CN101387880B - 用于机器人的码垛作业的机器人编程装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于机器人的码垛作业的机器人编程装置，该机器人编程装置能够削减码垛作业程序的生成所需要的实际机器人的操作，并且能够缩短码垛程序的生成所需要的时间。机器人编程装置具有：存储部，其存储多个种类的货物、传送机、判别装置、机器人以及多个托盘的三维模型；布置图生成部，其在虚拟空间内生成存储在存储部中的三维模型的布置图；显示部，其对布置图进行画面显示；信息设定部，其设定与显示在显示部中的各设备相关的信息；以及程序生成部，其根据三维模型的布置图以及由信息设定部设定的信息，生成机器人的码垛程序。

Description

用于机器人的码垛作业的机器人编程装置
技术领域
本发明涉及生成码垛程序的机器人编程装置，所述码垛程序用于使用机器人进行将货物分类的码垛作业。
背景技术
为了使用机器人进行从输送多种物体的混流传送机按照种类将这些物体分类后放置在托盘等上的所谓码垛堆积，使用生成码垛程序的编程装置。例如，在特开平7-237159号公报中公开了一种货物处理装置，其具有可以对处理物品的堆积状态进行画面显示的货物形状显示装置；以及指定所显示的物品的所需部位，并输入从该所需部位开始的工业机器人的堆积作业的重新启动要领的位置输入装置。
此外，在特开平10-31742号公报中公开了以下装置：使用生成多个物体的距离图像的单元等，能够以简单装置结构在短时间内掌握三维位置的图像处理装置以及物体移送装置。
作为码垛作业的机器人程序，已知用于使现场的实际机器人以示教再现方式将混流传送机的货物分类的程序，但该程序的生成需要很长的时间。另一方面，利用生成从混流传送机使用机器人进行分类的机器人程序的个人计算机(PC)用软件的技术也是公知的。但是，此时需要在现场将PC连接到实际的机器人即实际设备来进行动作确认。这样，在使用PC用软件，在现场连接实际设备与PC后下载程序的方法中，为了设定传送机基准位置、托盘基准位置等，需要操作实际设备的作业。
发明内容
因此，本发明的目的是提供能够削减码垛作业程序的生成所需要的实际机器人的操作，并且能够缩短码垛程序的生成所需要的时间的机器人编程装置。
为了达成上述目的，本发明提供一种机器人编程装置，该机器人编程装置是在包含输送多个种类的货物的传送机、判别通过所述传送机输送的货物的种类的判别装置、进行根据由所述判别装置判别的货物的种类将所述货物分类的作业的机器人、以及载置由所述机器人按种类分类的货物的多个托盘的码垛系统中，生成用于所述机器人的码垛程序的机器人编程装置，该机器人编程装置具有：存储部，其存储所述多个种类的货物、所述传送机、所述判别装置、所述机器人以及所述多个托盘的三维模型；布置图生成部，其在虚拟空间内生成存储在所述存储部中的所述三维模型的布置图(layout)；显示部，其对所述布置图进行画面显示；信息设定部，其设定与显示在所述显示部的各设备相关的信息；以及程序生成部，其根据所述三维模型的布置图以及由所述信息设定部设定的信息，生成所述机器人的码垛程序。
机器人编程装置还可以具有模拟执行部，该模拟执行部根据由所述程序生成部生成的码垛程序进行模拟。另外，能够以三维动画形式进行所述模拟。
机器人编程装置还可以具有压缩量计算部，该压缩量计算部计算堆积货物时的货物的高度方向的压缩量，此时，所述程序生成部可以生成自动进行货物的取出高度的修正的程序。
机器人编程装置还可以具有视觉传感器，该视觉传感器测定堆积货物时的货物的高度方向的压缩量，此时，所述程序生成部可以生成自动进行货物的取出高度的修正的程序。另外，测定堆积货物时的货物的高度方向的压缩量的视觉传感器也可以安装在机器人的手指上。
由所述信息设定部设定的信息包含以下信息中的至少一个：由所述判别装置进行的多个种类的货物的检测；向所述托盘的货物堆积模式；所述机器人、所述传送机以及所述判别装置之间的输入输出信息；以及安装在所述机器人上的机械手的形状以及动作条件。
作为所述判别装置的优选具体例，可以列举出切换所述传送机上的货物的种类的切换装置、可检测安装在所述货物上的RF标签的非接触式传感器或者视觉传感器。
附图说明
本发明的上述以及其他目的、特征和优点，通过参照附图说明以下优选实施方式而变得更加明确。
图1是表示本发明的机器人编程装置的一个具体例的图。
图2是表示本发明的机器人编程装置的基本结构的框图。
图3是表示机器人编程装置的处理流程的流程图。
图4是表示机器人编程装置的虚拟空间内的各设备的布置图例的图。
具体实施方式
图1是表示本发明的机器人编程装置的一个具体例的图。机器人编程装置例如是个人计算机(以下简称为PC)10，具有显示后述各设备在虚拟空间内的布置图的屏幕等显示单元12以及可以由操作员进行各种输入的键盘等输入单元14。机器人等的准确的三维CAD模型被保存在PC10的存储器中。
图2是表示本发明的机器人编程装置的基本结构的框图。机器人编程装置10具有：存储多个种类的货物、传送机、判别装置、机器人以及多个托盘的三维模型的存储部10a；在虚拟空间内生成存储在存储部10a中的三维模型的布置图的布置图生成部10b；对布置图进行画面显示的显示部10c；设定与显示在显示部10c的各设备相关的信息的信息设定部10d；以及根据三维模型的布置图以及由信息设定部10d设定的信息生成机器人的码垛程序的程序生成部10e。还可以具有根据码垛程序进行模拟的模拟执行部10f、以及计算堆积货物时货物的高度方向的压缩量的压缩量计算部10g。另外，在本实施例中，机器人编程装置的存储部10a以及显示部10c的功能可以分别由PC10的存储器以及屏幕来担当，其他要素的功能可以由PC10的CPU等处理装置来担当。
在本实施例中，对于大小两种货物在随机的时刻到达一台传送机，并使用具有吸附机械手的机器人来按种类将它们堆放在两个托盘上的作业进行模拟。在实际设备中，设有判别传送机上的货物的种类的视觉传感器等判别装置，机器人根据来自判别装置的信号，识别从传送机取出的货物的种类，并进行将货物堆积在对应于该种类的托盘上的作业。如以下说明那样，根据本发明，可以使用三维模型，不进行实际设备的操作地准确模拟这样的作业。
图3是表示本发明的机器人编程装置的处理流程的流程图。首先，在步骤S1中设定大小两种货物的尺寸(长度、宽度以及高度等)。然后，在步骤S2中，从存储在PC的存储器中的模型中，选择对应于所设定的货物的机器人、机械手、传送机、托盘以及判别装置等各设备的三维CAD模型。具体地说，进行码垛用机器人的机种的选定，传送机的机种的选定，传送机的传送速度的设定，货物到达传送机上的货物抓取位置的频度、托盘的尺寸、托盘的放置位置的决定，机械手的种类的选定以及货物判别装置的机种的选定等。在这里，机械手使用吸附式、或者气动式或伺服式的夹持型机械手。另外，传送机以及托盘的尺寸可以根据实物进行细微调整。
在之后的步骤S3中，在PC即编程装置的虚拟空间内配置所选定的机器人、机械手、传送机、托盘以及判别装置的三维CAD模型来生成布置图。图4是其一例。以机器人20的原点为中心进行布置，通过在机器人20上安装机械手22而决定了机器人20的动作范围。此外，也决定了机器人20保持货物时的姿势。可以由编程装置来图解显示机器人的动作范围。以货物抓取位置收敛于机器人20的动作范围内的方式，配置大小两种货物用的第一托盘24、第二托盘26和传送机28。此外，作为判别在传送机上输送的货物的种类的判别装置，以从传送机28的货物抓取位置的旁边进行观测的方式配置视觉传感器30。
布置图内的机器人20以及机械手22等的三维CAD模型构建成与实际形状相同，因而可以准确地进行机器人的动作范围的确认，在进行模拟时能够准确地确认与其他三维CAD模型有无干扰。在这里，各三维模型最好是与实物一致地准确地构建，但要求至少准确到能够事先确认各设备的正常动作、以及设备间有无干扰的程度。此外，传送机的种类、传送速度、货物的到达频度由现场的物流系统的必要条件决定，但在本实施例中，假设传送速度恒定、货物的到达频度不恒定、机种是一般的机种。
在之后的步骤S4中，设定在编程装置中已准备好的托盘堆积模式。在这里，假设如图1所示的布置图上面那样，由传送机28输送大的第一货物32以及小的第二货物34，将第一货物32的堆积模式设定为第一托盘24，将第二货物34的托盘堆积模式设定为第二托盘26。设定的托盘堆积模式是在JISZ0111等中规定的模式，例如可以对第一货物设定交错列堆积、对第二货物设定砌砖型堆积。然后，针对各托盘的每层设定货物的堆积顺序。偶数层成为将托盘堆积模式反转的模式，也设定此时的货物的堆积顺序。堆积模式可以从事先准备的多个模式中选择，可以对每个层设定反转，此外也可以设定各层的货物的放置顺序。
然后，在步骤S5中，进行各设备间的输入输出信号即I/O的设定。需要设定的I/O如下所示。
输入信号
(a)货物到达信号
是以ON/OFF表示货物是否到达货物抓取位置的信号。通常，准备与货物的种类数相同数量的通道。在本实施例中有两种货物，因而使用货物到达信号a1以及a2。
(b)托盘就位信号
是以ON/OFF表示托盘是否在托盘位置的信号。该信号有效时，机器人移动到托盘并堆积货物。在本实施例中，托盘的放置位置有两个，因而使用托盘就位信号b1以及b2。
(c)作业中止信号
是以ON/OFF表示是否是由于某些原因应该中止作业的状态的信号。每当对货物进行一次处理时检查作业中止信号，若该信号是有效的状态(ON)，则中断剩下的作业，返回到原位置，结束程序。
(d)跳越指令信号
是以ON/OFF表示在错误发生后的重新启动时是否继续处理当前处理中的货物的信号。在错误发生后的重新启动时检查跳越指令信号，若该信号是有效的状态(ON)，则认为没有当前处理中的货物，从再一次去抓取下一货物的地方重新开始作业。
(e)托盘更换中信号
是以ON/OFF向机器人通知处于托盘更换过程中的信号。托盘更换中信号保持在有效的状态(ON)，直到托盘更换结束为止。在本实施例中有两个托盘放置位置，因而使用托盘更换中信号e1以及e2。
输出信号
(f)托盘更换指令信号
是用于指示托盘的更换的信号。托盘更换指令信号，在托盘上堆积了规定数量的货物后输出有效的状态(ON)。在本实施例中有两个托盘，因而使用托盘更换指令f1以及f2。
(g)货物保持确认信号
是确认通过机械手保持着货物的信号。货物保持确认信号，在机械手吸附或者把持着货物时输出ON。
另外，除上述信号以外，作为I/O还可以使用用于指示在托盘之间插入衬纸的衬纸插入指令信号、表示处于衬纸插入作业过程中的衬纸插入中信号、用于确认正在进行基于上述跳越指令信号的跳越动作的跳越确认信号等。
在之后的步骤S6中进行视觉传感器的校准。如图4所示，在本实施例中，视觉传感器30被设置在从旁边观测传送机28的货物抓取位置的方向上，因而能够根据货物的尺寸来判别该货物的种类。此外，视觉传感器还可以在检测出货物后向机器人发送信号。
然后，在步骤S7中，基于上述设定生成并输出机器人的码垛程序。程序可以分割成多个，在这种情况下可以通过执行主程序来从主程序调用其他程序。以下，表示主程序的算法的一例。
算法例
1：确认货物的判别装置、传送机以及外部系统的启动
2：执行主程序
3：在寄存器中设置第1货物的码垛的个数
4：在寄存器中设置第2货物的码垛的个数
5：在位置寄存器中设置传送机的货物抓取位置
6：在位置寄存器中设置第1托盘的基准位置
7：在位置寄存器中设置第2托盘的基准位置
8：在位置寄存器中设置第1托盘的第1层的货物的各自的放置位置
9：在位置寄存器中设置第2托盘的第1层的货物的各自的放置位置
10：在位置寄存器中设置从传送机的货物抓取位置往第1托盘上放置货物时的第1通过点
11：在位置寄存器中设置从传送机的货物抓取位置往第2托盘上放置货物时的第2通过点
12：在货物到达信号a1或者a2中的某一个成为ON之前待机
另外，在此期间，视觉传感器一直工作，在各货物到达传送机的货物抓取位置时输出货物的判别结果，根据货物的种类向机器人发送货物到达信号a1或者a2。
13：开始在第1托盘上放置第1货物的码垛作业(货物到达信号a1成为ON时)
13′：开始在第2托盘上放置第2货物的码垛作业(货物到达信号a2成为ON时)
以下，由于第1货物以及第2货物中的任意一个使用的算法相同，因此针对第1货物进行记载。
14：机器人读取位置寄存器，移动到货物抓取位置，保持第1货物
具体地说，机器人根据第1货物的尺寸数据，使机械手移动到第1货物的中心，吸附或者把持第1货物。在这里，机器人确认上述货物保持确认信号是否有效，若非有效则暂时停止。另外，在发生错误而暂时停止的情况下，若在重新启动时接收到上述跳越信号，则不对发生错误时的货物进行计数地重新开始作业。
15：机器人从货物抓取位置移动到第1通过点
16：使用第1托盘的基准位置、第1货物的堆积层、所选定的堆积模式中的各货物的位置以及当前向第1托盘的货物堆积顺序，计算货物的堆积位置
17：机器人在货物堆积位置载置货物
18：根据当前的第1托盘的堆积顺序，确认是否完成了第1托盘的堆放
在这里，若完成了第1托盘的堆放，则输出托盘更换指令信号f1。托盘更换过程中，由周边设备对机器人发送托盘更换中信号e1。此外，机器人在托盘更换中信号e1成为OFF之前待机，在去往其他托盘的货物到达传送机的货物抓取位置时，去抓取货物。
19：在规定数量的货物的码垛结束之前重复进行以上操作。
在步骤S8中，通过基于上述算法而生成的码垛程序来以动画形式进行机器人码垛作业的模拟。在之后的步骤S9中，向实际的机器人即实际设备的控制装置传送该码垛程序即下载该码垛程序。由此进行机器人的示教。最后，在步骤S10中，根据下载的码垛程序进行实际设备的运转测试。
如上所述，根据本发明，可以不在现场使用实际机器人而生成码垛程序，可以模拟进行基于该程序的动作确认，能够削减生成码垛程序所需要的实际设备的操作。此外，可以在装置的虚拟空间内设定全部参数，因而能够缩短生成码垛程序所需要的时间。此外，能够更加精确地求出码垛程序的周期时间，因而能够应用于物流系统的设计。
以下，说明本发明的优选的变形例。
可以在货物上安装RF标签，代替上述视觉传感器而在传送机的货物停止位置附近设置非接触地读取RF(Radio Frequency)标签的非接触式传感器36。另外，所谓RF标签，是为了进行通过感应电磁场或者电波，非接触地读取半导体存储器中的数据、或者写入数据的近距离通信，将IC芯片以及天线封装化的标签，在本变形例中写入了与安装该标签的货物的种类相关的信息。通过由非接触式传感器36读取该信息，并向机器人的控制装置发送表示货物的种类的信息的判别信号，可以进行货物种类的判别。
在按照一定期间切换在传送机上流动的货物的种类时，能够将用于该切换的切换装置38(图4中概略图示)作为货物的判别装置来利用。预先生成能够将多个种类的货物分类的机器人程序，并从切换装置38向机器人系统的控制装置发送切换信号，由此能够按种类进行码垛作业。
当货物是折叠的瓦楞纸板的捆或者杂志的捆等，叠置时下层的货物被上层的货物的重量压缩的情况下，通过测定叠置两层货物时的最下层的压缩高度和叠置三层货物时的最下层的压缩高度，能够计算各层的压缩量。使用该压缩量，能够生成假设压缩高度与堆积层数的线性关系，在进行高度修正的同时进行取出的机器人程序。当货物有压缩性时，能够这样生成考虑了压缩量的码垛堆积的机器人程序。
此外，代替计算每一层货物的压缩量，而使用视觉传感器拍摄货物，从得到的图像读取压缩量，由此能够生成在取出时进行高度修正的机器人程序。此时，最好是在每个托盘上设置视觉传感器来进行测量。
或者，也可以将视觉传感器安装在机器人的手指上，来读取货物的压缩高度。此外，通过将视觉传感器设定成也能够判别货物的种类，由此也可以进行按种类的分类。
根据本发明，能够削减在码垛程序的生成中需要的实际机器人的操作，能够缩短码垛程序的生成所需要的时间。
此外，通过进行生成的码垛程序的模拟，不进行实际设备的操作就可以确认干扰的有无等。
而且，通过以三维动画来进行模拟，能够提供使用者容易理解的模拟。
当处理的货物有压缩性时，能够生成考虑了堆积货物后的压缩量的码垛的机器人程序。
此外，通过使用视觉传感器，压缩量的测定变得容易。
而且，通过将测定压缩量的视觉传感器安装在机器人手指上，也能够节约视觉传感器的设置空间。
根据本发明，提供在码垛系统中的包含的各设备的具体的信息内容。
当使用切换传送机上的货物的种类的切换装置时，能够将该切换装置作为货物的判别装置来使用，能够实现整个系统的简化。
或者，当在货物上安装有RF标签时，作为判别装置可以使用检测RF标签的非接触式传感器。
或者，通过在判别装置中使用视觉传感器，即使在货物种类增加的情况下，也可以通过重新设定视觉传感器来容易且迅速地应对。此外，即使不需要判别货物的种类，视觉传感器也能够用于其他用途。
参照为进行说明而选定的特定实施方式说明了本发明，但本领域技术人员了解在不脱离本发明的基本概念及范围的前提下可以进行多种变更。

Claims (10)

1.一种机器人编程装置，是在包含输送多个种类的货物(32、34)的传送机(28)、判别通过所述传送机(28)输送的货物的种类的判别装置(30；36；38)、进行根据由所述判别装置(30；36；38)判别的货物的种类，将所述货物分类的作业的机器人(20)以及载置由所述机器人(20)按种类分类的货物的多个托盘(24、26)的码垛系统中，生成用于所述机器人(20)的码垛程序的机器人编程装置(10)，其特征在于，
具有：
存储部(10a)，其存储所述多个种类的货物(32、34)、所述传送机(28)、所述判别装置(30；36；38)、所述机器人(20)以及所述多个托盘(24、26)的三维模型；
布置图生成部(10b)，其在虚拟空间内生成存储在所述存储部(10a)中的所述三维模型的布置图；
显示部(10c)，其对所述布置图进行画面显示；
信息设定部(10d)，其设定与在所述显示部(10c)中显示的各设备相关的信息；以及
程序生成部(10e)，其根据所述三维模型的布置图以及由所述信息设定部(10d)设定的信息，生成所述机器人(20)的码垛程序。
2.根据权利要求1所述的机器人编程装置，其特征在于，
还具有模拟执行部(10f)，该模拟执行部(10f)根据由所述程序生成部(10e)生成的码垛程序进行模拟。
3.根据权利要求2所述的机器人编程装置，其特征在于，以三维动画形式执行所述模拟。
4.根据权利要求1所述的机器人编程装置，其特征在于，
还具有压缩量计算部(10g)，该压缩量计算部(10g)计算堆积货物时的货物的高度方向的压缩量，
所述程序生成部(10e)生成自动进行货物的取出高度的修正的程序。
5.根据权利要求1所述的机器人编程装置，其特征在于， 
还具有视觉传感器(30)，该视觉传感器(30)测定堆积货物时的货物的高度方向的压缩量，
所述程序生成部(10e)生成自动进行货物的取出高度的修正的程序。
6.根据权利要求5所述的机器人编程装置，其特征在于，
将测定堆积货物时的货物的高度方向的压缩量的视觉传感器(30)安装在机器人(20)的手指上。
7.根据权利要求1所述的机器人编程装置，其特征在于，
由所述信息设定部(10d)设定的信息包含以下信息中的至少一个：由所述判别装置(30；36；38)进行的多个种类的货物的检测；向所述托盘(24、26)的货物堆积模式；所述机器人(20)、所述传送机(28)以及所述判别装置(30；36；38)之间的输入输出信息；以及安装在所述机器人(20)上的机械手(22)的形状和动作条件。
8.根据权利要求1所述的机器人编程装置，其特征在于，所述判别装置是切换所述传送机上的货物的种类的切换装置(38)。
9.根据权利要求1所述的机器人编程装置，其特征在于，
所述判别装置是可检测安装在所述货物上的RF标签的非接触式传感器(36)。
10.根据权利要求1所述的机器人编程装置，其特征在于，
所述判别装置是视觉传感器(30)。 
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