JP6848269B2 - パレタイジング装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の領域を分割して形成された各区画にワークピース（製品、部品など）を搬入出可能なロボットアームを備えたパレタイジング装置に関する。

下記特許文献１に記載されているように、ワークピース（製品、部品など）を持ち上げて所定の場所に載置するロボットアームを備えたパレタイジング装置は知られている。このパレタイジング装置は、ワークピースが載置されたステージ全体をカメラで撮影し、その画像に基づいて、ロボットアームの座標系におけるワークピースの位置を検出している。なお、カメラは、ステージ全体を撮影可能なようにステージの下方に設置されている。

特許第４２８９６１９号公報

上記従来のパレタイジング装置においては、ステージ全体を撮影している。つまり、比較的広い領域を撮影している。したがって、ワークピースの位置及び姿勢の検出精度を向上させるためには、解像度の比較的高いカメラを用いる必要がある。また、カメラの視野角が比較的大きいため、画像の周縁部に比較的大きな歪が発生する。この場合、ステージの周縁部に置かれたワークピースの位置及び向き（姿勢）の検出精度が低下し、ワークピースを持ち上げることができないという事態が生じ得る。

本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、ワークピースの位置及び姿勢の検出精度を向上させたパレタイジング装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、所定の領域（２０）を分割して形成された複数の区画（Ｄ）を有するパレット（２０）が載置されるパレットステージ（１２）と、前記パレットの各区画（Ｄ）にワークピース（Ｗ）を搬入出可能なロボットアーム（３０）と、前記複数の区画の画像を区画ごとに撮影するカメラ（４０）と、カメラ座標系における前記区画の座標を表すカメラ座標系区画データ（ｕ_Ｄ，ｖ_Ｄ）と、前記カメラ座標系とは異なる座標系であるロボットアーム座標系における前記区画の座標を表すロボットアーム座標系区画データ（ｘ_Ｄ，ｙ_Ｄ）と、予め設定されたデータであって、前記カメラ座標系と前記ロボットアーム座標系との関係を表すキャリブレーションデータ（α_ｘ，α_ｙ，θ_Ｒ−Ｃ）と、に基づいて、前記区画にワークピースが搬入出されるように、前記ロボットアームを制御する制御装置と、前記パレットステージとは別の場所に配置されたキャリブレーションステージ（１３）と、を備え、前記制御装置は、前記キャリブレーションステージ上における、前記所定の領域よりも小さな領域内の複数箇所であって、前記ロボットアーム座標系における位置が既知である複数箇所にマスターワーク（ＭＷ）をそれぞれ載置させ、前記載置された前記マスターワークを前記カメラで撮影して得られた画像に基づいて前記キャリブレーションデータを設定する、パレタイジング装置としたことにある。なお、カメラ座標系は、撮影した画像を構成する複数のピクセルのうちの１つのピクセルの座標を規定する際に用いられる座標系である。カメラ座標系の原点は、撮影された画像内の所定の点（例えば画像の左下の点）である。また、ロボットアーム座標系は、ロボットアームが設定された空間内の１つの点の座標を規定する際に用いられる座標系である。ロボットアーム座標系の原点は、ロボットアームが設置された空間内の所定の点（例えばロボットアームの１つの関節）である。

これによれば、ワークピースを前記区画に搬入出する際、カメラは、前記所定の領域全体ではなく、それを分割した１つの区画を撮影する。そして、制御装置は、その画像に基づいて、区画の位置及び向き、並びにその区画に搬入出するワークピースの位置及び姿勢を検出する。前記撮影した１つの区画に関する画像の解像度は、前記所定の領域の全体（上記従来のパレタイジング装置のステージ全体に相当）を撮影した画像の解像度に比べて高い。つまり、前記１つの区画を撮影した画像において所定の方向へ連続するピクセル数であって、ロボットアーム座標系における単位長さに相当するピクセル数は、前記所定の領域の全体を撮影した画像において前記所定の方向へ連続するピクセル数であって、ロボットアーム座標系における単位長さに相当するピクセル数よりも多い。したがって、本発明によれば、高解像度のカメラを用いなくても、従来のパレタイジング装置に比べて、区画に搬入出するワークピースの位置及び姿勢の検出精度を向上させることができる。また、上記従来のパレタイジング装置に比べて撮影範囲が狭いので、カメラの視野角が比較的小さく、画像の周縁部の歪みが比較的小さい。たとえ、画像の周縁部が歪んだとしても、区画の外側の部分乃至区画の周縁部の一部が歪むだけであって、区画の内側の部分には歪みがほとんど発生しない。したがって、従来のパレタイジング装置に比べて、区画内のワークピースの位置及び姿勢の検出精度を向上させることができる。

なお、この場合、制御装置は、カメラ座標系区画データと、ロボットアーム座標系区画データと、キャリブレーションデータと、前記区画に格納されているワークピースの座標であって、カメラ座標系における前記ワークピースの座標を表すカメラ座標系ワークデータ（ｕ_Ｗ，ｖ_Ｗ）と、に基づいて、前記区画に格納されている前記ワークピースの座標であって、ロボットアーム座標系における前記ワークピースの座標を表すロボットアーム座標系ワークデータ（ｘ_Ｗ，ｙ_Ｗ）を計算し、前記計算したロボットアーム座標系ワークデータに基づいて、前記区画に格納されているワークピースが搬出されるように、ロボットアームを制御するとよい。

また、本発明の他の特徴は、カメラがロボットアームに取り付けられているパレタイジング装置としたことにある。

上記従来のパレタイジング装置においては、ワークピースを各区画に搬入出する際に使用されるステージの下方にカメラが設置されており、カメラは移動することができない。この場合には、キャリブレーションデータを設定する際、ステージ上のワークピース（又はワークピースを格納したパレット）を取り除いて、キャリブレーションデータを設定するための部品、装置などをステージに載置する必要がある。しかし、本発明においては、カメラがロボットアームに取り付けられているので、ワークピース（又はワークピースを格納したパレット）が載置されたステージとは別の場所でキャリブレーションデータを設定するための処理を実行できる。

本発明においては、キャリブレーションデータを設定する際に用いる領域は、前記所定の領域よりも小さい。よって、前記小さな領域を撮影した画像の解像度は、前記小さな領域よりも広い前記所定の領域を撮影した画像の解像度よりも高い。したがって、本発明によれば、従来のパレタイジング装置に比べて、キャリブレーションデータの精度を向上させることができる。例えば、前記小さな領域と前記区画の面積が略同一であれば、ワークピースを前記区画に搬入出するために必要かつ十分な精度でキャリブレーションデータを設定できる。

本発明の一実施形態に係るパレタイジング装置の概略図である。 図１のパレタイジング装置の平面図である。 ワークピースの斜視図である。 ワークピースを保持した状態を示す斜視図である。 保持装置及びカメラの斜視図である。 トレイの平面図である。 キャリブレーション処理のフローチャートである。 マスターワークを載置する座標を示す図である。 キャリブレーションステージを撮影する際のロボットアームの姿勢を示す側面図である。 キャリブレーションステージを撮影した画像を示す図である。 パレタイジング処理におけるロボットアーム座標系とカメラ座標系との関係を示す図である。 パレタイジング処理のフローチャートである。 パレットの１つの区画を撮影した画像を示す図である。

本発明の一実施形態に係るパレタイジング装置１について説明する。まず、パレタイジング装置１の概略について簡単に説明しておく。パレタイジング装置１は、図１に示すように、フレーム１０、パレット２０、ロボットアーム３０、カメラ４０、コンベア５０、及び制御装置６０を含む。図２に示すように、パレタイジング装置１は、パレット２０内のワークピースＷを取り出してコンベア５０に載置するという作業を繰り返す。なお、図２においては、ロボットアーム３０の一部（ベース３１）のみを図示している。

つぎに、パレタイジング装置１の構成について具体的に説明する。フレーム１０は、メインステージ１１、パレットステージ１２、キャリブレーションステージ１３を有する（図１参照）。メインステージ１１は、平面視において長方形を呈する天板１１１と、天板１１１を支持する脚１１２からなる。天板１１１の上面にパレットステージ１２、キャリブレーションステージ１３及びロボットアーム３０が取り付けられている。

パレットステージ１２は、平面視において長方形を呈する天板１２１と、天板１２１を支持する脚１２２からなる。天板１２１の上面は平面状である。ただし、天板１２１の上面であって、天板１２１の向かいあう１組の角部に、上方へ突出したパレットガイド１２３，１２３が設けられている（図２参照）。パレットガイド１２３は、天板１２１の長辺に沿って延びる凸部１２３ａと天板１２１の短辺に沿って延びる凸部１２３ｂとからなる。凸部１２３ａ及び凸部１２３ｂの延設方向に垂直な断面は長方形を呈する。後述するように、天板１２１の上面にパレット２０が載置されるが、パレットガイド１２３，１２３は、パレット２０の位置決め部材として機能する。

キャリブレーションステージ１３は、平面視において矩形を呈する天板１３１と、天板１３１を支持する脚１３２からなる（図１参照）。天板１３１の上面は平面状である。キャリブレーションステージ１３の天板１３１は、パレットステージ１２の天板１２１よりも小さい。キャリブレーションステージ１３は、詳しくは後述するように、ロボットアーム３０の座標系とカメラ４０の座標系との関係を表すキャリブレーションデータを設定する際に利用される。

パレット２０は、浅い箱状に形成されている。すなわち、パレット２０は、内部に空間を有する直方体であって、その上面は開放されている。パレット２０がパレットステージ１２に載置された状態において、パレット２０の対向する一組の角部の外周面がパレットガイド１２３，１２３に当接する。つまり、パレット２０の短辺に平行な方向の移動が凸部１２３ａ，１２３ａによって規制されるとともに、パレット２０の長辺に平行な方向の移動が凸部１２３ｂ，１２３ｂによって規制される。これにより、天板１２１の上面におけるパレット２０の位置及び姿勢が決定される。パレット２０の内部は、複数の仕切り板（仕切り壁）によって複数の区画Ｄに分割されている。具体的には、パレット２０の短辺方向に沿って６つの区画Ｄが形成され、パレット２０の長辺方向に沿って８つの区画Ｄが形成されている（図２参照）。つまり、パレット２０は、４８個の区画Ｄを有する。なお、上記のキャリブレーションステージ１３の天板１３１の面積及び形状は、パレット２０の１つの区画Ｄの面積及び形状と略同一である。また、このパレタイジング装置１の工程とは別の工程において、パレット２０の各区画Ｄに１つのワークピースＷが予め格納されている。

ここでワークピースＷについて説明しておく。ワークピースＷは、図３に示すように、細長い板状の部材である。ワークピースＷの先端側から末端側へ向かうに従って、ワークピースＷの幅方向（ワークピースＷの長手方向及び板厚方向に垂直な方向）の寸法が徐々に大きくなっている。ワークピースＷの平面視において、ワークピースＷの先端及び末端は、円弧状を呈する。また、ワークピースＷの末端側の部分には、ワークピースＷの板厚方向に貫通する貫通孔Ｈが形成されている。

なお、ワークピースＷがパレット２０に格納された状態において、各ワークピースＷの板厚方向が鉛直方向に一致しているが、各区画におけるワークピースＷの位置及び姿勢は統一されていない（図２参照）。全ての区画にワークピースＷが格納されたパレット２０が、パレットステージ１２の天板１２１の上面に載置される。ロボットアーム３０によってパレット２０内の全てのワークピースＷが取り出されて空になったパレット２０は、パレットステージ１２から取り除かれ、次のパレット２０がパレットステージ１２に載置される。なお、このパレット２０の交換作業は、パレタイジング装置１とは別の装置により実行される。

ロボットアーム３０は、周知の垂直多関節型ロボットである。すなわち、ロボットアーム３０は、各関節に対応したサーボモータを備えている。関節を介して接続された部位同士の角度をサーボモータによって変更することができる。これにより、ロボットアーム３０の姿勢を任意に設定可能である。以下、ロボットアーム３０の具体的構成について説明する。ロボットアーム３０は、ベース３１、旋回ボディ３２、第１アーム３３、第２アーム３４、第３アーム３５及びロボットハンド３６を有する（図１参照）。

ベース３１は、円柱状に形成されていて、メインステージ１１の天板１１１の上面に固定されている。ベース３１の中心軸の方向が鉛直方向に一致している。ベース３１の上面の中心が、ロボットアーム３０の座標系の原点Ｏ_ｒである（図１及び図２参照）。ロボットアーム３０の座標軸Ｘ、座標軸Ｙ及び座標軸Ｚは、原点Ｏ_ｒにて互いに直交する。座標軸Ｚは、鉛直方向に一致している。パレット２０の短辺方向及び長辺方向は、座標軸Ｘ及び座標軸Ｙにそれぞれ一致している。以下の説明において、ロボットアーム３０の座標系をロボットアーム座標系と呼ぶ。また、ロボットアーム座標系における「Ａ」の座標を「Ａ（ｘ_Ａ，ｙ_Ａ，ｚ_Ａ）」のように標記する。

旋回ボディ３２は、円柱状に形成されていて、ベース３１の上面に取り付けられている。旋回ボディ３２は、座標軸Ｚのまわりに回動可能である。

第１アーム３３は、長尺状に形成され、その長手方向における末端部が旋回ボディ３２の上部に取り付けられている。第１アーム３３は、旋回ボディ３２の径方向に平行な方向に延びる軸のまわりに回動可能である。

第２アーム３４は、長尺状に形成され、その長手方向における末端部が第１アーム３３の長手方向における先端部に取り付けられている。第２アーム３４は、旋回ボディ３２の径方向に平行な方向に延びる軸のまわりに回動可能である。

第３アーム３５は、長尺状に形成され、その長手方向における末端部が第２アーム３４の長手方向における先端部に取り付けられている。第３アーム３５の末端面が第２アーム３４の先端面に対向している。第３アーム３５は、第２アーム３４の長手方向（第２アーム３４の中心軸方向）に延びる軸のまわりに回動可能である。

ロボットハンド３６は、長尺状に形成され、その長手方向における末端部が第３アーム３４の長手方向における先端部に取り付けられている。ロボットハンド３６は、第３アーム３４の長手方向に垂直な方向に延びる軸のまわりに回動可能である。

ロボットハンド３６の先端部には、各種工具、装置などが着脱可能である。本実施形態では、ワークピースＷを保持する保持装置３７が着脱可能にロボットハンド３６の先端部に取り付けられている。保持装置３７は、円柱状に形成された基部３７１と、基部３７１の先端面に設けられた３つの指部３７２からなる。ロボットハンド３６には、基部３７１をロボットハンド３６の中心軸のまわりに回転させる回動装置が設けられている。３つの指部３７２は、基部３７１の周方向に互いに１２０°の間隔をおいて、基部３７１の先端面に取り付けられている。指部３７２は、基部３７１の径方向に移動可能である。

ロボットアーム３０は、次のようにしてワークピースＷを保持する。まず、３つの指部３７２を基部３７１の径方向における中心側へ移動させて、３つの指部３７２が互いに近接した状態に設定する。つぎに、ワークピースＷの貫通孔Ｈに３つの指部３７２の先端部を挿入する。つぎに、３つの指部３７２を基部３７１の径方向における中心側とは反対側へ移動させて、３つの指部３７２を貫通孔Ｈの内周面に押し当てる（図４参照）。これにより、ワークピースＷがロボットアーム３０に保持される。

カメラ４０は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）によって構成されたデジタルカメラである。ロボットハンド３６には、カメラ４０をロボットハンド３６の中心軸のまわりに回転させる回動装置が設けられていて、この回動装置にカメラ４０が取り付けられている。カメラ４０の光軸は、ロボットハンド３６の長手方向に平行である。カメラ４０のレンズがロボットアーム３０の先端側へ向けられている。また、カメラ４０は、撮影対象物を照らす照明装置を備える。なお、基部３７１の回動装置とカメラ４０の回動装置が別々に設けられている。つまり、図５に示すように、基部３７１とカメラ４０とを独立して回動させることができる。

以下の説明において、カメラ４０にて撮影した画像の左下をカメラ４０の座標系の原点Ｏ_ｃとする（図１０及び図１３参照）。カメラ４０の座標軸Ｕ及び座標軸Ｖは、原点Ｏ_ｃにて互いに直交する。座標軸Ｕは、画像の横方向に一致している。また、座標軸Ｖは、画像の縦方向に一致している。以下の説明において、カメラ４０の座標系をカメラ座標系と呼ぶ。また、カメラ座標系における「Ａ」の座標を「Ａ（ｕ_Ａ，ｖ_Ａ）」のように標記する。

コンベア５０は、ロボットアーム３０によってパレット２０から取り出されたワークピースＷを載置するトレイ５１と、図示しないモータによって駆動されてトレイ５１を次の工程へ搬送するベルト５２とを備える（図１参照）。トレイ５１の搬送方向は、座標軸Ｘに平行である。トレイ５１は平板状に形成されている。図６に示すように、トレイ５１には、ワークピースＷの位置及び姿勢を規定するワークピースガイド５１１が設けられている。つまり、図６において座標軸Ｘに平行な方向に対して反時計まわりに角度θ_０だけ回転した方向へワークピースＷの先端が向けられた状態で、ワークピースＷがトレイ５１に載置される。

制御装置６０は、演算装置、記憶装置、入力装置、表示装置などを備えたコンピュータ装置である。制御装置６０は、所定のコンピュータプログラムに従って、ロボットアーム３０、カメラ４０及びコンベア５０を制御する。つまり、制御装置６０は、所定のコンピュータプログラムに従って、ロボットアーム３０の姿勢を所定の姿勢に設定して、ロボットアーム３０の先端（３つの指部３７２を閉じた状態における指部３７２の先端）の位置を所定の位置に設定する。また、制御装置６０は、所定のコンピュータプログラムに従って、ロボットハンド３６の中心軸まわりのカメラ４０の回動位置を制御するとともに、カメラ４０に対象物を撮影させ、その画像データを取得して、前記取得した画像データを解析する。また、制御装置６０は、所定のコンピュータプログラムに従って、ベルト５２を駆動するモータを回転させてトレイ５１を搬送する。

つぎに、パレタイジング装置１の動作について説明する。パレタイジング装置１が設置されたとき、ロボットアーム座標系とカメラ座標系とを対応付ける必要がある。つまり、両座標系の関係を表すキャリブレーションデータ（後述するキャリブレーション係数α_ｘ及びキャリブレーション係数α_ｙ、並びに角度θ_Ｒ−Ｃ）を設定する必要がある。以下、キャリブレーションデータを設定するキャリブレーション処理について説明する。

ユーザが入力装置を用いてキャリブレーション処理の開始を指示すると、制御装置６０は、図７に示すステップＳ１００にて、キャリブレーション処理を開始する。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ１０１にて、初期化処理を実行する。具体的には、制御装置６０は、ロボットアーム３０の姿勢を所定の初期状態に設定するとともに、ロボットハンド３６の中心軸まわりのカメラ４０の回動位置を所定の初期位置に設定する。

つぎに、制御装置６０は、ステップＳ１０２にて、ロボットアーム３０に、キャリブレーション用のワークピースであるマスターワークＭＷを保持させ、キャリブレーションステージ１３の天板１３１における第１ポイントＰ１に載置させる（図８参照）。なお、マスターワークＭＷは、円環状に形成されている。初期状態において、マスターワークＭＷは、所定の位置（例えば、天板１３１の中央）に載置されている（図２参照）。また、ロボットアーム座標系における第１ポイントＰ１の座標Ｐ１（ｘ_Ｐ１，ｙ_Ｐ１，ｚ_Ｐ１）は予め設定されている。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ１０３にて、ロボットアーム３０を所定の姿勢に設定し、カメラ４０にキャリブレーションステージ１３を撮影させる。具体的には、図９に示すように、キャリブレーションステージ１３の天板１３１の中心の直上にロボットアーム３０の先端を位置させる。この際、制御装置６０は、カメラ４０が下方を向くように、ロボットアーム３０の姿勢を設定する。また、ロボットアーム３０の先端と天板１３１との距離Δｚは、天板１３１の全体がカメラ４０の画角内に収まり、且つピントが合うような値に予め設定されている。制御装置６０は、撮影された画像を表す画像データをカメラ４０から取得する。

つぎに、制御装置６０は、ステップＳ１０４にて、カメラ座標系における第１ポイントＰ１の座標を検出する。すなわち、制御装置６０は、前記取得した画像データ及び周知の画像認識技術を用いて、カメラ座標系におけるマスターワークＭＷの中心座標を検出し、座標Ｐ１（ｕ_Ｐ１，ｖ_Ｐ１）として記憶する（図１０参照）。なお、上記のように、ロボットハンド３６の中心軸まわりのカメラ４０の回動位置が所定の初期位置に設定されているが、この状態では、ロボットアーム座標系の座標軸Ｘ（座標軸Ｙ）の方向と、カメラ座標系の座標軸Ｕ（座標軸Ｖ）の方向とがずれている可能性が高い。図１０に示す例においては、ロボットアーム座標系の座標軸Ｘ（座標軸Ｙ）の方向に対し、カメラ座標系の座標軸Ｕ（座標軸Ｖ）の方向が時計回りに角度θ_Ｒ−Ｃだけずれている。

つぎに、制御装置６０は、ステップＳ１０５にて、ロボットアーム３０に、マスターワークＭＷを保持させ、第１ポイントＰ１から座標軸Ｘに平行な方向に「Δｘ」だけずれた第２ポイントＰ２に移動させる（図８参照）。つまり、制御装置６０は、マスターワークＭＷを座標Ｐ２（ｘ_Ｐ２，ｙ_Ｐ２，ｚ_Ｐ２）に載置させる。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ１０６にて、ロボットアーム３０を所定の姿勢に設定し、カメラ４０にキャリブレーションステージ１３を撮影させて、その画像データを取得する。ステップＳ１０６におけるロボットアーム３０の姿勢及びカメラ４０の回動位置は、ステップＳ１０３におけるロボットアーム３０の姿勢及びカメラ４０の回動位置と同一である。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ１０７にて、カメラ座標系における第２ポイントＰ２の座標を検出する。すなわち、制御装置６０は、前記取得した画像データ及び周知の画像認識技術を用いて、カメラ座標系におけるマスターワークＭＷの中心座標を検出して、座標Ｐ２（ｕ_Ｐ２，ｖ_Ｐ２）として記憶する（図１０参照）。

つぎに、制御装置６０は、ステップＳ１０８にて、ロボットアーム３０に、マスターワークＭＷを保持させ、第１ポイントＰ１から座標軸Ｙに平行な方向にΔｙだけずれた第３ポイントＰ３に移動させる（図８参照）。つまり、制御装置６０は、マスターワークＭＷを座標Ｐ３（ｘ_Ｐ３，ｙ_Ｐ３，ｚ_Ｐ３）に載置させる。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ１０９にて、ロボットアーム３０を所定の姿勢に設定し、カメラ４０にキャリブレーションステージ１３を撮影させて、その画像データを取得する。ステップＳ１０９におけるロボットアーム３０の姿勢及びカメラ４０の回動位置は、ステップＳ１０３におけるロボットアーム３０の姿勢及びカメラ４０の回動位置と同一である。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ１１０にて、カメラ座標系における第３ポイントＰ３の座標を検出する。すなわち、制御装置６０は、前記取得した画像データ及び周知の画像認識技術を用いて、カメラ座標系におけるマスターワークＭＷの中心座標を検出して、座標Ｐ３（ｕ_Ｐ３，ｖ_Ｐ３）として記憶する（図１０参照）。

ここで、座標Ｐ１（ｕ_Ｐ１，ｖ_Ｐ１）と座標Ｐ２（ｕ_Ｐ２，ｖ_Ｐ２）を結ぶ直線は、ロボットアーム座標系においては座標軸Ｘに平行である。また、座標Ｐ１（ｕ_Ｐ１，ｖ_Ｐ１）と座標Ｐ３（ｕ_Ｐ３，ｖ_Ｐ３）を結ぶ直線は、ロボットアーム座標系においては座標軸Ｙに平行である。座標Ｐ１（ｕ_Ｐ１，ｖ_Ｐ１）と座標Ｐ２（ｕ_Ｐ２，ｖ_Ｐ２）との距離Δｄ_１−２がロボットアーム座標系における距離Δｘに対応している。また、座標Ｐ１（ｕ_Ｐ１，ｖ_Ｐ１）と座標Ｐ３（ｕ_Ｐ３，ｖ_Ｐ３）との距離Δｄ_１−３がロボットアーム座標系における距離Δｙに対応している。制御装置６０は、ステップＳ１１１にて、前記検出した座標Ｐ１（ｕ_Ｐ１，ｖ_Ｐ１）、座標Ｐ２（ｕ_Ｐ２，ｖ_Ｐ２）、及び座標Ｐ３（ｕ_Ｐ３，ｖ_Ｐ３）に基づいて、キャリブレーション係数α_ｘ及びキャリブレーション係数α_ｙを計算する。キャリブレーション係数α_ｘは、距離Δｄ_１−２と距離Δｘの比に相当し、キャリブレーション係数α_ｙは、距離Δｄ_１−３と距離Δｙの比に相当する。具体的には、キャリブレーション係数α_ｘ及びキャリブレーション係数α_ｙは、下記の式（１）及び式（２）に基づいてそれぞれ計算される。

つぎに、制御装置６０は、ステップＳ１１２にて、前記検出した座標Ｐ１（ｕ_Ｐ１，ｖ_Ｐ１）、座標Ｐ２（ｕ_Ｐ２，ｖ_Ｐ２）、及び座標Ｐ３（ｕ_Ｐ３，ｖ_Ｐ３）に基づいて、ロボットアーム座標系に対するカメラ座標系の角度θ_Ｒ−Ｃを計算する。具体的には、角度θ_Ｒ−Ｃは、下記の式（３）又は式（４）に基づいて計算される。

つぎに、制御装置６０は、ステップＳ１１３にて、カメラ４０を、ロボットハンド３６の中心軸まわりに角度θ_Ｒ―Ｃだけ回動させて、ロボットアーム３０の座標軸Ｘ（座標軸Ｙ）の方向とカメラ４０の座標軸Ｕ（座標軸Ｖ）の方向を一致させる。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ１１４にて、キャリブレーション処理を終了する。

つぎに、パレット２０内のワークピースＷを取り出してコンベア５０に載置するパレタイジング処理について説明する。この処理においては、制御装置６０は、カメラ４０が常に下方へ向けられた状態になるようにロボットアーム３０の姿勢を制御する。さらに、制御装置６０は、図１１に示すように、座標軸Ｘ（座標軸Ｙ）と座標軸Ｕ（座標軸Ｖ）が常に平行である（ロボットアーム座標系に対するカメラ座標系の角度θ_Ｒ―Ｃが常に０°である）ように、カメラ４０の回動装置を制御する。つまり、制御装置６０は、ロボットアーム３０（旋回ボディ３２）を座標軸Ｚのまわりに角度θだけ回動させたとき、カメラ４０をロボットアーム３０の回動方向とは逆方向へ角度θだけ回動させる。

ユーザが入力装置を用いてパレタイジング処理の開始を指示すると、制御装置６０は、図１２に示すステップＳ２００にてパレタイジング処理を開始する。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ２０１にて、初期化処理を実行する。この初期化処理において、ユーザは、入力装置を用いて、パレット２０の区画に関する情報を入力する。具体的には、ユーザは、パレット２０の長辺方向の分割数及び短辺方向の分割数を入力する。なお、パレット２０の寸法及びロボットアーム座標系におけるパレット２０の座標（例えば、パレット２０の中心の座標、パレット２０の角部の座標など）は予め設定されている。制御装置６０は、前記入力された分割数、並びに予め設定されているパレット２０の寸法及び座標に基づいて、ロボットアーム座標系における各区画Ｄの中心の座標Ｄ（ｘ_Ｄ，ｙ_Ｄ，ｚ_Ｄ）を計算する。座標Ｄ（ｘ_Ｄ，ｙ_Ｄ，ｚ_Ｄ）は、本発明のロボットアーム座標系区画データに相当する。

つぎに、制御装置６０は、ステップＳ２０２にて、処理対象として設定する１つの区画Ｄを選択する。このとき、未だワークピースＷが取り出されていない区画のうちの１つの区画Ｄを選択する。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ２０３にて、ロボットハンド３６を、前記選択した区画Ｄの中心の直上に移動させる。なお、この際のロボットアーム３０の先端と前記選択した区画Ｄとの距離は、キャリブレーション処理のステップＳ１０３におけるロボットアーム３０の先端と天板１３１との距離Δｚと同一である。上記のように、天板１３１の面積及び形状は、１つの区画Ｄの面積及び形状と略同等であるので、ロボットアーム３０がこの姿勢に設定されれば、前記選択した区画Ｄの全体がカメラ４０の画角内に収まり、且つピントが合う。

つぎに、制御装置６０は、ステップＳ２０４にて、カメラ４０に、前記選択した区画Ｄの全体を撮影させ、その画像データを取得する。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ２０５にて、前記取得した画像データ及び周知の画像認識技術を用いて、カメラ座標系におけるワークピースＷの座標Ｗ（ｕ_ｗ，ｖ_ｗ）を検出して記憶する（図１３参照）。なお、ワークピースＷの座標とは、ワークピースＷの貫通孔Ｈの中心の座標を意味する。座標Ｗ（ｕ_ｗ，ｖ_ｗ）は、本発明のカメラ座標系ワークデータに相当する。

つぎに、制御装置６０は、ステップＳ２０６にて、前記取得した画像データ及び周知の画像認識技術を用いて、カメラ座標系における前記選択した区画Ｄの中心の座標Ｄ（ｕ_Ｄ，ｖ_Ｄ）を検出して記憶する（図１３参照）。座標Ｄ（ｕ_Ｄ，ｖ_Ｄ）は、本発明のカメラ座標系区画データに相当する。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ２０７にて、座標Ｗ（ｕ_Ｗ，ｖ_Ｗ）及び座標Ｄ（ｕ_Ｄ，ｖ_Ｄ）、並びにキャリブレーション係数α_ｘ及びキャリブレーション係数α_ｙを用いて、ロボットアーム座標系におけるワークピースＷの座標Ｗ（ｘ_Ｗ，ｙ_Ｗ，ｚ_Ｗ）を、下記の式（５）に従って計算する。なお、「ｚ_Ｗ」は、座標Ｄ（ｘ_Ｄ，ｙ_Ｄ，ｚ_Ｄ）の座標軸Ｚの方向の成分である「ｚ_Ｄ」と同一である。座標Ｗ（ｘ_Ｗ，ｙ_Ｗ，ｚ_Ｗ）は本発明のロボットアーム座標系ワークデータに相当する。

つぎに、制御装置６０は、ステップＳ２０８にて、前記取得した画像データ及び周知の画像認識技術を用いて、ワークピースＷの向きを検出する。すなわち、制御装置６０は、カメラ座標系におけるワークピースＷの長手方向と座標軸Ｕとの間の角度θ_Ｗを検出する。

つぎに、制御装置６０は、ステップＳ２０９にて、ロボットアーム３０の先端を座標Ｗ（ｘ_Ｗ，ｙ_Ｗ，ｚ_Ｗ）に移動させる。そして、ロボットアーム３０に、ワークピースＷを持ち上げさせ、ロボットアーム３０の先端をトレイ５１の上方に移動させる。なお、ロボットアーム座標系におけるトレイ５１の座標は予め設定されている。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ２１０にて、トレイ５１にワークピースＷを載置する際のワークピースＷの角度θ_０（図６参照）と前記検出した角度θ_Ｗ（図１３参照）との差分だけ、保持装置３７の基部３７１を回転させる。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ２１１にて、ロボットアーム３０の先端を降下させ、ワークピースＷをトレイ５１に載置させる。つぎに、制御装置６０は、ステップＳ２１２にて、トレイ５１を次の工程へ搬送させ、空のトレイ５１を予め設定された座標に搬入させる。

つぎに、制御装置６０は、ステップＳ２１３にて、全てのワークピースＷがパレット２０から取り出されたか否かを判定する。すなわち、ワークピースＷがパレット内に残っている場合（ステップＳ２０２乃至ステップＳ２１２からなる一連の処理が実行された回数が区画数より小さいとき）、制御装置６０は、「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ２０２に処理を進める。この場合において、前回選択した区画Ｄと、今回以降に選択する区画Ｄとの相対的な位置関係は、パレット２０の長辺方向の分割数及び短辺方向の分割数、パレット２０の寸法により、予め定められている。従って、前回選択した区画Ｄと今回選択する区画Ｄとの間における相対的な位置関係に基づいて、ロボットハンド３６を、今回選択した区画Ｄの中心の直上に移動させることができる。一方、全てのワークピースＷがパレット２０から取り出された場合（つまり、ステップＳ２０２乃至ステップＳ２１２からなる一連の処理が区画数と同じ回数だけ繰り返されたとき）、制御装置６０は、「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ２１４にて、パレタイジング処理を終了する。

上記のように、パレタイジング装置１においては、制御装置６０は、パレタイジング処理において、パレット２０の全体ではなく、１つの区画Ｄを撮影して、ワークピースＷの位置及び向きを検出している。このようにして撮影した１つの区画Ｄの画像の解像度（ロボットアーム座標系における単位長さ（又は単位面積）あたりのピクセル数）は、上記従来のパレタイジング装置のようにステージ全体を撮影した画像に比べて高い。したがって、高解像度のカメラを用いなくても、従来のパレタイジング装置に比べて、ワークピースＷの検出精度を向上させることができる。また、上記従来のパレタイジング装置に比べて撮影範囲が狭いので、カメラ４０の視野角が比較的小さく、画像の周縁部の歪みが比較的小さい。たとえ、撮影した画像の周縁部が歪んだとしても、区画Ｄの外側の部分乃至区画Ｄの周縁部の一部が歪むだけであって、区画Ｄの内側の部分には歪みがほとんど発生しない。したがって、従来のパレタイジング装置に比べて、区画Ｄ内のワークピースＷの位置及び姿勢の検出精度を向上させることができる。

また、キャリブレーションステージ１３の上にマスターワークＭＷを載置し、キャリブレーションステージ１３を撮影した画像に基づいてキャリブレーション係数α_ｘ及びキャリブレーション係数α_ｙ、並びに角度θ_Ｒ−Ｃを計算している。キャリブレーションステージ１３は、パレット２０の１つの区画Ｄと同等の面積及び形状を有している。よって、キャリブレーションステージ１３を撮影した画像の解像度は、パレタイジング処理において１つの区画Ｄを撮影した画像の解像度と略同一である。したがって、パレタイジング処理に必要かつ十分な精度でキャリブレーション係数α_ｘ及びキャリブレーション係数α_ｙ、並びに角度θ_Ｒ−Ｃを計算できる。

また、従来のパレタイジング装置のように、カメラ４０がフレーム１０に固定されていて、パレットステージ１２へカメラが向けられている場合には、キャリブレーション処理においてパレット２０を取り除いてパレットステージ１２にマスターワークＭＷを載置する必要がある。しかし、本実施形態では、カメラ４０がロボットアーム３０に取り付けられており、キャリブレーションステージ１３がパレットステージ１２とは別の場所に設けられている。したがって、パレタイジング処理の途中でキャリブレーション処理を実行する必要が生じた場合であっても、パレット２０をパレットステージ１２から取り除く必要がない。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態より多くのマスターワークＭＷの撮影ポイントを設定し、各撮影ポイントの画像に基づいて、上記実施形態より多くのキャリブレーション係数を計算しておき、それらの平均値をキャリブレーション係数α_ｘ及びキャリブレーション係数α_ｙとして採用しても良い。

また、上記実施形態では、キャリブレーション処理のステップＳ１１３にて、カメラ４０を回動させて、座標軸Ｘ（座標軸Ｙ）の方向と座標軸Ｕ（座標軸Ｖ）の方向を一致させている。しかし、ステップＳ１１３においてカメラ４０を回動させなくてもよい。すなわち、パレタイジング処理において、座標軸Ｘ（座標軸Ｙ）の方向と座標軸Ｕ（座標軸Ｖ）の方向とが常に角度θ_Ｒ−Ｃだけずれた状態になるように、制御装置６０がカメラ４０の回動装置を制御しても良い。この場合、パレタイジング処理のステップＳ２０７において、上記従来のパレタイジング装置と同様に、角度θ_Ｒ−Ｃを考慮して、ロボットアーム座標系におけるワークピースＷの座標を計算すればよい。

また、上記実施形態では、カメラ４０がロボットアーム３０に取り付けられているが、カメラ４０を移動させるための装置が、ロボットアーム３０とは別に設けられていてもよい。この場合、ワークピースＷをパレット２０から取り出す前に、まず、各区画Ｄの画像を撮影して各区画ＤにおけるワークピースＷの位置及び向きを検出してその結果を記憶しておき、その検出結果に基づいて各区画ＤからワークピースＷを順に取り出してもよい。

また、カメラ４０をフレーム１０に固定しておき、パレット２０を移動させて各区画Ｄの画像を撮影してもよい。

また、上記のパレタイジング装置１は、各区画ＤからワークピースＷを搬出して、所定の位置に設置されたトレイ５１にワークピースＷを載置する装置であるが、これとは逆に、所定の位置に載置されたワークピースＷを各区画Ｄに搬入する装置としてもよい。

また、ワークピースＷ及びマスターワークＭＷの形状は上記実施形態に限られない。また、ワークピースＷ及びマスターワークＭＷの保持装置３７の構成は上記実施形態に限られない。例えば、保持装置３７は、ワークピースＷの幅方向における両端部（側面部）を指部３７２で挟み込むようにして、ワークピースＷを保持してもよい。また、保持装置３７は、ワークピースＷを吸引して保持してもよい。

１・・・パレタイジング装置、１０・・・フレーム、１１・・・メインステージ、１２・・・パレットステージ、１３・・・キャリブレーションステージ、２０・・・パレット、３０・・・ロボットアーム、３１・・・ベース、３２・・・旋回ボディ、３３・・・第１アーム、３４・・・第２アーム、３５・・・第３アーム、３６・・・ロボットハンド、３７・・・保持装置、４０・・・カメラ、５０・・・コンベア、５１・・・トレイ、５２・・・ベルト、６０・・・制御装置、３７１・・・基部、３７２・・・指部、Ｄ・・・区画、ＭＷ・・・マスターワーク、Ｐ１・・・第１ポイント、Ｐ２・・・第２ポイント、Ｐ３・・・第３ポイント、Ｘ，Ｙ，Ｚ・・・座標軸（ロボットアーム座標系）、Ｕ，Ｖ・・・座標軸（カメラ座標系）、Ｗ・・・ワークピース、α_ｘ，α_ｙ・・・キャリブレーション係数

Claims (3)

1. 所定の領域を分割して形成された複数の区画を有するパレットが載置されるパレットステージと、
   前記パレットの各区画にワークピースを搬入出可能なロボットアームと、
   前記複数の区画の画像を区画ごとに撮影するカメラと、
   カメラ座標系における前記区画の座標を表すカメラ座標系区画データと、前記カメラ座標系とは異なる座標系であるロボットアーム座標系における前記区画の座標を表すロボットアーム座標系区画データと、予め設定されたデータであって、前記カメラ座標系と前記ロボットアーム座標系との関係を表すキャリブレーションデータと、に基づいて、前記区画に前記ワークピースが搬入出されるように、前記ロボットアームを制御する制御装置と、
   前記パレットステージとは別の場所に配置されたキャリブレーションステージと、を備え、
   前記制御装置は、前記キャリブレーションステージ上における、前記所定の領域よりも小さな領域内の複数箇所であって、前記ロボットアーム座標系における位置が既知である複数箇所にマスターワークをそれぞれ載置させ、前記載置された前記マスターワークを前記カメラで撮影して得られた画像に基づいて前記キャリブレーションデータを設定する、
   パレタイジング装置。
2. 請求項１に記載のパレタイジング装置において、
   前記制御装置は、前記カメラ座標系区画データと、前記ロボットアーム座標系区画データと、前記キャリブレーションデータと、前記区画に格納されている前記ワークピースの座標であって、前記カメラ座標系における前記ワークピースの座標を表すカメラ座標系ワークデータと、に基づいて、前記区画に格納されている前記ワークピースの座標であって、前記ロボットアーム座標系における前記ワークピースの座標を表すロボットアーム座標系ワークデータを計算し、前記計算したロボットアーム座標系ワークデータに基づいて、前記区画に格納されている前記ワークピースが搬出されるように、前記ロボットアームを制御する、パレタイジング装置。
3. 請求項１又は２に記載のパレタイジング装置において、
   前記カメラが前記ロボットアームに取り付けられている、パレタイジング装置。
   

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