TW202419237A - 工件取出裝置、工件取出方法及控制裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種有效率地取出貨櫃內之工件之工件取出裝置、取出方法及控制裝置。工件取出裝置包含：機器人，其搭載取出貨櫃內之工件之手部；形狀設定部，其設定手部、貨櫃及工件之形狀；感測器，其構成為檢測貨櫃及貨櫃內之工件；取出位置姿勢決定部，其求得以手部取出檢測出之工件時之手部之取出位置及取出姿勢；中繼位置決定部，其在進行取出檢測出之工件之動作時，決定手部位於貨櫃之上方且為內側、手部之姿勢成為取出姿勢之中繼位置；及動作控制部，其僅藉由使手部自中繼位置並進移動而移動至前述取出位置。
Description
本發明之實施形態係關於一種工件取出裝置、工件取出方法及控制裝置。
先前，周知一種辨識散裝之物品之位置及姿勢，使用機器人取出辨識之物品之裝置。作為此種裝置，已知對於以相機拍攝散裝之物品而獲得之二維圖像或以三維測定機進行測定而獲得之三維點集合，使用圖案匹配而辨識物品之位置之裝置(例如參照專利文獻1及2)。
又，已知無需進行圖案匹配，可使用各種三維測定機，辨識散裝之物品之位置及姿勢並取出物品之物品取出裝置(例如參照專利文獻3)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2004-295223號公報
[專利文獻2] 日本特開2011-179909號公報
[專利文獻3] 日本特開2015-089590號公報
[發明所欲解決之課題]
散裝於貨櫃內之工件呈各種姿勢。在以機器人取出各種姿勢之工件時，需要配合工件之姿勢使搭載於機器人之手部傾斜。然而，若在即將取出工件之前配合工件之姿勢而變更手部之姿勢，則有在姿勢變更之動作中手部與貨櫃或位於取出對象之工件之周圍之工件干擾之情形。
有以三維之視覺感測器等檢測可能干擾機器人之障礙物之方法，但可由視覺感測器取得之資訊係貨櫃之上表面之表面性之資訊，進而亦有在以三維之視覺感測器取得三維資料方面失敗之情形。因此，難以使用視覺感測器確實地預測並避免干擾。
再者，亦提倡以機器人不與周圍環境干擾之方式求得機器人之移動軌跡之自動路徑產生技術，但為了實現其而需要高性能之運算處理裝置、及大量之處理時間。
[解決課題之技術手段]
本揭示之一態樣之工件取出裝置包含：機器人，其搭載取出貨櫃內之工件之手部；形狀設定部，其設定前述手部、前述貨櫃及前述工件之形狀；感測器，其構成為檢測前述貨櫃及前述貨櫃內之工件；取出位置姿勢決定部，其求得以前述手部取出檢測出之工件時之前述手部之取出位置及取出姿勢；中繼位置決定部，其在進行取出前述檢測出之工件之動作時，決定前述手部位於前述貨櫃之上方且為內側、前述手部之姿勢成為前述取出姿勢之中繼位置；及動作控制部，其僅藉由使前述手部自前述中繼位置並進移動而移動至前述取出位置。
本揭示之又一態樣之工件取出方法係使用搭載取出貨櫃內之工件之手部之機器人的工件取出方法；且包含如下步驟：設定前述手部、前述貨櫃及前述工件之形狀；檢測前述貨櫃及前述貨櫃內之工件；求得以前述手部取出檢測出之工件時之前述手部之取出位置及取出姿勢；在進行取出前述檢測出之工件之動作時，決定前述手部位於前述貨櫃之上方且為內側、前述手部之姿勢成為前述取出姿勢之中繼位置；及僅藉由使前述手部自前述中繼位置並進移動而移動至前述取出位置。
本揭示之再一態樣之控制裝置係控制構成為檢測搭載取出貨櫃內之工件之手部之機器人、以及前述貨櫃及前述工件的感測器者，且包含：形狀設定部，其設定前述手部、貨櫃及工件之形狀；取出位置姿勢決定部，其求得以前述手部取出檢測出之工件時之前述手部之取出位置及取出姿勢；中繼位置決定部，其在進行取出前述檢測出之工件之動作時，決定前述手部位於前述貨櫃之上方且為內側、前述手部之姿勢成為前述取出姿勢之中繼位置；及動作控制部，其僅藉由使前述手部自前述中繼位置並進移動而移動至前述取出位置。
[發明之效果]
根據本揭示，中繼位置位於貨櫃之上方且為內側，進而手部在中繼位置以後不進行姿勢變化，僅藉由並進移動而靠近取出對象。因此，可進行使手部不與貨櫃或其他工件干擾地有效率之取出動作。
圖1係較佳之實施形態之工件取出裝置之概略構成圖。工件取出裝置10具有：至少1台機器人12；三維視覺感測器14；及控制裝置16，其以有線或無線連接於機器人12及感測器14，控制機器人12及感測器14。
機器人12例如係串列連桿構造之產業用垂直多關節機器人，構成為具有：基座18，其設置於工廠之生產線等之規定場所；回轉主體20，其回轉自如地安裝於基座18；第1手臂(上臂)22，其對於回轉主體20轉動自如地安裝；第2手臂(前臂)24，其對於第1手臂22轉動自如地安裝；手腕部(機械介面)26，其轉動自如地安裝於第2手臂24；及機器人手部28，其安裝於手腕部26；且將隨機地積載於貨櫃30內之工件32逐次1個地取出。
在本實施形態中，三維感測器14構成為基於來自控制裝置16之指令，檢測貨櫃30及貨櫃30內之工件32之位置，例如可使用藉由利用2台2次元相機拍攝到之視差而檢測三維之位置之立體攝影機、或藉由光飛行時間方式而拍攝距離圖像之TOF(Time of Flight，飛行時間)相機等。
機器人12構成為可基於自控制裝置16發送之指令，執行工件之取出等之各種作業。控制裝置16包含處理器及記憶部(記憶體等)，除了機器人12之控制外，亦可控制檢測貨櫃30及貨櫃30內之工件32之感測器14。在本實施形態中，機器人控制裝置16之處理器具有作為如下部分之功能：形狀設定部，其設定手部28、貨櫃30及工件32之形狀；取出位置姿勢決定部，其求得以手部28取出檢測出之工件32時之手部28之取出位置及取出姿勢；中繼位置決定部，其在進行取出檢測出之工件32之動作時，決定手部28位於貨櫃30之上方且為內側、手部28之姿勢成為取出姿勢之中繼位置(後述)；及動作控制部，其僅藉由使手部28自中繼位置並進移動而移動至取出位置。然而，本揭示並不限於此，例如，亦可設為如以有線或無線連接於控制裝置16之具有處理器及記憶部(記憶體等)之個人電腦(PC)之計算機(未圖示)產生機器人之動作程式等，將產生之程式等自該計算機發送至控制裝置16。
圖2係顯示在以工件取出裝置10實際取出工件32之前，作為設定而預先進行之處理之一例之流程圖。首先在步驟S1中，設定散裝有工件32之貨櫃30之形狀及尺寸。接著，在步驟S2中，設定機器人手部28之形狀、尺寸、及工具前端點(TCP)等之代表點之位置。
接著，在步驟S3中，設定工件32之形狀及尺寸。最後，在步驟S4中，設定手部28對於工件32之取出位置姿勢、即手部28取出工件32時之手部28對於工件32之位置及姿勢。再者，步驟S1-S4之設定可由使用者經由適當之使用者介面等輸入部(未圖示)進行，亦可由控制裝置14或其他計算機之處理器基於貨櫃、手部及工件之3D模型等自動進行。
圖3係顯示以工件取出裝置10取出工件32時之處理之一例之流程圖。首先，在步驟S11中，取得貨櫃30及貨櫃30內之工件32之三維資料。具體而言，使用感測器14取得貨櫃30及工件32之圖像資料或三維點群。
接著，在步驟S12中，檢測貨櫃30之位置。具體而言，基於使用在步驟S11中取得之貨櫃30之三維資料、以及在上述之步驟S1中設定之貨櫃30之形狀及尺寸的模型匹配等之手法，求得貨櫃30之位置。
接著，在步驟S13中，檢測貨櫃30內之工件32之位置。具體而言，與步驟S12同樣地，基於使用在步驟S11中取得之工件32之三維資料、以及在上述之步驟S3中設定之工件32之形狀及尺寸的模型匹配等之手法，求得工件32之位置。此時，亦可求得工件32之姿勢。
接著，在步驟S14中，求得手部28對於工件32之取出位置姿勢。具體而言，基於在步驟S13中檢測出之工件32之位置(或位置及姿勢)、及在上述之步驟S4中設定之手部之取出位置姿勢，求得取出檢測出之工件32時之手部28之取出位置及取出姿勢。
接著，在步驟S15中，求得手部28到達在步驟S14中求得之取出位置應經由之中繼位置。本實施例之中繼位置係指手部28(之代表點等)到達取出對象之工件32必須經由之位置，在該中繼位置，手部28以呈上述之取出姿勢之狀態位於貨櫃30之上方且為內側。此處，「貨櫃之上方」意指如圖1所示般在鉛直方向上較貨櫃30之上端38靠上側之空間，「貨櫃之內側」意指如圖1中以參考符號40所示般，將貨櫃30之開口部向鉛直上方掃掠而獲得之空間。
作為中繼位置之具體之計算方法，例如可舉出使用手部28之CAD資料，求得有無手部28與貨櫃30或工件32之干擾之方法。然而，一般而言因機器人手部具有複雜之形狀，故雖然使用CAD資料之計算為準確，但亦有在運算處理方面需要時間之情形。
因此，例如可將手部28之形狀近似為包含內包該形狀之球、圓柱、多角柱及多面體之至少1者之基本形狀，以該基本形狀之整體位於貨櫃30之上方且為內側之方式求得中繼位置。或者，亦可根據手部28之CAD資料等，求得內包手部28之凸包(凸多面體)，以該凸包之各頂點位於貨櫃30之上方且為內側之方式求得中繼位置。任一情形下，皆可與直接使用CAD資料相比大幅縮短計算時間。
又，在步驟S15中，亦有對於作為取出對象之工件，無法計算或決定滿足上述之條件(中繼位置位於貨櫃之上方且為內側)之中繼位置之情形。該情形下，因可判斷為在應將哪一工件設為取出對象方面存在問題，故不進行設為取出對象之工件之取出作業，較佳的是自將其他工件作為取出對象之作業重新開始。
接著，在步驟S16中，使手部28移動至在步驟S15中求得之中繼位置。此處，機器人12以手部28到達中繼位置之前成為在步驟S14中求得之取出姿勢之方式而控制。例如，如圖1所示般，在手部28對於取出對象工件32之靠近方向為設定於工件32之座標系34之z方向之情形下，手部28在中繼位置處，呈如設定於手部28之座標系36之z方向與座標系34之z方向成為平行之取出姿勢。
接著，在步驟S17中，使手部28自中繼位置並進移動(平行移動)至工件取出位置。例如，如圖1所示般，手部28自中繼位置不改變姿勢地沿著移動路徑42移動至取出對象工件32。再者，自中繼位置至取出對象工件之移動路徑可為單純之直線，亦可如圖1所示般含有藉由至少1個彎曲點連接之不同之方向之直線，亦可至少部分地含有曲線。
最後，在步驟S18中，藉由手部28之固持或吸附等將取出對象之工件32取出。在取出其他工件時，重複上述之步驟S11-S18。
圖4係說明求得中繼位置之處理之一例之概略圖。在假定檢測出作為取出對象之工件32a之情形下，若以手部28自中繼位置沿著1條直線(移動路徑)44移動至工件32a之方式決定中繼位置，則有可能其他工件32b干擾手部28。另一方面，為了取出工件32a，需要至少在工件32a之附近手部28沿著直線44移動。
因此如以參考符號46所示般，藉由以手部28沿著使自取出對象工件32a離開一定距離之移動路徑之一部分向上方變位之移動路徑進行移動之方式決定中繼位置，而可確實地避免與其他工件32b之干擾，且取出取出對象工件32a。
根據上述之實施形態，中繼位置位於貨櫃30之上方且為內側，進而手部28在中繼位置以後不進行姿勢變化，僅藉由並進移動而靠近取出對象。因此，手部28可不與貨櫃30或其他工件32干擾地執行滑順之取出動作。
10:工件取出裝置
12:機器人
14:感測器
16:控制裝置
18:基座
20:回轉主體
22:第1手臂(上臂)
24:第2手臂(前臂)
26:手腕部(機械介面)
28:機器人手部
30:貨櫃
32,32a,32b:工件
34:工件之座標系
36:手部之座標系
38:上端
40:參考符號
42,44,46:移動路徑
S1~S4,S11~S18:步驟
圖1係實施形態之工件取出裝置之概略構成圖。
圖2係顯示設定時之處理之一例之流程圖。
圖3係顯示執行取出時之處理之一例之流程圖。
圖4係顯示手部之移動路徑之例之概略圖。
10:工件取出裝置
12:機器人
14:感測器
16:控制裝置
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20:回轉主體
22:第1手臂(上臂)
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34:工件之座標系
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38:上端
40:參考符號
42:移動路徑
Claims (7)
- 一種工件取出裝置，其包含： 機器人，其搭載取出貨櫃內之工件之手部； 形狀設定部，其設定前述手部、前述貨櫃及前述工件之形狀； 感測器，其構成為檢測前述貨櫃及前述貨櫃內之工件； 取出位置姿勢決定部，其求得以前述手部取出檢測出之工件時之前述手部之取出位置及取出姿勢； 中繼位置決定部，其在進行取出前述檢測出之工件之動作時，決定前述手部位於前述貨櫃之上方且為內側、前述手部之姿勢成為前述取出姿勢之中繼位置；及 動作控制部，其僅藉由使前述手部自前述中繼位置並進移動而移動至前述取出位置。
- 如請求項1之工件取出裝置，其中前述中繼位置決定部將前述手部之形狀近似為包含球、圓柱、多角柱及多面體之至少1者之基本形狀，以該基本形狀之整體位於前述貨櫃之上方且為內側之方式決定中繼位置。
- 如請求項1之工件取出裝置，其中前述中繼位置決定部求得內包前述手部之凸包，以該凸包之各頂點位於前述貨櫃之上方且為內側之方式決定中繼位置。
- 如請求項1之工件取出裝置，其中前述動作控制部在無法將前述中繼位置設定於前述貨櫃之上方且為內側之情形下，以不進行前述檢測出之工件之取出動作之方式控制前述機器人。
- 如請求項1之工件取出裝置，其中前述中繼位置決定部以前述手部沿著使自前述檢測出之工件離開一定距離之移動路徑之一部分向上方變位之移動路徑進行移動之方式決定中繼位置。
- 一種工件取出方法，其使用搭載取出貨櫃內之工件之手部之機器人，且包含如下步驟： 設定前述手部、前述貨櫃及前述工件之形狀； 檢測前述貨櫃及前述貨櫃內之工件； 求得以前述手部取出檢測出之工件時之前述手部之取出位置及取出姿勢； 在進行取出前述檢測出之工件之動作時，決定前述手部位於前述貨櫃之上方且為內側、前述手部之姿勢成為前述取出姿勢之中繼位置；及 僅藉由使前述手部自前述中繼位置並進移動而移動至前述取出位置。
- 一種控制裝置，其係控制構成為檢測搭載取出貨櫃內之工件之手部之機器人、以及前述貨櫃及前述工件的感測器者，且包含： 形狀設定部，其設定前述手部、貨櫃及工件之形狀； 取出位置姿勢決定部，其求得以前述手部取出檢測出之工件時之前述手部之取出位置及取出姿勢； 中繼位置決定部，其在進行取出前述檢測出之工件之動作時，決定前述手部位於前述貨櫃之上方且為內側、前述手部之姿勢成為前述取出姿勢之中繼位置；及 動作控制部，其僅藉由使前述手部自前述中繼位置並進移動而移動至前述取出位置。
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| TW202419237A true TW202419237A (zh) | 2024-05-16 |
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