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JP2024111594A - Working Equipment - Google Patents

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JP2024111594A
JP2024111594A JP2023016193A JP2023016193A JP2024111594A JP 2024111594 A JP2024111594 A JP 2024111594A JP 2023016193 A JP2023016193 A JP 2023016193A JP 2023016193 A JP2023016193 A JP 2023016193A JP 2024111594 A JP2024111594 A JP 2024111594A
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JP
Japan
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workpiece
imaging device
predicted
working
unit
Prior art date
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Pending
Application number
JP2023016193A
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Japanese (ja)
Inventor
直樹 丸井
Naoki Marui
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Publication date
Application filed by NTN Corp, NTN Toyo Bearing Co Ltd filed Critical NTN Corp
Priority to JP2023016193A priority Critical patent/JP2024111594A/en
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Abstract

To provide a work device which can improve a success rate of work for a workpiece.SOLUTION: A pickup device 1 includes: an imaging device 9; a pickup section 10 which picks up a workpiece 20; a positioning mechanism PM which positions the imaging device 9 and the pickup section 10 relatively to the workpiece 20; and a control device 100 which controls the imaging device 9, the pickup section 10 and the positioning mechanism PM. The control device 100 acquires a prediction value S indicating easiness of work for the workpiece 20 and a prediction attitude U of the pickup section 10 in which the prediction value S is predicted to be a determination value T or more on the basis of image data. When all prediction values S are less than the determination value T, the control device 100 moves the pickup section 10 to the prediction attitude U corresponding to any one workpiece 20, and repeats acquisition of image data by causing the imaging device 9 to capture a workpiece again and acquisition of the prediction value S and the prediction attitude U in the attitude.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、作業装置に関し、例えば、バラ積み状態のワークを把持する場合のワークへの最適なアプローチ方向等を検出し得る技術に関する。 The present invention relates to a work device, and, for example, to a technology that can detect the optimal approach direction to a workpiece when grasping a pile of workpieces.

従来、ワーク群を3次元撮像する3次元撮像装置と、前記ワークを把持可能なロボットアームと、前記ロボットアームの動作を制御する制御装置とを備えたピッキング装置が提案されている(特許文献1)。 Conventionally, a picking device has been proposed that includes a three-dimensional imaging device that takes three-dimensional images of a group of workpieces, a robot arm that can grasp the workpieces, and a control device that controls the operation of the robot arm (Patent Document 1).

特開2015-213973号公報JP 2015-213973 A

特許文献1の装置では、ワークへのアプローチ方向の判断に3次元撮像装置を用いている。しかし、ワークを容器内に乱雑に積んでいる場合、ワークの上方に固定した撮像装置で所望のワークの画像を撮影すると、前記ワークの近傍のワークによって遮られる。そうすると、姿勢検出に必要な映像が欠落してしまうため、ワークを取り上げる成功率が低下するという問題がある。 The device in Patent Document 1 uses a three-dimensional imaging device to determine the approach direction to the workpiece. However, if the workpieces are randomly stacked in a container, when an image of a desired workpiece is taken with an imaging device fixed above the workpiece, it is blocked by other works nearby. This causes a problem that the image necessary for posture detection is missing, reducing the success rate of picking up the workpiece.

また、ワークの上方に固定した撮像装置でワークの画像を撮影する場合、把持装置と干渉しないように撮像装置を配置する必要がある。このため、撮影距離が長距離となり取得する画像の分解能が低いという問題もある。画像の分解能が低い場合、画像の特徴点を見つけにくくワークそのものが認識しにくい。したがって、ワークを取り上げる成功率の低下に繋がる。 In addition, when taking an image of the workpiece using an imaging device fixed above the workpiece, the imaging device must be positioned so as not to interfere with the gripping device. This results in a long shooting distance, which can cause the problem of low resolution in the captured image. When the image resolution is low, it is difficult to find feature points in the image and to recognize the workpiece itself. This leads to a lower success rate in picking up the workpiece.

本発明の目的は、ワークに対する作業の成功率を向上することができる作業装置を提供することである。 The object of the present invention is to provide a work device that can improve the success rate of work on a workpiece.

本発明の作業装置1は、ワーク20を撮像して画像データを出力する撮像装置9と、
前記ワーク20に対して定められた作業を行う作業部10と、
前記撮像装置9および前記作業部10と前記ワーク20を相対的に位置決めする位置決め機構PMと、
前記撮像装置9、前記作業部10および前記位置決め機構PMを制御する制御装置100と、を備え、
前記制御装置100は、
前記撮像装置9から出力される画像データに基づいて、前記ワーク20に対する作業の容易さを示す予測値と、この予測値が前記判定値以上となると予測される前記作業部10の予測姿勢とを取得し、取得された前記予測値に基づいて作業対象とする前記ワーク20を決定すると共に、前記予測値が判定値以上となる場合の前記撮像装置9による撮像方向を、作業対象と決定した前記ワーク20へのアプローチ方向として決定するアプローチ方向等決定手段Apと、
決定された前記アプローチ方向から作業対象と決定した前記ワーク20に対して作業を行うように前記作業部10を制御する制御部114と、を含み、
前記制御装置100は、前記予測値が判定値未満である場合に、前記作業部10を予測姿勢に移動させ、再度、前記撮像装置9で撮像され出力される画像データに対して、前記作業部10を移動させた姿勢での前記予測値および予測姿勢を取得することを繰り返す。
前記定められた作業は、ワークに対する用途によって種々定められる。定められた作業として、例えば、ワークの取り上げ、組立、溶接、グリース塗布、外観検査等が挙げられる。
前記判定値は、設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な値を求めて定められる。
The working apparatus 1 of the present invention includes an imaging device 9 that captures an image of a workpiece 20 and outputs image data;
A working unit 10 that performs a specified operation on the workpiece 20;
a positioning mechanism PM for positioning the imaging device 9, the working unit 10, and the workpiece 20 relative to each other;
a control device 100 that controls the imaging device 9, the working unit 10, and the positioning mechanism PM,
The control device 100 includes:
an approach direction etc. determining means Ap for obtaining a predicted value indicating the ease of work on the workpiece 20 and a predicted attitude of the working unit 10 when the predicted value is predicted to be equal to or greater than the judgment value based on image data output from the imaging device 9, determining the workpiece 20 to be worked on based on the obtained predicted value, and determining the imaging direction of the imaging device 9 when the predicted value is equal to or greater than the judgment value as the approach direction to the workpiece 20 determined to be the work object;
a control unit (114) that controls the working unit (10) so as to perform work on the workpiece (20) determined as a work target from the determined approach direction,
If the predicted value is less than the judgment value, the control device 100 moves the working unit 10 to the predicted posture, and again repeats the process of obtaining the predicted value and predicted posture in the posture to which the working unit 10 is moved for the image data captured and output by the imaging device 9.
The predetermined operations are variously determined depending on the use of the workpiece, and examples of the predetermined operations include picking up the workpiece, assembling, welding, applying grease, and inspecting the appearance.
The judgment value is a value that is arbitrarily determined by design or the like, and is determined by obtaining an appropriate value through, for example, either one or both of a test and a simulation.

この構成によると、制御装置100のアプローチ方向等決定手段Apは、画像データに基づいて、ワーク20に対する作業の容易さを示す予測値と、この予測値が判定値以上となると予測される作業部10の予測姿勢とを取得する。アプローチ方向等決定手段Apは、前記予測値に基づいて作業対象とするワーク20を決定する。例えば、取得された予測値が最大となったワーク20を作業対象として選択する。前記予測値が判定値以上となる場合には、画像データ取得時の撮像方向を前記ワーク20へのアプローチ方向として決定する。制御部114は、決定されたアプローチ方向からワーク20に対して作業を行うように作業部10を制御する。 According to this configuration, the approach direction etc. determining means Ap of the control device 100 obtains, based on the image data, a predicted value indicating the ease of working on the workpiece 20 and a predicted posture of the working unit 10 when this predicted value is predicted to be equal to or greater than a judgment value. The approach direction etc. determining means Ap determines the workpiece 20 to be worked on based on the predicted value. For example, the workpiece 20 with the largest obtained predicted value is selected as the workpiece. If the predicted value is equal to or greater than the judgment value, the imaging direction at the time of image data acquisition is determined as the approach direction to the workpiece 20. The control unit 114 controls the working unit 10 to work on the workpiece 20 from the determined approach direction.

全ての予測値が判定値未満である場合には、制御装置100は、いずれかのワーク20に対応する予測姿勢に作業部を移動させ、再度、撮像装置9によってワーク20を撮像させ画像データを取得し、その姿勢での予測値および予測姿勢を取得することを繰り返す。
こうすることで、ランダムに作業部10を移動させて予測値が判定値以上となる姿勢を探索する場合と比較して、定められた作業を行える可能性が高いアプローチ方向の探索時間を短縮できる。より作業を行える可能性が高いアプローチ方向からワーク20に対して作業を行うため、前述の従来技術に比べて、ワークに対する作業の成功率を向上することができる。
If all the predicted values are less than the judgment value, the control device 100 moves the working unit to a predicted posture corresponding to one of the workpieces 20, again captures an image of the workpiece 20 using the imaging device 9 to obtain image data, and repeats the process of obtaining the predicted value and predicted posture at that posture.
In this way, the search time for an approach direction with a high possibility of performing a specified task can be shortened compared to a case where the working unit 10 is moved randomly to search for a posture where the predicted value is equal to or greater than the judgment value. Since the work is performed on the workpiece 20 from the approach direction with a high possibility of performing the task, the success rate of the task on the workpiece can be improved compared to the above-mentioned conventional technology.

前記アプローチ方向等決定手段Apは、前記画像データに対して機械学習により生成された予測モデルを適用することによって、前記予測値および前記予測姿勢を取得してもよい。
前記予測モデルは、前記ワーク20を撮像し出力された画像データから、少なくとも1つの目標とする作業位置を検出するために学習済みの機械学習結果を含む。前記機械学習結果は、学習対象の画像データに基づいて算出された作業動作の容易さを示す正解値と、前記学習対象の画像データ上に予め指示した作業位置とを教師データとする学習結果である。
この場合、予測モデルを適用することで、必要に応じて目標とする作業部10の姿勢等を微調整することができる。よって、ワーク20に対する作業の成功率をさらに向上し得る。
The approach direction etc. determining means Ap may obtain the predicted value and the predicted attitude by applying a prediction model generated by machine learning to the image data.
The prediction model includes a machine learning result that has been trained to detect at least one target work position from image data outputted by capturing an image of the workpiece 20. The machine learning result is a learning result that uses, as teacher data, a correct answer value indicating the ease of a work motion calculated based on the image data of the learning target and a work position that is specified in advance on the image data of the learning target.
In this case, by applying the prediction model, it is possible to finely adjust the target posture of the working unit 10 as necessary, and thus the success rate of the work on the workpiece 20 can be further improved.

前記位置決め機構PMは、前記撮像装置9および前記作業部10が固定されるステージ33を有し、前記撮像装置9の光軸と前記作業部10のアプローチ方向とが平行になるように、前記撮像装置9および前記作業部10が配置されてもよい。この場合、ワーク20を撮像装置9で撮像後、作業部10を移動させる際に、撮像装置9の光軸方向とのずれを修正する必要がなく、作業部10におけるワーク20の作業時間の短縮および作業の成功率の向上が図れる。 The positioning mechanism PM has a stage 33 to which the imaging device 9 and the working unit 10 are fixed, and the imaging device 9 and the working unit 10 may be positioned so that the optical axis of the imaging device 9 is parallel to the approach direction of the working unit 10. In this case, after the workpiece 20 is imaged by the imaging device 9, there is no need to correct any misalignment with the optical axis direction of the imaging device 9 when moving the working unit 10, thereby shortening the working time of the workpiece 20 in the working unit 10 and improving the success rate of the work.

前記位置決め機構PMは、ベース32と、前記撮像装置9および前記作業部10が固定されるステージ33とを備え、前記ベース32に対して前記ステージ33を回転2自由度で位置決めする第1の位置決め機構8と、前記ベース32を位置決めする第2の位置決め機構47とを有してもよい。この場合、回転2自由度を有する第1の位置決め機構8における先端側のステージ33に、撮像装置9を固定することにより、撮像装置9をワーク20の近傍に位置決めできる。この場合、ワークの上方に撮像装置を固定する従来技術等よりも分解能の高い画像データを取得できる。また、撮影方向が変更可能に構成された撮像装置9で得られた画像データを用いてワーク20に対する作業の容易さを判定し、撮影方向と同じ方向からアプローチして作業を行う。このため、作業装置1におけるワーク20の作業の成功率が向上する。 The positioning mechanism PM may include a base 32, a stage 33 to which the imaging device 9 and the working unit 10 are fixed, a first positioning mechanism 8 that positions the stage 33 with two degrees of freedom of rotation relative to the base 32, and a second positioning mechanism 47 that positions the base 32. In this case, the imaging device 9 can be fixed to the stage 33 at the tip side of the first positioning mechanism 8 having two degrees of freedom of rotation, so that the imaging device 9 can be positioned near the workpiece 20. In this case, image data with higher resolution than that of the conventional technology in which the imaging device is fixed above the workpiece can be obtained. In addition, the ease of work on the workpiece 20 is determined using image data obtained by the imaging device 9 configured to be able to change the shooting direction, and the work is performed by approaching from the same direction as the shooting direction. This improves the success rate of work on the workpiece 20 in the working device 1.

前記制御装置100は、前記予測値が判定値以上となった後、前記作業部10に対し複数回予測姿勢への姿勢変更を繰り返し、各姿勢にて前記撮像装置9で撮像され出力された複数の画像データのうち、前記予測値が最大になる姿勢における撮影方向を、前記ワーク20へのアプローチ方向として決定してもよい。このように出力された複数の画像データのうち、予測値が最大になる姿勢における撮影方向をワーク20へのアプローチ方向として決定することで、ワーク20の作業の成功率がさらに向上する。 After the predicted value becomes equal to or greater than the judgment value, the control device 10 may repeatedly change the posture of the working unit 10 to the predicted posture a number of times, and among the multiple image data captured by the imaging device 9 in each posture and output, determine the shooting direction in the posture in which the predicted value is maximized as the approach direction to the workpiece 20. By determining the shooting direction in the posture in which the predicted value is maximized as the approach direction to the workpiece 20 among the multiple image data output in this manner, the success rate of the work on the workpiece 20 is further improved.

前記撮像装置9の光軸と前記ステージ33の中心軸とが一致するように、前記撮像装置9および前記ステージ33が配置されてもよい。ワーク20を撮影した方向から作業部10の姿勢を変更することなく作業部10をワーク20にアプローチすることができる。これにより、撮像装置9の光軸とステージ33の中心軸とが不一致の構成に対し、ワーク20の作業の成功率が向上し、姿勢変更する時間を短縮することができる。 The imaging device 9 and the stage 33 may be positioned so that the optical axis of the imaging device 9 coincides with the central axis of the stage 33. The working unit 10 can approach the workpiece 20 from the direction in which the workpiece 20 is photographed without changing the posture of the working unit 10. This improves the success rate of working on the workpiece 20 and shortens the time required to change posture, compared to a configuration in which the optical axis of the imaging device 9 and the central axis of the stage 33 do not coincide.

前記第1の位置決め機構は、前記ベース32および前記ステージ33と、前記ベース32に対し前記ステージ33を姿勢変更可能に連結する2組以上のリンク機構34と、前記リンク機構34を駆動するアクチュエータ31とを含む角度調整装置8であってもよい。この場合、回転位置決め機構を2台直列に配置した2自由度機構に比べて、可動部の質量が小さく、高速位置決めが可能である。そのため、最適アプローチ方向の探索時間を短縮できる。 The first positioning mechanism may be an angle adjustment device 8 including the base 32 and the stage 33, two or more sets of link mechanisms 34 that connect the stage 33 to the base 32 in a manner that allows the position to be changed, and an actuator 31 that drives the link mechanisms 34. In this case, the mass of the moving parts is smaller and high-speed positioning is possible compared to a two-degree-of-freedom mechanism in which two rotational positioning mechanisms are arranged in series. Therefore, the search time for the optimal approach direction can be shortened.

本発明の作業装置は、全ての予測値が判定値未満である場合には、制御装置は、いずれかのワークに対応する予測姿勢に作業部を移動させ、再度、撮像装置によってワークを撮像させ画像データを取得し、その姿勢での予測値および予測姿勢を取得することを繰り返す。このため、前述の従来技術に比べて、ワークに対する作業の成功率を向上することができる。 In the working device of the present invention, if all predicted values are less than the judgment value, the control device moves the working unit to a predicted posture corresponding to one of the workpieces, captures an image of the workpiece again with the imaging device to obtain image data, and repeats the process of obtaining the predicted value and predicted posture at that posture. Therefore, the success rate of work on the workpiece can be improved compared to the conventional technology described above.

本発明の第1の実施形態に係る作業装置の構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of a working device according to a first embodiment of the present invention; 同作業装置における角度調整装置の2つのリンク機構を省略した簡易モデルの正面図である。13 is a front view of a simplified model of the working device in which two link mechanisms of the angle adjustment device are omitted. FIG. 同角度調整装置の正面図である。FIG. 同角度調整装置の1つのリンク機構を直線で表現した図である。13 is a diagram showing one link mechanism of the angle adjustment device as a straight line. FIG. 同角度調整装置のステージに固定された撮像装置およびピックアップ部を示す図である。2 is a diagram showing an imaging device and a pickup unit fixed to a stage of the angle adjustment device. FIG. 図3に示す角度調整装置に撮像装置およびピックアップ部を搭載した状態を示す図である。4 is a diagram showing a state in which an imaging device and a pickup unit are mounted on the angle adjustment device shown in FIG. 3 . 同作業装置の制御系のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a control system for the working device. 学習に用いる画像データの収集の様子を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining how image data used for learning is collected. 学習時における撮影後の処理を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining post-shooting processing during learning. ピックアップ動作の容易さを示す正解値が最大となる状態の一例を示した図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a state in which a correct answer value indicating the ease of a pick-up operation is maximized. 同作業装置の一連の動作を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining a series of operations of the operating device. 図11Aのピックアップ処理を示すフローチャートである。11B is a flowchart showing the pickup process of FIG. 11A; 同制御装置の代表的な構成図である。FIG. 2 is a typical configuration diagram of the control device. 変形例のピックアップ部の正面図である。FIG. 13 is a front view of a pickup unit according to a modified example. 学習手順を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a learning procedure. 同作業装置における他の一連の動作を説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating another series of operations in the operating device. 本発明の第2の実施形態に係る作業装置の構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a working device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係る作業装置の構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a working device according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態に係る作業装置の構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a working device according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施形態に係る作業装置の構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a working device according to a fifth embodiment of the present invention.

[第1の実施形態]
本発明の実施形態に係る作業装置を図1ないし図15と共に説明する。
<作業装置の全体構成>
図1のように、作業装置の一例であるピックアップ装置1は、ワーク設置台14または容器13の内部等に任意の姿勢で積まれたワーク20をピックアップする。ピックアップ装置1は、撮像装置9と、作業部としてのピックアップ部10と、位置決め機構PMと、制御装置100とを備える。
[First embodiment]
A working device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
<Overall configuration of working device>
1 , a pickup device 1, which is an example of a working device, picks up a workpiece 20 that is stacked in an arbitrary orientation on a workpiece setting table 14 or inside a container 13. The pickup device 1 includes an imaging device 9, a pickup unit 10 as a working unit, a positioning mechanism PM, and a control device 100.

撮像装置9は、少なくとも1つ以上のワーク20を撮像して画像データを出力する。ピックアップ部10は、ワーク20にアプローチ方向から近づき、ワーク20に対して定められた作業としてピックアップを行う。ピックアップ対象となる複数のワーク20は、ワーク容器13内に乱雑に積み上げられる場合が多い。位置決め機構PMは、撮像装置9およびピックアップ部10とワーク20を相対的に位置決めする。制御装置100は、撮像装置9、ピックアップ部10および位置決め機構PMを制御する。 The imaging device 9 captures an image of at least one workpiece 20 and outputs image data. The pick-up unit 10 approaches the workpiece 20 from the approach direction and picks up the workpiece 20 as a specified task. The multiple workpieces 20 to be picked up are often stacked in a messy manner inside the workpiece container 13. The positioning mechanism PM positions the imaging device 9 and the pick-up unit 10 relative to the workpieces 20. The control device 100 controls the imaging device 9, the pick-up unit 10, and the positioning mechanism PM.

<位置決め機構>
位置決め機構PMは、第1の位置決め機構である角度調整装置8と、第2の位置決め機構47とを有する。角度調整装置(「リンク作動装置」とも称される)8は、撮像装置9およびピックアップ部10を姿勢変更可能に支持する図2のパラレルリンク機構30と、パラレルリンク機構30を駆動する姿勢制御用のアクチュエータ31とを有する。図1に示す第2の位置決め機構47は、ワーク20に対する角度調整装置8の相対位置を調整する。第2の位置決め機構47は、直動ユニット4と、回転機構7とを有する。地面である床等に構造体2が固定され、構造体2に直動ユニット4が設置されている。直動ユニット4の出力部6に回転機構7が取り付けられている。
<Positioning mechanism>
The positioning mechanism PM has an angle adjustment device 8, which is a first positioning mechanism, and a second positioning mechanism 47. The angle adjustment device (also called a "link actuator") 8 has a parallel link mechanism 30 shown in FIG. 2 that supports the image pickup device 9 and the pickup unit 10 so that the posture can be changed, and an actuator 31 for posture control that drives the parallel link mechanism 30. The second positioning mechanism 47 shown in FIG. 1 adjusts the relative position of the angle adjustment device 8 with respect to the workpiece 20. The second positioning mechanism 47 has a linear motion unit 4 and a rotation mechanism 7. A structure 2 is fixed to a floor or the like, which is the ground, and a linear motion unit 4 is installed on the structure 2. The rotation mechanism 7 is attached to the output section 6 of the linear motion unit 4.

<直動ユニット>
直動ユニット4には、直交3軸方向に移動するXYZステージが適用されている。直動ユニット4は、互いに直交するX軸,Y軸,Z軸にそれぞれ対応する第1,第2および第3電動アクチュエータ4X,4Y,4Zを含む。第1電動アクチュエータ4Xは、構造体2の上部において図1の左右方向であるX軸方向に延びるガイド部4Xaと、ガイド部4Xaに沿って摺動するX軸テーブル4Xbと、駆動源であるモータ5Xと、モータ5Xの回転を直線往復動作に変換する図示外のボールねじ等の変換機構とを有する。
<Linear motion unit>
An XYZ stage that moves in three orthogonal axial directions is applied to the linear motion unit 4. The linear motion unit 4 includes first, second and third electric actuators 4X, 4Y and 4Z that respectively correspond to the mutually orthogonal X-axis, Y-axis and Z-axis. The first electric actuator 4X has a guide portion 4Xa that extends in the X-axis direction, which is the left-right direction in FIG. 1, on the upper part of the structure 2, an X-axis table 4Xb that slides along the guide portion 4Xa, a motor 5X that is a drive source, and a conversion mechanism such as a ball screw (not shown) that converts the rotation of the motor 5X into a linear reciprocating motion.

第2電動アクチュエータ4Yは、X軸テーブル4Xbに支持される。第2電動アクチュエータ4Yは、図1の奥行方向であるY軸方向に沿って延びるガイド部4Yaと、ガイド部4Yaに沿って摺動するY軸テーブル4Ybと、駆動源であるモータ5Yと、モータ5Yの回転を直線往復動作に変換する図示外のボールねじ等の変換機構とを有する。 The second electric actuator 4Y is supported by the X-axis table 4Xb. The second electric actuator 4Y has a guide portion 4Ya extending along the Y-axis direction, which is the depth direction in FIG. 1, a Y-axis table 4Yb sliding along the guide portion 4Ya, a motor 5Y as a drive source, and a conversion mechanism such as a ball screw (not shown) that converts the rotation of the motor 5Y into a linear reciprocating motion.

第3電動アクチュエータ4Zは、X軸およびY軸方向にそれぞれ直交するZ軸方向(この例では上下方向)に進退する。第3電動アクチュエータ4Zは、Y軸テーブル4Ybに支持される。第3電動アクチュエータ4Zは、Z軸方向に沿って延びるガイド部4Zaと、ガイド部4Zaに沿って摺動するZ軸テーブル4Zbと、駆動源であるモータ5Zと、モータ5Zの回転を直線往復動作に変換する図示外のボールねじ等の変換機構とを有する。各モータ5X,5Y,5Zにより対応する変換機構を動作させることにより、X,Y,Z軸テーブル4Xb,4Yb,4ZbがX,Y,Z軸方向に移動可能である。出力部6となるZ軸テーブル4Zbに、回転機構7が取り付けられている。 The third electric actuator 4Z advances and retreats in the Z-axis direction (up and down in this example) perpendicular to the X-axis and Y-axis directions. The third electric actuator 4Z is supported by the Y-axis table 4Yb. The third electric actuator 4Z has a guide portion 4Za extending along the Z-axis direction, a Z-axis table 4Zb sliding along the guide portion 4Za, a motor 5Z as a drive source, and a conversion mechanism such as a ball screw (not shown) that converts the rotation of the motor 5Z into a linear reciprocating motion. The X, Y, and Z-axis tables 4Xb, 4Yb, and 4Zb can move in the X, Y, and Z-axis directions by operating the corresponding conversion mechanisms with each motor 5X, 5Y, and 5Z. A rotation mechanism 7 is attached to the Z-axis table 4Zb, which serves as the output unit 6.

<回転機構>
Z軸テーブル4Zbに、ブラケット等を介して回転機構7が支持されている。回転機構7は、Z軸方向の回転軸心回りに回転する回転アクチュエータであり、同回転アクチュエータの出力部に、後述する角度調整装置8のベース32(図2)が取り付けられている。よって、直動ユニット4と回転機構7とを有する第2の位置決め機構47は、ベース32(図2)を位置決めする。この例のピックアップ装置1では、前記回転アクチュエータの回転軸と、ベース32の中心軸QA(図2)とが同軸となるように設けられている。
<Rotation mechanism>
A rotation mechanism 7 is supported on the Z-axis table 4Zb via a bracket or the like. The rotation mechanism 7 is a rotation actuator that rotates around a rotation axis in the Z-axis direction, and a base 32 (FIG. 2) of an angle adjustment device 8 (described later) is attached to the output part of the rotation actuator. Thus, a second positioning mechanism 47 having the linear motion unit 4 and the rotation mechanism 7 positions the base 32 (FIG. 2). In the pickup device 1 of this example, the rotation axis of the rotation actuator and the central axis QA (FIG. 2) of the base 32 are arranged to be coaxial.

<角度調整装置>
角度調整装置8は、回転機構7によってZ軸方向の回転軸心回りに回転が可能である。図2のように、角度調整装置8は、パラレルリンク機構30とアクチュエータ31とを含む。パラレルリンク機構30は、ベース32と、図1の撮像装置9およびピックアップ部10が固定されるステージ33と、図3のベース32に対してステージ33を連結する3組のリンク機構34とを含む。アクチュエータ31は、リンク機構34を駆動する姿勢制御用の駆動源である。図2には、図3に示された3組のリンク機構34のうち代表して1組が抽出して示されている。
<Angle adjustment device>
The angle adjustment device 8 can be rotated around a rotation axis in the Z-axis direction by the rotation mechanism 7. As shown in Fig. 2, the angle adjustment device 8 includes a parallel link mechanism 30 and an actuator 31. The parallel link mechanism 30 includes a base 32, a stage 33 to which the imaging device 9 and the pickup unit 10 in Fig. 1 are fixed, and three sets of link mechanisms 34 that connect the stage 33 to the base 32 in Fig. 3. The actuator 31 is a drive source for attitude control that drives the link mechanisms 34. Fig. 2 shows one representative set of the three sets of link mechanisms 34 shown in Fig. 3.

図1に示す位置決め機構PMは、図2のベース32の位置を変更可能に構成される。角度調整装置8は、ベース32に対してステージ33を回転2自由度で位置決めする。角度調整装置8において、アクチュエータ31は、ベース32に対する基端側の端部リンク部材35の成す角度αを変更し得る。
図3のように、パラレルリンク機構30は、ベース32に対してステージ33を3組のリンク機構34によって姿勢変更可能に連結する。ステージ33には、図1の撮像装置9およびピックアップ部10が取り付けられている。本実施形態では、図3に示す3組のリンク34を有するパラレルリンク機構30について示したが、リンク機構34の数は、2組でもよく、4組以上であってもよい。
The positioning mechanism PM shown in Fig. 1 is configured to be able to change the position of the base 32 in Fig. 2. The angle adjustment device 8 positions the stage 33 with two rotational degrees of freedom relative to the base 32. In the angle adjustment device 8, the actuator 31 can change the angle α of the end link member 35 on the base end side relative to the base 32.
As shown in Fig. 3, the parallel link mechanism 30 connects a stage 33 to a base 32 via three sets of link mechanisms 34 in a manner that allows the position of the stage 33 to be changed. The imaging device 9 and the pickup unit 10 shown in Fig. 1 are attached to the stage 33. In this embodiment, the parallel link mechanism 30 having the three sets of links 34 shown in Fig. 3 has been shown, but the number of link mechanisms 34 may be two, four or more.

図2のように、各リンク機構34は、基端側の端部リンク部材35、先端側の端部リンク部材36、および中央リンク部材37を有する。リンク機構34は、4つの回転対偶からなる4節連鎖のリンク機構である。図3のように、基端側および先端側の端部リンク部材35,36はL字状の形状を有する。
図2のように、基端側の端部リンク部材35の一端は、ベース32に回転自在に連結されている。先端側の端部リンク部材36の一端は、ステージ33に回転自在に連結されている。中央リンク部材37は、両端に端部リンク部材35,36の各他端がそれぞれ回転自在に連結されている。
As shown in Fig. 2, each link mechanism 34 has a base end link member 35, a tip end link member 36, and a central link member 37. The link mechanism 34 is a four-joint link mechanism consisting of four revolute pairs. As shown in Fig. 3, the base end and tip end link members 35, 36 are L-shaped.
2, one end of the end link member 35 on the base end side is rotatably connected to the base 32. One end of the end link member 36 on the tip end side is rotatably connected to the stage 33. The other ends of the end link members 35, 36 are rotatably connected to both ends of the central link member 37.

パラレルリンク機構30は、2つの球面リンク機構を組み合わせた構造を有する。基端側および先端側の端部リンク部材35,36と中央リンク部材37との各回転対偶の中心軸は、ある交差角γをもっていてもよく、平行であってもよい。 The parallel link mechanism 30 has a structure that combines two spherical link mechanisms. The central axes of the rotation pairs between the end link members 35, 36 on the base end side and the end link member 37 on the tip end side may have a certain cross angle γ or may be parallel.

図4は、一組のリンク機構34を直線で表現した図である。3組のリンク機構34は、幾何学的に同一形状のモデルで示すことができる。幾何学的に同一形状とは、各リンク部材35,36,37を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが、どのような姿勢をとっていても、中央リンク部材37の中央部に対する基端側部分と先端側部分が対称を成す形状であることを言う。本実施形態のパラレルリンク機構30は回転対称タイプで、基端側のベース32および基端側の端部リンク部材35と、先端側のステージ33および先端側の端部リンク部材36との位置関係が、中央リンク部材37の中心線Cに対して回転対称となる位置構成になっている。各中央リンク部材37の中央部は、共通の軌道円D上に位置している。 Figure 4 shows a set of link mechanisms 34 represented by straight lines. The three sets of link mechanisms 34 can be shown by models of geometrically identical shapes. The geometrically identical shapes refer to a geometric model in which each link member 35, 36, 37 is represented by straight lines, i.e., a model represented by each rotation pair and straight lines connecting these rotation pairs, in which the base end portion and the tip end portion are symmetrical with respect to the center of the central link member 37 regardless of the posture. The parallel link mechanism 30 of this embodiment is a rotationally symmetric type, and the positional relationship between the base end side base 32 and the base end side end link member 35 and the tip end side stage 33 and the tip end side end link member 36 is rotationally symmetrical with respect to the center line C of the central link member 37. The center of each central link member 37 is located on a common orbital circle D.

ベース32とステージ33と3組のリンク機構34とは、2自由度回転機構を構成する。ベース32に対するステージ33の旋回角φは、ベース32の中心軸QAに垂直な平面において、中心軸QAの交点を通る基準直線とステージ33の中心軸QBを投影した直線とが成す角度である。ベース32の中心軸QAに対して、ステージ33の中心軸QBが傾斜した垂直角度を、折れ角θという。この2自由度回転機構は、コンパクトでありながら、ベース32に対するステージ33の可動範囲を広くとれる。 The base 32, stage 33, and three link mechanisms 34 constitute a two-degree-of-freedom rotation mechanism. The rotation angle φ of the stage 33 relative to the base 32 is the angle between a reference line passing through the intersection of the central axis QA of the base 32 and a line projecting the central axis QB of the stage 33 on a plane perpendicular to the central axis QA of the base 32. The perpendicular angle at which the central axis QB of the stage 33 is inclined relative to the central axis QA of the base 32 is called the bend angle θ. This two-degree-of-freedom rotation mechanism is compact, yet allows the stage 33 to have a wide range of motion relative to the base 32.

例えば、基端側および先端側の球面リンク中心PA,PBを通り、ベース32およびステージ33と、基端側および先端側の端部リンク部材35,36の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線を、ベース32およびステージ33の中心軸QA,QBとした場合、基端側のベース32の中心軸QAと先端側のステージ33の中心軸QBとの折れ角θの最大値である最大折れ角θmaxを約90°とすることができる。なお最大折れ角θmaxが90°以上であってよい。またベース32に対するステージ33の旋回角φを0°~360°の範囲に設定できる。 For example, if the central axes QA and QB of the base 32 and stage 33 are defined as straight lines passing through the spherical link centers PA and PB on the base end side and the tip side and intersecting at right angles with the central axes of the base 32 and stage 33 and the respective rotation pairs of the end link members 35 and 36 on the base end side and tip side, the maximum bend angle θ max between the central axis QA of the base 32 on the base end side and the central axis QB of the stage 33 on the tip end side can be set to approximately 90°. Note that the maximum bend angle θ max may be 90° or more. The rotation angle φ of the stage 33 relative to the base 32 can be set in the range of 0° to 360°.

ベース32に対するステージ33の姿勢変更は、基端側のベース32の中心軸QAと先端側のステージ33の中心軸QBとの交点Oを回転中心として行われる。ベース32に対するステージ33の姿勢が変化しても、基端側と先端側の球面リンク中心PA,PB間の距離Lは変化しない。 The position of the stage 33 relative to the base 32 is changed around the intersection O between the central axis QA of the base 32 on the base end side and the central axis QB of the stage 33 on the tip end side, which serves as the center of rotation. Even if the position of the stage 33 relative to the base 32 changes, the distance L between the spherical link centers PA and PB on the base end side and tip end side does not change.

折れ角θの調整はリンク機構34の動作のみで可能であり、多関節ロボットのような複数の関節の動作を伴わない。このため、パラレルリンク機構30は、多関節ロボットの比べて素早い動作が可能である。したがって、図3のパラレルリンク機構30を、後述する機械学習に必要な画像データの収集に用いれば、多関節ロボットと比較して、大量の画像データを短時間で収集することができる。 The bending angle θ can be adjusted only by operating the link mechanism 34, and does not require the operation of multiple joints as in a multi-joint robot. For this reason, the parallel link mechanism 30 can operate more quickly than a multi-joint robot. Therefore, if the parallel link mechanism 30 in FIG. 3 is used to collect image data required for machine learning, which will be described later, a large amount of image data can be collected in a short time compared to a multi-joint robot.

図2に示す姿勢制御用のアクチュエータ31は、モータと減速機構および回転角度センサを備えたロータリアクチュエータである。アクチュエータ31は、ベース32の基端部材40の面に、基端側の端部リンク部材35の回転軸42と同軸上に設置されている。前記減速機構の出力軸は回転軸42に連結されている。アクチュエータ31は、基端部材40に固定されている。図3に示すように、3組のリンク機構34に、それぞれベース32に対する基端側の端部リンク部材35の成す角度α1~α3を変更するための3つのアクチュエータ31を設ければ、角度調整装置8の位置決め剛性が向上する。3組のリンク機構34のうち少なくとも2組に姿勢制御用のアクチュエータ31を設ければ、ベース32に対するステージ33の姿勢を確定することができる。 The actuator 31 for posture control shown in FIG. 2 is a rotary actuator equipped with a motor, a reduction mechanism, and a rotation angle sensor. The actuator 31 is installed on the surface of the base end member 40 of the base 32, coaxially with the rotation shaft 42 of the end link member 35 on the base end side. The output shaft of the reduction mechanism is connected to the rotation shaft 42. The actuator 31 is fixed to the base end member 40. As shown in FIG. 3, if three actuators 31 for changing the angles α1 to α3 of the end link member 35 on the base end side relative to the base 32 are provided in three link mechanisms 34, respectively, the positioning rigidity of the angle adjustment device 8 is improved. If the actuators 31 for posture control are provided in at least two of the three link mechanisms 34, the posture of the stage 33 relative to the base 32 can be determined.

<撮像装置およびピックアップ部>
図5のように、撮像装置9は、その撮像方向を示す光軸9aがステージ33の中心軸QBに一致するように配置される。ステージ33における撮像装置9の両側には、吸着パッド10A,10Bが配置される。吸着パッド10A,10Bは、図1のワーク20を取り上げるピックアップ部10を構成する。図5の撮像装置9の光軸9aとピックアップ部10のアプローチ方向A1とが平行になるように、撮像装置9およびピックアップ部10が配置されている。
<Imaging device and pickup unit>
As shown in Fig. 5, the imaging device 9 is disposed so that its optical axis 9a indicating the imaging direction coincides with the central axis QB of the stage 33. Suction pads 10A and 10B are disposed on both sides of the imaging device 9 on the stage 33. The suction pads 10A and 10B constitute the pickup unit 10 that picks up the workpiece 20 in Fig. 1. The imaging device 9 and the pickup unit 10 are disposed so that the optical axis 9a of the imaging device 9 in Fig. 5 is parallel to the approach direction A1 of the pickup unit 10.

ピックアップ部10として、本実施形態では、真空吸着方式のピックアップ部10が用いられる。ピックアップ部10は、2つの吸着パッド10A,10Bを有する。吸着パッド10A,10Bは、撮像装置9に隣接させ、かつ、2つの吸着パッド10A,10Bが互いに前記光軸9aに対して軸対称となるように配置される。ピックアップ部10の取り付け位置は、吸着パッド10A,10Bが撮像装置9の観察視野に入らない位置とする。図6のように、ステージ33上には、ピックアップ対象(作業対象)に決定したワーク20(図1)までの距離を検出する距離センサー11が配置されている。距離センサー11は、撮像装置9およびピックアップ部10に近接してステージ33上に設置される。 In this embodiment, a vacuum suction type pickup unit 10 is used as the pickup unit 10. The pickup unit 10 has two suction pads 10A and 10B. The suction pads 10A and 10B are adjacent to the imaging device 9 and are arranged so that the two suction pads 10A and 10B are axially symmetrical with respect to the optical axis 9a. The pickup unit 10 is attached to a position where the suction pads 10A and 10B are not within the observation field of the imaging device 9. As shown in FIG. 6, a distance sensor 11 is arranged on the stage 33 to detect the distance to the workpiece 20 (FIG. 1) determined as the pickup target (work target). The distance sensor 11 is installed on the stage 33 close to the imaging device 9 and the pickup unit 10.

<制御装置>
図7のように、制御装置100は、画像データ取得部111と、アプローチ方向等決定手段Apと、制御部114とを含む。画像データ取得部111は、撮像装置9から画像データを取得する。アプローチ方向等決定手段Apは、画像データに基づいて、ワークに対する作業の容易さを示す予測値Sと、この予測値Sが判定値T以上となると予測されるピックアップ部10の予測姿勢Uとを取得し、取得された前記予測値Sに基づいて作業対象とするワーク20を決定すると共に、前記予測値Sが判定値T以上となる場合の撮像装置9による撮像方向を、作業対象と決定したワーク20(図1)へのアプローチ方向として決定する。
<Control device>
7, the control device 100 includes an image data acquisition unit 111, an approach direction etc. determination means Ap, and a control unit 114. The image data acquisition unit 111 acquires image data from the imaging device 9. The approach direction etc. determination means Ap acquires a predicted value S indicating the ease of work on the work and a predicted attitude U of the pickup unit 10 when the predicted value S is predicted to be equal to or greater than a judgment value T based on the image data, and determines the work 20 to be the work target based on the acquired predicted value S, and determines the imaging direction of the imaging device 9 when the predicted value S is equal to or greater than the judgment value T as the approach direction to the work 20 (FIG. 1) determined to be the work target.

アプローチ方向等決定手段Apは、記憶部115と、検出部112と、学習部113とを含む。記憶部115は、取得した画像データと、後述する教師データおよび機械学習結果を保存する。検出部112は、取得した画像データを処理する。検出部112は、画像データに対して機械学習により生成された予測モデルMを適用することによって、前記予測値Sおよび前記予測姿勢Uを取得する。 The approach direction etc. determining means Ap includes a memory unit 115, a detection unit 112, and a learning unit 113. The memory unit 115 stores the acquired image data, as well as teacher data and machine learning results described below. The detection unit 112 processes the acquired image data. The detection unit 112 acquires the predicted value S and the predicted attitude U by applying a prediction model M generated by machine learning to the image data.

具体的には、検出部112は、記憶部115から読み込んだ機械学習結果によって取得した画像データを処理して目標とするワークおよびそのピックアップ位置とピックアップ動作の容易さを示す予測値Sと、予測値Sが判定値T以上となる可能性が高い予測姿勢Uを出力する。複数のワークがある場合には、検出部112は、画像データからピックアップ可能なワークを検出し、次に検出されたワークの各々について予測値Sと予測姿勢Uを求め、予測値Sが最大になったワークの把持位置、予測値S、予測姿勢Uを出力する。 Specifically, the detection unit 112 processes the image data acquired by the machine learning results read from the memory unit 115, and outputs the target workpiece, its pick-up position, a predicted value S indicating the ease of the pick-up operation, and a predicted posture U for which the predicted value S is likely to be equal to or greater than the judgment value T. When there are multiple workpieces, the detection unit 112 detects workpieces that can be picked up from the image data, then obtains the predicted value S and predicted posture U for each of the detected workpieces, and outputs the grip position, predicted value S, and predicted posture U of the workpiece with the largest predicted value S.

学習部113は、記憶部115に保存された画像データと、画像毎に予め指示した目標位置であるピックアップ位置およびピックアップ動作の容易さを示す正解値SGを教師データとして機械学習を行なう。
制御部114は、直動ユニット4、回転機構7、角度調整装置8、およびピックアップ部10を制御する。
制御装置100は、画像データ取得部111で撮像装置9から画像データを取得し、取得した画像データを検出部112で処理し、検出部112の処理結果に基づいて制御部114を介して位置決め機構PM、ピックアップ部10の動作を制御する制御信号を出力する。
The learning unit 113 performs machine learning using the image data stored in the memory unit 115, a pick-up position which is a target position specified in advance for each image, and a correct answer value SG which indicates the ease of the pick-up operation as teacher data.
The control unit 114 controls the linear motion unit 4 , the rotation mechanism 7 , the angle adjustment device 8 , and the pickup unit 10 .
The control device 100 acquires image data from the imaging device 9 using the image data acquisition unit 111, processes the acquired image data using the detection unit 112, and outputs a control signal that controls the operation of the positioning mechanism PM and the pickup unit 10 via the control unit 114 based on the processing results of the detection unit 112.

<予測値Sと正解値SGについて>
本実施形態では、学習結果を読み込んだ検出部112が、入力されたワークの画像データに対して出力するピックアップ動作の容易さを示す数値を予測値Sと呼ぶ。学習時に教師データとして与える予測値Sの正解を正解値SGと呼ぶ。予測値Sおよび正解値SGは、いずれも、例えば、「0~100」の範囲の値をとり、ピックアップ動作が容易であるほど大きな値をとる。
<About predicted value S and correct answer value SG>
In this embodiment, the numerical value indicating the ease of the pick-up operation output by the detection unit 112 that has read the learning result for the input image data of the work is called the predicted value S. The correct answer of the predicted value S given as teacher data during learning is called the correct value SG. Both the predicted value S and the correct value SG take values in the range of "0 to 100", for example, and the easier the pick-up operation is, the larger the value takes.

予測姿勢Uとは、対象ワークにおいて予測値Sが判定値T以上となると予測されるピックアップ部10の姿勢であり、例えば、位置決め機構PMの各軸に対する指令値の組合せで与えてもよい。正解姿勢UGは、学習時に入力されたワークの画像データに対して、そのワークのピックアップに最も適したアプローチ方向にピックアップ部10を移動させる位置決め機構PMへの指令値の教師データとして与える姿勢である。本実施形態では吸着タイプのピックアップ部10を用いるので、図の8ワーク20表面の法線方向A2を最適なアプローチ方向とする。 The predicted attitude U is the attitude of the pickup unit 10 that is predicted to result in a predicted value S of the target workpiece being equal to or greater than the judgment value T, and may be given, for example, as a combination of command values for each axis of the positioning mechanism PM. The correct attitude UG is the attitude given as teacher data for the command values to the positioning mechanism PM that moves the pickup unit 10 in the approach direction most suitable for picking up the workpiece, based on the image data of the workpiece input during learning. In this embodiment, a suction-type pickup unit 10 is used, so the normal direction A2 of the surface of the workpiece 20 in Figure 8 is set as the optimal approach direction.

<ワークの検出について>
図7の検出部112は、例えば、ニューラルネットワークを応用してピックアップ位置を検出する。検出部112は、記憶部115に保存された学習結果を用いてニューラルネットワークの数値計算を行なう。ニューラルネットワークには撮像装置9からの画像データを入力する。ニューラルネットワークは入力された画像データに対して中間層と呼ばれるフィルタ処理等を通して、出力層へ数値計算の結果を出力する。
ニューラルネットワークの出力層からは、図9に示すピックアップ可能なワーク20のピックアップ位置の座標(x,y)とともに、検出したピックアップ位置のピックアップ動作の容易さを示す予測値S、入力された画像データから算出された予測値Sが判定値T以上となる可能性が高いと推定される予測姿勢Uが出力される。
<About workpiece detection>
The detection unit 112 in Fig. 7 detects the pick-up position by applying, for example, a neural network. The detection unit 112 performs numerical calculations of the neural network using the learning results stored in the storage unit 115. Image data from the imaging device 9 is input to the neural network. The neural network outputs the results of numerical calculations to the output layer after passing the input image data through a filter process called an intermediate layer.
The output layer of the neural network outputs the coordinates (x, y) of the pick-up position of the pick-upable workpiece 20 shown in Figure 9, as well as a predicted value S indicating the ease of pick-up operation at the detected pick-up position, and a predicted attitude U that is estimated to be highly likely to be greater than or equal to the judgment value T, calculated from the input image data.

<学習データの収集について>
学習に用いるデータの収集方法について説明する。本実施形態では、図8のように、容器13の底部に直方体状のワーク20を配置した例を示す。このとき、ワーク20表面の法線方向A2は、予めわかっているものとする。図14は学習手順のフローチャートを示す。図7の制御装置100は、位置決め機構PMを制御し(図14、ステップa1)、図8のように、撮像装置9をワーク20の周囲の様々な位置(A),(B),(C)に移動して(図14、ステップa2)ワーク20を撮影し(図14、ステップa3)、出力された画像データを図7の記憶部115に保存する(図14、ステップa4,a5)。制御装置100は、保存する画像データに関連付けて、角度調整装置8の旋回角φと折れ角θ、その姿勢から図8のワーク20の最適なアプローチ方向である法線方向A2へ移動するためのよりよい指令値として正解姿勢UGも図7の記憶部115に保存する。
<Collection of learning data>
A method of collecting data used for learning will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 8, a rectangular parallelepiped workpiece 20 is placed at the bottom of the container 13. At this time, the normal direction A2 of the surface of the workpiece 20 is assumed to be known in advance. FIG. 14 shows a flowchart of the learning procedure. The control device 100 in FIG. 7 controls the positioning mechanism PM (FIG. 14, step a1), moves the imaging device 9 to various positions (A), (B), and (C) around the workpiece 20 as shown in FIG. 8 (FIG. 14, step a2), photographs the workpiece 20 (FIG. 14, step a3), and stores the output image data in the storage unit 115 in FIG. 7 (FIG. 14, steps a4 and a5). The control device 100 also stores the rotation angle φ and bending angle θ of the angle adjustment device 8, and the correct attitude UG as a better command value for moving from that attitude to the normal direction A2, which is the optimal approach direction of the workpiece 20 in FIG. 8, in the storage unit 115 in FIG. 7 in association with the image data to be stored.

学習用の画像を撮影後、記憶部115に保存した各画像データに対し作業者が行うアノテーション作業について説明する。図9は、図7の記憶部115に保存した画像データの中の1つを、制御装置100に接続されたモニタ110上に表示させた状態を示している。ここで、作業者がマウスまたはキーボードなどの入力装置109を用いて、図9のように、画像上のワーク20表面にピックアップ位置PPを設定する。ここで設定した座標を(x,y)とすると、これらのデータがピックアップ位置PPを示すものとして図7の記憶部115に記憶される(図14、ステップa5)。 After capturing the learning images, the annotation work performed by the worker on each image data stored in the memory unit 115 will be described. Figure 9 shows one of the image data stored in the memory unit 115 of Figure 7 displayed on the monitor 110 connected to the control device 100. The worker then uses an input device 109 such as a mouse or keyboard to set a pick-up position PP on the surface of the workpiece 20 in the image, as shown in Figure 9. If the coordinates set here are (x, y), these data are stored in the memory unit 115 of Figure 7 as indicating the pick-up position PP (Figure 14, step a5).

図10に示すように、撮像装置9の撮影方向を示す光軸9aとワーク20表面の法線A2とが一致する方向から撮影した画像は、ピックアップが容易な画像であると定義し、この画像のピックアップ位置PP(図9)に対して、ピックアップ動作の容易さを示す正解値SGとして最大値100を設定する。
作業者は、マウスまたはキーボードなどの入力装置109(図7)を用いてピックアップ位置PPを示す点を設定する。ピックアップ動作の容易さを示す正解値SGは、例えば対象とするワーク20の表面の法線A2と角度調整装置のアプローチ方向がなす角εを用いて下記式(1)で算出する。
As shown in Figure 10, an image captured from a direction in which the optical axis 9a indicating the shooting direction of the imaging device 9 coincides with the normal A2 to the surface of the workpiece 20 is defined as an image that is easy to pick up, and a maximum value of 100 is set as the correct answer value SG indicating the ease of the pick-up operation for the pick-up position PP (Figure 9) of this image.
The operator sets a point indicating the pick-up position PP using an input device 109 (FIG. 7) such as a mouse or a keyboard. The correct answer value SG indicating the ease of the pick-up operation is calculated by the following formula (1) using, for example, the angle ε between the normal A2 to the surface of the target workpiece 20 and the approach direction of the angle adjustment device.

SG=100×cos(ε/2) …(1)
正解値SGは、ε=0で最大値100をとり、εが大きくなるにつれ小さくなる。εは0~πの範囲の値とする。SGは、ε=πで最小値0をとる。
以上の作業で設定した座標(x,y)およびピックアップ動作の容易さを示す正解値SGが図7の記憶部115に保存される。前記正解値は、本実施形態ではワーク表面の法線方向を基準に求める例を示したが、ワークの形状またはピックアップ部の構造、機能等に応じて決めればよい。上記の説明は直方体形状のワークを吸着タイプのピックアップ部でピックアップする場合に関して一例を述べたものである。
SG=100×cos(ε/2)…(1)
The correct answer value SG has a maximum value of 100 when ε=0, and decreases as ε increases. ε is a value in the range from 0 to π. SG has a minimum value of 0 when ε=π.
The coordinates (x, y) set in the above work and the correct value SG indicating the ease of the pick-up operation are stored in the storage unit 115 of Fig. 7. In this embodiment, the correct value is However, it may be determined according to the shape of the workpiece or the structure and function of the pickup unit. The above explanation is an example of picking up a rectangular workpiece by a suction type pickup unit. This is what was done.

<学習処理>
学習部113は、以上の作業で収集した画像データおよびその画像データをもとにコンピュータグラフィックCGを用いて画像内のワーク位置等を変更しn増しした画像データと、座標(x,y)と、ピックアップ動作の容易さを示す正解値SGと、正解値SGが最大値「100」となる正解姿勢UGとを用いて、誤差逆伝播法で学習を行ない、結果を記憶部115に保存する。本実施形態では、図8の撮像装置9の光軸9aとワーク20の法線A2が一致するとき、ピックアップ動作の容易さを示す「予測値」が最大値の「100」となる。図7の検出部112は、この学習結果を用いてニューラルネットワークの数値計算を行なう。
<Learning process>
The learning unit 113 performs learning by the backpropagation method using the image data collected by the above work, image data obtained by changing the work position in the image and the like using computer graphics CG based on the image data and increasing the number of n, coordinates (x, y), a correct value SG indicating the ease of the pick-up operation, and a correct attitude UG at which the correct value SG is the maximum value "100", and stores the result in the storage unit 115. In this embodiment, when the optical axis 9a of the imaging device 9 in FIG. 8 coincides with the normal line A2 of the work 20, the "prediction value" indicating the ease of the pick-up operation becomes the maximum value "100". The detection unit 112 in FIG. 7 performs numerical calculations of the neural network using this learning result.

<ピックアップ装置の一連の動作>
学習後のニューラルネットワークを用いて、目標とするピックアップ位置の検出からピックアップ動作までの一連の動作が実行される例を示す。図11A,11Bは、ピックアップ装置の一連の動作を説明するためのフローチャートである。図12は、フローチャートの処理を実行する制御装置100の代表的な構成図である。図12において、メモリ102は、図7の記憶部115に相当する。また図12のプロセッサ101は、メモリ102に記憶されたプログラムを読み込んで実行することによって、図7の画像データ取得部111、検出部112、学習部113および制御部114として機能する。
<A series of operations of the pickup device>
An example is shown in which a series of operations from detection of a target pick-up position to pick-up operation is executed using a neural network after learning. Figures 11A and 11B are flowcharts for explaining a series of operations of a pick-up device. Figure 12 is a representative configuration diagram of a control device 100 that executes the processing of the flowchart. In Figure 12, memory 102 corresponds to storage unit 115 in Figure 7. Moreover, processor 101 in Figure 12 functions as image data acquisition unit 111, detection unit 112, learning unit 113, and control unit 114 in Figure 7 by reading and executing a program stored in memory 102.

制御装置100は、位置決め機構PMを制御し、撮像装置9をワークの近傍に移動する(図11A、ステップS1)。続いて、制御装置100は、位置決め機構PMを制御し、撮像装置9の光軸をワークの方向に向け(図11A、ステップS2)、ある撮影方向から画像を撮影する(図11A、ステップS3)。 The control device 100 controls the positioning mechanism PM to move the imaging device 9 to the vicinity of the workpiece (FIG. 11A, step S1). Next, the control device 100 controls the positioning mechanism PM to orient the optical axis of the imaging device 9 toward the workpiece (FIG. 11A, step S2), and captures an image from a certain shooting direction (FIG. 11A, step S3).

制御装置100は、撮像装置9から画像データを取得してニューラルネットワークに入力し、ピックアップ可能なワークのピックアップ位置の座標(x,y)を検出し、ピックアップ動作の容易さを示す予測値S、予測姿勢Uを算出する(図11A、ステップS4)。ワークが見つからず予測値が算出できない、または予測値が所定の範囲にない場合(図11A、ステップS5:NO)、制御装置100は、エラー信号を発信し、このフローチャートの処理を終了させる。 The control device 100 acquires image data from the imaging device 9, inputs it to a neural network, detects the coordinates (x, y) of the pick-up position of a pickable workpiece, and calculates a predicted value S and a predicted attitude U that indicate the ease of the pick-up operation (FIG. 11A, step S4). If the workpiece is not found and the predicted value cannot be calculated, or if the predicted value is not within a predetermined range (FIG. 11A, step S5: NO), the control device 100 transmits an error signal and ends the processing of this flowchart.

ワークが見つかり予測値Sが算出された場合(図11A、ステップS5:YES)、制御装置100は、出力層から得られるピックアップ動作の容易さを示す予測値Sを判定値Tと比較する(図11A、ステップS6)。ステップS5のワークの有無判別はステップS3後に従来の画像処理などで判別してもよいが、ワークがない場合に予測値Sが閾値未満となるように学習させておけば、個別の処理が不要となる。 When a workpiece is found and a predicted value S is calculated (FIG. 11A, step S5: YES), the control device 100 compares the predicted value S, which indicates the ease of the pick-up operation obtained from the output layer, with a judgment value T (FIG. 11A, step S6). The presence or absence of a workpiece in step S5 may be determined using conventional image processing after step S3, but if the system is trained so that the predicted value S is less than a threshold value when no workpiece is present, separate processing is not required.

出力された画像データの予測値Sが判定値Tより小さいとき(図11A、ステップS6:NO)、予測姿勢Uへ姿勢変更し(図11A、ステップS8)、ステップS3~ステップS6の処理が繰返される。このように制御装置100は、予測値Sが判定値T未満である場合に、ピックアップ部10を予測姿勢に移動させ、再度、撮像装置9で撮像され出力される画像データに対して、ピックアップ部10を移動させた姿勢での予測値Sおよび予測姿勢Uを取得することを繰り返す。 When the predicted value S of the output image data is smaller than the judgment value T (FIG. 11A, step S6: NO), the posture is changed to the predicted posture U (FIG. 11A, step S8), and the processing of steps S3 to S6 is repeated. In this way, when the predicted value S is less than the judgment value T, the control device 100 moves the pickup unit 10 to the predicted posture, and again repeats the process of obtaining the predicted value S and predicted posture U for the posture to which the pickup unit 10 is moved for the image data captured and output by the imaging device 9.

一方、予測値Sが判定値T以上のとき(図11A、ステップS6:YES)、位置決め機構PMの移動を停止し、距離センサー11(図6)等でピックアップ位置までの相対距離Dを計測する(図11B、ステップS7)。このとき、ピックアップ前の状態を撮像装置9で撮影する(図11B、ステップS9)。また、撮像装置9の位置と光軸方向を記憶部115に保存する。 On the other hand, when the predicted value S is equal to or greater than the judgment value T (FIG. 11A, step S6: YES), the movement of the positioning mechanism PM is stopped, and the relative distance D to the pick-up position is measured using the distance sensor 11 (FIG. 6) or the like (FIG. 11B, step S7). At this time, the state before pick-up is photographed by the imaging device 9 (FIG. 11B, step S9). In addition, the position and optical axis direction of the imaging device 9 are stored in the memory unit 115.

次に、制御装置100は、相対距離Dと撮像装置9の位置および光軸方向に基づいてピックアップに必要な直動ユニット4の各軸の移動距離を算出し、撮像装置9の光軸に平行に距離Dだけエンドエフェクタであるピックアップ部10を移動する(図11B、ステップS10)。そして制御装置100は、ピックアップ部10を制御してワーク20に対するピックアップ動作を行う(図11B、ステップS11)。このように制御装置100の制御部114は、決定されたアプローチ方向から作業対象と決定したワークに対して作業を行うようにピックアップ部10を制御する。ピックアップ動作後、制御装置100は、進入した方向と平行かつ反対方向に距離Dだけピックアップ部10を退避させる(図11B、ステップS12)。このとき、制御装置100は、ピックアップ動作後の状態を撮像装置9によって撮影する(図11B、ステップS13)。 Next, the control device 100 calculates the movement distance of each axis of the linear motion unit 4 required for picking up based on the relative distance D and the position and optical axis direction of the imaging device 9, and moves the pickup unit 10, which is an end effector, by the distance D parallel to the optical axis of the imaging device 9 (FIG. 11B, step S10). Then, the control device 100 controls the pickup unit 10 to perform a pick-up operation on the workpiece 20 (FIG. 11B, step S11). In this way, the control unit 114 of the control device 100 controls the pickup unit 10 to perform work on the workpiece determined as the work target from the determined approach direction. After the pick-up operation, the control device 100 retracts the pickup unit 10 by the distance D in a direction parallel to and opposite to the direction of entry (FIG. 11B, step S12). At this time, the control device 100 photographs the state after the pick-up operation using the imaging device 9 (FIG. 11B, step S13).

次に、制御装置100は、ワーク20がピックアップできているか否かを判定する。例えば、制御装置100は、ピックアップ動作の前後において撮像装置9から出力された画像データを比較して不一致部分を検出する。制御装置100は、ピックアップの対象としたワークに相当する不一致が検出された場合はピックアップ成功と判定し、変化が検出されなかったときはピックアップ失敗と判定することができる(図11B、ステップS14)。ピックアップ成否の判定処理は、特にこの方法には限定されない。ピックアップの成否を判定できれば、近接センサー等の他のセンサーで判定してもよい。 Next, the control device 100 determines whether the workpiece 20 has been picked up. For example, the control device 100 detects mismatches by comparing image data output from the imaging device 9 before and after the pick-up operation. The control device 100 can determine that the pick-up was successful if a mismatch corresponding to the workpiece to be picked up is detected, and can determine that the pick-up was unsuccessful if no change is detected (FIG. 11B, step S14). The process for determining whether the pick-up was successful is not limited to this method. As long as it is possible to determine whether the pick-up was successful, it may be determined using other sensors, such as a proximity sensor.

その後制御装置100は、上記の判定結果と、検出した座標(x,y)を、ピックアップ動作前の画像とともに制御装置100の記憶部115に保存する(図11B、ステップS15)。
制御装置100は、ピックアップが成功した場合には(図11A、ステップS16:YES)、このフローチャートの処理を終了させ(図11A、ステップS17)、ピックアップ処理が成功していない場合には(図11A、ステップS16:NO)、再びステップS2以降の処理を繰返す。
Thereafter, the control device 100 stores the above-mentioned determination result and the detected coordinates (x, y) in the storage unit 115 of the control device 100 together with the image before the pick-up operation (FIG. 11B, step S15).
If the pickup is successful (FIG. 11A, step S16: YES), the control device 100 ends the processing of this flowchart (FIG. 11A, step S17), and if the pickup process is not successful (FIG. 11A, step S16: NO), the control device 100 repeats the processing from step S2 onwards.

<追加の学習>
必要に応じて、上記のピックアップ動作結果を用いて追加学習を行なってもよい。制御装置100は、実際のピックアップ動作で撮影された対象物の画像と、その画像において検出されたピックアップ位置と、ピックアップ動作結果に応じて決定されたピックアップ動作の容易さを示す正解値SGとを教師データに追加して機械学習を行なう。そして制御装置100は、追加学習によって更新された機械学習結果に基づいて以降のワークのピックアップ動作を行なわせる。
<Additional learning>
If necessary, additional learning may be performed using the above pick-up operation results. The control device 100 performs machine learning by adding to the teacher data an image of the object captured during the actual pick-up operation, a pick-up position detected in the image, and a correct answer value SG indicating the ease of the pick-up operation determined according to the pick-up operation result. The control device 100 then causes the subsequent workpiece pick-up operation to be performed based on the machine learning result updated by the additional learning.

この場合、ピックアップに成功したときは、ピックアップの容易さを示す正解値SGを100とし、失敗したときは正解値SGに係数α(ただし、α<1)を乗じた新たな値を正解値SGとする。制御装置100は、このようにして更新された正解値SGおよびピックアップ位置の座標(x,y)を教師データに追加して学習を行ない、学習結果を更新して記憶部115に保存する。 In this case, if the pickup is successful, the correct answer value SG, which indicates the ease of pickup, is set to 100, and if it is unsuccessful, a new value obtained by multiplying the correct answer value SG by a coefficient α (where α < 1) is set to the correct answer value SG. The control device 100 adds the correct answer value SG and the coordinates (x, y) of the pickup position updated in this way to the teacher data, performs learning, and updates the learning result and stores it in the memory unit 115.

係数αは、たとえば、図11BのステップS14で失敗が検出された場合は0.3に設定し、アプローチ動作中に撮影を行ない、図7のピックアップ部10とワーク20(図8)とが接触してワーク姿勢が変化したことを検出したときは0.5に設定してもよい。なお、係数αは、特にこれらの値に限定される必要はなく、ピックアップ動作の失敗要因に応じて設定されればよい。
また、前述のアノテーション作業と同様の作業によって、検出された位置を微調整してもよい。さらに、この微調整された位置を教師データとして学習を行ない、記憶部115に保存された学習結果を更新してもよい。
追加学習により、作業環境等が変化しても迅速に対応することができる。
The coefficient α may be set to 0.3, for example, when a failure is detected in step S14 in Fig. 11B, and may be set to 0.5 when an image is taken during the approach operation and it is detected that the pickup unit 10 in Fig. 7 and the workpiece 20 (Fig. 8) have come into contact with each other and the posture of the workpiece has changed. Note that the coefficient α does not need to be limited to these values, and may be set according to the cause of the failure of the pickup operation.
The detected positions may be fine-tuned by a process similar to the annotation process described above. Furthermore, learning may be performed using the fine-tuned positions as teaching data, and the learning results stored in the storage unit 115 may be updated.
Additional learning enables rapid response to changes in the work environment, etc.

また、図15のフローチャートに示すように、予測値Sが判定値T以上(ステップS6:YES)となる姿勢に変更された後にもN回繰り返して予測値Sが判定値T以上となる予測姿勢Uに変更し、判定値T以上となる予測値Sのうち、最大となる場合の姿勢をアプローチ方向としてもよい(ステップS18~S26)。すなわち図7の制御装置100は、予測値Sが判定値T以上となった後、ピックアップ部10に対し複数回予測姿勢への姿勢変更を繰り返し、各姿勢にて撮像装置9で撮像され出力された複数の画像データのうち、予測値Sが最大になる姿勢における撮影方向を、ワークへのアプローチ方向として決定する。これによりピックアップの成功率を向上させることができる。ここで、図15中のピックアップ処理とは、図11BのS7~S15に示す処理である。 As shown in the flowchart of FIG. 15, even after the predicted value S is changed to a posture that is equal to or greater than the judgment value T (step S6: YES), the predicted value S may be changed to a predicted posture U that is equal to or greater than the judgment value T by repeating N times, and the posture in which the predicted value S is maximum among the predicted values S that are equal to or greater than the judgment value T may be set as the approach direction (steps S18 to S26). That is, after the predicted value S becomes equal to or greater than the judgment value T, the control device 100 in FIG. 7 repeatedly changes the posture of the pickup unit 10 to the predicted posture multiple times, and among the multiple image data captured and output by the imaging device 9 in each posture, determines the shooting direction in the posture that maximizes the predicted value S as the approach direction to the workpiece. This can improve the success rate of the pickup. Here, the pickup process in FIG. 15 is the process shown in S7 to S15 in FIG. 11B.

なお、図7の制御部114は学習機能を省略し、他の同型装置により作成された学習結果を移植して使用してもよい。学習機能を省略することにより、機械学習に必要な計算機能および学習用データの保管機能が不要になるため、機能の低い部品を使用することができる。このため、学習機能を有する制御部よりも制御部114の価格を低減できる。 The control unit 114 in FIG. 7 may omit the learning function and use the learning results created by another device of the same type. By omitting the learning function, the calculation function required for machine learning and the storage function for learning data are unnecessary, making it possible to use parts with lower functionality. This allows the price of the control unit 114 to be reduced compared to a control unit with a learning function.

<作用効果>
以上説明したピックアップ装置1によると、制御装置100は、画像データに基づいて、ワークに対する作業の容易さを示す予測値Sと、この予測値Sが判定値T以上となると予測されるピックアップ部10の予測姿勢Uとを取得する。制御装置100は、例えば、取得された予測値Sが最大となったワークを作業対象として選択する。前記予測値Sが判定値T以上となる場合には、画像データ取得時の撮像方向をワークへのアプローチ方向として決定する。制御部114は、決定されたアプローチ方向からワークに対して作業を行うようにピックアップ部10を制御する。
<Action and effect>
According to the pickup device 1 described above, the control device 100 acquires, based on image data, a predicted value S indicating the ease of working on the workpiece, and a predicted attitude U of the pickup unit 10 at which this predicted value S is predicted to be equal to or greater than a judgment value T. For example, the control device 100 selects the workpiece for which the acquired predicted value S is the largest as the work target. When the predicted value S is equal to or greater than the judgment value T, the control device 100 determines the imaging direction at the time of acquiring the image data as the approach direction to the workpiece. The control unit 114 controls the pickup unit 10 so that work is performed on the workpiece from the determined approach direction.

全ての予測値Sが判定値T未満である場合には、制御装置100は、いずれかのワークに対応する予測姿勢Uにピックアップ部10を移動させ、再度、撮像装置9によってワークを撮像させ画像データを取得し、その姿勢での予測値Sおよび予測姿勢Uを取得することを繰り返す。
こうすることで、ランダムにピックアップ部10を移動させて予測値が判定値以上となる姿勢を探索する場合と比較して、ピックアップを行える可能性が高いアプローチ方向の探索時間を短縮できる。よりピックアップを行える可能性が高いアプローチ方向からワークに対して作業を行うため、前述の従来技術に比べて、ワークに対する作業の成功率を向上することができる。
If all the predicted values S are less than the judgment value T, the control device 100 moves the pickup unit 10 to the predicted posture U corresponding to one of the workpieces, again captures an image of the workpiece using the imaging device 9 to obtain image data, and repeats the process of obtaining the predicted value S and predicted posture U at that posture.
This makes it possible to shorten the search time for an approach direction with a higher probability of picking up a workpiece, compared to a case where the pickup unit 10 is moved randomly to search for a posture where the predicted value is equal to or greater than the judgment value. Since the workpiece is worked on from the approach direction with a higher probability of picking up a workpiece, the success rate of the work on the workpiece can be improved, compared to the conventional technology described above.

制御装置100のアプローチ方向等決定手段Apは、画像データに対して機械学習により生成された予測モデルを適用することによって、予測値Sおよび予測姿勢Uを取得する。この場合、必要に応じて目標とするピックアップ部10の姿勢を微調整することができる。よって、ワークに対する作業の成功率をさらに向上し得る。 The approach direction etc. determining means Ap of the control device 100 obtains the predicted value S and predicted attitude U by applying a prediction model generated by machine learning to the image data. In this case, the target attitude of the pickup unit 10 can be fine-tuned as necessary. This can further improve the success rate of work on the workpiece.

位置決め機構PMは、撮像装置9およびピックアップ部10が固定される図6のステージ33を有し、撮像装置9の光軸9aとピックアップ部10のアプローチ方向A1(図5)とが平行になるように、撮像装置9およびピックアップ部10が配置される。この場合、ワークを撮像装置9で撮像後、ピックアップ部10を移動させる際に、撮像装置9の光軸方向とのずれを修正する必要がなく、ピックアップ部10におけるワークの作業時間の短縮および作業の成功率の向上が図れる。 The positioning mechanism PM has a stage 33 (FIG. 6) to which the imaging device 9 and the pickup unit 10 are fixed, and the imaging device 9 and the pickup unit 10 are positioned so that the optical axis 9a of the imaging device 9 is parallel to the approach direction A1 (FIG. 5) of the pickup unit 10. In this case, after the workpiece is imaged by the imaging device 9, there is no need to correct any misalignment with the optical axis direction of the imaging device 9 when moving the pickup unit 10, thereby shortening the workpiece operation time in the pickup unit 10 and improving the success rate of the operation.

図1の位置決め機構PMは、図6のベース32と、撮像装置9およびピックアップ部10が固定されるステージ33とを備え、ベース32に対してステージ33を回転2自由度で位置決めする第1の位置決め機構である角度調整装置8と、ベース32を位置決めする図1の第2の位置決め機構47とを有する。この場合、図6のように、回転2自由度を有する角度調整装置8における先端側のステージ33に、撮像装置9を固定することにより、撮像装置9をワークの近傍に位置決めできる。この場合、ワークの上方に撮像装置を固定する従来技術等よりも分解能の高い画像データを取得できる。また、撮影方向が変更可能に構成された撮像装置9で得られた画像データを用いてワークに対する作業の容易さを判定し、撮影方向と同じ方向からアプローチして作業を行う。このため、図1のピックアップ装置1におけるワークの作業の成功率が向上する。 The positioning mechanism PM in FIG. 1 includes the base 32 in FIG. 6 and the stage 33 to which the imaging device 9 and the pickup unit 10 are fixed, and has an angle adjustment device 8, which is a first positioning mechanism that positions the stage 33 with two degrees of freedom of rotation relative to the base 32, and a second positioning mechanism 47 in FIG. 1 that positions the base 32. In this case, as shown in FIG. 6, the imaging device 9 can be fixed to the stage 33 on the tip side of the angle adjustment device 8 having two degrees of freedom of rotation, so that the imaging device 9 can be positioned near the workpiece. In this case, image data with higher resolution than that of the conventional technology in which the imaging device is fixed above the workpiece can be obtained. In addition, the ease of work on the workpiece is determined using image data obtained by the imaging device 9 configured to be able to change the shooting direction, and the work is performed by approaching from the same direction as the shooting direction. This improves the success rate of work on the workpiece in the pickup device 1 in FIG. 1.

図6の撮像装置9の光軸9aとステージ33の中心軸QBとが一致するように、撮像装置9およびステージ33が配置される。この場合、ワークを撮影した方向からピックアップ部10の姿勢を変更することなくピックアップ部10をワークにアプローチすることができる。これにより、撮像装置9の光軸9aとステージ33の中心軸QBとが不一致の構成に対し、ワークの作業の成功率が向上し、姿勢変更する時間を短縮することができる。 The imaging device 9 and stage 33 are positioned so that the optical axis 9a of the imaging device 9 in FIG. 6 coincides with the central axis QB of the stage 33. In this case, the pickup unit 10 can approach the workpiece from the direction in which the workpiece was photographed without changing the posture of the pickup unit 10. This improves the success rate of the workpiece operation and shortens the time required to change posture, compared to a configuration in which the optical axis 9a of the imaging device 9 and the central axis QB of the stage 33 do not coincide.

前記第1の位置決め機構は、ベース32およびステージ33と、ベース32に対しステージ33を姿勢変更可能に連結する2組以上のリンク機構34と、リンク機構34を駆動するアクチュエータ31とを含む角度調整装置8である。この場合、回転位置決め機構を2台直列に配置した2自由度機構に比べて、可動部の質量が小さく、高速位置決めが可能である。そのため、最適アプローチ方向の探索時間を短縮できる。 The first positioning mechanism is an angle adjustment device 8 that includes a base 32, a stage 33, two or more link mechanisms 34 that connect the stage 33 to the base 32 so that the position can be changed, and an actuator 31 that drives the link mechanisms 34. In this case, the mass of the moving parts is smaller and high-speed positioning is possible compared to a two-degree-of-freedom mechanism in which two rotational positioning mechanisms are arranged in series. Therefore, the search time for the optimal approach direction can be shortened.

<他の実施形態について>
以下の説明においては、各実施形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している実施形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
<Other embodiments>
In the following description, parts corresponding to matters previously described in each embodiment are given the same reference numerals, and duplicated description is omitted. When only a part of the configuration is described, the other parts of the configuration are the same as the previously described embodiment unless otherwise specified. The same configuration has the same effect. It is possible to combine not only the parts specifically described in each embodiment, but also partially combine the embodiments, provided that there is no particular problem with the combination.

<ピックアップ部の変形例>
第1の実施形態では、図5のピックアップ部10が吸着パッド10A,10Bを備える場合の例を示したが、吸着によりピックアップするもの以外でもよい。例えば、その他のハンド機構で把持するものであっても同様な構成とすることができる。
図13に示す変形例のピックアップ部200は、ステージ33に撮像装置9とともに取り付けられている。ピックアップ部200は、把持部ベース201と把持部202,203とを含む。把持部202と把持部203とは、ワークへのアプローチ時に同図13に示すようにオープン状態となり、ワークをピックアップする時にはクローズ状態となる。クローズ状態では、ピックアップ成功時には把持部202と把持部203との間にワーク20(図1参照)が把持される。
このように、把持部202,203によってワークを把持することによって、ピックアップ動作を行なってもよい。把持部が2本指の例を示したが、3本以上の指であってもよい。
<Modifications of the Pickup Unit>
In the first embodiment, an example in which the pickup unit 10 in Fig. 5 is provided with the suction pads 10A and 10B is shown, but the pickup unit 10 may be configured to pick up an object by other means than suction. For example, the pickup unit 10 may be configured to grip an object by other hand mechanisms in a similar manner.
A pickup unit 200 of a modified example shown in Fig. 13 is attached to the stage 33 together with the imaging device 9. The pickup unit 200 includes a gripper base 201 and grippers 202 and 203. The grippers 202 and 203 are in an open state as shown in Fig. 13 when approaching a workpiece, and are in a closed state when picking up the workpiece. In the closed state, the workpiece 20 (see Fig. 1) is gripped between the grippers 202 and 203 when the pickup is successful.
In this manner, the pick-up operation may be performed by gripping the workpiece with the gripping parts 202 and 203. Although an example in which the gripping part has two fingers has been shown, the gripping part may have three or more fingers.

[第2の実施形態:垂直多関節型]
図16のように、位置決め機構として、垂直多関節型の多関節機構PMaを適用してもよい。多関節機構PMaは、ベースユニット48と、複数の関節を有する複数(この例では第1~第6)のアーム49a~49fとを備える。ベースユニット48に複数のアーム49a~49fが順次連結される。ベースユニット48は、地面である床等に設置されている。先端側の第6のアーム49fの先端部に、エンドエフェクタであるピックアップ部10と、撮像装置9とが取り付けられている。
[Second embodiment: vertically articulated type]
As shown in Fig. 16, a vertical articulated type articulated mechanism PMa may be used as the positioning mechanism. The articulated mechanism PMa includes a base unit 48 and a plurality of arms 49a to 49f (first to sixth in this example) having a plurality of joints. The arms 49a to 49f are sequentially connected to the base unit 48. The base unit 48 is installed on the floor or the like, which is the ground. A pickup unit 10, which is an end effector, and an imaging device 9 are attached to the tip of the sixth arm 49f on the tip side.

ベースユニット48に設けられた回転駆動源50に、基端側の第1のアーム49aがZ軸方向回りに回転可能に設けられている。各関節には、モータ等の駆動源51がそれぞれ設けられている。ベースユニット48には、制御装置であるコントローラCRが設けられている。コントローラCRにより、撮像装置9、ピックアップ部10、回転駆動源50、および各駆動源51が制御される。この多関節機構PMaを備えたピックアップ装置1Aによると、パラレルリンク機構を備えた第1の実施形態に比べて、位置決めの速度が劣るものの同様の作用効果を奏する。 The first arm 49a on the base end side is rotatably mounted on a rotary drive source 50 provided on the base unit 48 around the Z-axis direction. A drive source 51 such as a motor is provided at each joint. The base unit 48 is provided with a controller CR, which is a control device. The imaging device 9, the pickup unit 10, the rotary drive source 50, and each drive source 51 are controlled by the controller CR. The pickup device 1A equipped with this multi-joint mechanism PMa has a slower positioning speed than the first embodiment equipped with a parallel link mechanism, but achieves the same effects.

[第3の実施形態:水平多関節型]
図17のように、位置決め機構として、水平多関節型の多関節機構PMbを適用してもよい。ベースユニット48に設けられた回転駆動源50に、回転機構53を介して基端側の第1のアーム49aがZ軸方向回りに回転可能に設けられている。第1のアーム49aの先端部に、回転機構53を介して第2のアーム49bがZ軸方向回りに回転可能に設けられている。先端側の第3のアーム49cは、直動機構52により第2のアーム49bに対しZ軸方向に移動可能に構成されている。第3のアーム49cの先端部に回転機構53を介してエンドエフェクタであるピックアップ部10と、撮像装置9とが取り付けられている。この多関節機構PMbを備えたピックアップ装置1Bにおいても、パラレルリンク機構を備えた第1の実施形態に比べて、位置決めの速度が劣るものの同様の作用効果を奏する。
[Third embodiment: horizontal multi-joint type]
As shown in FIG. 17, a horizontal articulated type articulated mechanism PMb may be applied as the positioning mechanism. A first arm 49a on the base end side is provided rotatably around the Z-axis direction via a rotation mechanism 53 on a rotary drive source 50 provided on a base unit 48. A second arm 49b is provided rotatably around the Z-axis direction via a rotation mechanism 53 on the tip of the first arm 49a. A third arm 49c on the tip side is configured to be movable in the Z-axis direction relative to the second arm 49b by a linear motion mechanism 52. A pickup unit 10 as an end effector and an imaging device 9 are attached to the tip of the third arm 49c via a rotation mechanism 53. The pickup device 1B equipped with this articulated mechanism PMb also exhibits the same effects as the first embodiment equipped with a parallel link mechanism, although the positioning speed is inferior.

[第4の実施形態:垂直多関節型+リンク作動装置]
図18のように、位置決め機構は、垂直多関節型の多関節機構PMaを介して、リンク作動装置8が連結された機構としてもよい。この例では、先端側の第3のアームの先端部に、リンク作動装置8のベース32が取り付けられている。
[第5の実施形態:水平多関節型+リンク作動装置]
図19のように、位置決め機構は、水平多関節型の多関節機構PMbを介して、リンク作動装置8が連結された機構としてもよい。この例では、先端側の第3のアーム49cの先端部に、回転機構53を介してリンク作動装置8のベース32が取り付けられている。
第4,第5の実施形態によると、ピックアップ装置全体をコンパクト化し作業スペースの低減を図れる。その他第1の実施形態と同様の作用効果を奏する。
[Fourth embodiment: vertical articulated type + link actuator]
18, the positioning mechanism may be a mechanism in which the link actuator 8 is connected via a vertical articulated type articulated mechanism PMa. In this example, a base 32 of the link actuator 8 is attached to the tip of the third arm on the tip side.
[Fifth embodiment: horizontal multi-joint type + link actuator]
19, the positioning mechanism may be a mechanism in which the link actuator 8 is connected via a horizontal articulated type articulated mechanism PMb. In this example, the base 32 of the link actuator 8 is attached to the tip of the third arm 49c on the tip side via a rotation mechanism 53.
According to the fourth and fifth embodiments, the pickup device as a whole can be made compact, thereby reducing the working space required, and other effects similar to those of the first embodiment can be achieved.

図6の距離センサー11は、撮像装置9と一体に設けてもよいし、撮像装置9の焦点合わせ機能を利用してワーク20(図1)との距離を検出してもよい。
第1の実施形態では、2つの吸着パッド10A,10Bを撮像装置9の両側に隣接するように配置したが、ピックアップするワークの形状に応じて吸着パッド10A,10Bを適切な位置に配置すればよい。
The distance sensor 11 in FIG. 6 may be provided integrally with the imaging device 9, or may detect the distance to the workpiece 20 (FIG. 1) by utilizing the focusing function of the imaging device 9.
In the first embodiment, the two suction pads 10A, 10B are arranged adjacent to both sides of the imaging device 9, but the suction pads 10A, 10B may be arranged in appropriate positions depending on the shape of the workpiece to be picked up.

第1の実施形態では、2つの吸着パッドを用いたが、ワークの重量および形状に応じて3個以上の吸着パッドを用いてもよい。1個の吸着パッドでワークをピックアップできる場合には、吸着パッドを複数搭載する必要はなく1個の吸着パッドでもよい。ワークを取り上げるピックアップ部10として、吸着パッド以外のクランプ機構または多指ハンド等任意の把持機構を用いることができる。 In the first embodiment, two suction pads are used, but three or more suction pads may be used depending on the weight and shape of the workpiece. If a workpiece can be picked up with one suction pad, there is no need to install multiple suction pads and one suction pad will suffice. As the pickup unit 10 that picks up the workpiece, any gripping mechanism such as a clamping mechanism or a multi-fingered hand other than a suction pad can be used.

第1の実施形態では、ワーク検出にニューラルネットワークを使用する例を示したが、サポートベクタマシン等の一般的な教師あり学習法、オートエンコーダ(自己符号化器)、k平均法、主成分分析などの教師なし学習法を用いてもよく、複数の学習法を複合した機械学習法を用いてもよい。
図7の学習部113において、誤差逆伝播法以外にも、サポートベクタマシン等の一般的な教師あり学習法を用いてもよく、オートエンコーダ(自己符号化器)、k平均法、主成分分析などの教師なし学習法を用いてもよい。また、複数の学習法を複合した機械学習法を用いてもよい。
In the first embodiment, an example of using a neural network for workpiece detection was shown, but a general supervised learning method such as a support vector machine, an unsupervised learning method such as an autoencoder, k-means, or principal component analysis may also be used, or a machine learning method that combines multiple learning methods may also be used.
7, in addition to the backpropagation method, a general supervised learning method such as a support vector machine may be used, or an unsupervised learning method such as an autoencoder, k-means method, or principal component analysis may be used. Also, a machine learning method that combines a plurality of learning methods may be used.

制御装置100は、画像データに基づいて、機械学習を行うことなくワークに対する作業の容易さを示す予測値Sと、定められた判定基準に従って前記予測値Sが判定値T以上となると予測されるピックアップ部10の予測姿勢Uとを取得してもよい。前記定められた判定基準は、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な判定基準を求めて定められる。
定められた作業として、ワークをピックアップする以外に、例えば、組立、溶接、グリース塗布、外観検査等を適用し得る。
The control device 100 may obtain, based on the image data, a predicted value S indicating the ease of work on the workpiece without performing machine learning, and a predicted attitude U of the pickup unit 10 at which the predicted value S is predicted to be equal to or greater than a judgment value T according to a determined judgment criterion. The determined judgment criterion is determined by, for example, obtaining an appropriate judgment criterion through either one or both of a test and a simulation.
In addition to picking up a workpiece, the specified tasks may include, for example, assembly, welding, greasing, and visual inspection.

以上、本発明の実施形態を説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and are not limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

1…ピックアップ装置(作業装置)、8…角度調整装置(第1の位置決め機構)、9…撮像装置、10…ピックアップ部(作業部)、20…ワーク、31…アクチュエータ、32…ベース、33…ステージ、34…リンク機構、47…第2の位置決め機構、100…制御装置、114…制御部、Ap…アプローチ方向等決定手段、PM…位置決め機構、 1...Pickup device (working device), 8...Angle adjustment device (first positioning mechanism), 9...Imaging device, 10...Pickup unit (working unit), 20...Work, 31...Actuator, 32...Base, 33...Stage, 34...Link mechanism, 47...Second positioning mechanism, 100...Control device, 114...Control unit, Ap...Means for determining approach direction, etc., PM...Positioning mechanism,

Claims (7)

ワークを撮像して画像データを出力する撮像装置と、
前記ワークに対して定められた作業を行う作業部と、
前記撮像装置および前記作業部と前記ワークを相対的に位置決めする位置決め機構と、
前記撮像装置、前記作業部および前記位置決め機構を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記撮像装置から出力される画像データに基づいて、前記ワークに対する作業の容易さを示す予測値と、この予測値が判定値以上となると予測される前記作業部の予測姿勢とを取得し、取得された前記予測値に基づいて作業対象とする前記ワークを決定すると共に、前記予測値が前記判定値以上となる場合の前記撮像装置による撮像方向を、作業対象と決定した前記ワークへのアプローチ方向として決定するアプローチ方向等決定手段と、
決定された前記アプローチ方向から作業対象と決定した前記ワークに対して作業を行うように前記作業部を制御する制御部と、を含み、
前記制御装置は、前記予測値が判定値未満である場合に、前記作業部を予測姿勢に移動させ、再度、前記撮像装置で撮像され出力される画像データに対して、前記作業部を移動させた姿勢での前記予測値および予測姿勢を取得することを繰り返す作業装置。
An imaging device that captures an image of a workpiece and outputs image data;
A working unit that performs a predetermined operation on the workpiece;
a positioning mechanism for positioning the imaging device, the working unit, and the workpiece relative to each other;
a control device that controls the imaging device, the working unit, and the positioning mechanism,
The control device includes:
an approach direction etc. determining means for obtaining a predicted value indicating the ease of working on the workpiece and a predicted posture of the working part when this predicted value is predicted to be equal to or greater than a judgment value based on image data output from the imaging device, determining the workpiece to be worked on based on the obtained predicted value, and determining the imaging direction by the imaging device when the predicted value is equal to or greater than the judgment value as the approach direction to the workpiece determined to be the workpiece;
a control unit that controls the working unit so as to perform work on the workpiece determined as a work target from the determined approach direction,
When the predicted value is less than a judgment value, the control device moves the working unit to the predicted posture, and again repeats the process of obtaining the predicted value and the predicted posture in the posture to which the working unit is moved for image data captured and output by the imaging device.
請求項1に記載の作業装置において、前記アプローチ方向等決定手段は、前記画像データに対して機械学習により生成された予測モデルを適用することによって、前記予測値および前記予測姿勢を取得する作業装置。 The working device according to claim 1, wherein the approach direction etc. determining means obtains the predicted value and the predicted attitude by applying a prediction model generated by machine learning to the image data. 請求項1または請求項2に記載の作業装置において、前記位置決め機構は、前記撮像装置および前記作業部が固定されるステージを有し、前記撮像装置の光軸と前記作業部のアプローチ方向とが平行になるように、前記撮像装置および前記作業部が配置されている作業装置。 In the working device according to claim 1 or 2, the positioning mechanism has a stage to which the imaging device and the working unit are fixed, and the imaging device and the working unit are arranged so that the optical axis of the imaging device and the approach direction of the working unit are parallel. 請求項1または請求項2に記載の作業装置において、前記位置決め機構は、ベースと、前記撮像装置および前記作業部が固定されるステージとを備え、前記ベースに対して前記ステージを回転2自由度で位置決めする第1の位置決め機構と、前記ベースを位置決めする第2の位置決め機構とを有する作業装置。 In the working device according to claim 1 or 2, the positioning mechanism includes a base and a stage to which the imaging device and the working unit are fixed, a first positioning mechanism that positions the stage with two degrees of freedom of rotation relative to the base, and a second positioning mechanism that positions the base. 請求項4に記載の作業装置において、前記制御装置は、前記予測値が判定値以上となった後、前記作業部に対し複数回予測姿勢への姿勢変更を繰り返し、各姿勢にて前記撮像装置で撮像され出力された複数の画像データのうち、前記予測値が最大になる姿勢における撮影方向を、前記ワークへのアプローチ方向として決定する作業装置。 In the working device according to claim 4, the control device repeatedly changes the posture of the working unit to the predicted posture multiple times after the predicted value becomes equal to or greater than a judgment value, and determines, as the approach direction to the workpiece, the photographing direction in the posture in which the predicted value is maximized among the multiple image data captured by the imaging device and output in each posture. 請求項4に記載の作業装置において、前記撮像装置の光軸と前記ステージの中心軸とが一致するように、前記撮像装置および前記ステージが配置されている作業装置。 The working device according to claim 4, wherein the imaging device and the stage are arranged so that the optical axis of the imaging device and the central axis of the stage coincide with each other. 請求項4に記載の作業装置において、前記第1の位置決め機構は、前記ベースおよび前記ステージと、前記ベースに対し前記ステージを姿勢変更可能に連結する2組以上のリンク機構と、前記リンク機構を駆動するアクチュエータとを含む角度調整装置である作業装置。 In the working device according to claim 4, the first positioning mechanism is an angle adjustment device that includes the base and the stage, two or more sets of link mechanisms that connect the stage to the base in a manner that allows the stage to change its position, and an actuator that drives the link mechanisms.
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