記ロボットアームの到達範囲を記憶するボクセル空間データ記憶部と、
前記ロボットの視点の画像及び前記ロボットからの距離を取得する距離画像センサと、
前記距離画像センサにより取得した画像及び距離に基づいて距離点を計算する距離点計算部と、
前記距離点計算部により計算された距離点と、前記ボクセル空間データ記憶部に記憶されたボクセルとの比較に基づいて、ボクセルの可到達点数を算出する可到達得点抽出器と、
前記距離画像センサが取得した画像に、前記可到達性点数を重畳した画像を生成するアルファブレンディング計算部と、を有し、
前記表示手段は、前記アルファブレンディング計算部で生成された画像を表示する、作業支援装置。 A work support device comprising: a robot that carries a target object; and a display means that is provided remotely from the robot,
The robot includes a robot arm that holds a target object;
A reachable range generator for calculating a range reachable by the robot arm in units of voxels;
A voxel space data storage unit that stores the reach range of the robot arm generated by the reachable range generator;
A distance image sensor for obtaining an image of the viewpoint of the robot and a distance from the robot;
A distance point calculator for calculating a distance point based on the image and distance acquired by the distance image sensor;
A reachable score extractor that calculates the number of reachable points of a voxel based on a comparison between the distance points calculated by the distance point calculation unit and the voxels stored in the voxel space data storage unit;
An alpha blending calculation unit that generates an image obtained by superimposing the reachability score on the image acquired by the distance image sensor;
The work support device, wherein the display means displays an image generated by the alpha blending calculation unit.
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