JP2011209958A - 採取対象物品の認識構造及びこれを用いた採取情報認識装置並びに採取処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】採取対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を容易且つ正確に認識可能とする。
【解決手段】採取対象物品２を予め決められた位置関係で保持する保持基台１の一部に設けられ、保持基台１の位置及び姿勢からなる配置情報を認識する基準となる認識基準面１１と、この認識基準面１１に対し撮像具５にて撮像可能に設けられ、中心位置Ｃから周囲に向かって濃度パターンが順次変化するように形成される単位パターン印１３を予め決められた位置関係で四以上有する認識表示体１２とを備える。尚、保持基台１に代えて採取対象物品２そのものに認識基準面１１及び認識表示体１２を設けてもよい。更に、これらを用いた採取情報認識装置、採取処理装置をも対象とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、採取対象物品の認識構造及びこれを用いた採取情報認識装置並びに採取処理装置に関する。

従来における採取対象物品の採取情報認識装置としては例えば特許文献１が挙げられる。
この特許文献１には、トレイの２〜４箇所にアライメントマークを設け、画像認識によりトレイの位置・角度を求める点が開示されている。

特開２００５−０５５２４４号公報（発明を実施するための最良の形態，図１）

本発明の技術的課題は、採取対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を容易且つ正確に認識可能とする採取対象物品の認識構造及びこれを用いた採取情報認識装置並びに採取処理装置を提供しようとするものである。

請求項１に係る発明は、採取対象物品を予め決められた位置関係で保持する保持基台の一部に設けられ、前記保持基台の位置及び姿勢からなる配置情報を認識する基準となる認識基準面と、この認識基準面に対し撮像具にて撮像可能に設けられ、中心位置から周囲に向かって濃度パターンが順次変化するように形成される単位パターン印を予め決められた位置関係で４以上有する認識表示体と、を備えたことを特徴とする採取対象物品の認識構造である。
請求項２に係る発明は、採取対象物品の一部に設けられ、前記採取対象物品の位置及び姿勢からなる配置情報を認識する基準となる認識基準面と、この認識基準面に対し撮像具にて撮像可能に設けられ、中心位置から周囲に向かって濃度パターンが順次変化するように形成される単位パターン印を予め決められた位置関係で４以上有する認識表示体と、を備えたことを特徴とする採取対象物品の認識構造である。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る採取対象物品の認識構造において、認識表示体は単位パターン印の濃度パターン変化を点像で表示するものであることを特徴とする採取対象物品の認識構造である。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３いずれかに係る認識対象の認識構造において、
認識表示体は保持基台又は採取対象物品からなる認識対象物品の同一平面上に四つの単位パターン印を有することを特徴とする採取対象物品の認識構造である。
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４いずれかに係る採取対象物品の認識構造において、認識表示体は保持基台又は採取対象物品からなる認識対象物品に着脱自在に装着されるカードに表示されていることを特徴とする採取対象物品の認識構造である
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５いずれかに係る採取対象物品の認識構造において、認識表示体は、４以上の単位パターン印と、保持基台又は採取対象物品からなる認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報以外の種別情報を認識するための種別表示印とを有することを特徴とする採取対象物品の認識構造である。

請求項７に係る発明は、採取対象物品を予め決められた位置関係で保持する保持基台の一部又は採取対象物品の一部に設けられ、中心位置から周囲に向かって濃度パターンが順次変化するように形成される単位パターン印を予め決められた位置関係で四以上有する認識表示体と、前記保持基台又は採取対象物品に対向配置されて前記認識表示体を撮像する撮像具と、この撮像具にて撮像された認識表示体の撮像情報を少なくとも用い、前記保持基台又は採取対象物品からなる認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を認識する配置情報認識部と、を備えたことを特徴とする採取情報認識装置である。
請求項８に係る発明は、請求項７に係る採取情報認識装置と、この採取情報認識装置にて認識された保持基台又は採取対象物品からなる認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報に基づいて制御信号を生成し、採取対象物品に対する採取処理動作を制御する制御部と、この制御部にて生成された制御信号に基づいて前記採取対象物品の採取処理動作を実施する処理機構と、を備えたことを特徴とする採取処理装置である。
請求項９に係る発明は、請求項８に係る採取処理装置において、処理機構は、撮像具の支持機構を兼用することを特徴とする採取処理装置である。

請求項１に係る発明によれば、撮像具による撮像を行うだけで、採取対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を容易且つ正確に認識することができる。
請求項２に係る発明によれば、撮像具による撮像を行うだけで、採取対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を直接的により正確に認識することができる。
請求項３に係る発明によれば、保持基台又は組付受部品からなる認識対象物品に対し認識表示体を簡単に構築することができる。
請求項４に係る発明によれば、認識表示体として単位パターン印を共通の平面に形成することができる。
請求項５に係る発明によれば、認識対象物品に対し認識表示体を容易に変更することができる。
請求項６に係る発明によれば、認識対象物品が異なる種別を有する場合でも、種別を考慮した認識表示体を付すことができる。
請求項７に係る発明によれば、採取対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を容易且つ正確に認識することができる。
請求項８に係る発明によれば、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を認識することができ、これに伴って、採取対象物品組付受部品に対する組付部品の組立処理動作を正確に実現することができる。
請求項９に係る発明によれば、処理機構の動きを利用し、撮像具による撮像方向を最適に移動することができる。

（ａ）は本発明が適用される採取対象物品の認識構造及びこれを用いた採取情報認識装置、採取処理装置の実施の形態の概要を示す説明図、（ｂ）は実施の形態で用いられる認識表示体の一例を示す説明図である。 実施の形態１に係る採取処理装置の全体構成を示す説明図である。 （ａ）は実施の形態１で用いられるパターンマーカの付された整列トレイの一例を示す説明図、（ｂ）（ｃ）はパターンマーカの一要素である単位パターン印の構成例を示す説明図である。 （ａ）は実施の形態１で用いられるパターンマーカの単位パターン印の特性を模式的に示す説明図、（ｂ）は比較の形態で用いられるマーカの構成例を示す説明図である。 実施の形態１で用いられるパターンマーカによる組立部品の位置、姿勢の特定原理を示す説明図である。 実施の形態１で用いられるパターンマーカの製造例を示す説明図である。 実施の形態１で用いられるパターンマーカの構成寸法例を示す説明図である。 （ａ）は撮像具としてのカメラの撮像面をパターンマーカの中心原点に対して正対計測位置に設置した態様を示す説明図、（ｂ）は撮像具としてのカメラの撮像面を（ａ）の正対計測位置に対し平行移動させた態様を示す説明図、（ｃ）は撮像具としてのカメラの撮像面をパターンマーカの表示面とが非平行な位置関係にある非正対計測位置に設置した態様を示す説明図である。 （ａ）は撮像具としてのカメラの撮像面をパターンマーカの中心原点に対して正対計測位置に設置した態様を模式的に示す説明図、（ｂ）は（ａ）の場合における計測精度を示す説明図である。 実施の形態１に係る採取処理装置によるワーク採取処理過程を示すフローチャートである。 （ａ）は実施の形態２に係る採取処理装置の全体構成を示す説明図、（ｂ）は（ａ）中Ｂ方向から見た矢視図である。 実施の形態３に係る採取処理装置の全体構成を示す説明図である。 （ａ）は整列トレイの平面説明図、（ｂ）は整列トレイに付加されたパターンマーカの概要を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）は実施の形態３で用いられるパターンマーカの構成例を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）は実施の形態３で用いられるパターンマーカの固定例を示す説明図であり、（Ｉ）は断面説明図、（ＩＩ）はその平面説明図である。 （ａ）（ｂ）は実施の形態３で用いられるパターンマーカの別の固定例を示す説明図であり、（Ｉ）は断面説明図、（ＩＩ）はその平面説明図である。 （ａ）（ｂ）は実施の形態３で用いられるパターンマーカの配置例を示す説明図である。 （ａ）は実施の形態４に係る採取処理装置の全体構成を示す説明図、（ｂ）は採取処理装置の処理ステージの平面説明図である。 実施の形態４に係る採取処理装置の空トレイ回収処理過程を示すフローチャートである。 （ａ）はワーク取出し完了時の整列トレイの状態を示す説明図、（ｂ）は空トレイの配置計測過程を示す説明図である。 （ａ）は空トレイ把持過程を示す説明図、（ｂ）は空トレイ置き場への移動過程を示す説明図である。 （ａ）は空トレイ置き場の配置計測過程を示す説明図、（ｂ）は空トレイ積み重ね過程を示す説明図である。 （ａ）は比較の形態に係る整列トレイによるワーク取出装置を示す説明図、（ｂ）はその処理ステージの平面説明図である。 実施の形態５に係る採取対象物品の一例としてトナーカートリッジの認識構造を示す説明図である。 図２４に示すトナーカートリッジの認識構造の好ましい態様を示す説明図である。 （ａ）は多数のトナーカートリッジを収容する収容容器を示す説明図、（ｂ）は収容容器に収容されたトナーカートリッジの認識構造例を示す説明図である。 実施の形態６に係る採取処理装置を示し、（ａ）は整列トレイに対する一段階目の位置・姿勢計測過程を示す説明図、（ｂ）は高精度計測可能位置へ移動する過程を示す説明図、（ｃ）は整列トレイに対する二段階目の位置・姿勢計測過程を示す説明図、（ｄ）は整列トレイ内のワークの把持過程を示す説明図である。

◎実施の形態の概要
本実施の形態において、採取対象物品の認証構造の代表的態様は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、採取対象物品２を予め決められた位置関係で保持する保持基台１の一部に設けられ、前記保持基台１の位置及び姿勢からなる配置情報を認識する基準となる認識基準面１１と、この認識基準面１１に対し撮像具５にて撮像可能に設けられ、中心位置Ｃから周囲に向かって濃度パターンＰｃが順次変化するように形成される単位パターン印１３を予め決められた位置関係で四以上有する認識表示体１２と、を備えている。
これは、採取対象物品２の保持基台１に、認識基準面１１及び認識表示体１２を付加した態様であり、保持基台１の配置情報から間接的に採取対象物品２の配置情報を認識するものである。
このような技術的手段において、認識表示体１２としては、四以上の単位パターン印を有するものであればよい。三つの単位パターン印の場合、姿勢について三次元位置が複数個存在することがあり得るため、三次元位置を特定し得ない懸念がある。
ここで、単位パターン印１３としては、濃度パターンＰｃが順次変化するものであればよく、中心位置Ｃが周囲よりも高濃度である態様に限られず、中心位置Ｃが周囲よりも低濃度である態様も含む。単位パターン印１３の濃度パターンＰｃ変化についてはグラデーションで表示する手法が挙げられるが、これに限られず点像（ドット）で表示するようにしても差し支えない。
また、撮像具５は複数用いてもよいが、装置構成を簡略化するという観点からすれば一つがよい。

また、採取対象物品の認識構造の他の代表的態様は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、採取対象物品２の一部に設けられ、前記採取対象物品２の位置及び姿勢からなる配置情報を認識する基準となる認識基準面１１と、この認識基準面１１に対し撮像具５にて撮像可能に設けられ、中心位置Ｃから周囲に向かって濃度パターンＰｃが順次変化するように形成される単位パターン印１３を予め決められた位置関係で四以上有する認識表示体１２と、を備えたものである。
これは、採取対象物品２に、認識基準面１１及び認識表示体１２を付加した態様で、採取対象物品２の配置情報を直接的に認識するものである。
これらの採取対象物品２の認識構造は、いずれも技術上の意義が共通若しくは密接に関連している。

次に、認識表示体１２の好ましい態様について説明する。
先ず、認識表示体１２の好ましい態様としては、単位パターン印１３の濃度パターンＰｃ変化を点像で表示するものが挙げられる。本態様では、点像表示であるため、インクジェット方式や電子写真方式の画像形成装置にて認識表示体１２の単位パターン印１３を形成することが可能である。
また、認識表示体１２としては認識対象物品の同一平面上に四つの単位パターン印１３を有する態様が挙げられる。例えば四つの単位パターン印１３の１つを他の三つと異なる平面に形成するなどしなくても、認識対象物品の位置及び姿勢を特定することが可能である。
更に、認識表示体１２を簡単に変更するという観点からすれば、認識対象物品に着脱自在に装着されるカードに表示されているように構成すればよい。
更にまた、認識対象物品が異なる種別を有する場合には、認識表示体１２として、図１（ｂ）に示すように、四以上の単位パターン印１３と、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報以外の種別情報を認識するための種別表示印１４とを有するようにすればよい。

また、本実施の形態では、上述した採取対象物品２の認識構造を利用することで、採取情報認識装置が構築される。
この採取情報認識装置は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、採取対象物品２を予め決められた位置関係で保持する保持基台１の一部又は採取対象物品２の一部に設けられ、中心位置Ｃから周囲に向かって濃度パターンＰｃが順次変化するように形成される単位パターン印１３を予め決められた位置関係で四以上有する認識表示体１２と、前記保持基台１又は採取対象物品２に対向配置されて前記認識表示体１２を撮像する撮像具５と、この撮像具５にて撮像された認識表示体１２の撮像情報を少なくとも用い、前記保持基台１又は採取対象物品２からなる認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を認識する配置情報認識部６と、を備えたものである。
このような技術的手段において、撮像具５による計測位置は任意に設定して差し支えないが、計測精度を高くするには、撮像具５の撮像面とこの撮像具の視野範囲に入る前記認識対象物品に設けられる認識表示体１２面とが正対しない非正対計測位置に撮像具５を設置することが好ましい。この場合、非正対計測位置に撮像具５を固定的に設ける構成でもよいが、正対計測位置と非正対計測位置とを含む計測を可能にするように撮像具５を移動可能に支持する構成を採用するようにしてもよいし、あるいは、非正対計測位置を複数段階計測可能にするように撮像具５を移動可能に支持する構成を採用してもよい。
また、配置情報認識部６としては、認識対象物品（保持基台１又は採取対象物品２）の位置及び姿勢に関する配置情報を認識するアルゴリズムであれば、どのような認識手法を採用しても差し支えない。

更に、上述した採取情報認識装置を利用すれば、採取処理装置が構築される。
この採取処理装置は、上述した採取情報認識装置と、この採取情報認識装置にて認識された保持基台１又は採取対象物品２からなる認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報に基づいて制御信号を生成し、採取対象物品２に対する採取処理動作を制御する制御部７と、この制御部７にて生成された制御信号に基づいて前記採取対象物品２の採取処理動作を実施する処理機構８と、を備えたものである。
このような技術的手段において、‘採取処理’には単に採取対象物品２を把持したり、採取対象物品２を回収したり、廃棄する等採取する処理を広く含む。
また、処理機構８は例えばロボットハンド等のマニピュレータを指す。
更に、撮像具５の好ましい支持機構としては、処理機構８が撮像具５の支持機構を兼用する態様が挙げられる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明をより詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２は実施の形態１に係る採取処理装置の全体構成を示す説明図である。
＜採取処理装置の全体構成＞
同図において、採取処理装置は、整列トレイ２０上に整列配置された採取対象物品であるワークＷを順次採取し、所定の部位まで移動させるものである。
本実施の形態において、採取処理装置は、前記整列トレイ２０に位置及び姿勢からなる配置情報を認識するために設けられた認識表示体としてのパターンマーカ３０と、この整列トレイ２０のパターンマーカを撮像するカメラ４０と、前記整列トレイ２０上のワークＷを採取し且つ所定部位まで移動させるロボット５０と、前記カメラ４０の撮像タイミングを制御し、前記カメラ４０からの撮像情報を入力して前記整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識すると共に、この認識した配置情報に基づいて後述する図１０のフローチャートに従ってロボット５０の動きを制御する制御装置６０とを備えている。
本例では、整列トレイ２０は、図２及び図３（ａ）に示すように、積み重ね可能な皿状のトレイ本体２１を有し、このトレイ本体２１には縦横に整列されたワーク収容凹部２５を形成すると共に、各ワーク収容凹部２５には夫々ワークＷを採取可能に収容するようにしたものである。
また、ロボット５０は多軸関節にて可動するロボットアーム５１の先端に把持動作可能なロボットハンド５２を有し、モーションキャプチャ等の入力軌跡情報に従ってロボットハンド５２による処理動作を教示すると共に、前記カメラ４０からの撮像情報に基づいて前記ロボットハンド５２による処理動作に補正を施すようにしたものである。
そして、本例では、前記カメラ４０はロボットハンド５２の一部に固着され、ロボットハンド５２によって予め決められた計測位置に設置されるようになっている。

＜パターンマーカ＞
本実施の形態において、パターンマーカ３０は、図３（ａ）に示すように、整列トレイ２０のトレイ本体２１の頂部面２２を認識基準面とし、この頂部面２２の四隅に設けられる単位パターン印３１と、トレイ品本体２１の頂部面２２の隣接する二辺に沿って設けられる種別表示印３６とを有している。
ここで、単位パターン印３１の一つの代表的態様は、例えば図３（ｂ）及び図４（ａ）に示すように、中心位置Ｃが最も高濃度で周辺に向かって順次薄く変化する濃度パターンＰｃのグラデーション３２として表示されている。
また、単位パターン印３１の別の代表的態様は、図３（ｃ）及び図４（ａ）に示すように、中心位置Ｃが最も密にドット３３が分布して高濃度領域３４を形成し且つ周囲に向かってドット３３の分布が次第に粗くなって低濃度領域３５を形成するドットパターンとして表示されている。この場合、ドット３３の直径サイズ及びドット同士の間隔、配置位置を変えることで濃度分布を持たせることが可能である。
特に、ドットパターン方式は、インクジェットや電子写真方式の画像形成装置を利用した印刷により容易に形成される点で好ましい。
一方、種別表示印３６は、例えば収容すべきワークＷが複数の種類ある場合（例えば色による種別や、サイズによる種別など）に、該当する種別のワークＷとの整合を図る上でのＩＤ（Identification）表示となるものである。尚、本例では、種別表示印３６は二箇所に設けられているが、一箇所に設けるようにしてもよいし、あるいは、三箇所以上に分割して設けるようにしても差し支えない。

−ＬＥＤ表示板との対比−
図４（ｂ）に示すＬＥＤ表示板１８０は、パターンマーカ３０と異なり、基板１８１上に四つのＬＥＤ１８２（１８２ａ〜１８２ｄ）を設け、四つのＬＥＤ１８２のうち三つのＬＥＤ１８２（１８２ａ〜１８２ｃ）を基板１８１の同一面に設置し、この三つのＬＥＤ１８２を頂点とする三角形参照面１８３に対してｈだけ離間した垂線ｖ上に他の一つのＬＥＤ１８２（１８２ｄ）を設置し、前記三角形参照面１８３とこれの垂線ｖ上のＬＥＤ１８２（１８２ｄ）との位置関係から前記三角形参照面１８３の位置及び姿勢を求めるようにしたものである。尚、符号１８４はＩＤ用ＬＥＤである。
このＬＥＤ表示板１８０でも、確かに整列トレイ２０の位置及び姿勢は認識されるが、ＬＥＤ１８２を使用するための電源が必要であることから、このような電源が不要である点において本例のパターンマーカ３０の方が好ましい。
また、ＬＥＤ表示板１８０では、四つのＬＥＤ１８２を立体的に配置することで位置及び姿勢の認識精度を高める手法を採用しているが、パターンマーカ３０では単位パターン印３１の夫々は中心位置Ｃの周囲に順次変化する濃度分布を具備していることから、濃度分布の近似式から濃度分布の中心位置Ｃ（濃度の一番高い点）を高精度に算出することが可能である。このため、単位パターン印３１に対する認識精度が高いことに伴って、四つの単位パターン印３１を同一面に配置したとしても、四つの単位パターン印３１の中心位置Ｃに相当する頂点の位置を認識することで、図５に示すように、仮に、整列トレイ２０がＡ位置からＢ位置へ回転角αの回転を伴って変化した場合でも、整列トレイ２０の認識基準面である頂部面２２の位置及び姿勢が正確に認識される。
尚、本例では、単位パターン印３１は同一平面上に四つ設けられているが、これに限られるものではなく、例えば任意の六点に単位パターン印３１を設ける等してもよい。つまり、三次元の位置及び姿勢を認識することが可能であれば、適宜選定して差し支えなく、単位パターン印３１の数を四以上設けるようにすればよく、また、単位パターン印３１の設置箇所については同一平面に限らず、異なる平面にわたって設けるようにしてもよい。

−パターンマーカの製造例−
本実施の形態において、パターンマーカ３０は、例えば図６に示すように、整列トレイ２０の頂部面２２の四隅並びに二辺に沿った箇所に夫々取付凹部３７を形成し、この取付凹部３７に前記単位パターン印３１及び種別表示印３６が印刷されたラベル３８を貼付するようにしたものである。このとき、例えば取付凹部３７の深さはラベル３８の厚さに相当するように選定され、単位パターン印３１及び種別表示印３６が認識基準面になる頂部面２２と面一になるように設定されている。尚、パターンマーカ３０は認識基準面となる頂部面２２と面一に設定されているが、必ずしも面一でなくても差し支えない。また、本例では、取付凹部３７を介してラベル３８を貼付するようにしているが、取付凹部３７を介さずに直接認識基準面となる頂部面２２に貼付するようにしても差し支えない。
また、本例では、パターンマーカ３０の単位パターン印３１は、整列トレイ２０の頂部面２２の縁部からある程度離間して設けることが好ましい。
例えば図７に示すように、単位パターン印３１の半径をＲ、単位パターン印３１の最外郭と頂部面２２の縁部との間隔をＳとすると、Ｓ＞２Ｒを満たすことが好ましい。これは、単位パターン印３１の中心位置Ｃを高精度に検出するためのアルゴリズムに基づくもので、単位パターン印３１の円パターンにかぶせる検出用の矩形ウィンドウが前記整列トレイ２０の頂部面２２の縁部（黒い縁取り部分で表示）と重ならないようにＳ＞２Ｒという関係を満たすようにしたものである。尚、パターンマーカ３０について異なる検出アルゴリズムを用いるようにすれば単位パターン印３１のレイアウトについては任意に設定できることは勿論である。

＜カメラの計測位置＞
本例では、カメラ４０は整列トレイ２０のパターンマーカ３０を撮像可能にすべき当該パターンマーカ３０に対向配置されている。
このとき、カメラ４０の計測位置について検討すると、図８（ａ）〜（ｃ）の態様が挙げられる。
先ず、図８（ａ）に示す態様は、カメラ４０の撮像面中心位置（視野範囲の中心位置）が整列トレイ２０のパターンマーカ３０のうち四つの単位パターン印３１の中心位置Ｃを含み、認識基準面である頂部面２２に正対した正対計測位置である場合である。
この態様では、カメラ４０とパターンマーカ３０との間の距離方向の計測精度が低下する懸念がある。
今、図９（ａ）（ｂ）に示すように、カメラ４０がパターンマーカ３０に正対している場合、パターンマーカ３０の単位パターン印３１間の幅寸法をカメラ４０で撮像される画像サイズＬとし、仮に、整列トレイ２０の認識基準面である頂部面２２上のパターンマーカ３０がθだけ微小に変化したときの画像サイズ変化をＬ’とすれば、Ｌ’＝Ｌ×ｃｏｓθという関係を満たす。
このことからすれば、画像サイズ変化Ｌ’は当初の画像サイズＬよりも小さくなることから、計測精度が低下することが理解される。

次に、図８（ｂ）に示す態様は、図８（ａ）の位置からカメラ４０の視野範囲中心位置がパターンマーカ３０の四つの単位パターン印３１の中心位置Ｃから外れるように、パターンマーカ３０の面に沿ってカメラ４０を平行移動させ、図９（ａ）の正対計測位置からオフセットした場合である。
この場合には、図９（ａ）の場合に比べて、カメラ４０の計測精度は向上する。但し、パターンマーカ３０がカメラ４０の視野範囲の中心位置Ｃから外れた位置となるため、カメラ４０のレンズ歪の影響により計測精度が低下する懸念がある。このとき、レンズ歪補正を行ったとしても、計測精度は低下する傾向にあるため、更に改善策を講ずることが好ましい。
これに対し、図８（ｃ）に示す態様は、カメラ４０の撮像面とパターンマーカ３０の面（認識基準面である組付部品２０の頂部面２２に相当）とが正対せず、カメラ４０の視野範囲中心がパターンマーカ６０の四つの単位パターン印３１の中心位置Ｃに対応して配置されている場合である。これは、図８（ｃ）に示すように、パターンマーカ３０の認識基準面に対してカメラ４０の撮像面を傾斜配置したものであり、カメラ４０の計測精度は向上する。つまり、図９（ａ）（ｂ）に示す場合を想定すれば、図８（ｃ）に示す態様は画像サイズＬ’に傾いたものと仮定することができ、これがθだけ回転して画像サイズ変化がＬに至ったものと考えられる。この場合、画像サイズの変化は、Ｌ＝Ｌ’／ｃｏｓθであることから、θの変化が大きいほど、ｃｏｓθの値の変化が大きくなり、それに従い画像サイズの変化も大きいものとして与えられる。
よって、図８（ｃ）に示す態様ではカメラ４０の計測精度が向上することが理解される。
傾斜角度θの選定については適宜選定して差し支えないが、１５°〜７５°の範囲が好ましく、計測精度を高めるという点では、特には４５°付近に選定することがよい。
但し、例えば図２に示すように、カメラ４０がロボットハンド５２に取り付けられている態様では、傾斜角度θが大きい程、計測後にロボットハンド５２を整列トレイ２０のワークＷ位置まで移動させる距離が大きくなり、生産タクトに影響することから、生産タクトを考慮すれば、計測精度が確保できる範囲で可能な限り傾斜角度θは小さい方が好ましい。

＜ワーク採取処理＞
次に、本実施の形態に係る採取処理装置によるワーク採取処理について説明する。
先ず、制御装置６０は、図１０に示すフローチャートを実行し、カメラ４０及びロボット５０に対して制御信号を送出する。
同図において、制御装置６０は、先ずカメラ４０にて整列トレイ２０のパターンマーカ３０を計測し、この後、整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識すると共に、整列トレイ２０に収容されている各ワークＷの位置及び姿勢からなる配置情報を間接的に認識する。
この後、制御装置６０は、ロボットハンド５２の移動動作を決定し、ロボットハンド５２にてワークＷを所定の部位へ移動させるべく採取する。
この後、制御装置６０は、ロボットハンド５２による整列トレイ２０のワークＷの採取処理が終了したか否かをチェックし、整列トレイＷの全てのワークＷの採取処理が終了した時点で、空整列トレイ２０の回収処理を実施する。
尚、空整列トレイ２０の回収処理の詳細例ついては、後述する実施の形態４で説明する。

◎実施の形態２
図１１（ａ）は実施の形態２に係る採取処理装置の全体構成を示す説明図である。
同図において、採取処理装置の基本的構成は、実施の形態１と略同様であるが、実施の形態１と異なり、カメラ４０をロボットハンド５２とは切り離して固定的に設けたものである。尚、実施の形態１と同様な要素については、実施の形態１と同様な符号を付し、ここでは詳細な説明を省略する。
本実施の形態においては、整列トレイ２０のパターンマーカ３０につき撮像可能な位置にカメラ４０を予め設置しておけばよく、カメラ４０にてパターンマーカ３０を撮像することにより、整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識し、これに伴って、整列トレイ２０の各ワークＷの位置及び姿勢からなる配置情報を間接的に認識することが可能である。
このため、実施の形態１と略同様に、整列トレイ２０のワーク採取処理が実施される。

◎実施の形態３
図１２は実施の形態３に係る採取処理装置の全体構成を示す。
同図において、採取処理装置の基本的構成は、実施の形態１と略同様であるが、整列トレイ２０に付加されるパターンマーカ１１０の構成が実施の形態１のパターンマーカ３０と異なるものである。尚、実施の形態１と同様な要素については実施の形態１と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
本実施の形態において、パターンマーカ１１０は、図１２及び図１３（ａ）（ｂ）に示すように、カード１２０表面に印刷されており、整列トレイ２０の頂部面２２の一部（例えば一隅部）に形成された取付凹部２３にカード１２０を固定するようにしたものである。
ここで、パターンマーカ１１０としては、図１４（ａ）に示すように、カード１２０の表面の四隅に設けられる例えばグラデーション１１２からなる単位パターン印１１１と、カード１２０表面の二辺に沿って設けられる種別表示印１１６とを有する態様や、あるいは、図１４（ｂ）に示すように、カード１２０の表面の四隅に設けられる例えばドット１１３パターンからなる単位パターン印１１１と、カード１２０表面の二辺に沿って設けられる種別表示印１１６とを有する態様が挙げられる。

＜パターンマーカの固定方法＞
パターンマーカ１１０の固定方法としては以下のものが挙げられる。
図１５（ａ）に示す態様は、整列トレイ２０の頂部面２２に形成された取付凹部２３の周壁に弾性変形可能な押さえ突片１３０を設け、パターンマーカ１１０が印刷されたカード１２０を前記押さえ突片１３０を弾性変形させながら取付凹部２３内に収容し、取付凹部２３内のカード１２０の周囲を押さえ突片１３０で押さえ込むようにしたものである。尚、本例では、前記押さえ突片１３０を弾性変形させながら、前記カード１２０を取り外すことは可能である。
また、図１５（ｂ）に示す態様は、整列トレイ２０の頂部面２２に形成された取付凹部２３の底部及びパターンマーカ１１０が印刷されたカード１２０の四隅に取付孔１３１，１３２を開設し、図示外の止め具にて前記取付凹部２３内にカード１２０を固定するようにしたものである。
更に、図１６（ａ）に示す態様は、紙や樹脂製のラベル１４０にパターンマーカ１１０を印刷し、整列トレイ２０の取付凹部２３の底部にラベル１４０を貼り付けるようにしたものである。
更にまた、図１６（ｂ）に示す態様は、整列トレイ２０の頂部面２２の取付凹部２３の底部にパターンマーカ１１０を直接印刷するようにしたものである。

このように、本実施の形態では、整列トレイ２０の一部にパターンマーカ１１０を設けるようにしたので、カメラ４０にて整列トレイ２０の一部のパターンマーカ１１０を計測することにより、整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識し、これに基づいて、ワークＷの位置及び姿勢からなる配置情報を認識することが可能であり、実施の形態１と同様に、ワークＷの採取処理が実施される。
また、本実施の形態では、整列トレイ２０の頂部面２２の一隅部にパターンマーカ１１０を設置しているが、パターンマーカ１１０の設置箇所については適宜変更して差し支えなく、例えば図１７（ａ）に示すように、例えばワークＷ収容数の多い整列トレイ２０にあっては、整列トレイ２０の頂部面２２の中央付近にパターンマーカ１１０を設置するようにしたり、あるいは、図１７（ｂ）に示すように、整列トレイ２０の頂部面２２の対角位置にある隅部に一対のパターンマーカ１１０を設置する等複数のパターンマーカ１１０を設置するようにしてもよい。
特に、複数のパターンマーカ１１０を設置する場合には、夫々のパターンマーカ１１０に対応した部位の位置及び姿勢からなる配置情報を認識することが可能になるため、整列トレイ２０の配置情報がより正確に認識される。

◎実施の形態４
図１８（ａ）（ｂ）は実施の形態４に係る採取処理装置の全体構成を示す。
同図において、採取処理装置は、整列トレイ２０に収容されたワークＷに対して採取処理すると共に、ワークＷの採取処理が完了して空になった空整列トレイ２０’を回収処理（採取処理の一態様）するものである。
同図において、符号１５０はワークＷが収容されている整列トレイ（本実施の形態では必要に応じて実トレイと称する）２０及びワークＷの採取処理が終了して空になった空整列トレイ（本実施の形態では必要に応じて空トレイと称する）２０’を置くトレイ置き台であり、このトレイ置き台１５０上には実トレイ置き場１５１及び空トレイ置き場１５２が隣接して確保されている。
また、本実施の形態において、図示外の制御装置は、カメラ４０の撮像タイミングを制御すると共に、ロボット５０を制御し、実施の形態１と略同様なワークＷの採取処理を実施し、更に、図１９に示すフローチャートに従って空トレイ回収処理を実施する。

次に、本実施の形態に係る採取処理装置による空トナー回収処理を模式的に示す。
先ず、制御装置は、整列トレイ２０内の各ワークＷに対して採取処理を順次繰り返す。
そして、制御装置は、図１９に示すように、例えばカメラ４０で整列トレイ２０全体を監視し、所定の整列トレイ２０からのワークＷ採取処理（ワーク取出処理）が全て終了したか否かをチェックし、図２０（ａ）に示すように、整列トレイ２０が空トレイ２０’に至ったと仮定すると、カメラ４０にて実トレイ置き場１５１の空トレイ２０’のパターンマーカ３０を計測する（図２０（ｂ）参照）。
この結果、制御装置は、空トレイの位置及び姿勢からなる配置情報を認識し、ロボットハンド５２に空トレイ回収動作を指示し、ロボットハンド５２にて空トレイ２０’のワーク収容凹部２５間の被把持部２６を把持し（図２１（ａ）参照）、空トレイ置き場１５２に前記空トレイ２０’を移動させる（図２１（ｂ）参照）。
次いで、制御装置は、空トレイ置き場１５２にて既に回収されて積み重ねられている最上部の空トレイ２０’のパターンマーカ３０を計測し（図２２（ａ）参照）、当該空トレイ２０’の位置及び姿勢からなる配置情報を認識する。
この状態において、制御装置は、空トレイ置き場１５２の配置情報に基づいてロボットハンド５２の動きを制御し、空トレイ置き場１５２に移動した空トレイ２０’を既に置いてある空トレイ２０’の上に正確に積み重ねる（図２２（ｂ）参照）。
このように、本実施の形態では、整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報が認識されることから、位置決め機構や空トレイの回収機構等は必要なく、単にトレイ置き台１５０を用意すれば、空トレイ２０’の回収処理が実現される。

−比較の形態に係る整列トレイによるワーク取出装置−
これに対し、図２３に示す比較の形態に係る整列トレイによるワーク取出装置２００は、実トレイ２０を搬送する実トレイ搬送コンベア２０１と、空トレイ２０’を搬送する空トレイ搬送コンベア２０２と、実トレイ搬送コンベア２０１から搬入された実トレイ２０をワーク取出ステージにて供給すると共に空トレイ２０’になったものを空トレイ搬送コンベア２０２に回収するように昇降する昇降台２０３と、前記ワーク取出ステージにて実トレイ２０内のワークを取出す取出しロボット２０５とを備えている。
本例においては、ワーク取出ステージにて実トレイ２０の位置決めを高精度に行うために、二方向にて位置決めする位置決め基準部材２０６，２０７に対し実トレイ２０を二方向から押し付ける位置決め機構２０８を設けることが必要になるばかりか、空トレイ２０’を回収するために昇降台２０３や空トレイ搬送コンベア２０２が必要不可欠になり、その分、設備が複雑化する懸念がある。
また、仮に、実トレイ２０の位置決めをラフにした場合には、取出しロボット２０５側に高精度の位置決め機構を設けたり、位置決め用の治具に一旦実トレイ２０をセットしてからワークＷを再度把持するなど、設備構成が複雑化する懸念がある。

◎実施の形態５
図２４は実施の形態５に係る採取対象物品の認識構造を示す。
同図において、採取対象物品としては、例えば電子写真方式の画像形成装置において用いられるトナーを供給するためのトナーカートリッジ１６０が挙げられている。
このトナーカートリッジ１６０は、トナーが収容されるトナー容器１６１を有し、このトナー容器１６１の一側面１６２にパターンマーカ１７０を付加したものである。
本例において、パターンマーカ１７０は、トナー容器１６１の一側面１６２の一部に正方形領域Ｕの頂点に対応する四箇所に単位パターン印１７１を設けると共に、前記正方形領域Ｕの二辺に沿って種別表示印１７６を設けたものである。
ここで、単位パターン印１７１及び種別表示印１７６はラベルやカードに付加して取り付けるようにしてもよいが、本例では、型成形時の表面刻印模様として構成されており、例えばコーナーキューブ（立方体内面の隅の性質を利用した光などを元の方向へ反射する器具）のように、再帰反射を利用して必要な各機能部がトナー容器１６１に直接刻印されて設けられている。特に、単位パターン印１７１は例えばドット１７３の大きさや配置関係を変えるドットパターンによって、中心位置Ｃが高濃度領域１７４で周囲に向かって次第に低下する濃度分布を有するものとして構成されている。また、種別表示印１７６はトナーの色や種類を種別するために設けられるものであって、例えばバーコード形式や符号形式にて構成されている。
このようなパターンマーカ１７０をトナーカートリッジ１６０に付加するようにすれば、トナーカートリッジ１６０の一及び姿勢からなる配置情報を認識することが可能になるため、例えばロボットにてトナーカートリッジ１６０を自動装着するようなシステムが容易に構築される。

また、トナー容器１６１の一側面１６２にパターンマーカ１７０を設ける態様では、単位パターン印１７１はトナー容器１６１の一側面１６２の周縁部やテーパ部などの段差部１６３との間にある程度の空間領域Ｑを確保することが好ましい。これは、単位パターン印１７１の中心位置Ｃを高精度に検出するためのアルゴリズムに基づくもので、単位パターン印１７１の円パターンにかぶせる検出用の矩形ウィンドウが前記段差部１６３と重ならないようにＳ＞２Ｒという関係を満たすようにしたものである。尚、パターンマーカ１７０について異なる検出アルゴリズムを用いるようにすれば単位パターン印１７１のレイアウトについては任意に設定できることは勿論である。
更に、トナーカートリッジ１６０に対しパターンマーカ１７０を形成する箇所については、必ずしもトナー容器１６１の一側面１６２である必要はなく、例えば図２６（ｂ）に示すように、トナー容器１６１の一端部１６４にパターンマーカ１７０を設けるようにしてもよい。この場合、例えば図２６（ａ）に示すように、整列収容箱１９０に多数のトナーカートリッジ１６０を生産ライン等で整列収容した場合であっても、整列収容箱１９０に収容されているトナーカートリッジ１６０の位置及び姿勢からなる配置情報を正確に認識することが可能になる。

◎実施の形態６
図２７は実施の形態６に係る採取処理装置を示す。
同図において、採取処理装置の基本的構成は、実施の形態１と略同様であるが、カメラ４０による整列トレイ２０のパターンマーカ３０の計測方式が実施の形態１と異なる。尚、実施の形態１と同様な要素については実施の形態１と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
つまり、本実施の形態では、図示外の制御装置は、先ず、一段階目の位置であるロボットのホームポジション（本例では、整列トレイ２０のパターンマーカ３０の中心位置Ｃにカメラ４０の視野範囲の中心位置Ｃが正対する正対計測位置Ｐ_１）にカメラ４０を設置し、整列トレイ２０のパターンマーカ３０をラフな精度から計測する（図２７（ａ）参照）。
次いで、制御装置は、ロボットハンド５２を回転移動させることにより、二段階目の位置である高精度計測可能位置（例えば正対計測位置に対し角度θ（例えば４５°）傾斜した非正対計測位置Ｐ_２）にカメラ４０を移動させる（図２７（ｂ）参照）。
この状態において、整列トレイ２０のパターンマーカ３０を高精度に計測し（図２７（ｃ）参照）、整列トレイ２０のパターンマーカ３０の一段階目のラフな計測情報及び二段階目の高精度な計測情報に基づいて、整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報を高精度に認識し、これに伴って、整列トレイ２０内のワークＷの位置及び姿勢に伴う配置情報を正確に割り出して認識する。
この後、制御装置は、ロボットハンドにて整列トレイ２０のワークＷの採取処理を実施する。
尚、本実施の形態では、正対計測位置Ｐ_１を第一の計測位置、非正対計測位置Ｐ_２を第二の計測位置として二段階計測を行っているが、これに限られるものではなく、例えば第一の計測位置として非正対正対計測位置Ｐ_２を選定してもよいし、更には、三段階以上の複数計測を行うようにしてもよい。

１…保持基台，２…採取対象物品，５…撮像具，６…配置情報認識部，７…制御部，８…処理機構，１１…認識基準面，１２…認識表示体，１３…単位パターン印，１４…種別表示印，Ｃ…中心位置，Ｐｃ…濃度パターン

Claims (9)

1. 採取対象物品を予め決められた位置関係で保持する保持基台の一部に設けられ、前記保持基台の位置及び姿勢からなる配置情報を認識する基準となる認識基準面と、
   この認識基準面に対し撮像具にて撮像可能に設けられ、中心位置から周囲に向かって濃度パターンが順次変化するように形成される単位パターン印を予め決められた位置関係で４以上有する認識表示体と、
   を備えたことを特徴とする採取対象物品の認識構造。
2. 採取対象物品の一部に設けられ、前記採取対象物品の位置及び姿勢からなる配置情報を認識する基準となる認識基準面と、
   この認識基準面に対し撮像具にて撮像可能に設けられ、中心位置から周囲に向かって濃度パターンが順次変化するように形成される単位パターン印を予め決められた位置関係で４以上有する認識表示体と、
   を備えたことを特徴とする採取対象物品の認識構造。
3. 請求項１又は２記載の採取対象物品の認識構造において、
   認識表示体は単位パターン印の濃度パターン変化を点像で表示するものであることを特徴とする採取対象物品の認識構造。
4. 請求項１ないし３いずれかに記載の採取対象物品の認識構造において、
   認識表示体は保持基台又は採取対象物品からなる認識対象物品の同一平面上に四つの単位パターン印を有することを特徴とする採取対象物品の認識構造。
5. 請求項１ないし４いずれかに記載の採取対象物品の認識構造において、
   認識表示体は保持基台又は採取対象物品からなる認識対象物品に着脱自在に装着されるカードに表示されていることを特徴とする採取対象物品の認識構造。
6. 請求項１ないし５いずれかに記載の採取対象物品の認識構造において、
   認識表示体は、４以上の単位パターン印と、保持基台又は採取対象物品からなる認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報以外の種別情報を認識するための種別表示印とを有することを特徴とする採取対象物品の認識構造。
7. 採取対象物品を予め決められた位置関係で保持する保持基台の一部又は採取対象物品の一部に設けられ、中心位置から周囲に向かって濃度パターンが順次変化するように形成される単位パターン印を予め決められた位置関係で四以上有する認識表示体と、
   前記保持基台又は採取対象物品に対向配置されて前記認識表示体を撮像する撮像具と、
   この撮像具にて撮像された認識表示体の撮像情報を少なくとも用い、前記保持基台又は採取対象物品からなる認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を認識する配置情報認識部と、
   を備えたことを特徴とする採取情報認識装置。
8. 請求項７記載の採取情報認識装置と、
   この採取情報認識装置にて認識された保持基台又は採取対象物品からなる認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報に基づいて制御信号を生成し、採取対象物品に対する採取処理動作を制御する制御部と、
   この制御部にて生成された制御信号に基づいて前記採取対象物品の採取処理動作を実施する処理機構と、
   を備えたことを特徴とする採取処理装置。
9. 請求項８記載の採取処理装置において、
   処理機構は、撮像具の支持機構を兼用することを特徴とする採取処理装置。

Images