物品识别装置以及使用该物品识别装置的物品处理装置的制作方法

专利名称：物品识别装置以及使用该物品识别装置的物品处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及物品识别装置以及使用该物品识别装置的物品处理装置。
背景技术：
在例如JP-A-2005-055244、JP-A-05-301183、JP-A-2005-138223、JP-A-11-156764 中所描述的装置可以作为相关技术的物品识别装置。JP-A-2005_055244(该发明的最佳实施方式，图1)披露将对正标记设置在盥洗面盆的至少两个位置处，并通过图像识别确定盥洗面盆的位置和角度。JP-A-05_301183(解决问题的手段，图1)披露，将两个以上位置对正标记设置在工件保持工具上，借助于C⑶相机识别工件保持工具的位置，然后，基于位置数据对位置偏差进行校正。JP-A-2005-138223(该发明的最佳实施方式，图1)披露，将三个标记设置在焊接夹具上，借助于相机识别该夹具的位置，然后，将其与基准位置的偏差量作为校正数据反馈给机器人。JP-A-11_156764(该发明的最佳实施方式，图1)披露，借助于相机识别工作台上两个标记的位置，并且根据位置偏差量对机器人握持工件的位置进行校正。

发明内容
本发明要达成的目的是，提供一种物品识别装置，其能够以高精度识别与待识别物品的位置和姿态相关的布局信息，并且提供一种使用该物品识别装置的物品处理装置。(1)根据本发明的一个方面，提供一种物品识别装置，包括标识，其具有四个以上单位图案标记，单位图案标记以预定位置关系设置于待识别物品上并且形成为使浓度分布模式(浓度分布模式)从图案标记的中央位置向边缘顺次变化；成像工具，其布置为与待识别物品相对，并且拍摄标识的图像；支撑机构，其支撑成像工具，从而允许将成像工具至少布置于非正对测量位置，在非正对测量位置处，成像工具的成像平面没有正对标识的表面，该标识设置在待识别物品上并处于成像工具的视野范围内；以及布局信息识别部，通过布置于非正对测量位置的成像工具拍摄标识的图像，所述布局信息识别部至少利用关于标识的成像信息识别关于待识别物品的位置和姿态的布局 fn息O(2)在根据(1)的物品识别装置中，标识对应于表示点像形式的单位图案标记的浓度分布模式变化。(3)在根据(1)或(2)的物品识别装置中，标识具有四个单位图案标记，这四个单位图案标记布置于待识别物品的同一平面上。(4)在根据⑴或⑵的物品识别装置中，标识设置于卡片上，卡片以可拆卸方式
4安装在待识别物品上。(5)在根据⑴或⑵的物品识别装置中，标识具有四个以上的单位图案标记并且具有类型指示标记，类型指示标记用于识别不同于关于待识别物品位置和姿态的布局信息的类型信息。(6)在根据(1)或(2)的物品识别装置中，支撑机构将成像工具移动到第一测量位置和第二测量位置，在第一测量位置处，设置于待识别物品上的标识进入成像工具的视野范围，并对标识进行测量，从而可以拍摄标识的俯视图，第二测量位置由非正对测量位置构成，在非正对测量位置处，标识进入成像工具的视野范围，并且以高于在第一测量位置处的精确度进行测量。(7)在根据(6)的物品识别装置中，支撑机构的第一测量位置由正对测量位置构成，在正对测量位置处，成像工具的成像平面正对标识的表面，标识设置于待识别物品上且处于成像工具的视野范围内。(8)在根据(6)或(7)的物品识别装置中，布局信息识别部从成像工具在第一测量位置获取的成像信息来计算关于待识别物品上标识的位置和姿态的布局信息，根据计算结果确定支撑机构要将成像工具移到的第二测量位置，并且基于成像工具在第二测量位置处获取的成像信息识别关于标识的位置和姿态的布局信息。(9) 一种物品处理装置，包括根据⑴或⑵的物品识别装置；控制部，其根据关于待由物品识别装置识别的物品的位置和姿态的布局信息产生控制信号，并且控制与待识别物品相同的待处理物品或相对于待识别物品以预定位置关系放置的待处理物品的处理操作；以及处理机构，其根据控制部产生的控制信号对待处理物品进行处理操作。(10)在根据(9)的物品处理装置中，处理机构还兼作成像工具的支撑机构。根据(1)，可以高精度地识别关于待识别物品(识别对象物品)位置和姿态的布局
fn息ο根据O)，可以容易地在待识别物品上形成标识。根据(3)，可以将多个单位图案标记作为标识形成在共同平面上。根据，可以容易地改变用于识别对象物品的标识。根据(5)，即使在识别对象物品包括不同类型识别对象物品时，也可以在识别对象物品上贴附涉及类型的标识。根据(6)，成像工具可以多次测量识别对象物品上的标识，并且可以多次获取成像信息。因此，与成像工具执行一次测量的情况相比，可以获得更高精度的关于识别对象物品位置和姿态的布局信息。根据(7)，在正对测量位置和非正对测量位置处多次测量识别对象物品上的标识， 从而可以在各测量位置处获得成像信息。因此，与成像工具仅在正对测量位置进行测量的情况相比，可以获得具有更高精度的关于识别对象物品位置和姿态的布局信息。根据(8)，即使在识别对象物品的布置状态具有一定程度的低精确度时，也可以以高精度识别关于识别对象物品位置和姿态的布局信息。根据(9)，可以以高精度识别关于识别对象物品位置和姿态的布局信息。因此J幌带地，对于与识别对象物品相同的待处理物品(处理对象物品)或者相对于识别对象物品以预定位置关系布置的处理对象物品，可以执行高精度的处理操作。根据(10)，利用处理机构的动作，可以适当地移动成像工具所采用的成像方向。


下面基于附图详细地描述本发明的示例性实施例，附图中图IA是说明图，概略示出应用本发明的物品识别装置和使用该物品识别装置的物品处理装置的示例性实施例，以及，图IB是示出本示例性实施例中所使用的标识实施例的说明图；图2是说明图，示出用作第一示例性实施例的物品处理装置的拾取处理装置的总体结构；图3A是说明图，示出设置有第一示例性实施例中所使用的图案标识的装配集装架实施例，以及，图:3B和图3C是示出单位图案标记的结构实施例的说明图，该单位图案标记是图案标识的一个元素；图4A是说明图，示意性示出第一示例性实施例中所使用的图案标识的单位图案标记的特性，以及，图4B是说明图，示出用在对比模式中的标识的结构实施例；图5是示出原理的说明图，基于该原理借助于第一示例性实施例中所使用的图案标识确定装配部件的位置和姿态；图6是说明图，示出第一示例性实施例中所使用的图案标识的制造实施例；图7是说明图，示出第一示例性实施例中所使用的图案标识的结构和尺寸实施例；图8A是说明图，示出相对于图案标识的中央原点而言，相机(用作成像工具)的成像平面设置于正对测量位置的构造；图8B是说明图，示出相机(用作成像工具)的成像平面平行于图8A所示正对测量位置发生移动的构造；以及，图8C是说明图，示出相机(用作成像工具)的成像平面设置于非正对测量位置(其与图案标识的指示平面不平行)的构造；图9A是说明图，示意性示出这样的结构，其中，相对于图案标识的中央原点而言， 相机(用作成像工具)的成像平面置于正对测量位置，以及，图9B是说明图，示出图9A所示情况下获得的测量精确度；图10是流程图，示出第一示例性实施例的装配处理装置的装配处理过程；图11示出第一示例性实施例的拾取处理装置的处理过程，其中，图IlA是说明图， 示出第一阶段分拣托盘的位置和姿态的测量过程，图IlB是说明图，示出向可以进行高精确度测量的位置偏移的过程，图IlC是说明图，示出第二阶段分拣托盘的位置和姿态的测量过程，以及，图IlD是说明图，示出抓握分拣托盘中的工件的过程；图12A是说明图，示出对比模式的分拣托盘的位置和姿态的测量过程，图12B和图 12C是说明图，示出当对分拣托盘的测量精确度低时会发生的失误实施例；图13A是说明图，示出第一示例性实施例的拾取处理的第一变化例，以及，图1 是沿图13A中所示箭头方向B看装置时获得的视图；图14是说明图，示出用作第二示例性实施例的物品处理装置的拾取处理装置的总体结构；图15A是分拣托盘的俯视图，以及，图15B是概略示出添加到分拣托盘的图案标识的说明图；图16A和图16B是说明图，示出用在第二示例性实施例中的图案标识的结构实施例；图17A和图17B是说明图，示出第二示例性实施例的图案标识的固定实施例，其中，(I)这两个图是图案标识的截面说明图，以及(II)这两个图是图案标识的俯视说明图；图18A和图18B是说明图，示出第三示例性实施例的图案标识的另一固定实施例， 其中，(I)这两个图是图案标识的截面说明图，以及(II)这两个图是图案标识的俯视说明图；图19A和图19B是说明图，示出第三示例性实施例中所使用的图案标识的布局实施例；图20A是说明图，示出用作第三示例性实施例的物品处理装置的拾取处理装置的总体结构；以及，图20B是第三示例性实施例的拾取处理装置的处理阶段的俯视说明书；图21是流程图，示出第三示例性实施例的拾取处理装置的空托盘回收处理；图22A是说明图，示出工件取出完成时分拣托盘的状态，以及，图22B是说明图，示出空托盘布局的测量过程；图23A是说明图，示出抓握空托盘的过程，以及，图23B是说明图，示出将空托盘移送到空托盘储存空间的过程；图24A是说明图，示出空托盘储存空间的布置和测量过程，以及，图24B是说明图， 示出将空托盘摞起来的过程；图25A是说明图，示出用于将工件从对比形式的分拣托盘取出的装置，以及，图 25B是示出处理阶段的俯视说明图；图沈示出用作第四示例性实施例的物品处理装置的拾取处理装置，其中，图26A 是说明图，示出用于对第一阶段拾取对象物品的位置和姿态进行测量的过程，图26B是说明图，示出向可以进行高精度测量的位置偏移的过程，图26C是说明图，示出第二阶段分拣托盘的位置和姿态的测量过程，以及，图26D是说明图，示出抓握拾取对象物品的过程；图27是说明图，示出用于识别色调剂盒的结构，其中色调剂盒是在用作第五示例性实施例的物品处理装置的拾取处理装置中所使用的待拾取物品实施例；图观是说明图，示出用于识别图27所示色调剂盒的优选结构；图29A是说明图，示出容纳多个色调剂盒的容纳容器，以及，图29B是说明图，示出用于识别容纳在容纳容器内的色调剂盒的结构实施例；图30是说明图，示出用作第六示例性实施例的物品处理装置的装配处理装置的总体结构；图31A是说明图，示出在第六示例性实施例的装配处理装置中由相机进行的测量操作，以及，图31B是装配集装架的俯视说明图；图32是流程图，示出第六示例性实施例的装配处理装置中所采用的装配处理过程；
图33A是示出装配集装架的定位过程的说明图，图3 是装配集装架的俯视说明图，以及，图33C是说明图，示意性示出当装配集装架的姿态倾斜时所执行的装配处理；图34A是说明图，示出对比模式的装配处理装置的定位结构实施例，以及，图34B 是说明图，示出对比模式的装配处理装置的定位结构实施例，其中，(I)这两个图都是正面说明图，以及(II)这两个图都是俯视说明图；图35A和图35B是分别示出装配集装架上的图案标识的变化例的说明图，该装配集装架设置在第六示例性实施例的装配处理装置中；图36A是说明图，示出第六示例性实施例的装配处理装置的相机支撑结构的变化例，以及，图36B是装配集装架的俯视说明图；图37A是示出装配集装架上的图案标识的另一变化例的说明图，该装配集装架设置在第六示例性实施例的装配处理装置中，以及，图37B是装配集装架的俯视说明图；图38是说明图，示出用作第七示例性实施例的物品处理装置的装配处理装置的总体结构；图39A是示出装配部件实施例的说明图，该装配部件设置有第七示例性实施例中所使用的图案标识，图39B是示出图案标识的总体结构的说明图，以及，图39C和图39D是示出单位图案标识的结构实施例的说明图；图40是流程图，示出第七示例性实施例的装配处理装置所采用的装配处理过程；图41是示意性示出图40所示装配处理过程的说明图；图42A至图42D示出可以在装配检查过程中检查的位置和姿态的相关布局信息， 其中，图42A示出在Z轴方向上发生的抬升(提升)，图42B示出以Y轴为基准发生的倾斜， 图42C示出在X轴和Y轴方向上发生的位移，以及，图42D示出以Z轴为基准发生的旋转位移；图43A是示意性示出对比模式的装配处理装置实施例的说明图，以及，图4 是示出装配处理装置所得到的正常装配状态的说明图；图44A至图44D示出对比模式的装配检查装置的实施例，其中，图44A示出在Z轴方向上发生的抬升，图44B示出以X轴和Y轴为基准发生的倾斜，图44C示出在X轴方向和 Y轴方向上发生的位移，图44D示出用于检查以Z轴为基准发生的旋转位移的模式；图45为说明图，示出用作第八示例性实施例的物品处理装置的装配处理装置的主要部分；图46是流程图，示出第八示例性实施例的装配处理装置中所采用的装配处理过程；图47是示意性示出图46所示装配处理过程的说明图；图48A是说明图，示出用作第九示例性实施例的物品处理装置的装配处理装置的主要部分，以及，图48B是说明图，示出第九示例性实施例的装配处理装置的变化例的主要部分；图49示出用作第九示例性实施例的物品处理装置的装配处理装置(连接器装置) 的主要部分，其中，图49A为示出尚未装配的连接器装置的说明图，以及，图49B是示出已装配连接器装置的说明图；以及
图50是说明图，示出在实施例1的物品处理装置中，相机的测量位置发生变化时所达到的相机移动距离与测量误差之间的关系。
具体实施例方式·示例性实施例的概要关于实施方式，如图IA和图IB所示，物品处理装置包括标识12，其具有四个以上单位图案标记，单位图案标记以预定位置关系设置于待识别物品(识别对象物品)1上， 并且形成为，浓度分布模式(density pattern)Pc从图案标识的中央位置C向周围顺次变化；成像工具5，其布置为与识别对象物品1相对，并拍摄标识12的图像；支撑机构6，其支撑成像工具5，从而允许将成像工具5至少布置于非正对测量位置P2,在该非正对测量位置 P2处，成像工具5的成像平面没有正对标识12的表面(识别基准面11)，该标识12设置在识别对象物品1上并处于成像工具5的视野范围内；以及布局信息识别部7，通过布置于非正对测量位置P2的成像工具5拍摄标识12的图像，至少利用关于标识12的成像信息，布局信息识别部7识别关于识别对象物品1的位置和姿态的布局信息。关于这种技术手段，标识12需要至少四个单位图案标记13。在三个单位图案标记 13的情况下，姿态可以存在多种三维位置，这会引起无法确定三维位置的担心。只要浓度分布模式Pc顺次变化，可以采用任何标记作为标识12的单位图案标记 13。单位图案标记并不限于中央位置C处浓度高于图案标记边缘处浓度的构造。单位图案标记还可以包括中央位置C处浓度低于图案标记边缘处浓度的构造。在本文中，提及以灰度图表现出单位图案标记13的浓度分布模式变化的技术。然而，浓度分布模式变化的表现形式并不限于渐变图案(灰度图，gradation)。还可以以点像(点)的形式表现出这种变化。虽然可以使用印刷技术直接绘制单位图案标记13，但也可以通过利用回射印刻 (impriningutilizing retroreflection)手段提供这禾中标记。此外，虽然可以使用多个成像工具5，但考虑到简化装置构造，优选使用一个成像工具。此外，支撑机构6可以采用这样的构造，其中，成像工具5固定地设置在非正对测量位置P2。还可以采用另一种用于以可移动方式支撑成像工具5的构造，从而能够在正对测量位置P1和非正对测量位置P2处进行测量，在正对测量位置处，成像工具5的成像平面正对标识12(设置于识别对象物品1上)的表面。可选择地，还可以采用这样一种构造，其中，以可移动方式支撑成像工具5，从而能够以多个步骤在非正对测量位置P2进行测量。在成像工具5设置于“正对测量位置P/’的情况下，即使标识12的角度发生微小变化，所导致的图像变化较小；因此，测量精度低。关于这一点，在成像工具5设置于“非正对测量位置IV’的情况下，当标识12的角度发生微小变化时，与将成像工具设置于“正对测量位置P/’的情况相比，所得到的图像变化更大，因此，相应的测量精度高。此外，布局信息识别部7也可以采用任意识别技术，只要这种技术是能够识别出关于识别对象物品1位置和姿态的布局信息的算法。下面描述标识12的优选构造。首先，描述的构造是以点像的形式表现单位图案标记13的浓度分布模式Pc的变化。在本构造中，采用点像指示。因此，可以使用喷墨图像形成装置或电子照相成像装置来
9形成标识12的单位图案标记13。标识12的另一种构造包括四个单位图案标记13，这些单位图案标记设置于识别对象物品1的同一平面上。例如，可以确定识别对象物品1的位置和姿态，而无需使四个单位图案标记13之一位于不同于另外三个单位图案标记所设置平面的平面上。此外，从容易改变标识12的角度出发，最好将标识显示在以可拆卸方式安装于识别对象物品1的卡片上。进一步，当识别对象物品1包括不同类型物品时，最好使标识12设置有四个以上的单位图案标记13，以及，设置有类型指示标记14，类型指示标记14用于识别不同于关于待识别物品位置和姿态的布局信息的类型信息，如图IB所示。支撑机构6的优选构造还包括将成像工具5移动到第一测量位置和第二测量位置，在该第一测量位置处，设置于识别对象物品1上的标识12进入成像工具5的视野范围， 并且进行测量以便可以拍摄标识的俯视图，该第二测量位置由非正对测量位置P2构成，在非正对测量位置处，标识12进入成像工具5的视野范围，并且以高于第一测量位置处的精确度来进行测量；以及，在各测量位置处测量标识12。在此构造中，可以在第一测量位置进行粗略测量，以及，可以在第二测量位置进行高精确度测量。考虑到这一点，本构造是优选的。基本要求是，第二测量位置应为非正对测量位置P2，在此非正对测量位置P2处进行测量的精确程度远高于在第一测量位置处所进行测量的精确程度。第一测量位置可以为正对测量位置P1，也可以为非正对测量位置P2。例如，当第一测量位置为非正对测量位置P2 时，对第一测量位置和第二测量位置仅有的要求是可以拍摄到成像工具5的成像平面相对于识别对象物品1上标识12平面的至少角度变化，或者，成像工具5的成像平面与标识 12平面之间的距离变化。此外，非正对测量位置P2所构成的第二测量位置通常设置在一个位置处。然而， 在超精确测量或测量微小部件的情况下，根据需要第二测量位置可以设置在多个位置处， 以及，还可以以多个阶段的方式在第二测量位置处进行测量。关于采用多种测量方法的构造，布局信息识别部的优选构造为这样的构造，其包括根据成像工具在第一测量位置获取的成像信息，计算关于识别对象物品上标识的位置和姿态的布局信息；根据计算结果确定由支撑机构将成像工具移动所至的第二测量位置； 以及，基于成像工具在第二测量位置处获取的成像信息，识别关于标识位置和姿态的布局 fn息ο在这种构造中，即使识别对象物品1上标识12的位置和姿态发生变化，也可通过根据成像工具5在第一测量位置获取的成像信息计算关于识别对象物品1的布局信息，来确定相对于识别对象物品1处于预定的相对位置关系的第二测量位置。考虑到这一点，本构造是优选的。此外，只要使用了物品识别装置，就可以构建物品处理装置。物品处理装置包括上述的物品识别装置；控制部8，其根据物品识别装置所识别的关于识别对象物品1位置和姿态的布局信息产生控制信号，并且控制针对待处理物品 (处理对象物品)2的处理操作，该处理对象物品2与识别对象物品1相同或者相对于识别对象物品1具有预定的位置关系；以及处理机构9，其根据控制部8所产生的控制信号对处理对象物品2进行处理操作。在这种技术手段中，“处理对象物品2”并不限于处理对象物品与“识别对象物品 1”相同的构造，其还可以包括相对于识别对象物品1具有预定的位置关系的另外物品。处理机构9例如指诸如机械手等操纵器。此外，表述“对处理对象物品2的处理操作”宽泛地指各种处理操作，诸如，抓握处理对象物品2、装配处理对象物品2、以及检查处理对象物品2的装配状态。此外，用于成像工具5的支撑机构6可以包括这样的构造，其中，处理机构9还兼作成像工具5的支撑机构。下面，参照附图示出的示例性实施例，更详细地说明本发明。 第一示例性实施例图2是说明图，示出第一示例性实施例的拾取处理装置的总体结构。<拾取处理装置的总体结构>在图中，拾取处理装置依次拾取排列在分拣托盘20上的工件W，并将工件移动至预定区域，其中工件W为待拾取的物品(拾取对象物品)。在本示例性实施例中，拾取处理装置包括图案标识30，其是为了识别关于分拣托盘20位置和姿态的布局信息而设置的标识；相机40，其拍摄分拣托盘20上的图案标识的图像；机器人50，其拾取分拣托盘20上的工件W，并将工件移动到预定区域；以及控制器 60，其控制相机40的成像时刻，接收从相机40输入的成像信息，从而识别关于分拣托盘20 位置和姿态的布局信息，并且基于所识别出的布局信息沿着图10所示流程(后文描述) 控制机器人50的动作。在本示例性实施例中，如图2和图3A所示，分拣托盘20具有可叠置的碟形托盘主体21。在托盘主体21中，形成沿竖向和横向排列的工件储存凹部25。以可拾取的方式将工件W储存在各工件储存凹部25中。机器人50配备有可执行抓握动作的机械手52，机械手52设置在机械臂51的末端处，可通过多轴关节使机械臂51动作。根据诸如动作捕捉等输入轨迹信息指导机械手52 要执行的处理操作。根据从相机40接收到的成像信息对机械手52所执行的处理操作进行校正。在本示例性实施例中，相机40固定于机械手52的一部分处，并通过机械手52布置于预定测量位置处。〈图案标识〉在示例性实施例中，如图3A所示，图案标识30以分拣托盘20的托盘主体21的顶面22作为识别基准面。图案标识30具有单位图案标记31，其分别布置在顶面22的四个角部处；以及类型指示标记36，其沿托盘主体21顶面22的两个相邻侧边设置。如图;3B和图4A所示，各单位图案标记31的一种典型构造例示为渐变图案32，渐变图案32的浓度分布模式Pc在中央位置C处表现出最高浓度，并且随着朝向标记边缘的距离增加，浓度逐渐减小。如图3C和图4A所示，单位图案标记31的另一种典型构造例示为点像，点像在中央位置C处的点33分布浓度最高，从而形成高浓度区域34，并且越靠近点像的边缘，点33 的分布逐渐变粗(粗糙)，从而形成低浓度区域35。在这种情况下，可以通过改变点33的直径尺寸、改变点之间的间隔、以及改变布局位置，来使单位图案标记具有浓度分布。特别地，点像构造是优选的，这是因为可以通过利用喷墨图像形成装置或电子照相图像形成装置的印刷操作容易形成点像。同时，例如，当待收容的工件W包括多种类型(例如，就颜色类型、尺寸等方面而言)时，类型指示标记36起到ID(辨识)指示的作用，用于找到与对应类型相匹配的工件 W。在本示例性实施例中，类型指示标记36设置在两个位置处，但其也可以设置于一个位置处。可选择地，即使将类型指示标记以分开的方式布置于三个以上位置处也没有问题。-与LED指示板比较-与图案标识30不同，图4B所示出的LED指示板180具有设置于基板181上的四个 LED 182(182&至182(1)。四个LED 182中的三个LED (182a至182c)布置于基板181的同一平面上。余下的一个LED 182 (182d)布置于垂线“V”上，其与包括三个LED 182为顶点的三角形基准面183间隔开距离“h”。从三角形基准面183与垂线“V”上LED 182(182d)之间的位置关系，确定三角形基准面183的位置和姿态。附图标号184表示用于辨识的LED。虽然通过LED指示板180，可以可靠地识别分拣托盘20的位置和姿态；然而，使用 LED 182需要电源。本示例性实施例的图案标识30不需要这样的电源，就此而言更为优选。LED指示板180采用这样的技术通过以三维方式放置四个LED182来提高对位置和姿态的识别精度。然而，在图案标识30中，各单位图案标记31具有这样的浓度分布随着从其中央位置C靠近其边缘，浓度逐渐变化。因此，通过浓度分布近似表达式，可以以高精度计算浓度分布的中央位置C(即浓度最高的点)。因此，即使四个单位图案标记31布置在同一平面上且对单位图案标记31的识别精度高，还是可以识别对应于四个单位图案标记31中央位置C的顶点位置。结果，即使如图5所示分拣托盘20从位置A改变至位置B 连同以旋转角度α进行旋转，也可以精确地识别出作为分拣托盘20识别基准面的顶面22 的位置和姿态。在本示例性实施例中，在同一平面上设置四个单位图案标记31。然而，单位图案标记的数量并非仅限于四个。单位图案标记31还可以设置于例如任意六个点处。具体而言， 可以根据需要选择单位图案标记，只要标记能够识别分拣托盘的三维位置和三维姿态。基本要求是以四个以上数量提供单位图案标记31，并且单位图案标记31的布置位置并不限于同一平面，而是也可以设置在不同平面上。-图案标识的制造实施例-在本示例性实施例中，例如如图6所示，图案标识30包括安装凹部37，安装凹部 37分别设置于分拣托盘20顶面22的四个角部处以及沿着其两个侧边设置；以及标签38， 各标签38印有单位图案标记31和类型指示标记36，并贴附于各安装凹部37。此时，例如， 将各安装凹部37的深度选定为等于各标签38的厚度。单位图案标记31和类型指示标记 36设定为与用作识别基准面的顶面22齐平。虽然图案标识30设定为与用作识别基准面的顶面22齐平，但图案标识30并不总是需要与顶面22齐平。此外，在本示例性实施例中，经由安装凹部37的方式，将标签38贴附于各安装凹部。然而，也可以将标签直接贴附于用作识别基准面的顶面22，而不用设置安装凹部37。此外，在本示例性实施例中，理想的是，将图案标识30的单位图案标记31放置为， 使其与分拣托盘20顶面的各边缘相隔开一定距离。
例如，假定单位图案标记31的半径为R，以及，单位图案标记31的最外侧轮廓与顶面22边缘之间的间距为S，理想的是满足S > 2R，如图7所示。此关系基于以高精度检测单位图案标记31中央位置C的算法。以如下方式满足S > 2R的关系，对于待叠置在单位图案标记31的圆形图案上的矩形检测窗口来说，使其不会与分拣托盘20的顶面22的边缘(由黑色边缘表示)重叠。当然，单位图案标记31的布局可以任意方式设定，只是需要对于图案标识30使用不同的检测算法。〈相机测量位置〉在本示例性实施例中，相机40布置为与图案标识30相对，以便能够拍摄分拣托盘 20上的图案标识30的图像。当在此时进行所获得的相机40测量位置的研究时，涉及图8A至图8C所示的构造。首先，图8A所示构造用于这种情况相机40的成像平面的中央位置(即视野范围的中央位置)包括分拣托盘20上图案标识30的四个单位图案标记31的中央位置，并且该中央位置为正对测量位置，在该正对测量位置处，中央位置正对作为识别基准面的顶面 22。此结构恐怕会降低相机40与图案标识30之间距离的测量精度。如图9A和图9B所示，当相机40正对图案标识30时，将图案标识30的单位图案标记31之间的宽度尺寸作为待由相机40拍摄的图像尺寸L。此外，如果在顶面22 (其为分拣托盘20的识别基准面)上的图案标识30发生微小的变化θ量时，用L’表示发生的图像尺寸变化，满足L’ =LXcose的关系。通过上文描述可以理解，图像尺寸变化L’小于原始图像尺寸L，因而会降低测量精度。接着，图8Β所示构造涉及这样的情况以相机40的视野范围中央位置从图案标识 30的四个单位图案标记31的中央位置C错开的方式，相机40从图8Α所示位置平行于图案标识30的表面进行偏移，从而与图8Α所示的正对测量位置错开。在这种情况下，与图8Α所示情况中所获得的测量精度相比，提高了相机40的测量精度。然而，图案标识30处于与相机40的视野范围的中央位置C错开的位置，从而引入这样一种担心在相机40的透镜畸变的影响下，测量精度会降低。此时，即使对透镜畸变进行校正，此时测量精度也会趋于降低。因此，优选使用附加补救措施。相比较，图8C所示构造涉及这样的情况相机40的成像平面与图案标识30的表面(等同于分拣托盘20中作为识别基准面的顶面22)没有彼此正对，并且相机40的视野范围中心布置为与图案标识30的四个单位图案标记31的中央位置相对准。S卩，这种构造对应于这样的情况相机40的成像平面预先相对于图案标识30的识别基准面倾斜预定角度，如图8C所示，从而提高相机40的测量精度。即，假定在图9Α和图9Β所示情况下，图8C 所示构造可以视为成像平面以图像尺寸L’倾斜的情况。作为成像平面转动θ的结果，图像尺寸变化视为达到L。在这种情况下，图像尺寸变化为L = L’/cos θ。从而，随着θ变化加大，cos θ值的变化也加大。因而使图像尺寸的变化成为更大的变化。因此，在图8C所示构造中，可以理解的是，相机40的测量精度得以提高。在本示例性实施例中，关于相机40的测量位置，采用包括图8Α所示的正对测量位置和图8C所示的非正对测量位置的两阶段式测量(参见图11)。〈工件拾取处理〉下面描述由本示例性实施例的拾取处理装置进行的工件拾取处理。首先，控制器60执行符合于图10所示流程的处理，并将控制信号发送至相机40 和机器人50。在图中，控制器60首先通过相机40测量分拣托盘20上的图案标识30 ；接着识别关于分拣托盘20位置和姿态的布局信息；以及间接识别关于分拣托盘20中所容纳各工件的位置和姿态的布局信息。特别地，在本示例性实施例中，相机40的测量方法包括下面的操作。即，如图IlA 所示，位于第一阶段位置(即，正对测量位置P1，其为本示例性实施例中的原位置)的相机 40对分拣托盘20上的图案标识30进行测量。接着，如图IlB所示，机械手52使相机40移动到第二阶段位置(非正对测量位置P2)，第二阶段位置是可达到高精度测量的预定位置。 如图IlC所示，位于第二阶段位置的相机40对分拣托盘20上的图案标识30进行高精度测量。以下述方式设定非正对位置P2 相对于正对测量位置P1而言，相机40的成像平面和图案标识30的识别基准面以预定角度β倾斜。即使根据需要选择倾斜角β也不会带来问题。然而，倾斜角的范围在15°至75°。从提高测量精度的角度考虑，特别地可以选择为45°左右的倾斜角。例如如图11所示，在相机40安装于机械手52的构造中，随着倾斜角β变大，在测量后机械手52移动到分拣托盘20上工件W位置所经过的距离变大，这会影响生产节拍。 因此，考虑到生产节拍，理想的是，在可以保证测量精度的范围内的最小倾斜角β。因此，在本示例性实施例中，在识别关于分拣托盘20位置和姿态的布局信息时， 考虑相机40在正对测量位置P1处所获取的测量信息，对通过在非正对测量位置P2进行测量操作所得到的测量信息进行附加校正，从而能够获得高精度测量信息。然后，控制器60确定机械手52的移动动作并且通过机械手52拾取(抓握)工件 W，从而将工件移动到预定区域，如图IlD所示。控制器60进一步检查借助机械手52拾取分拣托盘20的工件W的处理是否完成。 在拾取分拣托盘20中所有工件W的处理完成时刻，进行回收空分拣托盘20的处理。关于空分拣托盘20的回收处理的具体实施例将在下文结合第三示例性实施例进行说明。关于这一点，如图12Α所示，假定一种对比模式，其中相机40的测量位置设定为相对于正对测量位置P1固定，就精确度而言，相机40在正对测量位置P1处获取的测量信息会低于在非正对测量位置P2处所获取的测量信息。当在非正对测量位置P2处获取的测量信息的测量精度不够时，机械手52的抓握位置会出现错误，例如如图12Β所示，从而机械手不能成功抓起分拣托盘20上的工件W。相反，如图12C所示，机械手52会过于接近工件W，继而担心机械手会与分拣托盘20碰撞。 变化例1图13是说明图，示出第一示例性实施例的拾取处理装置的变化例1的总体结构。在图中，就基本结构而言，拾取处理装置与第一示例性实施例所描述的对应部分
14基本相同。然而，与第一示例性实施例不同的是，在变化例中，相机40以固定方式设置，且与机械手52相独立。类似于第一示例性实施例中的部件使用相似的附图标号，并省略对其进行详细说明。在此示例性实施例中，基本要求是预先将相机40设置在非正对测量位置P2，在此位置处相机可以拍摄分拣托盘20上图案标识30的图像。通过用相机40拍摄图案标识30 的图像来识别关于分拣托盘20位置和姿态的布局信息。从而能够间接识别关于分拣托盘 20上各工件W的位置和姿态的布局信息。因此，以基本相同于第一示例性实施例的方式进行拾取分拣托盘20上工件的处理。即使在变化例1中，可以独立于机器人50设置另外的可移动支撑机构，并可借助于可移动支撑机构在两个阶段，即在正对测量位置P1以及非正对测量位置P2处进行测量。 第二示例性实施例图14示出第二示例性实施例的拾取处理装置的总体结构。在图中，就基本结构而言，拾取处理装置与第一示例性实施例所描述的对应部分基本相同。添加至分拣托盘20的图案标识110与第一示例性实施例中所描述的图案标识 30从结构上有所区别。类似于第一示例性实施例中的部件，使用与第一示例性实施例中相似的附图标号标注，并省略对其进行详细说明。在本示例性实施例中，图案标识110印刷在卡片120的正面上，如图14、图15A和图15B所示。卡片120固定于安装凹部23，安装凹部23形成于分拣托盘20顶面22的一部分(例如角部)中。图案标识110包括若干种构造；例如，包括单位图案标记111和类型指示标记116 的构造，其中单位图案标记111由渐变图案112组成，并分别设置于卡片120正面的四个角部，类型指示标记116沿着卡片120正面的两个侧边设置，如图16A所示；以及，包括单位图案标记111和类型指示标记116的构造，其中单位图案标记111由例如点像113组成，并分别设置于卡片120正面的四个角部，类型指示标记116沿着卡片120正面的两个侧边设置， 如图16B所示。<图案标识的固定方法>下面提供用于固定图案标识110的方法。图17A所示构造包括在分拣托盘20顶面22中所形成的安装凹部23的周壁上， 设置弹性可变形按压凸部130 ；在使按压凸部130弹性变形的同时，将印有图案标识110的卡片120放置于安装凹部23中；以及，通过按压凸部130压住已放入安装凹部23中的卡片 120的周边。在本示例性实施例中，可以在使按压凸部130弹性变形的同时取下卡片120。图17B所示构造包括分别在形成于分拣托盘20顶面22的安装凹部23的底部以及印有图案标识110的卡片120的四个角部开设安装孔131和132。通过未示出的紧固工具将卡片120固定于安装凹部23的内部。此外，在图18A所示构造中，图案标识110印刷在纸或树脂制成的标签140上，并且标签140贴附于分拣托盘20的安装凹部23的底部。此外，在图18B所示构造中，图案标识110直接印刷在分拣托盘20顶面22的安装凹部23的底部上。
如上所述，在本示例性实施例中，分拣托盘20的一部分设置有图案标识110。相机 40对分拣托盘20 —部分上的图案标识110进行测量，从而识别关于分拣托盘20位置和姿态的布局信息。基于关于分拣托盘的布局信息，可以识别关于工件W位置和姿态的布局信息。以相同于第一示例性实施例中的方式，进行拾取工件W的处理。在本示例性实施例中，图案标识110布置于分拣托盘20顶面22的一个角部。然而，可以根据需要对图案标识110的设置位置进行改变。例如，如图19A所示，在分拣托盘 20容纳大量工件W的情况下，图案标识110还可以设置在分拣托盘20顶面22的中央区域附近。可选择地，如图19B所示，也可以设置数个图案标识110，如在分拣托盘20顶面22上各对顶的角部处设置一对图案标识110。特别地，在设置多个图案标识110时，可以识别与各图案标识110对应的区域的位置和姿态的相关布局信息。因此，可以更精确地识别关于分拣托盘20的布局信息。 第三示例性实施例图20A和图20B示出第三示例性实施例的拾取处理装置的总体结构。在图中，以基本相同于第一示例性实施例的方式，拾取处理装置对保持在分拣托盘20内的工件W进行拾取处理，并对空分拣托盘20’ (由于拾取工件W的处理完成而清空) 进行回收(用于拾取处理的一种构造)。在图中，附图标号150表示托盘座，在托盘座上放置容纳工件W的分拣托盘20 (在本示例性实施例中，根据需要，此类托盘称为“载物托盘”)和由于拾取工件W的处理完成而清空的空分拣托盘20’(在本示例性实施例中，根据需要，此类托盘称为“空托盘”)。在托盘布置台150上相邻地设置载物托盘储存空间151和空托盘储存空间152。在本示例性实施例中，图中未示出的控制器控制相机40的成像时刻；控制机器人 50 ；进行拾取工件W的处理，这与第一示例性实施例中所描述的基本相同；以及，沿图21所示流程进一步进行空托盘回收处理。现在示意性说明本示例性实施例中拾取处理装置进行的空托盘回收处理。首先，控制器依次重复进行拾取分拣托盘20中各工件W的处理。如图21所示，控制器例如借助于相机40监测整个分拣托盘20，并且检查从预定分拣托盘20取出工件W的所有处理(工件拾取处理)是否完成。如图22A所示，假定分拣托盘20成为空托盘20，，通过相机40对载物托盘储存空间151的空托盘20’的图案标识30 进行测量(参见图22B)。从而，控制器识别出关于空托盘位置和姿态的布局信息，并命令机械手52执行空托盘回收操作。抓握部沈位于空托盘20’的工件容纳凹部25之间，通过机械手52抓住抓握部沈(参见图23A)，并且将所抓住的空托盘20’移动到空托盘储存空间152(参见图 23B)。接着，对于已被回收并叠置在空托盘储存空间152中的最上侧空托盘20’(参见图 22A)而言，控制器对该最上侧空托盘20’上的图案标识30进行两阶段式测量(即，在正对测量位置进行的测量和在非正对测量位置进行的测量，参见图11)(参见图24A)，从而识别关于空托盘20’位置和姿态的布局信息。在此状态下，根据关于空托盘储存空间152的布局信息，控制器控制机械手52的动作，从而准确地将已被移动至空托盘储存空间152的空托盘20’叠置在已放置的空托盘
1620，上(参见图24B)。如上所述，在本示例性实施例中，由于识别了关于分拣托盘20位置和姿态的布局信息，因此不需要定位机构、用于回收空托盘的机构等。可以仅仅通过准备托盘布置台150 来实现用于回收空托盘20’的处理。在本示例性实施例中，除了执行拾取工件W的处理，通过相机40对分拣托盘20上的图案标识30和空托盘20’上的图案标识30进行两阶段式测量。然而，可以根据例如机械手52所执行处理的精确度来进行测量。例如，对于需要高精确度的工件W拾取处理，可以用相机40对分拣托盘20上的图案标识30进行两阶段式测量。反之，对于需要较低精确度的回收空托盘20’的处理，也可以对空托盘20’上的图案标识30进行一阶段式测量(在正对测量位置或非正对测量位置处进行的测量)。-对比模式中从分拣托盘取出工件的装置_与之不同的是，图25A和图25B示出对比构造的分拣托盘所使用的工具取出装置 200，其包括即，载物托盘传送装置201，其传送载物托盘20 ；空托盘传送装置202，其传送空托盘20’ ；升降台203，其通过工件取出台架供给由载物托盘传送装置201传送的载物托盘20，并且进行升降，从而将空托盘20’回收到空托盘传送装置202中；以及取出机器人 205，其将工件从工件取出台架上的载物托盘20取出。在本示例性实施例中，为了以高精度执行载物托盘20在工件取出台架上的定位， 需要放置定位机构208，该定位机构208从两个方向将载物托盘20压抵于定位基准件206 和207(沿两个方向执行定位)。另外，还需要用于回收空托盘20’的升降台203以及空托盘传送装置202。因此，担心设备相应复杂化。此外，假定载物托盘20粗略定位，如取出机器人205设置有高精度定位机构，并且在载物托盘20临时设置在定位夹具上之后再抓起工件W，恐怕设备结构会复杂化。 第四示例性实施例图26A至图26D为说明图，示意性示出用作第四示例性实施例的物品处理装置的拾取处理装置的拾取处理过程。就基本结构而言，在本示例性实施例中的拾取处理装置与第一示例性实施例的基本相同。然而，与第一示例性实施例不同的是，作为拾取对象物品的工件W附加设置有图案标识170。图案标识170可以附加设置有第一至第三示例性实施例中所描述的各种形式的图案标识(例如标签、卡片等)。然而，添加图案标识的方式并不限于这些形式。例如，可以在模压期间以雕刻表面图案的形式，在工件W表面上做出图案标识170，如本示例性实施例所描述的形式。在这种情况下，对于图案标识170的基本要求是，通过利用回射构成各功能部(单位图案标记、类型指示标记)，如例如三面直角棱镜(通过利用立方体内表面的角部特性将光等反射到其原来方向的工具)，并且允许相机40拍摄图案标识的图像。下面，说明本示例性实施例的拾取处理装置要进行的工件拾取处理。在本示例性实施例中，如图26A至图26C所示，未示出的控制器首先通过相机40 对工件W上的图案标识170进行两阶段式测量(在正对测量位置P1处进行的测量和在非正对测量位置P2处进行的测量)，然后，直接识别关于工件W位置和姿态的布局信息。
在本示例性实施例中，在识别关于工件W位置和姿态的布局信息时，考虑相机40 在正对测量位置P1处所获取的测量信息，对在非正对测量位置P2进行测量所得到的测量信息进行附加校正，从而能够获得高精度测量信息。随后，未示出的控制器确定机械手52的移动动作，并且机械手52拾取(抓握)工件W，从而使工件W移动到预定区域，如图26D所示。·第五示例性实施例图27示出用于识别拾取对象物品的结构，该拾取对象物品用在作为第五示例性实施例的物品处理装置的拾取处理装置中。在图中，例如，色调剂盒160(用于供给在电子照相成像装置中使用的色调剂)作为拾取对象物品。色调剂盒160具有容纳色调剂的色调剂容器161，并且图案标识170添加到色调剂容器161的一个侧表面162上。在本示例性实施例中，图案标识170具有单位图案标记171，单位图案标记171设置于与方形区域U的顶点相对应的四个位置处，该方形区域U位于色调剂容器161的一个侧表面162的一部分中。此外，沿方形区域U的两个侧边设置类型指示标记176。虽然单位图案标记171和类型指示标记176也可另外附加于标签或卡片上，但在本示例性实施例中，在模压期间将这些标记形成为雕刻表面图案。例如，类似于三面直角棱镜(通过利用立方体内表面的角部特性将光等反射到其原来方向的工具)，通过利用回射将所需的功能部直接雕刻在色调剂容器161上。特别地，各单位图案标记171由点像形成， 点像改变点173的尺寸和布局关系从而具有这样的浓度分布在中央位置C处表现出高浓度区域174，随着朝向图案边缘的距离增加，浓度分布逐渐降低。此外，类型指示标记176设置用于对色调剂的颜色和类型进行分类，并由例如条形码或代码构成。只要将这种图案标识170添加至色调剂盒160，就可以识别出关于色调剂盒160位置和姿态的布局信息。因此，例如，可以容易地构造出通过机器人自动安装色调剂盒160的系统。在将图案标识170设置于色调剂盒160 —个侧表面162上的构造中，对于单位图案标记171来说理想的是，在单位图案标记171与色调剂盒160的侧表面162边缘(或者类似楔部的台阶16 之间确保存在具有一定尺寸的空间区域Q。这是基于以高精度检测单位图案标记171的中央位置C的算法，并且意欲满足S > 2R的关系，使得待叠置在单位图案标记171圆形图案上的矩形检测窗口不会与台阶163重叠。当然，单位图案标记171的布局可以任意设定，只需将不同的检测算法用于图案标识170。此外，色调剂盒160上图案标识170的形成部位不需要一定为色调剂容器161的一个侧表面162。例如，图案标识170还可以设置在色调剂容器161的一个端部164上，如图29B所示。在这种情况下，即使在生产线等中将多个色调剂盒160分类并容纳在分拣容器盒190中，如图29A所示，也可以精确地识别出关于容纳在分拣容器盒190中各色调剂盒 160位置和姿态的布局信息。·第六示例性实施例图30是说明图，示出第六示例性实施例的拾取处理装置的总体结构。<拾取处理装置的总体结构>
在图中，拾取处理装置构造成如下方式接纳装配部件(受装配部件)70布置在装配集装架(等同于装配座)80上的预定区域，并且将装配部件100放入接纳装配部件70 中。在本示例性实施例中，拾取处理装置包括图案标识30，其用作设置在装配集装架80上的标识，用以识别关于装配集装架位置和姿态的布局信息；相机40，其拍摄装配集装架80上的图案标识30的图像；机器人50，其使装配部件100移动到相对于装配集装架 80上的接纳装配部件70的预定区域；以及控制器60，其控制相机40的成像时刻，接收来自相机40的成像信息输入，从而识别关于装配集装架80位置和姿态的布局信息，并且基于所识别的布局信息并沿着下文图32所示流程控制机器人50的动作。在本示例性实施例中，如图30和图31A所示，装配集装架80具有沿传送装置85 移动的板状集装架主体81。接纳装配部件70定位并固定于集装架主体81的预定区域。机器人50配备有可执行抓握动作的机械手52，机械手52设置在机械臂51的末端处，可通过多轴关节使机械臂51动作。根据诸如动作捕捉等输入轨迹信息指导机械手52 要执行的处理操作。根据从相机40接收到的成像信息对机械手52所执行的处理操作进行校正。在本示例性实施例中，机械手52抓握装配部件100，并且将装配部件100放至装配集装架80上的接纳装配部件70中。本示例性实施例的接纳装配部件70具有装配凹部 71，装配部件100配合进装配凹部71中。在本示例性实施例中，相机40固定于机械手52的一部分处，并通过机械手52布置于预定测量位置处。<图案标识>在示例性实施例中，如图31A所示，图案标识30以装配集装架80的集装架主体81 的顶面82作为识别基准面。图案标识30具有单位图案标记31，其分别布置在顶面82的四个角部处；以及类型指示标记36，其沿集装架主体81的顶面82的两个相邻侧边设置。例如如图31B所示，单位图案标记31的一种典型构造例示为渐变图案32，渐变图案32的浓度分布模式Pc在中央位置C处表现出最高浓度，并且随着朝向标记边缘的距离增加，浓度逐渐减小(参见图3B)。单位图案标记31的另一种典型构造例示为点像，点像在中央位置C处的点33分布浓度最高，从而形成高浓度区域34，并且越靠近点像的边缘，点33的分布逐渐变粗，从而形成低浓度区域35 (参见图3C)。在这种情况下，可以通过改变点33的直径尺寸、改变点之间的间隔、以及改变布局位置，来使单位图案标记具有浓度分布。特别地，点像构造是优选的，这是因为可以通过利用喷墨图像形成装置或电子照相图像形成装置的印刷操作，容易地形成点像。同时，例如，当待放置于装配集装架80上的接纳装配部件70包括多种类型(例如，就颜色类型、尺寸等方面而言)时，类型指示标记起到ID(辨识)指示的作用，用于找到与对应类型相匹配的接纳装配部件70。在本示例性实施例中，类型指示标记36设置在两个位置处，但其也可以设置于一个位置处。可选择地，即使将类型指示标记以分开的方式布置于三个以上位置处也没有问题。图案标识30的制造实施例和相机40的测量方法与第一示例性实施例所描述的基本相同。<装配处理>由本示例性实施例的装配处理装置进行装配处理(将装配部件放到接纳装配部件中的处理)。首先，控制器60执行图32所示流程的处理，并向相机40和机器人50发送控制信号。在图中，控制器60首先通过相机40对装配集装架80上的图案标识30进行两阶段式测量(在正对测量位置处进行的测量和在非正对测量位置处进行的测量)。接着，控制器识别关于装配集装架80位置和姿态的布局信息，以及，间接识别关于定位在装配集装架 80上的接纳装配部件70位置和姿态的布局信息。然后，控制器60确定机械手52的移动动作，并令机械手52抓握装配部件100，从而使装配部件移动到预定区域。接着，控制器60通过机械手52将装配部件100放入装配集装架80上的接纳装配部件70中，并且在装配操作完成的时刻，令机械手52退回到预定的收回位置(例如，原位置)。-装配集装架的位置精度-在这种装配处理中，装配集装架80在到达装配处理台架时需要停止。例如如图 33A和图3 所示，一个此类停止结构设置有挡块86，其在传送装置85的预定区域自由突出和退回；V形挡块切口 87，其形成于装配集装架80上与挡块86相对的边缘中。需要做的是使挡块86与挡块切口 87接触。此时，担心的是装配集装架80会以挡块86为支点发生旋转角θ 1的旋转位移，如图3 所示，或者另一种担心是，根据传送装置85的位置精度，装配集装架80的姿态会从水平位置倾斜一定程度，如图33C所示。在装配集装架80停止时所获得的装配集装架80 的位置精度最终会在一定程度上降低。然而，即使装配集装架80发生旋转角θ 1的旋转位移时，或者以倾斜角Θ2放置于传送装置85时，相机40也可拍摄装配集装架80上图案标识30的图像，从而识别关于装配集装架80位置和姿态的布局信息。因此，将装配集装架80的旋转位移量或倾斜量反馈至机器人50，从而，精确地将装配部件100放入到装配集装架80上的接纳装配部件70中。-对比模式的装配集装架的定位和停止机构-在装配集装架80’ (传送装置85上所传送)为了各工序而停止以进行装配操作时，对于此时以高精度定位装配集装架80’的技术而言，提供了各种可能的构造。即，如图 34Α所示，可以采用这样的构造，包括在装配集装架80’沿其传送方向上的一侧设置挡块 86’ ；沿着与装配集装架80’的传送方向相交叉的方向，在装配集装架80’上形成一对定位件88’ ；以及，沿三个方向定位并限制装配集装架80’。可选择地，如图34Β所示，除了包括挡块86’之外，还可采用另一种构造，其中，通过升降机构89’使因挡块86’而停止的装配集装架80’从传送装置85升起，然后进行放置。然而，这些构造恐怕会导致机构构造复杂化。如上所述，根据使用本示例性实施例的装配集装架80的装配处理，可以精确识别关于装配集装架80位置和姿态的布局信息，而不会如对比例中那样导致装置结构复杂化。
20本示例性实施例的装配处理优选的是，可以通过将关于装配集装架80的布局信息反馈给机器人50，来精确地确定将装配部件100放入装配集装架80上的接纳装配部件70的位置。·变化例 6-1图35A示出第六示例性实施例的装配处理装置的变化例6-1的主要部分。在图中，就基本结构而言，装配处理装置与第六示例性实施例所描述的对应部分基本相同。然而，添加到装配集装架80的图案标识110的结构与第六示例性实施例所描述图案标识30的结构不同。类似于第六示例性实施例所描述部件的部件使用相似的附图标号标注，并省略对其进行详细说明。在本示例性实施例中，图案标识110印刷在卡片120的正面，如图35A所示。卡片 120固定于安装凹部83，安装凹部83形成于装配集装架80顶面82的一部分(例如角部)中。图案标识110可以采用这样的构造，例如图16A所示，包括单位图案标记111和类型指示标记116，其中单位图案标记111例如由渐变图案112组成并设置于卡片120正面的四个角部处，类型指示标记116沿着卡片120正面的两个侧边设置。图案标识110也可以采用这样的构造，例如图16B所示，包括单位图案标记111和类型指示标记116，其中单位图案标记111例如由点像113组成并设置于卡片120正面的四个角部处，类型指示标记 116沿着卡片120正面的两个侧边设置。顺便提及，根据需要，还可以以相同于图17至图19所示的方式来改变图案标识 110的固定方法和图案标识110的布局。·变化例 6-2图36A和图36B为说明图，示出第六示例性实施例的装配处理装置的变化例(变化例6-2)的主要部分。 在变化例6-2中，可以根据需要进行设计变更，例如使相机40和机器人50彼此分开，以固定方式将相机40设置于非正对测量位置，以高精度测量装配集装架80上的图案标识30 ；或者，通过除了机器人50之外的其他可移动支撑机构来支撑相机40。·变化例 6-3图37A和图37B为说明图，示出第六示例性实施例的装配处理装置的变化例(变化例6-3)的主要部分。变化例6-3包括将卡片120设置于装配集装架80顶面82，相对于水平方向以倾斜角θ放置在倾斜支撑台145上，该卡片120具有各角部处的图案标识110。同时，将相机 40设置在装配集装架80的顶面82上方，使得相机40的成像平面正对该顶面，并且相机40 的成像平面不会正对卡片120上的图案标识110的表面。即使在本变化例中，相机40的成像平面也是相对于装配集装架80的图案标识110 的表面倾斜θ角，如第六示例性实施例和变化例6-1、6-2中一样。因此，当在非正对测量位置测量图案标识110时，针对关于图案标识110的布局信息，可以获得高精确度的测量结^ ο·第七示例性实施例图38是说明图，示出用作第七示例性实施例的物品处理装置的装配处理装置的总体结构。
<装配处理装置的总体结构>在图中，装配处理装置自动将装配部件100放入未示出的接纳装配部件中。在本示例性实施例中，装配处理装置包括图案标识30，其用作设置在装配部件 100上的标识，用于识别关于装配部件100位置和姿态的布局信息；相机40，其拍摄装配部件100上的图案标识30的图像；机器人50，其用作支撑机构，抓握装配部件100并将装配部件100放入接纳装配部件中；以及控制器60，其控制相机40的成像时刻，接收来自相机 40的成像信息输入，识别关于装配部件100位置和姿态的布局信息，并且基于所识别的布局信息并沿着下文所述图40所示的流程控制机器人50的动作。在本示例性实施例中，机器人50具有可通过多轴关节致动的机械臂51。可执行抓握动作的机械手52设置在机械臂51的末端处。根据诸如动作捕捉等输入轨迹信息指导机械手52要执行的处理操作。根据来自相机40的成像信息对机械手52所执行的处理操作进行校正。在本示例性实施例中，相机40固定于机械手52的一部分处，并通过机械手52布置于预定测量位置处。虽然装配部件100可以根据应用情况任意选择，但在例如部件主体101 (采取大致长方体形状)的底部上设置一对定位腿103。将装配部件100放入接纳装配部件70的定位凹部73中进行装配(参见图41)。<图案标识>在示例性实施例中，如图39A和图39B所示，以装配部件100的部件主体101的顶面102作为识别基准面。图案标识30具有单位图案标记31，其设置在顶面102的四个角部处；以及类型指示标记36，其沿部件主体101的顶面102的两个相邻侧边设置。图39A中的附图标号70表示接纳装配部件。例如如图39C和图4A所示，单位图案标记31的一种典型构造例示为渐变图案32， 渐变图案32的浓度分布模式Pc在中央位置C处表现出最高浓度，并且随着朝向标记边缘的距离增加，浓度逐渐减小。如图39D和图4A所示，单位图案标记31的另一种典型构造例示为点像，点像在中央位置C处的点33分布浓度最高，从而形成高浓度区域34，并且越靠近点像的边缘，点33 的分布逐渐变粗，从而形成低浓度区域35。在这种情况下，可以通过改变点33的直径尺寸、 改变点之间的间隔、以及改变布局位置，来使单位图案标记具有浓度分布。特别地，点像构造是优选的，这是因为可以通过利用喷墨图像形成装置或电子照相图像形成装置的印刷操作，容易地形成点像。同时，例如，当接纳装配部件70包括多种类型(例如，就颜色类型、尺寸等方面而言)时，类型指示标记起到ID (辨识)指示的作用，用于找到与对应类型相匹配的接纳装配部件。在本示例性实施例中，类型指示标记36设置在两个位置处，但其也可以设置于一个位置处。可选择地，即使将类型指示标记以分开的方式布置于三个以上位置处也没有问题。图案标识30的制造实施例和相机40的测量方法与第一示例性实施例所描述的基本相同。〈装配处理〉下面描述由本示例性实施例的装配处理装置进行的装配处理。
-装配部件的装配处理-首先，控制器60执行图40所示流程的处理，并向相机40和机器人50发送控制信号。在图中，控制器60首先通过相机40对尚未装配的装配部件100上的图案标识30 进行两阶段式测量(在正对测量位置处进行的测量和在非正对测量位置处进行的测量) (参见图41所示的部件识别过程)；接着，控制器识别关于尚未装配的装配部件100位置和姿态的布局信息。然后，控制器60确定机械手52的移动动作；令机械手52抓握装配部件100(参见图41所示的部件抓握过程)；以及通过机械手52使装配部件100移动到接纳装配部件 70 (参见图41所示的部件装配过程)。然后，控制器60确定机械手52已经完成装配部件100的装配处理，并令机械手52 退回到预定收回位置。-装配部件的装配检查-控制器60通过相机40对已装配的装配部件上的图案标识30进行两阶段式测量 (在正对测量位置处进行的测量和在非正对测量位置处进行的测量)，从而识别关于已装配的装配部件100位置和姿态的布局信息(参见图41所示的部件检查过程)。然后，检查测量值是否处于预定允许范围内。当测量值处于允许范围内时，判定已装配部件的装配检查合格(OK)。相反，当测量值超出允许范围时，判定已装配部件的装配检查不合格(NG)。更具体地，如图42A所示，从关于图案标识30的各单位图案标记31的成像信息中，相机40获取Z轴方向的位置数据，从而可以计算沿Z轴方向发生的提升量(ΔΖ)。如图42B所示，从关于图案标识30的各单位图案标记31的成像信息中，相机40 获取围绕Y轴的位置数据，从而可以计算图案标识相对于Y轴的倾斜量(θ y)。如图42C所示，从关于图案标识30的各单位图案标记31的成像信息中，相机40 获取X轴和Y轴方向的位置数据，从而可以计算沿X轴方向和Y轴方向发生的位移量(ΔΧ， Δ Y)。此外，如图42D所示，从关于图案标识30的各单位图案标记31的成像信息中，相机40获取围绕Z轴的位置数据，从而可以计算相对于Z轴发生的旋转位移量(θ ζ)。<对比模式的装配部件的装配检查>图43Α示出在装配部件100’上没有设置图案标识的对比模式。如图4 所示，如果装配部件100’刚好被放入接纳装配部件70’中，则装配部件100’不会沿Z轴方向升起， 也不会相对于Y轴倾斜。然而，如图44A所示，如果装配部件100’没有被适当地放入接纳装配部件70’中， 例如，可以使用Z轴位移传感器211 (例如非接触式激光位移传感器或接触式位移传感器) 获取Z轴方向的位置数据，从而计算沿Z轴方向发生的提升量(ΔΖ)。另外，如图44B所示，可以根据从两个Z轴位移传感器212和213 (非接触式激光位移传感器或接触式位移传感器)输出的测量值之差，计算相对于X轴发生的倾斜角θχ 和相对于Y轴发生的倾斜角θ y,所述两个Z轴位移传感器212和213在X轴方向和Y轴方向上均彼此分开。
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如图44C所示，需要通过使用X轴位移传感器214和Y轴位移传感器215 (例如非接触式激光位移传感器或接触式位移传感器)来获取X轴位置数据和Y轴位置数据，从而计算相对于X轴发生的位移量(ΔΧ)和相对于Y轴发生的位移量(ΔΥ)。此外，如图44D所示，例如，可以根据在X轴方向上彼此分隔开的Y轴位移传感器 216和217 (例如非接触式激光位移传感器或接触式位移传感器)的测量值之差，计算相对于Z轴发生的旋转位移量ΘΖ。如上所述，为了计算各位移，一些传感器能够共享。然而，仍需要大量的位移传感器211至217，这继而导致设备结构复杂化。·第八示例性实施例图45是说明图，示出用作第八示例性实施例的物品处理装置的装配处理装置的主要部分。在本示例性实施例中，就基本结构而言，装配处理装置与第七示例性实施例所描述的对应部分基本相同。然而，与第七示例性实施例不同的是，还将与装配部件100的图案标识30基本相同的图案标识230设置于接纳装配部件70的顶面72上。在本示例性实施例中，图案标识230具有单位图案标记231，其分别布置在顶面72的四个角部处；以及类型指示标记236，其沿顶面72的两个侧边设置。在本示例性实施例中，相机40拍摄装配部件100的图案标识30的图像，并且还拍摄接纳装配部件70的图案标识230的图像。控制器60沿图46所示流程控制相机40和机器人50 (参见第六示例性实施例)，该控制器60与第七示例性实施例中所描述的对应部件相同。下面参照图46描述本示例性实施例的装配处理装置的操作。首先，控制器60执行图46所示流程的处理，并向相机40和机器人50发送控制信号。在图中，控制器60通过相机40对尚未装配的装配部件100上的图案标识30进行两阶段式测量(在正对测量位置处进行的测量和在非正对测量位置处进行的测量)(参见图47所示的部件识别过程)；接着，控制器识别关于尚未装配的装配部件100位置和姿态的布局信息。然后，控制器60确定机械手52的移动动作，并令机械手52抓握装配部件100 (参见图47所示的部件抓握过程)。然后，控制器60通过相机40对接纳装配部件70上的图案标识230进行两阶段式测量，以便识别关于接纳装配部件70位置和姿态的布局信息，并且对机械手52的移动动作进行校正；以及，通过机械手52将装配部件100放到接纳装配部件70处(参见图47中所示的部件装配过程)。 然后，控制器60确定机械手52已经完成装配部件100的装配处理，并令机械手52 退回到预定收回位置。 接着，控制器60通过相机40对已装配好的装配部件100上的图案标识30以及接纳装配部件70上的图案标识230进行两阶段式测量，从而识别关于已装配的装配部件100 位置和姿态的布局信息以及关于已装配的接纳装配部件70位置和姿态的布局信息(参见图47所示的部件检查过程)。
然后，从图案标识之间的相对位置关系，检查测量值是否处于预定允许范围内。当测量值处于允许范围内时，判定已装配部件的装配检查合格(OK)。相反，当测量值超出允许范围时，判定已装配部件的装配检查不合格(NG)。特别地，在本示例性实施例中，即使是关于接纳装配部件70位置和姿态的布局信息，也可以被识别。因此，与第七示例性实施例的情况相比，可以更精确地检查装配部件100 被放入接纳装配部件70中的状态，这是因为除了更好地维持装配部件100配合到接纳装配部件70中的精确度之外，在装配之后的装配检查过程中，还对装配部件100与接纳装配部件70之间的相对位置关系进行识别。在本示例性实施例中，即使是关于接纳装配部件70位置和姿态的布局信息，也在装配检查过程中得以识别。然而，在将装配部件100放入接纳装配部件70中的情况下，识别关于接纳装配部件70位置和姿态的布局信息。因此，也可以从装配检查过程中省去关于接纳装配部件70的布局信息的识别处理。·第九示例性实施例图48A是说明图，示出用作第九示例性实施例的物品处理装置的装配处理装置的主要部分。在图中，就基本结构而言，装配处理装置与第八示例性实施例所描述的对应部分基本相同。然而，与第八示例性实施例不同的是，接纳装配部件70定位于装配夹具(等同于装配基座)上的预定区域，并且相似于图案标识230的图案标识310布置于装配夹具300 的一部分中。在本示例性实施例中，图案标识310印刷在卡片320的表面上。卡片320固定于安装凹部302，安装凹部302形成于装配夹具300的顶面301的一部分中。如图48A所示，图案标识310包括多种构造例如，包括单位图案标记311和类型指示标记316的构造，其中单位图案标记311由渐变图案组成并分别设置于卡片320表面的四个角部处，类型指示标记316沿着卡片320表面的两个侧边设置；以及，包括单位图案标记311和类型指示标记316的构造，其中单位图案标记311例如由点像组成并分别设置于卡片320表面的四个角部处，类型指示标记316沿着卡片320正面的两个侧边设置。可以根据需要选择用于固定图案标识的方法。如上所述，在本示例性实施例中，图案标识310设置于装配夹具300上。因此，通过使用相机40测量装配夹具300上的图案标识310，可以识别关于装配夹具300位置和姿态的布局信息，并且可以基于如此识别出的布局信息，识别关于接纳装配部件70位置和姿态的布局信息。因此，在将装配部件100放至接纳装配部件70中的情况下，可以精确地进行将装配部件100放入到接纳装配部件70中的处理。此外，在将装配部件100放入到接纳装配部件70中的处理完成之后，对装配部件 100上的图案标识30和装配夹具300上的图案标识310进行测量，从而能够根据关于装配部件100位置和姿态的布局信息和关于装配夹具300位置和姿态的布局信息，识别出装配部件100与接纳装配部件70之间的相对位置关系。从而，可以检查装配部件100被放入接纳装配部件70中的状态。在本示例性实施例中，如图48A所示，图案标识310设置于安装凹部302，安装凹部302形成于装配夹具300顶面301的一部分中。然而，图案标识的放置位置并不限于安装凹部。当然，如图48B所示，图案标识310(包括单位图案标记311和类型指示标记316) 还可以设置于装配夹具300顶面301的四个角部和两个侧边。·第十示例性实施例图49A和图49B示出用于检查连接器装置的插入状态的装配检查装置的主要部分。图49A是说明图，示出尚未通过插入使凸形连接器351和凹形连接器352 ( 二者均为连接器装置350的组件)连结到一起的状态。图49B是说明图，示出通过插入使凸形连接器和凹形连接器连结到一起的状态。在本示例性实施例中，图案标识360设置于凸形连接器351的一个侧表面上，图案标识370设置于凹形连接器352的一个侧表面上，其中，这两个侧表面位于同一侧。图案标识360具有设置于侧表面的四个角部的单位图案标记361和沿着该侧表面的两个侧边设置的类型指示标记366(166)。此外，图案标识370具有设置于侧表面的四个角部的单位图案标记371和沿着该侧表面的两个侧边设置的类型指示标记376。如图49B所示，在将凸形连接器351装进凹形连接器352中之后，用相机40对图案标识360和370进行两阶段式测量(在正对测量位置进行的测量+在非正对测量位置进行的测量)，或者，以高精度在非正对测量位置处进行测量。根据测出的成像信息，未示出的控制器识别关于凸形连接器351上图案标识360 的位置和姿态的布局信息以及关于凹形连接器352上图案标识370的位置和姿态的布局信息；并且计算两连接器之间的相对位置关系，从而检查连接器的装配状态。在本示例性实施例中，凸形连接器351上的图案标识360和凹形连接器352上的图案标识370设置有不同类型的指示标记(ID)，从而可以精确识别关于凸形连接器351的布局信息和关于凹形连接器352的布局信息。在本示例性实施例中，凸形连接器351设置有图案标识360，凹形连接器352设置有图案标识370。例如在凹形连接器352设置于印刷电路板355上预定区域的构造中，将图案标识设置于印刷电路板355上，代替设置于凹形连接器352上。通过印刷电路板上的图案标识以及凸形连接器351(被插入并放于凹形连接器352中)的图案标识360，也可以识别出凸形连接器与凹形连接器之间的相对位置关系。[实施例]·实施例1通过用作示例性实施例的物品处理装置的拾取处理装置，研究当相机倾斜度发生变化时相机移动的距离与测量误差(即相机移动的距离与测量值之差)之间的关系。得到图50所示的结果。在图50中，相机倾斜度为0°值对应于相机的成像平面与分拣托盘形成有图案标识的表面相平行的构造(等同于正对测量位置)。相机倾斜度为15°值对应于相机的成像平面相对于分拣托盘的图案标识倾斜15°角的构造(等同于相对于正对测量位置而言的非正对测量位置)。相机倾斜度为30°值对应于相机的成像平面相对于分拣托盘的图案标识倾斜30°角的构造(等同于相对于正对测量位置而言的非正对测量位置)。从图中可以看出，在正对测量位置进行测量的过程中，随着相机移动的距离增大， 测量误差变大；在非正对测量位置进行测量的过程中，尽管相机移动的距离增大，但测量误差仍保持较小。实施例示出相机倾斜15°和30°的情况作为非正对测量位置的实施例。在倾斜 45°时对测量误差进行研究。可断定该测量误差保持为更小。本发明示例性实施例的上述说明仅为例示说明目的。并不意在穷举，也不能将本发明局限于所披露的具体形式。显然，本领域技术人员可以容易地对其进行多种变更和改变。选择描述示例性实施例是为了更好地说明本发明原理及其实践应用，使本领域技术人员能理解本发明，为了特定的用途可以有多种示例性实施例以及多种变化例。本发明范围由所附权利要求及其等同置换限定。
权利要求
1.一种物品识别装置，包括标识，其具有四个以上单位图案标记，所述单位图案标记以预定位置关系设置于待识别物品上并且形成为使浓度分布模式从图案标记的中央位置向边缘顺次变化；成像工具，其布置为与待识别物品相对，并且拍摄所述标识的图像；支撑机构，其支撑所述成像工具，从而允许将所述成像工具至少布置于非正对测量位置，在所述非正对测量位置处，所述成像工具的成像平面没有正对所述标识的表面，所述标识设置在待识别物品上并处于所述成像工具的视野范围内；以及布局信息识别部，通过布置于所述非正对测量位置的成像工具拍摄所述标识的图像， 所述布局信息识别部至少利用关于所述标识的成像信息识别关于待识别物品的位置和姿态的布局信息。
2.根据权利要求1所述的物品识别装置，其中，所述标识对应于表示点像形式的单位图案标记的浓度分布模式的变化。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的物品识别装置，其中，所述标识具有四个单位图案标记，所述四个单位图案标记布置于待识别物品的同一平面上。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的物品识别装置，其中，所述标识设置于卡片上， 所述卡片以可拆卸方式安装在待识别物品上。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的物品识别装置，其中，所述标识具有四个以上的单位图案标记并且具有类型指示标记，所述类型指示标记用于识别类型信息，所述类型信息不同于关于待识别物品位置和姿态的布局信息。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的物品识别装置，其中，所述支撑机构将所述成像工具移动到第一测量位置和第二测量位置，在所述第一测量位置处，设置于待识别物品上的标识进入所述成像工具的视野范围，并对所述标识进行测量，从而可以拍摄所述标识的俯视图，所述第二测量位置由非正对测量位置构成，在所述非正对测量位置处，所述标识进入所述成像工具的视野范围，并且以高于在所述第一测量位置处的精确度进行测量。
7.根据权利要求6所述的物品识别装置，其中，所述支撑机构的第一测量位置由正对测量位置构成，在所述正对测量位置处，所述成像工具的成像平面正对所述标识的表面，所述标识设置于待识别物品上且处于所述成像工具的视野范围内。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的物品识别装置，其中，所述布局信息识别部从所述成像工具在第一测量位置获取的成像信息来计算关于所述待识别物品上标识的位置和姿态的布局信息，根据计算结果确定所述支撑机构要将所述成像工具移到的第二测量位置，并且基于所述成像工具在所述第二测量位置处获取的成像信息识别关于所述标识的位置和姿态的布局信息。
9.一种物品处理装置，包括根据权利要求1或权利要求2所述的物品识别装置；控制部，其根据关于待由所述物品识别装置识别的物品的位置和姿态的布局信息产生控制信号，并且控制与所述待识别物品相同的待处理物品或相对于所述待识别物品以预定位置关系放置的待处理物品的处理操作；以及处理机构，其根据由所述控制部产生的控制信号对所述待处理物品进行处理操作。
10.根据权利要求9所述的物品处理装置，其中，所述处理机构还兼作所述成像工具的支撑机构。
全文摘要
本发明公开了一种物品识别装置以及使用该物品识别装置的物品处理装置，所述物品识别装置包括标识，该标识具有四个以上单位图案标记，单位图案标记以预定位置关系设置于待识别物品上并且形成为使浓度分布模式从图案标记的中央位置向边缘顺次变化。物品识别装置还包括成像工具，其布置为与待识别物品相对，并且拍摄标识的图像；支撑机构，其支撑成像工具，从而允许将成像工具至少布置于非正对测量位置；以及布局信息识别部，其识别关于待识别物品的位置和姿态的布局信息。
文档编号B25J19/00GK102207369SQ20101061073
公开日2011年10月5日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年3月29日
发明者小池尚己, 若林公宏 申请人:富士施乐株式会社