JPS629894A

JPS629894A - 形状認識装置による最適保持位置決定法

Info

Publication number: JPS629894A
Application number: JP14978385A
Authority: JP
Inventors: 幸一中野; 章梅田
Original assignee: Ishikawa Prefecture; Ishikawa Prefectural Government
Current assignee: Ishikawa Prefecture; Ishikawa Prefectural Government
Priority date: 1985-07-08
Filing date: 1985-07-08
Publication date: 1987-01-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、視覚センサーを有した知能ロボットを用いて
、工場の搬送自動化を行なわせるようにした形状認識処
理法に関するものである。

（ロ）従来の技術工場において、従来のロボットによる搬送系では、搬送
する物体が変われば、ロボットの指（保持部）の位置も
変えなければならない。現在のような多品種少量生産で
はロボットの調整、いわゆる段取り時間が長くなり生産
効率が悪くなるばかりか、自動化が実施できず生産性が
極めて低下する結果となる。

又、人間が、ロボットの指の保持位置を勘と経験にたよ
って調整するため、その位置が物体を保持する最適位置
であるかどうか確かではない。そのために、高速に物体
を運ぶ搬送系では加速度から生じる力のために、物体の
位置決めがずれたり、最悪の場合には、ロボットの指か
ら物体が脱落する場合も生じる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点本発明は、物体の重心位置や加速度から生ずる回転モー
メントを考慮し、物体の落下および搬送方向への飛び出
しを防止するために、形状認識処理装置に、物体の２次
元化画像データとしてカメラから入力し、コンピュータ
で計算処理し、物体の最適保持位置を決定し、ロボット
本体に、その位置データを転送することによって、保持
部を自動制御することが可能となり、この結果搬送自動
化を図る。

（ニ）問題点を解決するための手段以下において、本発明を実施した装置のハードウェア構
成図を用いて、各回路における機能と信号の流れを説明
する。第２図のカメラ９より、物体の２次元画像データ
がビデオ増幅・同期分離回路１０に入力される。この回
路では、ビデオ信号に含まれる映像信号と同期信号が増
幅分離される。映像信号はＡ／Ｄ変換回路１１で、デジ
タル信号に変換され画像メモリ回路１３に記憶される。

一方、同期信号は、制御回路１２に入力され、各回路の
タイミング信号として利用される。画像メモリ回路１３
から記憶された画像データは、Ｄ／Ａ変換回路１４でデ
ジタル信号からアナログ信号に変換され、モニタテレビ
のＣＲＴ１５に物体の２次元画像データが表示される。

２次元画像データは、入出力インタフニス回路１６より
、マイクロコンピュータの内部にあるメモリ回路１８に
入力され、一時記憶される。

つぎに、マイクロコンピュータのＣＰＵ回路で、最適保
持位置決定法のプログラムに基づき、演算を実行する。

演算して得られた最適保持位置データを通信インタフェ
ース回路１９よりロボット本体２０へ伝送する。又、ビ
デオ増幅同期分離回路１０からＤ／Ａ変換回路１４の各
部をまとめて形状認識装置Ａとし、入出力インタフェー
ス回路１６から通信インタフェース回路１９までをマイ
クロコンピュータＢとする。

尚、本発明の最適保持位置決定法に基づくプログラムは
、マイクロコンピュータＢのメモリ回路１８に記憶され
ている。

次に、本発明の処理を機能的に分割した第１図の重心位
置決定手段と第１、第２、第３の保持位置決定手段につ
いて、それぞれ説明する。

第１図において、物体１は撮像装置２によって２次元画
像データとして入力され、画像メモリ回路３に記憶され
る。重心位置決定手段４では画像データを用いて、物体
の重心位置を決定する。第３図は、モニタテレビのＣＲ
Ｔ１５上に表示された画像データである。水平方向の重
心位置ｙｗ２１は、ｙｍｉｎからｙｍｔｒｘまでの各水
平方向の“１”の画像データを力ｎ算した面積２２の半
分の位置に対応するところである。“１”の画像データ
とは、デジタル信号において。

Ｈｉｇｈの信号状態の部分であり、第３図の斜線の領域
に相当する。垂直方向の重心位置ｘｗ２３は、Ｘｍ１ｎ
からＸｍａｘまでの各垂直方向の“１”の画像データを
加算した面積２４の半分の位置に対応する。以上の重心
位置決定手段によって物体の重心位置（ｘｗ、ｙＷ）２
５が決定される。

次に、画像データと重心位置（ｘｗ、ｙｗ）　　を用い
て物体の最適保持位置を決定する方法について説明する
。

第４図は、ひょうたん型物体の最適保持位置が決定され
た結果を図示したものである。

位置２６は、ロボットの第１の保持位置であり、位置２
７は、ロボットの第２の保持位置である。

第１、第２の保持位置は、第１図の第１の保持位置決定
手段５と第２の保持位置決定手段８によって決定された
ものであり、第３のΦ保持位置２８は、以下の最適保持
位置決定法に基づいて、決定されたものである。第４図
に示しである様に、紙面上において水平方向をＸ、垂直
方向をｙとした２次元の座標系を考える。ロボットの第
１、第２、第３の保持位置の座標をそれぞれ（ｘ、、ｙ
＋）、（ｘ２、Ｙ２）、（ｘ３、ｙ３）とスル。第４　
図（７）ｆ、、ｒ２、ｆ３ハ、物体がＸ方向、ｙ方向に
それぞれ搬送されている時、ロボットの各指に生じる力
の大きさと方向を示したものである。又、ｆｗは、搬送
中重心にかかる力の大きさと方向を示したものであり、
座標（ｘｗ、ｙｗ）は、物体の重心位置である。

ここで、Ｘ方向に搬送されている時の、物体に生じる力
学的モーメントと合成力の関係式は、次式になる。

同様にして、ｙ方向に搬送されている時の関係式は、次
式になる。

（２）式と（４）式中のｆｌ、ｆ２、ｆ３は、ロボット
が物体を搬送中に物体と各指に働く摩擦力に他ならない
。摩擦力は、物体と各指の摩擦係数と各指に働く垂直抗
力によって決定される。従って、各指の物体を持ち上げ
る力が十分強いという条件を考慮に入れれば、ｆＩ＝ｆ
２＝ｆ３の条件が成立し、（２）式と（４）式は次式の
様になる。

ｆＷ＝　３　ｆ　　（°、−ｆ、　＝ｆ２＝ｆ３＝ｆ　
’）　−（５）（５）式を（１）式に代入すると、ＶＩ十Ｍ２＋　ｙ３＝　３ｙＷ　　　　　　　　　　（
６）となり、（６）式を変形すれば、次式になる。

Ｙ３＝３Ｙｗ　　（ｙ１＋ｙｚ）　　　　　　　　（７
１同様にして（５）式を（３）式に代入すると、次式に
なる。

ｘ３＝　３ＸＷ　　（ＸＩ＋　Ｘ２）　　　　　　　　
　　（８）従って、第３の保持位置（ｘ３、ｙ３）は、
（７）式と（８）式によって決定され、重心位置の３倍
の値から、第１と第２の保持位置の和の値を差し引くこ
とによって決定される。

搬送物体の最適保持位置とは、Ｘ方向、ｙ方向の力学的
モーメントを最小にする様に、各保持位置を決定するこ
とであり、第１、第２の保持位置と重心位置から決定さ
れる。

ここで、第１図の第１の保持位置決定手段と第２の保持
位置決定手段８と最適保持位置決定法による第３の保持
位置決定手段７を第５図のフローチャート図を用いて説
明する。

ロボットの指は、通常ある限定された領域しか移動でき
ないために、物体の最適保持位置を決定する場合も、そ
の限定された領域内で位置を決定しなければならない。

又、ロボットの指の大きさもロボットによって全て異な
るために、指の面積も訂もって、決定しておかなければ
ならない。第５図の処理２９では、ロボットの指の限定
された領域（以下ウィンドウと呼ぶ）とロボットの指の
保持面積を設定する。処理３０では、物体の外周線がｙ
方向に最大値をとる位置から、画像データ上においてＸ
の最小値から最大値まで保持面積を有する位置を検出す
る。処理３１では、そのｙ座標に対して、保持面積が検
出できたかどうかを判定し、もし検出できれば、処理３
３に行き、第１の保持位置検出可能フラグをセットし、
その位置データをメモリに格納し処理３５に行く。しか
し、保持面積位置が検出不可能であれば、処理３２に行
き、重心のｙ座標と比較し、もし今検出を行なっている
ｙ座標が、重心のｙ座標より大きければｙ座標より１を
減らし、処理３０に行き同様な処理をくり返す。しかし
、今検出しているｙ゛座標重心のｙ座標よりも小さくな
った場合は第１の保持位置が検出不可能であったとし、
処理３５に行く。処理３０から処理３４までが第１の保
持位置決定手段である。第２の保持位置決定手段も、第
１の保持位置決定手段とほぼ同様である。処理３５では
、物体の外周線がｙ方向に最小値をとる位置から画像デ
ータ上において、Ｘの最小値から最大値まで、順に保持
面積を有する位置を検出する。処理３６では、今検出を
行っているｙ座標に対して、保持面積が検出できたかど
うかを判定し、もし検出できれば、処理３８に行き、第
２の保持位置検出可能フラグをセットし、その位置デー
タをメモリに格納し処理４０に行く。しかし、保持面積
位置が検出不可能であれば処理３７に行き、重心のｙ座
標値と比較する。もし、今検出を行っているｙ座標が重
心のｙ座標より小さければ今のｙ座標に１を加算し、処
理３５に行き同様な処理をくり返す。

しかし、今検出しているｙ座標が重心のｙ座標より大き
くなった場合は、第２の保持位置が検出不可能であった
とし処理４０に行く。処理３５から処理３９までが、第
２の保持位置決定手段である。

次に、最適保持位置決定法による第３の保持位置決定手
段について説明する。処理４０では、第１、第２の保持
位置検出可能フラグをチェックし、何個の保持位置が検
出できたかを判定する。第１、第２の保持位置の両方が
検出不可能である時、処理４１に行き、物体の保持が不
可能であることのメツセージをモニタテレビのＣＲＴ　
１５上に表示し、処理が終了する。

又、第１、第２の保持位置のいずれか一方が検出可能で
ある時、処理４２に行き、１個の保持位置データをロボ
ット本体２０に転送し、処理が終了する。又、第１、第
２の両方の保持位置が検出可能である時、処理４３に行
き、Ｘ方向、ｙ方向の力学的モーメントが最小になるよ
うな最適保持位置決定法に基づいて、第３の保持位置を
計算によって求める。処理４４では、計算で求めた第３
の保持位置が非常に大きな値であったり、又第１、第２
の保持位置と重複した位置になったりあるいは物体の穴
の位置になったりする場合など、第３の保持位置が適当
な位置であるかどうかを判定する。もし第３の位置が不
適当な位置であるならば、処理４５に行き、ロボット本
体２０に第１、第２の保持位置データを転送し、処理が
終了する。計算で求めた第３の位置が適当な位置であれ
ば処理４６に行く。この処理では、もし物体の保持領域
内でウィンドウが設定されているならば、第３の保持位
置がウィンドウ内かどうかを判定する。

第３の保持位置がウィンドウ外であれば、処理４７に行
きウィンドウ内に入るように位置補正を加える。計算で
求めた第３の保持位置がウィンドウ内に入っていれば、
処理４８に行き、第１、第２、第３の保持位置データを
ロボット本体２０に転送し、処理が終了する。処理４０
から４８までが第３の保持位置決定手段である。

（ホ）発明の効果本発明によって物体の保持位置を自動的に決定すること
が可能になることで、従来、工場内で人間の目にたよっ
ていた搬送行程が、ロボットによって置き代わり、搬送
行程の完全自動化の実施が可能になる効果がある。また
、最適保持位置決定法によって、求まった位置は、力学
的モーメントが各方向に関してバランスがとれているた
め搬送中の加速度によって生じる力のために、物体の位
置がずれたり、又、物体が脱落することが軽減され、位
置決め精度が高い搬送が可能になる効果がある。

本発明の具体的な応用例としては、大型クレーンによる
搬送材料の吸着保持位置を自動的に検出したり、又、箱
詰め等の複雑形状製品の自動搬送に十分応用可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明を機能単位に分割したブロ
ック図と装置構成図であり、第３図は、２次元画像デー
タの重心位置の求め方を図示したもの、第４図は、最適
保持位置決定法を図示したもの、第５図は、第１の保持
位置決定手段から第３の保持位置決定手段までを説明し
たフローチャート図である。９・・・カメラ　　　　　　１０・・・ビデオ増幅同期
分離回路１１・・・ん巾変換回路　　１２・・・制御回
路１３・・・画像メモリ回路　１４・・・Ｄ／Ａ変換回
路１５・・・ＣＲＴ　　　　　　　１６・・・入出力イ
ンタフェース１７・・・ＣＰＵ回路　　　　　１８・・
・メモリ回路１９・・・通信インタフェース　２０・・
・ロボットＡ・・・形状認識装置　　　　Ｂ・・・マイ
クロコンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】１）物体の２次元画像データを得る撮像装置と前記画像
データを記憶する画像メモリ回路と、前記画像メモリ装
置に記憶された画像データに対応して、物体のｘ軸とｙ
軸に沿う累積面積曲線とｘ軸およびｙ軸とが囲む面積の
２分線の位置から物体の重心位置を求める重心位置決定
手段と、物体の外周線がｙ方向に最大値をとる位置から
、重心位置まで、ｘ方向に沿って画像データに対応して
、物体上の保持可能位置をみつけ出す第１の保持位置決
定手段と、物体の外周線がｙ方向に最小値をとる位置か
ら重心位置までｘ方向に沿って、画像データに対応して
物体上の保持可能位置をみつけ出す第２の保持位置決定
手段と、前記重心位置と前記第１および第２の保持位置
決定手段で求められる保持位置とから搬送中の物体に働
く回転モーメントが最小となる様な保持位置を求める第
３の保持位置決定手段と、前記の各保持位置データを外
部に出力する出力装置とからなる搬送物体の最適保持位
置決定装置。２）前記出力装置は、物体搬送用ロボットに対するデー
タ伝送装置を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の搬送物体の最適保持位置決定装置。３）撮像装置によって物体の２次元画像データを得て、
これを画像メモリ回路に記憶し、前記画像データに対応
して、物体のｘ軸およびｙ軸とが囲む面積の２分線の位
置を物体の重心位置（ｘ＿ｗ、ｙ＿ｗ）とし、物体の外
周線がｙ方向に最大値をとる位置から重心位置まで、ｘ
方向に沿って画像データに対応して物体上の保持可能位
置で最初の位置を第１の保持位置（ｘ＿１、ｙ＿１）と
し物体の外周線がｙ方向に最小値をとる位置から重心位
置まで、ｘ方向に沿って画像データに対応して、物体上
の保持可能位置で最初の位置を第２の保持位置（ｘ＿２
、ｙ＿２）とするとともにｘ＿３＝３・ｘ＿ｗ−（ｘ＿１＋ｘ＿２）ｙ＿３＝３・ｙ＿ｗ−（ｙ＿１＋ｙ＿２）で算出される位置を第３の保持位置（ｘ＿３、ｙ＿３）
とすることを特徴とする搬送物体の最適保持位置決定方
法。