JP2014180704A - ロボットピッキングシステム及び被加工物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
ロボットピッキングシステム1は、複数のワークWを収容した第1ストッカ2内のワークWをピッキングするロボットRと、ロボットRの動作を制御する制御装置4と、ワークWに関する情報が含まれた画像データを取得する画像取得装置6と、を備える。制御装置4は、画像データを利用して、ピッキング対象の候補である候補ワークWCの情報を含む候補データを生成する候補データ生成部13と、候補データを利用して、候補ワークWCからピッキング対象である対象ワークWOを選択する対象ワーク選択部19と、を有する。
【選択図】図1
Description
図1は、本実施形態のロボットピッキングシステム1を示す図である。図1に示すように、ロボットピッキングシステム1は、第1ストッカ2内のワークWを1つずつピッキングし(取り出し)、第2ストッカ3に移送するものである。第1ストッカ2は、樹脂製又は金属製の箱であり、内部には複数のワークWが、いわゆるバラ積みの状態で収容されている。第1ストッカ2に収容されているワークWは、例えばボルトといった同一の形状を有する部品である。第1ストッカ2からピッキングされたワークWは、例えば、予め定められた配置や姿勢に従って第2ストッカ3内に収容される。
図2は、ロボットRを説明するための図である。図2に示すように、ロボットRは、いわゆる多関節ロボットであり、ベース7と、アーム8と、グリッパ(ロボットエンドエフェクタ)11とを有している。ベース7は、ロボットRの基礎部であり、床面12に固定されている。アーム8は、複数のアーム部8aと、アーム部8a同士を連結する複数の回転関節J1〜J7とを有している。従って、ロボットRは、3次元空間における動作に必要な6自由度の構成に、更に冗長自由度を加えた7自由度の構成を有している。但し、本発明の適用対象ロボットは7自由度機構に限定されず、6自由度或いはそれ以外の機構に対して、軸構成を問わず適用可能である。アーム部8aには、回転関節J1〜J7を回転駆動するためのサーボモータ(不図示)が内蔵され、制御装置4から入力される制御信号により制御される。また、回転関節J1〜J7には、回転角度を検出するためのセンサ9が内蔵されている。センサ9は、検出した角度値をセンサデータとして制御装置4に出力する(図4参照)。グリッパ11は、ロボットRのアーム8の先端に取り付けられている。グリッパ11は、一対の部材を開閉動作させることによりワークWを保持する。このグリッパ11の開閉動作は制御装置4から入力される制御信号により制御される。
図1に示すように、ロボットRのアーム8の先端には、画像取得装置6が取り付けられている。画像取得装置6は、ワークWに関する情報が含まれた画像データを取得して、画像データを制御装置4に出力する。画像データは、第1ストッカ2内の複数のワークWの撮像データが含まれた画像情報と、画像に映された物体の距離情報とを含んでいる。このような画像データを取得可能な画像取得装置6には、例えば、ステレオカメラ、距離画像センサ、又は画像センサと測距センサとを組み合わせた構成を用いることができる。
制御装置4は、制御信号をロボットRに出力してロボットRの動作を制御する。制御装置4は、ロボットRと相互に通信可能に接続されたコンピュータにより構成されている。図3は、制御装置4を実現するコンピュータ100を説明するための図である。また、図4は、制御装置4の機能ブロック図である。図3に示すように、コンピュータ100は、本実施形態の制御装置4を構成するハードウエアの一例である。コンピュータ100は、CPUを具備しソフトウエアによる処理や制御を行なうパーソナルコンピュータ等の情報処理装置を含む。コンピュータ100は、CPU101、主記憶装置であるRAM102及びROM103、キーボード、マウス及びプログラミングペンダント等の入力装置104、ディスプレイ等の表示部105、ハードディスク等の補助記憶装置106などを含むコンピュータシステムとして構成されている。図4に示す機能的構成要素は、CPU101、RAM102等のハードウエア上に所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、CPU101の制御のもとで入力装置104、表示部105を動作させるとともに、RAM102や補助記憶装置106におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。
候補データ生成部13には、画像取得装置6から画像データが入力される。候補データ生成部13は、画像データを利用して、後述する候補データを生成し、候補データを軌跡データ生成部16、所要時間データ生成部17、形状データ生成部18、及び対象ワーク選択部19に出力する。ここで候補データとは、画像データに撮像された複数のワークWの中から候補ワークWC(図1参照)を特定するための情報を含むデータである。また、候補ワークWCとは、第1ストッカ2に収容された複数のワークWのうちピッキング動作(取り出し動作)の候補となるワークである。候補ワークWCは、例えば、画像取得装置6の位置からそれぞれのワークWまでの距離を算出して距離が近い順に順位付けを行う。そして、順位の高い方から所定数のワークWが候補ワークWCとして選択される。ここで、画像取得装置6の位置からそれぞれのワークWまでの距離とは、具体的に、画像取得装置6により得た対象ワークWOの重心位置(3次元空間上の並進移動量の3変数)と、ロボットRのグリッパ11の把持位置(同じく並進移動量の3変数)との差のユークリッドノルム(距離)から算出する。或いは、より単純に、ロボット座標系C上の並進移動量の3変数のユークリッドノルム(距離)としても良い。
姿勢データ生成部14には、複数のセンサ9から角度データが入力される。そして、姿勢データ生成部14は、角度データを利用して、後述する姿勢データを生成した後に、姿勢データを軌跡データ生成部16に出力する。ここで姿勢データとは、ロボットRの各アーム部8a及びグリッパ11の姿勢並びに位置の情報を含むデータである。これら姿勢及び位置は、ロボット座標系Cを基準座標として規定されている。姿勢データは、ロボットRのセンサ9の角度データに基づく現在角度及びロボットRのリンク情報から順運動学に基づく計算により算出する。
軌跡データ生成部16には、候補データ生成部13から候補データが入力されると共に、姿勢データ生成部14から姿勢データが入力される。そして、軌跡データ生成部16は、姿勢データ及び候補データを利用して、後述する軌跡データを生成した後に、軌跡データを対象ワーク選択部19及び所要時間データ生成部17に出力する。ここで、軌跡データとは、ピッキング動作を開始する時点におけるグリッパ11がそれぞれの候補ワークWCに至るまでの軌跡の情報を含むデータである。軌跡の情報は、姿勢データに基づいてピッキング動作を開始する時点におけるグリッパ11の初期状態を決定して、当該初期状態からそれぞれの候補ワークWCに至る軌跡を算出して求めることができる。軌跡を算出する方法は後述する。
所要時間データ生成部17には、候補データ生成部13から候補データが入力されると共に、軌跡データ生成部16から軌跡データが入力される。そして、所要時間データ生成部17は、候補データ及び軌跡データを利用して所要時間(タクトタイム)を算出して所要時間データを生成し、所要時間データを対象ワーク選択部19に出力する。ここで、所要時間データとは、初期状態にあるグリッパ11が候補ワークWCのそれぞれに到達するまでに要する所要時間の情報を含むデータである。また、所要時間とは、初期状態にあるグリッパ11が、軌跡に沿って候補ワークWCに至るまでの時間である。所要時間の詳細な算出方法は後述する。
形状データ生成部18には、画像取得装置6から画像データが入力され、候補データ生成部13から候補データが入力される。そして、形状データ生成部18は、画像データを利用して形状データを生成した後に、形状データを対象ワーク選択部19に出力する。ここで、形状データとは、候補ワークWCの形状に基づく形状の情報である。形状情報には、例えば、候補ワークWCの輪郭形状や1つの候補ワークWCの画像が占めるピクセル数がある。これら形状情報は、公知の画像処理の手法を適用することにより取得することができる。
対象ワーク選択部19は、各種データを総合的に評価して、候補ワークWCからピッキングに最も適した一のワークWをピッキング対象(取り出し対象)である対象ワークWO(図1参照)として選択する。対象ワークWOの選択は、後述する評価値Evを候補ワークWCごとに算出し、評価値Evが最も高い候補ワークWCを対象ワークWOとして選択する。そして、対象ワーク選択部19は、ピッキング動作を実行するように、ロボットRに制御信号を出力する。対象ワーク選択部19には、候補データ生成部13から候補データが入力され、軌跡データ生成部16から軌跡データが入力され、所要時間データ生成部17から所要時間データが入力され、形状データ生成部18から形状データが入力される。この対象ワーク選択部19は、干渉確認部21と、可動範囲確認部22と、指標取得部23と、評価値算出部24と、選択部26とを含んでいる。
Ev(n)=f1((α/T),βD)×f2(A(0,1),B(0,1))・・・(1)
ここで、Ev(n)は第n番目の候補ワークWCが有する評価値である。関数f1は、所要時間と指標値を変数とする関数である。Tは所要時間であり、所要時間Tが小さいほど評価値Evが高いスコアになる。Dはピッキングしやすさを示す指標値であり、指標値Dが大きいほど評価値Evが高いスコアになる。関数f2は、干渉の確認結果と動作の確認結果とを変数とする関数である。Aは干渉の有無を示す変数であり、「0:干渉あり」又は「1:干渉なし」と規定されている。Bは可動範囲内の動作が可能であるか否かを示す変数であり、「0:動作不可能」又は「1:動作可能」が付されている。これら関数f2、変数A及び変数Bによれば、干渉がある又は動作が不可能である場合には、Evのスコアを0として取り出せないことを示すことができる。
Claims (7)
- 複数のワークを収容したストッカ内の前記ワークをピッキングするロボットと、
前記ロボットの動作を制御する制御装置と、
前記ワークに関する情報が含まれた画像データを取得する画像取得装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記画像データを利用して、ピッキング対象の候補である候補ワークの情報を含む候補データを生成する候補データ生成部と、
前記候補データを利用して、前記候補ワークからピッキング対象である対象ワークを選択する対象ワーク選択部と、を有するロボットピッキングシステム。 - 前記制御装置は、
前記ロボットの姿勢の情報を含む姿勢データを生成する姿勢データ生成部と、
前記姿勢データ及び前記候補データを利用して、それぞれの前記候補ワークに至るまでの軌跡の情報を含む軌跡データを生成する軌跡データ生成部と、
を更に有し、
前記対象ワーク選択部は、前記軌跡に沿った前記ロボットの動作が妨げられるか否かを判断し、前記判断の結果を利用して、前記対象ワークを選択する請求項1に記載のロボットピッキングシステム。 - 前記制御装置は、前記候補データを利用して、前記候補ワークのそれぞれに到達するために要する所要時間の情報を含む所要時間データを生成する所要時間データ生成部を更に有し、
前記対象ワーク選択部は、前記所要時間データを利用して、前記対象ワークを選択する請求項2に記載のロボットピッキングシステム。 - 前記所要時間データ生成部は、前記軌跡データを利用して、前記所要時間データを生成する請求項3に記載のロボットピッキングシステム。
- 前記制御装置は、前記画像データを利用して、前記ワークの形状に基づく形状の情報を含む形状データを生成する形状データ生成部を更に有し、
前記対象ワーク選択部は、前記形状データに基づき前記候補ワークのピッキングしやすさを示す指標を取得し、前記指標を利用して、前記対象ワークを選択する請求項3又は4に記載のロボットピッキングシステム。 - 前記対象ワーク選択部は、前記所要時間データを第1重み係数で重み付けした第1評価データと、前記形状データを第2重み係数で重みづけした第2評価データとを利用して、前記対象ワークを選択する請求項5に記載のロボットピッキングシステム。
- 請求項1〜6の何れか一項に記載のロボットピッキングシステムを用いて被加工物を製造する被加工物の製造方法。
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