JP5606424B2

JP5606424B2 - 部品取り出し方法、及び部品取り出しシステム

Info

Publication number: JP5606424B2
Application number: JP2011242647A
Authority: JP
Inventors: 孝介冨永; 幸市植村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2031-11-04
Also published as: JP2013094936A

Description

本発明は、部品取り出し方法、部品取り出しシステムに関する。

近年の生産形態においては、これまでの多品種・少量生産から頻繁な機種の段取り替え、生産量の急激な変化に対応可能な変種・変量形態を考慮した生産設備が要求されている。特に、個別製品に対して専用機能に特化した設備から対象製品枠が広く汎用性の高い設備の開発が要求されている。その中で汎用性を持つ核製品であるロボットが近年多用されている。このロボットで部品を把持する際の部品取り出し方法については従来パーツフィーダなどの専用機器を使用して行っていたが、近年の多品種少量生産形態においては複数の部品のバラ積み状態から１つの部品を直接把持して自動組み立て機械などの所定の装置へ供給することが必要とされている。

特許文献１には、部品ピックアップ装置において、トレイ上の乱雑な重なり状態にあるボルト群をＣＣＤカメラで撮像し、撮像した画像上で輪郭が他のボルトから孤立している孤立ボルトを探索し、孤立ボルトが発見できた場合にロボットで孤立ボルトをピックアップし、孤立ボルトが発見できない場合に加振装置を動作させ、再び孤立ボルトを探索することが記載されている。これにより、特許文献１によれば、トレイ上のボルト群から１個ずつ順に孤立ボルトがピックアップされるので、従来のロボットによる把持ピックアップ作業を開始する前に必要だった部品の整列や位置決めが不要となり、部品の整列や位置決めのための人手や専用の機構を省くことができるとされている。

特許文献２には、部品供給装置において、ロボットが部品の山から複数の部品をつかんでばらまくことによって部品同士の重複をなくし、ばらまかれた各部品をカメラで撮影し、その画像から供給可能な姿勢にある部品を判別してロボットでつかんで部品供給箇所へ供給することが記載されている。これにより、特許文献２によれば、部品をばらまくことによって部品の重複をなくすので、部品と背景との分離が不要となり、部品の姿勢を認識する画像認識装置が２次元画像認識用の簡易なもので良くなるとされている。

特開平１１−３００６７０号公報特開平０６−１２７６９８号公報

特許文献１に記載の技術では、乱雑な重なり状態にあるボルト群の個数が最多で２個〜５個程度までであることが前提とされており、複数の部品がトレイの底面を埋め尽くすほどにトレイ上に山積みになった状態が想定されていない。特許文献１には、複数の部品が山積みされたトレイから１つの部品を取り出して所定の装置へ供給する処理をどのようにして効率化するのかに関して一切記載がない。

仮に、特許文献１に記載の技術において、複数のボルトが山積みになった状態のトレイからボルトを取り出そうとして、トレイに対して外力による加振を与えても、ボルトの山が若干崩れるのみでボルトが孤立状態（孤立ボルト）にはならず、画像認識によって孤立ボルトが発見できないためボルト（部品）を取り出すことが難しい。

特許文献２に記載の技術では、ロボットが部品の山から複数の部品をつかんで重複しないように１個ずつ部品をばらまく必要があるので、非常に複雑なロボットハンドの動作制御が必要となり、制御演算量が増大しやすい。すなわち、特許文献２に記載の技術では、複数の部品が山積みされたトレイから１つの部品を取り出して所定の装置へ供給する処理の効率が低下しやすい。

仮に、ロボットが部品の山から複数の部品をつかんでばらまく処理を簡易なロボットハンドの動作制御で行った場合、重複が発生しない可能性が確率に左右される確実性に欠けるものとなるため、ばらまかれた複数の部品の間で重複が発生しやすく、ばらまく処理をやり直さなければならなくなるため、複数の部品が山積みされたトレイから１つの部品を取り出して所定の装置へ供給する処理の効率が低下しやすい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の部品が山積みされたトレイから１つの部品を取り出して所定の装置へ供給する処理を効率化できる部品取り出し方法、及び部品取り出しシステムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる部品取り出し方法は、３次元画像センサ及び第１のロボットハンドを有する第１のロボットが、複数の部品が山積みされたトレイから取り出すべき１つの部品の３次元位置及び状態を前記３次元画像センサで認識し、前記認識に応じて前記１つの部品を前記第１のロボットハンドで前記トレイから取り出す第１の取り出しステップと、前記第１のロボットが、前記第１の取り出しステップで取り出された前記１つの部品を前記第１のロボットハンドでステージの上に仮置きする仮置きステップと、揺動機構が、前記ステージの上に仮置きされた前記１つの部品の姿勢を複数の姿勢のうちの特定の姿勢へ誘導するように、前記ステージを揺動させる揺動ステップと、２次元画像センサ及び第２のロボットハンドを有する第２のロボットが、前記ステージの上における前記特定の姿勢にある前記１つの部品の位置を前記２次元画像センサで認識し、前記認識に応じて前記１つの部品を前記第２のロボットハンドで取り出す第２の取り出しステップとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ステージ上の部品の姿勢を特定の姿勢へ誘導するので、第２のロボットに搭載している２次元画像センサによる姿勢パターン比較時の登録データを大幅に低減でき、２次元画像センサによる画像処理内容を簡略化できる。これにより、２次元画像センサによる画像処理の負荷を軽減でき、２次元画像センサによる画像処理の処理速度を向上させることが可能となり、生産性をあげることができる。すなわち、複数の部品が山積みされたトレイから１つの部品を取り出して所定の装置へ供給する処理を効率化できる。

図１は、実施の形態にかかる部品取り出しシステムの構成を示す図である。図２は、実施の形態におけるステージ及び揺動機構の構成を示す図である。図３は、実施の形態にかかる部品取り出しシステムの動作を示すシーケンス図である。図４は、実施の形態にかかる部品取り出しシステムの動作を示す図である。図５は、実施の形態における部品の形状を示す図である。図６は、実施の形態における部品の姿勢を示す図である。図７は、実施の形態の変形例にかかる部品取り出しシステムの動作を示すシーケンス図である。

以下に、本発明にかかる部品取り出し方法、及び部品取り出しシステムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
実施の形態にかかる部品取り出しシステム１００について図１及び図２を用いて説明する。図１は、部品取り出しシステム１００の構成を示す図である。図２は、ステージ４０及び揺動機構５０の構成を示す図である。

部品取り出しシステム１００は、複数の部品が山積みされたトレイ３０から１つの部品を取り出して所定の装置（図示せず）へ供給するためのシステムである。所定の装置は、例えば、供給された部品を用いて所定の組み立て作業を行う自動機械である。

具体的には、部品取り出しシステム１００は、ロボット（第１のロボット）１０、ロボット（第２のロボット）２０、トレイ３０、ステージ４０、揺動機構５０、及び制御部６０を備える。

ロボット１０は、例えば、６自由度の多関節ロボットであり、複数のロボットアーム１３−１、１３−２、複数の関節部１４−１〜１４−３、基部１５、フランジ１６、３次元画像センサ１１、及びロボットハンド（第１のロボットハンド）１２を有する。複数のロボットアーム１３−１、１３−２は、複数の関節部１４−１〜１４−３を介して基部１５に接続されている。ロボットアーム１３−１の先端には、フランジ１６が設けられている。フランジ１６には作業用のツールとして例えばロボットハンド１２等が装着される。そして、フランジ１６には、ロボットハンド１２等のツールと並んで３次元画像センサ１１が取り付けられている。ロボットハンド１２等及びフランジ１６の位置と姿勢はロボットコントローラ６１が制御している。これにより、ロボット１０は、所定の対象物に対して所定の作業を行う。

３次元画像センサ１１は、撮像部１１ａ及び画像処理部１１ｂを有する。撮像部１１ａは、被写界の３次元画像を取得する。例えば、撮像部１１ａは、トレイ３０の内側に存在する複数の部品ＷＫ−１〜ＷＫ−Ｎの３次元画像を取得する。画像処理部１１ｂは、撮像部１１ａにより取得された３次元画像に対して所定の画像処理を施す。画像処理部１１ｂは、画像処理の施された３次元画像データを制御部６０へ送信する。なお、画像処理部１１ｂは、撮像部１１ａが内蔵された筐体内に配されていてもよいし、撮像部１１ａが内蔵された筐体の外部に配されていてもよい。

ロボット２０は、例えば、６自由度の多関節ロボットであり、複数のロボットアーム２３−１、２３−２、複数の関節部２４−１〜２４−３、基部２５、フランジ２６、２次元画像センサ２１、及びロボットハンド（第２のロボットハンド）２２を有する。複数のロボットアーム２３−１、２３−２は、複数の関節部２４−１〜２４−３を介して基部２５に接続されている。ロボットアーム２３−１の先端には、フランジ２６が設けられている。フランジ２６には作業用のツールとして例えばロボットハンド２２等が装着される。そして、フランジ２６には、ロボットハンド２２等のツールと並んで２次元画像センサ２１が取り付けられている。ロボットハンド２２等及びフランジ２６の位置と姿勢はロボットコントローラ６２が制御している。これにより、ロボット２０は、所定の対象物に対して所定の作業を行う。

２次元画像センサ２１は、撮像部２１ａ及び画像処理部２１ｂを有する。撮像部２１ａは、被写界の２次元画像を取得する。例えば、撮像部２１ａは、ステージ４０の上に存在する１つの部品ＷＫの２次元画像を取得する。画像処理部２１ｂは、撮像部２１ａにより取得された２次元画像に対して所定の画像処理を施す。画像処理部２１ｂは、画像処理の施された２次元画像データを制御部６０へ送信する。なお、画像処理部２１ｂは、撮像部２１ａが内蔵された筐体内に配されていてもよいし、撮像部２１ａが内蔵された筐体の外部に配されていてもよい。

トレイ３０には、複数の部品ＷＫ−１〜ＷＫ−Ｎがバラ積みされているとともに山積みされている。なお、本明細書において、「山積み」とは、複数の部品ＷＫ−１〜ＷＫ−Ｎがトレイ３０の底面を埋め尽くすほど山積みになった状態を示すものとする。

ステージ４０は、トレイ３０に山積みされた複数の部品ＷＫ−１〜ＷＫ−Ｎのうちの１つの部品ＷＫが上に仮置きされるべきステージである。例えば、ステージ４０は、図２に示すように、底面部４１と４つの側面部４２〜４５とを有する。底面部４１は、Ｘ方向及びＹ方向に延びた底面を形成する。各側面部４２〜４５は、底面部４１の外縁から＋Ｚ側に立ち上がるように延びている。これにより、１つの部品ＷＫが底面部４１の上に置かれてステージ４０が例えばＸ方向及びＹ方向に揺動された際に、１つの部品ＷＫがステージ４０から飛び出すことを抑制できる。

揺動機構５０は、ステージ４０を例えばＸ方向及びＹ方向に揺動させる。例えば、揺動機構５０は、図２に示すように、Ｘ軸駆動源５１、Ｙ軸駆動源５２、Ｘ軸駆動機構５３、及びＹ軸駆動機構５４を有する。Ｘ軸駆動源５１は、揺動コントローラ６３による制御のもと、Ｘ軸駆動機構５３を介してステージ４０をＸ方向に揺動させる。Ｙ軸駆動源５２は、揺動コントローラ６３による制御のもと、Ｙ軸駆動機構５４を介してステージ４０をＹ方向に揺動させる。

制御部６０は、部品取り出しシステム１００における各部を全体的に制御する。制御部６０は、ロボットコントローラ６１、ロボットコントローラ６２、及び揺動コントローラ６３を有する。ロボットコントローラ６１は、ロボットプログラムに従って、ロボット１０を制御するとともに、ロボットコントローラ６２や揺動コントローラ６３との間で所定の制御信号を送受信する。ロボットコントローラ６２は、ロボットプログラムに従って、ロボット２０を制御するとともに、ロボットコントローラ６１や揺動コントローラ６３との間で所定の制御信号を送受信する。揺動コントローラ６３は、例えば、ロボットコントローラ６１やロボットコントローラ６２から受信した制御信号に応じて、揺動機構５０を制御する。

例えば、制御部６０は、第１の期間において、トレイ３０から取り出すべき１つの部品ＷＫの３次元位置及び状態を３次元画像センサ１１で認識するように、ロボット１０を制御する。制御部６０は、第１の期間において、その認識結果に応じて、１つの部品ＷＫをロボットハンド１２で取り出すように、ロボット１０を制御する。制御部６０は、第２の期間において、取り出された１つの部品をロボットハンド１２でステージ４０の上に仮置きするように、ロボット１０を制御する。第２の期間は、第１の期間に続く期間である。制御部６０は、第３の期間において、ステージ４０を揺動させるように揺動機構５０を制御する。これにより、ステージ４０の上に仮置きされた１つの部品ＷＫの姿勢を複数の姿勢のうちの特定の姿勢へ変更させることができる。第３の期間は、第２の期間に続く期間である。制御部６０は、第４の期間において、ステージ４０の上における特定の姿勢にある１つの部品ＷＫの位置を２次元画像センサ２１で認識するように、ロボット２０を制御する。第４の期間は、第３の期間に続く期間である。制御部６０は、第４の期間において、その認識結果に応じて１つの部品ＷＫをロボットハンド２２で取り出し所定の装置（例えば、自動機械）へ供給するように、ロボット２０を制御する。

次に、部品取り出しシステム１００の動作について、図３〜図６を用いて説明する。図３は、部品取り出しシステム１００の動作を示すシーケンス図である。図４（ａ）〜（ｄ）は、トレイ３０から１つの部品ＷＫを取り出す手順を示す図である。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、１つの部品ＷＫの形状をそれぞれ示す平面図、側面図、正面図である。図６（ａ）〜（ｅ）は、１つの部品ＷＫの姿勢を特定の姿勢へ誘導する手順を示す図である。

ステップＳ１では、ロボットコントローラ６１が、ロボット１０を制御して、トレイ３０の内側を撮像可能な位置へ３次元画像センサ１１を移動する（図４（ａ）参照）。３次元画像センサ１１の撮像部１１ａ（図１参照）は、トレイ３０内に山積みされた複数の部品ＷＫ−１〜ＷＫ−Ｎを３次元的に撮像する。すなわち、撮像部１１ａは、トレイ３０内に山積みされた複数の部品ＷＫ−１〜ＷＫ−Ｎの３次元画像を取得して画像処理部１１ｂへ渡す。

そして、ロボットコントローラ６１は、ロボット１０を制御して、撮像された画像に応じて複数の部品ＷＫ−１〜ＷＫ−Ｎのうちロボットハンド１２で把持すべき部品ＷＫの３次元位置及び状態を認識する。すなわち、３次元画像センサ１１の画像処理部１１ｂは、撮像部１１ａにより取得された３次元画像に対して所定の画像処理を施す。画像処理部１１ｂは、画像処理の施された３次元画像データをロボットコントローラ６１へ送信する。ロボットコントローラ６１は、３次元画像データを用いて、複数の部品ＷＫ−１〜ＷＫ−Ｎのうちロボットハンド１２で把持すべき１つの部品ＷＫを特定し、特定した１つの部品ＷＫの３次元位置と部品ＷＫの状態（例えば、部品ＷＫの姿勢）とを認識する。

ステップＳ２では、ロボットコントローラ６１が、ロボット１０を制御して、ステップＳ１で認識された結果に応じて１つの部品ＷＫをロボットハンド１２でトレイ３０から取り出す。すなわち、ロボットコントローラ６１は、把持すべき部品ＷＫの３次元位置の近傍までロボットハンド１２の先端を移動させ、部品ＷＫの状態（例えば、部品ＷＫの姿勢）に応じてロボットハンド１２の先端の向きや姿勢を制御し、ステップＳ１で特定された部品ＷＫを把持する（図４（ｂ）参照）。このとき、ロボットハンド１２の部品を把持する先端爪は把持する際に部品ＷＫの山の積み重なった状態に対して影響が少なく、かつ特定した部品ＷＫ以外の部品を同時に把持しないように細い先端形状を持つ爪が望ましい。

ステップＳ３では、ロボットコントローラ６１が、ロボット１０を制御して、ステップＳ２で取り出された１つの部品ＷＫをロボットハンド１２でステージ４０の上に仮置きする。すなわち、ロボットコントローラ６１は、特定した１個の部品ＷＫを把持したロボットハンド１２をトレイ３０の上方へ上昇しさらにステージ４０の上方へと移動する（図４（ｃ）参照）。そして、ロボットコントローラ６１は、ステージ４０上方にてロボットハンド１２を開放し把持した部品ＷＫをステージ４０の上へ仮置きする（図４（ｄ）参照）。

そして、部品の姿勢を特定の姿勢へ絞り込む（誘導する）ようにステージ４０を揺動する。具体的には、ステップＳ４〜ステップＳ７の処理を行う。

ステップＳ４では、ロボットコントローラ６１が、ステージ４０を揺動することを指令する揺動指令を揺動コントローラ６３へ送信する。

揺動コントローラ６３は、揺動指令を受信すると、ステップＳ５、ステップＳ６の処理が行なわれるように制御する。

ステップＳ５では、揺動コントローラ６３が、ステージ４０を揺動させる際の駆動パターンである揺動パターンを所定の揺動パターンに決定する。所定の揺動パターンは、ステージ４０の上に置かれた１つの部品ＷＫの姿勢を複数の姿勢（図６（ａ）〜（ｅ）参照）のうちの特定の姿勢（図６（ｅ）参照）へ誘導するように、予め実験的に取得されたパターンである。所定の揺動パターンは、ふり幅、揺動の周期、揺動の回数（又は揺動の時間）などを含む。

ステップＳ６では、揺動コントローラ６３が、揺動機構５０を制御して、ステップＳ５で決定した揺動パターンに従ってステージ４０を揺動する。

例えば、ステージ４０上の部品ＷＫの形状が図５（ａ）〜（ｃ）に示すような形状である場合、ステージ４０上における部品ＷＫの初期状態姿勢は不定であり、例えば図６（ａ）〜（ｄ）に示す４態の姿勢が考えられる。すなわち、第１の縦姿勢、第２の縦姿勢、第１の横姿勢、第２の横姿勢のいずれかの状態にある時、Ｘ軸駆動源５１またはＹ軸駆動源５２またはその両方を用いてＸ軸駆動機構５３またはＹ軸駆動機構５４またはその両方を左右方向あるいは前後方向あるいはその両方向に駆動させてステージ４０を振動させることで、例えば図６（ｅ）に示す安定姿勢へと変化させる。

なお、この際にステージ４０の底面（底面部４１の表面）には例えばゴム製のシートを貼付し部品ＷＫと底面との摩擦力を上げることで姿勢の変化をより高めるほうが望ましい。また振動を発生させる際の駆動源については機器接続・制御方式が容易なエアシリンダを用いるのが好ましいが、姿勢を絞りこむ部品によってはサーボモータなどの駆動源を用いる事で振動開始時の加減速、振動時の速度を変化させた方がより確実に安定姿勢へと変化させることも可能となる。

揺動コントローラ６３は、所定の揺動パターンに従ったステージの揺動が完了したら、揺動完了通知をロボットコントローラ６２へ送信する。

ステップＳ７では、ロボットコントローラ６２が、揺動完了通知を受信していなければ、ステージ４０の揺動が完了していない（ステップＳ７でＮｏ）と判断して処理をステップＳ７へ進め、揺動完了通知を受信すると、ステージ４０の揺動が完了した（ステップＳ７でＹｅｓ）と判断して処理をステップＳ８へ進める。

ステップＳ８では、ロボットコントローラ６２が、ロボット２０を制御して、ステージ４０の上を撮像可能な位置へ２次元画像センサ２１を移動する。２次元画像センサ２１の撮像部２１ａ（図１参照）は、ステージ４０の上に置かれた部品ＷＫを２次元的に撮像する。すなわち、撮像部２１ａは、ステージ４０の上に置かれた部品ＷＫの２次元画像を取得して画像処理部２１ｂへ渡す。

そして、ロボットコントローラ６２は、ロボット２０を制御して、撮像された画像に応じてロボットハンド２２で把持すべき部品ＷＫの２次元位置を認識する。すなわち、２次元画像センサ２１の画像処理部２１ｂは、撮像部２１ａにより取得された２次元画像に対して所定の画像処理を施す。

例えば、画像処理部２１ｂは、２次元画像から部品外形パターンをエッジ検出等により抽出し、抽出された部品外形パターンを予め登録されている部品外形パターンと比較して、その部品の位置を画像処理にて求める。

ここで、仮に、部品ＷＫの姿勢の絞り込み（ステップＳ５、ステップＳ６）を行わない場合、比較するために予め登録されている部品外形パターンは、図５（ａ）〜（ｃ）に示す形状の部品ＷＫに対して図６（ａ）〜（ｄ）に対応した４態のパターンが必要となる。

それに対して、本実施の形態では、部品ＷＫの姿勢の絞り込み（ステップＳ５、ステップＳ６）を行うので、比較するために予め登録されている部品外形パターンは、図５（ａ）〜（ｃ）に示す形状の部品ＷＫに対して図６（ｅ）に対応した１態のパターンに低減できる。これにより、画像処理部２１ｂへの登録パターンを低減でき、画像処理部２１ｂによる画像処理の内容を簡略化できるので、画像処理部２１ｂによる画像処理の負担を軽減し画像処理の処理速度の向上を図ることができる。

画像処理部２１ｂは、画像処理の施された２次元画像データをロボットコントローラ６２へ送信する。ロボットコントローラ６２は、２次元画像データを用いて、ステージ４０上におけるロボットハンド２２で把持すべき１つの部品ＷＫの位置を認識する。すなわち、ロボットコントローラ６２は、ロボットハンド２２で把持すべき１つの部品ＷＫの２次元位置を認識する。

ステップＳ９では、ロボットコントローラ６２が、ロボット２０を制御して、ステップＳ８で認識された結果に応じて１つの部品ＷＫをロボットハンド２２でステージ４０から取り出し所定の装置（例えば、自動機械）へ供給する。すなわち、ロボットコントローラ６２は、把持すべき部品ＷＫの２次元位置の近傍までロボットハンド２２の先端を移動させ、ステージ４０上の部品ＷＫを把持する。そして、ロボットコントローラ６２は、１個の部品ＷＫを把持したロボットハンド２２をトレイ３０の上方へ上昇し、さらに所定の装置へと移動する。

以上のように、本実施の形態では、多数の部品が山積みされたトレイから１台目のロボットに搭載している３次元画像センサにより把持する対象部品の３次元位置及び状態を認識し１個の部品をロボットで取り出すことで、多品種の部品に対して、部品の種類ごとの専用のパーツフィーダを多数搭載する必要がなく、部品取り出しシステムのコストを低減することができる。また、１台目のロボットで取り出した部品の姿勢が不定であることから、ステージに一度仮置きし外力でステージを振動させることで多数の部品姿勢を限られた特定の姿勢に絞り込む。これにより、２台目のロボットに搭載している２次元画像センサの画像処理部による姿勢パターン比較時の登録データを大幅に低減でき、２次元画像センサの画像処理部による画像処理内容を簡略化できる。これにより、２次元画像センサの画像処理部による画像処理の負荷を軽減でき、２次元画像センサの画像処理部による画像処理の処理速度を向上させることが可能となり、生産性をあげることができる。すなわち、複数の部品が山積みされたトレイから１つの部品を取り出して所定の装置へ供給する処理を効率化できる。

なお、１つの部品についてのロボット２０による部品の取り出し（ステップ８、ステップＳ９）と、その１つの部品の次に取り出される部品についてのロボット１０による部品の取り出し（ステップ１、ステップＳ２）とは、並行して行われてもよい。この場合、複数の部品が山積みされたトレイから１つの部品を取り出して所定の装置へ供給する処理を、順次に取り出される複数の部品で見た場合においても効率化できる。

また、部品取り出しシステム１００は、揺動パターンを複数用意しておき、ステージ４０を揺動させる前にステージ４０上の部品の姿勢を検知し、検知した姿勢と誘導すべき特定の姿勢とに応じて複数の揺動パターンから実際に用いる揺動パターンを選択してもよい。

例えば、部品取り出しシステム１００は、図３に示すステップＳ３〜ステップＳ６の処理に代えて、図７に示すステップＳ１１〜ステップＳ１６を行ってもよい。

ステップＳ１１では、ロボットコントローラ６１が、ロボット１０を制御して、ステージ４０上の部品ＷＫの姿勢を検知する。具体的には、ステージ４０の上を撮像可能な位置へ３次元画像センサ１１を移動する。３次元画像センサ１１の撮像部１１ａ（図１参照）は、ステージ４０上の部品ＷＫを３次元的に撮像する。すなわち、撮像部１１ａは、ステージ４０上の部品ＷＫの３次元画像を取得して画像処理部１１ｂへ渡す。そして、ロボットコントローラ６１は、ロボット１０を制御して、撮像された画像に応じてステージ４０上の部品ＷＫの姿勢を認識することで、部品ＷＫの姿勢を検知する。ロボットコントローラ６１は、検知した部品ＷＫの姿勢の情報を揺動コントローラ６３へ送信する。

揺動コントローラ６３は、部品ＷＫの姿勢の情報を受信すると、ステップＳ１２、ステップＳ１３の処理が行われるように制御する。

ステップＳ１２では、揺動コントローラ６３が、ステップＳ１１で検知された姿勢と誘導すべき特定の姿勢とに応じて、複数の揺動候補パターンのうちステージ４０を揺動させるべき揺動パターンを決定する。

例えば、図５（ａ）〜（ｃ）に示す部品ＷＫの形状に対して、第１の縦姿勢（図６（ａ）参照）から第１の横姿勢（図６（ｃ）参照）へ誘導したい場合、例えばＹ方向のふり幅を大きく、Ｘ方向のふり幅を小さくし、かつ、−Ｙ方向の振り速度を大きく、＋Ｙ方向の振り速度を小さくするような揺動パターンを複数の揺動候補パターンから選択する。

例えば、図５（ａ）〜（ｃ）に示す部品ＷＫの形状に対して、第２の縦姿勢（図６（ｂ）参照）から第１の横姿勢（図６（ｃ）参照）へ誘導したい場合、例えばＸ方向のふり幅を大きく、Ｙ方向のふり幅を小さく、かつ、Ｚ方向のふり幅も大きくするような揺動パターンを複数の揺動候補パターンから選択する。なお、このとき、揺動機構５０は、Ｚ軸駆動源（図示せず）及びＺ軸駆動機構（図示せず）をさらに有しており、Ｚ軸駆動源が、揺動コントローラ６３による制御のもと、Ｚ軸駆動機構を介してステージ４０をＺ方向に揺動させる。

ステップＳ１３では、揺動コントローラ６３が、揺動機構５０を制御して、ステップＳ１２で決定した揺動パターンに従ってステージ４０を揺動する。揺動コントローラ６３は、所定の揺動パターンに従ったステージの揺動が完了したら、揺動完了通知をロボットコントローラ６１へ送信する。

ステップＳ１４では、ロボットコントローラ６１が、揺動完了通知を受信したら、ロボット１０を制御して、ステージ４０上の部品ＷＫの姿勢を再び検知する。具体的には、ステージ４０の上を撮像可能な位置へ３次元画像センサ１１を移動する。３次元画像センサ１１の撮像部１１ａ（図１参照）は、ステージ４０上の部品ＷＫを３次元的に撮像する。すなわち、撮像部１１ａは、ステージ４０上の部品ＷＫの３次元画像を取得して画像処理部１１ｂへ渡す。そして、ロボットコントローラ６１は、ロボット１０を制御して、撮像された画像に応じてステージ４０上の部品ＷＫの姿勢を認識することで、部品ＷＫの姿勢を検知する。

ステップＳ１５では、ロボットコントローラ６１が、ステージ４０上の部品ＷＫの姿勢が特定の姿勢に誘導されたか否かを判断する。ロボットコントローラ６１は、ステージ４０上の部品ＷＫの姿勢が特定の姿勢に誘導されていない場合（ステップＳ１５でＮｏ）、処理をステップＳ１１へ戻し、ステージ４０上の部品ＷＫの姿勢が特定の姿勢に誘導された場合（ステップＳ１５でＹｅｓ）、処理をステップＳ１６へ進める。

ステップＳ１１〜ステップＳ１５のループ処理は、ステージ４０上の部品ＷＫの姿勢が特定の姿勢に誘導されるまで繰り返される。

ステップＳ１６では、ロボットコントローラ６１が、ステップＳ１１〜ステップＳ１５のループ処理としての揺動処理が完了したことを示す揺動完了通知をロボットコントローラ６２へ送信する。

このように、揺動パターンを複数用意しておき、ステージ４０を揺動させる前にステージ４０上の部品の姿勢を検知し、検知した姿勢と誘導すべき特定の姿勢とに応じて複数の揺動パターンから実際に用いる揺動パターンを選択することで、安定姿勢以外の姿勢へも誘導させることができる。これにより、誘導すべき特定の姿勢を、２次元画像センサの画像処理部による画像処理の負荷をより軽減しやすいものにすることが容易である。

以上のように、本発明にかかる部品取り出しシステムは、ロボットによる部品の取り出しに有用である。

１０ロボット
２０ロボット
３０トレイ
４０ステージ
５０揺動機構
６０制御部
１００部品取り出しシステム

Claims

３次元画像センサ及び第１のロボットハンドを有する第１のロボットが、複数の部品が山積みされたトレイから取り出すべき１つの部品の３次元位置及び状態を前記３次元画像センサで認識し、前記認識に応じて前記１つの部品を前記第１のロボットハンドで前記トレイから取り出す第１の取り出しステップと、
前記第１のロボットが、前記第１の取り出しステップで取り出された前記１つの部品を前記第１のロボットハンドでステージの上に仮置きする仮置きステップと、
揺動機構が、前記ステージの上に仮置きされた前記１つの部品の姿勢を複数の姿勢のうちの特定の姿勢へ誘導するように、前記ステージを揺動させる揺動ステップと、
２次元画像センサ及び第２のロボットハンドを有する第２のロボットが、前記ステージの上における前記特定の姿勢にある前記１つの部品の位置を前記２次元画像センサで認識し、前記認識に応じて前記１つの部品を前記第２のロボットハンドで前記ステージから取り出す第２の取り出しステップと、
を備え、
前記揺動ステップは、
前記３次元画像センサが、前記ステージの上に仮置きされた前記１つの部品の姿勢を検知する検知ステップと、
制御部が、前記検知ステップで検知された姿勢に応じて、複数の揺動候補パターンのうち前記ステージを揺動させるべき揺動パターンを決定する決定ステップと、
前記揺動機構が、前記決定ステップで決定された揺動パターンに従って、前記ステージを揺動させる揺動実行ステップと、
を含む
ことを特徴とする部品取り出し方法。
前記１つの部品についての前記第２の取り出しステップと、前記複数の部品のうち前記１つの部品の次に取り出される部品についての前記第１の取り出しステップとは、並行して行われる
ことを特徴とする請求項１に記載の部品取り出し方法。
３次元画像センサ及び第１のロボットハンドを有する第１のロボットと、
２次元画像センサ及び第２のロボットハンドを有する第２のロボットと、
複数の部品が山積みされたトレイと、
前記複数の部品のうち１つの部品が仮置きされるべきステージと、
前記ステージを揺動させる揺動機構と、
前記トレイから取り出すべき１つの部品の３次元位置及び状態を前記３次元画像センサで認識し、前記認識に応じて前記１つの部品を前記第１のロボットハンドで取り出し、前記取り出された前記１つの部品を前記第１のロボットハンドでステージの上に仮置きし、前記ステージの上に仮置きされた前記１つの部品の姿勢を複数の姿勢のうちの特定の姿勢へ誘導するように前記揺動機構が前記ステージを揺動させ、前記ステージの上における前記特定の姿勢にある前記１つの部品の位置を前記２次元画像センサで認識し、前記認識に応じて前記１つの部品を前記第２のロボットハンドで取り出すように、前記第１のロボット、前記第２のロボット、及び前記揺動機構を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記特定の姿勢に誘導する際に、前記３次元画像センサにより前記ステージの上に仮置きされた前記１つの部品の姿勢を検知させ、前記検知された姿勢に応じて、複数の揺動候補パターンのうち前記ステージを揺動させるべき揺動パターンを決定し、該決定された揺動パターンに従って、前記ステージを揺動させるように前記揺動機構を制御する
ことを特徴とする部品取り出しシステム。