JP6298035B2 - モデル生成装置、位置姿勢算出装置、およびハンドリングロボット装置 - Google Patents
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Description
特許文献1の手法においては、予めCADデータを準備する必要がある。対象物品のCADデータが利用可能であるとは限らないので、そのような場合には3次元モデルを作成できない。また、全ての物品表面に対して、期待通りに3次元計測できる保証はない。光学系を利用した3次元計測機は、特定の表面特性、例えば物品表面に部分的に存在する黒い領域に対して、3次元計測を行うことは困難である。しかしながら、CADデータから3次元モデルを生成した場合には、そのような表面特性を考慮することができない。仮にそのような表面特性をモデル化してもモデル化誤差が発生し、生成された3次元モデルと実際の計測データとの間に乖離が発生する可能性がある。
2番目の発明によれば、1番目の発明において、前記モデル計測データ抽出部は、前記計測データを教示画面に出力する描画部と、複数の物品から選択された一つの物品の領域を、前記計測データが出力された前記教示画面上で設定する領域設定部と、該領域設定部によって設定された前記領域内に存在する計測データを基に、仮モデルを生成する仮モデル生成部と、前記仮モデルを用いて前記複数の物品の残りの物品の位置姿勢を検出する検出部と、を備え、前記モデル計測データ抽出部は前記検出部によって検出された前記残りの物品の位置姿勢を基にモデル計測データを抽出し、前記モデル計測データ統合部は前記モデル計測データを前記仮モデルに統合することで3次元モデルを生成する。
3番目の発明によれば、2番目の発明において、前記検出部は、前記仮モデルの初期姿勢に近い姿勢の物品から順番に検出し、前記モデル計測データ抽出部は、前記検出部の検出結果に基づき、前記仮モデルの初期姿勢に近い順にモデル計測データを抽出し、前記モデル計測データ統合部は、前記モデル計測データが抽出される毎に、逐次的にモデル計測データを前記仮モデルに統合する。
4番目の発明によれば、2番目または3番目の発明において、前記モデル計測データ抽出部が、前記検出部の検出結果の成否を操作者が指示するための検出成否指示部を備える。
5番目の発明によれば、2番目から4番目のいずれかの発明において、前記モデル計測データ抽出部は、前記検出部によって検出された物品の位置姿勢の近傍に存在する前記計測データを基に前記モデル計測データを抽出する。
6番目の発明によれば、2番目から5番目のいずれかの発明において、前記モデル計測データ抽出部が誤った計測データをモデル計測データとして不正に抽出すると共に不正に抽出された不正モデル計測データを前記仮モデルに統合した場合であっても、前記モデル計測データ統合部が、前記計測データと前記仮モデルとの整合性を基に、前記仮モデルから前記不正モデル計測データを抽出して除去する不正モデル計測データ除去部を備える。
7番目の発明によれば、2番目から6番目のいずれかの発明において、前記モデル計測データ統合部が、前記モデル計測データを前記仮モデルに統合する際に、前記モデル計測データと前記仮モデルの間に重複部が存在する場合には、前記モデル計測データから該重複部を除去した後で、前記モデル計測データを前記仮モデルに統合する。
8番目の発明によれば、2番目から6番目のいずれかの発明において、前記モデル計測データ統合部が、前記モデル計測データを前記仮モデルに統合する際に、前記モデル計測データと前記仮モデルの間に重複部が存在する場合には、前記モデル計測データの該重複部を基に仮モデルの該重複部を更新する。
9番目の発明によれば、1番目から8番目のいずれかの発明において、前記モデル計測データ統合部が、前記検出部によって検出された物品の位置姿勢から算出される前記仮想計測位置及びモデル計測データの少なくとも一方をパラメータとする最適化を行い、生成されるべきモデルの高精度化を行う。
10番目の発明によれば、1番目から9番目のいずれかの発明において、前記3次元計測機が、3次元空間上に配置された複数の物品を3次元計測した後に、物品の積載状態を変更し、前記複数の物品の新たな3次元計測を行うことを一回以上繰返し、前記モデル計測データ抽出部及び前記モデル計測データ統合部が、複数回の3次元計測により得られた複数の計測データを基に前記物品の3次元モデルを生成する。
11番目の発明によれば、1番目から10番目のいずれかのモデル生成装置と、前記モデル生成装置によって生成された3次元モデルと前記3次元計測機で取得された計測データとの対応付けに基づいて、前記物品の位置姿勢を算出する位置姿勢算出部と、を備えることを特徴とする位置姿勢算出装置が提供される。
12番目の発明によれば、前記物品をハンドリング可能なロボットと、1番目から10番目のいずれかのモデル生成装置と、前記モデル生成装置によって生成された3次元モデルと前記3次元計測機で取得された計測データとの対応付けに基づいて、前記物品の位置姿勢を算出する位置姿勢算出部とを備え、前記位置姿勢算出部によって算出された前記物品の位置姿勢に基づいて、前記ロボットが前記物品をハンドリングすることを特徴とするハンドリングロボット装置が提供される。
2番目の発明においては、初めに一つの物品の計測データから仮モデルを教示し、その仮モデルを使用して残りの物品の位置姿勢を検出し、その検出結果を基にモデル計測データを抽出して仮モデルに統合している。このため、操作者の負担を大きくすることなく、3次元モデルを生成することが可能になる。
3番目の発明においては、仮モデルの初期姿勢に近い姿勢の物品から検出してモデル計測データを抽出して仮モデルに逐次的に統合している。つまり、精度よく安定して検出できる物品から順番に検出して仮モデルを拡張することができる。これにより、初期の仮モデルにはモデル計測データが全く存在しない物品の面に対しても、最終的にモデル計測データの抽出および統合が可能になる。
4番目の発明においては、仮モデルを用いた検出結果が正しいか否かを操作者が指示することにより、3次元モデルに誤ったモデル計測データが追加されるのを防ぐことができる。
5番目の発明においては、仮モデルを用いた検出結果を基に、モデル計測データを抽出する際に、既存のモデル計測データ近傍の点を新規のモデル計測データとして抽出している。従って、教示の手間なく、自動的にモデル計測データを抽出することができる。
6番目の発明においては、モデル計測データに誤った3次元点が含まれ、仮モデルに統合されてしまった場合であっても、仮モデルと計測データとの整合性を確認して、不正に統合されたモデル計測データを除去する。これにより、正しい3次元モデルを生成することができる。
7番目の発明においては、新たに抽出したモデル計測データを仮モデルに統合する際、モデル計測データと仮モデルの間に重複する3次元点が存在する場合には、その重複する3次元点を統合しないようにしている。このため、3次元モデルのデータが重くなることを防ぐとともに、情報に過不足のない3次元モデルを生成することが可能になる。
8番目の発明においては、新たに抽出したモデル計測データを仮モデルに統合する際、モデル計測データと仮モデルの間に重複する3次元点が存在する場合には、重複する3次元点から新たな3次元点を算出し、仮モデルを更新している。このため、3次元モデルのデータが重くなることを防ぐとともに、情報に過不足のない3次元モデルを生成することが可能になる。さらに、計測誤差を緩和した3次元モデルを生成することができる。
9番目の発明においては、モデル計測データの統合処理が完了した後に、仮想的な計測位置及びモデル計測データに属する各3次元点の位置の最適化処理を行うことで、より精度の高い3次元モデルを生成することが可能になる。
10番目の発明においては、一度に計測できる物品の個数が少ない場合でも、複数回3次元計測を行うと共に複数の計測データを用いることにより3次元モデルを生成している。これにより、様々な計測位置から物品を計測することで得られる3次元モデルを同様に生成することが可能になる。このような場合であっても、一つの物品を少しずつ姿勢変化させながら計測するよりも短時間で3次元モデルを生成することができる。
11番目の発明においては、CADデータの存在しない物品に対しても物品の位置姿勢を算出することができる。また、3次元計測機により物品を計測することにより3次元モデルを生成しているので、3次元モデル生成時の教示の手間を大幅に減らすことができる。さらに、CADデータを使用する位置姿勢算出装置と比較して、実際に計測を行う3次元計測機を使用して3次元モデルを作成するため、3次元モデルと位置姿勢算出時の計測データの間に齟齬が生じにくい。
12番目の発明においては、CADデータの存在しない物品に対しても、3次元空間上に配置された物品の位置姿勢を算出し、算出結果に基づいて物品を正確にハンドリングすることができる。また、物品の3次元計測を行うことで物品の3次元モデルを生成しているので、3次元モデル生成時の教示の手間を大幅に減らすことができる。
図1は本発明に基づくハンドリングロボット装置の概略図である。図1に示されるように、ハンドリングロボット装置A00はロボットA01と、ロボットA01を制御するロボット制御装置A02と、ロボットA01のアーム先端に取付けられたハンドA03と、3次元計測機A04と、3次元認識装置A05とを主に含んでいる。
本発明においては、図3に示される物品A06a〜A06hの計測データB30は、一つの物品A06を図4に示される複数の仮想的な計測位置C06a〜C06hから計測したときに得られる計測データ(以後、モデル計測データB13とする)の集合とみなしている。
A01 ロボット
A02 ロボット制御装置
A03 ハンド
A04 3次元計測機
A05 3次元認識装置
A06、A06a〜A06h 物品
A07 架台
B00 モデル生成装置
B10 モデル生成部
B11 モデル計測データ抽出部
B12 モデル計測データ統合部
B13、B13a モデル計測データ
B20 物品位置姿勢算出部(位置姿勢算出部)
B30a〜B30c 3次元点(計測データ)
B40 3次元モデル
B50 物品の位置姿勢
C06、C06a〜C06h 仮想的な計測位置
C11 描画部
C12 領域設定部
C13 仮モデル生成部
C14 検出部
C15 検出成否指示部
C16 不正モデル計測データ除去部
D01 仮モデル
Claims (12)
- 物品の3次元モデルを生成するモデル生成装置(B00)であって、
3次元空間上に任意の姿勢でそれぞれ配置された複数の物品を3次元計測し、計測データを取得する3次元計測機(A04)と、
該3次元計測機により計測された前記複数の物品の計測データを、一つの物品を複数の仮想的な計測位置から計測したモデル計測データの集合とみなし、前記複数の仮想的な計測位置のそれぞれについて、対応するモデル計測データを抽出するモデル計測データ抽出部(B11)と、
該モデル計測データ抽出部により抽出したモデル計測データを統合することにより前記物品の3次元モデルを生成するモデル計測データ統合部(B12)と、を備えることを特徴とするモデル生成装置。 - 請求項1に記載のモデル生成装置であって、
前記モデル計測データ抽出部は、
前記計測データを教示画面に出力する描画部(C11)と、
複数の物品から選択された一つの物品の領域を、前記計測データが出力された前記教示画面上で設定する領域設定部(C12)と、
該領域設定部によって設定された前記領域内に存在する計測データを基に、仮モデルを生成する仮モデル生成部(C13)と、
前記仮モデルを用いて前記複数の物品の残りの物品の位置姿勢を検出する検出部(C14)と、を備え、
前記モデル計測データ抽出部は前記検出部によって検出された前記残りの物品の位置姿勢を基にモデル計測データを抽出し、
前記モデル計測データ統合部は前記モデル計測データを前記仮モデルに統合することで3次元モデルを生成することを特徴とするモデル生成装置。 - 請求項2に記載のモデル生成装置であって、
前記検出部は、前記仮モデルの初期姿勢に近い姿勢の物品から順番に検出し、
前記モデル計測データ抽出部は、前記検出部の検出結果に基づき、前記仮モデルの初期姿勢に近い順にモデル計測データを抽出し、
前記モデル計測データ統合部は、前記モデル計測データが抽出される毎に、逐次的にモデル計測データを前記仮モデルに統合することを特徴とするモデル生成装置。 - 請求項2または請求項3に記載のモデル生成装置であって、前記モデル計測データ抽出部が、前記検出部の検出結果の成否を操作者が指示するための検出成否指示部(C15)を備えることを特徴とするモデル生成装置。
- 請求項2から4のいずれか一項に記載のモデル生成装置であって、前記モデル計測データ抽出部は、前記検出部によって検出された物品の位置姿勢の近傍に存在する前記計測データを基に前記モデル計測データを抽出することを特徴とするモデル生成装置。
- 請求項2から5のいずれか一項に記載のモデル生成装置であって、
前記モデル計測データ抽出部が誤った計測データをモデル計測データとして不正に抽出すると共に前記モデル計測データ統合部が不正に抽出された不正モデル計測データを前記仮モデルに統合した場合であっても、前記モデル計測データ統合部が、前記計測データと前記仮モデルとの整合性を基に、前記仮モデルから前記不正モデル計測データを抽出して除去する不正モデル計測データ除去部(C16)を備えることを特徴とするモデル生成装置。 - 請求項2から6のいずれか一項に記載のモデル生成装置であって、
前記モデル計測データ統合部が、前記モデル計測データを前記仮モデルに統合する際に、前記モデル計測データと前記仮モデルの間に重複部が存在する場合には、前記モデル計測データから該重複部を除去した後で、前記モデル計測データを前記仮モデルに統合することを特徴とするモデル生成装置。 - 請求項2から6のいずれか一項に記載のモデル生成装置であって、
前記モデル計測データ統合部が、前記モデル計測データを前記仮モデルに統合する際に、前記モデル計測データと前記仮モデルの間に重複部が存在する場合には、前記モデル計測データの該重複部を基に仮モデルの該重複部を更新することを特徴とするモデル生成装置。 - 請求項2から8のいずれか一項に記載のモデル生成装置であって、前記モデル計測データ統合部が、前記検出部によって検出された物品の位置姿勢から算出される前記仮想計測位置及びモデル計測データの少なくとも一方をパラメータとする最適化を行い、生成されるべきモデルの高精度化を行うことを特徴とするモデル生成装置。
- 請求項1から9のいずれか一項に記載のモデル生成装置であって、
前記3次元計測機が、3次元空間上に配置された複数の物品を3次元計測した後に、物品の積載状態を変更し、前記複数の物品の新たな3次元計測を行うことを一回以上繰返し、前記モデル計測データ抽出部及び前記モデル計測データ統合部が、複数回の3次元計測により得られた複数の計測データを基に前記物品の3次元モデルを生成することを特徴とするモデル生成装置。 - 請求項1から10のいずれか一項に記載のモデル生成装置と、
前記モデル生成装置によって生成された3次元モデルと前記3次元計測機で取得された計測データとの対応付けに基づいて、前記物品の位置姿勢を算出する位置姿勢算出部(B20)と、
を備えることを特徴とする位置姿勢算出装置。 - 前記物品をハンドリング可能なロボット(A01)と、
請求項1から10のいずれか一項に記載のモデル生成装置と、
前記モデル生成装置によって生成された3次元モデルと前記3次元計測機で取得された計測データとの対応付けに基づいて、前記物品の位置姿勢を算出する位置姿勢算出部(B20)とを備え、
前記位置姿勢算出部によって算出された前記物品の位置姿勢に基づいて、前記ロボットが前記物品をハンドリングすることを特徴とするハンドリングロボット装置(A00)。
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