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産業用ロボットの高機能化を果たす三次元物体認識技術を開発~産業用ロボットが人に追いつき、人を追い越す~

-2008年9月19日-

プレスリリース

 株式会社IHIは、産業用ロボットを高機能化し、複雑な作業の自動化・高速度化を可能にする『三次元物体認識技術』を開発しました。

 今回の開発では、この『三次元物体認識技術』を産業用ロボットのバラ積みピッキングシステムに導入し、これまで人手に頼らざるを得なかった、ケースなどにバラ積みの状態で入っている複雑な形状の部品を取り出す作業の自動化を可能にしました。自動化の実現により、省人化が図られ、また、作業ミスがなくなるため品質面でも向上させることが可能になります。

<従来方法>
 カメラによる対象物の認識方法では、周囲の明るさにより認識率が変わるなどの欠点がありました。また、新たな対象物を登録するにも、実際のものを撮影してみる必要があるなど手間がかかっていました。さらに、二次元画像上で認識するため複雑な形状のものを精度よく三次元計測することができず、段ボールなど単純な形状のものや、穴、直線部分、模様など特徴がはっきりしているものを扱う作業への適用に限られていました。
 一方、レーザによる三次元計測は、周囲の明るさに影響されず精度良く三次元の形状を計測できますが、データ量が多く認識処理には複雑な計算が必要です。さらにバラ積みピッキングシステムでは複数の候補を認識する必要があることから、認識処理に時間がかかりすぎ、生産設備などへの適用が進んでいませんでした。

<当社開発の三次元物体認識技術>
 レーザによる三次元計測と、独自の認識アルゴリズム(計算方法)※を用いることにより、表面に模様がなく輪郭がはっきりしないものでも、形状の認識が可能になりました。
 独自の認識アルゴリズムである、三次元モデルを対象物の三次元計測データと高速で照合する方法を用い、対象物の位置の認識の高速化と高精度化を両立させています。この技術により、CPUファンのような形状の複雑な対象物がバラ積みされた状態で2秒程度、バラ積みされたM20(直径20mm)ボルトでは1秒程度で位置・姿勢を正しく認識することができます。

<三次元認識の最大メリット>
 設計段階で作成した対象物の3D-CADデータを与えるだけで、産業用ロボットに対象物を覚えさせることができるため、多品種少量生産においても段取りに時間をかけず、迅速に作業に取り掛かることができます。また、対象物が一部隠れている場合や各種形状の物体が混在している状況下でも、安定して認識することが可能です。
 三次元認識技術により、自動化による生産性の向上のみでなく、品種変更に伴う作業が簡素化でき、多品種少量生産の現場においても作業の効率化が図れます。

<今後の取り組み>
 当社は、本技術をセル生産など多品種少量生産における自動化に対応できるよう、三次元物体認識処理のさらなる高速化と安定性の向上を図かり、今年度上期にはシステム化を行っていく計画です。本システムは、IHIグループ内工場への適用のみでなく、今年度中には初号機受注を目標に、FA・生産分野への応用製品などを中心に営業活動を展開していきます。
 また、当社では、今後さらに、生産システムロボットのピッキング作業、組立作業、中・重量物搬送作業などへ本技術を展開・応用していき、自動化推進に取り組んでいきます。

※独自の認識アルゴリズム
 三次元レーザセンサ(距離センサ)で計測した三次元の計測点群で構成される計測結果と、3D-CADデータ(点群データに変換したもの)を、ほぼ一致すると思われる位置・姿勢に合わせ、各点が対応する点を求めていく方法を基本方式として採用した。各点の照合方法の実現にあたっては、東京大学大学院情報学環 池内研究室からアドバイスをいただいた。同じ形状の部品がたくさんある場合に、どこまでが一つの部品であるのか、短時間でデータを切り出す技術を開発することで、複雑な形状の対象物でも高速かつ正確に認識することを可能にした。

<基本仕様>

計測 (*1) 計測方法 レーザ光を用いた3次元計測
計測距離 500~1000mm
計測範囲 250×250~500×500mm
計測時間 計測範囲により異なります。
認識 認識方法 3Dデータとの照合による3次元形状認識
処理時間 状況により異なります。(*2)
対象物(*3) 各種部品等 (最小50×50mm程度)
基本構成機器(*4) 制御装置、ロボット、ロボットコントローラ、ハンド距離センサ

*1:基本仕様のため、使用する距離センサにより仕様は異なります。
*2:認識処理時間は、対象物の形状、数、配置により異なります。
*3:対象物の表面材質によっては、認識ができないものもあります。
*4:基本構成機器のロボットやハンドの仕様は対象物によって異なります。

※ 本資料に記載された内容は、予告なく改造・変更することがあります。


産業用ロボットの高機能化を果たす三次元物体認識技術を開発~産業用ロボットが人に追いつき、人を追い越す~

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