本发明涉及一种依次取出堆积在容器内的多个工件的工件取出系统。
背景技术：
以往，已知一种工件取出装置，通过传感器从上方拍摄堆积在容器内的多个工件，在每个检测点处获取具有高度位置信息的三维信息，判定三维信息中的高度最高的部分为下一次取出的工件的位置，并利用机器人取出该位置的工件(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平04-30991号公报
技术实现要素：
发明所要解决的问题
上述工件取出装置的目的是依次取出堆积在容器内的工件中的配置于较高位置的工件，从这点上看是效率较高的装置。
另一方面，工件取出装置是用于各种状况、各种工件的装置，同时容器的形状也是各种各样的。例如，当容器内的工件变少时，为了使工件自动集中到容器内的一处而提高机器人的取出效率，往往会在容器底面的一部分上设置倾斜面或弯曲面。
像这样，在底面设置了倾斜面或弯曲面的容器内只有少量的工件的状态下，经常会出现倾斜面或弯曲面处于比工件更高的位置的情况，如果使用上述工件取出装置，则会将容器内的倾斜面或弯曲面判定为下一个将要取出的工件。如果像这样进行判定，则机器人将会在没有工件的倾斜面或弯曲面的位置上重复进行工件的取出动作，因而这不是高效的取出作业。
另一方面，还可以考虑使用通过处理三维信息而得到的各工件的形状信息、取出对象的工件的三维形状数据(cad数据等)来进行三维模式匹配，从而确定下一个要取出的工件。但由于三维模式匹配需要较长的处理时间，因而如果容器内的倾斜面或弯曲面也包含在三维信息中，则会出现对没有工件的倾斜面或弯曲面也进行三维模式匹配的情况，这在实现高效的取出作业方面也是不优选的。
本发明正是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种能够使取出作业更高效的工件取出系统。
解决问题的手段
为了解决上述课题，本发明采用以下手段。
本发明的第一方面是一种通过机器人依次取出堆积在容器内的多个工件的工件取出系统，其包括：三维传感器，其配置于所述容器的上方，用于获取三维点群，所述三维点群的各点具有作为所述容器内的所述工件的三维信息的高度位置信息；集合创建单元，用于创建多个三维点集合，所述多个三维点集合是在所述三维点群中相邻的点满足了预定条件的点的集合；排除集合确定单元，用于将所述多个三维点集合中符合预定大小的基准、预定面积的基准以及预定长度的基准中的至少一个基准的三维点集合确定为排除集合；以及工件检测单元，求出从所述三维点群或所述多个三维点集合中排除了包含于所述排除集合中的点而得到的用于工件检测的三维点群，使用所述用于工件检测的三维点群检测由所述机器人取出的工件。
在该方面中，创建相邻的点满足了预定条件的多个三维点集合。例如，如果创建满足：相邻的点的高度方向的位置之差小于或等于工件的厚度尺寸的1/2这样的条件的多个三维点集合，则按照与从上方观察到的工件一一对应的方式创建三维点集合。另外，在容器的底面形成有倾斜面或弯曲面的情况下，当容器内的工件变少且从上方观察到倾斜面或弯曲面时，也创建与倾斜面或弯曲面对应的三维点集合。
另外，在该方面中，三维点集合中符合预定大小的基准、预定面积的基准以及预定长度的基准中的至少一个基准的三维点集合被确定为排除集合。例如，如果设定为比从上方观察时的工件的最大面积更大的物体是与预定的面积的基准相符的三维点集合，则与倾斜面或弯曲面对应的三维点集合被确定为排除集合。
并且，在该方面中，求出排除了包含于排除集合中的点的用于工件检测的三维点群，使用该三维点群进行工件的检测。因此，不仅能够防止或减少机器人在没有工件的倾斜面或弯曲面的位置上重复进行工件的取出动作，还能够防止或减少针对倾斜面或弯曲面而进行的三维模式匹配。
在上述方面中，所述工件检测单元也可以构成为：基于所述用于工件检测的三维点群的各点的所述高度位置信息，检测是否存在可取出的工件。
在该情况下，例如可以从堆积在容器内的工件中的被配置于较高部分的工件开始依次取出工件，从而高效地取出工件。
在上述方面中，所述排除集合确定单元也可以构成为：基于被确定的所述排除集合中的至少一个排除集合，估计所述容器内的平面部或曲面部，并将存在于距估计出的所述平面部或所述曲面部预定距离的范围内的三维点也包含在该排除集合中。
在该情况下，例如当容器的底面的倾斜面或弯曲面被载置的工件分割时，即使在被分割的一部分较小而不符合所述排除集合的基准的情况下，也能够排除不符合该排除集合的基准的倾斜面或弯曲面的一部分，从而进行工件的检测。
发明的效果
根据本发明，能够使取出作业更加高效。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的工件取出系统的简要结构图。
图2是本实施方式的工件取出系统的容器部件的主要部位的平面图。
图3是本实施方式的工件取出系统的工件位置姿势计算装置的框图。
图4是本实施方式的工件取出系统的机器人控制装置的框图。
图5是表示本实施方式的工件位置姿势计算装置的控制部的动作的流程图。
图6是表示本实施方式的工件位置姿势计算装置所进行的处理的一个例子的图。
图7是表示本实施方式的变形例的工件位置姿势计算装置的控制部的动作的流程图。
图8是表示本实施方式的其它变形例的工件位置姿势计算装置所进行的处理的一个例子的图。
图9是本实施方式的其它变形例的工件位置姿势计算装置所进行的处理的一个例子的图。
具体实施方式
下面，参照附图对根据本发明的一个实施方式的工件取出系统进行说明。
如图1所示，该工件取出系统是利用机器人10依次取出堆积在容器1内的多个工件w的系统，其包括：被未图示的框架支承于容器1的上方的三维传感器20、连接于三维传感器20的工件位置姿势计算装置30、以及与工件位置姿势计算装置30和机器人10连接的机器人控制装置40。
如图1和图2所示，在容器1的底面设有倾斜面2，并且倾斜面2被设置为工件w通过自重而朝向容器1内的预定位置移动。虽然在本实施方式中工件w是圆盘形状，但也可以是其它的形状。
作为三维传感器20，只要是能够获取三维点群的传感器即可，该三维点群的各点具有作为容器1内的工件w的三维信息的高度位置信息。
作为三维传感器20，可以使用各种非接触型的传感器。例如，可以使用两台照相机的立体方式、扫描激光狭缝光的方式、扫描激光光斑的方式、利用投影仪等装置将图案光投影到物品的方式、利用从投光器射出的光被物品表面反射而入射到受光器为止的飞行时间的方式等。
如图3所示，工件位置姿势计算装置30包括：例如具有cpu、ram等的控制部31；具有非易失性存储器、rom等的存储装置32；显示装置33；收发部34。在存储装置32中存储有用于计算容器1内的工件w的位置和/或姿势的位置姿势计算程序32a。
机器人10在具备多个可动部的同时，还具备分别用于驱动多个可动部中的每个可动部的多个伺服马达11、被安装于机器人10的前端的工件保持装置12，伺服马达11和工件保持装置12由后述的机器人控制装置40控制(参照图4)。
作为各伺服马达11，可以使用旋转马达、直动马达等各种伺服马达。作为工件保持装置12，不仅可以使用本实施方式那样的通过电磁铁吸附工件w并对其进行保持的部件，还可以使用公知的工件保持装置，例如通过爪的把持或吸气等保持工件w的装置。
各伺服马达11中内置有对其动作位置进行检测的编码器等的动作位置检测装置，动作位置检测装置的检测值被发送至机器人控制装置40，该检测值被用于通过机器人控制装置40进行的各伺服马达11的控制。
如图4所示，机器人控制装置40包括：例如具有cpu、ram等的控制部41；显示装置42；具有非易失性存储器、rom等的存储装置43；在创建机器人10的动作程序等时进行操作的示教器44；被设置为分别与机器人10的伺服马达11一一对应的多个伺服控制器45；用于控制工件保持装置12的保持控制部46；以及收发部47。
在存储装置43中存储有系统程序43a，系统程序43a承担机器人控制装置40的基本功能。另外，存储装置43中至少存储有一个例如使用示教器44创建出的工件取出程序43b。
例如，控制部41通过系统程序43a进行动作，读取存储于存储装置43的工件取出程序43b并将其暂时存储于ram，按照读取的工件取出程序43b向各伺服控制器45和保持控制部46发送控制信号，由此，控制各伺服马达11的伺服放大器而使机器人10动作，并对由工件保持装置12执行的工件w的吸附和非吸附状态进行切换。此外，控制部41从工件位置姿势计算装置30接收后述的工件检测的结果，控制机器人10和工件保持装置12以取出与该结果相对应的位置的工件w。
下面，参照图5对如上述那样构成的工件取出系统的工件位置姿势计算装置30的控制部31的动作的一个例子进行说明。此时，控制部31读取位置姿势计算程序32a并将其暂时存储于ram，而后按照位置姿势计算程序32a进行如下处理。
控制部31从三维传感器20接收三维点群(步骤s1)。
接着，控制部31创建相邻的点满足了预定条件的多个三维点集合(步骤s2)。
例如，作为上述的预定条件，当使用相邻的三维点的高度位置之差小于或等于工件w的厚度的1/2这样的条件时，在图6的情况下三维点集合g1～g5被创建。需要说明的是，由于倾斜面2上的工件w的碰撞有可能导致不均匀，因此只要不均匀是不规则的，就优选将倾斜面2设定为满足预定的条件。另外，图6是二维的示意图，虽然为了便于理解将点的数量设定的比较少，但实际上在容器1内三维地分布着这样的点。
需要说明的是，作为上述的预定条件，也可以使用诸如相邻的三个或三个以上的三维点的高度位置按照某种一定的趋势变化之类的条件。例如，由于图6的三维点集合g1的左侧的四个点的高度位置按照一定的变化率而变化，因而被视为一个三维点集合。
接着，控制部31将多个三维点集合中符合预定大小的基准、预定面积的基准以及预定长度的基准中的至少一个基准的三维点集合确定为排除集合(步骤s3)。
例如，如果考虑将图6的纸面的左右方向排列的点的数量与长度对应，则当使用只要该长度方向的点的数量大于或等于8就将其确定为排除集合这样的基准时，只有三维点集合g5被确定为排除集合。即，工件w的最大长度以上的、例如与容器1的倾斜面2对应的位置上的三维点集合g5被确定为排除集合。另外，还可以对获取的三维点集合的长边方向的长度进行计算，比较计算出的值与工件的最大长度，从而判定是否将其排除。
此外，由于在图6的纸面的厚度方向上也三维地分布着点，考虑到三维点集合中的点的数量与面积、大小相对应，因而也可以使用只要点的数量在预定的个数以上就将其判定为排除集合这样的基准。
接着，控制部31从在步骤s1中接收的三维点群或在步骤s2中创建的多个三维点集合中排除包含于排除集合中的点，并求出用于工件检测的三维点群(步骤s4)。在图6中，排除了三维点集合g5后的点(三维点集合g1～g4)成为用于工件检测的三维点群。
接着，控制部31判定在步骤s4中得到的用于工件检测的三维点群中，是否存在被估计为工件w的三维点集合(步骤s5)，如果存在被估计为工件w的三维点集合，则进入后述的步骤s6，如果不存在，则将其视为结束工件w的取出的基准而进入后述的步骤s9。
接着，控制部31根据在步骤s1中接收的每个点的高度位置信息，将用于工件检测的三维点群的各点中的与预定高度对应的三维点集合检测为可取出的工件，例如，与比图6的高度a更高的位置的点对应的三维点集合g2、g4被检测为可取出的工件(步骤s6)。a的高度位置是根据容器1内的工件w的值(被检测出的三维点的高度位置的最大值、平均值)等而适当设定的。
接着，控制部31将至少表示了在步骤s6中检测的可取出的工件的位置的信息，例如可取出的工件的三维位置信息发送给机器人控制装置40(步骤s7)。由此，通过机器人10进行可取出的工件的取出。
接着，当所有可取出的工件被取出时，除了所述排除集合的面积、大小、长度等符合结束取出的基准的情况以外(步骤s8)，由于工件w的数量过少等的原因，处理再次返回到步骤s1。另一方面，在预定时间内未接收到检测指示信号及符合结束取出的基准的情况下，将其内容显示在显示装置33上(步骤s9)，结束处理。
需要说明的是，当工件位置姿势计算装置30在存储装置32中存储了取出对象，即工件w的三维形状数据(cad数据等)的情况下，如图7所示，可代替步骤s6而进行步骤s6′。在步骤s6′中，使用包含在用于工件检测的三维点群中的三维点集合g1～g4、以及三维形状数据进行三维模式匹配，由此，估计出与三维点集合g1～g4的一一对应的工件w的位置和姿势等，并使用该估计出的结果进行可取出的工件的检测。
例如，估计出与三维点集合g1对应的工件w倾斜到哪种程度，估计出对应于三维点集合g4的工件w和对应于三维点集合g3的工件w在哪种程度上相互重叠，将倾斜和重叠的程度在预定量以下的工件w检测为可取出的工件。
像这样，根据本实施方式，创建相邻的点满足了预定条件的多个三维点集合g1～g5，将三维点集合g1～g5中符合预定大小的基准、预定面积的基准以及预定长度的基准中的至少一个基准的三维点集合确定为排除集合。并且，求出排除了包含于排除集合中的点的用于工件检测的三维点群，使用该三维点群进行工件检测。因此，不仅能够防止或减少机器人10在没有工件w的倾斜面2的位置上重复工件w的取出动作的情况，还能够防止或减少针对倾斜面2进行三维模式匹配的情况。
另外，在本实施方式中，基于用于工件检测的三维点群的各点的高度位置信息，检测在各点中的与高于预定高度的点对应的位置上是否存在可取出的工件。因此，能够从堆积在容器1内的工件w中的配置于较高部分的工件w开始，依次取出该工件w，从而能够进行高效的工件取出。
需要说明的是，在机器人控制装置40与三维传感器20连接，并且具有位置姿势计算程序32a的情况下，也可以构成为不设置工件位置姿势计算装置30，而通过机器人控制装置40来承担与该装置相同的功能。
另外，也可以使用将三维传感器20支承于机器人10的前端的构成，在该情况下也能够实现与上述相同的作用效果。
另外，在步骤s3中，根据被确定的一个或多个排除集合来估计平面部或曲面部，也可以将存在于距估计出的平面部或曲面部预定距离的范围内的三维点也包含在该排除集合中。例如，如图8所示，在俯视图中倾斜面2被残留在倾斜面2的一部分的工件w分割，由此，在倾斜面2形成三维点集合g5-1和三维点集合g5-2，三维点集合g5-1虽与步骤s3的基准相当并作为排除集合而被确定，但往往三维点集合g5-2不符合步骤s3的基准而未作为排除集合被确定。此外，图8是仅描绘了本说明所需的部分的三维点的图。
此时，如果构成为基于排除集合的三维点集合g5-1估计出平面(例如图9的p0)，则在正交于估计出的平面的方向且距该平面预定距离的范围内(例如图9的p1以及p2之间)的三维点群也包含在排除集合中。由此，即使在平面图中看到倾斜面2被积载的工件w所分割，且被分割的一部分较小的情况下，由于该范围未被用于工件检测，因而也能够防止或抑制容器1的底面的三维点被用作工件检测的情况。
附图标记
1容器
2倾斜面
10机器人
12工件保持装置
20三维传感器
30工件位置姿势计算装置
31控制部
40机器人控制装置
41控制部
w工件