特開 2022-146026 ロボット制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022146026

(43)【公開日】2022-10-05

(54)【発明の名称】ロボット制御装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20220928BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021046798

(22)【出願日】2021-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】501428545

【氏名又は名称】株式会社デンソーウェーブ

(74)【代理人】

【識別番号】100095795

【弁理士】

【氏名又は名称】田下 明人

(74)【代理人】

【識別番号】100143454

【弁理士】

【氏名又は名称】立石 克彦

(72)【発明者】

【氏名】小寺 勇士

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707BS10

3C707ES03

3C707HS27

3C707KS03

3C707KS04

3C707KT03

3C707KT05

(57)【要約】

【課題】計測時間の短縮を図りつつ、ロボットアームに取り付けられた三次元センサで部品の位置姿勢を精度良く計測し得る構成を提供する。
【解決手段】制御部１１によりロボットアーム２が駆動制御されることで変化する相対位置間での移動の順番が計測順番として設定されて、部品特定情報に関連付けられて予め記憶部１２に記憶される。所定の位置に配置された部品Ｗをハンド３にて把持する際に、記憶部１２に記憶される計測順番に基づいて制御部１１によりロボットアームが駆動制御された状態で、部品Ｗの位置姿勢を三次元センサ１５の計測結果を利用して認識する認識処理が行われる。計測順番設定処理では、所定の位置に配置された部品Ｗに対して、複数の相対位置ごとに三次元センサ１５の計測結果から算出された認識スコア値と、三次元センサ１５の相対位置間の移動に要する移動時間とに基づいて、計測順番が設定される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットアームに取り付けられた三次元センサの計測結果を利用して位置姿勢が認識された部品を前記ロボットアームに取り付けられたハンドで把持するロボット制御装置であって、
前記ロボットアームを駆動制御する制御部と、
所定の位置に配置された前記部品を前記三次元センサにて所定の方向から計測した計測結果に関して当該部品の三次元データとの誤差が小さくなるほど高くなる認識スコア値を算出する認識スコア値算出部と、
前記所定の位置に配置された前記部品を基準とする前記三次元センサの相対位置に関して、前記制御部により前記ロボットアームが駆動制御されることで変化する前記相対位置間での移動の順番を計測順番として設定する計測順番設定部と、
前記計測順番設定部により設定された前記計測順番が前記部品を特定する部品特定情報に関連付けられて予め記憶される記憶部と、
前記所定の位置に配置された前記部品を前記ハンドにて把持する際に、当該部品を特定する前記部品特定情報に関連付けられて前記記憶部に記憶される前記計測順番に基づいて前記制御部により前記ロボットアームが駆動制御された状態で、前記部品の位置姿勢を前記三次元センサの計測結果を利用して認識する認識処理を行う認識部と、
を備え、
前記計測順番設定部は、前記所定の位置に配置された前記部品に対して、複数の前記相対位置ごとに前記三次元センサの計測結果から前記認識スコア値算出部にて算出された前記認識スコア値と、前記三次元センサの前記相対位置間の移動に要する移動時間とに基づいて、前記計測順番を設定することを特徴とするロボット制御装置。

【請求項2】

前記認識部は、前記三次元センサが前記計測順番に応じた前記相対位置に移動するごとに、前記三次元センサの計測結果から前記認識スコア値算出部にて算出された前記認識スコア値と第１の閾値とを比較して、前記認識スコア値が前記第１の閾値以上になると、残りの前記相対位置に移動することなく、前記認識処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のロボット制御装置。

【請求項3】

前記計測順番設定部は、特定の相対位置を１番目に設定し、前記認識スコア値が第２の閾値以上となる２以上の前記相対位置のうち、前記１番目の相対位置からの移動時間が最も短くなる相対位置を２番目に設定し、前記特定の相対位置を除いて前記２番目の相対位置からの移動時間が最も短くなる相対位置を３番目に設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット制御装置。

【請求項4】

前記特定の相対位置は、前記ロボットアームが作業開始時に位置する際の前記三次元センサの位置に一致することを特徴とする請求項３に記載のロボット制御装置。

【請求項5】

前記制御部は、
１番目の前記相対位置での前記三次元センサの計測結果を利用して当該部品の姿勢を仮に推定する姿勢推定部と、
前記姿勢推定部による推定結果に基づいて、前記記憶部に前記計測順番が記憶される前記相対位置を、ロボットを基準とする位置に変換する変換部と、
を備え、
前記記憶部に記憶される前記計測順番に対応して、前記変換部により変換された位置に前記三次元センサが位置するように前記ロボットアームを駆動制御することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のロボット制御装置。

【請求項6】

前記姿勢推定部は、前記認識処理に関して算出された前記認識スコア値が下限閾値以下となる場合に、前記計測順番の設定時に算出された前記認識スコア値及び前記相対位置を利用して、前記部品の姿勢を仮に推定することを特徴とする請求項５に記載のロボット制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元センサの計測結果を利用して位置姿勢が認識された部品を把持するロボット制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、三次元センサの計測結果を利用して把持すべき部品の位置姿勢を認識し、その位置姿勢が認識された部品をロボットアームに取り付けられたハンドで正確に把持するロボット制御が行われている。このようなロボット制御では、把持すべき部品の光沢や形状等によっては、一方向からの計測結果だけでは、その部品表面の位置姿勢を正確に認識できない場合がある。このため、例えば、作業者等が位置姿勢を正確に認識しやすい計測方向を部品ごとにロボットに指示する方法があるが、経験豊富な作業者であっても設定作業等に時間がかかるという問題がある。また、部品をフィーダー等によって決められた位置姿勢で固定する方法もあるが、フィーダー等を搬送ライン上に設置する必要があるだけでなく、フィーダー等で固定できる部品の種別が限られてしまうという問題がある。

【0003】

このような問題を解決するための技術として、例えば、下記特許文献１に開示される三次元計測装置が知られている。この三次元計測装置では、計測対象物をそれぞれ異なる方向から撮像する６つの撮像手段が設けられ、これら各撮像手段により撮像されたそれぞれの撮像データが校正されて統合されることで、鏡面反射成分の強い計測対象物であっても精度良く三次元計測を実施することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５６３３０５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１のように、複数の撮像手段を設けてそれぞれの撮像データを校正して統合する構成では、撮像手段の個数に応じて設置費用が増大するだけでなく、計測対象物に対してそれぞれ異なる方向から撮像できるように各撮像手段を設置するための設置スペースが必要になるという問題がある。

【0006】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、計測時間の短縮を図りつつ、ロボットアームに取り付けられた三次元センサで部品の位置姿勢を精度良く計測し得る構成を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明は、
ロボットアーム（２）に取り付けられた三次元センサ（１５）の計測結果を利用して位置姿勢が認識された部品（Ｗ）を前記ロボットアームに取り付けられたハンド（３）で把持するロボット制御装置（１０）であって、
前記ロボットアームを駆動制御する制御部（１１）と、
所定の位置に配置された前記部品を前記三次元センサにて所定の方向から計測した計測結果に関して当該部品の三次元データとの誤差が小さくなるほど高くなる認識スコア値を算出する認識スコア値算出部（１１）と、
前記所定の位置に配置された前記部品を基準とする前記三次元センサの相対位置（Ｐｗ１～Ｐｗ５）に関して、前記制御部により前記ロボットアームが駆動制御されることで変化する前記相対位置間での移動の順番を計測順番として設定する計測順番設定部（１１）と、
前記計測順番設定部により設定された前記計測順番が前記部品を特定する部品特定情報に関連付けられて予め記憶される記憶部（１２）と、
前記所定の位置に配置された前記部品を前記ハンドにて把持する際に、当該部品を特定する前記部品特定情報に関連付けられて前記記憶部に記憶される前記計測順番に基づいて前記制御部により前記ロボットアームが駆動制御された状態で、前記部品の位置姿勢を前記三次元センサの計測結果を利用して認識する認識処理を行う認識部（１１）と、
を備え、
前記計測順番設定部は、前記所定の位置に配置された前記部品に対して、複数の前記相対位置ごとに前記三次元センサの計測結果から前記認識スコア値算出部にて算出された前記認識スコア値と、前記三次元センサの前記相対位置間の移動に要する移動時間とに基づいて、前記計測順番を設定することを特徴とする。
なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

【発明の効果】

【0008】

請求項１の発明では、ロボットアームに三次元センサが取り付けられており、所定の位置に配置された部品を基準とする三次元センサの相対位置に関して、制御部によりロボットアームが駆動制御されることで変化する相対位置間での移動の順番が計測順番設定部により計測順番として設定されて、部品特定情報に関連付けられて予め記憶部に記憶される。そして、所定の位置に配置された部品をハンドにて把持する際に、当該部品を特定する部品特定情報に関連付けられて記憶部に記憶される計測順番に基づいて制御部によりロボットアームが駆動制御された状態で、部品の位置姿勢を三次元センサの計測結果を利用して認識する認識処理が認識部により行われる。計測順番設定部では、所定の位置に配置された部品に対して、複数の相対位置ごとに三次元センサの計測結果から認識スコア値算出部にて算出された認識スコア値と、三次元センサの相対位置間の移動に要する移動時間とに基づいて、計測順番が設定される。

【0009】

これにより、所定の位置に配置された部品に関して、記憶部に記憶される計測順番に応じて複数の計測方向にて三次元センサの計測結果が得られるので、複数の三次元センサを設置する場合と同等の計測結果を取得することができる。特に、計測順番は、認識スコア値だけでなく三次元センサの相対位置間の移動に要する移動時間を考慮して設定されるので、１つの三次元センサを複数の位置に移動させる場合でもその移動にかかる時間を短縮することができる。したがって、計測方向を変えるための三次元センサの移動に要する時間、すなわち、計測時間の短縮を図りつつ、ロボットアームに取り付けられた三次元センサで部品の位置姿勢を精度良く計測することができる。

【0010】

請求項２の発明では、認識部は、三次元センサが計測順番に応じた相対位置に移動するごとに、三次元センサの計測結果から認識スコア値算出部にて算出された認識スコア値と第１の閾値とを比較して、認識スコア値が第１の閾値以上になると、残りの相対位置に移動することなく、認識処理を行う。これにより、例えば、１番目の相対位置での三次元センサの計測結果の認識スコア値が第１の閾値以上になるために精度の高い計測結果が得られている場合には、２番目以降の相対位置に移動することなく認識処理を行うことで、不要な三次元センサの移動及び計測をなくすことができる。

【0011】

請求項３の発明では、計測順番設定部は、特定の相対位置を１番目に設定し、認識スコア値が第２の閾値以上となる２以上の相対位置のうち、１番目の相対位置からの移動時間が最も短くなる相対位置を２番目に設定し、上記特定の相対位置を除いて２番目の相対位置からの移動時間が最も短くなる相対位置を３番目に設定する。これにより、認識スコア値が比較的高い相対位置間を最短で移動できるので、上記計測時間の更なる短縮を図ることができる。

【0012】

請求項４の発明では、上記特定の相対位置は、ロボットアームが作業開始時に位置する際の三次元センサの位置に一致する。これにより、作業開始時には三次元センサが計測順番での１番目の相対位置に位置するため、１番目の相対位置への三次元センサの移動に要する時間をなくすことができるので、上記計測時間を確実に短縮することができる。

【0013】

請求項５の発明では、姿勢推定部により、１番目の相対位置での三次元センサの計測結果を利用して当該部品の姿勢が仮に推定されて、この推定結果に基づいて、記憶部に計測順番が記憶される相対位置が、変換部によりロボットを基準とする位置に変換される。そして、記憶部に記憶される計測順番に対応して、変換部により変換された位置に三次元センサが位置するように制御部によりロボットアームが駆動制御される。このように部品の姿勢を推定することで、部品を基準とする三次元センサの相対位置を、ロボットを基準とする三次元センサの位置に変換できるので、部品がどのような姿勢で所定の位置に配置されても、計測時に移動させるべき三次元センサの位置を正確に把握することができる。

【0014】

請求項６の発明では、姿勢推定部により、認識処理に関して算出された認識スコア値が下限閾値以下となる場合に、計測順番の設定時に算出された認識スコア値及び相対位置を利用して、部品の姿勢を仮に推定する。１番目の相対位置での三次元センサの計測結果を利用して推定された部品の仮の姿勢が正しくない場合には、２番目の相対位置での三次元センサの計測結果から算出される認識スコア値が比較的低い値で算出されることになる。このため、認識処理に関して算出された認識スコア値が上記下限閾値以下となる場合には、計測順番の設定時に算出された認識スコア値及び相対位置を利用して、部品の姿勢を仮に推定することで、高い認識スコア値を期待できる相対位置へ三次元センサを移動させることができる

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態に係るロボット制御装置及びロボットの概略構成を示す説明図である。

【図2】ロボット制御装置の電気的構成を例示するブロック図である。

【図3】三次元センサの計測方向と相対位置との関係を説明する説明図である。

【図4】第１相対位置から見た三次元センサの計測方向と相対位置との関係を説明する説明図である。

【図5】第１実施形態において制御部にてなされる事前準備処理の流れを例示するフローチャートである。

【図6】図６（Ａ）は、各相対位置と認識スコア値との関係を示す説明図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の認識スコア値と移動時間とに基づいて定される計測順番を説明する説明図である。

【図7】第１実施形態において制御部にてなされるロボット制御処理の流れを例示するフローチャートである。

【図8】第１相対位置から見た三次元センサに関する相対位置と制御位置との関係を説明する説明図である。

【図9】第２実施形態において制御部にてなされるロボット制御処理の流れを例示するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

［第１実施形態］
以下、本発明のロボット制御装置を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るロボット制御装置１０は、ロボット１が有するロボットアーム２に取り付けられた三次元センサ１５の計測結果を利用して把持すべき部品Ｗの位置姿勢を認識し、その位置姿勢が認識された部品Ｗをロボットアーム２に取り付けられたハンド３で把持する制御を行う制御装置として構成されている。

【0017】

ロボット１は、台座２ａにて設置されて、複数の軸を中心に回転するロボットアーム２を有することで多関節のロボットとして構成されており、ロボットアーム２の先端には、部品Ｗを把持するためのハンド３が取り付けられている。ハンド３は、モータ（図示略）の駆動力を利用して互いの間隔が変化する一対の爪を備えており、この間隔が可変する一対の爪を利用して部品Ｗを把持するように制御される。

【0018】

ロボット制御装置１０は、ロボットアーム２の各軸に設けられるモータ２ａを駆動制御することでロボット１の姿勢を制御するとともに、ハンド３のモータ３ａを駆動制御することでハンド３による部品Ｗの把持及び把持解除を制御するための装置である。

【0019】

図２に示すように、ロボット制御装置１０は、主に、制御部１１、記憶部１２、アーム駆動部１３、ハンド制御部１４及び三次元センサ１５等を備えている。制御部１１は、マイコンを主体として構成されるものであり、ＣＰＵ、システムバス、入出力インタフェース等を有し、ＲＯＭ，ＲＡＭ、不揮発性メモリなどからなる記憶部１２とともに情報処理装置を構成している。記憶部１２には、ロボットアーム２及びハンド３を駆動制御するためのプログラムに加えて、三次元センサ１５の計測結果を利用した部品Ｗの位置姿勢を認識するための処理を実行するためのプログラム等が制御部１１により実行可能に予め格納されている。

【0020】

アーム駆動部１３は、制御部１１により制御されて、ロボットアーム２の各軸のモータ２ａをそれぞれ回転駆動することで、ロボットアーム２の姿勢、すなわち、ロボット１の姿勢及び動作を制御するように機能する。

【0021】

ハンド制御部１４は、制御部１１により制御されて、ハンド３のモータ３ａを回転駆動することで、ハンド３の一対の爪の移動（上記間隔の変化）を制御するように機能する。具体的には、ハンド制御部１４は、所定の把持用のトルクにてモータ３ａを一方向へ回転駆動させることで、一対の爪を上記間隔が狭くなる把持方向に移動させ、モータ３ａを他方向へ回転駆動させることで、一対の爪を上記間隔が広くなる把持解除方向に移動させる。

【0022】

三次元センサ１５は、所定の計測範囲における部品Ｗなどの計測対象からの反射光を受光することで、その計測対象の表面の三次元形状を表す点群データからなる三次元計測データを計測するように機能する。本実施形態では、三次元センサ１５は、ロボットアーム２の姿勢に応じてその計測方向が変わるように、ハンド３の近傍となるロボットアーム２の部位に取り付けられている。

【0023】

このように構成されるロボット制御装置１０では、ロボット１に対して決められた所定の位置（図１の設置面Ｓ参照）に部品Ｗが配置されることを前提に、この部品Ｗをハンド３で把持して指示された位置まで移動させる処理を行う際、三次元センサ１５の計測結果を利用して部品Ｗの位置姿勢を認識するための認識処理を行う。この認識処理では、ロボットアーム２の姿勢に応じて三次元センサ１５の計測方向が変わることを利用して、１方向からの計測結果での認識精度が不十分である場合に、上記所定の位置に配置された部品Ｗについて他方向からの三次元センサ１５の計測結果を取得し、このように取得された複数の計測結果を利用することで、その部品Ｗの位置姿勢の認識精度を向上させる。

【0024】

部品Ｗの表面形状等によっては、認識精度が高くなりやすい三次元センサ１５の計測方向と認識精度が低くなりやすい三次元センサ１５の計測方向とが生じる場合がある。すなわち、認識精度に関する値として、例えば、三次元センサ１５の計測結果と当該部品Ｗの三次元データとを比較してその誤差が小さくなるほど高くなる値（以下、認識スコア値ともいう）を採用する場合、部品Ｗの表面形状等によっては、計測方向によって認識スコア値が変わる場合がある。なお、部品Ｗの三次元データは、その部品Ｗを特定する部品特定情報に関連付けられて記憶部１２に記憶されている。また、上述した認識スコア値を算出する処理を行う制御部１１は、「認識スコア値算出部」の一例に相当し得る。

【0025】

また、三次元センサ１５の計測方向を変えるためには、ロボットアーム２の姿勢を変えて三次元センサ１５の部品Ｗに対する相対位置を変える必要がある。例えば、５つの計測方向に対応して５つの相対位置が設定される場合に、認識スコア値が高い順に相対位置を変えるように三次元センサ１５を移動させる制御を行うと、移動時間が長くなるために計測時間が長くなってしまう場合がある。具体的に例示すると、２番目に高い認識スコア値と３番目に高い認識スコア値とがほぼ同じ値であり、１番目に高い認識スコア値の相対位置から２番目に高い認識スコア値の相対位置までの移動時間が、１番目に高い認識スコア値の相対位置から３番目に高い認識スコア値の相対位置までの移動時間に対して倍程度長くなる場合でも、２番目に高い認識スコア値の相対位置が次に移動すべき相対位置として設定されると、計測時間が不要に長くなってしまう。

【0026】

そこで、本実施形態では、事前作業として、制御部１１にてなされる事前準備処理において、部品Ｗに対する三次元センサ１５の相対位置に関する計測順番を、計測時間が短くなるように予め設定する。その後、部品Ｗを順次把持する実際の稼働中に制御部１１にてなされるロボット制御処理において、上記計測順番に従って移動された三次元センサ１５にて部品Ｗの三次元計測データが計測される。

【0027】

上記計測順番は、所定の位置に配置された部品Ｗに対して、相対位置ごとに三次元センサ１５の計測結果から算出された認識スコア値と、三次元センサ１５の相対位置間の移動に要する移動時間とに基づいて設定される。

【0028】

本実施形態では、移動した三次元センサ１５による計測方向として５つの計測方向が用意される。具体的には、図３及び図４に例示するように、所定の部位Ｗａにて＋Ｘ側に向いた部品Ｗがその下面を下方にして配置された面をＸＹ平面とするとき、その部品Ｗに対して、略真上から見下ろす方向（以下、第１計測方向Ｆｗ１ともいう）と、＋Ｘ側から見下ろす方向（以下、第２計測方向Ｆｗ２ともいう）と、－Ｘ側から見下ろす方向（以下、第３計測方向Ｆｗ３ともいう）と、＋Ｙ側から見下ろす方向（以下、第４計測方向Ｆｗ４ともいう）と、－Ｙ側から見下ろす方向（以下、第５計測方向Ｆｗ５ともいう）との、５つの計測方向からの三次元センサ１５の計測結果から、それぞれ認識スコア値が算出される。なお、本実施形態では、部品Ｗは、常に同じ下面を下方にして配置されるものとする。また、第１計測方向Ｆｗ１は、把持動作開始時のロボットアーム２の初期位置での三次元センサ１５の計測方向に一致する。

【0029】

また、第１計測方向Ｆｗ１から計測するための三次元センサ１５の相対位置を第１相対位置Ｐｗ１、第２計測方向Ｆｗ２から計測するための三次元センサ１５の相対位置を第２相対位置Ｐｗ２、第３計測方向Ｆｗ３から計測するための三次元センサ１５の相対位置を第３相対位置Ｐｗ３、第４計測方向Ｆｗ４から計測するための三次元センサ１５の相対位置を第４相対位置Ｐｗ４、第５計測方向Ｆｗ５から計測するための三次元センサ１５の相対位置を第５相対位置Ｐｗ５とするとき、各相対位置間の移動時間を算出することができる。

【0030】

このように算出される各認識スコア値と各相対位置間の移動時間とに基づいて、計測順番を設定するために制御部１１にてなされる事前準備処理について、図５に示すフローチャートを用いて詳述する。なお、計測順番の設定対象となる部品Ｗは、上記所定の位置に対して、所定の部位にて＋Ｘ側に向いて下面が下方となるように配置されているものとする。

【0031】

まず、図５のステップＳ１０１に示す三次元計測処理がなされ、ロボットアーム２の姿勢変化に応じて三次元センサ１５が各相対位置Ｐｗ１～Ｐｗ５に移動するごとに、それぞれの相対位置Ｐｗ１～Ｐｗ５にて計測結果が取得される。次に、ステップＳ１０３に示す認識スコア値算出処理がなされ、それぞれ取得された計測結果から上述のように認識スコア値が算出される。そして、ステップＳ１０５に示す相対位置選択処理にて、認識スコア値が選択基準値以上となる相対位置が選択される。

【0032】

続いて、ステップＳ１０７に示す計測順番設定処理がなされる。この処理では、第１相対位置Ｐｗ１を１番目とすることを前提に、認識スコア値が上記選択基準値以上となる相対位置のうち、第１相対位置Ｐｗ１からの移動時間が最も短くなる相対位置が２番目に設定される。そして、認識スコア値が上記選択基準値以上となる相対位置が第１相対位置Ｐｗ１を除いて２以上ある場合には、それらの相対位置のうち、第１相対位置Ｐｗ１を除いて上記２番目の相対位置からの移動時間が最も短くなる相対位置が３番目に設定される。なお、上記計測順番設定処理を行う制御部１１は、「計測順番設定部」の一例に相当し、上記選択基準値は、「第２の閾値」の一例に相当し得る。また、第１相対位置Ｐｗ１は、「特定の相対位置」の一例に相当し得る。

【0033】

このように、各認識スコア値と各相対位置間の移動時間とに基づいて計測順番が設定されると、ステップＳ１０９に示す記憶処理にて、その計測順番が部品Ｗを特定する部品特定情報に関連付けられて記憶部１２に記憶される。

【0034】

例えば、図６（Ａ）に例示するように、各相対位置Ｐｗ１～Ｐｗ５での認識スコア値が第４相対位置Ｐｗ４を除いて上記選択基準値以上と算出される場合を想定する。このような場合であって、認識スコア値が上記選択基準値以上となる各相対位置のうち、第１相対位置Ｐｗ１までの移動時間が最も短いものが第２相対位置Ｐｗ２である場合には、図６（Ｂ）に例示するように、第２相対位置Ｐｗ２が２番目に設定される。そして、その２番目に設定された第２相対位置Ｐｗ２から第５相対位置Ｐｗ５までの移動時間が、同じ第２相対位置Ｐｗ２から第３相対位置Ｐｗ３までの移動時間よりも短い場合には、図６（Ｂ）に例示するように、第５相対位置Ｐｗ５が３番目に設定され、第３相対位置Ｐｗ３が４番目に設定される。

【0035】

次に、上記所定の位置に次々搬送されてくる部品Ｗをハンド３にて把持する稼働中に、上記計測順番を利用して部品Ｗの位置姿勢を認識するために制御部１１にてなされるロボット制御処理について、図７に示すフローチャートを用いて詳述する。なお、ロボット制御処理の開始時には、上述したように、把持動作開始時のロボットアーム２の初期位置での三次元センサ１５は、その計測方向が第１計測方向Ｆｗ１に一致する状態にて第１相対位置Ｐｗ１に位置している。すなわち、第１相対位置Ｐｗ１は、ロボットアーム２が作業開始時に位置する際の三次元センサ１５の位置に一致する。

【0036】

まず、図７のステップＳ２０１に示す三次元計測処理がなされ、上記所定の位置に配置された部品Ｗに対して第１相対位置Ｐｗ１に位置する三次元センサ１５にて計測結果が取得される。次に、ステップＳ２０３に示す認識スコア値算出処理がなされて、上述したように取得された計測結果から、第１相対位置Ｐｗ１での認識スコア値が算出される。

【0037】

続いて、ステップＳ２０５に示す判定処理にて、算出された認識スコア値が所定の閾値以上であるか否かについて判定される。ここで、上記所定の閾値は、部品Ｗを正確に把持可能な認識スコア値に相当する値であり、上述のように算出された認識スコア値が上記所定の閾値以上であると（Ｓ２０５でＹｅｓ）、次の相対位置に向けて三次元センサ１５を移動させることなく、上記計測結果から部品Ｗの姿勢が認識されて、その部品Ｗを把持するための処理がなされる（Ｓ２０７）。なお、上記所定の閾値は、「第１の閾値」の一例に相当し得る。

【0038】

一方、算出された認識スコア値が上記所定の閾値未満である場合には（Ｓ２０５でＮｏ）、ステップＳ２０９に示す姿勢推定処理がなされて、上記計測結果から部品Ｗの仮の姿勢が推定される。すなわち、第１相対位置Ｐｗ１での認識スコア値が上記所定の閾値未満と判定された場合には、所定の位置に配置された部品Ｗの直上位置（１番目の相対位置）からの三次元センサ１５の計測結果を利用して当該部品Ｗの姿勢が仮に推定される。なお、上記姿勢推定処理を行う制御部１１は、「姿勢推定部」の一例に相当し得る。

【0039】

続いて、ステップＳ２１１に示す変換処理がなされ、上述のように推定した部品Ｗの姿勢に対応する各相対位置Ｐｗ２～Ｐｗ５を、ロボット１を基準とする位置に変換するための処理がなされる。ロボット制御装置１０では、所定の位置に配置された部品Ｗがどの方向を向いているか把握できなければ、その部品Ｗを基準とする各相対位置Ｐｗ２～Ｐｗ５を把握できない。このため、推定された部品Ｗの仮の姿勢から把握される所定の部位Ｗａ等を基準に、各相対位置Ｐｗ２～Ｐｗ５を、ロボット１を基準とする制御位置Ｐｒ２～Ｐｒ５に変換する。このように変換された制御位置Ｐｒ２～Ｐｒ５によって、上記計測順番に基づいて移動すべき三次元センサ１５の位置をロボット１を基準に把握することができる。例えば、上述した図４に例示するように事前準備処理にて採用された各相対位置Ｐｗ２～Ｐｗ５は、部品Ｗの向きに応じて、図８に例示するようにロボット１を基準とする制御位置Ｐｒ２～Ｐｒ５に変換される。なお、上記変換処理を行う制御部１１は、「変換部」の一例に相当し得る。

【0040】

このように各相対位置Ｐｗ２～Ｐｗ５が制御位置Ｐｒ２～Ｐｒ５に変換されると、ステップＳ２１３に示す移動処理がなされ、記憶部１２に記憶されている計測順番に基づいて、次の順番となる相対位置を変換した制御位置に三次元センサ１５が位置するように、ロボットアーム２の姿勢が制御される。次の順番が第２相対位置Ｐｗ２であれば、その第２相対位置Ｐｗ２を上述のように変換した制御位置Ｐｒ２に三次元センサ１５が位置するように、ロボットアーム２の姿勢が制御される。

【0041】

そして、再び上記ステップＳ２０１からの処理がなされて、上記制御位置に移動された三次元センサ１５にて取得された計測結果から算出された認識スコア値が、上記所定の閾値以上になると（Ｓ２０５でＹｅｓ）、上記計測結果から部品Ｗの姿勢が認識されて、その部品Ｗを把持するための処理がなされる（Ｓ２０７）。なお、直前に計測された計測結果を利用して部品Ｗの姿勢を認識することに限らず、直前に計測された計測結果と前回以前の計測結果との双方を利用して部品Ｗの姿勢を認識してもよい。また、上述したように、計測結果から部品Ｗの姿勢を認識するための認識処理を行う制御部１１は、「認識部」の一例に相当し得る。

【0042】

一方、上記制御位置に移動された三次元センサ１５にて取得された計測結果から算出された認識スコア値が上記所定の閾値未満であると（Ｓ２０５でＮｏ）、上記計測結果から部品Ｗの仮の姿勢が再度推定される（Ｓ２０９）。そして、移動していない残りの相対位置が制御位置に変換されて（Ｓ２１１）、次の順番となる相対位置を変換した制御位置に三次元センサ１５が位置するように、ロボットアーム２の姿勢が制御される（Ｓ２１３）。次の順番が第５相対位置Ｐｗ５であれば、その第５相対位置Ｐｗ５を上述のように変換した制御位置Ｐｒ５に三次元センサ１５が位置するように、ロボットアーム２の姿勢が制御される。なお、上記姿勢推定処理は、最初の推定結果を流用することで、２回目以降の処理を省略してもよい。

【0043】

以上説明したように、本実施形態に係るロボット制御装置１０では、ロボットアーム２に三次元センサ１５が取り付けられており、所定の位置に配置された部品Ｗを基準とする三次元センサ１５の相対位置（Ｐｗ１～Ｐｗ５）に関して、制御部１１によりロボットアーム２が駆動制御されることで変化する相対位置間での移動の順番が計測順番として設定されて、部品特定情報に関連付けられて予め記憶部１２に記憶される。そして、所定の位置に配置された部品Ｗをハンド３にて把持する際に、当該部品Ｗを特定する部品特定情報に関連付けられて記憶部１２に記憶される計測順番に基づいて制御部１１によりロボットアーム２が駆動制御された状態で、部品Ｗの位置姿勢を三次元センサ１５の計測結果を利用して認識する認識処理が行われる。計測順番設定処理では、所定の位置に配置された部品Ｗに対して、複数の相対位置（Ｐｗ１～Ｐｗ５）ごとに三次元センサ１５の計測結果から算出された認識スコア値と、三次元センサ１５の相対位置間の移動に要する移動時間とに基づいて、計測順番が設定される。

【0044】

これにより、所定の位置に配置された部品Ｗに関して、記憶部１２に記憶される計測順番に応じて複数の計測方向にて三次元センサ１５の計測結果が得られるので、複数の三次元センサを設置する場合と同等の計測結果を取得することができる。特に、計測順番は、認識スコア値だけでなく三次元センサ１５の相対位置間の移動に要する移動時間を考慮して設定されるので、１つの三次元センサ１５を複数の位置に移動させる場合でもその移動にかかる時間を短縮することができる。したがって、計測方向を変えるための三次元センサ１５の移動に要する時間、すなわち、計測時間の短縮を図りつつ、ロボットアーム２に取り付けられた三次元センサ１５で部品Ｗの位置姿勢を精度良く計測することができる。

【0045】

そして、稼働中になされるロボット制御処理では、三次元センサ１５が計測順番に応じた相対位置に移動するごとに、三次元センサ１５の計測結果から算出された認識スコア値と上記所定の閾値とを比較して、認識スコア値が上記所定の閾値以上になると（Ｓ２０５でＹｅｓ）、残りの相対位置に移動することなく、認識処理を行う。これにより、例えば、１番目の相対位置（Ｐｗ１）での三次元センサ１５の計測結果の認識スコア値が上記所定の閾値以上になるために精度の高い計測結果が得られている場合には、２番目以降の相対位置に移動することなく認識処理を行うことで、不要な三次元センサ１５の移動及び計測をなくすことができる。

【0046】

さらに、計測順番設定処理は、特定の相対位置となる第１相対位置Ｐｗ１を１番目に設定し、認識スコア値が上記選択基準値以上となる２以上の相対位置のうち、１番目の相対位置からの移動時間が最も短くなる相対位置を２番目に設定し、第１相対位置Ｐｗ１を除いて２番目の相対位置からの移動時間が最も短くなる相対位置を３番目に設定する。これにより、認識スコア値が比較的高い相対位置間を最短で移動できるので、上記計測時間の更なる短縮を図ることができる。

【0047】

特に、第１相対位置Ｐｗ１は、ロボットアーム２が作業開始時に位置する際の三次元センサ１５の位置に一致する。これにより、作業開始時には三次元センサ１５が計測順番での１番目の相対位置に位置するため、１番目の相対位置への三次元センサの移動に要する時間をなくすことができるので、上記計測時間を確実に短縮することができる。

【0048】

そして、姿勢推定処理（Ｓ２０９）により、所定の位置に配置された部品Ｗの直上位置（１番目の相対位置）からの三次元センサ１５の計測結果を利用して当該部品Ｗの姿勢が仮に推定されて、この推定結果に基づいて、記憶部１２に計測順番が記憶される相対位置が、変換処理（Ｓ２１１）によりロボット１を基準とする位置に変換される。そして、記憶部１２に記憶される計測順番に対応して、変換処理により変換された位置に三次元センサ１５が位置するように制御部１１によりロボットアーム２が駆動制御される。このように部品Ｗの姿勢を推定することで、部品Ｗを基準とする三次元センサ１５の相対位置（Ｐｗ２～Ｐｗ５）を、ロボット１を基準とする三次元センサ１５の制御位置（Ｐｒ２～Ｐｒ５）に変換できるので、部品Ｗがどのような姿勢で所定の位置に配置されても、計測時に移動させるべき三次元センサ１５の位置を正確に把握することができる。

【0049】

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るロボット制御装置について、図面を参照して説明する。
本第２実施形態では、計測順番の設定時に算出された認識スコア値及び相対位置を利用して部品Ｗの姿勢の推定を行う点が、上記第１実施形態と主に異なる。したがって、第１実施形態と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

【0050】

上述したロボット制御処理において、１番目の相対位置での三次元センサ１５の計測結果を利用して推定された部品Ｗの仮の姿勢が正しくない場合には、２番目の相対位置での三次元センサ１５の計測結果から算出される認識スコア値が比較的低い値で算出されることになる。すなわち、ステップＳ２０５に示す判定処理にて、２番目に算出された認識スコア値が上記所定の閾値を大きく下回っていると、先に上記姿勢推定処理にて推定された部品Ｗの仮の姿勢が誤っている可能性が高いと考えられる。

【0051】

このため、本実施形態では、認識処理に関して２番目以降に算出された認識スコア値が、上記所定の閾値によりも小さく設定される下限閾値以下となる場合には、計測順番の設定時に算出された認識スコア値及び相対位置を利用して部品Ｗの姿勢の推定を行う。このため、本実施形態における事前準備処理では、上述したステップＳ１０９に示す記憶処理にて、計測順番に加えて、相対位置ごとに算出された認識スコア値が、部品特定情報に関連付けられて記憶部１２に記憶される。

【0052】

以下、本実施形態において、制御部１１にてなされるロボット制御処理について、図９に示すフローチャートを用いて詳述する。
上記第１実施形態と同様に、第１相対位置Ｐｗ１に位置する三次元センサ１５の計測結果から算出された認識スコア値が上記所定の閾値未満である場合には（図９のＳ２０５でＮｏ）、１番目の相対位置であるため、ステップＳ２１５の判定処理にてＹｅｓと判定される。この場合には、上記計測結果から部品Ｗの姿勢が推定され（Ｓ２０９）、この仮の姿勢に対応する各相対位置がロボット１を基準とする制御位置に変換されて（Ｓ２１１）、次の順番となる相対位置を変換した制御位置に三次元センサ１５が位置するように、ロボットアーム２の姿勢が制御される（Ｓ２１３）。

【0053】

そして、２番目の相対位置に位置する三次元センサ１５の計測結果から算出された認識スコア値も上記所定の閾値未満になると（Ｓ２０５でＮｏ）、ステップＳ２１５の判定処理にてＮｏと判定されて、ステップＳ２１７に示す判定処理にて、上述のように算出された認識スコア値が上記下限閾値以下であるか否かについて判定される。ここで、認識スコア値が上記下限閾値を超える場合には（Ｓ２１７でＮｏ）、上記ステップＳ２０９以降の処理がなされる。

【0054】

一方、上述のように算出された認識スコア値が上記下限閾値以下になると（Ｓ２１７でＹｅｓ）、ステップＳ２１９に示す姿勢推定処理がなされる。この処理では、事前準備処理時に算出された認識スコア値を利用して部品Ｗの姿勢の推定を行う。具体的には、事前準備処理時に算出された全ての認識スコア値（上記選択基準値となる認識スコア値も含める）のうち、上記下限閾値以下となった認識スコア値に最も近い認識スコア値を求めて、この認識スコア値に対応する相対位置が、現時点での三次元センサ１５の位置となるように、部品Ｗの姿勢が推定される。

【0055】

例えば、事前準備処理時に上述した図６（Ａ）のように認識スコア値が算出されて記憶部１２に記憶されている場合であって、２番目の相対位置にて算出された認識スコア値が上記下限閾値以下となる「２０」であれば、最も近い認識スコア値「１０」の第４相対位置Ｐｗ４が、現時点での三次元センサ１５の位置となるように、部品Ｗの姿勢が推定される。

【0056】

そして、上述のように推定された部品Ｗの姿勢に対応する各相対位置がロボット１を基準とする制御位置に変換されて（Ｓ２１１）、次の順番となる相対位置を変換した制御位置に三次元センサ１５が位置するように、ロボットアーム２の姿勢が制御される（Ｓ２１３）。なお、２番目の相対位置にて算出された認識スコア値が上記下限閾値以下となっていると、２番目の相対位置での認識スコア値が正しく算出されていないとして、上記ステップＳ２１３の移動処理における次の順番となる相対位置は、計測順番での２番目となる相対位置になる。

【0057】

以上説明したように、本実施形態に係るロボット制御装置１０では、認識処理に関して算出された認識スコア値が下限閾値以下となる場合に（Ｓ２１７でＹｅｓ）、計測順番の設定時に算出された認識スコア値及び相対位置を利用して、部品Ｗの姿勢が仮に推定される。これにより、認識スコア値が低い相対位置で撮像した場合でも、高い認識スコア値を期待できる相対位置へ三次元センサ１５を移動させることができる。

【0058】

なお、本発明は上記各実施形態等に限定されるものではなく、例えば、以下のように具体化してもよい。
（１）部品Ｗの認識精度を計測時間の短縮よりも重視するような場合や作業者等により指示された場合には、上記ロボット制御処理において、認識スコア値が閾値以上となった後に（Ｓ２０５でＹｅｓ）、少なくとも１以上の異なる相対位置での三次元センサ１５の計測結果をさらに考慮することで、部品Ｗの位置姿勢の認識精度を向上させてもよい。その際、例えば、認識スコア値が閾値以上となった相対位置に対して部品Ｗに関して対称位置となる相対位置での三次元センサ１５の計測結果を考慮するようにしてもよい。

【0059】

（２）移動した三次元センサ１５による計測方向及び相対位置として５つの計測方向Ｆｗ１～Ｆｗ５及び相対位置Ｐｗ１～Ｐｗ５が採用されることに限らず、その部品Ｗの形状等に応じて、２～４又は６以上の計測方向及び相対位置が採用されてもよい。また、１番目の計測方向及び相対位置は、部品Ｗの直上であって作業開始時での位置に設定されることに限らず、その部品Ｗの形状等に応じて、他の計測方向及び他の相対位置に設定されてもよい。

【0060】

（３）認識スコア値算出部として機能する制御部１１にてなされる認識スコア値算出処理では、認識スコア値は、三次元センサ１５の計測結果と当該部品Ｗの三次元データとを比較してその誤差が小さくなるほど高くなる値として算出されることに限らず、三次元センサ１５の計測結果を利用した他の方法にて認識精度に応じた値として算出されてもよい。

【0061】

（４）ロボットアーム２に取り付けられたハンド３は、一対の爪を利用して部品Ｗを把持するように構成されることに限らず、他の機構を利用して部品Ｗを把持（保持）するように構成されてもよい。

【符号の説明】

【0062】

１…ロボット
２…ロボットアーム
３…ハンド
１０…ロボット制御装置
１１…制御部（認識スコア値算出部，計測順番設定部，認識部，姿勢推定部，変換部）
１２…記憶部
１５…三次元センサ
Ｐｗ１～Ｐｗ５…相対位置
Ｐｒ２～Ｐｒ５…制御位置
Ｆｗ１～Ｆｗ５…計測方向
Ｗ…部品

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】