阅读说明：本技术 机器人系统以及机器人系统的控制方法 (Robot system and control method for robot system ) 是由 片桐太树 古贺健太郎 于 2019-05-24 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种机器人系统及机器人系统的控制方法。即使在多个物品接近的状态下,也可取出目标物品。机器人系统(100)具备：检测物品(WN)的形状的传感器(50)；安装有能够把持检测出的物品的把持装置(15)的机器人(10)；以及控制机器人的控制装置(20),控制装置具备：在针对每个物品把持物品时设定配置把持装置的把持区域(GN)的把持区域设定部；判定把持区域与其它物品的干扰的判定部；与被检测出的各物品相关联地存储与由判定部判定出的干扰的有无相关的判定结果的存储部；通过把持装置取出其它物品不干扰把持区域的物品的机器人控制部；以及在每次通过把持装置取出物品时,更新被存储于存储部的判定结果的更新部。(The invention provides a robot system and a control method of the robot system. Even in a state where a plurality of articles are close to each other, the target article can be taken out. A robot system (100) is provided with: a sensor (50) that detects the shape of the item (WN); a robot (10) to which a gripping device (15) capable of gripping the detected article is attached; and a control device (20) for controlling the robot, the control device comprising: a gripping area setting unit that sets a gripping area (GN) in which the gripping device is disposed when gripping an article for each article; a determination unit for determining interference between the gripping area and other articles; a storage unit that stores a determination result regarding the presence or absence of the interference determined by the determination unit in association with each of the detected articles; a robot control unit for taking out an article in which other articles do not interfere with the gripping area by the gripping device; and an updating unit that updates the determination result stored in the storage unit each time an article is taken out by the gripping device.)

机器人系统以及机器人系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种机器人系统以及机器人系统的控制方法。

背景技术

公知有通过视觉传感器检测在被散乱地放置于传送带上的状态下输送来的多个物品，基于检测出的物品的形状以及姿势，机器人利用把持装置取出对象物的机器人系统(例如参照专利文献1)。在专利文献1所记载的机器人系统中，在取出的目标物品与其它物品的距离较近的情况下，为了防止把持装置与其它物品的干扰，而修正取出目标物品时的机器人的路径。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-185573号公报

发明内容

发明所需解决的问题

然而，在使用专利文献1记载的机器人系统时，在多个其它物品接近目标物品的周围，而无法创建避免与其它物品的干扰而用于取出目标物品的路径的情况下，把持装置无法取出目标物品。

本发明的目的在于，提供一种即使在多个物品接近的状态下，也能够取出目标物品的机器人系统以及机器人系统的控制方法。

解决问题的手段

为了实现上述目的，本发明提供以下方案。

本发明的一个方案提供一种机器人系统，其具备：传感器，其检测被输送的物品的形状；机器人，其安装有能够把持被检测出的物品的把持装置；以及控制装置，其控制该机器人，该控制装置具备：把持区域设定部，其在针对被检测出的每个物品把持该物品时，设定配置所述把持装置的把持区域；判定部，其判定被设定的所述把持区域与其它物品的干扰；存储部，其与被检测出的各物品相关联地、存储与由所述判定部判定出的所述干扰的有无相关的判定结果；机器人控制部，其控制所述机器人，通过所述把持装置取出其它物品不干扰所述把持区域的物品；以及更新部，其在每次通过所述把持装置取出物品时，更新被存储于所述存储部的所述判定结果。

根据本方案，当由传感器检测出被输送的物品时，通过把持区域设定部针对被检测出的每个物品设定把持区域。判定有无被设定的把持区域与其它物品的干扰，判定结果被存储于存储部。在一个物品的把持区域中不存在其它物品且没有干扰的情况下，通过机器人控制部控制机器人，将把持装置配置于一个物品的把持区域，通过把持装置把持一个物品，所以能够取出物品而不产生与其它物品的干扰。

当通过机器人取出一个物品时，由判定部判定有无被取出的状态下的物品间的干扰，更新部基于新的判定结果更新被存储于存储部的判定结果。由此，在被取出的物品干扰其它物品的把持区域的情况下，取出一个物品，其结果为其它物品的把持区域中的由一个物品引起的干扰消失。这里，在其它的不同的物品不干扰其它物品的把持区域的情况下，在一个物品被取出前是不能取出的其它物品，在一个物品被取出后，成为能够通过把持装置取出的物品。这样，在物品的检测时，即使是多个物品干扰把持区的物品，在干扰的物品被取出后也会成为能够通过把持装置取出的物品。

在所述方案中，也可以采用如下方式：所述存储部存储将每一个物品的识别信息与干扰设定于该一个物品的所述把持区域的其它物品的识别信息相关联的第一干扰物品信息。

根据该结构，在第一干扰物品信息中，未与其它任意的物品的识别信息相关联的物品能够通过把持装置取出。由此，机器人控制部仅通过参照第一干扰物品信息，就能够判断由把持装置接下来可取出的物品，能够执行物品的取出。

在所述方案中，也可以采用如下方式：所述存储部存储将具有被所述一个物品干扰的所述把持区域的所述其它物品的识别信息、与所述一个物品的识别信息相关联的第二干扰物品信息。

根据该结构，在一个物品被把持装置取出的情况下，在第二干扰物品信息中，通过更新和与一个物品的识别信息相关联的其它物品的识别信息对应的第一干扰物品信息，能够容易地判断由把持装置接下来可取出的物品。

在所述方案中，也可以采用如下方式：在所述第一干扰物品信息中，在两个物品的识别信息彼此相关联的情况下，从所述更新部的更新的对象中排除两个物品。

根据该结构，彼此在把持区域相互干扰的多个物品，无论因通过把持装置取出不同的其它的物品引起的判定结果的更新与否，均作为不能取出的物品示出于第一干扰物品信息中。由此，即使取出不同的其它的物品，不更新相互干扰把持区域的一个物品以及其它物品的判定结果即可。

在所述方案中，也可以采用如下方式：所述把持区域设定部根据由所述传感器检测出的物品的种类设定不同的所述把持区域。

根据该结构，根据物品的形状等设定把持区域，所以把持装置能够以稳定的姿势把持物品。

本发明的其它方案提供一种机器人系统的控制方法，包含以下步骤：检测步骤，检测被输送的物品的形状；把持区域设定步骤，在针对被检测出的每个物品使把持装置把持该物品时，设定配置该把持装置的把持区域；判定步骤，判定被设定的所述把持区域与其它物品的干扰；存储步骤，将与判定出的所述干扰的有无相关的判定结果与被检测出的各物品相关联地存储于存储部；控制步骤，控制机器人，通过所述把持装置取出其它物品不干扰所述把持区域的物品；以及更新步骤，在每次通过所述把持装置取出物品时，更新被存储于所述存储部的所述判定结果。

根据本方案，针对被检测出的每个物品设定把持区域，存储部存储被设定的把持区域与其它物品的判定结果。在其它物品不干扰一个物品的把持区域的情况下，被控制的把持装置能够把持一个物品的把持区域，并取出一个物品而不产生与其它物品的干扰。当取出一个物品时，更新被存储于存储部的判定结果。由此，即使在检测时其它物品干扰物品的把持区域，有时通过重复判定结果的更新以及物品的取出，也能够取出其它物品。

发明的效果

根据本发明的机器人系统以及机器人系统的控制方法，实现了即使在多个物品接近的状态下，也能够取出目标物品这样的效果。

附图说明

图1是本发明的机器人系统的简要俯视图。

图2是机器人系统的框图。

图3是被设定于物品的把持区域以及干扰信息的说明图，(a)是传感器的拍摄范围的俯视图，(b)是表示被存储于物品状态DB的各物品的干扰信息的图。

图4是根据图3所示的状态检测出新的物品的情况下的把持区域以及干扰信息的说明图，(a)是传感器的拍摄范围的俯视图，(b)是表示被存储于物品状态DB的各物品的干扰信息的图。

图5是被设定于物品的把持区域以及干扰信息的说明图，(a)是机械手的作业范围的俯视图，(b)是表示被存储于物品状态DB的各物品的干扰信息的图。

图6是根据图5所示的状态取出物品的情况下的把持区域以及干扰信息的说明图，(a)是机械手的作业范围的俯视图，(b)是表示被存储于物品状态DB的各物品的干扰信息的图。

图7是在物品检测时由机器人系统进行的处理的流程图。

图8是在物品取出时由机器人系统进行的处理的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式的机器人系统100进行说明。

如图1所示，本实施方式的机器人系统100具备：输送多个物品WN(N＝1，2，…)的传送带80、检测在传送带80上输送的物品WN的传感器50、具备把持物品WN的机械手(把持装置)15的机器人10、以及控制机器人10的控制装置20。

传感器50是能够取得物品WN的三维形状的三维照相机，对传送带80上的拍摄范围RI进行拍摄。机器人10例如是具有六个关节的垂直多关节型机器人，通过利用控制装置20控制各关节的旋转角度从而进行动作。被安装于机器人10的前端的机械手15对在传送带80上输送的物品WN进行把持作业。如图1所示，机械手15能够在传送带80上作业的范围是位于比传感器50的拍摄范围RI靠下游侧的作业范围RW。

传送带80沿图1的箭头所示的输送方向以恒定的速度输送物品WN。在传送带80设置有用于检测传送带80的输送速度的编码器(未图示)。编码器的检测值被发送至控制装置20，由此控制装置20计算出传送带80的输送速度。

控制装置20根据规定的程序控制机器人10的动作，由此相对于在传送带80上输送的物品WN进行取出等各种作业。此外，本实施方式的控制装置20内置于机器人10，但其它实施方式的控制装置也可独立于机器人10而单独构成。

图2是机器人系统100的框图。如图2所示，控制装置20具备：根据由传感器50检测出的物品WN的姿势以及位置控制机器人10的动作的控制部21、以及存储有物品WN的三维形状等的存储部26。

存储部26由RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)，或者HDD(Hard DiskDrive：硬盘驱动器)等存储介质构成。存储部26具备物品形状DB和物品状态DB，其中，所述物品形状DB存储有机器人10的作业对象亦即多个物品WN的三维形状，所述物品状态DB对与由传感器50检测出的物品和其它的物品的干扰的有无相关的干扰信息进行存储。

物品形状DB针对多个物品WN的各个三维形状，存储有与图1所示那样的三维形状相关联的把持区域GN。在机械手15把持检测出的物品WN时，把持区域GN作为配置机械手15的区域而被存储。

使用图3来说明与物品状态DB存储的各物品相关联的干扰信息。图3(a)示出了检测出在传送带80上输送的两个物品W1、W2的状态的拍摄范围RI的俯视图。当通过传感器50检测出物品W1、W2时，后述的把持区域设定部23通过使用了被存储于物品形状DB的多个物品的三维形状的图案匹配，确定检测出的物品W1、W2是否是被存储的任意的物品。然后，把持区域设定部23针对各个物品W1、W2设定把持区域G1、G2。

物品状态DB针对把持区域G1、G2中的其它物品的干扰，而存储图3(b)所示的物品W1、W2各自的每个物品名(识别信息)的干扰的有无，以作为物品W1、W2各自的干扰信息。该干扰信息包含：表示检测出的物品W1、W2的重心的检测位置；表示与用于表示物品W1、W2的姿势的基准姿势的倾斜度的角度；表示能否通过机械手15取出的状态；进入自己的把持区域的其它物品的信息(第一物品干扰信息)；以及把持区域自己进入的其它物品的信息(第二物品干扰信息)。

物品W1、W2的检测位置以及角度使用与被存储于物品形状DB的各物品的三维形状相关联的基准姿势、以及由传感器50检测出的拍摄图像来确定。

例如对物品W1的干扰信息进行说明，如图3(a)所示，其它物品没有干扰物品W1的把持区域G1。因此，如图3(b)所示，后述的判定部24首先将物品W1的“状态”判定并设定为“可取出”。另外，判定部24将物品W1的“进入自己的把持区域的其它物品”设定为“无”。物品W1未干扰其它物品的把持区域，所以判定部24将物品W1的“把持区域自己进入的其它物品”设定为“无”。

图2所示的控制部21由未图示的CPU、ROM以及RAM构成。控制部21读入被存储于ROM或者存储部26的程序，并在RAM中进行暂时性地读出以及储存，由CPU执行与各种程序对应的功能。

控制部21具备：控制机器人10的动作的驱动控制部(机器人控制部)22；对由传感器50检测出的物品W1、W2(图3(a))设定把持区域G1、G2的把持区域设定部23；判定被设定的把持区域G1、G2中的其它物品W1、W2的干扰的有无的判定部24；以及在每次通过机械手15取出由传送带80输送的物品时更新被存储于物品状态DB的干扰信息的更新部25。

图4示出了根据图3所示的状态进一步通过传感器50检测出新的物品W3的状态。当由传感器50检测出物品W3，如图4(b)所示，判定部24将物品W3的干扰信息追加到物品状态DB中。如图4(a)所示，因新检测出物品W3，所以物品W3干扰物品W1的把持区域G1。因此，如图4(b)所示，判定部24将“W3”追加到物品W1的“进入自己的把持区域的其它物品”。这表示在机械手15取出物品W1时会与物品W3干扰的情况。由此，判定部24将图4(b)所示的物品W1的“状态”改变为“不能取出”。

图5以及图6是对由机械手15取出物品前后的物品间的位置关系以及物品状态DB中所包含的各物品的干扰信息进行说明的图。图5(a)示出了由机械手15取出物品W5前的机械手15的作业范围RW的俯视图。由于预先设定作业范围RW与拍摄范围RI的位置关系，所以驱动控制部22能够根据被存储于物品状态DB的各物品的干扰信息中的检测位置以及角度计算出作业范围RW中的物品的位置以及姿势。因此，驱动控制部22能够使用传感器50的检测结果，确定包含于作业范围RW的物品。

如图5(a)所示，通过把持区域设定部23针对由传感器50检测出的各个物品W4～W7设定把持区域G4～G7。如图5(b)所示，在物品状态DB存储有与各个物品W4～W7有关的干扰信息。

如图5(a)所示，其它物品干扰物品W4、W6、W7各自的把持区域G4、G6、G7，任意的物品均不干扰物品W5的把持区域G5。因此，如图5(b)的物品状态DB所示，仅物品W5的“状态”被设定为“可取出”。在该情况下，驱动控制部22对被存储于物品状态DB的各个物品W4～W7中的、“状态”是“可取出”的物品W5执行取出作业。此外，在“状态”是“可取出”的物品存在有多个的情况下，从下游侧的物品开始执行取出作业。

如图5(a)所示，物品W6与物品W7相互干扰各自的把持区域G6、G7。在本实施方式中，无论其它的物品的取出作业如何，更新部25都将这样的物品W6、W7的“状态”设定为“不能取出”，且不更新物品W6、W7的干扰信息。

图6(a)示出了根据图5(a)所示的状态，取出物品W5后的作业范围RW的俯视图。当物品W5被取出时，如图6(b)所示，更新部25将物品状态DB中的物品W5的“状态”更新为“已取出”。当物品W5的“状态”被更新时，判定部24基于更新后的物品状态DB，再次判定设定于各物品的把持区域中的其它物品的干扰的有无。

判定部24再次判定被设定为取出的物品W5的“把持区域自己进入的其它物品”的物品W4、物品W6的干扰的有无。例如在物品W4的干扰信息中，在物品W5被取出之前，如图5(b)所示，作为“进入自己的把持区域的其它物品”而设定了物品W5。当更新后物品W5被取出时，如图6(b)所示，判定部24将物品W4的“进入自己的把持区域的其它物品”更改为“无”。伴随于此，物品W4的“状态”变化为“可取出”。

另外，判定部24将物品W6的“进入自己的把持区域的其它物品”从“W5、W7(图5(b)”更改为“W7(图6(b))。另一方面，在“把持区域自己进入的其它物品”中没有设定物品W5的物品W7的干扰信息没有发生变化。在图6所示的状态下，物品W4、W6、W7的“状态”内的、作为“可取出”的物品W4通过机械手15接着被取出。

针对本实施方式的机器人系统100在物品检测时进行的处理，例举图4所示的检测出物品W3的例子，基于图7所示的流程图来说明。首先，进行传感器50检测在传送带80上输送的物品W3的检测步骤(步骤S1)。检测出的物品W3的检测位置X3、Y3以及角度R3通过把持区域设定部23来确定，并被登录于物品状态DB(步骤S2)。

进行把持区域设定部23对检测出的物品W3设定把持区域G3的把持区域设定步骤(步骤S3)。进行判定部24判定其它物品是否干扰设定的把持区域G3的判定步骤(步骤S4)。在判定为其它物品未干扰把持区域G3的情况下(步骤S4：否)，执行后述的步骤S8的处理。

在步骤S4的处理中，当判定部24判定为其它物品W2干扰把持区域G3(步骤S4：是)时，将物品状态DB的物品W3的“状态”设定为“不能取出”(步骤S5)。

判定部24对物品W3的“进入自己的能够把持区域的其它物品”追加干扰把持区域G3的物品W2(步骤S6)。接下来，在判定部24中，由于物品W3进入其它物品W1的把持区域G1，所以对物品W3的“自己进入能够把持区域的其它物品”追加物品W1(步骤S7)。

判定部24判定检测出的物品W3(以下也称为“检测物品W3”)是否干扰其它物品的把持区域(步骤S8)。在判定为检测物品W3未干扰其它物品的把持区域的情况下(步骤S8：否)，结束机器人系统100的物品检测时进行的处理。

在步骤S8的处理中，由于检测物品W3干扰物品W1的把持区域G1(步骤S8：是)，所以判定部24将作为其它物品的物品W1的“状态”设定为“不能取出”(步骤S9)。判定部24对物品W1的“进入自己的能够把持区域的其它物品”追加检测物品W3(步骤S10)。

接下来，判定部24对作为其它物品的物品W2的“把持区域自己进入的其它物品”追加检测物品W3(步骤S11)。此外，步骤S5～S7以及步骤S9～步骤S11相当于存储步骤。

当执行步骤S11的处理时，结束图7所示的机器人系统100在物品检测时进行的处理。

接下来，针对本实施方式的机器人系统100在物品取出时进行的处理，例举从图5所示的状态取出物品W5并变化为图6所示的状态的例子，基于图8所示的流程图来进行说明。

首先，驱动控制部22判定在机械手15的作业范围RW是否存在有物品(步骤S21)。在判定为在作业范围RW没有物品的情况下(步骤S21：否)，结束在物品取出时进行的处理。

在步骤S21的处理中，驱动控制部22在判定为在作业范围RW存在有物品时(步骤S21：是)，判定处于作业范围RW的物品W4～W7的“状态”是否是“可取出”(步骤S22)。在处于作业范围RW的全部物品的“状态”是“不能取出”的情况下(步骤S22：否)，结束在物品取出时进行的处理。

在步骤S22的处理中，如图5(b)所示，驱动控制部22在作业范围RW存在有“状态”是“可取出”的物品W5的情况下(图8的步骤S22：是)，进行控制机械手15而取出物品W5的控制步骤(步骤S23)。

当物品W5被取出时，如图6(b)所示，更新部25将被存储于物品状态DB的取出的物品W5的“状态”更新为“已取出”(图8的步骤S24)。此外，在其它的实施方式中，取出的物品的干扰信息也可从物品状态DB中被删除。

接下来，判定部24基于取出物品W5后的物品状态DB，再次判定物品间的干扰的有无。判定部24判定是否存在被设定为取出的物品W5(以下也称为“取出物品W5”)的“把持区域自己进入的其它物品”的物品(步骤S25)。在没有被设定的物品的情况下(步骤S25：否)，结束在物品取出时进行的处理。

在步骤S25的处理中，由于存在被设定为取出物品W5的“把持区域自己进入的其它物品”的物品W4、W6(步骤S25：是)，所以更新部25从图5(b)所示的各个物品W4、W6的“进入自己的把持区域的其它物品”中删除取出物品W5(步骤S26)。

然后，判定部24在再次判定物品W4、W6的干扰的有无后，在位于作业范围RW的物品的物品状态DB中，判定“进入自己的把持区域的物品”中是否存在不属于其它物品的物品(步骤S27)。在判定为“进入自己的把持区域的物品”中不属于其它物品的物品一个也没有的情况下(步骤S27：否)，结束在物品取出时进行的处理。

在步骤S27中，如图6(b)所示，由于在物品W4的物品状态DB中的“进入自己的把持区域的物品”中不包含其它物品(步骤S27：是)，所以进行判定部24将物品W4的“状态”更新为“可取出”的更新步骤(步骤S28)。然后，结束针对物品W5的物品取出时进行的处理，针对包含于作业范围RW的能够取出的物品执行相同的物品取出处理。

下面对这样构成的本实施方式的机器人系统100的作用进行说明。

当由传感器50检测出被输送的物品W5(图5)时，由判定部24判定设定于物品W5的把持区域G5中的其它物品的干扰的有无，判定结果被存储于物品状态DB。在其它物品未干涉物品W5的把持区域G5的情况下，未产生机械手15以及物品W5、与其它物品的干扰，通过机械手15把持把持区域G5并取出物品W5。当物品W5被取出时，通过更新部25以及判定部24更新被存储于物品状态DB的物品W4、W6、W7的判定结果。被更新的结果为，即使是在物品检测时被判定为不能取出的物品W4，通过取出物品W5，也会成为机械手15能够取出的物品。

在上述实施方式的机器人系统100中，干扰各物品W4～W7的把持区域G4～G7的其它物品与物品状态DB的各物品W4～W7中的“进入自己的把持区域的其它物品”相关联地存储。因此，驱动控制部22通过仅参照物品状态DB的“进入自己的把持区域的其它物品”，就能够将其它物品不干扰把持区域的物品选择为接下来被取出的物品。

在上述实施方式的机器人系统100中，在各物品W4～W7干扰其它物品的把持区域的情况下，在物品状态DB存储有“把持区域自己进入的其它物品”，以作为各物品W4～W7的干扰信息。因此，在通过机械手15取出物品W5的情况下，如果仅更新被设定为物品W5的“把持区域自己进入的其它物品”的物品W4、W6的干扰信息，则能够选择接下来被取出的物品。

在上述实施方式的机器人系统100中，针对相互干扰各自把持区域G6、G7的物品W6、W7的“状态”，无论其它物品的取出与否，都被设定为“不能取出”，且不更新物品W6、W7的干扰信息。由此，可减少用于更新物品W6、W7的干扰信息的处理。

上述实施方式的机器人系统100是一个例子，且能够进行各种变形。例如物品状态DB只要存储设定于各物品的把持区域、干扰把持区域的其它物品的干扰的有无即可。因此，物品状态DB也可未必包含图3(b)所示的物品W1、W2中的“状态”、“把持区域自己进入的其它物品”等的信息。另外，在本实施方式中，未更新图5(b)所示的相互干扰把持区域G6、G7的物品W6、W7的干扰信息，但在其它实施方式中，也可与干扰的有无无关地，在每次取出其它的物品时更新全部物品的干扰信息。

上述实施方式的机器人10是垂直多关节型机器人，但在取出传送带80上输送的物品WN的机器人的范围内能够进行各种变形。另外，作为输送物品WN的输送装置例举了传送带80，但也可是传送带80以外的输送装置。另外，机器人系统100也可不包含传送带80。在传送带80上输送的物品也可不像上述实施方式的物品W1～W7那样是相同种类的物品，也可输送多种物品并由机械手15取出。

检测被输送的物品WN的传感器50也可是三维照相机以外的传感器，例如是二维照相机，也可是光电传感器，也可是多阵列传感器。当使用多阵列传感器时，能够利用呈矩阵状配置于二维平面的多个传感器同时计测垂直方向的距离，从而能够得到物体的立体图像。

附图标记

10：机器人

15：机械手(把持装置)

20：控制装置

22：驱动控制部(机器人控制部)

23：把持区域设定部

24：判定部

25：更新部

26：存储部

50：传感器

100：机器人系统

G1～G7、GW：把持区域

W1～W7、WN：物品

S1：检测步骤

S3：把持区域设定步骤

S4：判定步骤

S5～S7、S9～S11：存储步骤

S23：控制步骤

S28：更新步骤