專利名稱：物品取出裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于依次取出散亂堆積狀態(tài)的物品的裝置。
技術(shù)背景例如，在汽車零件的制造工序中，通過(guò)各個(gè)不同的工序進(jìn)行原料零件的鑄 造、加工、組裝等，各個(gè)工序按照不同的循環(huán)時(shí)間來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，因?yàn)槊總€(gè)工 序的作業(yè)場(chǎng)所不同，所以很多時(shí)候需要進(jìn)行工序之間的零件的輸送。因此，在 各個(gè)工序中完成作業(yè)的零件在被提供給下一個(gè)工序之前，匯總保管在集物箱或筐中。特別是關(guān)于加工前的原料零件，由于即使在保管時(shí)多少受到些損傷也不 會(huì)有問(wèn)題等理由，因此很多時(shí)候堆積成散亂堆積狀態(tài)。目前，作為取出在這樣的散亂堆積狀態(tài)下放入到筐等中的原料零件的方法，大致可以列舉出三種方法。第一方法為在向下一個(gè)工序供給零件之前， 通過(guò)人手取出并排列零件，或者在直接通過(guò)人手取出零件的同時(shí)設(shè)置在加工機(jī) 械等上。但是，該方法對(duì)操作者的負(fù)擔(dān)大，因此近年來(lái)轉(zhuǎn)向以下的方法。第二方法為在機(jī)器人等的取出用機(jī)械手上安裝磁鐵，將該機(jī)械手放入到 筐中來(lái)取出零件。但是，該方法是通過(guò)使機(jī)械手漫無(wú)目的地，或者具有某種程 度的規(guī)則性在筐中移動(dòng)，來(lái)拾取零件的方法，所以存在將;f幾械手進(jìn)入到?jīng)]有零 件的地方，或者不穩(wěn)定地抓持零件使其掉落，或者同時(shí)拾起多個(gè)零件等，在可 靠性或效率方面不足的情況。第三方法為使用視覺(jué)傳感器，來(lái)通過(guò)機(jī)器人取出零件的方法。伴隨一個(gè) 一個(gè)取出零件的作業(yè)的可靠性的提高，釆用該方法的例子在不斷增加。作為一 個(gè)例子，特開(kāi)2004-188562號(hào)公報(bào)公開(kāi)了 一種通過(guò)安裝在機(jī)器人上的三維視覺(jué) 傳感器，從多個(gè)零件中測(cè)量特定的零件的位置姿勢(shì)，通過(guò)該機(jī)器人取出該特定 零件的工件取出裝置。此外，特開(kāi)平2-256485號(hào)公報(bào)公開(kāi)了一種通過(guò)機(jī)械手取出被收容在箱內(nèi) 的對(duì)象物體的帶有視覺(jué)裝置的機(jī)器人。特開(kāi)2004-188562號(hào)公報(bào)記載的裝置，是適合于依次取出在散亂堆積狀態(tài) 下重疊的多個(gè)零件的裝置，但關(guān)于零件的取出，首先取得區(qū)域的高度分布的數(shù) 據(jù)，根據(jù)拍攝到的二維圖像檢測(cè)抓持對(duì)象物，并且需要使機(jī)器人移動(dòng)通過(guò)三維 視覺(jué)傳感器求出該對(duì)象物的位置姿勢(shì)，因此，有可能為了取出一個(gè)零件需要較 長(zhǎng)的時(shí)間。另一方面，在特開(kāi)平2-256485號(hào)公報(bào)記載的裝置中，將多個(gè)工件堆積成 層狀，在其高度為已知的情況下可以取出工件，但像散亂堆積狀態(tài)下的取出那 樣在零件的高度或傾斜不恒定的堆積狀態(tài)下進(jìn)行取出，有可能產(chǎn)生抓持位置偏 移，或者機(jī)械手與零件沖突等取出不良。例如，如圖8概要地所示，要考慮通 過(guò)機(jī)械手104從位于攝像機(jī)100的視線前端的零件102的正上方，取出該零件 102的情況。在此，在認(rèn)為零件102位于規(guī)定的已決定的高度(Z方向位置) Zl,但實(shí)際上位于Z2的情況下，零件102的抓持位置的X坐標(biāo)以及Y坐標(biāo) 的至少一方也不同。如此，在散亂堆積狀態(tài)下需要取出高度未知的零件時(shí)，當(dāng) 沒(méi)有正確地識(shí)別Y以及Z各坐標(biāo)時(shí)，無(wú)法進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖コ帧?發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于提供一種在價(jià)格便宜的同時(shí)能夠高速并且正確地 取出散亂堆積狀態(tài)下的物品的物品取出裝置。為了達(dá)成上述目的，提供一種物品取出裝置，其具備攝像機(jī)，拍攝包含 散亂堆積的相同種類的多個(gè)零件的圖像的二維圖像；機(jī)器人，從所述多個(gè)零件 中將零件一個(gè)一個(gè)取出；圖像處理部，進(jìn)行所述攝像機(jī)拍攝到的圖像的圖像處 理；以及搬運(yùn)控制部，控制所述機(jī)器人，所述圖像處理部具有對(duì)象物檢測(cè)部， 從所述二維圖傳^全測(cè)所述多個(gè)零件的圖像的各自的二維位置信息、和所述多個(gè) 零件的圖像的各自的尺寸信息；存儲(chǔ)部，與和位于基準(zhǔn)位置的零件有關(guān)的尺寸 信息相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)與位于所述基準(zhǔn)位置的零件的存在高度有關(guān)的信息，并且存 儲(chǔ)與所述零件的特征模型有關(guān)的數(shù)據(jù)；對(duì)象物選定部，作為取出對(duì)象，選定使 用所述檢測(cè)出的零件的圖像的各自的尺寸信息、所述零件的圖像和所述特征模 型的一致度、以及所述零件相對(duì)于所述特征模型的傾斜率中的至少一個(gè)求出的 優(yōu)先度最高的零件；視線方向計(jì)算部，根據(jù)與所迷被選定出的零件有關(guān)的所述 二維位置信息，求出連結(jié)該零件和所述攝像機(jī)的三維空間上的攝像機(jī)視線的方向；對(duì)象物位置推定部，根據(jù)與所述被選定出的零件有關(guān)的尺寸信息和所述存 儲(chǔ)部中存儲(chǔ)的與位于基準(zhǔn)位置的零件的存在高度有關(guān)的信息以及尺寸信息，求 出所述被選定出的零件的存在高度，并且根據(jù)該存在高度和所述視線的方向求 出所述被選定出的零件的三維位置；以及抓持修正量計(jì)算部，計(jì)算所述機(jī)器人 抓持零件所需要的所述機(jī)器人的移動(dòng)修正量，所述搬運(yùn)控制部具有移動(dòng)控制部，為了使安裝在所述機(jī)器人上的機(jī)械手移動(dòng)到所述被選定出的零件的三維位 置，沿著與該被選定出的零件有關(guān)的所述攝像機(jī)的視線方向，進(jìn)行所述機(jī)械手 的移動(dòng)控制；接觸檢測(cè)部，對(duì)所述機(jī)械手已和所述被選定出的零件接觸的狀態(tài) 進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)象物抓持指示部，在由所述接觸部檢測(cè)到接觸時(shí)，停止所述機(jī)械 手的移動(dòng)，指示由所述^L械手^K持所述被選定出的零件；以及抽出動(dòng)作指示部， 通過(guò)所述機(jī)械手抽出由所述機(jī)械手抓持的零件。所述優(yōu)先度的優(yōu)選例子為對(duì)所述多個(gè)零件的各自的尺寸信息、 一致度以 及傾斜率中的至少兩個(gè)分別乘以權(quán)重得到的值之和的乘積之和。所述優(yōu)先度的另一優(yōu)選例子為所述多個(gè)零件的各自的尺寸信息、 一致度 以及傾斜率中的至少兩個(gè)的相乘值。所述機(jī)械手可以具有基部；前端部，其被構(gòu)成為能夠抓持所述被選定出 的零件；以及柔順機(jī)構(gòu)，將所述前端部與所述基部連接，以便通過(guò)在抓持所述 被選定出的零件時(shí)從該零件受到的力，對(duì)應(yīng)所述被選定出的零件的姿勢(shì)所述前 端部能夠變化姿勢(shì)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述前端部具有電^f茲鐵，該電-茲鐵具有能夠與所述 被選定出的零件上形成的孔或凹部卡合的大體半球狀的形狀。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述前端部具有產(chǎn)生能夠吸附抓持所述被選定出 的零件的真空吸附力的吸附墊。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述前端部具有能夠抓持所述#:選定出的零件的 夾頭一幾構(gòu)。


通過(guò)一邊參照附圖一邊對(duì)以下優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，本發(fā)明上述或其他 的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加明了 。圖l表示本發(fā)明的物品取出裝置的概要結(jié)構(gòu)。圖2概要地表示撮像機(jī)的視線方向以及機(jī)械手的接近路徑。圖3表示點(diǎn)陣圖形板的一例。圖4用于說(shuō)明零件的存在高度的計(jì)算方法。圖5表示機(jī)械手的優(yōu)選實(shí)施例。圖6表示機(jī)械手的另一優(yōu)選實(shí)施例。圖7表示機(jī)械手的再一另一優(yōu)選實(shí)施例。圖8概要地表示現(xiàn)有技術(shù)中的攝像機(jī)、機(jī)械手以及零件的位置關(guān)系。
具體實(shí)施方式
圖l表示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的零件取出裝置IO的整體結(jié)構(gòu)。取出裝置 IO具有機(jī)器人16，其抓持并取出零件用集物箱12內(nèi)的相同種類的各個(gè)零件 14;攝像單元，即攝像機(jī)18,被配置在集物箱12的大體正上方，在廣大的范 圍內(nèi)(例如將集物箱12收納在視野內(nèi))拍攝零件14;以及機(jī)器人控制器20, 控制機(jī)器人16，并且處理攝像機(jī)18拍攝到的圖像。此外，在本申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)中 使用的"抓持"除了表示通過(guò)機(jī)械手等抓持零件之外，還表示通過(guò)后述的電磁 體或真空吸附墊等吸附零件(有時(shí)還將其稱為吸附抓持)。機(jī)器人控制器20對(duì)從攝像機(jī)18輸入的二維圖像進(jìn)行圖像處理。在表示該 機(jī)器人控制器20所具有的處理功能的方框圖內(nèi)，由虛線22包圍的部分相當(dāng)于 進(jìn)行圖像處理的圖像處理部。此外，還可以與機(jī)器人控制器20不同地設(shè)置專 門(mén)用于圖像處理的裝置，來(lái)進(jìn)行在機(jī)器人控制器20內(nèi)想要進(jìn)行的圖像處理， 使用適當(dāng)?shù)耐ㄐ艈卧獙D像處理的結(jié)果發(fā)送給機(jī)器人控制器20。機(jī)器人16被設(shè)置在適于依次抓持并取出零件用集物箱12內(nèi)的零件14的 位置上。作為圖像取得裝置，對(duì)集物箱12內(nèi)的廣大范圍進(jìn)行拍攝的攝像機(jī)18， 被設(shè)置在為集物箱12的大致正上方的、并且將所述零件集物箱12收納在視野 內(nèi)的位置上。此時(shí)，在不影響取出的前提下盡量靠近集物箱12來(lái)配置攝像機(jī) 18,這樣，可以提高攝像機(jī)18的光軸方向的分辨率。即，可以容易地將集物箱 12內(nèi)的各零件14的實(shí)際高度的不同，表現(xiàn)為在由攝像機(jī)18拍攝到的圖像內(nèi) 拍攝出的零件14的尺寸(大小)的不同。由此，可以根據(jù)圖像上的零件14 的尺寸高精度地進(jìn)行實(shí)際高度的推定。此外，如果將攝像機(jī)設(shè)置在集物箱12 的中心位置的大致正上方，則向零件12的視線離開(kāi)箱壁，所以難以產(chǎn)生后述的接近動(dòng)作中的機(jī)器人(機(jī)械手)與箱壁的干擾?；蛘?，還可以將攝像機(jī)安裝在在機(jī)器人16的前端部安裝的機(jī)械手的附近，通過(guò)機(jī)器人16可以移動(dòng)該攝像 機(jī)，通過(guò)該移動(dòng)將攝像機(jī)定位在集物箱12的正上方來(lái)進(jìn)行拍攝。機(jī)器人控制器20的圖像處理部22的對(duì)象物檢測(cè)部22a對(duì)由攝像機(jī)18拍 攝到的圖像進(jìn)行圖像處理，檢測(cè)零件。對(duì)象物選定部22b從檢測(cè)到的多個(gè)零件 中按照后述的處理選定取出對(duì)象的零件。根據(jù)檢測(cè)出的零件在圖像上的尺寸信 息、與示教模型的匹配性即一致度(匹配度)、零件的傾斜率、有無(wú)由其他零 件造成的遮擋、或者根據(jù)這些的組合來(lái)決定該處理。例如作為最簡(jiǎn)單的處理， 考慮以下的方法越是^r測(cè)尺寸大的零件越提高取出優(yōu)先度，即從被推測(cè)為位 于更高位置的零件中進(jìn)行取出。此外，與示教^f莫型的匹配度越高，越可以判斷 為是正確檢測(cè)到的零件。此外，還可以考慮雙方，從位于集物箱的更上部并且 正確檢測(cè)出的零件中進(jìn)行取出。并且，如后所述，視線方向計(jì)算部22c計(jì)算向 選定出的零件的視線方向，對(duì)象物位置推定部22d根據(jù)選定出的零件在圖像上 的尺寸信息推定包含零件高度的位置，然后抓持修正量計(jì)算部22e計(jì)算由機(jī)器 人抓持零件所需要的機(jī)器人的移動(dòng)修正量。此外，可以將與用于求出匹配度或 傾斜度的示教模型或特征模型有關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部22f中。利用圖像處理部22進(jìn)行處理后的結(jié)果，然后，機(jī)器人控制器20的搬運(yùn)控 制部24依次進(jìn)行通過(guò)機(jī)器人的零件的搬運(yùn)(即，向零件的接近、零件的抓持 以及取出這樣一連串的動(dòng)作)。如圖2所示，作為攝像機(jī)18的視線求出連結(jié)攝 像機(jī)18和成為目標(biāo)的零件的線，通過(guò)使機(jī)械手17的作用方向(移動(dòng)方向)與 該視線方向一致來(lái)得到機(jī)械人的接近路徑。在機(jī)器人向抓持位置靠近時(shí)，移動(dòng) 控制部24a指令朝向計(jì)算出的抓持位置的機(jī)械手的速度，并且在使針對(duì)機(jī)械手 的接觸探測(cè)有效的同時(shí)來(lái)進(jìn)行移動(dòng)控制。在接觸探測(cè)部24b剛剛探測(cè)到機(jī)械手 和零件的接觸后，對(duì)象物抓持指示部24c使機(jī)器人停止使其抓持零件。在確認(rèn) 了抓持時(shí)抽出動(dòng)作指示部24d使機(jī)器人進(jìn)行抽出動(dòng)作，向預(yù)定的場(chǎng)所搬運(yùn)零 件。該抽出動(dòng)作最好沿著上述的接近路徑逆向地進(jìn)行。通過(guò)反復(fù)進(jìn)行該一連串 的動(dòng)作，依次取出零件集物箱內(nèi)的零件。此外，在對(duì)于在圖像內(nèi)檢測(cè)出的零件， 使機(jī)械手向著朝向零件的視線方向移動(dòng)時(shí)，從縮短循環(huán)時(shí)間的觀點(diǎn)出發(fā)，最好 使機(jī)械手高速地移動(dòng)到一定的高度(例如，對(duì)想要抓持的零件的高度相加預(yù)定量后的高度)，之后使其成為低速。為了求出連結(jié)由攝像機(jī)檢測(cè)出的零件和攝像機(jī)(光學(xué)中心)的視線，需要 預(yù)先已知攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)，該外部參數(shù)表示作為攝像 機(jī)以及機(jī)器人的作業(yè)空間而定義的作業(yè)坐標(biāo)系。為了求出這些內(nèi)部參數(shù)和外部 參數(shù)對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行校正(校準(zhǔn))的方法本身為公知的技術(shù)，所以省略說(shuō)明，例^口在Roge r Y. Tsai的 "An Efficient and Accurate Camera Calibration Technique for 3D Machine Vision" ( CVPR， pp.364國(guó)374， 1986 IEEE)中進(jìn)行了詳細(xì)地?cái)?述。此外，作為具體的方法，例如可以使圖3所示的通過(guò)已知的幾何學(xué)配置形 成了點(diǎn)的點(diǎn)陣圖形板30與攝像機(jī)的光軸垂直，通過(guò)在已知的兩個(gè)部位的位置 進(jìn)行測(cè)量來(lái)校正纟聶像機(jī)。以下，詳細(xì)說(shuō)明圖像處理。首先，為了從拍攝到的圖像中檢測(cè)成為取出對(duì) 象的零件，示教成為檢測(cè)基準(zhǔn)的零件的模型。優(yōu)選的示教模型的例子為提取 出圖像的像素亮度的變化較大的零件的邊緣部分的特征(形狀、長(zhǎng)度等)的模 型。并且，在散亂堆積狀態(tài)下的取出中，因?yàn)榛旌嫌辛慵膬A斜為各種各種的 零件，所以通過(guò)示教多個(gè)傾斜的零件的模型，可以提高檢測(cè)的成功率。在從一企測(cè)出的多個(gè)零件中選定滿足預(yù)定條件的 一個(gè)零件時(shí)，可以使用檢測(cè) 出的評(píng)分(與示教模型的一致度)、在檢測(cè)出的圖像上的大小、傾斜率、或者 將它們進(jìn)行乘法運(yùn)算后的值，來(lái)降低取出時(shí)的錯(cuò)誤。評(píng)分表示^r測(cè)出的零件和 示教模型的一致度，例如，可以將完全一致的設(shè)為100%，對(duì)應(yīng)不一致的像素 的比例減少一致度。關(guān)于尺寸，使用將示教模型的尺寸設(shè)為100%時(shí)的、檢測(cè) 出的零件的尺寸。關(guān)于傾斜率，使用在將示教模型設(shè)為0度傾斜時(shí)，通'過(guò)百分 比表示檢測(cè)零件的傾斜角度的余弦的數(shù)值。即，在0度傾斜下檢測(cè)出的零件的 傾斜率成為100%，隨著傾斜角度變大傾斜率的數(shù)值變小。從乘以這樣的數(shù)值 指標(biāo)內(nèi)的，在優(yōu)先度的決定中有效發(fā)揮作用的數(shù)值指標(biāo)而得到的值大的零件開(kāi) 始，按順序進(jìn)行取出，由此可以高效地進(jìn)行取出。此外，對(duì)上述的各個(gè)數(shù)值指標(biāo)乘以預(yù)定的權(quán)重，使用求出它們的總和的所 謂乘積之和運(yùn)算的結(jié)果，來(lái)決定取出優(yōu)先度也是有效的。作為具體的例子，在 將上述的評(píng)分、尺寸以及傾斜率的權(quán)重分別設(shè)定為0.5、 0.25以及0.25的情況 下，在以評(píng)分96%、尺寸100%、傾斜率95%檢測(cè)出某個(gè)零件時(shí)，該零件的乘積之和的值為96.75，在以評(píng)分卯。/。、尺寸110%、傾斜率95%檢測(cè)出另一零 件時(shí)，該零件的乘積之和的值為96.25，因此前者的優(yōu)先度高，先取出前者。 如此，通過(guò)對(duì)各參數(shù)進(jìn)行加權(quán)(此時(shí)對(duì)評(píng)分賦予最大的權(quán)重)，可以與應(yīng)用相 對(duì)應(yīng)地求出最佳的優(yōu)先度。
另一方面，關(guān)于與上述相同的兩個(gè)零件，在通過(guò)上述的乘法運(yùn)算決定了優(yōu) 先度時(shí)，前者零件的指標(biāo)成為91.2，后者零件的指標(biāo)成為94.05。但因?yàn)楹笳?的零件的評(píng)分低，所以有可能進(jìn)行了誤檢測(cè)，或者由其他的零件遮擋了 一部分， 因?yàn)槌叽绱?即，認(rèn)為在比較高的位置上具有零件)，結(jié)果成為高的優(yōu)先度。 如此根據(jù)多個(gè)數(shù)值指標(biāo)的乘法運(yùn)算來(lái)決定取出零件的優(yōu)先度的方法適合于不 想讓進(jìn)行了大的加權(quán)的特定的指標(biāo)左右優(yōu)先度的情況。
在上述的例子中，對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行了乘法運(yùn)算或者乘積之和運(yùn)算，但還可 以對(duì)其中的某兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行乘法運(yùn)算或乘積之和的運(yùn)算，還可以擇一地或者附 加地使用其他的參數(shù)。此外，還可以僅將一個(gè)參數(shù)用作優(yōu)先度。
為了推定零件的存在高度，使用在拍攝到的圖像中拍攝出的零件的尺寸信 息?？梢酝ㄟ^(guò)在高度不同的兩個(gè)部位測(cè)量放置在預(yù)定高度的零件的檢測(cè)尺寸來(lái) 求出零件的存在高度?；蛘?，還可以根據(jù)放置在預(yù)定的基準(zhǔn)位置的一個(gè)零件的 檢測(cè)尺寸以及從攝像機(jī)到零件的距離來(lái)求出。把該高度信息和零件的尺寸信息 (以后稱為基準(zhǔn)數(shù)據(jù))作為模型的特征信息的一部分存儲(chǔ)在機(jī)器人控制器20 的存儲(chǔ)部22f等存儲(chǔ)器中。
使用圖4說(shuō)明使用在兩個(gè)部位求出的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)推定在拍攝到的圖像中 拍攝出的零件的存在高度的方法。首先，在取得基準(zhǔn)數(shù)據(jù)時(shí)(圖4的左側(cè))， 當(dāng)在某個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)零件位于Z1的高度時(shí)把在圖像中拍攝出的尺寸設(shè)為Sl,在 位于Z2的高度時(shí)把在圖像中拍攝出的尺寸設(shè)為S2時(shí)，因?yàn)樵趫D像上拍攝出 的尺寸與零件和攝像機(jī)的距離成反比，所以下式(1)成立。其中，Dl以及 D2分別為位于Zl以及Z2的零件和攝像機(jī)的距離。
<formula>formula see original document page 11</formula>
此時(shí)，可以通過(guò)以下的式(2)計(jì)算攝像機(jī)的高度ZO。
<formula>formula see original document page 11</formula>
然后，在執(zhí)行通常檢測(cè)時(shí)(圖4的右側(cè))等與取得基準(zhǔn)數(shù)據(jù)時(shí)不同的時(shí)期，當(dāng)把在檢測(cè)到的零件^圖像中拍攝出的尺寸設(shè)為S3時(shí)，根據(jù)以下的式(3 )求 出零件的高度Z3。
Z3= ( Sl/S3 ) ( Zl - ZO ) +Z0 ( 3 )
可知根據(jù)式(3 ),通過(guò)預(yù)先求出被放置在某個(gè)基準(zhǔn)位置的零件的檢測(cè)尺寸 (Sl)、其存在高度(Z1)、以及從攝像機(jī)到該零件的距離(D1=Z0-Z1)，也 可以推定任意零件的存在高度。
此外，還可以通過(guò)使用立體才聶^f象機(jī)，或者利用機(jī)構(gòu)光進(jìn)^f亍三維位置測(cè)量來(lái) 推定高度，但這些方法在硬件成本方面以及測(cè)量時(shí)間方向稍-微不利。
對(duì)機(jī)器人控制器預(yù)先示教向成為基準(zhǔn)的零件的視線信息以及與用于抓持 該零件的機(jī)器人的動(dòng)作有關(guān)的信息。在實(shí)際的取出動(dòng)作時(shí)，可以4艮據(jù)向基準(zhǔn)零 件的視線信息以及向被選定為抓持對(duì)象物的零件的視線信息，求出兩者的不 同，根據(jù)該不同計(jì)算出針對(duì)用于抓持零件的機(jī)器人動(dòng)作的修正量。
關(guān)于接近路徑的終點(diǎn)，指定與被認(rèn)為存在在計(jì)算上被選定出的零件的高度 相比低預(yù)定量的位置。這是為了即使在高度的推定中產(chǎn)生了誤差時(shí)，也可以避 免機(jī)械手沒(méi)有到達(dá)選定出的零件的情況。但是在該方法中，在選定出的零件位 于推定出的高度時(shí)，或者在選定出的零件位于比推定出的高度高的位置時(shí)，有 可能產(chǎn)生機(jī)械手和選定出的零件的不希望的干擾，導(dǎo)致機(jī)械手損壞。為了避免 該情況，在機(jī)械手上設(shè)置檢測(cè)與零件的接觸的傳感器，在檢測(cè)到傳感器信號(hào)的 位置停止機(jī)器人的動(dòng)作，并轉(zhuǎn)移到取出動(dòng)作。該傳感器，根據(jù)機(jī)械手的方式而 不同，可以使用吸附確認(rèn)傳感器、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)或自動(dòng)開(kāi)關(guān)等。此外， 還可以通過(guò)始終監(jiān)視對(duì)機(jī)器人的電動(dòng)機(jī)施加的負(fù)荷，來(lái)進(jìn)行機(jī)械手和零件的接 觸探測(cè)。關(guān)于抽出動(dòng)作，通過(guò)設(shè)為在上述的接近路徑上逆向返回的動(dòng)作，可以 避免與其他的零件的干擾。但是，抽出動(dòng)作，當(dāng)然沒(méi)有限制，也有即使垂直地 抬起所抓持的零件也沒(méi)有問(wèn)題的情況。
圖5 圖7表示在上述機(jī)器人16的手臂前端部可以應(yīng)用的機(jī)械手的優(yōu)選實(shí) 施方式。圖5所示的機(jī)械手40具有前端部42，其具有大體半球狀的形狀， 并且通過(guò)^f茲力來(lái)吸附選定出的零件；以及姿勢(shì)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，即柔順機(jī)構(gòu)44,其 調(diào)節(jié)前端部42針對(duì)選定出的零件的姿勢(shì)(傾斜)?？梢愿鶕?jù)取出的零件的形狀 選定各種各樣的前端部42的形狀，在為圖示的半球狀時(shí)，例如半球狀的前端部特別適合于吸附抓持以及取出設(shè)置有可卡合的孔或者凹部的剎車盤(pán)等零件。
前端部42還可以具有電磁鐵，來(lái)吸附金屬零件。
姿勢(shì)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)44是為了使前端部42的傾斜可變，將該前端部與基部46 相連接的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)44例如是旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，在前端部42與應(yīng)該取出的 零件接觸時(shí)，前端部42可以對(duì)應(yīng)該零件的傾斜，傾斜至適于取出該零件的斜 度(即，與零件形狀相仿)。此外，希望關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)44具有在沒(méi)有對(duì)前端部42 施加外力時(shí)，前端部42恢復(fù)到或者保持相對(duì)于基部46初始的傾斜(例如直線 狀)的構(gòu)造。除了旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)以外，這樣的構(gòu)造例如可以通過(guò)使用了橡膠這樣的 彈性材料的柔順結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)調(diào)整電磁鐵的磁力，可以在取出時(shí)設(shè)定為僅 能夠吸附一個(gè)零件的磁力，由此，可以避免同時(shí)取出多個(gè)零件。在搬送所吸附 的零件的過(guò)程中，為了防止該零件掉落還可以增強(qiáng)石茲力。此外，在零件需要消 磁的情況下，可以使用能夠施加用于消磁的磁力的磁力機(jī)械手(magnet hand) 來(lái)進(jìn)行應(yīng)對(duì)。當(dāng)然，還可以在別的工序進(jìn)行消磁。
圖6所示的機(jī)械手50具有筒要圖示的、與基部52相連的任意地進(jìn)行彎曲 的柔順機(jī)構(gòu)，例如柔軟的蛇腹機(jī)構(gòu)54;以及設(shè)置在蛇腹機(jī)構(gòu)54的前端的可以 吸附選定出的零件的前端部56。前端部56例如是吸附墊，被告成為在與選 定出的零件接觸時(shí)，對(duì)應(yīng)從該零件受到的力順應(yīng)該零件。吸附墊56經(jīng)由蛇腹 機(jī)構(gòu)54由未圖示的真空發(fā)生裝置產(chǎn)生吸引力，來(lái)吸附零件14。并且，為了提 高吸附的穩(wěn)定性和吸附后的零件的姿勢(shì)的穩(wěn)定性，并列設(shè)置多個(gè)吸附墊的機(jī)械 手比較有效。
平面的零件。此外，通過(guò)選擇在吸附零件時(shí)吸附墊的前端形狀模仿零件形狀的 比較柔軟的吸盤(pán)狀的材料、海綿狀的材料，也可以應(yīng)對(duì)圓柱或球體等具有曲面 的零件。
圖7所示的機(jī)械手60具有簡(jiǎn)要圖示的與基部62連接的伸縮性的機(jī)構(gòu)64 和安裝在伸縮性機(jī)構(gòu)64的前端的夾頭機(jī)構(gòu)66。如果伸縮性機(jī)構(gòu)64是具備柔 順機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)，則例如可以是蛇腹機(jī)構(gòu)，還可以是具有一個(gè)或多個(gè)螺旋彈簧的 機(jī)構(gòu)。夾頭機(jī)構(gòu)66例如具有一對(duì)相互可以接合分離的爪66a以及66b。可以 在兩個(gè)爪之間抓持被選定的零件。具有夾頭機(jī)構(gòu)的機(jī)械手特別適合于抓持以及取出具備孔或凸部等容易抓持的形狀的零件。此外，夾頭機(jī)構(gòu)66在與選定出 的零件接觸時(shí)，夾頭機(jī)構(gòu)成為適于抓持該零件的姿勢(shì)(傾斜)。因此，即使在 僅有夾頭機(jī)構(gòu)66的一個(gè)爪與應(yīng)該取出的零件接觸時(shí)，夾頭機(jī)構(gòu)66也可以通過(guò) 伸縮性機(jī)構(gòu)64與零件的姿勢(shì)相適應(yīng)地進(jìn)行傾斜，所以抓持的成功率提高。此 夕卜，即使像上述那樣選定出的零件的位置位于比計(jì)算上假設(shè)的位置高一些的場(chǎng) 所時(shí)，通過(guò)使用這樣的具有緩沖性的機(jī)構(gòu)，可以避免對(duì)機(jī)械手施加過(guò)剩的力。 上述前端部的具體例子和柔順機(jī)構(gòu)的具體例子的組合(例如電磁鐵和旋轉(zhuǎn) 關(guān)節(jié))只不過(guò)是一個(gè)例子，當(dāng)然還可以采用其他的組合。此外，當(dāng)然，通過(guò)復(fù) 合地使用上述那樣的各種各樣的結(jié)構(gòu)，也可以實(shí)現(xiàn)低成本并且高效的零件取出 裝置。
根據(jù)本發(fā)明的物品取出裝置，使用拍攝到的二維圖像以及優(yōu)先度選定取出 對(duì)象零件，計(jì)算包含該零件高度的位置，并且在檢測(cè)到機(jī)械手與零件的接觸后， 抓持并取出零件，由此，可以低價(jià)并且高速地進(jìn)行高效的散亂堆積狀態(tài)下的取 出。此外，通過(guò)使相對(duì)于選定出的零件的機(jī)械手的移動(dòng)路徑沿著攝像機(jī)的視線 方向，可以提高取出效率。
根據(jù)本發(fā)明，作為理想的優(yōu)先度的實(shí)施例，提供了對(duì)多個(gè)零件的各自的尺 寸信息、 一致度以及傾斜率中的至少兩個(gè)分別乘以權(quán)重得到的值之和的乘積之 和，或者尺寸信息、 一致度以及傾斜率中的至少兩個(gè)的乘法運(yùn)算值。
機(jī)械手的前端部，被構(gòu)成為根據(jù)從選定出的零件受到的力，對(duì)應(yīng)選定出的 零件的姿勢(shì)可以變化姿勢(shì)，由此，可以在各種各樣的角度下恰當(dāng)?shù)刈コ稚y堆 積的零件。
在機(jī)械手的前端部具有形狀大體為半球狀的電磁鐵時(shí)，特別適合于吸附抓 持以及取出具有孔或凹部的零件。
在機(jī)械手的前端部具有吸附墊時(shí)，特別適于吸附抓持以及取出具有一定面 積以上的平面的零件。此外，通過(guò)選擇在吸附零件時(shí)吸附墊的前端部模仿零件 形狀的形狀，還可以應(yīng)對(duì)圓柱或球體等的曲面部分。
在機(jī)械手的前端部具有夾頭機(jī)構(gòu)時(shí)，特別適合于抓持以及取出具有孔或者 凸部等易于抓持的形狀的零件。
權(quán)利要求
1.一種物品取出裝置(10)，其具備攝像機(jī)(18)，拍攝包含散亂堆積的相同種類的多個(gè)零件(14)的圖像的二維圖像；機(jī)器人(16)，從所述多個(gè)零件(14)中將零件一個(gè)一個(gè)地取出；圖像處理部(22)，進(jìn)行所述攝像機(jī)(18)拍攝到的圖像的圖像處理；搬運(yùn)控制部(24)，控制所述機(jī)器人(16)，所述物品取出裝置的特征在于，所述圖像處理部(22)具有對(duì)象物檢測(cè)部(22a)，從所述二維圖像檢測(cè)所述多個(gè)零件(14)的圖像的各自的二維位置信息、和所述多個(gè)零件(14)的圖像的各自的尺寸信息；存儲(chǔ)部(22f)，將關(guān)于位于基準(zhǔn)位置的零件的存在高度的信息和關(guān)于位于所述基準(zhǔn)位置的零件的尺寸信息關(guān)聯(lián)起來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)，并且存儲(chǔ)與所述零件的特征模型有關(guān)的數(shù)據(jù)；對(duì)象物選定部(22b)，將使用所述檢測(cè)出的零件(14)的圖像的各自的尺寸信息、所述零件(14)的圖像和所述特征模型的一致度、以及對(duì)于所述特征模型的所述零件(14)的圖像的傾斜率中的至少一個(gè)求出的優(yōu)先度最高的零件選定為取出對(duì)象；視線方向計(jì)算部(22c)，根據(jù)關(guān)于所述被選定出的零件(14)的所述二維位置信息，求出連結(jié)該零件和所述攝像機(jī)(18)的三維空間上的攝像機(jī)的視線(19)的方向；對(duì)象物位置推定部(22d)，根據(jù)關(guān)于所述被選定出的零件(14)的尺寸信息和所述存儲(chǔ)部(22f)中存儲(chǔ)的關(guān)于位于基準(zhǔn)位置的零件的存在高度的信息以及尺寸信息，求出所述被選定出的零件(14)的存在高度，進(jìn)一步根據(jù)該存在高度和所述視線的方向求出所述被選定出的零件(14)的三維位置；以及抓持修正量計(jì)算部(22e)，計(jì)算由所述機(jī)器人(16)抓持零件所需要的所述機(jī)器人(16)的移動(dòng)修正量，所述搬運(yùn)控制部(24)具有移動(dòng)控制部(24a)，為了使安裝在所述機(jī)器人(16)上的機(jī)械手(17)移動(dòng)到所述被選定出的零件(14)的三維位置，沿著關(guān)于該被選定出的零件(14)的所述攝像機(jī)(18)的視線方向，進(jìn)行所述機(jī)械手(17)的移動(dòng)控制；接觸檢測(cè)部(24b)，檢測(cè)所述機(jī)械手(17)已接觸到所述被選定出的零件(14)的狀態(tài)；對(duì)象物抓持指示部(24c)，在由所述接觸檢測(cè)部(24b)檢測(cè)到接觸時(shí)，停止所述機(jī)械手(17)的移動(dòng)，指示由所述機(jī)械手(17)抓持所述被選定出的零件(14)；以及抽出動(dòng)作指示部(24d)，通過(guò)所述機(jī)械手(17)抽出由所述機(jī)械手(17)抓持的零件(14)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的物品取出裝置，其特征在于， 所述優(yōu)先度是對(duì)所述多個(gè)零件(14)的各自的尺寸信息、 一致度以及傾斜率中的至少兩個(gè)分別乘以權(quán)重而得到的值之和的乘積之和。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的物品取出裝置，其特征在于， 所述優(yōu)先度是所述多個(gè)零件(14)的各自的尺寸信息、 一致度以及傾斜率中的至少兩個(gè)的相乘值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的物品取出裝置，其特征在于， 所述機(jī)械手(17)具有基部(46、 52、 62);前端部(42、 56、 66)，被構(gòu)成為能夠抓持所述被選定出的零件(14);以及柔順機(jī)構(gòu)(44、 54、 64),將所述前端部(42、 56、 66)與所述基部(46、 52、 62)連接，以便通過(guò)在抓持所述被選定出的零件(14)時(shí)從該零件受到的 力，對(duì)應(yīng)所述被選定出的零件(14)的姿勢(shì)所述前端部(42、 56、 66)能夠變 化姿勢(shì)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的物品取出裝置，其特征在于， 所述前端部具有電磁鐵(42)，該電磁鐵(42)具有能夠與所述被選定出的零件(14)上形成的孔或凹部卡合的大體半球狀的形狀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的物品取出裝置，其特征在于， 所述前端部具有吸附墊(56)，該吸附墊(56)產(chǎn)生能夠吸附抓持所述被選定出的零件(14)的真空吸附力。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的物品取出裝置，其特征在于，所述前端部具有能夠抓持所述被選定出的零件(14)的夾頭機(jī)構(gòu)(66)。
全文摘要
提供一種價(jià)格便宜、能夠高速并且正確地取出散亂堆積狀態(tài)下的物品的物品取出裝置。圖像處理部的對(duì)象物檢測(cè)部，對(duì)攝像機(jī)拍攝到的圖像進(jìn)行圖像處理，檢測(cè)零件。對(duì)象物選定部在檢測(cè)出的多個(gè)零件內(nèi)，按照某種規(guī)則選定取出對(duì)象零件。視線方向計(jì)算部計(jì)算向選擇出的零件的視線方向。對(duì)象物位置推定部根據(jù)選擇出的零件的圖像上的尺寸信息推定包含高度的位置，然后，抓持修正量計(jì)算部計(jì)算機(jī)器人抓持零件所需要的修正量。
文檔編號(hào)B25J13/08GK101618544SQ200910138278
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者伴一訓(xùn), 有松太郎, 渡邊桂佑, 管野一郎 申請(qǐng)人:發(fā)那科株式會(huì)社