特開 2023-10172 ロボットビジョンシステム

(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】P2023010172

(43)【公開日】2023-01-20

(54)【発明の名称】ロボットビジョンシステム

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20230113BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20230113BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20230113BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 A

G01B11/00 H

G01B11/24 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021114116

(22)【出願日】2021-07-09

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】三本木 將夫

【テーマコード（参考）】

2F065

3C707

【Ｆターム（参考）】

2F065AA04

2F065AA23

2F065AA24

2F065AA53

2F065FF02

2F065FF04

2F065FF67

2F065GG07

2F065GG17

2F065HH14

2F065HH18

2F065MM06

2F065PP25

2F065QQ31

3C707AS04

3C707BS10

3C707KS03

3C707KS07

3C707KS36

3C707KT01

3C707KT05

(57)【要約】

【課題】ロボットアーム等の産業用機械を用いてピッキングを行う際に、ワークの三次元形状に加えて台座に載置されたワークの位置情報を取得することが可能なロボットビジョンシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のロボットビジョンシステム１００の代表的な構成は、カメラ１１０と、ワーク１０４を照射する光源１２０と、ワーク１０４の基準位置を記憶する記憶部１３２と、光源１２０の照射条件を変更する照射条件変更部１３６と、光源１２０の照射条件を変えながらカメラ１１０によって撮像された複数の画像を参照してワーク１０４の形状を算出する形状情報算出部１３８と、基準位置と算出されたワーク１０４の形状からロボット（ロボットアーム１０２）からワーク１０４までの距離を算出する距離算出部１４４とを備えることを特徴する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

カメラを有するロボットビジョンシステムにおいて、
ワークを照射する光源と、
前記ワークの基準位置を記憶する記憶部と、
前記光源の照射条件を変更する照射条件変更部と、
前記光源の照射条件を変えながら前記カメラによって撮像された複数の画像を参照して前記ワークの形状を算出する形状情報算出部と、
前記基準位置と前記算出されたワークの形状からロボットから該ワークまでの距離を算出する距離算出部とを備えることを特徴するロボットビジョンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、カメラを有するロボットビジョンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、工場等の生産現場において、ロボットアーム等の産業用機械が用いられている。産業用機械においてワークの三次元形状を計測する装置として、例えば特許文献１には三次元形状計測装置が開示されている。特許文献１の三次元形状計測装置では、測定対象物に対してパターン光を照射する投光部と、パターン光によって測定対象物の表面に形成されるパターンを含む画像を撮像する撮像部とを備えている。

【0003】

特許文献１の三次元形状計測装置では、制御部は、走査手段によりパターン光の照射位置を測定対象物に対して相対的に走査している間にそれぞれ異なる走査位置での複数の画像を取得し、複数の画像が異なるパラメータで撮影されるように撮像部と輝度条件調整部を制御する。そして演算部において、複数の画像から、パターンの像が形成された領域にある画素の輝度レベルが所定範囲に収まる画像を対象画像として抽出し、対象画像に対応するパターンの輝度情報を用いて測定対象物の三次元形状を求めている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５２５６７４５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の三次元形状計測装置によれば、確かに測定対象物の三次元形状は得られるものの、台座において測定対象物であるワークが載置されている位置を特定することができない。この台座におけるワークの位置情報は、産業用機械においてワークをピッキングする際の重要な情報である。したがって、特許文献１の技術には更なる改善の余地がある。

【0006】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ロボットアーム等の産業用機械を用いてピッキングを行う際に、ワークの三次元形状に加えて台座に載置されたワークの位置情報を取得することが可能なロボットビジョンシステムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のロボットビジョンシステムの代表的な構成は、カメラを有するロボットビジョンシステムにおいて、ワークを照射する光源と、ワークの基準位置を記憶する記憶部と、光源の照射条件を変更する照射条件変更部と、光源の照射条件を変えながらカメラによって撮像された複数の画像を参照してワークの形状を算出する形状情報算出部と、基準位置と算出されたワークの形状からロボットからワークまでの距離を算出する距離算出部とを備えることを特徴する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、ロボットアーム等の産業用機械を用いてピッキングを行う際に、ワークの三次元形状に加えて台座に載置されたワークの位置情報を取得することが可能なロボットビジョンシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態にかかるロボットビジョンシステムを説明する概略図である。

【図2】本実施形態のロボットビジョンシステムの機能ブロック図である。

【図3】本実施形態のロボットビジョンシステムの動作を説明するフローチャートである。

【図4】本実施形態のロボットビジョンシステムの他の例を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0011】

図１は、本実施形態にかかるロボットビジョンシステム１００を説明する概略図である。本実施形態のロボットビジョンシステム１００では、産業用機械としてロボットアーム１０２を例示している。図１に示すように、本実施形態のロボットビジョンシステム１００は、ロボットアーム１０２、ワーク１０４を撮影するカメラ１１０、光源１２０を含んで構成される。

【0012】

ロボットアーム１０２は、台座１０６の上に載置されているワーク１０４を把持し、かかるワーク１０４を所定の位置まで移動する。光源１２０はワーク１０４に光を照射する。本実施形態のロボットビジョンシステム１００では、光源１２０は左側光源１２２ａおよび右側光源１２２ｂを含んで構成され、これらはロボットアーム１０２のアーム支持部１０２ａに取り付けられている。

【0013】

図２は、本実施形態のロボットビジョンシステム１００の機能ブロック図である。図２に示すように、本実施形態のロボットビジョンシステム１００は、上述したカメラ１１０、光源１２０および制御部１３０を含んで構成される。制御部１３０は、記憶部１３２、撮像部１３４、照射条件変更部１３６、形状情報算出部１３８、ロボット座標取得部１４２および距離算出部１４４を有する。

【0014】

図３は、本実施形態のロボットビジョンシステム１００の動作を説明するフローチャートである。図３の本実施形態のロボットビジョンシステム１００では、まず制御部１３０の記憶部１３２は、ワーク１０４の基準位置を記憶する（Ｓ２０２）。ワーク１０４の基準位置としては、台座１０６上のワーク１０４の設置位置を例示することができる。なお、台座１０６の幅や奥行きなどの寸法は既知である。ただし、これに限定するものではなく、ワーク１０４の周辺にある他の部材の位置や寸法に基づいてワーク１０４の基準位置を設定してもよい。

【0015】

次に、制御部１３０の撮像部１３４は、光源１２０によって照射されたワーク１０４をカメラ１１０によって撮像する（Ｓ２０４）。このときの光源１２０の照射条件としては、左側光源１２２ａおよび右側光源１２２ｂの両方が点灯している状態を例示することができる。ワーク１０４の撮像が終わったら、制御部１３０は、撮像枚数が所定枚数以上であるかを判断する（Ｓ２０６）。

【0016】

撮像枚数が所定枚数未満であったら（Ｓ２０６のＮＯ）、照射条件変更部１３６は光源１２０の照射条件を変更する（Ｓ２０８）。照射条件としては、本実施形態のロボットビジョンシステム１００では、左側光源１２２ａおよび右側光源１２２ｂのうち一方を消灯することにより、左側光源１２２ａおよび右側光源１２２ｂの両方を点灯した場合とは異なる照射条件となる。

【0017】

なお、照射条件とは、ワーク１０４の形状を算出する手法による。算出手法がShape from shading法であれば影の濃淡が異なる複数の画像が必要であるため、照射条件は光の照射方向である。算出手法がphotometric stereo法であれば照度が異なる複数の画像が必要であるため、照射条件は光源１２０の明るさや光の照射方向である。ただしこれに限定するものではなく、他の手法を用いる場合であれば、例えば光源１２０の輝度等の要素を変更してもよい。

【0018】

光源１２０の照射条件を変更したら（Ｓ２０８）、撮像部１３４は再度カメラ１１０によってワーク１０４を撮像する（Ｓ２０４）。そして光源１２０の照射条件を変えながらカメラ１１０によって撮像された撮像枚数が所定枚数以上となったら（Ｓ２０６のＹＥＳ）、形状情報算出部１３８は、所定枚数以上の画像すなわち複数の画像を参照してワーク２の形状を算出する（Ｓ２１０）。

【0019】

上述したように、本実施形態のロボットビジョンシステム１００では記憶部１３２にワーク１０４の基準位置が記憶されている。したがって、ワーク１０４の基準位置を参照することにより、ワーク１０４の三次元形状に加えてワーク１０４の大きさを判断することができる。

【0020】

ワーク１０４の形状を算出したら、ロボット座標取得部１４２は、ロボットアーム１０２の現在の座標位置を取得する（Ｓ２１２）。そして距離算出部１４４は、ロボットアーム１０２の座標位置を参照し、基準位置と算出されたワーク１０４の形状から、ロボットアーム１０２からワーク１０４までの距離を算出する（Ｓ２１４）。

【0021】

上記構成によれば、ロボットアーム１０２を用いてワーク１０４のピッキングを行う際に、ロボットアーム１０２の制御の座標系の中にワーク１０４の三次元形状を把握することができる。するとワーク１０４の位置情報及び距離情報（縦、横、奥行きなどの寸法）の絶対値を取得することができる。したがって、ワーク１０４をピッキングする際のロボットアーム１０２の移動経路を算出することができ、ワーク１０４を正確にピッキングすることが可能となる。

【0022】

図４は、本実施形態のロボットビジョンシステムの他の例を説明する図である。図１では、光源１２０（一対の左側光源１２２ａおよび右側光源１２２ｂ）がアーム支持部１０２ａに取り付けられていた。

【0023】

これに対し、図４のロボットビジョンシステム３００では、アーム１０８に配置されているカメラ１１０の周囲に環状の光源３０２が取り付けられている。環状の光源３０２には複数のＬＥＤ３０２ａが配置されていて、この３０２ａの点灯および消灯、照度等を調節することにより光源３０２の照射条件を変更することができる。

【0024】

例えば、カメラ１１０の右半分または左半分のＬＥＤ３０２ａを点灯させることにより、光の照射方法を変化させることができる。また一定間隔で点灯または消灯させることにより、照度を変化させることもできる。したがって、図３に示すロボットビジョンシステム３００においても、図１のロボットビジョンシステム１００と同様の効果を得ることが可能である。

【0025】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0026】

本発明は、カメラを有するロボットビジョンシステムとして利用することができる。

【符号の説明】

【0027】

１００…ロボットビジョンシステム、１０２…ロボットアーム、１０２ａ…アーム支持部、１０４…ワーク、１０６…台座、１０８…アーム、１１０…カメラ、１２０…光源、１２２ａ…左側光源、１２２ｂ…右側光源、１３０…制御部、１３２ …記憶部、１３４…撮像部、１３６…照射条件変更部、１３８…形状情報算出部、１４２…ロボット座標取得部、１４４…距離算出部、３００…ロボットビジョンシステム、３０２…光源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】