JP5765355B2 - ロボットピッキングシステム及び被加工物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットピッキングシステム及び被加工物の製造方法に関する。

ボルトといった同一形状のワークがランダムに収容されたストッカから当該ワークを取り出して保持させるピッキング技術がある。特許文献１には、ピッキング技術を利用したロボットピッキングシステムが開示されている。このロボットピッキングシステムでは、まず、対象ワークを保持する吸着ノズルを所定位置に移動させる。そして、吸着ノズルの吸引を開始した後に、対象ワークに向けて吸着ノズルを移動させる。

特開２０１２−２４０１６６号公報

ところで、ワーク保持部を有するロボットを用いたワークの取り出し動作において、ワーク保持部の軌跡には、ワーク保持部と周辺物との干渉を避けつつワーク保持部を迅速に移動させるために、アプローチ位置が予め設定されていることがある。このような軌跡に沿ったワークの取り出し動作によれば、ワーク保持部が必ずアプローチ位置を経由することになるので、効率よくワークを取り出すことができない場合があった。

そこで、本発明は、効率よくワークを取り出すことができるロボットピッキングシステム及び被加工物の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、複数のワークを収容したストッカ内のワークをピッキングするためのピッキング部を有するロボットと、ロボットの動作を制御する制御装置と、ワークに関する情報が含まれた画像データを取得する画像取得装置と、を備え、制御装置は、ピッキング部の姿勢を変更するための第１区間と、姿勢が変更されたピッキング部をピッキングの対象となる対象ワークに接近させるための第２区間と、を含む第１軌跡を生成する軌跡データ生成部を有する。

本発明のロボットピッキングシステムによれば、効率よくワークを取り出すことができる。

本実施形態のロボットピッキングシステムを示す図である。 ロボットを説明するための図である。 第１軌跡データ及び第２軌跡データを説明するための図である。 制御装置を実現するコンピュータを示す図である。 制御装置の機能ブロック図である。 軌跡を計算する方法を説明するための図である。 軌跡を計算する方法を説明するための図である。 ピッキング動作を実行する主要な工程を説明するための図である。 軌跡を生成する一工程を説明するための図である。 軌跡を生成する一工程を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

＜ロボットピッキングシステム＞
図１は、本実施形態のロボットピッキングシステム１を示す図である。また、図２は、図１に示されているロボットＲの機構を示す図である。図１に示すように、ロボットピッキングシステム１は、第１ストッカ（容器）２内のワークＷを１つずつピッキングし（取り出し）、第２ストッカ（容器）３に移送するものである。第１ストッカ２は、樹脂製又は金属製の箱であり、内部には複数のワークＷが、いわゆるバラ積みの状態で収容されている。第１ストッカ２に収容されているワークＷは、例えばボルトといった同一の形状を有する部品である。第１ストッカ２からピッキングされたワークＷは、例えば、予め定められた配置や姿勢に従って第２ストッカ３内に収容される。

ロボットピッキングシステム１は、ワークＷを第１ストッカ２からピッキングして第２ストッカ３に移送するロボットＲと、ロボットＲの動作を制御する制御装置４と、ワークＷの画像データが含まれた画像を取得する画像取得装置６と、を備えている。

＜ロボット＞
図２は、ロボットＲを説明するための図である。図２に示すように、ロボットＲは、いわゆる多関節ロボットであり、ベース７と、アーム８と、グリッパ（ロボットエンドエフェクタ）１１とを有している。ベース７は、ロボットＲの基礎部であり、床面１２に固定されている。アーム８は、複数のアーム部８ａと、アーム部８ａ同士を連結する複数の回転関節Ｊ１〜Ｊ７とを有している。従って、ロボットＲは、３次元空間における動作に必要な６自由度の構成に、更に冗長自由度を加えた７自由度の構成を有している。但し、本発明の適用対象ロボットは７自由度機構に限定されず、６自由度或いはそれ以外の機構に対して、軸構成を問わず適用可能である。アーム部８ａには、回転関節Ｊ１〜Ｊ７を回転駆動するためのサーボモータ（不図示）が内蔵され、制御装置４から入力される制御信号により制御される。また、回転関節Ｊ１〜Ｊ７には、回転角度を検出するためのセンサ９が内蔵されている。センサ９は、検出した角度値をセンサデータとして制御装置４に出力する（図４参照）。グリッパ１１は、ロボットＲのアーム８の先端に取り付けられている。グリッパ１１は、一対の部材を開閉動作させることによりワークＷを保持する。このグリッパ１１の開閉動作は制御装置４から入力される制御信号により制御される。

ロボットＲには、ロボット座標系Ｃが設定されている。例えば、ロボット座標系Ｃは、ロボットＲが配置された床面１２に対して垂直な方向をＺ方向とし、床面１２に平行な方向をＸ方向とする。さらに、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方（紙面に垂直な方向）をＹ方向とする。また、例えば、床面１２に対してロボットＲを固定した点を固定点Ｐとし、固定点Ｐをロボット座標系Ｃの原点とする。

＜画像取得装置＞
画像取得装置６は、ワークＷに関する情報が含まれた画像データを取得して、画像データを制御装置４に出力する。画像データは、第１ストッカ２内の複数のワークＷの撮像データが含まれた画像情報と、画像に映された物体の距離情報とを含んでいる。このような画像データを取得可能な画像取得装置６には、例えば、ステレオカメラ、距離画像センサ、又は画像センサと測距センサとを組み合わせた構成を用いることができる。

＜制御装置＞
制御装置４は、角度データ、画像データ及びロボットＲに関するリンク情報等を利用して、第１軌跡データ及び第２軌跡データを生成する。そして、制御装置４は、第１軌跡データ及び第２軌跡データを利用して、ロボットＲを動作させることにより対象ワークＷＯをピッキングして、第１ストッカ２から第２ストッカ３に移送する。

図３は、第１軌跡データ及び第２軌跡データを説明するための図である。第１軌跡データ及び第２軌跡データは、所定の２点間をグリッパ１１が移動する際の軌跡を示す情報と、移動中におけるグリッパ１１の姿勢に関する情報とを含んでいる。図３に示されるように、ピッキング動作の一例として、作業空間ＷＳにおいて、開始点Ｐｒに存在するグリッパ１１が、目標点Ｐｄに位置する対象ワークＷＯをピッキングして、終点Ｐｅまで移送する場合を例に説明する。作業空間ＷＳは、ロボット座標系Ｃにより規定されている。

グリッパ１１には、グリッパ１１の位置を代表して示す代表点Ｐｈが設定されている。第１軌跡及び第２軌跡は、この代表点Ｐｈの移動軌跡である。対象ワークＷＯの位置は、作業空間ＷＳに設定される目標点Ｐｄにより示される。この目標点Ｐｄは対象ワークＷＯごとにロボット座標系Ｃに基づいて作業空間ＷＳ内に設定される点である。対象ワークＷＯのピッキング時には、グリッパ１１の代表点Ｐｈが対象ワークＷＯの目標点Ｐｄに重複される。作業空間ＷＳには、ピッキング動作の開始時に代表点Ｐｈが存在する開始点Ｐｒと、対象ワークＷＯの移送先を示す終点Ｐｅが設定されている。終点Ｐｅは、例えば、第２ストッカ３の内部に設定されている。

第１軌跡Ｔ１は、開始点Ｐｒから目標点Ｐｄまでのグリッパ１１の代表点Ｐｈの移動経路であり、グリッパ１１の姿勢をピッキング姿勢に変更するための区間である。第１軌跡Ｔ１は、第１中間点（中間点）Ｐｍ１により分割される第１区間Ｚ１と第２区間Ｚ２とを含んでいる。すなわち、第１中間点Ｐｍ１は、第１軌跡Ｔ１を第１区間Ｚ１と第２区間Ｚ２に分割する。第１区間Ｚ１は、開始点Ｐｒから第１中間点Ｐｍ１までの区間である。第１区間Ｚ１では、グリッパ１１の代表点Ｐｈが開始点Ｐｒから第１中間点Ｐｍ１に移動されると共に、グリッパ１１の姿勢が初期姿勢からピッキング姿勢に変更される。初期姿勢とは、グリッパ１１がピッキング動作を開始する際の姿勢であり、例えば開始点Ｐｒでのグリッパ１１の姿勢である。第１中間点Ｐｍ１は、第１区間Ｚ１の距離が第２区間Ｚ２よりも長くなり、対象ワークＷＯよりも上方に設定され、且つ、第１ストッカ２の外側に設定されている。

第２区間Ｚ２は、第１中間点Ｐｍ１から目標点Ｐｄまでのグリッパ１１の代表点Ｐｈの移動経路であり、第１区間Ｚ１においてピッキング姿勢に変更されたグリッパ１１を対象ワークＷＯに接近させるための区間である。第２区間Ｚ２では、グリッパ１１の姿勢をピッキング姿勢に保持しつつ、グリッパ１１の代表点Ｐｈが第１中間点Ｐｍ１から目標点Ｐｄに移動される。第２区間Ｚ２は、さらに第２中間点Ｐｍ２により分割され、第１中間点Ｐｍ１を介して第１軌跡Ｔ１と連続する第３区間Ｚ３と、第２中間点Ｐｍ２を介して第３区間Ｚ３と連続する第４区間Ｚ４とを含んでいる。第２中間点Ｐｍ２は、目標点Ｐｄから接近方向ＡＬに延びた延長線上に設定される点である。第３区間Ｚ３は、第１中間点Ｐｍ１から第２中間点Ｐｍ２まで障害物を避けつつ最短距離でグリッパ１１を移動させるための区間である。第４区間Ｚ４は、第２中間点Ｐｍ２から目標点Ｐｄまで、接近方向ＡＬに沿ってグリッパ１１を移動させるため区間である。

第２軌跡Ｔ２は、目標点Ｐｄから終点Ｐｅまでのグリッパ１１の移動経路である。第２軌跡Ｔ２では、対象ワークＷＯを保持したグリッパ１１が障害物と干渉することなく目標点Ｐｄから終点Ｐｅまで移動される。この終点Ｐｅは、対象ワークＷＯの移送先の位置を示す点である。

制御装置４は、制御信号をロボットＲに出力してロボットＲの動作を制御する。制御装置４は、ロボットＲと相互に通信可能に接続されたコンピュータにより構成されている。図４は、制御装置４を実現するコンピュータ１００を説明するための図である。また、図５は、制御装置４の機能ブロック図である。図４に示すように、コンピュータ１００は、本実施形態の制御装置４を構成するハードウエアの一例である。コンピュータ１００は、ＣＰＵを具備しソフトウエアによる処理や制御を行なうパーソナルコンピュータ等の情報処理装置を含む。コンピュータ１００は、ＣＰＵ１０１、主記憶装置であるＲＡＭ１０２及びＲＯＭ１０３、キーボード、マウス及びプログラミングペンダント等の入力装置１０４、ディスプレイ等の表示部１０５、ハードディスク等の補助記憶装置１０６などを含むコンピュータシステムとして構成されている。図５に示す機能的構成要素は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２等のハードウエア上に所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、ＣＰＵ１０１の制御のもとで入力装置１０４、表示部１０５を動作させるとともに、ＲＡＭ１０２や補助記憶装置１０６におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。

図５に示すように、制御装置４には、センサ９から角度データが入力されると共に画像取得装置６から画像データが入力される。この制御装置４は、初期姿勢データ生成部１３と、対象ワークデータ生成部１４と、ピッキング姿勢データ生成部１６と、軌跡データ生成部１７とを有している。

＜初期姿勢データ生成部＞
初期姿勢データ生成部１３には、複数のセンサ９から角度データが入力される。そして、初期姿勢データ生成部１３は、後述する初期姿勢データを生成した後に、対象ワークデータ生成部１４及び軌跡データ生成部１７に出力する。ここで初期姿勢データとは、初期状態におけるロボットＲのリンクＬ１〜Ｌ５及びグリッパ１１の姿勢の情報、並びに位置を示す座標情報を含むデータである。これら姿勢及び位置は、ロボット座標系Ｃに基づいて規定されている。初期姿勢データは、角度データ及びロボットＲのリンクＬ１〜Ｌ５の情報を利用して、順運動学に基づく計算により算出する。

＜対象ワークデータ生成部＞
対象ワークデータ生成部１４には、画像取得装置６から画像データが入力されると共に、初期姿勢データ生成部１３から初期姿勢データが入力される。対象ワークデータ生成部１４は、画像データ及び初期姿勢データを利用して、対象ワークデータを生成し、ピッキング姿勢データ生成部１６及び軌跡データ生成部１７に出力する。ここで対象ワークデータとは、第１ストッカ２に収容された複数のワークＷにおいてピッキング対象となる対象ワークを特定するための情報を含むデータである。対象ワークは、例えば、グリッパ１１とワークＷとの間の距離に基づいて選択してもよい。また、初期姿勢データに含まれたグリッパ１１の初期姿勢の情報を利用して、グリッパ１１の初期位置及び初期姿勢からそれぞれのワークＷに至るまでの所要時間を利用して選択してもよい。

＜ピッキング姿勢データ生成部＞
ピッキング姿勢データ生成部１６には、画像取得装置６から画像データが入力されると共に、対象ワークデータ生成部１４から対象ワークデータが入力される。ピッキング姿勢データ生成部１６は、画像データ及び対象ワークデータを利用して、後述するピッキング姿勢データを生成し、軌跡データ生成部１７に出力する。ピッキング姿勢データは、対象ワークＷＯをピッキングするときのグリッパ１１の状態を設定するためのデータである。ピッキング姿勢データは、対象ワークＷＯの位置を示す目標点Ｐｄの座標、対象ワークＷＯをピッキングするためのグリッパ１１のピッキング姿勢、及びグリッパ１１を対象ワークＷＯに接近させる方向を示す接近方向ＡＬ（図９（ａ）参照）の情報を含む。目標点Ｐｄは、対象ワークデータにより特定される対象ワークＷＯについて、距離情報を含む画像データを利用して、公知の方法によりロボット座標系Ｃに基づいて設定される。グリッパ１１のピッキング姿勢は、対象ワークＷＯの形状情報を利用して算出する。グリッパ１１の接近方向ＡＬは、対象ワークＷＯの形状情報及び対象ワークＷＯの周辺に存在する別のワークＷの形状情報を利用して算出する。

＜軌跡データ生成部＞
軌跡データ生成部１７は、軌跡算出部１８と、位置設定部１９と、軌跡確認部２１とを含んでいる。軌跡データ生成部１７には、画像取得装置６から画像データが入力され、対象ワークデータ生成部１４から対象ワークデータが入力され、初期姿勢データ生成部１３から初期姿勢データが入力されると共に、ピッキング姿勢データ生成部１６からピッキング姿勢データが入力される。軌跡データ生成部１７は、これらデータを利用して、開始点Ｐｒから目標点Ｐｄを結ぶ第１軌跡Ｔ１の情報を含む第１軌跡データ及び対象ワークＷＯをピッキングした位置（目標点Ｐｄ）から終点Ｐｅを結ぶ第２軌跡Ｔ２の情報を含む第２軌跡データを生成し、それらデータをロボット駆動部２２に出力する。

＜軌跡算出部＞
軌跡算出部１８は、２点間のグリッパ１１の移動情報を含む軌跡データを生成する。軌跡データは、２点間における移動軌跡に関する情報と、２点間における姿勢に関する情報とを含んでいる。この軌跡算出部１８は、第１軌跡Ｔ１と第２軌跡Ｔ２を生成する。また、軌跡算出部１８は、必要に応じて、周囲の障害物との干渉を避けるように第１軌跡Ｔ１及び第２軌跡Ｔ２を修正する。干渉を避ける軌跡を計算する方法は、公知の方法を用いることができる。

第１軌跡Ｔ１は、開始点（初期位置）Ｐｒ、第２中間点Ｐｍ２、及び目標点Ｐｄの座標情報を利用して算出する。開始点Ｐｒから第２中間点Ｐｍ２までの区間（第１区間Ｚ１、第３区間Ｚ３）の間の軌跡を算出すると共に、第２中間点Ｐｍ２から目標点までの区間（第４区間Ｚ４）の軌跡を算出して両軌跡を連結することにより第１軌跡Ｔ１が算出される。開始点Ｐｒから第２中間点Ｐｍ２までの区間は、第１ストッカ２の外部から内部に亘る区間であるため、例えば、第１ストッカ２の側壁との干渉を避けるように直線、曲線又は直線及び曲線を組み合わせた軌跡が設定される。また、第２中間点Ｐｍ２から目標点Ｐｄまでの区間（第４区間）では、グリッパ１１が接近方向ＡＬに沿って移動させるため、直線状の軌跡が算出される。

また、軌跡算出部１８は、開始点Ｐｒにおけるグリッパ１１の姿勢が初期姿勢であり、第１中間点Ｐｍ１、第２中間点及び目標点Ｐｄにおけるグリッパ１１の姿勢がピッキング姿勢である情報を第１軌跡データに追加する。

第２軌跡Ｔ２は、目標点Ｐｄ及び終点Ｐｅの座標情報を利用して算出する。この第２軌跡Ｔ２は、第１ストッカ２の内部から外部に亘る軌跡であるため第１ストッカ２の側壁との干渉を避けるように直線、曲線又は直線及び曲線を組み合わせた軌跡が設定される。また、軌跡算出部１８は、目標点Ｐｄにおけるグリッパ１１の姿勢がピッキング姿勢であり、終点におけるグリッパ１１の姿勢が終了姿勢であることを示す情報を第２軌跡データに追加する。なお、終了姿勢とは、対象ワークＷＯを解放するときのグリッパ１１の姿勢である。終了姿勢は、例えば、第２ストッカ３内におけるワークの配置及び姿勢等に基づいて設定される。

ここで、２点間を補間する軌跡の生成法について具体例を示しつつ説明する。図６及び図７は、軌跡の生成法を説明するための図である。軌跡の生成法には、関節空間に基づく軌跡の生成法と、直交空間に基づく軌跡の生成法がある。

図６に示すように、関節空間に基づく軌跡Ｔａの生成法について説明する。ここで関節空間とは、能動関節ベクトルが形成する空間をいう。関節空間による補間方法では、開始点ＰｒにおけるロボットＲの関節角度と、目標点ＰｄにおけるロボットＲの関節角度との差に基づいて各回転関節Ｊ１〜Ｊ７の角速度指令を生成する。即ち、開始点Ｐｒから目標点Ｐｄまでの距離と、予め設定される角速度とに基づいて各回転関節Ｊ１〜Ｊ７の角速度指令を生成する。図７（ａ）は、各回転関節Ｊ１〜Ｊ７に与えられる角速度指令の一例である。Ｇ１は回転関節Ｊ２に与えられる角速度指令であり、Ｇ２は回転関節Ｊ３に与えられる角速度指令であり、Ｇ３は回転関節Ｊ５に与えられる角速度指令であり、Ｇ４は回転関節Ｊ６に与えられる角速度指令である。図７（ａ）に示すように、ロボットＲの回転関節Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５，Ｊ６の角速度が動作開始及び終了時を除き一定値となるように角速度指令が生成される。なお、図７（ａ）に示した角速度指令の例は、ロボット座標系ＣにおけるＸＺ平面内の動作を想定したものである。従って、アーム８のＹ方向への動作を与える回転関節Ｊ１，Ｊ４及びＪ７の角速度は０とされている。

また、直交空間に基づく軌跡Ｔｂの生成法について説明する。直交空間による補間方法では、開始点Ｐｒにおけるグリッパ１１の姿勢及び位置と、目標点Ｐｄにおけるグリッパ１１の姿勢及び位置との差に基づいて、ロボット座標系ＣにおけるＸ軸方向及びＺ軸方向の並進速度と、Ｚ軸回りの回転速度の直交速度指令を生成する。即ち、開始点Ｐｒから目標点Ｐｄまでの距離と、予め設定される所定速度とに基づいて並進速度及び回転速度の履歴が生成される。図７（ｂ）は、Ｘ軸及びＺ軸方向の並進速度と、Ｚ軸回りの回転速度の履歴の一例である。Ｇ７はＸ軸方向への並進速度の履歴であり、Ｇ８はＺ軸方向への並進速度の履歴であり、Ｇ９はＺ軸回りの回転速度の履歴である。図７（ｂ）に示すように、動作開始時および終了時を除き、並進速度及び回転速度が一定となるように直交速度指令が生成される。そして、図７（ｂ）に示される直交速度指令を各回転関節Ｊ１〜Ｊ７への角速度指令に変換する。この変換には逆運動学に基づく計算を実施する。図７（ｃ）は、直交速度指令を角速度指令に変換した結果を示す。Ｇ９は回転関節Ｊ２に与えられる角速度の指令であり、Ｇ１０は回転関節Ｊ３に与えられる角速度の指令であり、Ｇ１１は回転関節Ｊ５に与えられる角速度の指令であり、Ｇ１２は回転関節Ｊ６に与えられる角速度の指令である。

＜位置設定部＞
図５に示すように、位置設定部１９は、第１軌跡Ｔ１上に第１中間点Ｐｍ１及び第２中間点Ｐｍ２を設定し、それら第１中間点Ｐｍ１及び第２中間点Ｐｍ２を示すロボット座標系Ｃに基づく座標情報を生成する。第１中間点Ｐｍ１は、第１軌跡Ｔ１と、画像データから生成された目標点Ｐｄの座標情報と、第１ストッカ２の形状情報とを利用して、対象ワークＷＯ設定される。第２中間点Ｐｍ２は、目標点Ｐｄの座標情報と、ピッキング姿勢データに含まれた接近方向ＡＬの情報とを利用して設定される。また、位置設定部１９は、所望の位置に終点Ｐｅを設定し、終点Ｐｅを示すロボット座標系Ｃに基づく座標情報を生成する。

ここで、第１中間点Ｐｍ１及び第２中間点Ｐｍ２は、対象ワークＷＯに関する情報及び第１ストッカ２に関する情報に基づいて対象ワークＷＯごとに設定される点である。

＜軌跡確認部＞
ロボットＲ及び対象ワークＷＯの周囲には、ピッキング動作の障害物となる物体が存在することがある。ピッキング動作の障害物となる物体には、例えば、第１ストッカ２の側壁などがある。軌跡確認部２１は、第１軌跡Ｔ１及び第２軌跡Ｔ２に沿ったグリッパ１１の動作がこれら障害物と干渉することにより妨げられるか否かを判断する。ここで、軌跡データは、ロボット座標系Ｃを基準として規定されている。障害物である第１ストッカ２もロボット座標系Ｃを基準座標としてデータ化されている。そうすると、軌跡と障害物とは同一のロボット座標系Ｃの空間内に規定されているので、公知の計算方法により干渉の有無を確認することができる。軌跡確認部２１は、干渉がある場合には、軌跡算出部１８に対して第１軌跡Ｔ１又は第２軌跡Ｔ２を修正するように命令を出力する。

また、軌跡確認部２１は、ロボットＲの可動範囲を超えることなく軌跡に沿って動作することが可能であるか否かを判断する。ロボットＲの回転関節Ｊ１〜Ｊ７には、それぞれ可動範囲が設定されている。これら回転関節の可動範囲及びリンクＬ１〜Ｌ５の長さに基づいて、ロボットＲ全体として可動し得る範囲が設定される。なお、本実施形態の可動範囲は、ロボットＲ全体として可動し得る範囲に対して、さらに安全マージンを加えた範囲であってもよい。また、可動範囲は、回転関節Ｊ１〜Ｊ７の可動範囲に加え、リンクＬ１〜Ｌ５が有する特異点を考慮して設定されたものであってもよい。軌跡確認部２１は、可動範囲を超えない動作が不可能である場合には、軌跡算出部１８に対して第１軌跡Ｔ１又は第２軌跡Ｔ２を修正するように命令を出力する。

＜ロボット駆動部＞
ロボット駆動部２２には、第１軌跡データ及び第２軌跡データが入力される。ロボット駆動部２２は、第１軌跡データ及び第２軌跡データに基づいてロボットＲに含まれたモータを制御することにより、グリッパ１１を第１軌跡Ｔ１及び第２軌跡Ｔ２に沿って移動させると共に、グリッパ１１の姿勢を所定の姿勢に変更する。

続いて、ロボットピッキングシステム１によるピッキング動作の工程を説明する。図８は、ピッキング動作を実行する主要な工程を説明するための図である。図９及び図１０は、軌跡を生成する一工程を説明するための図である。

図８に示すように、まず、画像取得装置６を用いて第１ストッカ２内の画像データを取得して、画像データを制御装置４に出力する（工程Ｓ１）。次に、対象ワークデータ生成部１４により対象ワークデータを生成する（工程Ｓ２）。初期姿勢データ生成部１３により初期姿勢データを生成した後に（工程Ｓ３）、ピッキング姿勢データ生成部１６によりピッキング姿勢データを生成する（工程Ｓ４）（図９（ａ）参照）。図９（ａ）ではグリッパ１１のピッキング姿勢を二点鎖線でイメージしている。

次に、軌跡データ生成部１７により軌跡データを生成する。まず、位置設定部１９により第２中間点Ｐｍ２の座標情報を算出する（工程Ｓ５）（図９（ｂ）参照）。続いて、軌跡算出部１８により開始点Ｐｒと第２中間点Ｐｍ２とを結ぶ軌跡Ｔ３ａと，第２中間点Ｐｍ２と目標点Ｐｄを結ぶ軌跡Ｔ４とを生成する（工程Ｓ６）（図１０（ａ）参照）。

この工程Ｓ６で生成された軌跡Ｔ３ａについて、軌跡確認部２１により第１軌跡Ｔ１に沿った動作が可能か否かついて確認する（工程Ｓ７）。図１０（ａ）に示された例では、軌跡Ｔ３ａでは、第１ストッカ２と干渉が生じている（工程Ｓ７：ＮＯ）。従って、軌跡算出部１８により第１軌跡Ｔ１の第１区間Ｔ３ａを第１区間Ｔ３ｂに修正する（工程Ｓ８）。修正された曲線状の第１区間Ｔ３ｂと直線状のＴ４とを含む第１軌跡Ｔ１によれば、第１ストッカ２との干渉が生じていない（工程Ｓ７：ＹＥＳ）。従って、この場合には次工程Ｓ９に移行する。

次に、位置設定部１９により第１軌跡Ｔ１上に第１中間点Ｐｍ１を設定する（工程Ｓ９）と共に、第２ストッカ３内に終点Ｐｅを設定する（工程Ｓ１０）。次に、軌跡算出部１８により目標点Ｐｄと終点Ｐｅとを最短距離で結ぶ第２軌跡Ｔ３を生成する（工程Ｓ１１）。そして、工程Ｓ１１で生成された第２軌跡Ｔ３について、軌跡確認部２１により第２軌跡Ｔ３に沿った動作が可能か否かついて確認する（工程Ｓ１２）。

図１０（ｂ）に示された例では、目標点Ｐｄと終点Ｐｅとを結ぶ直線状の第２軌跡Ｔ３によれば、第１ストッカ２と干渉が生じている（工程Ｓ１２：ＮＯ）。従って、軌跡算出部１８により第２軌跡Ｔ３を第２軌跡Ｔ２に修正する（工程Ｓ１３）。修正された第２軌跡Ｔ２によれば、第１ストッカ２との干渉が生じていない（工程Ｓ１２：ＹＥＳ）。従って、この場合には次工程Ｓ１４に移行する。そして、ロボット駆動部２２によりロボットＲが駆動され、ピッキング動作が実行される（工程Ｓ１４）。

ところで、グリッパ１１を対象ワークＷＯに接近させた後にグリッパ１１の姿勢をピッキング姿勢に変更した場合には、対象ワークＷＯ又は対象ワークＷＯ近傍のワークＷにグリッパ１１が接触する場合がある。さらに、グリッパ１１の接触により対象ワークＷＯの位置や姿勢が変化する場合がある。ピッキング姿勢データは変化前の位置及び姿勢に基づいて生成されている。従って、対象ワークＷＯの位置や姿勢が変化すると、グリッパ１１によるピッキング動作の成功確率が低減するおそれがある。

一方、本実施形態のロボットピッキングシステム１によれば、制御装置４がピッキング姿勢及び接近方向ＡＬを算出する。そして、ロボット駆動部２２が、対象ワークＷＯ等との接触がない第１区間Ｚ１においてグリッパ１１の姿勢をピッキング姿勢に変更し、第２区間Ｚ２においてピッキング姿勢を維持しつつ接近方向ＡＬに沿ってグリッパ１１を対象ワークＷＯに接近させる。この動作によれば、グリッパ１１の姿勢変更により、対象ワークＷＯの位置及び姿勢を変化させることがない。従って、ピッキング動作の成功確率を高めて、対象ワークＷＯを効率よく取り出すことができる。

本実施形態のロボットピッキングシステム１によれば、制御装置４が軌跡データ生成部１７を有しているので、第１軌跡Ｔ１を生成することができる。この第１軌跡Ｔ１は、グリッパ１１の姿勢を初期姿勢からピッキング姿勢に変更するための第１区間Ｚ１と、ピッキング姿勢を維持しつつ対象ワークＷＯに接近させるための第２区間Ｚ２とを含んでいる。従って、姿勢変更の制御と、対象ワークＷＯへ接近させる制御とが別動作として実行されるので、グリッパ１１の位置及び姿勢の制御を容易かつ確実に実行することができる。

本実施形態のロボットピッキングシステム１によれば、制御装置４が位置設定部１９を含んでいるので、第１軌跡Ｔ１上において第１ストッカ２等との干渉を防止可能な第１区間Ｚ１を設定することができる。

本実施形態のロボットピッキングシステム１によれば、制御装置４がピッキング姿勢データ生成部１６を有している。このピッキング姿勢データ生成部１６によれば、対象ワークＷＯの状態に応じたピッキング姿勢及び接近方向ＡＬを設定するため、ピッキングの成功確率を高めることができる。従って、更に効率よく対象ワークＷＯを取り出すことができる。

本実施形態のロボットピッキングシステム１によれば、第１区間Ｚ１の長さが第２区間Ｚ２よりも長くなる位置に位置設定部１９が第１中間点Ｐｍ１を設定する。この設定によれば、姿勢変更のための十分な時間を確保できるので、グリッパ１１の姿勢制御を容易に実行することができる。

また、対象ワークＷＯよりも高い位置に位置設定部１９が第１中間点Ｐｍ１を設定する。この設定によれば、対象ワークＷＯよりも高い位置においてグリッパ１１の姿勢変更が実行される。従って、グリッパ１１をワークＷへ接触させることなくグリッパ１１の姿勢を変更することができる。

また、第１ストッカ２の外側に位置設定部１９が第１中間点Ｐｍ１を設定する。この設定によれば、第１ストッカ２の外部においてグリッパ１１の姿勢変更が実行される。従って、グリッパ１１をワークＷ及び第１ストッカ２へ接触させることなくグリッパ１１の姿勢を変更することができる。

本実施形態のロボットピッキングシステム１によれば、第１軌跡Ｔ１と第２軌跡Ｔ２とは互いに異なる移動ルートに設定される。このため、第１軌跡Ｔ１を対象ワークＷＯへのアプローチに適したルートに設定することが可能であり、且つ、第２軌跡Ｔ２を対象ワークＷＯの取り出しに適したルートに設定することが可能である。従って、開始点Ｐｒから対象ワークＷＯをピッキングする目標点Ｐｄを経由して対象ワークＷＯをリリースする終点Ｐｅまで移動するための所要時間を短くすることができる。

本実施形態のロボットピッキングシステム１によれば、対象ワークＷＯに関する情報及び第１ストッカ２に関する情報等を利用して、位置設定部１９が対象ワークＷＯごとに固有の第１中間点Ｐｍ１及び第２中間点Ｐｍ２を設定する。これによれば、個々の対象ワークＷＯに応じた第１区間Ｚ１及び第２区間Ｚ２を含む第１軌跡Ｔ１を設定することができる。従って、それぞれの対象ワークＷＯに対応するピッキング条件を設定できるので、対象ワークＷＯを効率よく取り出すことができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、画像取得装置６はロボットＲのアーム８の先端に取り付けられている必要はなく、第１ストッカ２のワークＷが撮影可能な任意の位置に配置してもよい。

また、上記実施形態において、対象ワークＷＯを選択する方法、軌跡を算出する方法、及び干渉の有無を確認する方法は一例であり、本実施形態に記載の方法に限定されるものではない。

また、上記実施形態では、位置設定部１９が第１区間Ｚ１の長さが第２区間Ｚ２よりも長くなる位置に設定する条件と、対象ワークＷＯよりも高い位置に設定する条件と、更に第１ストッカ２の外側に設定する条件との３つの条件を適用して第１中間点Ｐｍ１を設定した。位置設定部１９が第１中間点Ｐｍ１を設定する場合には、これらの条件を全て適用する必要はなく、１又は１以上の条件を組み合わせて適用してもよい。

また、上記実施形態において、ロボットＲは垂直双腕ロボットであってもよい。

また、上述したロボットピッキングシステム１を用いて所望の製品（被加工物）を製造してもよい。

１…ロボットピッキングシステム、２…第１ストッカ、３…第２ストッカ、４…制御装置、６…画像取得装置、７…基台、８…アーム、９…センサ、１１…グリッパ、１２…床面、１３…初期姿勢データ生成部、１４…対象ワークデータ生成部、１６…ピッキング姿勢データ生成部、１７…軌跡データ生成部、１８…軌跡算出部、１９…位置設定部、２１…軌跡確認部、２２…ロボット駆動部、１００…コンピュータ、ＡＬ…接近方向、Ｃ…ロボット座標系、Ｊ１〜Ｊ６…回転関節、Ｌ１〜Ｌ５…リンク、Ｐｄ…目標点、Ｐｅ…終点、Ｐｈ…代表点、Ｐｍ１…第１中間点、Ｐｍ２…第２中間点、Ｐｒ…開始点、Ｒ…ロボット、Ｔ１…第１軌跡、Ｔ２…第２軌跡、Ｗ…ワーク、ＷＯ…対象ワーク、ＷＳ…作業空間。Ｚ１…第１区間、Ｚ２…第２区間。

Claims (8)

1. 複数のワークを収容したストッカ内の前記ワークをピッキングするためのピッキング部を有するロボットと、
   前記ロボットの動作を制御する制御装置と、
   前記ワークに関する情報が含まれた画像データを取得する画像取得装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記ピッキング部の姿勢を変更するための第１区間と、前記姿勢が変更された前記ピッキング部をピッキングの対象となる対象ワークに接近させるための第２区間と、を含む第１軌跡を生成する軌跡データ生成部を有し、
   前記第２区間は、障害物を避けるように前記ピッキング部を移動させる第３区間と、前記対象ワークを把持する目標点まで接近方向に沿って前記ピッキング部を移動させる第４区間と、を含む、ロボットピッキングシステム。
2. 前記制御装置は、前記第１軌跡を前記第１区間と前記第２区間とに分割する中間点を前記第１軌跡上に設定する位置設定部を更に有し、
   前記第１区間は、前記ピッキング部の初期位置から前記中間点までの区間であり、
   前記第２区間は、前記中間点から前記対象ワークまでの区間である請求項１に記載のロボットピッキングシステム。
3. 前記制御装置は、前記画像データを利用して、前記対象ワークをピッキングするときの前記ピッキング部のピッキング姿勢を設定するためのデータであるピッキング姿勢データを生成するピッキング姿勢データ生成部を更に有し、
   前記第１区間では、前記ピッキング部の姿勢がピッキングのための初期姿勢から前記ピッキング姿勢に変更される請求項２に記載のロボットピッキングシステム。
4. 前記位置設定部は、前記第１区間の長さが前記第２区間の長さよりも長くなる位置に前記中間点を設定する請求項２又は３に記載のロボットピッキングシステム。
5. 前記位置設定部は、前記対象ワークよりも高い位置に前記中間点を設定する請求項２〜４の何れか一項記載のロボットピッキングシステム。
6. 前記位置設定部は、前記ストッカの外側に前記中間点を設定する請求項２〜５の何れか一項記載のロボットピッキングシステム。
7. 前記位置設定部は、前記ピッキング部が前記対象ワークをピッキングした状態で移動する際の移動の終点を更に設定し、
   前記軌跡データ生成部は、前記対象ワークをピッキングした位置から、前記終点までの第２軌跡を生成し、
   前記第１軌跡と前記第２軌跡とは異なる移動ルートである請求項２〜６の何れか一項に記載のロボットピッキングシステム。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載のロボットピッキングシステムを用いて被加工物を製造する被加工物の製造方法。

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