JP7724164B2 - Robot Control System - Google Patents
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- JP7724164B2 JP7724164B2 JP2022005311A JP2022005311A JP7724164B2 JP 7724164 B2 JP7724164 B2 JP 7724164B2 JP 2022005311 A JP2022005311 A JP 2022005311A JP 2022005311 A JP2022005311 A JP 2022005311A JP 7724164 B2 JP7724164 B2 JP 7724164B2
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Description
本発明は、3次元視覚センサを利用してロボットをフィードバック制御するロボット制御システムに関する。 The present invention relates to a robot control system that uses a three-dimensional visual sensor to provide feedback control of a robot.
ワークを把持する作業やワークを所定の位置に接続する作業を、ロボットを利用して自動化することが行われている。一般的なロボット制御システムでは、ロボットのハンドを目標となる対象物まで移動させるために、カメラ等の視覚センサで対象物の位置情報を取得した後、この位置情報をカメラ座標系から世界座標系に変換し、さらにロボット座標系に変換してロボットに伝える。しかし、カメラ座標系-世界座標系間の変換行列を決定するには、カメラのキャリブレーションを行う必要があり、このキャリブレーション作業は極めて手間とコストのかかる作業であった。 Robots are being used to automate tasks such as gripping workpieces and connecting them to a designated position. In a typical robot control system, to move the robot's hand to a target object, position information of the object is acquired using a visual sensor such as a camera, and this position information is then converted from the camera coordinate system to the world coordinate system, and then converted back into the robot coordinate system before being transmitted to the robot. However, determining the transformation matrix between the camera coordinate system and the world coordinate system requires camera calibration, which is an extremely time-consuming and costly process.
これに対して近年、ビジュアルフィードバック制御と呼ばれる技術の開発が進んでいる。この制御方法は、視覚センサが撮像した画像から得られる特徴量に基づいてロボットをフィードバック制御する方法である。例えば、対象物とロボットのハンドとの距離を特徴量として、この距離が減少するようにロボットの動作をフィードバック制御することにより、対象物の位置の座標変換を行うことなく、ハンドを対象物に到達させることができる。 In response to this, a technology known as visual feedback control has been developed in recent years. This control method involves feedback-controlling a robot based on feature quantities obtained from images captured by a visual sensor. For example, by using the distance between an object and the robot's hand as a feature quantity and feedback-controlling the robot's movement to reduce this distance, the hand can be made to reach the object without converting the coordinates of the object's position.
特許文献1には、ワークの把持等を行うロボットシステムにおいて、ロボットアームの位置姿勢の視覚フィードバック制御を行うロボット制御装置が記載されている。特許文献1に記載されたロボット制御装置は、まず、ロボットアームを予めワークに対する教示目標位置に位置させた状態でロボットアームに取付けられたCCDカメラによりワークを撮影し、得られた画像上の特徴量を目標データとして視覚認識装置に記憶する。そして、作業中の現在データと目標データとの誤差を求め、誤差が0に収束するまでロボットアームの位置姿勢を制御することを繰返す。特徴量は、ワークに設定された複数個の特徴点を画像から抽出して、その位置や向きに基づいて視覚認識装置によって求められ、ワークの位置及び姿勢を認識するものである。 Patent Document 1 describes a robot control device that performs visual feedback control of the position and orientation of a robot arm in a robot system that grips workpieces, etc. The robot control device described in Patent Document 1 first photographs the workpiece with a CCD camera attached to the robot arm while the robot arm is positioned in advance at a taught target position relative to the workpiece, and stores the feature values in the obtained image as target data in a visual recognition device. The error between the current data and the target data during the operation is then calculated, and the position and orientation of the robot arm is repeatedly controlled until the error converges to zero. The feature values are calculated by extracting multiple feature points set on the workpiece from the image and using the visual recognition device to determine the feature values based on their positions and orientations, thereby recognizing the position and orientation of the workpiece.
特許文献2には、高齢者等の介護を支援する生活支援ロボットアーム及びハンドをビジュアルフィードバック制御する制御装置であって、ロボットアームのハンドに把持対象物を把持させた後、把持対象物を目標位置に移動させる制御装置が記載されている。特許文献2には、把持対象物を把持する直前、直後に、把持対象物自体がカメラの視界を阻害し、目標位置の特定ができないという問題を解決するために、ハンドの把持部に前方カメラを設けるとともに側方にも側方カメラを設置し、ハンドが把持対象物を把持する直前あるいは直後において、ビジュアルフィードバック制御の基礎となるカメラを前方カメラから側方カメラに切り換えることが記載されている。 Patent Document 2 describes a control device that performs visual feedback control on the arm and hand of a life support robot that assists in the care of elderly people and others. The control device moves the object to a target position after the object is grasped by the hand of the robot arm. To solve the problem of the object itself obstructing the camera's field of view just before or just after grasping the object, making it impossible to identify the target position, Patent Document 2 describes a method of installing a front camera on the grasping portion of the hand and a side camera on each side, and switching the camera that forms the basis of visual feedback control from the front camera to the side camera just before or just after the hand grasps the object.
しかし、特許文献1に記載された制御装置は、ワークが線状物などであって変形しやすく、特徴点相互の位置関係が一定しない場合には、ワーク毎に目標データとすべき特徴量が異なるため、かかるワークを対象とする作業には適用できないという問題があった。また、特許文献2に記載された制御装置では、把持対象物や目標位置が動いてカメラの視野から外れると作業を完了させることができない。 However, the control device described in Patent Document 1 has the problem that it cannot be applied to tasks involving linear or other workpieces that are easily deformed and whose relative positions relative to their feature points are not constant, because the feature values that should be used as target data differ for each workpiece. Furthermore, the control device described in Patent Document 2 cannot complete a task if the object to be grasped or the target position moves and goes out of the camera's field of view.
本発明は、上記を考慮してなされたものであり、ビジュアルフィードバック制御によってロボットに作業を行わせるロボット制御システムであって、ワークが変形しやすい場合にも適用可能で、作業の対象が3次元視覚センサの視野から外れた場合にも作業を継続可能なロボット制御システムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in consideration of the above, and aims to provide a robot control system that causes a robot to perform work using visual feedback control, that is applicable even when the workpiece is easily deformed, and that can continue working even if the work object moves out of the field of view of the three-dimensional visual sensor.
本発明のロボット制御システムは、ロボットハンドの動作に連動して移動する第1の対象を、静止しているまたは前記ロボットハンドの動作によらず移動する第2の対象まで移動させるロボットを制御するシステムであって、前記第2の対象の3次元情報を取得する3次元視覚センサと、前記3次元視覚センサを移動させるセンサ移動手段と、制御装置とを有する。そして、前記制御装置は、前記3次元情報に基づいて前記第2の対象と前記第1の対象の距離を算出し、前記第2の対象と前記第1の対象の距離を減少させるように前記ロボットハンドの位置をフィードバック制御し、前記第2の対象が前記3次元視覚センサの視野内にあるか否かを判定し、視野外であると判定した場合は、前記3次元視覚センサの視野を広げるか移動させることにより前記第2の対象を探索し、前記第2の対象が前記3次元視覚センサの視野に含まれるように前記センサ移動手段を制御する。 The robot control system of the present invention is a system for controlling a robot that moves a first target, which moves in conjunction with the movement of a robot hand, to a second target that is stationary or moves independently of the movement of the robot hand. The system includes a three-dimensional visual sensor that acquires three-dimensional information about the second target, a sensor moving means that moves the three-dimensional visual sensor, and a control device. The control device calculates the distance between the second target and the first target based on the three-dimensional information, feedback-controls the position of the robot hand to reduce the distance between the second target and the first target, determines whether the second target is within the field of view of the three-dimensional visual sensor, and if it determines that the second target is outside the field of view, searches for the second target by widening or moving the field of view of the three-dimensional visual sensor, and controls the sensor moving means so that the second target is included in the field of view of the three-dimensional visual sensor.
本発明のロボット制御システムの第1の態様において、前記第1の対象が前記ロボットハンド自体であり、前記第2の対象がワーク上の作業目標である。
すなわち、第1の態様のロボット制御システムは、ロボットハンドを、静止しているまたは前記ロボットハンドの動作によらず移動するワーク上の作業目標まで移動させるロボットを制御するシステムであって、前記作業目標の3次元情報を取得する3次元視覚センサと、前記3次元視覚センサを移動させるセンサ移動手段と、制御装置とを有する。そして、前記制御装置は、前記3次元情報に基づいて前記作業目標と前記ロボットハンドの距離を算出し、前記作業目標と前記ロボットハンドの距離を減少させるように前記ロボットハンドの位置をフィードバック制御し、前記作業目標が前記3次元視覚センサの視野内にあるか否かを判定し、視野外であると判定した場合は、前記3次元視覚センサの視野を広げるか移動させることにより前記作業目標を探索し、前記作業目標が前記3次元視覚センサの視野に含まれるように前記センサ移動手段を制御する。
In a first aspect of the robot control system of the present invention, the first object is the robot hand itself, and the second object is a task target on a workpiece.
That is, a robot control system of a first aspect is a system for controlling a robot that moves a robot hand to a work target on a workpiece that is stationary or moves independently of the movement of the robot hand, and includes a three-dimensional visual sensor that acquires three-dimensional information of the work target, a sensor moving means that moves the three-dimensional visual sensor, and a control device. The control device calculates the distance between the work target and the robot hand based on the three-dimensional information, feedback-controls the position of the robot hand so as to reduce the distance between the work target and the robot hand, determines whether the work target is within the field of view of the three-dimensional visual sensor, and if it is determined that the work target is outside the field of view, searches for the work target by widening or moving the field of view of the three-dimensional visual sensor, and controls the sensor moving means so that the work target is included in the field of view of the three-dimensional visual sensor.
ここで、作業とは、ロボットハンドによってワーク上の作業目標に対して何らかの作用を及ぼすことを広く意味し、例えば、ロボットハンドによって作業目標を挟持や吸着によって把持することや、作業目標に切削、研削、放電、はんだ付け等の各種加工を施すことなどが含まれる。 Here, "work" broadly means any action performed by a robotic hand on a workpiece, including, for example, grasping a workpiece by clamping or suction, or performing various processes on the workpiece, such as cutting, grinding, discharge, or soldering.
上記第1の態様のロボット制御システムにおいて、好ましくは、前記制御装置はさらに、前記3次元情報に基づいて前記ロボットハンドが前記作業目標に対して作業するための作業方向を算出し、該作業方向と前記ロボットハンドの向きのずれを減少させるように前記ロボットハンドの向きをフィードバック制御する。 In the robot control system of the first aspect described above, preferably, the control device further calculates a working direction for the robot hand to work on the work target based on the three-dimensional information, and feedback-controls the orientation of the robot hand so as to reduce the deviation between the working direction and the orientation of the robot hand.
上記第1の態様のロボット制御システムにおいて、好ましくは、前記制御装置はさらに、前記3次元情報に基づいて前記ロボットハンドが前記作業目標に対して作業するための作業姿勢を算出し、該作業姿勢と前記ロボットハンドの姿勢のずれを減少させるように前記ロボットハンドの姿勢をフィードバック制御する。 In the robot control system of the first aspect described above, preferably, the control device further calculates a working posture for the robot hand to work on the work target based on the three-dimensional information, and feedback-controls the posture of the robot hand so as to reduce the deviation between the working posture and the posture of the robot hand.
本発明のロボット制御システムの第2の態様において、前記第1の対象が前記ロボットハンドの把持したワークの特定部位であり、前記第2の対象が前記特定部位を接続する接続目標である。
すなわち、第2の態様のロボット制御システムは、ロボットハンドが把持したワークの特定部位を、前記特定部位を接続する接続目標であって、静止しているまたは前記ロボットハンドの動作によらず移動する接続目標まで移動させるロボットを制御するシステムであって、前記接続目標の3次元情報を取得する3次元視覚センサと、前記3次元視覚センサを移動させるセンサ移動手段と、制御装置とを有する。そして、前記制御装置は、前記3次元情報に基づいて前記接続目標と前記特定部位の距離を算出し、該接続目標と該特定部位の距離を減少させるように前記ロボットハンドの位置をフィードバック制御し、前記接続目標が前記3次元視覚センサの視野内にあるか否かを判定し、視野外であると判定した場合は、前記3次元視覚センサの視野を広げるか移動させることにより前記接続目標を探索して、前記接続目標が前記3次元視覚センサの視野に含まれるように前記センサ移動手段を制御する。
In a second aspect of the robot control system of the present invention, the first object is a specific portion of a workpiece grasped by the robot hand, and the second object is a connection target that connects the specific portion.
That is, a robot control system of a second aspect is a system for controlling a robot that moves a specific portion of a workpiece gripped by a robot hand to a connection target that connects the specific portion and that is stationary or moves independently of the movement of the robot hand, and includes a three-dimensional visual sensor that acquires three-dimensional information of the connection target, a sensor moving means that moves the three-dimensional visual sensor, and a control device. The control device calculates the distance between the connection target and the specific portion based on the three-dimensional information, feedback-controls the position of the robot hand so as to reduce the distance between the connection target and the specific portion, determines whether the connection target is within the field of view of the three-dimensional visual sensor, and if it determines that the connection target is outside the field of view, searches for the connection target by widening or moving the field of view of the three-dimensional visual sensor, and controls the sensor moving means so that the connection target is included in the field of view of the three-dimensional visual sensor.
ここで、接続とは、ワークの特定部位を移動させて接続目標に一致させることを広く意味し、例えば、ワークが備えるコネクタ(特定部位)を対となる他のコネクタ(接続目標)に接続することや、線状や帯状のワークの先端(特定部位)を穴やスリット(接続目標)に挿入することなどが含まれる。 Here, "connecting" broadly means moving a specific part of the workpiece to align it with a connection target, and includes, for example, connecting a connector (specific part) on the workpiece to another mating connector (connection target), or inserting the tip (specific part) of a linear or strip-shaped workpiece into a hole or slit (connection target).
上記第2の態様のロボット制御システムにおいて、好ましくは、前記制御装置はさらに、前記3次元情報に基づいて前記特定部位を前記接続目標に接続するための接続方向を算出し、該接続方向と前記特定部位の向きのずれを減少させるように前記ロボットハンドの姿勢をフィードバック制御する。 In the robot control system of the second aspect described above, preferably, the control device further calculates a connection direction for connecting the specific part to the connection target based on the three-dimensional information, and feedback-controls the posture of the robot hand so as to reduce the deviation between the connection direction and the orientation of the specific part.
上記第2の態様のロボット制御システムにおいて、好ましくは、前記制御装置はさらに、前記3次元情報に基づいて前記特定部位を前記接続目標に接続するための接続姿勢を算出し、該接続姿勢と前記特定部位の姿勢のずれを減少させるように前記ロボットハンドの姿勢をフィードバック制御する。 In the robot control system of the second aspect described above, preferably, the control device further calculates a connection posture for connecting the specific part to the connection target based on the three-dimensional information, and feedback-controls the posture of the robot hand so as to reduce the deviation between the connection posture and the posture of the specific part.
本発明のロボット制御システムの第3の態様において、前記第1の対象が前記ロボットハンドの把持したワークであり、前記第2の対象が前記ワークを配置する配置目標であり、前記制御装置はさらに、前記3次元情報に基づいて前記ワークを前記配置目標に配置するための配置姿勢を算出し、該配置姿勢と前記ワークの姿勢のずれを減少させるように前記ロボットハンドの姿勢をフィードバック制御する。
すなわち、第3の態様のロボット制御システムは、ロボットハンドが把持したワークを、前記ワークを配置する配置目標であって、静止しているまたは前記ロボットハンドの動作によらず移動する配置目標まで移動させるロボットを制御するシステムであって、前記配置目標の3次元情報を取得する3次元視覚センサと、前記3次元視覚センサを移動させるセンサ移動手段と、制御装置とを有する。そして、前記制御装置は、前記3次元情報に基づいて前記配置目標と前記ワークの距離を算出し、前記配置目標の姿勢を算出し、前記配置目標と前記ワークの距離、および前記配置目標の姿勢と前記ワークの姿勢のずれを減少させるように前記ロボットハンドの位置をフィードバック制御し、前記配置目標が前記3次元視覚センサの視野内にあるか否かを判定し、視野外であると判定した場合は、前記3次元視覚センサの視野を広げるか移動させることにより前記配置目標を探索して、前記配置目標が前記3次元視覚センサの視野に含まれるように前記センサ移動手段を制御する。
In a third aspect of the robot control system of the present invention, the first object is a workpiece grasped by the robot hand, the second object is a placement target onto which the workpiece is to be placed, and the control device further calculates a placement orientation for placing the workpiece on the placement target based on the three-dimensional information, and feedback-controls the orientation of the robot hand so as to reduce the deviation between the placement orientation and the orientation of the workpiece.
That is, a robot control system of a third aspect is a system for controlling a robot that moves a workpiece grasped by a robot hand to a placement target on which the workpiece is to be placed, the placement target being stationary or moving independently of the movement of the robot hand, and includes a three-dimensional visual sensor that acquires three-dimensional information of the placement target, a sensor moving means that moves the three-dimensional visual sensor, and a control device. The control device calculates the distance between the placement target and the workpiece based on the three-dimensional information, calculates the orientation of the placement target, feedback-controls the position of the robot hand so as to reduce the deviation between the distance between the placement target and the workpiece and the orientation of the placement target and the orientation of the workpiece, determines whether the placement target is within the field of view of the three-dimensional visual sensor, and if it is determined that the placement target is outside the field of view, searches for the placement target by widening or moving the field of view of the three-dimensional visual sensor, and controls the sensor moving means so that the placement target is included in the field of view of the three-dimensional visual sensor.
ここで、配置目標は、ワークを配置するために十分な大きさを有する領域であり、配置とはワークを配置目標内に置くことを意味する。 Here, the placement target is an area large enough to place the work, and placement means placing the work within the placement target.
本発明のロボット制御システムによれば、ビジュアルフィードバック制御によってロボットに作業を行わせるにあたり、ワークが変形しやすいものであっても適用可能であり、作業の対象が3次元視覚センサの視野から外れた場合にも作業が継続可能である。 The robot control system of the present invention allows a robot to perform work using visual feedback control, even if the workpiece is easily deformed, and the work can continue even if the work object moves out of the field of view of the 3D visual sensor.
本発明のロボット制御システムの第1実施形態を図1~3に基づいて説明する。本実施形態では、ワークをロボットハンドで把持する作業において、ロボットハンドに固定された3次元視覚センサが取得する情報に基づいてロボットハンドの移動をフィードバック制御する。 A first embodiment of a robot control system of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 3. In this embodiment, when a workpiece is grasped by a robot hand, the movement of the robot hand is feedback-controlled based on information acquired by a three-dimensional visual sensor fixed to the robot hand.
本実施形態のロボット制御システム11は、ロボットハンド24を備えたロボット20と、ロボットハンドに固定されたステレオカメラ30と、ロボット制御システム11の全体を制御する制御装置40とを有する。ロボット制御システム11は、ワークであるケーブル50上の把持位置52をロボットハンド24に把持させる。把持位置52はこの把持作業における作業目標である。ロボットハンド24の位置姿勢は、ステレオカメラ30が取得する3次元情報に基づいて、制御装置40によってフィードバック制御される。なお、本明細書において、ロボットハンドを単に「ハンド」ということがある。また、ハンドの位置は、特に断りのない限り、ハンドのツールセンターポイント(TCP)の位置を意味する。 The robot control system 11 of this embodiment includes a robot 20 equipped with a robot hand 24, a stereo camera 30 fixed to the robot hand, and a control device 40 that controls the entire robot control system 11. The robot control system 11 causes the robot hand 24 to grasp a workpiece, that is, a cable 50, at a grasping position 52. The grasping position 52 is the target of the grasping operation. The position and orientation of the robot hand 24 are feedback-controlled by the control device 40 based on three-dimensional information acquired by the stereo camera 30. Note that in this specification, the robot hand may be simply referred to as the "hand." Furthermore, unless otherwise specified, the position of the hand refers to the position of the tool center point (TCP) of the hand.
本実施形態では、ケーブル50をワークの例として説明するが、ハンド24が把持するワークの種類は特に限定されない。ワークはケーブル以外の線状物であってもよいし、線状物以外の、例えばフラットケーブル等の帯状物であってもよい。また、ワークはコネクタ付きハーネス、電子部品、食品、文房具などであってもよい。本実施形態のロボット制御システム11は、柔軟で変形しやすいワークに対しても適用できるので、ワークが線状物や帯状物である場合に特にメリットがある。ケーブル50の供給形態は特に限定されない。ケーブル50はトレイ等の上に載置されていてもよいし、筒状の容器に、一端を容器の外に出して収容されていてもよい。また、ケーブル50は静止していてもよいし、コンベアベルト55などに載置されて、ハンド24の動作とは無関係に移動していてもよい。 In this embodiment, a cable 50 is described as an example of a workpiece, but the type of workpiece grasped by the hand 24 is not particularly limited. The workpiece may be a linear object other than a cable, or a strip-shaped object other than a linear object, such as a flat cable. The workpiece may also be a harness with a connector, electronic components, food, stationery, etc. The robot control system 11 of this embodiment can be applied to flexible and easily deformed workpieces, and is particularly advantageous when the workpiece is a linear or strip-shaped object. The supply form of the cable 50 is not particularly limited. The cable 50 may be placed on a tray or the like, or may be stored in a cylindrical container with one end protruding from the container. The cable 50 may be stationary, or may be placed on a conveyor belt 55 or the like and move independently of the operation of the hand 24.
また、本実施形態では、ケーブルの把持作業を例として説明するが、ハンド24が作業目標に対して行う作業は、把持作業には限定されない。例えば、ハンドとして適当なエンドエフェクタを選択することによって、ワークの作業目標に切削、研削、放電、はんだ付け等の各種加工を施してもよい。 Furthermore, while this embodiment describes the example of a cable gripping operation, the operation performed by the hand 24 on the work target is not limited to gripping. For example, by selecting an appropriate end effector as the hand, various processes such as cutting, grinding, discharge, and soldering may be performed on the work target.
ロボット20は多関節ロボットであって、複数のリンク22と関節23からなるアーム21と、アームの先端に装着されたハンド24を備える。ハンド24の形式は特に限定されず、ワークの種類に応じて、その把持に適したものを用いることができる。ハンドは、例えばワークを一対の指で挟持するものであってもよいし、ワークをノズルで真空吸着して把持するものであってもよい。なお、本実施形態では、ハンド24に3次元視覚センサであるステレオカメラ30が固定されており、ロボット20がステレオカメラの位置および姿勢を変化させるセンサ移動手段を兼ねている。 The robot 20 is an articulated robot, and includes an arm 21 consisting of multiple links 22 and joints 23, and a hand 24 attached to the end of the arm. The type of hand 24 is not particularly limited, and a type suitable for grasping the workpiece can be used depending on the type of workpiece. For example, the hand may hold the workpiece between a pair of fingers, or may grasp the workpiece by vacuum suction with a nozzle. In this embodiment, a stereo camera 30, which is a three-dimensional visual sensor, is fixed to the hand 24, and the robot 20 also serves as a sensor movement means for changing the position and orientation of the stereo camera.
ステレオカメラ30は3次元視覚センサであって、ケーブル50の3次元情報を取得する。ここで、ケーブルの3次元情報とは、ケーブル上の把持位置の3次元座標を導出可能とする情報である。ステレオカメラ30が取得する3次元情報は、具体的には、異なる視点から撮像された2枚の画像である。以下において、ステレオカメラ30が取得する画像を「ステレオ画像」または単に「画像」という。 The stereo camera 30 is a three-dimensional visual sensor that acquires three-dimensional information about the cable 50. Here, three-dimensional information about the cable is information that enables the three-dimensional coordinates of the gripping position on the cable to be derived. Specifically, the three-dimensional information acquired by the stereo camera 30 is two images captured from different viewpoints. Hereinafter, the images acquired by the stereo camera 30 will be referred to as "stereo images" or simply "images."
本実施形態のステレオカメラ30はハンド24に固定されている。ステレオカメラは、ハンドの基端部に、ハンドの先端方向に向けて設置することが好ましい。ただし、ステレオカメラとハンドの相対的な位置関係は設計図等から既知であるため、ステレオカメラの視野にハンドが入っていなくても差し支えない。 In this embodiment, the stereo camera 30 is fixed to the hand 24. The stereo camera is preferably installed at the base end of the hand, facing toward the tip of the hand. However, since the relative positional relationship between the stereo camera and the hand is known from design drawings, etc., it is not necessary for the hand to be within the field of view of the stereo camera.
3次元視覚センサの種類はステレオカメラに限定されず、ワークの3次元情報を含む画像が取得可能であれば特に限定されない。3次元視覚センサの例としては、ステレオ方式のカメラの1台を光を投影するプロジェクタに置き換えた光切断法などのアクティブステレオ方式、ToF方式などの機器が挙げられる。3次元視覚センサとしては、好ましくはステレオカメラを用いる。ステレオカメラは、近距離にある対象物を精度良く3次元計測するのに適しており、ハンド24がケーブル50を把持する際に、ステレオカメラ30がケーブル50に近付くにしたがって、把持位置52の3次元座標等をより高精度で求めることができるからである。なお、ステレオカメラは3台以上のカメラによって、同時に3枚以上の画像を撮像するものであってもよい。 The type of three-dimensional visual sensor is not limited to a stereo camera, and is not particularly limited as long as it can acquire images containing three-dimensional information about the workpiece. Examples of three-dimensional visual sensors include active stereo systems such as light-section methods, in which one of the stereo cameras is replaced with a projector that projects light, and Time of Flight systems. A stereo camera is preferably used as the three-dimensional visual sensor. Stereo cameras are suitable for accurately measuring objects at close range in three dimensions, and when the hand 24 grasps the cable 50, the three-dimensional coordinates of the grasping position 52 can be determined with greater accuracy as the stereo camera 30 approaches the cable 50. Note that the stereo camera may be a system in which three or more cameras are used to capture three or more images simultaneously.
制御装置40は、各種演算を行うとともに、ロボット制御システム11の全体を制御する。制御装置40は、ステレオカメラ30が取得した画像の画像処理を行い、ケーブル50上の把持位置52の3次元座標を求め、把持位置52とハンド24の距離を算出するなどの各種演算を行う。制御装置40は、把持位置52とハンド24との距離を減少させるように、ロボット20をフィードバック制御してハンド24を移動させることによって、ハンドの位置をフィードバック制御する。また、制御装置40は、把持位置がステレオカメラ30の取得した画像内にあるか否かを判定する。そして、把持位置52がステレオカメラ30の視野外にあって、画像に写っていない場合は、ステレオカメラの位置、姿勢またはその両方を変えることにより把持位置を探索して、把持位置がステレオカメラの視野に含まれるようにセンサ移動手段、本実施形態ではロボット20の動作を制御する。制御装置による演算や制御の内容の詳細は後述する。 The control device 40 performs various calculations and controls the entire robot control system 11. The control device 40 performs various calculations, such as image processing of images captured by the stereo camera 30, determining the three-dimensional coordinates of the gripping position 52 on the cable 50, and calculating the distance between the gripping position 52 and the hand 24. The control device 40 feedback-controls the position of the hand by feedback-controlling the robot 20 to move the hand 24 so as to reduce the distance between the gripping position 52 and the hand 24. The control device 40 also determines whether the gripping position is within the image captured by the stereo camera 30. If the gripping position 52 is outside the field of view of the stereo camera 30 and is not captured in the image, the control device 40 searches for the gripping position by changing the position, orientation, or both of the stereo camera, and controls the operation of the sensor movement means, or in this embodiment, the robot 20, so that the gripping position is included in the field of view of the stereo camera. Details of the calculations and control performed by the control device will be described later.
制御装置40の物理的な構成は特に限定されない。制御装置40は、物理的に1台の装置として構成されていてもよいし、2つ以上の部分に分けて構成されていてもよい。また、制御装置40は、ロボット20の関節23やハンド24の動作を制御するロボットの制御部(図示せず)と一体に構成されていてもよい。 The physical configuration of the control device 40 is not particularly limited. The control device 40 may be physically configured as a single device, or may be configured as two or more separate parts. In addition, the control device 40 may be configured integrally with the robot control unit (not shown) that controls the operation of the joints 23 and hands 24 of the robot 20.
次に、本実施形態のロボット制御システム11を用いて、ハンド24でケーブル50を把持する作業を図2の工程フローに沿って説明する。 Next, the process of gripping the cable 50 with the hand 24 using the robot control system 11 of this embodiment will be explained in accordance with the process flow shown in Figure 2.
(S11)ステレオカメラ30でケーブル50を撮像して、ケーブルの3次元情報を取得する。この3次元情報は、制御装置40がケーブル50上の把持位置52の3次元座標等を算出する基礎となるので、ステレオカメラは、少なくとも把持位置の座標を算出可能な範囲を撮像する。把持位置の座標を算出可能な範囲とは、例えば、把持位置がマークで示されている場合はそのマークが含まれていれば足り、把持位置がマークやケーブルの先端など何らかの目印からの距離で決められている場合は、当該目印から把持位置までの部分をいう。図3では、把持位置52はケーブル50の先端51から距離dの位置に設定されている。 (S11) The stereo camera 30 captures an image of the cable 50 to obtain three-dimensional information about the cable. This three-dimensional information serves as the basis for the control device 40 to calculate the three-dimensional coordinates of the gripping position 52 on the cable 50, so the stereo camera captures at least the range in which the coordinates of the gripping position can be calculated. For example, if the gripping position is indicated by a mark, the range in which the coordinates of the gripping position can be calculated is sufficient to include the mark. If the gripping position is determined by the distance from some landmark such as a mark or the tip of the cable, it refers to the portion from the landmark to the gripping position. In Figure 3, the gripping position 52 is set at a distance d from the tip 51 of the cable 50.
また、ケーブル50を把持するときのハンド24の向きXが制限される場合には、ステレオカメラ30は、少なくともハンドが把持位置52を把持するための把持方向Aを算出可能な範囲を撮像する。把持方向Aを算出可能な範囲とは、例えば、ケーブルを側方から把持する場合であれば、把持位置を含む領域であって、把持位置52におけるケーブルの接線方向Tが算出可能な程度に広い範囲である。接線方向Tが求まれば、ケーブルに対する把持方向Aを算出することができる。 Furthermore, if the orientation X of the hand 24 when grasping the cable 50 is restricted, the stereo camera 30 captures at least a range in which it is possible to calculate the grasping direction A for the hand to grasp the grasping position 52. The range in which it is possible to calculate the grasping direction A is, for example, an area that includes the grasping position when grasping the cable from the side, and is a range wide enough to allow calculation of the tangent direction T of the cable at the grasping position 52. Once the tangent direction T is determined, it is possible to calculate the grasping direction A relative to the cable.
さらに、本実施形態のように、ハンド24がその向きXの周りに等方的でなく、2本の指でケーブル50を挟持する場合は、ツールセンターポイントTCPを把持位置52に一致させたときに指がケーブルと干渉することを避ける必要があるので、ハンドがケーブルを把持する際に、ハンドの向きXに加えて、Xの周りの回転角度θも制限される。このような場合、ステレオカメラ30は、少なくともハンドが把持位置52を把持するための把持姿勢を算出可能な範囲を撮像する。把持姿勢は、ハンドがケーブルを把持するのに所要の姿勢である。ハンドの姿勢は、ハンドの向きXとXの周りの回転角度θで表され、把持姿勢は、把持方向Aと把持位置を把持するハンドのAの周りの回転角度αで表される。把持姿勢を算出可能な範囲は、上記の把持方向Aを算出可能な範囲と同様に、例えば、ケーブルを側方から把持する場合であれば、把持位置を含む領域であって、把持位置52におけるケーブルの接線方向Tが算出可能な程度に広い範囲である。 Furthermore, as in this embodiment, when the hand 24 is not isotropic around its direction X and grips the cable 50 with two fingers, it is necessary to prevent the fingers from interfering with the cable when the tool center point TCP is aligned with the gripping position 52. Therefore, when the hand grips the cable, not only the hand direction X but also the rotation angle θ around X is limited. In such a case, the stereo camera 30 captures images of at least the range within which the gripping posture for the hand to grip the gripping position 52 can be calculated. The gripping posture is the posture required for the hand to grip the cable. The hand posture is expressed by the hand direction X and the rotation angle θ around X, and the gripping posture is expressed by the gripping direction A and the rotation angle α around A of the hand gripping the gripping position. Similar to the range within which the gripping direction A can be calculated, the range within which the gripping posture can be calculated is, for example, an area including the gripping position when gripping the cable from the side, and is wide enough to allow the tangent direction T of the cable at the gripping position 52 to be calculated.
(S12)制御装置40は、ステレオカメラ30が取得したステレオ画像に把持位置52が含まれているか否かを判定する。把持位置がステレオカメラ30の視野内になく、画像に含まれていない場合は、把持位置を探索する。探索工程(S17)については後述する。なお、把持位置の近傍に目印がなく、把持位置の3次元座標を求めてみなければ画像に把持位置が含まれるか否かの判定ができない場合は、次工程(S13)の後に本判定工程(S12)を実施する。次工程(S13)で把持位置52の3次元座標が算出できれば把持位置は画像に含まれていたことになり、把持位置52の3次元座標が算出できなければ把持位置は画像に含まれていなかったと判定できる。 (S12) The control device 40 determines whether the gripping position 52 is included in the stereo image acquired by the stereo camera 30. If the gripping position is not within the field of view of the stereo camera 30 and is not included in the image, the gripping position is searched for. The search process (S17) will be described later. Note that if there is no landmark near the gripping position and it is not possible to determine whether the gripping position is included in the image without calculating the three-dimensional coordinates of the gripping position, this determination process (S12) is performed after the next process (S13). If the three-dimensional coordinates of the gripping position 52 can be calculated in the next process (S13), it is determined that the gripping position is included in the image; if the three-dimensional coordinates of the gripping position 52 cannot be calculated, it can be determined that the gripping position is not included in the image.
(S13)制御装置40は、ステレオ画像を処理して、ケーブル50の立体形状を認識し、把持位置52の3次元座標と把持姿勢を算出する。これらの値は、ある程度の幅を持った許容範囲として算出してもよい。制御装置40が算出する3次元座標や姿勢は、すべてカメラ座標系における値である。ケーブルの立体形状の認識、把持位置52の3次元座標と把持姿勢の算出方法は、公知の方法によって行うことができる。例えば、ワークが帯状物である場合について把持位置および把持方向を算出する方法が、本出願人による特開2020-037147に開示されている。 (S13) The control device 40 processes the stereo images to recognize the three-dimensional shape of the cable 50 and calculates the three-dimensional coordinates of the gripping position 52 and the gripping orientation. These values may be calculated within a certain tolerance range. The three-dimensional coordinates and orientation calculated by the control device 40 are all values in the camera coordinate system. Recognition of the three-dimensional shape of the cable and calculation of the three-dimensional coordinates of the gripping position 52 and the gripping orientation can be performed using known methods. For example, a method for calculating the gripping position and gripping orientation when the workpiece is a strip-shaped object is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-037147 by the present applicant.
(S14)制御装置40は、把持位置52とハンド24との距離、および把持姿勢とハンドの姿勢とのずれを算出する。ハンド24の位置および姿勢は、ハンドがステレオカメラ30の視野内にあって画像に写っていれば、画像に基づいて算出してもよいが、本実施形態では、ハンド24にステレオカメラ30が固定されているためステレオカメラとハンドの相対的な位置関係が既知であるので、ハンドが画像に写っていない場合であっても、カメラ座標系でのハンドの位置および姿勢を知ることができる。 (S14) The control device 40 calculates the distance between the gripping position 52 and the hand 24, and the deviation between the gripping posture and the posture of the hand. The position and posture of the hand 24 may be calculated based on the image if the hand is within the field of view of the stereo camera 30 and appears in the image. However, in this embodiment, the stereo camera 30 is fixed to the hand 24, so the relative positional relationship between the stereo camera and the hand is known. Therefore, even if the hand does not appear in the image, the position and posture of the hand in the camera coordinate system can be known.
(S15)制御装置40は、把持位置52とハンド24の位置の座標、および把持姿勢とハンド24の姿勢が一致しているか否かを判定する。把持位置とハンドの位置、および把持姿勢とハンドの姿勢が一致した場合は、ハンド24で把持位置を把持する(工程S18)。なお、把持姿勢としてその許容範囲が与えられている場合は、ハンドの姿勢がその範囲内にあれば、両者は一致したとみなす。把持位置の3次元座標についても同様である。 (S15) The control device 40 determines whether the coordinates of the gripping position 52 and the position of the hand 24, and the gripping posture and posture of the hand 24 match. If the gripping position and the position of the hand, and the gripping posture and posture of the hand match, the hand 24 grasps the gripping position (step S18). Note that if an allowable range is given for the gripping posture, the two are considered to match if the hand posture is within that range. The same applies to the three-dimensional coordinates of the gripping position.
(S16)把持位置52とハンド24の位置、または把持姿勢とハンド24の姿勢が一致していない場合は、制御装置40がロボット20に指示して、把持位置とハンドの距離、および把持姿勢とハンド24の姿勢のずれを減少させるようにハンド24の位置姿勢をフィードバック制御する。この過程で、ハンド24に固定されたステレオカメラ30も把持位置に近づいていくので、把持位置の3次元座標等の算出精度も次第に高まることとなる。 (S16) If the grasping position 52 and the position of the hand 24, or the grasping posture and the posture of the hand 24, do not match, the control device 40 instructs the robot 20 to perform feedback control of the position and posture of the hand 24 so as to reduce the distance between the grasping position and the hand, and the deviation between the grasping posture and the posture of the hand 24. During this process, the stereo camera 30 fixed to the hand 24 also approaches the grasping position, gradually improving the accuracy of calculation of the three-dimensional coordinates of the grasping position, etc.
(S17)工程S12で、ステレオカメラ30が取得した画像に把持位置52が含まれていないと判定された場合は、ステレオカメラの視野を広げるか移動させて、ステレオカメラの視野から外れた把持位置を探索する。 (S17) If it is determined in step S12 that the image acquired by the stereo camera 30 does not include the gripping position 52, the field of view of the stereo camera is widened or moved to search for a gripping position outside the field of view of the stereo camera.
ステレオカメラの視野を広げる一つの方法は、ステレオカメラが固定されたハンド24をケーブル50から遠ざかるように移動させる方法である。把持位置52が見つかったら、工程S11以降を繰り返す。または、ステレオカメラ30の向きを変えて把持位置を視野の中心に寄せた後、工程S11以降を繰り返してもよい。 One way to widen the field of view of the stereo camera is to move the hand 24 to which the stereo camera is fixed away from the cable 50. Once the gripping position 52 is found, steps S11 and subsequent steps are repeated. Alternatively, the orientation of the stereo camera 30 may be changed to bring the gripping position closer to the center of the field of view, and then steps S11 and subsequent steps may be repeated.
ステレオカメラの視野を広げる他の方法は、ステレオカメラ30の焦点距離が可変である場合に、ステレオカメラをズームアウトする方法である。把持位置52が見つかったら、ステレオカメラ30の向きを変えて把持位置を視野の中心に寄せた後、工程S11以降を繰り返す。ステレオカメラの焦点距離は、把持位置を視野の中心に寄せた後、または工程S11以降を繰り返す過程のどこかの段階で元に戻す。 Another method for widening the field of view of the stereo camera is to zoom out the stereo camera 30 if the focal length of the stereo camera 30 is variable. Once the gripping position 52 is found, the orientation of the stereo camera 30 is changed to bring the gripping position closer to the center of the field of view, and then steps S11 and subsequent steps are repeated. The focal length of the stereo camera is returned to its original position after the gripping position has been brought closer to the center of the field of view, or at some stage during the process of repeating steps S11 and subsequent steps.
ステレオカメラの視野を移動させる一つの方法は、ステレオカメラが固定されたハンド24の姿勢を変えて、例えば、視線中心が螺旋を描くように視野を移動させる方法である。把持位置52が見つかったら、ステレオカメラ30の向きを把持位置52が見つかった向きのままにして、あるいは好ましくは把持位置を視野の中心に寄せた後、工程S11以降を繰り返す。 One method for moving the field of view of the stereo camera is to change the posture of the hand 24 to which the stereo camera is fixed, for example, to move the field of view so that the center of the line of sight describes a spiral. Once the gripping position 52 is found, the orientation of the stereo camera 30 is left in the orientation in which the gripping position 52 was found, or preferably, the gripping position is moved closer to the center of the field of view, and then steps S11 and onward are repeated.
以上のとおり、制御装置40がセンサ移動手段であるロボット20を制御し、あるいはロボット20およびステレオカメラ30を制御して、把持位置52を探索できる。なお、本工程(S17)において把持位置をステレオカメラの視野の中心に寄せるために、ビジュアルフィードバック制御を用いることができる。また、本工程(S17)では、把持位置52がステレオカメラ30の視野内にあるか否かが分かればよく、把持位置の3次元座標は利用しない。したがって、本工程はステレオ画像のうち1枚の画像だけを利用して実施することもできる。 As described above, the control device 40 controls the robot 20, which is the sensor movement means, or controls the robot 20 and the stereo camera 30, to search for the gripping position 52. Note that in this step (S17), visual feedback control can be used to move the gripping position to the center of the field of view of the stereo camera. Also, in this step (S17), it is sufficient to determine whether the gripping position 52 is within the field of view of the stereo camera 30, and the three-dimensional coordinates of the gripping position are not used. Therefore, this step can also be performed using only one image from the stereo images.
以上の工程を繰り返すことで、前述のとおり、工程S15において把持位置52とハンド24の位置、および把持姿勢とハンドの姿勢が一致していると判定された場合は、ハンド24で把持位置52を把持して(S18)、作業が完了する。 By repeating the above steps, if it is determined in step S15 that the gripping position 52 and the position of the hand 24, and the gripping posture and the posture of the hand, match, the hand 24 grips the gripping position 52 (S18), completing the operation, as described above.
なお、ワークを把持する際のハンドの姿勢が問題とならない場合は、把持姿勢の算出や把持姿勢とハンドの姿勢のずれの算出、一致判定は不要である。上記各工程は、把持位置とハンド24の位置だけに着目して実施することができる。同様に、ワークを把持する際のハンドの回転角度θが問題とならない場合は、上記各工程は、把持位置、把持方向A、ハンドの位置およびハンドの向きXだけに着目して実施することができる。また、ハンドの向きXや回転角度θの修正は、ハンドの位置の修正とは独立して、上記工程を繰り返す過程のどこかの段階でまとめて実施してもよい。ハンドの姿勢や回転角度が問題とならない場合にハンドの位置や向きXだけに着目すればよいことは、以降の第2~第4実施形態においても同様である。また、ハンドの姿勢の修正を位置の修正と独立して実施可能なことは、以降の第2~第6実施形態においても同様である。 Note that if the posture of the hand when gripping the workpiece is not an issue, there is no need to calculate the grip posture, calculate the deviation between the grip posture and the hand posture, or determine whether they match. Each of the above steps can be performed by focusing only on the grip position and the position of the hand 24. Similarly, if the rotation angle θ of the hand when gripping the workpiece is not an issue, each of the above steps can be performed by focusing only on the grip position, grip direction A, hand position, and hand orientation X. Furthermore, correction of the hand orientation X and rotation angle θ may be performed independently of correction of the hand position, at some stage during the repetition of the above steps. The fact that it is sufficient to focus only on the hand position and orientation X when the posture or rotation angle of the hand is not an issue is the same in the second to fourth embodiments described below. The fact that correction of the hand posture can be performed independently of correction of the position is the same in the second to sixth embodiments described below.
本発明のロボット制御システムの第2実施形態を図4~5および図3に基づいて説明する。本実施形態では、ワークをロボットハンドで把持する作業において、ロボットとは離れて設置された3次元視覚センサが取得する情報に基づいてロボットハンドの移動をフィードバック制御する。以下においては、第1実施形態と異なる部分を説明し、第1実施形態と同様の部分については説明を省略する。 A second embodiment of a robot control system of the present invention will be described with reference to Figures 4-5 and 3. In this embodiment, when a workpiece is grasped by a robot hand, the movement of the robot hand is feedback-controlled based on information acquired by a three-dimensional visual sensor installed away from the robot. Below, differences from the first embodiment will be described, and explanations of similarities to the first embodiment will be omitted.
本実施形態のロボット制御システム12は、ロボットハンド24を備えたロボット20と、ロボットとは離れて設置されたステレオカメラ30と、ステレオカメラを移動させるセンサ移動手段32と、ロボット制御システム12の全体を制御する制御装置40とを有する。ロボット制御システム12は、ワークであるケーブル50上の把持位置52をロボットハンド24に把持させる。この把持作業において、ロボットハンド24の位置姿勢は、ステレオカメラ30が取得する3次元情報に基づいて、制御装置40によってフィードバック制御される。 The robot control system 12 of this embodiment includes a robot 20 equipped with a robot hand 24, a stereo camera 30 installed separately from the robot, a sensor movement means 32 for moving the stereo camera, and a control device 40 for overall control of the robot control system 12. The robot control system 12 causes the robot hand 24 to grasp a workpiece, a cable 50, at a grasping position 52. During this grasping operation, the position and orientation of the robot hand 24 are feedback-controlled by the control device 40 based on the three-dimensional information acquired by the stereo camera 30.
ステレオカメラ30は、ケーブル50の3次元情報を取得するとともに、本実施形態ではハンド24の3次元情報も取得する。 The stereo camera 30 acquires three-dimensional information about the cable 50, and in this embodiment, also acquires three-dimensional information about the hand 24.
センサ移動手段32は3次元視覚センサであるステレオカメラ30の位置および姿勢を変化させる。センサ移動手段の構造は、ロボット20と同様の多関節ロボットであってもよいが、作業の内容に応じて、ステレオカメラの位置および姿勢を所定の範囲で変化させられればよいので、ロボット20より単純な構造とすることができる。例えば、ケーブル50が移動しない場合は、ハンド24の移動にしたがって、ケーブルに向けたステレオカメラとケーブルとの距離を変化させるだけでよいので、シリンダーを伸縮させるリニアアクチュエータを用いることができる。ケーブル50が移動する場合で、関節を有するアームを用いる場合であっても、関節の数をロボット20より少なくできることが多い。 The sensor moving means 32 changes the position and orientation of the stereo camera 30, which is a three-dimensional visual sensor. The structure of the sensor moving means may be an articulated robot similar to that of the robot 20, but since it is only necessary to change the position and orientation of the stereo camera within a predetermined range depending on the task, it can have a simpler structure than the robot 20. For example, if the cable 50 does not move, it is only necessary to change the distance between the stereo camera pointed at the cable and the cable in accordance with the movement of the hand 24, so a linear actuator that extends and retracts a cylinder can be used. Even if the cable 50 moves and an arm with joints is used, it is often possible to use fewer joints than the robot 20.
制御装置40は、ステレオカメラ30が取得した画像の画像処理を行い、ケーブル50上の把持位置52の3次元座標とともにハンド24の位置の3次元座標を算出し、ステレオカメラ30が取得したステレオ画像に把持位置52およびハンド24が含まれているか否かを判定する。制御装置による演算や制御の内容の詳細は後述する。 The control device 40 processes the images captured by the stereo camera 30, calculates the three-dimensional coordinates of the gripping position 52 on the cable 50 as well as the three-dimensional coordinates of the position of the hand 24, and determines whether the gripping position 52 and the hand 24 are included in the stereo images captured by the stereo camera 30. Details of the calculations and control by the control device will be described later.
次に、本実施形態のロボット制御システム12を用いて、ハンド24でケーブル50を把持する作業を図5の工程フローに沿って説明する。 Next, the process of gripping the cable 50 with the hand 24 using the robot control system 12 of this embodiment will be explained in accordance with the process flow shown in Figure 5.
(S21)ステレオカメラ30でケーブル50およびハンド24を撮像して、ケーブルおよびハンドの3次元情報を取得する。 (S21) The stereo camera 30 captures images of the cable 50 and hand 24 to obtain three-dimensional information about the cable and hand.
(S22)制御装置40は、ステレオカメラ30が取得したステレオ画像に把持位置52およびハンド24が含まれているか否かを判定する。把持位置およびハンドのいずれかがステレオカメラ30の視野内になく、画像に含まれていない場合は、探索工程(S27)によって把持位置またはハンドを探索する。 (S22) The control device 40 determines whether the gripping position 52 and hand 24 are included in the stereo image acquired by the stereo camera 30. If either the gripping position or the hand is not within the field of view of the stereo camera 30 and is not included in the image, the gripping position or hand is searched for in a search step (S27).
(S23)制御装置40は、ステレオ画像を処理して、ケーブル50の立体形状を認識して把持位置52の3次元座標と把持姿勢を算出し、同時に、ハンド24の立体形状を認識してハンドの位置および姿勢を算出する。 (S23) The control device 40 processes the stereo image, recognizes the three-dimensional shape of the cable 50, and calculates the three-dimensional coordinates of the gripping position 52 and the gripping posture, and at the same time recognizes the three-dimensional shape of the hand 24 and calculates the position and posture of the hand.
(S24)制御装置40は、把持位置52とハンド24との距離、および把持姿勢とハンドの姿勢とのずれを算出する。 (S24) The control device 40 calculates the distance between the gripping position 52 and the hand 24, and the deviation between the gripping posture and the hand posture.
(S25)制御装置40は、把持位置52とハンド24の位置の座標、および把持姿勢とハンド24の姿勢が一致しているか否かを判定する。把持位置とハンドの位置、および把持姿勢とハンドの姿勢が一致した場合は、ハンド24で把持位置を把持する(工程S28)。 (S25) The control device 40 determines whether the coordinates of the gripping position 52 and the position of the hand 24, and whether the gripping posture and the posture of the hand 24 match. If the gripping position and the position of the hand, and the gripping posture and the posture of the hand, match, the hand 24 grips the gripping position (step S28).
(S26)把持位置52とハンド24の位置、または把持姿勢とハンド24の姿勢が一致していない場合は、制御装置40がロボット20に指示して、把持位置とハンドの距離、および把持姿勢とハンド24の姿勢のずれを減少させるようにハンド24の位置姿勢をフィードバック制御する。また、制御装置40は、センサ移動手段32に指示して、ステレオカメラ30の位置姿勢を制御する。具体的には、把持位置52またはハンド24が画像の周縁部にあるときは、両者を画像の中心に向けて寄せるように、ステレオカメラの視野を移動させる。また、ハンドがケーブルに近づくのに合わせて、把持位置およびハンドの位置姿勢の計測精度を高めるために、ステレオカメラと把持位置との距離を縮める。 (S26) If the gripping position 52 and the position of the hand 24, or the gripping posture and posture of the hand 24, do not match, the control device 40 instructs the robot 20 to feedback control the position and posture of the hand 24 so as to reduce the discrepancy between the distance between the gripping position and the hand, and between the gripping posture and the posture of the hand 24. The control device 40 also instructs the sensor movement means 32 to control the position and posture of the stereo camera 30. Specifically, when the gripping position 52 or the hand 24 is on the periphery of the image, the field of view of the stereo camera is moved so as to move both toward the center of the image. Furthermore, as the hand approaches the cable, the distance between the stereo camera and the gripping position is reduced to improve the measurement accuracy of the gripping position and the position and posture of the hand.
(S27)工程S22で、ステレオカメラ30が取得した画像に把持位置52またはハンド24が含まれていないと判定された場合は、把持位置を探索する。把持位置を探索する方法は、第1実施形態と同様に、ステレオカメラ30の視野を広げるか移動させることによって行うことができる。具体的には、ステレオカメラをケーブル50から遠ざけることにより、またはステレオカメラ30の焦点距離が可変である場合はステレオカメラを制御してズームアウトすることによりカメラの視野を広げて、ステレオカメラの視野から外れた把持位置を探索する。あるいは、ステレオカメラの視野を移動させて、ステレオカメラの視野から外れた把持位置を探索する。把持位置52またはハンド24が見つかったら、把持位置およびハンドをステレオカメラの視野に収めた状態にした後、工程S21以降を繰り返す。 (S27) If it is determined in step S22 that the gripping position 52 or the hand 24 is not included in the image acquired by the stereo camera 30, the gripping position is searched for. As in the first embodiment, the gripping position can be searched for by widening or moving the field of view of the stereo camera 30. Specifically, the field of view of the stereo camera is widened by moving the stereo camera away from the cable 50, or by controlling the stereo camera to zoom out if the focal length of the stereo camera 30 is variable, and a gripping position outside the field of view of the stereo camera is searched for. Alternatively, the field of view of the stereo camera is moved to search for a gripping position outside the field of view of the stereo camera. If the gripping position 52 or the hand 24 is found, the gripping position and the hand are brought into the field of view of the stereo camera, and then step S21 and subsequent steps are repeated.
以上の工程を繰り返すことで、前述のとおり、工程S25において把持位置52とハンド24の位置、および把持姿勢とハンドの姿勢が一致していると判定された場合は、ハンド24で把持位置52を把持して(S28)、作業が完了する。 By repeating the above steps, if it is determined in step S25 that the gripping position 52 and the position of the hand 24, and the gripping posture and the posture of the hand, match, the hand 24 grips the gripping position 52 (S28), completing the operation, as described above.
本発明のロボット制御システムの第3実施形態を図6~8に基づいて説明する。本実施形態では、ロボットハンドが把持したワーク上の特性部位を所定の接続目標に接続する作業において、ロボットハンドに固定された3次元視覚センサが取得する情報に基づいてロボットハンドの移動をフィードバック制御する。以下においては、第1実施形態と異なる部分を説明し、第1実施形態と同様の部分については説明を省略する。 A third embodiment of a robot control system of the present invention will be described with reference to Figures 6 to 8. In this embodiment, during the task of connecting a characteristic portion of a workpiece grasped by the robot hand to a predetermined connection target, the movement of the robot hand is feedback-controlled based on information acquired by a three-dimensional visual sensor fixed to the robot hand. Below, differences from the first embodiment will be described, and explanations of similarities to the first embodiment will be omitted.
本実施形態のロボット制御システム13は、ロボットハンド24を備えたロボット20と、ロボットハンドに固定されたステレオカメラ30と、ロボット制御システム13の全体を制御する制御装置40とを有する。ロボット制御システム13は、ロボットハンド24が把持したケーブル60(ワーク)の先端に装着されたプラグ61(特定部位)を、基板62上のソケット63(接続目標)に接続する。この接続作業において、ロボットハンド24の位置姿勢は、ステレオカメラ30が取得する3次元情報に基づいて、制御装置40によってフィードバック制御される。 The robot control system 13 of this embodiment includes a robot 20 equipped with a robot hand 24, a stereo camera 30 fixed to the robot hand, and a control device 40 that controls the entire robot control system 13. The robot control system 13 connects a plug 61 (specific part) attached to the end of a cable 60 (workpiece) grasped by the robot hand 24 to a socket 63 (connection target) on a circuit board 62. During this connection operation, the position and orientation of the robot hand 24 are feedback-controlled by the control device 40 based on three-dimensional information acquired by the stereo camera 30.
本実施形態では、ケーブル60をワーク、プラグ61を特定部位、ソケット63を接続目標の例として説明するが、これらの種類は特に限定されない。本実施形態のロボット制御システム13は、例えば、ケーブルやチューブの先端を加工装置等の開口部やスリットに通す、各種部品の所定の部位を機器内の所定の位置に嵌める、カバーや外装パネルの所定の部位を機器本体等の所定の位置に固定するなどの接続作業にも適用できる。また、ソケット63は静止していてもよいし、コンベアベルト55などに載置されて、ハンド24の動作とは無関係に移動していてもよい。 In this embodiment, the cable 60 is described as an example of the workpiece, the plug 61 as a specific part, and the socket 63 as an example of the connection target, but these types are not particularly limited. The robot control system 13 of this embodiment can also be used for connection tasks such as passing the tip of a cable or tube through an opening or slit in a processing device, fitting a specific part of various components into a specific position inside the device, or fixing a specific part of a cover or exterior panel to a specific position on the device body. The socket 63 may be stationary, or may be placed on a conveyor belt 55 or the like and move independently of the operation of the hand 24.
本実施形態において、ワークが変形しない場合(ロボットハンド24がプラグ61を直接把持している場合などを含む)は、ワークを特定の位置および向きで把持していれば、ハンド24に固定されたステレオカメラ30とプラグ61の相対的な位置関係は既知である。一方、ワークが柔軟であるとか、変形しやすいまたはワークの把持位置や向きが定まっていない場合には、ステレオカメラとプラグの相対的な位置関係が一定せず、未知である。以下においては、ステレオカメラとプラグの相対的な位置関係が未知である場合について説明する。 In this embodiment, if the workpiece does not deform (including when the robot hand 24 directly grasps the plug 61), and the workpiece is grasped in a specific position and orientation, the relative positional relationship between the stereo camera 30 fixed to the hand 24 and the plug 61 is known. On the other hand, if the workpiece is flexible, easily deformed, or the grasped position or orientation of the workpiece is not fixed, the relative positional relationship between the stereo camera and the plug is not constant and is unknown. The following describes a case where the relative positional relationship between the stereo camera and the plug is unknown.
ステレオカメラ30はソケット63およびプラグ61の3次元情報を取得する。なお、本実施形態のロボット20はステレオカメラの位置および姿勢を変化させるセンサ移動手段を兼ねている。 The stereo camera 30 acquires three-dimensional information about the socket 63 and plug 61. In this embodiment, the robot 20 also serves as a sensor movement means for changing the position and orientation of the stereo camera.
制御装置40は、ステレオカメラ30が取得した画像の画像処理、各種演算、ロボット20のフィードバック制御、ソケット63の探索などを行う。制御装置による演算や制御の内容は後述する。 The control device 40 processes images captured by the stereo camera 30, performs various calculations, feedback control of the robot 20, searches for the socket 63, etc. The details of the calculations and controls performed by the control device will be described later.
次に、本実施形態のロボット制御システム13による接続作業を、図7の工程フローに沿って説明する。 Next, the connection work using the robot control system 13 of this embodiment will be explained according to the process flow in Figure 7.
(S31)ステレオカメラ30でソケット63およびプラグ61を撮像して、それぞれの位置の3次元情報を取得する。また、プラグをソケットに接続するときのプラグの向きYおよびYの周りの回転角度φが制限される場合には、ステレオカメラ30は、少なくともソケットにプラグを接続するための接続方向BおよびBの周りの回転角度βを算出可能な範囲を撮像する。以下において、プラグをソケットに接続するのに所要の接続方向Bおよび回転角度βを総称して「接続姿勢」という。 (S31) Images of the socket 63 and plug 61 are captured with the stereo camera 30 to obtain three-dimensional information on their respective positions. Furthermore, if the orientation Y of the plug when connecting the plug to the socket and the rotation angle φ around Y are restricted, the stereo camera 30 captures images within a range that allows calculation of at least the connection direction B for connecting the plug to the socket and the rotation angle β around B. Hereinafter, the connection direction B and rotation angle β required to connect the plug to the socket will be collectively referred to as the "connection posture."
(S32)制御装置40は、ステレオカメラ30が取得したステレオ画像にソケット63およびプラグ61が含まれているか否かを判定し、ソケットまたはプラグがステレオカメラ30の視野内になく、画像に含まれていない場合は、探索工程(S37)を実施する。 (S32) The control device 40 determines whether the socket 63 and plug 61 are included in the stereo image acquired by the stereo camera 30, and if the socket or plug is not within the field of view of the stereo camera 30 and is not included in the image, it performs a search process (S37).
(S33)制御装置40は、ステレオ画像を処理して、ソケット63およびプラグ61の立体形状を認識し、ソケットの位置の3次元座標と接続姿勢を算出するとともに、プラグの位置の3次元座標および姿勢を算出する。 (S33) The control device 40 processes the stereo image to recognize the three-dimensional shapes of the socket 63 and plug 61, and calculates the three-dimensional coordinates of the socket's position and connection attitude, as well as the three-dimensional coordinates of the plug's position and attitude.
(S34)制御装置40は、ソケット63とプラグ61との距離、および接続姿勢とプラグの姿勢とのずれを算出する。 (S34) The control device 40 calculates the distance between the socket 63 and the plug 61, and the deviation between the connection posture and the plug posture.
(S35)制御装置40は、ソケット63とプラグ61の位置、および接続姿勢とプラグの姿勢が一致しているか否かを判定する。ソケットとプラグの位置、および接続姿勢とプラグ姿勢が一致した場合は、プラグをソケットに接続する(工程S38)。 (S35) The control device 40 determines whether the positions of the socket 63 and plug 61 and the connection posture and plug posture match. If the positions of the socket and plug and the connection posture and plug posture match, the plug is connected to the socket (step S38).
(S36)ソケット63とプラグ61の位置、または接続姿勢とプラグ姿勢が一致していない場合は、制御装置40がロボット20に指示して、ソケットとプラグの距離、および接続姿勢とプラグ姿勢のずれを減少させるようにハンド24をフィードバック制御する。この過程で、ハンド24に固定されたステレオカメラ30もソケットに近づいていくので、ソケットの3次元座標等の算出精度も次第に高まることとなる。 (S36) If the positions of the socket 63 and plug 61, or the connection attitude and plug attitude, do not match, the control device 40 instructs the robot 20 to perform feedback control of the hand 24 so as to reduce the distance between the socket and plug, and the discrepancy between the connection attitude and plug attitude. During this process, the stereo camera 30 fixed to the hand 24 also approaches the socket, gradually improving the accuracy of calculations of the socket's three-dimensional coordinates, etc.
(S37)工程S32での判定結果により、ソケット63またはプラグ61を探索する場合は、第1実施形態と同様に、ステレオカメラの視野を広げ、または移動させて、ステレオカメラの視野から外れたソケットまたはプラグの探索を行う。 (S37) If the determination result in step S32 indicates that a socket 63 or plug 61 is to be searched for, the field of view of the stereo camera is widened or moved, as in the first embodiment, to search for a socket or plug that is out of the field of view of the stereo camera.
以上の工程を繰り返すことで、前述のとおり、工程S35においてソケット63とプラグ61の位置、および接続姿勢とプラグ姿勢が一致していると判定された場合は、プラグをソケットに接続して(S38)、作業が完了する。 By repeating the above steps, if it is determined in step S35 that the positions of the socket 63 and plug 61, and the connection posture and plug posture, match, the plug is connected to the socket (S38), completing the process, as described above.
なお、ステレオカメラ30とプラグ61の相対的な位置関係が既知である場合は、工程S31におけるプラグの撮像、工程S32におけるプラグが画像に含まれるか否かの判定、工程S33におけるプラグの位置姿勢の算出、および工程S37におけるプラグの探索は行わなくてもよい。 Note that if the relative positional relationship between the stereo camera 30 and the plug 61 is known, it is not necessary to capture an image of the plug in step S31, determine whether the plug is included in the image in step S32, calculate the position and orientation of the plug in step S33, and search for the plug in step S37.
本発明のロボット制御システムの第4実施形態を図8~9に基づいて説明する。本実施形態では、ロボットハンドが把持したワーク上の特性部位を所定の接続目標に接続する作業において、ロボットとは離れて設置された3次元視覚センサが取得する情報に基づいてロボットハンドの移動をフィードバック制御する。以下においては、第3実施形態と異なる部分を説明し、第3実施形態と同様の部分については説明を省略する。 A fourth embodiment of the robot control system of the present invention will be described with reference to Figures 8 and 9. In this embodiment, when a characteristic portion of a workpiece grasped by a robot hand is connected to a predetermined connection target, the movement of the robot hand is feedback-controlled based on information acquired by a three-dimensional visual sensor installed away from the robot. Below, differences from the third embodiment will be described, and explanations of similarities to the third embodiment will be omitted.
本実施形態のロボット制御システム14は、ロボットハンド24を備えたロボット20と、ロボットとは離れて設置されたステレオカメラ30と、ステレオカメラを移動させるセンサ移動手段32と、ロボット制御システム14の全体を制御する制御装置40とを有する。ロボット制御システム14は、ロボットハンド24が把持したケーブル60(ワーク)の先端に装着されたプラグ61(特定部位)を、基板62上のソケット63(接続目標)に接続する。この接続作業において、ロボットハンド24の位置姿勢は、ステレオカメラ30が取得する3次元情報に基づいて、制御装置40によってフィードバック制御される。 The robot control system 14 of this embodiment comprises a robot 20 equipped with a robot hand 24, a stereo camera 30 installed separately from the robot, a sensor moving means 32 for moving the stereo camera, and a control device 40 for overall control of the robot control system 14. The robot control system 14 connects a plug 61 (specific part) attached to the end of a cable 60 (workpiece) grasped by the robot hand 24 to a socket 63 (connection target) on a circuit board 62. During this connection operation, the position and orientation of the robot hand 24 are feedback-controlled by the control device 40 based on three-dimensional information acquired by the stereo camera 30.
本実施形態では、ステレオカメラ30がロボットとは離れて設置されているため、ワークの種類によらず、ステレオカメラ30とプラグ61の相対的な位置関係は未知である。したがって、ステレオカメラ30はソケット63およびプラグ61の3次元情報を取得し、制御装置40は、ステレオカメラ30が取得した画像に基づいてソケットおよびプラグの位置の3次元座標を算出する。また、制御装置40は、ソケットおよびプラグが画像内にあるか否かを判定し、ソケットまたはプラグが画像に写っていない場合はソケットまたはプラグを探索する。センサ移動手段32は3次元視覚センサであるステレオカメラ30の位置および姿勢を変化させる。センサ移動手段32の構造は第2実施形態で説明したものと同じである。 In this embodiment, the stereo camera 30 is installed away from the robot, so the relative positional relationship between the stereo camera 30 and the plug 61 is unknown regardless of the type of workpiece. Therefore, the stereo camera 30 acquires three-dimensional information about the socket 63 and plug 61, and the control device 40 calculates the three-dimensional coordinates of the socket and plug positions based on the images acquired by the stereo camera 30. The control device 40 also determines whether the socket and plug are within the image, and searches for the socket or plug if they are not visible in the image. The sensor movement means 32 changes the position and orientation of the stereo camera 30, which is a three-dimensional visual sensor. The structure of the sensor movement means 32 is the same as that described in the second embodiment.
本実施形態のロボット制御システム14による接続作業方法は、第3実施形態においてステレオカメラ30とプラグ61の相対的な位置関係が未知である場合と同様である。ただし、本実施形態では、ステレオカメラ30がロボットとは離れて設置されているため、図7の工程S36において、ハンド24を移動させるとともに、制御装置40がセンサ移動手段32に指示して、ステレオカメラ30の位置姿勢を制御する。具体的には、ソケット63またはプラグ61が画像の周縁部にあるときは、両者を画像の中心に向けて寄せるように、ステレオカメラの視野を移動させる。また、ハンドがソケットに近づくのに合わせて、ソケットおよびプラグの位置姿勢の計測精度を高めるために、ステレオカメラとソケットとの距離を縮める。 The connection operation method using the robot control system 14 in this embodiment is the same as in the third embodiment, where the relative positional relationship between the stereo camera 30 and the plug 61 is unknown. However, in this embodiment, the stereo camera 30 is installed away from the robot, so in step S36 of FIG. 7, the hand 24 is moved and the control device 40 instructs the sensor movement means 32 to control the position and orientation of the stereo camera 30. Specifically, when the socket 63 or plug 61 is on the periphery of the image, the field of view of the stereo camera is moved so that both are moved toward the center of the image. Furthermore, as the hand approaches the socket, the distance between the stereo camera and the socket is reduced to improve the measurement accuracy of the position and orientation of the socket and plug.
本発明のロボット制御システムの第5実施形態を図10~11に基づいて説明する。本実施形態では、ロボットハンドが把持したワークを所定の配置目標に配置する作業において、ロボットハンドに固定された3次元視覚センサが取得する情報に基づいてロボットハンドの移動をフィードバック制御する。以下においては、第1および第3実施形態と異なる部分を説明し、第1または第3実施形態と同様の部分については説明を省略する。 A fifth embodiment of a robot control system of the present invention will be described with reference to Figures 10 and 11. In this embodiment, when placing a workpiece grasped by a robot hand at a predetermined placement target, the movement of the robot hand is feedback-controlled based on information acquired by a three-dimensional visual sensor fixed to the robot hand. Below, differences from the first and third embodiments will be described, and descriptions of similarities to the first and third embodiments will be omitted.
本実施形態のロボット制御システム15は、ロボットハンド24を備えたロボット20と、ロボットハンドに固定されたステレオカメラ30と、ロボット制御システム15の全体を制御する制御装置40とを有する。ロボット制御システム15は、ロボットハンド24が把持したケーブル70をトレイ72上に配置する。この配置作業において、ロボットハンド24の位置姿勢は、ステレオカメラ30が取得する3次元情報に基づいて、制御装置40によってフィードバック制御される。 The robot control system 15 of this embodiment includes a robot 20 equipped with a robot hand 24, a stereo camera 30 fixed to the robot hand, and a control device 40 that controls the entire robot control system 15. The robot control system 15 places the cable 70 held by the robot hand 24 on a tray 72. During this placement operation, the position and orientation of the robot hand 24 are feedback-controlled by the control device 40 based on three-dimensional information acquired by the stereo camera 30.
本実施形態では、ケーブル70をワーク、トレイ72を配置目標の例として説明するが、これらの種類は特に限定されない。本実施形態のロボット制御システム15は、各種のワークを所定の場所に載置したり、所定の容器に収めたりする作業に適用できる。また、トレイ72は静止していてもよいし、コンベアベルト55などに載置されて、ハンド24の動作とは無関係に移動していてもよい。 In this embodiment, the cable 70 is described as an example of the workpiece and the tray 72 as an example of the placement target, but these types are not particularly limited. The robot control system 15 of this embodiment can be applied to tasks such as placing various types of workpieces in predetermined locations or storing them in predetermined containers. Furthermore, the tray 72 may be stationary, or may be placed on a conveyor belt 55 or the like and move independently of the operation of the hand 24.
本実施形態においても第3実施形態と同様に、ワークが変形しない場合は、ハンド24に固定されたステレオカメラ30とワークの相対的な位置関係は既知である。一方、ワークが柔軟であるとか、変形しやすい場合には、ステレオカメラとワークの相対的な位置関係が一定せず、未知である。以下においては、ステレオカメラとワークの相対的な位置関係が未知である場合について説明する。 In this embodiment, as in the third embodiment, if the workpiece does not deform, the relative positional relationship between the stereo camera 30 fixed to the hand 24 and the workpiece is known. On the other hand, if the workpiece is flexible or easily deformed, the relative positional relationship between the stereo camera and the workpiece is not constant and is unknown. The following describes the case where the relative positional relationship between the stereo camera and the workpiece is unknown.
ステレオカメラ30はトレイ72およびケーブル70の3次元情報を取得する。ロボット20はステレオカメラの位置および姿勢を変化させるセンサ移動手段を兼ねている。制御装置40は、ステレオカメラ30が取得した画像の画像処理、各種演算、ロボット20のフィードバック制御、トレイ72の探索などを行う。制御装置による演算や制御の内容は後述する。 The stereo camera 30 acquires three-dimensional information about the tray 72 and cable 70. The robot 20 also serves as a sensor movement means for changing the position and orientation of the stereo camera. The control device 40 processes the images acquired by the stereo camera 30, performs various calculations, feedback control of the robot 20, searches for the tray 72, etc. The calculations and control performed by the control device will be described later.
次に、本実施形態のロボット制御システム15による接続作業を、図11の工程フローに沿って説明する。 Next, the connection work using the robot control system 15 of this embodiment will be explained according to the process flow in Figure 11.
(S41)ステレオカメラ30でトレイ72およびケーブル70を撮像して、それぞれの位置および姿勢を算出可能な3次元情報を取得する。 (S41) The stereo camera 30 captures images of the tray 72 and cable 70 to obtain three-dimensional information that enables calculation of their respective positions and orientations.
(S42)制御装置40は、ステレオカメラ30が取得したステレオ画像にトレイ72およびケーブル70が含まれているか否かを判定し、トレイまたはケーブルがステレオカメラ30の視野内になく、画像に含まれていない場合は、探索工程(S47)を実施する。 (S42) The control device 40 determines whether the tray 72 and cable 70 are included in the stereo image acquired by the stereo camera 30, and if the tray or cable is not within the field of view of the stereo camera 30 and is not included in the image, it performs a search process (S47).
(S43)制御装置40は、ステレオ画像を処理して、トレイ72およびケーブル70の立体形状を認識し、トレイの位置および姿勢、ならびにケーブルの位置および姿勢を算出する。ここで、トレイの位置および姿勢は、トレイの面の中心位置と姿勢で表すことができ、ケーブルの位置および姿勢は、ケーブルを内包し、かつトレイに納まる大きさの長方形または直方体の中心位置と姿勢で表すことができる。 (S43) The control device 40 processes the stereo image to recognize the three-dimensional shapes of the tray 72 and cable 70, and calculates the position and orientation of the tray, as well as the position and orientation of the cable. Here, the position and orientation of the tray can be represented by the center position and orientation of the tray surface, and the position and orientation of the cable can be represented by the center position and orientation of a rectangle or rectangular parallelepiped that contains the cable and is large enough to fit within the tray.
(S44)制御装置40は、トレイ72とケーブル70の距離、および姿勢のずれを算出する。 (S44) The control device 40 calculates the distance between the tray 72 and the cable 70, as well as the deviation in posture.
(S45)制御装置40は、トレイ72とケーブル70の位置および姿勢が一致しているか否かを判定する。トレイとケーブルの位置および姿勢が一致した場合は、ケーブルをトレイ上に配置する(工程S48)。 (S45) The control device 40 determines whether the position and orientation of the tray 72 and the cable 70 match. If the position and orientation of the tray and the cable match, the cable is placed on the tray (step S48).
(S46)トレイ72とケーブル70の位置または姿勢が一致していない場合は、制御装置40がロボット20に指示して、トレイとケーブルの距離、および姿勢のずれを減少させるようにハンド24をフィードバック制御する。 (S46) If the positions or postures of the tray 72 and cable 70 do not match, the control device 40 instructs the robot 20 to perform feedback control of the hand 24 to reduce the deviation in the distance and posture between the tray and cable.
(S47)工程S42での判定結果により、トレイ72またはケーブル70を探索する場合は、第1実施形態と同様に、ステレオカメラの視野を広げ、または移動させて、ステレオカメラの視野から外れたトレイまたはケーブルの探索を行う。 (S47) If the determination result in step S42 indicates that a tray 72 or cable 70 needs to be searched for, the field of view of the stereo camera is widened or moved, as in the first embodiment, to search for a tray or cable that is out of the field of view of the stereo camera.
以上の工程を繰り返すことで、前述のとおり、工程S45においてトレイ72とケーブル70の位置および接続が一致していると判定された場合は、ケーブルをトレイ上に配置して(S48)、作業が完了する。 By repeating the above steps, if it is determined in step S45 that the positions and connections of the tray 72 and cable 70 match, as described above, the cable is placed on the tray (S48) and the work is completed.
本発明のロボット制御システム16の第6実施形態は、ロボットハンドが把持したワークを所定の配置目標に配置する作業において、ロボットとは離れて設置された3次元視覚センサが取得する情報に基づいてロボットハンドの移動をフィードバック制御する。 A sixth embodiment of the robot control system 16 of the present invention feedback-controls the movement of a robot hand based on information acquired by a three-dimensional visual sensor installed away from the robot during the task of placing a workpiece grasped by the robot hand at a predetermined placement target.
本実施形態のロボット制御システム16は、図12を参照して、ステレオカメラ30がロボット20と離れて設置され、ロボットと独立したセンサ移動手段32に装着される点で第5実施形態と異なり、その他の構成は第5実施形態と同様である。また、本実施形態のロボット制御システム16を用いたケーブルの配置作業方法は、図11に示した工程フローに沿って実施され、ステレオカメラの移動がロボット20ではなくセンサ移動手段32を制御して行われる点で第5実施形態と異なり、その他は第5実施形態と同様である。 Referring to FIG. 12, the robot control system 16 of this embodiment differs from the fifth embodiment in that the stereo camera 30 is installed separately from the robot 20 and attached to a sensor movement means 32 that is independent of the robot, but the rest of the configuration is the same as in the fifth embodiment. Furthermore, the cable placement method using the robot control system 16 of this embodiment is carried out in accordance with the process flow shown in FIG. 11, and differs from the fifth embodiment in that the movement of the stereo camera is controlled by the sensor movement means 32 rather than the robot 20, but is otherwise the same as in the fifth embodiment.
本発明は、上記の実施形態や実施例に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications are possible within the scope of its technical concept.
11~16 ロボット制御システム
20 ロボット
21 アーム
22 リンク
23 関節
24 ロボットハンド
25 ツールセンターポイント
30 ステレオカメラ(3次元視覚センサ)
32 センサ移動手段
40 制御装置
50 ケーブル(ワーク)
51 ケーブル先端
52 把持位置(作業目標)
55 コンベアベルト
60 ケーブル(ワーク)
61 プラグ(特定部位)
62 基板
63 ソケット(接続目標)
70 ケーブル(ワーク)
72 トレイ(配置目標)
A 把持方向
B 接続方向
d ケーブル先端から把持位置までの距離
T 把持位置におけるケーブルの接線方向
X ハンドの向き
Y プラグの向き
α 把持姿勢の回転角度
β 接続姿勢の回転角度
θ ロボットハンドの回転角度
φ プラグの回転角度
11-16 Robot control system 20 Robot 21 Arm 22 Link 23 Joint 24 Robot hand 25 Tool center point 30 Stereo camera (3D visual sensor)
32 Sensor moving means 40 Control device 50 Cable (work)
51 Cable tip 52 Grasping position (work target)
55 Conveyor belt 60 Cable (work)
61 Plug (specific area)
62 Board 63 Socket (Connection Target)
70 Cable (work)
72 Tray (placement target)
A Gripping direction B Connection direction d Distance from the cable tip to the gripping position T Tangential direction of the cable at the gripping position X Hand direction Y Plug direction α Rotation angle of the gripping position β Rotation angle of the connection position θ Rotation angle of the robot hand φ Rotation angle of the plug
Claims (3)
前記把持位置を撮像してステレオ画像を取得するステレオカメラと、
前記ステレオカメラを移動させるセンサ移動手段と、
制御装置とを有し、
前記ロボットハンドは、前記ケーブルを挟持することにより把持可能であり、
前記制御装置は、
前記ステレオ画像に基づきカメラ座標系において、前記把持位置の3次元座標を算出し、前記把持位置と前記ロボットハンドの距離を算出し、前記把持位置と前記ロボットハンドの距離を減少させるように前記ロボットハンドの位置をフィードバック制御するとともに、
前記ステレオ画像に基づき前記カメラ座標系において、前記把持位置における前記ケーブルの接線方向、前記接線方向と交差する把持方向、および前記ロボットハンドが前記ケーブルを挟持可能な前記把持方向の周りの回転角度を算出することにより、前記ロボットハンドが前記把持位置を把持するための作業姿勢を算出し、前記作業姿勢と前記ロボットハンドの姿勢のずれを減少させるように前記ロボットハンドの姿勢をフィードバック制御し、
前記把持位置が前記ステレオカメラの視野内にあるか否かを判定し、視野外であると判定した場合は、前記ステレオカメラの視野を広げるか移動させることにより前記把持位置を探索し、前記把持位置が前記ステレオカメラの視野に含まれるように前記センサ移動手段を制御する、
ロボット制御システム。 A system for controlling a robot that moves a robot hand to a gripping position of a flexible cable that is stationary or moves independently of the movement of the robot hand, comprising:
a stereo camera that captures an image of the gripping position to acquire a stereo image;
a sensor moving means for moving the stereo camera;
a control device;
the robot hand is capable of grasping the cable by pinching it,
The control device
Calculating three-dimensional coordinates of the gripping position in a camera coordinate system based on the stereo images, calculating a distance between the gripping position and the robot hand, and feedback-controlling the position of the robot hand so as to reduce the distance between the gripping position and the robot hand ;
calculating a tangential direction of the cable at the gripping position, a gripping direction intersecting the tangential direction, and a rotation angle around the gripping direction at which the robot hand can pinch the cable in the camera coordinate system based on the stereo images, thereby calculating a working posture for the robot hand to grip the gripping position, and feedback-controlling the posture of the robot hand so as to reduce a deviation between the working posture and the posture of the robot hand;
determining whether the gripping position is within the field of view of the stereo camera, and if it is determined that the gripping position is outside the field of view, searching for the gripping position by widening or moving the field of view of the stereo camera, and controlling the sensor moving means so that the gripping position is included in the field of view of the stereo camera;
Robot control system.
前記センサ移動手段が前記ロボットである、
請求項1に記載のロボット制御システム。 the stereo camera is fixed to the robot hand,
the sensor moving means is the robot;
The robot control system of claim 1 .
請求項1に記載のロボット制御システム。 The stereo camera is installed at a distance from the robot.
The robot control system of claim 1 .
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