CN102267135A - 移载装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供移载装置，其能够缩短工件的移载时间。移载装置具有：容器(11)，其收纳作为移载对象的工件(20)；传感器(12)，其检测存在于预定的检测区域中的工件(20)的位置和姿势；以及机器人(13)，其根据传感器(12)的检测结果，取出工件(20)，移载至移载目的地，传感器(12)具有：区域存储部(25)，其存储多个检测区域；条件存储部(26)，其存储用于分别切换多个检测区域的切换条件；以及控制部(27)，其在满足切换条件的情况下，按照预定顺序切换多个检测区域。

Description

移载装置

本申请基于2010年6月3月递交的在先日本专利申请2010-127994并要求其优先权，在此以引证的方式并入其全部内容。

技术领域

本发明涉及移载装置。

背景技术

在日本特开2004-188562号公报中，记载了如下工件取出装置：通过搭载于机器人上的三维视觉传感器来测量工件的位置姿势，并通过该机器人取出工件。

发明内容

本发明的目的在于提供能够缩短工件移载时间的移载装置。

根据本发明的一个方面，为了实现本发明的目的，本发明的移载装置具有：容器，其收纳作为移载对象的工件；传感器，其检测存在于预定的检测区域中的工件的位置和姿势；以及机器人，其根据传感器的检测结果，从容器取出工件，移载至移载目的地，传感器具有：区域存储部，其存储多个检测区域；条件存储部，其存储用于分别切换多个检测区域的切换条件；以及控制部，其在满足切换条件的情况下，按照预定顺序切换多个检测区域。

此处将参照附图进一步详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的移载装置的结构图。

图2(A)、(B)分别是示出该移载装置的传感器的动作原理的侧视图和俯视图。

图3是该移载装置具有的测量控制装置的功能框图。

图4是示出该移载装置的动作的流程图。

图5(A)、(B)分别是示出该移载装置的传感器扫描的整个区域的说明图和切换检测区域的情况的说明图。

图6(A)、(B)分别是示出本发明的第2实施方式的移载装置扫描的第1检测区域～第3检测区域的说明图、和变更该图(A)所示的第1～第3检测区域的大小后的状态的说明图。

图7是本发明的第3实施方式的移载装置的结构图。

图8是示出该移载装置的容器的设置状态的说明图。

具体实施方式

接着，为了理解本发明，参照附图，说明实现本发明的实施方式。

第1实施例

如图1所示，本发明的第1实施方式的移载装置10具有：容器11、三维形状测量传感器(传感器的一例)12、机器人13以及机器人控制装置14。另外，在图1中示出的由XR轴、YR轴、ZR轴构成的坐标是针对机器人13固定的直角坐标(机器人坐标)。

容器11收纳作为移载对象的工件20。容器11是上面开口的箱状。容器11也可以是托盘。工件20例如是螺栓或汽车部件等任意物品。

三维形状测量传感器12检测存在于预定的检测区域中的工件20的位置和姿势。该三维形状测量传感器12具有：投射激光的投光器15(参照图2A)、对被照射激光的工件20整体进行拍摄的照相机16、和对投光器15及照相机16进行控制并运算工件20的位置和姿势的测量控制装置17(参照图1)。另外，图2A还是沿图1的箭头A的视图。此外，在图2A、图2B中示出的由XS轴、YS轴、ZS轴构成的坐标是针对三维形状测量传感器12的照相机16固定的直角坐标(传感器坐标)。

如图2A所示，投光器15从相对于ZS轴倾斜角度θ的角度向工件20照射激光(线图案光)。在投光器15的内部，内置有激光的光源(未图示)、和朝工件20反射从该光源照射的激光的多面镜(polygonal mirror)(未图示)。未图示的镜驱动单元驱动该多面镜，由此投光器15利用激光沿X方向扫描工件20整体。

如图2B所示，照相机16从与照射激光的角度不同的角度拍摄被投光器15照射激光的工件20。

测量控制装置17(参照图1)利用三角法，根据从所拍摄的图像求出工件20的高度h的分布，并且求出工件20在XY平面上的形状。即，三维形状测量传感器12通过所谓的光切断法，测量工件20的三维形状。另外，测量控制装置17也可以内置于机器人控制装置14中。

如图3所示，测量控制装置17具有：区域存储部25、条件存储部26以及控制部27。

在区域存储部25中，存储有投光器15扫描工件20的检测区域的位置和大小。该检测区域由用户事先设定多个。在本实施方式中，区域存储部25存储有3个区域(第1检测区域～第3检测区域)。此处，如图5B所示，第1检测区域～第3检测区域是沿激光的扫描方向对在俯视容器11的情况下包括容器11整体的整个区域(参照图5A)进行分割而得的区域。另外，各检测区域不是对整个区域进行等分而得的区域，相邻的端缘部分别重叠。

区域存储部25例如由存储器实现。

条件存储部26存储有切换条件，该切换条件用于切换存储在区域存储部25中的检测区域。该切换条件由用户事先设定。在本实施方式中，该切换条件为：在每当机器人13从容器11取出工件20时切换检测区域。

条件存储部26例如由半导体存储器实现。

控制部27控制投光器15的光源的点亮，以扫描存储在区域存储部25中的各检测区域。此外，控制部27控制镜驱动单元。并且，控制部27控制照相机16，根据照相机16所拍摄的图像求出存在于检测区域内的工件20的三维形状，运算该工件20的位置和姿势。此处，所运算的工件20的位置和姿势是传感器坐标系中的数据。控制部27将传感器坐标系中的位置和姿势的数据转换为机器人坐标系中的数据。

并且，控制部27将转换为机器人坐标系中的数据后的工件20的位置和姿势发送到机器人控制装置14。

控制部27例如由搭载于测量控制装置17中的CPU(未图示)所执行的软件来实现。

机器人控制装置14从控制部27接收工件20的位置和姿势的数据，根据这些数据控制机器人13的动作。

机器人13使用设置在臂前端的末端执行器(end effector)31(参照图1)取出容器11所收纳的工件20，移载至预定的移载场所(移载目的地)。在本实施方式中，机器人13是多关节机器人。也可以是直交机器人、并联机器人等其他作业机械，来取代多关节机器人。

接着，根据图4以及图5A、图5B说明移载装置10的动作。

(步骤S10)

利用从投光器15照射的激光扫描存储在区域存储部25中的第1检测区域(参照图5B)，并且由照相机16拍摄该检测区域。为了扫描图5A所示的整个区域，例如需要1.2秒左右的较长时间。在该步骤中，测量控制装置17使得仅扫描整个区域的一部分区域，因此与扫描整个区域的情况相比，缩短了工件20的检测时间。进一步而言，在整体上缩短了移载时间。

(步骤S11)

测量控制装置17的控制部27根据由照相机16拍摄的图像，求出工件20的形状。控制部27根据所求出的工件20的形状，运算传感器坐标系中的该工件20的位置和姿势。此时，也可以针对照相机16所拍摄的图像，求出与第1检测区域对应的图像区域，并根据该图像区域的图像数据求出工件20的形状。由此，待处理的数据量减少，数据处理所需时间缩短。

(步骤S12)

当在步骤S11中已求出工件20的形状时，判断为检测到工件20，前进到步骤S13。

另一方面，当在步骤S11中未能求出工件20的位置和姿势时，判断为未检测到工件20，前进到步骤S17。在步骤S17中，将检测区域切换为下一个区域，然后，前进到步骤S18。在步骤S18中，在针对所有检测区域完成了扫描的情况下，相当于取出了容器11内的所有工件20，因此移载装置10结束动作。在该步骤S18中，在未针对所有检测区域完成扫描的情况下，移载装置10返回步骤S10，继续动作。

(步骤S13)

控制部27将传感器坐标系中的位置和姿势转换为机器人坐标系中的位置和姿势。之后，控制部27将机器人坐标系中的位置和姿势发送到机器人控制装置14。

接着，机器人控制装置14根据从测量控制装置17接收到的工件20的位置的数据，控制机器人13，使末端执行器31移动到该工件20的位置，并且根据工件20的姿势的数据，校正末端执行器31的握持姿势。之后，机器人13握持工件20。

(步骤S14)

机器人13将所握持的工件20移动到预定的移载目的地。该移载目的地是事先指示的场所，例如带式输送机(belt conveyor)。

(步骤S15)

控制部27判断是否满足切换条件。在满足切换条件的情况下，前进到步骤S16。

另一方面，在不满足切换条件的情况下，不切换检测区域，而返回步骤S10。

(步骤S16)

控制部27按照切换条件，将检测区域切换为第2检测区域。如上所述，切换条件被设定为，每当机器人13取出工件20时切换检测区域。由此，控制部27在每当移载1个工件20时，按照第1检测区域、第2检测区域、第3检测区域、第1检测区域、…的顺序重复地切换检测区域。

这样，移载装置10一边切换检测区域，一边重复步骤S10～S18，直到移载完容器11中的所有工件20为止。

第2实施例

接着，说明本发明的第2实施方式的移载装置。对于与第1实施方式的移载装置10相同的结构要素，标注相同标号并省略详细说明。

在本实施方式中，测量控制装置17的区域存储部25所存储的检测区域不同。具体而言，根据机器人13移载工件20的次数，扩大检测区域的范围。即，检测区域不是固定的，而是在移载装置的动作过程中被变更。

移载动作的最初是依次切换图6A所示的第1检测区域～第3检测区域，进行扫描。随着机器人13移载工件20的次数增加，如图6B所示，三维形状测量传感器12扩大各检测区域的范围，扫描工件20。

随着机器人13移载工件20，容器11中的工件20减少。因此，通过一次扫描无法检测到工件20的可能性增大。在不能检测到工件20的情况下，增加了与其扫描时间相应的生产节拍间隔时间(tact time)。通过如本实施方式那样扩大各检测区域的范围，降低了产生浪费的扫描时间的可能性，从而在整体上缩短工件20的移载时间。

第3实施例

接着，说明本发明的第3实施方式的移载装置40。对于与第1及第2实施方式的移载装置相同的结构要素，标注相同标号并省略详细说明。如图7所示，本实施方式的移载装置40将容器11所收纳的工件20移载至输送机(移载目的地的一例)41。

如图8所示，以配置有输送机41一侧的高度降低的方式，相对于水平面倾斜角度Φ来设置容器11。这样，容器11的一侧的高度较低，因此，由于重力的作用，堆积在容器11内的工件20沿图的箭头方向(高度较低的一侧)倒塌，从而聚集在输送机41侧。尤其是，当机器人13取出工件20时，由于此时的冲击而使得剩余的工件20更可能聚集到输送机41侧。

如图8所示，区域存储部25存储有第1检测区域、第2检测区域、以及第3检测区域。此处，第1检测区域被设定为输送机41侧(容器11的高度较低的一侧)。

第1检测区域比其他检测区域更靠近输送机41。因此，当机器人13从该第1检测区域取出工件20并移载至输送机41时，工件20的移动距离变短，从生产节拍间隔时间的方面而言比较有利。

与其他检测区域相比，控制部27对第1检测区域进行更多次的扫描。例如，在连续两次扫描第1检测区域后，分别扫描1次第2检测区域和第3检测区域，重复该操作。

根据本实施方式，能够从第1检测区域取出更多的工件20，从而在整体上缩短移载时间。

第4实施例

接着，说明本发明的第4实施方式的移载装置。对于与第1实施方式～第3实施方式的移载装置相同的结构要素，标注相同标号并省略详细说明。

本实施方式的移载装置与第1实施方式的切换条件不同。具体而言，以在容器11内的工件20的重量变为预定重量以下的情况下切换检测区域的方式，设定切换条件。

另外，也可以以根据移载装置开始动作后的经过时间切换检测区域的方式，设定切换条件。此外，也可以构成为，在集中地连续扫描某个检测区域、且即使扫描连续预定次数后也未检测到工件20的情况下，扫描下一个检测区域。例如，在集中地连续扫描第1检测区域、且连续3次未检测到工件20的情况下，集中地连续扫描第2检测区域，以后，对第3检测区域也能够同样进行重复。此外，也可以将工件20的移载次数超过预定值的情况设为切换条件。

另外，本发明不限于上述实施方式，能够在不变更本发明主旨范围内进行变更。例如，组合上述各个实施例或变形例的一部分或全部来构成本发明的情况也包含在本发明的技术范围内。

在上述实施方式中是将检测区域分割为第1检测区域～第3检测区域。也可以取而代之，将检测区域分割为2个。并且，也可以将检测区域分割为4个以上。

此外，测量控制装置17对工件20的位置和姿势的数据进行了坐标转换。也可以取而代之，测量控制装置17不进行坐标转换，而是发送传感器坐标系中的工件20的位置和姿势的数据，接收到这些数据的机器人控制装置14将这些数据转换到机器人坐标系。

此外，也可以替代基于光切断法的三维形状测量传感器12，而采用基于使用多个照相机的立体法(ステレオ法)的三维形状测量传感器。此时，针对照相机所拍摄的图像，求出与检测区域对应的图像区域，根据该图像区域的图像数据，求出工件20的位置和姿势。由此，与拍摄整个区域的情况相比，待处理的数据量减少，因此运算工件20的位置和姿势所需的时间缩短。该基于立体法的三维形状测量传感器不需要进行激光扫描，即使在无法检测到激光的明亮位置处也能够检测到工件20。

并且，还可以替代利用光切断法的三维形状测量传感器，而采用基于红外线TOF(Time of Flight：飞行时间)方式的三维形状测量传感器。该三维形状测量传感器由于使用红外线，因此对人体的影响较小。此外，即使外部环境的照明条件发生变化，该三维形状测量传感器也能够稳定地检测工件20。

此外，当在容器11中剩余的工件20变少时，会产生不能检测到工件20的检测区域，从而扫描该检测区域的时间被浪费。因此，也可以构成为，对控制部27已取出工件20的次数进行计数，在取出次数成为预定值以上的情况下，之后，扫描整个区域。

Claims (8)

1.一种移载装置，其具有：

容器，其收纳作为移载对象的工件；

传感器，其检测存在于预定的检测区域中的所述工件的位置和姿势；以及

机器人，其根据所述传感器的检测结果，从所述容器取出所述工件，移载至移载目的地，

所述传感器具有：

区域存储部，其存储多个所述检测区域；

条件存储部，其存储用于分别切换所述多个检测区域的切换条件；以及

控制部，其在满足所述切换条件的情况下，按照预定顺序切换所述多个检测区域。

2.根据权利要求1所述的移载装置，其中，

各所述检测区域的范围随着所述机器人移载所述工件的次数而被扩大。

3.根据权利要求1所述的移载装置，其中，

所述容器以所述移载目的地所处的一侧的高度变低的方式被倾斜配置，

与其他所述检测区域相比，所述传感器对所述多个检测区域中的、所述容器的高度较低一侧的所述检测区域进行更多次的扫描。

4.根据权利要求1所述的移载装置，其中，

所述切换条件为所述工件的移载次数超过预定值。

5.根据权利要求1所述的移载装置，其中，

所述切换条件为所述容器所收纳的所述工件的重量小于预定大小。

6.根据权利要求1所述的移载装置，其中，

所述切换条件为经过了预定时间。

7.根据权利要求1所述的移载装置，其中，

所述切换条件为所述传感器连续预定次数未检测到所述工件的所述位置和所述姿势。

8.根据权利要求4所述的移载装置，其中，

所述传感器为基于光切断法的三维形状测量传感器。

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