JP5614553B2 - ロボット装置 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、ロボット装置に関する。

特許文献１には、ロボット装置に備えられるロボット本体が開示されている。このロボット本体（多関節ロボット）は、ロボットアーム（アーム）先端に、ロボットハンド（マグネットハンド）が取り付けられている。ロボット本体の近傍には、複数の処理対象物（鉄製ワーク）が不規則に積み上げられたパレットが置かれている。そして、ロボット本体は、ロボットハンドに処理対象物を吸着させてパレット内から繰返し取出す。

特開２００１−３００８７８号公報

上記従来技術のようにロボット本体に備えられたロボットハンドにより複数の処理対象物を順次移送して収集処理する場合、無作為な順番で処理対象物を移送したり、単にロボット本体からの距離が近い処理対象物から順に移送すると、移送時間が長くなる処理対象物が連続して移送されたり、移送時間が短くなる処理対象物が連続して移送されたりする可能性がある。この結果、移送作業の進捗状況に時間的なムラが生じ、円滑な移送作業を行うことが困難となる場合がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、円滑な移送作業を行うことができるロボット装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一の観点によれば、ロボットアーム、及び、処理対象物を把持又は吸着可能なロボットハンド、を備えたロボット本体を有し、前記ロボット本体の近傍に配置されたストッカに無作為に配置された複数の前記処理対象物のうちの所定の数を１セットとして、各セット毎で順次移送処理するロボット装置であって、各処理対象物の配置位置から当該処理対象物の移送先までの全移送距離をそれぞれ決定する距離決定部と、前記距離決定部が決定した各処理対象物毎の前記全移送距離に基づいて、各処理対象物毎の移送時間を算出する、移送時間算出部と、前記移送時間算出部で算出された各処理対象物毎の移送時間に基づいて、前記所定の数毎の前記処理対象物の移送時間が均等化されるように、各処理対象物の移送順序を決定する順序決定部と、前記順序決定部で決定された移送順序にしたがって各処理対象物を移送するように、前記ロボットアーム及び前記ロボットハンドの動作を制御する動作制御部と、を有し、前記順序決定部は、前記移送時間算出部により算出された前記各処理対象物毎の前記移送時間に基づいて、１個の前記処理対象物の移送に要する第１移送時間平均値を算出する第１平均値算出部と、前記第１平均値算出部により算出された前記第１移送時間平均値に基づいて、前記１セットの前記処理対象物の移送に要する第２移送時間平均値を算出する第２平均値算出部と、を有し、前記各セットごとに、前記処理対象物の移送時間の合計が前記第２移送時間平均値となるように、前記移送順序を決定することを特徴とする、ロボット装置が提供される。

本発明によれば、円滑な移送作業を行うことができる。

一実施の形態のロボットシステムの全体構成を模式的に表す側面図である。 ロボットシステムの全体構成を模式的に表す上面図である。 ストッカの内部を上方から見た上面図である。 画像処理装置及びロボットコントローラの機能的構成を表す機能ブロック図である。 ワークの把持動作態様について説明するための説明図である。 ワークの把持動作態様について説明するための説明図である。 ワークの把持動作態様について説明するための説明図である。 順序決定部による移送順序の決定方法の一例を説明するための説明図である。 画像処理装置及びロボットコントローラにより実行される制御手順の一例を表すフローチャートである。 小領域の所定の位置からワーク載置位置までの距離を全移送距離とみなす変形例におけるストッカの内部を上方から見た上面図である。 画像処理装置及びロボットコントローラの機能的構成を表す機能ブロック図である。 画像処理装置及びロボットコントローラにより実行される制御手順の一例を表すフローチャートである。

以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

まず、図１、図２、及び図３を参照しつつ、本実施形態のロボットシステムの全体構成について説明する。

図１〜図３に示すように、本実施形態のロボットシステム１は、ストッカ２０と、ロボット装置１０と、コンベア３０とを有する。

ストッカ２０は、例えば強化樹脂や金属等により形成された箱であり、床部４０における後述するロボット装置１０のロボット本体１００の近傍（動作範囲内）に配置されている。なお、ストッカ２０は、床部４０に配置されなくてもよく、床部４０に配置された台座等に配置されてもよい。このストッカ２０の内部には、複数のワークＷ（処理対象物）が無作為（バラバラ）に配置されてストックされている。ワークＷは、貫通孔６１ａを備えた頭部６１と、頭部６１から延びる棒状の腕部６２とを有する。なお、ワークＷとしては、上記のような形状を備えた物に限定されるものではなく、他の形状を備えた物でもよい。

一方、ロボット装置１０は、ロボット本体１００と、ロボットコントローラ２００と、センサユニット３００と、画像処理装置４００とを有する。ロボット本体１００とロボットコントローラ２００とは、相互通信可能に有線又は無線で接続されている。なお、ロボット本体１００の内部にロボットコントローラを設けてもよい。また、ロボットコントローラ２００と画像処理装置４００とは、相互通信可能に有線又は無線で接続されている。さらに、後述するセンサユニット３００のセンサコントローラ３１０と画像処理装置４００とは、相互通信可能に有線又は無線で接続されている。なお、センサユニット３００の内部に画像処理装置を設けてもよい。

ロボット本体１００は、いわゆる多関節ロボットであり、床部４０に固定された基台１０１と、基台１０１に回転自在に設けられたアーム部１０２（ロボットアーム）とを有する。なお、基台１０１は、床部４０に固定されなくてもよく、床部４０に固定された台座等に固定されてもよい。

アーム部１０２は、基台１０１側からその反対の先端側にかけて複数の間接（回転間接）を有する。このアーム部１０２には、上記複数の間接を駆動する複数のサーボモータ（図示省略）が内蔵されている。また、アーム部１０２の先端には、ワークＷを把持又は吸着可能なハンド部１０３（ロボットハンド）が設けられている。なお、アーム部１０２の先端以外の部位にハンド部を設けてもよい。

ハンド部１０３としては、ワークＷを把持又は吸着可能なものであれば特に限定されるものではないが、例えば、指部材によりワークＷを把持可能な把持装置、エアや電磁力等により駆動してワークＷを吸着可能な吸着装置等が使用可能である。本実施形態では、ハンド部１０３として上記のような把持装置を適用しており、以後、ハンド装置１０３を把持装置１０３ともいう。

把持装置１０３は、ワークＷを把持可能な一対の指部材１０３ａを有する。一対の指部材１０３ａは、把持装置１０３に内蔵された適宜のアクチュエータ（図示省略）により駆動され、互いの間隔を拡張・縮小することにより開閉動作する。なお、把持装置１０３としては、上記のような構造を備えたものに限定されるものではなく、例えば、複数の指部材を有し、これら複数の指部材が揺動することによりワークＷを掴むグリッパ装置等でもよい。

このようなロボット本体１００は、ストッカ２０内の複数のワークＷの移送作業（いわゆるランダム・ビン・ピッキング）を行う。すなわち、ロボット本体１００は、ストッカ２０内の複数のワークＷを把持装置１０３の指部材１０３ａにより１つずつ順次把持し、ワークＷの移送先である後述するコンベア３０上の所定のワーク載置位置３０ａへ載置する。なお、ワークＷの移送先としては、上記のようなコンベア３０上のワーク載置位置３０ａに限定されるものではなく、これ以外（例えば、後述する後処理工程に係る設備の一部等）でもよい。ロボット本体１００による移送作業の内容については、後でより詳しく説明する。

ロボットコントローラ２００は、例えば演算器、記憶装置、入力装置等を有するコンピュータにより構成されており、アーム部１０２及び把持装置１０３を含むロボット本体１００全体の動作（例えば、アーム部１０２の各間接の駆動、把持装置１０３の指部材１０３ａの開閉動作等）を制御する。なお、ロボットコントローラ２００については、後でより詳しく説明する。

センサユニット３００は、レーザスキャナ３０１とカメラ３０２とを有する。そして、センサユニット３００は、ストッカ２０の上方に位置すると共に、レーザスキャナ３０１及びカメラ３０２が下方を向くように、床部４０に固定された適宜の支持部材５０に支持されている。なお、センサユニット３００を上記ロボット本体１００の適宜の部位（例えばアーム部１０２の先端側等）に設けてもよい。

レーザスキャナ３０１は、スリット状のレーザ光（以下、レーザスリット光という）を発生するレーザ光源、レーザスリット光を反射するミラー、ミラーを回転させるモータ（いずれも図示省略）等を備える。このレーザスキャナ３０１は、レーザ光源から発生させたレーザスリット光をミラーで反射させ、ミラーをモータにより回転させることにより、ストッカ２０内のワークＷが存在し得る全領域（すべてのワークＷが存在する領域。以下、ストッカ２０内全域ともいう）に上方からレーザスリット光を照射する。これにより、レーザスキャナ３０１は、ストッカ２０内全域のワークＷを一括して走査する。

カメラ３０２は、撮像素子（図示省略）等を備える。このカメラ３０２は、上記のようにレーザ光源から発生された後ミラーで反射され、ストッカ２０内全域に存在する被反射物（例えばワークＷやストッカ２０自体等）で反射されたレーザスリット光の反射光を、撮像素子により撮像（受光）する。すなわち、カメラ３０２は、ストッカ２０内全域の上方からの画像（濃淡画像）と、当該ストッカ２０内全域に存在する被反射物で反射されたレーザスリット光の反射光の画像とを、撮像素子により撮像する。

また、センサユニット３００の内部には、センサコントローラ３１０が内蔵されている。センサコントローラ３１０は、例えば演算器や記憶装置等を有するコンピュータにより構成されており、レーザスキャナ３０１及びカメラ３０２を含むセンサユニット３００全体の動作を制御する。このセンサコントローラ３１０は、モータ（ミラー）の回転角度と、受光したカメラ３０２の撮像素子の位置と、レーザ光源、ミラー、及びカメラ３０２の位置関係とに基づいて、公知の三角測量の原理を用いることにより、ストッカ２０内全域の被反射物までの距離を検出する。そして、センサコントローラ３１０は、センサユニット３００の検出結果として、ストッカ２０内全域の上方からの画像と、上記検出したストッカ２０内全域の被反射物までの距離に対応する上記画像上の距離情報とを含む検出信号を、画像処理装置４００へ出力する。

画像処理装置４００は、例えば演算器や記憶装置等を有するコンピュータにより構成されており、センサコントローラ３１０からの検出信号等に基づいて、センサユニット３００により走査されたストッカ２０内全域のワークＷを個別に認識（３次元計測）する。なお、画像処理装置４００については、後でより詳しく説明する。

一方、コンベア３０は、上記ワーク載置位置３０ａがロボット本体１００の動作範囲内となるように配置されており、上記のようにロボット本体１００により移送されたワークＷを所定の搬送方向（図２中に示す矢印Ａの方向）に搬送する。このコンベア３０の搬送方向下流側には、移送されたワークＷに対し行われる次の処理工程である所定の後処理工程に係る設備（図示省略）が設けられている。すなわち、コンベア３０は、移送されたワークＷを後処理工程に係る設備に引き渡す。

後処理工程では、コンベア３０により搬送されたワークＷに対し所定の数毎に処理（例えば加工処理や組み立て処理等）が行われる。すなわち、後処理工程では、コンベア３０により搬送された所定の数のワークＷを１セットとして、１セット毎に処理が行われる。なお、後処理工程において１回に処理されるワークＷの数は、特に限定されるものではないが、本実施形態では４個であるものとして説明する。後処理工程では、コンベア３０により搬送された４個のワークＷを１セットとして、１セット毎に処理が行われる。

次に、図４、図５、図６、図７、及び図８を参照しつつ、画像処理装置４００及びロボットコントローラ２００の機能的構成について説明する。

図４に示すように、画像処理装置４００は、信号取得部４０１と、ワーク形状記憶部４０２と、画像処理部４０３とを有する。

信号取得部４０１は、上記センサユニット３００のセンサコントローラ３１０から出力された検出信号を取得する。

ワーク形状記憶部４０２には、予め行われた計測等により取得されたワークＷの３次元形状情報が記憶されている。

画像処理部４０３は、ワーク形状記憶部４０２に記憶されたワークＷの３次元形状情報と、信号取得部４０１により取得された検出信号とに基づいて、公知の適宜の画像処理（例えば特徴抽出処理やパターンマッチング処理等）を行う。これにより、画像処理部４０３は、センサユニット３００により走査されたストッカ２０内全域のワークＷを個別に認識する。この際、画像処理部４０３は、認識した各ワークＷの水平方向及び鉛直方向（上下方向）における配置位置及び姿勢も同時に検出する。なお、以下では、ワークＷの水平方向及び鉛直方向における配置位置を、単に、ワークＷの配置位置という。そして、画像処理部４０３は、検出した各ワークＷの配置位置及び姿勢の情報を、ロボットコントローラ２００へ出力する。なお、画像処理部４０３における各ワークＷの姿勢を検出する機能が、姿勢決定部に対応する。

一方、ロボットコントローラ２００は、情報取得部２０１と、把持情報記憶部２０２と、動作態様決定部２０３と、位置記憶部２０４と、距離決定部２０５と、時間記憶部２０６と、移送時間算出部２０７と、順序決定部２０８と、動作制御部２０９とを有する。

情報取得部２０１は、上記画像処理装置４００の画像処理部４０３から出力された各ワークＷの配置位置及び姿勢の情報を取得する。

把持情報記憶部２０２には、互いに移送時の速度の異なる複数種類のワークＷの把持動作態様の情報と、当該把持動作態様の実行条件とが関連付けられて記憶されている。なお、把持情報記憶部２０２に記憶されるワークＷの把持動作態様の情報は、必ずしも複数種類である必要はなく、１種類でもよい。

ワークＷの把持動作態様とは、ワークＷのどの位置（部位）をどのような方法（態様）により把持するのかを規定するものであり、各把持動作態様には、優先順位が付与されている。

この例では、最も優先順位の高い（例えば、最も移送時の速度の速い）把持動作態様として、図５に示すように、ワークＷの貫通孔６１ａに把持装置１０３の指部材１０３ａを閉じた状態で挿入させた後、指部材１０３ａを開いてワークＷを把持する動作の態様が規定されている。そして、この把持動作態様は、貫通孔６１ａが検出されること、及び、貫通孔６１ａへ指部材１０３ａを進入させる際に、指部材１０３ａを含む把持装置１０３及びロボット本体１００が把持対象となるワークＷ以外のものと干渉しないことが、実行条件として規定されている。

また、２番目に優先順位の高い（例えば、２番目に移送時の速度の速い）把持動作態様として、図６に示すように、ワークＷの頭部６１を把持装置１０３の指部材１０３ａにより把持する動作の態様が規定されている。そして、この把持動作態様は、頭部６１の把持可能箇所が指部材１０３ａを含む把持装置１０３及びロボット本体１００と干渉しない姿勢にあることが、実行条件として規定されている。

また、３番目に優先順位の高い（例えば、３番目に移送時の速度の速い）把持動作態様は、図７に示すように、ワークＷの腕部６２を把持装置１０３の指部材１０３ａにより把持する動作の態様が規定されている。そして、この把持動作態様は、腕部６２の把持可能箇所が指部材１０３ａを含む把持装置１０３及びロボット本体１００と干渉しない姿勢にあることが、実行条件として規定されている。

なお、上記の把持動作態様及び実行条件は、あくまで一例であって、上記の把持動作態様及び実行条件の少なくとも一部を削除・変更してもよいし、上記以外の把持動作態様及び実行条件を追加してもよい。

動作態様決定部２０３は、情報取得部２０１により取得された各ワークＷの配置位置及び姿勢の情報と、把持情報記憶部２０２に記憶された複数種類のワークＷの把持動作態様の情報及び当該把持動作態様の実行条件とを取得する。そして、動作態様決定部２０３は、取得したこれらの情報に基づいて、各ワークについて、把持動作態様の実行条件を満たすかどうかを個別に判定する。そして、動作態様決定部２０３は、把持動作態様の実行条件を満たした各ワークＷについて、満たされた実行条件に関連する把持動作態様のうち最も優先順位の高い把持動作態様を、当該ワークＷの把持動作態様として個別に決定する。なお、この際、把持動作態様の実行条件を満たすワークＷが存在しない場合には、把持動作態様の決定は行われない。

位置記憶部２０４には、上記コンベア３０上のワーク載置位置３０ａの位置情報が記憶されている。

距離決定部２０５は、情報取得部２０１により取得された情報のうち各ワークＷの配置位置の情報と、位置記憶部２０４に記憶されたコンベア３０上のワーク載置位置３０ａの位置情報とを取得する。そして、距離決定部２０５は、取得したこれらの情報に基づいて、各ワークＷについて、配置位置からワーク載置位置３０ａまでの全移送距離を個別に算出する。すなわち、本実施形態では、上記センサユニット３００によりストッカ２０内全域を一括して走査した後、距離決定部２０５が、ストッカ２０内全域の各ワークＷの全移送距離を一括して算出するのである。

時間記憶部２０６には、各把持動作態様毎に、ロボット本体１００によるワークＷの所定の単位移送距離あたりの移送時間の情報が記憶されている。

移送時間算出部２０７は、距離決定部２０５により算出された各ワークＷ毎の全移送距離の情報と、動作態様決定部２０３により決定された各ワークＷ毎の把持動作態様の情報と、時間記憶部２０６に各把持動作態様毎に記憶されたワークＷの所定の単位移送距離あたりの移送時間の情報とを取得する。そして、移送時間算出部２０７は、取得したこれらの情報に基づいて、各ワークＷについて、ロボット本体１００による移送時間を個別に算出する（見積もる）。

順序決定部２０８は、移送時間算出部２０７により算出された各ワークＷ毎の移送時間に基づいて、当該各ワークＷの移送順序を決定する。より具体的には、順序決定部２０８は、各ワークＷについて、上記後処理工程において１回に処理される１セット（４個）毎のワークＷの移送時間がほぼ均等化されるように、移送順序を決定する。なお、順序決定部２０８による移送順序の決定方法は、特に限定されるものではないが、例えば以下のような方法等が挙げられる。

すなわち、順序決定部２０８は、移送時間算出部２０７により算出された各ワークＷ毎の移送時間に基づいて、１個のワークＷの移送時間の平均値を算出する。その後、順序決定部２０８は、算出した１個のワークＷの移送時間の平均値に基づいて、１セット（４個のワークＷ）の移送時間の平均値を算出する。そして、順序決定部２０８は、各ワークＷについて、各セット（１セット目、２セット目、３セット目・・・）毎の移送時間が上記算出した１セットの移送時間の平均値とほぼ等しくなってほぼ均等化されるように４個ずつ組み合わせ、移送順序を決定する。この場合、各セットには、移送時間が短かったり長かったりするワークＷが混在するか、あるいは、移送時間がほぼ平均値となるワークＷ同士が混在することとなり、１セット毎に見た場合の移送時間は、各セットでほぼ均等化される。

図８に、上記のような方法により決定された移送順序の一例を示す。

図８に示す例では、１セット目については、１個目及び４個目のワークＷの移送時間が短く、２個目のワークＷの移送時間が長く、３個目のワークＷの移送時間がほぼ平均値になっている。このような１セット目の移送時間は、１セットの移送時間の平均値とほぼ等しくなっている。２セット目については、１個目（全体では５個目）及び４個目（全体では８個目）のワークＷの移送時間が長く、２個目（全体では６個目）及び３個目（全体では７個目）のワークＷの移送時間が短くなっている。このような２セット目の移送時間は、上記１セット目の移送時間よりもわずかに短いものの、１セットの移送時間の平均値とほぼ等しくなっている。３セット目については、１個目〜４個目（全体では９個目〜１２個目）のワークＷの移送時間がほぼ平均値になっている。このような３セット目の移送時間は、上記１セット目の移送時間よりもわずかに長いものの、１セットの移送時間の平均値とほぼ等しくなっている。なお、４セット目以降については、図示及び詳しい説明を省略するが、上記１セット目〜３セット目と同様、各セット毎の移送時間は、１セットの移送時間の平均値とほぼ等しくなる。従って、１セット毎に見た場合の移送時間は、各セットでほぼ均等化される。

図４に示すように、動作制御部２０９は、情報取得部２０１により取得された各ワークＷの配置位置及び姿勢の情報と、動作態様決定部２０３により決定された各ワークＷ毎の把持動作態様の情報と、順序決定部２０８により決定された移送順序の情報とを取得する。そして、動作制御部２０９は、取得したこれらの情報に基づいて、順序決定部２０９により決定された移送順序にしたがって、動作態様決定部２０３により決定された把持動作態様により各ワークＷを把持しつつ移送するように、アーム部１０２の各サーボモータ及び把持装置１０３のアクチュエータに対する動作信号を生成する。そして、動作制御部２０９は、生成した動作信号をアーム部１０２の各サーボモータ及び把持装置１０３のアクチュエータへ出力し、ロボット本体１００のアーム部１０２及び把持装置１０３の動作を制御する。

次に、図９を参照しつつ、本実施形態において画像処理装置４００及びロボットコントローラ２００により実行される制御手順の一例について説明する。なお、図９中のフローに示す処理において、ステップＳ１０及びステップＳ２０の処理は、画像処理装置４００側で実行される処理であり、ステップＳ３０〜ステップＳ９０の処理は、ロボットコントローラ２００側で実行される処理である。

図９に示すように、センサユニット３００によりストッカ２０内全域が一括して走査され、センサコントローラ３１０から検出信号が画像処理装置４００へ出力されると、ステップＳ１０で、画像処理装置４００は、信号取得部４０１において、当該検出信号を取得する。

その後、ステップＳ２０で、画像処理装置４００は、画像処理部４０３において、ワーク形状記憶部４０２に記憶されたワークＷの３次元形状情報と、上記ステップＳ１０で取得された検出信号とに基づいて、センサユニット３００により走査されたストッカ２０内全域のワークＷを個別に認識すると共に、認識した各ワークＷの配置位置及び姿勢を検出する。そして、画像処理装置４００は、画像処理部４０３において、検出した各ワークＷの配置位置及び姿勢の情報を、ロボットコントローラ２００へ出力する。

そして、ステップＳ３０で、ロボットコントローラ２００は、情報取得部２０１において、上記ステップＳ２０で画像処理部４０３において出力された各ワークＷの配置位置及び姿勢の情報を取得する。

その後、ステップＳ４０で、ロボットコントローラ２００は、動作態様決定部２０３において、上記ステップＳ３０で取得された各ワークＷの配置位置及び姿勢の情報と、把持情報記憶部２０２に記憶された複数種類のワークＷの把持動作態様の情報及び当該把持動作態様の実行条件とを取得する。そして、ロボットコントローラ２００は、動作態様決定部２０３において、取得したこれらの情報に基づいて、上記ステップＳ２０で認識された各ワークについて、把持動作態様の実行条件を満たすかどうかを個別に判定する。そして、ロボットコントローラ２００は、動作態様決定部２０３において、把持動作態様の実行条件を満たした各ワークＷについて、満たされた実行条件に関連する把持動作態様のうち最も優先順位の高い把持動作態様を、当該ワークＷの把持動作態様として個別に決定する。なお、この際、把持動作態様の実行条件を満たすワークＷが存在しない場合には、把持動作態様の決定は行われない。

そして、ステップＳ５０で、ロボットコントローラ２００は、上記ステップＳ４０で把持動作態様が決定されたかどうかを判定する。上記ステップＳ４０で把持動作態様が決定されなかった場合、つまり把持動作態様の実行条件を満たすワークＷが存在しなかった場合には、ステップＳ５０の判定は満たされず、このフローに示す処理を終了する。但し、この際、まだワークＷが存在する場合には、ロボット本体１００により当該ワークＷに対し適宜の撹乱動作を行わせた後、上記ステップＳ１０に戻って同様の処理を繰り返してもよい。なお、撹乱動作については、例えば特開２０１１−１８３５３７公報等に詳しく記載されているので、ここでは詳しい説明を省略する。一方、上記ステップＳ４０で把持動作態様が決定された場合には、ステップＳ５０の判定が満たされて、ステップＳ６０に移る。

ステップＳ６０では、ロボットコントローラ２００は、距離決定部２０５において、上記ステップＳ３０で取得された情報のうち各ワークＷの配置位置の情報と、位置記憶部２０４に記憶されたコンベア３０上のワーク載置位置３０ａの位置情報とを取得する。そして、ロボットコントローラ２００は、距離決定部２０５において、取得したこれらの情報に基づいて、各ワークＷについて、配置位置からワーク載置位置３０ａまでの全移送距離を個別に算出する。

その後、ステップＳ７０で、ロボットコントローラ２００は、移送時間算出部２０７において、上記ステップＳ６０で算出された各ワークＷ毎の全移送距離の情報と、上記ステップＳ４０で決定された各ワークＷ毎の把持動作態様の情報と、時間記憶部２０６に各把持動作態様毎に記憶されたワークＷの所定の単位移送距離あたりの移送時間の情報とを取得する。そして、ロボットコントローラ２００は、移送時間算出部２０７において、取得したこれらの情報に基づいて、各ワークＷについて、ロボット本体１００による移送時間を個別に算出する。

そして、ステップＳ８０で、ロボットコントローラ２００は、順序決定部２０８において、上記ステップＳ７０で算出された各ワークＷ毎の移送時間に基づいて、各ワークＷについて、後処理工程において１回に処理される１セット（４個）毎のワークＷの移送時間がほぼ均等化されるように、移送順序を決定する。

その後、ステップＳ９０で、ロボットコントローラ２００は、動作制御部２０９において、上記ステップＳ３０で取得された各ワークＷの配置位置及び姿勢の情報と、上記ステップＳ４０で決定された各ワークＷ毎の把持動作態様の情報と、上記ステップＳ８０で決定された移送順序の情報とを取得する。そして、ロボットコントローラ２００は、動作制御部２０９において、取得したこれらの情報に基づいて、上記ステップＳ８０で決定された移送順序にしたがって、上記ステップＳ４０で決定された把持動作態様により各ワークＷを把持しつつ移送するように、ロボット本体１００のアーム部１０２及び把持装置１０３の動作を制御する。その後、上記ステップＳ１０に戻って同様の処理を繰り返す。

以上説明したように、本実施形態においては、ロボット本体１００に備えられたアーム部１０２及び把持装置１０３によって４個毎に処理される複数のワークＷを順次移送する。複数のワークＷは、ロボット本体１００からの距離が種々異なる位置に配置されている。このような各ワークＷを順次移送する場合には、各ワークＷの配置位置から移送先であるコンベア３０のワーク載置位置３０ａまでの距離が、それぞればらばらとなる。この場合、無作為な順番でワークＷを移送したり、単にロボット本体１００からの距離が近いワークＷから順に移送すると、移送時間が長くなるワークＷが連続して移送されたり、移送時間が短くなるワークＷが連続して移送されたりする可能性がある。この結果、移送作業の進捗状況に時間的なムラが生じ、円滑な移送作業を行うことが困難となる。

そこで本実施形態では、距離決定部２０５が、複数のワークＷそれぞれについて、各ワークＷの配置位置からワーク載置位置３０ａまでの全移送距離を算出する。そして、その算出結果に基づいて、順序決定部２０８が、４個毎のワークＷの移送時間が均等化されるように、各ワークＷの移送順序を決定する。そして、上記動作制御部２０９の制御によって当該決定された順序によりアーム部１０２及び把持装置１０３が移送作業を行う。これにより、４個毎にみた場合の移送時間を、ほぼ均等化させることができる。したがって、前述と異なり、移送作業の進捗状況に時間的なムラが生じることがなく、円滑な移送作業を行うことができる。

また、本実施形態では特に、距離決定部２０５が算出した各ワークＷ毎の全移送距離に基づいて、移送時間算出部２０７が、各ワークＷ毎の移送時間を算出する。そして、順序決定部２０８が、移送時間算出部２０７で算出された各ワークＷ毎の移送時間に基づいて、４個毎のワークＷの移送時間が均等化されるように、各ワークＷの移送順序を決定する。このように各ワークＷ毎に移送時間を算出し、その算出された移送時間を用いて順序決定を行うことにより、さらに精度良く確実に円滑な移送作業を行うことができる。

また、本実施形態では特に、距離決定部２０５が、各ワークＷの全移送距離を一括して算出する。このように各ワークＷの全移送距離を一括して算出することにより、距離算出処理のために必要な時間を短くすることができ、全体の移送時間を短縮することができる。

また、本実施形態では特に、次のような効果を得ることができる。すなわち、ワークＷが配置されているときの姿勢が把持装置１０３によって把持しにくい場合には、移送時の速度を遅くしたり、あるいは把持装置１０３により一旦別の姿勢に変化させた後に把持する必要がある場合がある。このような場合には、通常の姿勢のワークＷよりも、より長い移送時間が必要になる。そこで本実施形態では、画像処理部４０３が、各ワークＷの姿勢を検出する。そして、移送時間算出部２０７が、各ワークＷ毎に、全移送距離のみならず姿勢にも応じて移送時間を算出する。これにより、上記のような姿勢に応じた移送時間の長期化補正を行うことができ、さらに精度良く円滑な移送作業を行うことができる。

また、本実施形態では特に、順序決定部２０８が、移送されたワークＷに対し行われる所定の後処理工程において１回に処理される４個毎のワークＷの移送時間が均等化されるように、各ワークＷの移送順序を決定する。これにより、移送作業が終わったワークＷを後処理工程に引き渡すときに滞留や時間ロスのない、効率的な処理を実現することができる。

なお、実施の形態は、上記内容に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順次説明する。

（１）小領域の所定の位置からワーク載置位置までの距離を全移送距離とみなす場合
本変形例のロボットシステム１においては、図１０に示すように、複数のワークＷが無作為に配置されてストックされたストッカ２０内全領域が、複数の小領域に分割されている。なお、小領域の数は、特に限定されるものではないが、本変形例では９個であるものとして説明する。すなわち、本変形例では、ストッカ２０内全域が、９個の小領域Ａｒ１，Ａｒ２，Ａｒ３，Ａｒ４，Ａｒ５，Ａｒ６，Ａｒ７，Ａｒ８，Ａｒ９に分割されている。

また、本変形例におけるセンサユニット３００のレーザスキャナ３０１は、レーザ光源から発生させたレーザスリット光をミラーで反射させ、ミラーをモータにより回転させることにより、各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９毎に上方からレーザスリット光を照射する。これにより、レーザスキャナ３０１は、各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９毎にワークＷを走査する。

また、本変形例におけるセンサユニット３００のカメラ３０２は、上記のようにレーザ光源から発生された後ミラーで反射され、１個の小領域に存在する被反射物で反射されたレーザスリット光の反射光を、撮像素子により撮像する。すなわち、カメラ３０２は、１個の小領域の上方からの画像（濃淡画像）と、当該小領域に存在する被反射物で反射されたレーザスリット光の反射光の画像とを、撮像素子により撮像する。

また、本変形例におけるセンサユニット３００のセンサコントローラ３１０は、１個の小領域の被反射物までの距離を検出する。そして、センサコントローラ３１０は、センサユニット３００の検出結果として、１個の小領域の上方からの画像と、上記検出した１個の小領域の被反射物までの距離に対応する上記画像上の距離情報とを含む検出信号を、画像処理装置４００へ出力する。

更に、本変形例における画像処理装置４００は、センサコントローラ３１０からの検出信号等に基づいて、センサユニット３００により走査された小領域のワークＷを個別に認識（３次元計測）する。

次に、図１１を参照しつつ、本変形例における画像処理装置４００及びロボットコントローラ２００の機能的構成について説明する。なお、図１１は、前述の図４に対応する図であり、図１１において前述の図４と同等の部分には同一の符号を付し、説明を適宜省略する。

図１１に示すように、本変形例におけるロボットコントローラ２００は、前述の情報取得部２０１と、前述の把持情報記憶部２０２と、前述の動作態様決定部２０３と、前述の位置記憶部２０４と、範囲情報記憶部２１０と、距離決定部２０５′と、順序決定部２０８′と、動作制御部２０９′とを有する。

範囲情報記憶部２１０には、上記ストッカ２０内全域の各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９の範囲情報（位置情報）が記憶されている。

距離決定部２０５′は、範囲情報記憶部２１０に記憶された各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９の範囲情報と、位置記憶部２０４に記憶されたコンベア３０上のワーク載置位置３０ａの位置情報とを取得する。そして、距離決定部２０５′は、取得したこれらの情報に基づいて、各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９における所定の位置（例えば中心位置等）からワーク載置位置３０ａまでの距離（以下、みなし全移送距離という）を、各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９の各ワークＷの全移送距離とみなして算出する。

順序決定部２０８’は、距離決定部２０５′により算出された各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９毎のみなし全移送距離の情報に基づいて、ワークＷの移送対象とする各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９の順序を決定する。より具体的には、順序決定部２０８’は、各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９について、前述の後処理工程において１回に処理される１セット（４個）毎のワークＷの移送時間がほぼ均等化されるように、ワークＷの移送対象とする順序を決定する。なお、上記のように、ワークＷの移送対象とする各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９の順序を決定することは、言い換えれば、各ワークＷの移送順序を決定することともいえる。

動作制御部２０９′は、順序決定部２０８′により決定されたワークＷの移送対象とする各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９についての順序の情報を取得する。そして、動作制御部２０９′は、取得したこの情報に基づいて、順序決定部２０９′により決定された順序にしたがって、各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９をセンサユニット３００により走査させるように、センサコントローラ３１０に対する動作信号を生成する。そして、動作制御部２０９’は、生成した動作信号を、センサコントローラ３１０へ出力し、センサユニット３００の動作を制御する。また、動作制御部２０９′は、情報取得部２０１により取得された各ワークＷの配置位置及び姿勢の情報と、動作態様決定部２０３により決定された各ワークＷ毎の把持動作態様の情報とも取得する。そして、動作制御部２０９′は、順序決定部２０９′により決定された順序にしたがって、動作態様決定部２０３により決定された把持動作態様により、センサユニット３００により走査された小領域のワークＷを移送するように、アーム部１０２の各サーボモータ及び把持装置１０３のアクチュエータに対する動作信号を生成する。そして、動作制御部２０９′は、生成した動作信号を、アーム部１０２の各サーボモータ及び把持装置１０３のアクチュエータへ出力し、ロボット本体１００のアーム部１０２及び把持装置１０３の動作を制御する。なお、上記のように、順序決定部２０９′により決定された順序にしたがって走査された小領域のワークＷを移送するように、アーム部１０２及び把持装置１０３の動作を制御することは、言い換えれば、順序決定部２０９′により決定された順序にしたがって各ワークＷを移送するように、アーム部１０２及び把持装置１０３の動作を制御することともいえる。

一方、本変形例における画像処理装置４００は、前述の信号取得部４０１と、前述のワーク形状記憶部４０２と、画像処理部４０３′とを有する。

画像処理部４０３′は、ワーク形状記憶部４０２に記憶されたワークＷの３次元形状情報と、信号取得部４０１により取得された検出信号とに基づいて、前述の画像処理を行う。これにより、画像処理部４０３′は、センサユニット３００により走査された小領域のワークＷを個別に認識する。この際、画像処理部４０３′は、認識した各ワークＷの配置位置及び姿勢も同時に検出する。そして、画像処理部４０３′は、検出した各ワークＷの配置位置及び姿勢の情報を、ロボットコントローラ２００へ出力する。

次に、図１２を参照しつつ、本変形例において画像処理装置４００及びロボットコントローラ２００により実行される制御手順の一例について説明する。なお、図１２中のフローに示す処理において、ステップＳ１４０及びステップＳ１５０の処理は、画像処理装置４００側で実行される処理であり、ステップＳ１１０〜ステップＳ１３０及びステップＳ１６０〜ステップＳ１９０の処理は、ロボットコントローラ２００側で実行される処理である。

図１２に示すように、ステップＳ１１０で、ロボットコントローラ２００は、距離決定部２０５′において、範囲情報記憶部２１０に記憶された各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９の範囲情報と、位置記憶部２０４に記憶されたコンベア３０上のワーク載置位置３０ａの位置情報とを取得する。そして、ロボットコントローラ２００は、距離決定部２０５′において、取得したこれらの情報に基づいて、各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９のみなし全移送距離を、各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９の各ワークＷの全移送距離とみなして算出する。

そして、ステップＳ１２０で、ロボットコントローラ２００は、順序決定部２０８’において、上記ステップＳ１１０で各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９の各ワークＷ毎の全移送距離とみなして算出された各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９毎のみなし全移送距離の情報を取得する。そして、ロボットコントローラ２００は、順序決定部２０８’において、取得したこの情報に基づいて、各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９について、後処理工程において１回に処理される１セット（４個）毎のワークＷの移送時間がほぼ均等化されるように、ワークＷの移送対象とする順序を決定する。

その後、ステップＳ１３０で、ロボットコントローラ２００は、動作制御部２０９′において、上記ステップＳ１２０で決定されたワークＷの移送対象とする小領域の順序の情報を取得する。そして、ロボットコントローラ２００は、動作制御部２０９′において、取得したこの情報に基づいて、センサコントローラ３１０へ動作信号を出力し、上記ステップＳ１２０で決定された順序にしたがって、各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９をセンサユニット３００により走査させる。

これにより、センサコントローラ３１０から検出信号が画像処理装置４００へ出力され、ステップＳ１４０で、画像処理装置４００は、信号取得部４０１において、当該検出信号を取得する。

そして、ステップＳ１５０で、画像処理装置４００は、画像処理部４０３′において、ワーク形状記憶部４０２に記憶されたワークＷの３次元形状情報と、上記ステップＳ１４０で取得された検出信号とに基づいて、センサユニット３００により走査された小領域のワークＷを個別に認識すると共に、認識した各ワークＷの配置位置及び姿勢を検出する。そして、画像処理装置４００は、画像処理部４０３において、検出した各ワークＷの配置位置及び姿勢の情報を、ロボットコントローラ２００へ出力する。

その後、ステップＳ１６０で、ロボットコントローラ２００は、情報取得部２０１において、上記ステップＳ１５０で画像処理部４０３において出力された各ワークＷの配置位置及び姿勢の情報を取得する。

そして、ステップＳ１７０で、ロボットコントローラ２００は、動作態様決定部２０３において、上記ステップＳ１６０で取得された各ワークＷの配置位置及び姿勢の情報と、把持情報記憶部２０２に記憶された複数種類のワークＷの把持動作態様の情報及び当該把持動作態様の実行条件とを取得する。そして、ロボットコントローラ２００は、動作態様決定部２０３において、取得したこれらの情報に基づいて、上記ステップＳ１５０で認識された各ワークのうち、把持動作態様の実行条件を満たす特定のワークＷ（例えば、最も把持し易いワークＷ等）を移送対象とするワークＷに決定すると共に、当該ワークＷの把持動作態様を決定する。なお、この際、把持動作態様の実行条件を満たすワークＷが存在しない場合には、移送対象とするワークＷに決定は行われない。

その後、ステップＳ１８０で、ロボットコントローラ２００は、上記ステップＳ１７０で移送対象とするワークＷが決定されたかどうかを判定する。上記ステップＳ１７０で移送対象とするワークＷが決定されなかった場合、つまり把持動作態様の実行条件を満たすワークＷが存在しなかった場合には、ステップＳ１８０の判定は満たされず、このフローに示す処理を終了する。但し、この際、まだワークＷが存在する場合には、ロボット本体１００により当該ワークＷに対し適宜の撹乱動作を行わせた後、上記ステップＳ１４０に戻って同様の処理を繰り返してもよい。一方、上記ステップＳ１７０で移送対象とするワークＷが決定された場合には、ステップＳ１８０の判定が満たされて、ステップＳ１９０に移る。

ステップＳ１９０では、ロボットコントローラ２００は、動作制御部２０９′において、上記ステップＳ１８０で決定された移送対象とするワークＷ及び当該ワークＷの把持動作態様の情報とを取得する。そして、ロボットコントローラ２００は、動作制御部２０９′において、取得したこれらの情報に基づいて、上記ステップＳ１８０で移送対象に決定されたワークＷを同様に決定された把持動作態様により把持しつつ移送するように、ロボット本体１００のアーム部１０２及び把持装置１０３の動作を制御する。その後、上記ステップＳ１４０に戻って同様の処理を繰り返す。なお、このステップＳ１９０で移送されるワークＷは、上記ステップＳ１２０で決定された順序にしたがって走査された小領域のワークＷである。従って、このステップＳ１９０では、動作制御部２０９′は、上記ステップＳ１２０で決定された順序にしたがって、各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９のワークＷを移送するように、アーム部１０２及び把持装置１０３の動作を制御しているともいえる。

以上説明した本変形例においては、距離決定部２０５′は、すべてのワークＷが存在する領域を９個の小領域Ａｒ１〜Ａｒ９に分割し、各小領域Ａｒ１〜Ａｒ９における所定の位置からワーク載置位置３０ａまでの距離を、当該小領域に存在する各ワークＷの全移送距離とみなして算出する。これにより、より簡便な手法で各ワークＷの全移送距離を算出することができる。

（２）ロボットの設置位置から全ワークの配置面までの高さが一定値である場合
上記実施形態では、各ワークＷの水平方向及び鉛直方向における配置位置を検出するセンサユニット３００を設け、ロボットコントローラ２００の距離決定部２０５は、センサユニット３００の検出結果に基づいて、各ワークＷの配置位置からコンベア３０上のワーク載置位置３０ａまでの全移送距離を算出していた。しかしながら、本開示の実施形態はこの例に限定されるものではない。

例えば、ロボット本体１００の設置位置から全てのワークＷの配置面までの上下方向高さが一定値である場合等がある。この場合、各ワークＷの水平方向における配置位置を検出するセンサを設ける。そして、ロボットコントローラ２００の距離決定部は、センサの検出結果に基づいて、各ワークＷの配置位置からワーク載置位置３０ａまでの水平方向距離を算出する。そして、距離決定部は、算出した各ワークＷの配置位置からワーク載置位置３０ａまでの水平方向距離に対し、予め固定的に定まる、各ワークＷの配置位置からワーク載置位置３０ａまでの鉛直方向移送距離に相当する上記上下方向高さを加算して、上記全移送距離を決定してもよい。

本変形例によれば、センサの検出結果に基づく各ワークＷの水平方向移送距離と、鉛直方向移送距離に相当する上記上下方向高さとを用いることにより、簡便な手法で迅速に全移送距離を決定することができる。

（３）その他
上記実施形態では、画像処理部４０３は、各ワークＷの配置位置及び姿勢の両方を検出し、当該各ワークＷの配置位置及び姿勢の両方の情報を出力していたが、本開示の実施形態はこの例に限定されるものではない。例えば、画像処理部は、各ワークＷの配置位置だけを検出し、当該各ワークＷの配置位置だけの情報を出力してもよい。この場合、移送時間算出部２０７は、各ワークＷの配置位置に基づいて決定された各ワークＷ毎の全移送距離に基づいて、各ワークＷ毎の移送時間を算出する。

また、上記実施形態では、順序決定部２０８は、移送時間算出部２０７により算出された各ワークＷ毎の移送時間に基づいて、各ワークＷの移送順序を決定していたが、本開示の実施形態はこの例に限定されるものではない。例えば、移送時間算出部２０７を省略して、順序決定部は、距離決定部２０５の算出結果に基づいて、各ワークＷの移送順序を決定してもよい。

また、上記実施形態等では、レーザスキャナ３０１及びカメラ３０２を備えたセンサユニット３００により各ワークＷの配置位置等を検出した。しかしながら、本開示の実施形態はこの例に限定されるものではなく、上記のような形式以外の形式が採用されたセンサにより各ワークＷの配置位置等を検出してもよい。

また、上記実施形態等では、画像処理装置４００により各ワークＷの配置位置等を検出していたが、本開示の実施形態はこの例に限定されるものではない。例えば、ロボットコントローラ又はセンサコントローラに画像処理機能を兼ね備えさせ、当該ロボットコントローラ又はセンサコントローラにより各ワークＷの配置位置等を検出してもよい。

また、上記実施形態等では、ロボット装置１０を複数のワークＷを順次移送する場合に適用したが、本開示の実施形態はこの例に限定されるものではない。例えば、ロボット装置１０を複数のワークＷを順次移送して収集処理するような場合にも適用してもよい。

また、図４及び図１１中に示す矢印は、信号の流れの一例を示すものであり、信号の流れ方向を限定するものではない。

また、図９及び図１２に示すフローチャートは実施の形態を図示する手順に限定するものではなく、趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で手順の追加・削除又は順番の変更等をしてもよい。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用してもよい。

その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１０ ロボット装置
２０ ストッカ
３０ コンベア
３０ａ 載置位置
１００ ロボット本体
１０２ アーム部（ロボットアーム）
１０３ 把持装置（ロボットハンド）
２００ ロボットコントローラ
２０５ 距離決定部
２０５′ 距離決定部
２０７ 移送時間算出部
２０８ 順序決定部
２０８′ 順序決定部
２０９ 動作制御部
２０９′ 動作制御部
３００ センサユニット
３０１ レーザスキャナ
３０２ カメラ
４００ 画像処理装置
４０３ 画像処理部
４０３′ 画像処理部
Ａｒ１〜Ａｒ９ 小領域
Ｗ ワーク（処理対象物）

Claims (5)

1. ロボットアーム、及び、処理対象物を把持又は吸着可能なロボットハンド、を備えたロボット本体を有し、前記ロボット本体の近傍に配置されたストッカに無作為に配置された複数の前記処理対象物のうちの所定の数を１セットとして、各セット毎で順次移送処理するロボット装置であって、
   各処理対象物の配置位置から当該処理対象物の移送先までの全移送距離をそれぞれ決定する距離決定部と、
   前記距離決定部が決定した各処理対象物毎の前記全移送距離に基づいて、各処理対象物毎の移送時間を算出する、移送時間算出部と、
   前記移送時間算出部で算出された各処理対象物毎の移送時間に基づいて、前記所定の数毎の前記処理対象物の移送時間が均等化されるように、各処理対象物の移送順序を決定する順序決定部と、
   前記順序決定部で決定された移送順序にしたがって各処理対象物を移送するように、前記ロボットアーム及び前記ロボットハンドの動作を制御する動作制御部と、
   を有し、
   前記順序決定部は、
   前記移送時間算出部により算出された前記各処理対象物毎の前記移送時間に基づいて、１個の前記処理対象物の移送に要する第１移送時間平均値を算出する第１平均値算出部と、
   前記第１平均値算出部により算出された前記第１移送時間平均値に基づいて、前記１セットの前記処理対象物の移送に要する第２移送時間平均値を算出する第２平均値算出部と、
   を有し、
   前記各セットごとに、前記処理対象物の移送時間の合計が前記第２移送時間平均値となるように、前記移送順序を決定する
   ことを特徴とする、ロボット装置。
2. 前記距離決定部は、
   各処理対象物の前記全移送距離を一括して決定する
   ことを特徴とする、請求項１記載のロボット装置。
3. 前記複数の処理対象物の水平方向における配置位置を検出するセンサを有し、
   前記距離決定部は、
   前記センサの検出結果に基づいて算出される、各処理対象物の配置位置から当該処理対象物の移送先までの水平方向移送距離と、予め固定的に定まる、各処理対象物の配置位置から当該処理対象物の移送先までの鉛直方向移送距離と、を用いて、前記全移送距離を決定する
   ことを特徴とする、請求項１又は請求項２記載のロボット装置。
4. 各処理対象物の姿勢を決定する姿勢決定部を有し、
   前記移送時間算出部は、
   前記距離決定部が決定した各処理対象物の前記全移送距離と、前記姿勢決定部が決定した各処理対象物の前記姿勢と、に応じて、各処理対象物毎の移送時間を算出する
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のロボット装置。
5. 前記順序決定部は、
   移送された前記処理対象物に対し行われる所定の後処理工程において１回に処理される前記所定の数毎の前記処理対象物の移送時間が均等化されるように、各処理対象物の移送順序を決定する
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のロボット装置。
   

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