JP2023041200A - ワーク保持装置、ワーク保持方法、プログラム、及び制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ワークを吸引し保持する際に他のワークを同時に吸引し保持するのを抑制できること。
【解決手段】ワーク保持装置は、３次元空間に置かれた複数のワークの中から１つずつワークを吸引し保持する保持手段と、複数のワークの３次元情報を取得する第１情報取得手段と、第１情報取得手段により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、保持手段が各ワークを夫々保持する際のワークの保持点の候補である保持候補点を複数算出する候補算出手段と、各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報を夫々取得する第２情報取得手段と、第２情報取得手段により取得されたワークの情報に基づいて、複数の保持候補点のうちの１つの保持候補点を選択し、保持手段が選択した保持候補点でワークを保持するように、保持手段を制御する制御手段と、を備える。
【選択図】図２
【解決手段】ワーク保持装置は、３次元空間に置かれた複数のワークの中から１つずつワークを吸引し保持する保持手段と、複数のワークの３次元情報を取得する第１情報取得手段と、第１情報取得手段により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、保持手段が各ワークを夫々保持する際のワークの保持点の候補である保持候補点を複数算出する候補算出手段と、各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報を夫々取得する第２情報取得手段と、第２情報取得手段により取得されたワークの情報に基づいて、複数の保持候補点のうちの１つの保持候補点を選択し、保持手段が選択した保持候補点でワークを保持するように、保持手段を制御する制御手段と、を備える。
【選択図】図２
Description
本発明は、ワークを保持するワーク保持装置、ワーク保持方法、プログラム、及び制御装置に関する。
ワークの３次元測定情報を用いて、予め作成した３次元モデルパターンとパターンマッチングし、ワークの保持点を決定する技術が知られている（特許文献１参照）。また、ワークの３次元測定情報に基づき、ワークの最大高さ位置を検出し、その最大高さ位置をワークの保持点とする技術が知られている（特許文献２参照）。
しかしながら、特許文献１の技術では、予めワーク毎に３次元モデルパターンを作成する必要があるため、例えば、多品種のワークに対応することができない。また、特許文献２の技術では、例えば、最大高さ位置周辺に他のワークがあると、その最大高さ位置のワークを吸引する際に、他のワークも同時に吸引する虞がある。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ワークを吸引し保持する際に、他のワークを同時に吸引し保持するのを抑制できるワーク保持装置、ワーク保持方法、プログラム、及び制御装置を提供することを主たる目的とする。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
３次元空間に置かれた複数のワークの中から１つずつワークを吸引し保持する保持手段と、
前記複数のワークの３次元情報を取得する第１情報取得手段と、
前記第１情報取得手段により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、前記保持手段が各ワークを夫々保持する際の該ワークの保持点の候補である保持候補点を複数算出する候補算出手段と、
前記各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報を夫々取得する第２情報取得手段と、
前記第２情報取得手段により取得されたワークの情報に基づいて、前記複数の保持候補点のうちの１つの保持候補点を選択し、前記保持手段が該選択した保持候補点でワークを保持するように、該保持手段を制御する制御手段と、
を備える、ワーク保持装置
である。
この一態様において、前記ワークの情報は、前記他のワークの有無の情報であり、
前記制御手段は、前記他のワークの有無の情報に基づいて、前記複数の保持候補点のうち、前記所定範囲内に他のワークが存在しない保持候補点を選択してもよい。
この一態様において、前記第２情報取得手段は、前記第１情報取得手段により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、前記各ワークの保持候補点から所定範囲内に、高さ方向の座標値が極大となる極大点が、該保持候補点以外にあると判断した場合に、前記所定範囲内に他のワークが有るとする情報を生成してもよい。
この一態様において、前記第２情報取得手段は、前記所定範囲内のワークの３次元情報を、高さ方向に垂直な水平面で、複数の異なる高さ位置で夫々切断した際に、少なくとも１つの前記高さ位置で不連続状態となる切断面が存在する場合に、前記所定範囲内に他のワークが有るとする情報を生成してもよい。
この一態様において、前記制御手段は、前記所定範囲内に他のワークが存在しない複数の保持候補点のうち、前記所定範囲外の他のワークと前記保持候補点との距離に基づいて、１つの保持候補点を選択してもよい。
この一態様において、前記ワークの情報は、前記各保持候補点と前記所定範囲内の他のワークとの距離情報であり、
前記制御手段は、前記複数の保持候補点の中から、前記距離情報に基づいて、１つの保持候補点を選択してもよい。
この一態様において、前記制御手段は、前記距離情報に基づいて、前記複数の保持候補点の中から、前記保持候補点と所定範囲内の他のワークとの距離の積分値が最も大きい、前記保持候補点を選択してもよい。
この一態様において、前記候補算出手段は、第１情報取得手段により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、前記ワークの高さ方向の座標値が極大である極大点を前記保持候補点として算出してもよい。
この一態様において、前記候補算出手段は、前記極大点となる保持候補点の中から、所定面積以上の極大点を前記保持候補点としてもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
３次元空間に置かれた複数のワークの３次元情報を取得するステップと、
前記取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、保持手段が各ワークを吸引し保持する際の該ワークの保持点の候補である保持候補点を複数算出するステップと、
前記各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報を夫々取得するステップと、
前記取得されたワークの情報に基づいて、前記複数の保持候補点のうちの１つの保持候補点を選択し、前記保持手段が該選択した保持候補点でワークを保持するように、該保持手段を制御するステップと、
を含む、ワーク保持方法
であってもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
３次元空間に置かれた複数のワークの３次元情報を取得する処理と、
前記取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、保持手段が各ワークを吸引し保持する際の該ワークの保持点の候補である保持候補点を複数算出する処理と、
前記各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報を夫々取得する処理と、
前記取得されたワークの情報に基づいて、前記複数の保持候補点のうちの１つの保持候補点を選択し、前記保持手段が該選択した保持候補点でワークを保持するように、該保持手段を制御する処理と、
をコンピュータに実行させる、プログラム
であってもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
３次元空間に置かれた複数のワークの３次元情報を取得する第１情報取得手段と、
前記第１情報取得手段により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、保持手段が各ワークを夫々保持する際の該ワークの保持点の候補である保持候補点を複数算出する候補算出手段と、
前記各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報を夫々取得する第２情報取得手段と、
前記第２情報取得手段により取得されたワークの情報に基づいて、前記複数の保持候補点のうちの１つの保持候補点を選択し、前記保持手段が該選択した保持候補点でワークを保持するように、該保持手段を制御する制御手段と、
を備える、制御装置
であってもよい。
３次元空間に置かれた複数のワークの中から１つずつワークを吸引し保持する保持手段と、
前記複数のワークの３次元情報を取得する第１情報取得手段と、
前記第１情報取得手段により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、前記保持手段が各ワークを夫々保持する際の該ワークの保持点の候補である保持候補点を複数算出する候補算出手段と、
前記各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報を夫々取得する第２情報取得手段と、
前記第２情報取得手段により取得されたワークの情報に基づいて、前記複数の保持候補点のうちの１つの保持候補点を選択し、前記保持手段が該選択した保持候補点でワークを保持するように、該保持手段を制御する制御手段と、
を備える、ワーク保持装置
である。
この一態様において、前記ワークの情報は、前記他のワークの有無の情報であり、
前記制御手段は、前記他のワークの有無の情報に基づいて、前記複数の保持候補点のうち、前記所定範囲内に他のワークが存在しない保持候補点を選択してもよい。
この一態様において、前記第２情報取得手段は、前記第１情報取得手段により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、前記各ワークの保持候補点から所定範囲内に、高さ方向の座標値が極大となる極大点が、該保持候補点以外にあると判断した場合に、前記所定範囲内に他のワークが有るとする情報を生成してもよい。
この一態様において、前記第２情報取得手段は、前記所定範囲内のワークの３次元情報を、高さ方向に垂直な水平面で、複数の異なる高さ位置で夫々切断した際に、少なくとも１つの前記高さ位置で不連続状態となる切断面が存在する場合に、前記所定範囲内に他のワークが有るとする情報を生成してもよい。
この一態様において、前記制御手段は、前記所定範囲内に他のワークが存在しない複数の保持候補点のうち、前記所定範囲外の他のワークと前記保持候補点との距離に基づいて、１つの保持候補点を選択してもよい。
この一態様において、前記ワークの情報は、前記各保持候補点と前記所定範囲内の他のワークとの距離情報であり、
前記制御手段は、前記複数の保持候補点の中から、前記距離情報に基づいて、１つの保持候補点を選択してもよい。
この一態様において、前記制御手段は、前記距離情報に基づいて、前記複数の保持候補点の中から、前記保持候補点と所定範囲内の他のワークとの距離の積分値が最も大きい、前記保持候補点を選択してもよい。
この一態様において、前記候補算出手段は、第１情報取得手段により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、前記ワークの高さ方向の座標値が極大である極大点を前記保持候補点として算出してもよい。
この一態様において、前記候補算出手段は、前記極大点となる保持候補点の中から、所定面積以上の極大点を前記保持候補点としてもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
３次元空間に置かれた複数のワークの３次元情報を取得するステップと、
前記取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、保持手段が各ワークを吸引し保持する際の該ワークの保持点の候補である保持候補点を複数算出するステップと、
前記各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報を夫々取得するステップと、
前記取得されたワークの情報に基づいて、前記複数の保持候補点のうちの１つの保持候補点を選択し、前記保持手段が該選択した保持候補点でワークを保持するように、該保持手段を制御するステップと、
を含む、ワーク保持方法
であってもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
３次元空間に置かれた複数のワークの３次元情報を取得する処理と、
前記取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、保持手段が各ワークを吸引し保持する際の該ワークの保持点の候補である保持候補点を複数算出する処理と、
前記各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報を夫々取得する処理と、
前記取得されたワークの情報に基づいて、前記複数の保持候補点のうちの１つの保持候補点を選択し、前記保持手段が該選択した保持候補点でワークを保持するように、該保持手段を制御する処理と、
をコンピュータに実行させる、プログラム
であってもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
３次元空間に置かれた複数のワークの３次元情報を取得する第１情報取得手段と、
前記第１情報取得手段により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、保持手段が各ワークを夫々保持する際の該ワークの保持点の候補である保持候補点を複数算出する候補算出手段と、
前記各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報を夫々取得する第２情報取得手段と、
前記第２情報取得手段により取得されたワークの情報に基づいて、前記複数の保持候補点のうちの１つの保持候補点を選択し、前記保持手段が該選択した保持候補点でワークを保持するように、該保持手段を制御する制御手段と、
を備える、制御装置
であってもよい。
本発明によれば、ワークを吸引し保持する際に、他のワークを同時に吸引し保持するのを抑制できるワーク保持装置、ワーク保持方法、プログラム、及び制御装置を提供することができる。
実施形態１
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るワーク保持装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係るワーク保持装置１は、３次元空間に配置された複数のワークの中から１つずつワークを吸引し保持し、移動させることができる。複数のワークは、箱内や平面などにバラ積みされている部品などである。なお、複数のワークは、平面形状や立体形状などの任意の形状の部品を含む。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るワーク保持装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係るワーク保持装置１は、３次元空間に配置された複数のワークの中から１つずつワークを吸引し保持し、移動させることができる。複数のワークは、箱内や平面などにバラ積みされている部品などである。なお、複数のワークは、平面形状や立体形状などの任意の形状の部品を含む。
本実施形態に係るワーク保持装置１は、ロボットアーム２と、制御装置３と、３次元ビジョンセンサ４と、を備えている。
ロボットアーム２は、保持手段の一具体例である。ロボットアーム２は、例えば、複数のリンク２１と、各リンク２１を回動可能に連結する関節部（手首関節、肘関節、肩関節など）２２と、その先端に設けられワークを吸引し保持するエンドエフェクタ２３と、を有する多関節型アームとして構成されている。
各関節部２２には、各関節部２２の回転情報を検出するエンコーダなどの回転センサと、各関節部２２を駆動するサーボモータなどのアクチュエータと、各関節部２２の操作力を検出する力センサと、が設けられている。力センサは、例えば、各関節部２２のトルクを検出するトルクセンサなどである。各関節部２２には、減速機構などが設けられている。
エンドエフェクタ２３は、磁力や空気圧力などの吸引力により、ワークを非接触状態で吸引し保持する。エンドエフェクタ２３は、例えば、磁力を発生させることによってワークを電磁吸着し、磁力の発生を停止することによって電磁吸着しているワークを解放するように構成されている。
制御装置３は、ロボットアーム２に対する各種の演算処理及び制御処理を行う。制御装置３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのプロセッサ３ａと、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの内部メモリ３ｂと、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などのストレージデバイス３ｃと、ディスプレイなどの周辺機器を接続するための入出力Ｉ／Ｆ３ｄと、装置外部の機器と通信を行う通信Ｉ／Ｆ３ｅと、を備えた通常のコンピュータのハードウェア構成を有する。
３次元ビジョンセンサ４は、第１情報取得手段の一具体例である。３次元ビジョンセンサ４は、複数のワークの３次元情報を取得する。ワークの３次元情報は、各ワークの形状、位置（３次元座標など）、姿勢などの情報を含む。
３次元ビジョンセンサ４は、例えば、ロボットアーム２のエンドエフェクタ２３やリンク２１などに設けられている。３次元ビジョンセンサ４は、カメラやレーザセンサなどで構成されている。３次元ビジョンセンサ４は、取得したワークの３次元情報を制御装置３に対して出力する。
図２は、本実施形態に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係る制御装置３は、候補算出部３１と、ワーク情報取得部３２と、ロボット制御部３３と、を有している。
候補算出部３１は、候補算出手段の一具体例である。候補算出部３１は、３次元ビジョンセンサ４により取得されたワークの３次元情報に基づいて、ロボットアーム２のエンドエフェクタ２３がワークを吸引し保持する際のワークの保持点（吸着点）の候補である保持候補点を複数算出する。
例えば、候補算出部３１は、３次元ビジョンセンサ４により取得されたワークの３次元情報に基づいて、各ワークの高さ位置を示す深度情報を算出する。候補算出部３１は、算出した各ワークの深度情報に基づいて、高さ方向へ突出した凸部を検出する（図３）。
候補算出部３１は、算出した深度情報に基づいて、例えば、所定高さ以上の点を１とし、所定高さ未満の点を０として２値化し、１となる点を、凸部として検出する。候補算出部３１は、上述のように検出した凸部を保持候補点としてもよい。これにより、エンドエフェクタ２３が吸引し保持し易い凸部を保持候補点にすることができる。
さらに、候補算出部３１は、上記検出した凸部の中から、エンドエフェクタ２３が吸着を行うための端面の面積が閾値以上となる凸部を保持候補点としてもよい。これにより、エンドエフェクタ２３が吸引し保持し易い凸部の中で、吸着面積が大きくより吸引し保持し易い点を保持候補点として絞り込むことができる。
候補算出部３１は、３次元ビジョンセンサ４により取得されたワークの３次元情報に基づいて、ワークの高さ方向の座標値が極大となる極大点を保持候補点として算出してもよい。これにより、エンドエフェクタ２３が吸引し保持し易い、高さ方向へ大きく突出した極大点を保持候補点にすることができる。
さらに、候補算出部３１は、上記極大点となる保持候補点の中から、所定面積以上の極大点を保持候補点としてもよい。これにより、エンドエフェクタ２３が吸引し保持し易い極大点の中で、吸着面積が大きくより吸引し保持し易い点を保持候補点として絞り込むことができる。
なお、候補算出部３１は、３次元ビジョンセンサ４により取得されたワークの３次元情報に基づいて、上述の如く絞り込んだ各保持候補点でワークを保持できるか否かをさらに判定してもよい。候補算出部３１は、各保持候補点でワークを保持した際に他のワークとの干渉があるか否かを判定することで、保持可能か否かを判定してもよい。候補算出部３１は、保持可能と判定した保持候補点を、最終的な複数の保持候補点としてもよい。
候補算出部３１は、上述のように算出した複数の保持候補点をロボット制御部３３に対して出力する。
ところで、従来のワーク保持装置は、保持候補点でワークを吸引し保持する際に、その周辺の他のワークを同時に吸引する虞がある。
これに対し、本実施形態に係るワーク保持装置１は、各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報を夫々取得し、取得した他のワークの情報に基づいて、複数の保持候補点のうちの１つの保持候補点を選択し、ロボットアーム２が選択した保持候補点でワークを保持するように、ロボットアーム２を制御する。
これにより、各ワークの保持候補点周辺の他のワークの状態を考慮して、他のワークを同時に吸引し難い保持候補点を選択でき、その保持候補点でワークを保持できる。したがって、ワークを吸引し保持する際に、他のワークを同時に吸引し保持するのを抑制できる。
ワーク情報取得部３２は、第２情報取得手段の一具体例である。ワーク情報取得部３２は、各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報（以下、他ワーク情報）を夫々取得する。
所定範囲は、ワーク情報取得部３２に予め設定されている。所定範囲は、エンドエフェクタ２３の吸引力（磁力など）が影響する範囲であり、その吸引力に基づいて設定される。所定範囲は、例えば、エンドエフェクタ２３をワークの保持候補点に近付けたときに該ワークもしくは他のワークを吸着する高さに、バッファを加味して設定される。
他ワーク情報は、例えば、所定範囲内に他のワークが存在するか否か（有無）を示す情報である。
ワーク情報取得部３２は、３次元ビジョンセンサ４により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、各ワークの保持候補点から所定範囲内に、高さ方向の座標値が極大となる極大点が、該保持候補点以外にあるか否かを判断してもよい。ワーク情報取得部３２は、所定範囲内において保持候補点以外に極大点があると判断した場合に、所定範囲内に他のワークが有るとする情報を生成してもよい。
所定範囲に他のワークがある場合、そのワークは高さ方向に突出した極大点を有するため、上述のようにその極大点を検出することで容易に所定範囲内の他のワークを検出できる。
また、ワーク情報取得部３２は、所定範囲内のワークの３次元情報を、高さ方向に垂直な水平面で、複数の異なる高さ位置で夫々切断した際に、少なくとも１つの高さ位置で不連続状態となる切断面が存在するか否かを判断してもよい。ワーク情報取得部３２は、少なくとも１つの高さ位置で不連続状態となる切断面が存在すると判断した場合に、所定範囲内に他のワークが有るとする情報を生成してもよい。
所定範囲に他のワークが存在する場合、高さ方向（Ｚ方向）に、保持候補点を含むワークの山以外に他のワークの山が存在することとなる。したがって、高さ方向に垂直な水平面でワークの山を切断した際に、その切断面は不連続となる。このような不連続な断面を検出することで、簡易かつ高精度に所定範囲内の他のワークを検出できる。
例えば、図４（ａ）に示す如く、第１層の高さ位置でワークを切断した場合、保持候補点を含むワークＡの山のみを切断するため、その切断面は、ワークＡの切断面のみを含み、連続状態となる。
次に、第１層よりも低い第２層の高さ位置でワークを切断した場合、保持候補点を含むワークＡの山の途中と他のワークＢの山の途中を夫々切断することになるため、その切断面は、ワークＡの切断面と、他のワークＢの切断面と、を含み、不連続状態となる。
さらに、第２層よりも低い第３層の高さ位置でワークを切断した場合、保持候補点を含むワークＡの山と他のワークＢの山を切断することになるため、その切断面は、ワークＡの切断面と、他のワークＢの切断面と、を含むが、ワークＡと他のワークＢとが重複しているため、その切断面は連続状態となる。
このように、所定範囲内の他のワークが存在する場合、高さ方向に垂直な水平面で、高さ位置を徐々に変えてワークを切断すると、少なくとも１つの高さ位置で不連続状態となる切断面が存在することとなる。この不連続状態の切断面を検出することで、所定範囲内の他のワークを簡易かつ容易に検出できる。
なお、上記切断数及び切断の間隔は、任意に設定可能である。例えば、切断数を増加させ、切断の間隔を小さくすれば、上記他のワークの有無判定の精度は向上するが、それだけ計算量が増加する。従がって、上記他のワークの有無判定の精度と計算量とを比較考慮して、最適な切断数及び切断の間隔が設定されるのが好ましい。
ワーク情報取得部３２は、上述のように取得した他のワークの有無を示すワーク情報をロボット制御部３３に出力する。
ロボット制御部３３は、制御手段の一具体例である。ロボット制御部３３は、ロボットアーム２の動作を制御する。ロボット制御部３３は、例えば、各関節部の回転センサからの回転情報（回転角など）と、力センサからの操作力と、に基づいて、各関節部のアクチュエータを制御することで、ロボットアーム２をフィードバック制御する。また、ロボット制御部３３は、エンドエフェクタ２３の吸引力を制御することで、エンドエフェクタ２３によるワークの吸着及び解放を制御する。これにより、ロボット制御部３３は、ロボットアーム２を制御することで、ワークを保持し、移動させることができる。
ロボット制御部３３は、候補算出部３１により算出された複数の保持候補点の中から１つの保持候補点を選択する。
ロボット制御部３３は、３次元ビジョンセンサ４により取得されたワークの３次元情報に基づいて、ロボットアーム２のエンドエフェクタ２３が保持候補点でワークを保持するように、ロボットアーム２を制御する。
ロボット制御部３３は、ワーク情報取得部３２からの他のワークの有無を示すワーク情報に基づいて、複数の保持候補点の中から、所定範囲内に他のワークが存在しない保持候補点を選択する。これにより、周辺に他のワークが存在しない保持候補点を選択でき、その保持候補点でワークを吸引し保持することで、他のワークを同時に吸引し保持するのを抑制できる。
ここで、ロボット制御部３３は、所定範囲内に他のワークが存在しない複数の保持候補点が存在する場合、その保持候補点の絞込を行う。例えば、ロボット制御部３３は、所定範囲内に他のワークが存在しない複数の保持候補点の中から、所定範囲外の他のワークと保持候補点との距離に基づいて、１つの保持候補点を選択する。これにより、所定範囲外の他のワークと保持候補点との距離を考慮して、所定範囲外の他のワークを同時に吸引し難く、保持対象のワークのみを吸引し保持できる最適な保持候補点を選択できる。
ロボット制御部３３は、所定範囲内に他のワークが存在しない複数の保持候補点の中から、所定範囲外の他のワークとの距離が最も大きい保持候補点を選択してもよい。
これにより、所定範囲内に他のワークが存在しない保持候補点に絞り込んだ後、さらに、その絞り込んだ保持候補点の中から、所定範囲外の他のワークから最も離れ、所定範囲外の他のワークを最も吸引し難い保持候補点を選択することができる。したがって、ワークをその保持候補点で吸引し保持する際に、他のワークを同時に吸引し保持するのをより確実に抑制できる。
例えば、ロボット制御部３３は、保持候補点と所定範囲外の他のワークとの距離に関する評価関数を用いて、１つの保持候補点を選択する。
この評価関数は、保持候補点と所定範囲外の他のワークとの距離が大きくなるほど、この評価値が小さくなるように、その距離の逆数で定義されていてもよい。
上記保持候補点と所定範囲外の他のワークとの距離は、例えば、保持候補点で保持する際のエンドエフェクタ２３の吸引保持面（ツール下面）と所定範囲外の他のワークとの距離の積分値である。保持候補点でワークを吸引し保持するために、エンドエフェクタ２３の吸引保持面を保持対象のワークの保持候補点に接近させた際に、エンドエフェクタ２３の吸引保持面に近い他のワークほど、その吸引力の影響を受けるため、上記のような距離を算出している。
したがって、保持候補点と所定範囲外の他のワークとの距離、すなわち、エンドエフェクタ２３の吸引保持面と所定範囲外の他のワークとの距離の積分値が最も大きく、上記評価値の小さい保持候補点を選択するのが好ましい。
例えば、評価関数Ｊは、下記のように定義されている。
（ｕ、ｖ）は、深度画像中の点（画素）の位置である。ｕは横座標値、ｖは縦座標値である。例えば、大きさ６４０ｘ４８０の画像であれば、ｕ、ｖはそれぞれ０≦ｕ＜６４０、 ０ ≦ｖ＜４８０の値になる。
ｄ（ｕ、ｖ）は、点（ｕ、 ｖ）における深度画像の値（ｄｅｐｔｈ）である。具体的には、ｄｅｐｔｈはカメラ（３次元ビジョンセンサ４）から撮影対象までの距離で単位はメートルで非負値を取る。ただし、０という値は特別で、その位置においてカメラが撮影対象のｄｅｐｔｈを取得できなかったことを意味する。
取得できない原因は様々であるが、最も多いのは、カメラが備える光源の照射方向と、撮影対象に当たった光が反射してカメラのセンサに返ってくる方向と、が違うために、照 射された光が障害物に遮られて返ってこないことによるものである。
ｄｔは、現在注目している保持候補点におけるｄｅｐｔｈである。Ｄは、保持候補点から下方向に吸引力が及ぶ距離である。Δは、深度画像を２値化するために設定する切断高さの閾値を、ｄｔからｄｔ＋Ｄまで変化させる時の切断間隔を表す。
Ω０は、深度画像の中で上記のようにｄｅｐｔｈが取得できなかった点の集合である。Ωｔは、保持候補点と同一の領域（所定領域内）にあり、かつｄｅｐｔｈがｄｔ＋Ｄよりも小さい（カメラに近い）、すなわち、ｄ（ｕ、ｖ）＜ｄｔ＋Ｄとなる点の集合である。
なお、上記評価関数Ｊにおいて、保持候補点を含む山とｄｅｐｔｈ＝０の穴を除外した総画素数で除算することで、１有効画素当たりの影響を正規化している。
以上のように、ロボット制御部３３は、評価関数Jを用いて、現在注目している保持候補点と同一領域にない（所定領域外）、かつ、0＜ｄ（ｕ、ｖ）＜ｄｔ＋Ｄであるような点全体に渡って総和を取ることによって計算される評価値を算出することになる。
続いて、本実施形態に係るワーク保持方法について説明する。図５は、本実施形態に係るワーク保持方法のフローを示すフローチャートである。なお、図５に示す制御処理を所定時間毎に繰り返し実行される。
３次元ビジョンセンサ４は、ワークの３次元情報を取得し、制御装置３に対して出力する（ステップＳ１０１）。
制御装置３の候補算出部３１は、３次元ビジョンセンサ４により取得されたワークの３次元情報に基づいて、ロボットハンドのエンドエフェクタ２３の保持候補点を複数算出する（ステップＳ１０２）。
ワーク情報取得部３２は、候補算出部３１により算出された各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの他ワーク情報を夫々取得する（ステップＳ１０３）。
ロボット制御部３３は、ワーク情報取得部３２からの他ワーク情報に基づいて、複数の保持候補点の中から、１つの保持候補点を選択する。（ステップＳ１０４）。
ロボット制御部３３は、ロボットアーム２のエンドエフェクタ２３が選択された保持候補点でワークを保持するように、ロボットアーム２を制御する（ステップＳ１０５）。
以上、本実施形態に係るワーク保持装置１は、各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報を夫々取得し、取得された他のワークの情報に基づいて、複数の保持候補点のうちの１つの保持候補点を選択し、ロボットアーム２が選択した保持候補点でワークを保持するように、ロボットアーム２を制御する。
これにより、各ワークの保持候補点周辺の他のワークを考慮して、他のワークを同時に吸引し保持し難い保持候補点を選択でき、その保持候補点でワークを吸引し保持できる。したがって、ワークを吸引し保持する際に、他のワークを同時に吸引し保持するのを抑制できる。
実施形態２
本実施形態において、ワーク情報は、各保持候補点と所定範囲内の他のワークとの距離情報であってもよい。ワーク情報取得部３２は、３次元ビジョンセンサ４により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、各保持候補点と所定範囲内の他のワークとの距離情報を取得する。
本実施形態において、ワーク情報は、各保持候補点と所定範囲内の他のワークとの距離情報であってもよい。ワーク情報取得部３２は、３次元ビジョンセンサ４により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、各保持候補点と所定範囲内の他のワークとの距離情報を取得する。
ロボット制御部３３は、候補算出部３１により算出された複数の保持候補点の中から、ワーク情報取得部３２により取得された各保持候補点と所定範囲内の他のワークとの距離情報に基づいて、１つの保持候補点を選択する。
これにより、各ワークの保持候補点と、その周辺の他のワークとの距離を考慮して、他のワークを同時に吸引し難い保持候補点を選択でき、その保持候補点でワークを吸引し保持できる。したがって、ワークを吸引し保持する際に、他のワークを同時に吸引し保持するのを抑制できる。
例えば、ロボット制御部３３は、候補算出部３１により算出された複数の保持候補点の中から、ワーク情報取得部３２により取得された各保持候補点と所定範囲内の他のワークとの距離情報に基づいて、保持候補点と所定範囲内の他のワークとの距離の積分値が最も大きい、保持候補点を選択してもよい。これにより、各ワークの保持候補点と、その周辺の他のワークとの距離が最も大きく他のワークを同時に吸引し難い保持候補点を選択できる。
例えば、ロボット制御部３３は、保持候補点と所定範囲内の他のワークとの距離に関する上記評価関数Ｊの評価値が最小となる保持候補点を選択してもよい。
本発明は、例えば、図５に示す処理を、プロセッサにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。
プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
上述した各実施形態に係る制御装置３を構成する各部は、プログラムにより実現するだけでなく、その一部または全部を、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの専用のハードウェアにより実現することもできる。
１ ワーク保持装置、２ ロボットアーム、３ 制御装置、４ ３次元ビジョンセンサ、２１ リンク、２２ 関節部、２３ エンドエフェクタ、３１ 候補算出部、３２ ワーク情報取得部、３３ ロボット制御部
Claims (12)
- ３次元空間に置かれた複数のワークの中から１つずつワークを吸引し保持する保持手段と、
前記複数のワークの３次元情報を取得する第１情報取得手段と、
前記第１情報取得手段により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、前記保持手段が各ワークを夫々保持する際の該ワークの保持点の候補である保持候補点を複数算出する候補算出手段と、
前記各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報を夫々取得する第２情報取得手段と、
前記第２情報取得手段により取得されたワークの情報に基づいて、前記複数の保持候補点のうちの１つの保持候補点を選択し、前記保持手段が該選択した保持候補点でワークを保持するように、該保持手段を制御する制御手段と、
を備える、ワーク保持装置。 - 請求項１記載のワーク保持装置であって、
前記ワークの情報は、前記他のワークの有無の情報であり、
前記制御手段は、前記他のワークの有無の情報に基づいて、前記複数の保持候補点のうち、前記所定範囲内に他のワークが存在しない保持候補点を選択する、
ワーク保持装置。 - 請求項１又は２記載のワーク保持装置であって、
前記第２情報取得手段は、前記第１情報取得手段により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、前記各ワークの保持候補点から所定範囲内に、高さ方向の座標値が極大となる極大点が、該保持候補点以外にあると判断した場合に、前記所定範囲内に他のワークが有るとする情報を生成する、
ワーク保持装置。 - 請求項２又は３記載のワーク保持装置であって、
前記第２情報取得手段は、前記所定範囲内のワークの３次元情報を、高さ方向に垂直な水平面で、複数の異なる高さ位置で夫々切断した際に、少なくとも１つの前記高さ位置で不連続状態となる切断面が存在する場合に、前記所定範囲内に他のワークが有るとする情報を生成する、
ワーク保持装置。 - 請求項１乃至４のうちいずれか１項記載のワーク保持装置であって、
前記制御手段は、前記所定範囲内に他のワークが存在しない複数の保持候補点のうち、前記所定範囲外の他のワークと前記保持候補点との距離に基づいて、１つの保持候補点を選択する、
ワーク保持装置。 - 請求項１記載のワーク保持装置であって、
前記ワークの情報は、前記各保持候補点と前記所定範囲内の他のワークとの距離情報であり、
前記制御手段は、前記複数の保持候補点の中から、前記距離情報に基づいて、１つの保持候補点を選択する、
ワーク保持装置。 - 請求項６に記載のワーク保持装置であって、
前記制御手段は、前記距離情報に基づいて、前記複数の保持候補点の中から、前記保持候補点と所定範囲内の他のワークとの距離の積分値が最も大きい、前記保持候補点を選択する、
ワーク保持装置。 - 請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載のワーク保持装置であって、
前記候補算出手段は、第１情報取得手段により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、前記ワークの高さ方向の座標値が極大である極大点を前記保持候補点として算出する、
ワーク保持装置。 - 請求項８に記載のワーク保持装置であって、
前記候補算出手段は、前記極大点となる保持候補点の中から、所定面積以上の極大点を前記保持候補点とする、
ワーク保持装置。 - ３次元空間に置かれた複数のワークの３次元情報を取得するステップと、
前記取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、保持手段が各ワークを吸引し保持する際の該ワークの保持点の候補である保持候補点を複数算出するステップと、
前記各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報を夫々取得するステップと、
前記取得されたワークの情報に基づいて、前記複数の保持候補点のうちの１つの保持候補点を選択し、前記保持手段が該選択した保持候補点でワークを保持するように、該保持手段を制御するステップと、
を含む、ワーク保持方法。 - ３次元空間に置かれた複数のワークの３次元情報を取得する処理と、
前記取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、保持手段が各ワークを吸引し保持する際の該ワークの保持点の候補である保持候補点を複数算出する処理と、
前記各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報を夫々取得する処理と、
前記取得されたワークの情報に基づいて、前記複数の保持候補点のうちの１つの保持候補点を選択し、前記保持手段が該選択した保持候補点でワークを保持するように、該保持手段を制御する処理と、
をコンピュータに実行させる、プログラム。 - ３次元空間に置かれた複数のワークの３次元情報を取得する第１情報取得手段と、
前記第１情報取得手段により取得された複数のワークの３次元情報に基づいて、保持手段が各ワークを夫々保持する際の該ワークの保持点の候補である保持候補点を複数算出する候補算出手段と、
前記各ワークの保持候補点から所定範囲内に存在する他のワークの情報を夫々取得する第２情報取得手段と、
前記第２情報取得手段により取得されたワークの情報に基づいて、前記複数の保持候補点のうちの１つの保持候補点を選択し、前記保持手段が該選択した保持候補点でワークを保持するように、該保持手段を制御する制御手段と、
を備える、制御装置。
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