CN102806555A - 具备视觉传感器及吸引装置的吸附搬运装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供即使设于机器人的取出机构没有对取出对象的工件准确地进行定位也可以有效地一个一个地取出工件进行搬运的吸附搬运装置。吸附搬运装置具有机器人以及可检测散装于容器内的多个工件的视觉传感器。在机器人上搭载有构成为从多个工件中一个一个地吸引并取出该工件的吸附喷嘴。喷嘴安装于机器臂上从而可改变其位置及姿势，并且通过送风用部件与吸引装置流体性地连接。吸引装置通过喷嘴吸引空气使得在喷嘴上产生将取出对象工件向吸附喷嘴方向吸引的吸引力，由此喷嘴吸附并保持取出对象工件。

Description

具备视觉传感器及吸引装置的吸附搬运装置

技术领域

本发明涉及利用具备视觉传感器及吸引装置的机器人进行散装工件的取出的吸附搬运装置。

背景技术

众所周知，使用机器人将无规则地配置于箱内或托盘上的、所谓的散装的工件一个一个地取出的装置。在例如日本特开2010－12567号公报中公开了构成为使用在其前端具有电磁铁、吸附垫片或吸盘机构的机器人来把持集装箱内的部件进行取出的物品取出装置。

在日本特开2010－12567号公报中所记载的发明中，产生机器手与位于取出对象工件附近的其他的工件发生干涉，或者机器手因摄像机的位置检测误差而不能移动成相对于取出对象工件成为适当的位置、姿势等的不良情况，从而存在难以有效地取出工件的情况。另外，在将磁力装置用作机器手的情况下，存在导致同时吸引保持多个工件，难以一个一个地取出工件的情况。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供即使设于机器人的取出机构相对于作为取出对象的工件未准确地定位，也能够有效地一个一个地取出工件进行搬运的吸附搬运装置。

为了达到上述目的，本发明提供如下的吸附搬运装置。该吸附搬运装置将散装的多个工件中的一个工件作为对象物，并由搭载于机器人的吸附喷嘴进行吸附、取出并搬运，其中，具备：视觉传感器，该视觉传感器包括：拍摄上述散装的多个工件的二维图像的摄像机；以及处理该摄像机所拍摄的图像的图像处理部，并基于上述所拍摄的二维图像选择应取出对象物，求出该对象物的二维位置、以及从该二维位置连接上述对象物和上述摄像机的三维空间上的摄像机的视线；吸引装置，该吸引装置与上述吸附喷嘴流体性地连接，并且通过该吸附喷嘴吸引空气，使得在该吸附喷嘴上产生向该吸附喷嘴的方向吸引上述对象物的吸引力；以及抵接检测部，该抵接检测部检测上述吸附喷嘴接触到上述对象物，利用上述机器人进行使上述吸附喷嘴沿上述所求出的摄像机的视线接近上述对象物的接近动作，在该接近动作中，在由上述抵接检测部检测到上述吸附喷嘴抵接到上述对象物上时，停止上述接近动作，利用上述吸引装置的吸引力将相对于上述吸附喷嘴的上述对象物的姿势从上述抵接时的抵接时姿势修正为由上述吸附喷嘴吸附并保持时的吸附保持姿势。

在最优的实施方式中，上述抵接检测部是监视上述机器人的伺服机构的反馈信息，通过检测基于上述吸附喷嘴和上述对象物接触后的该反馈信息的变化来检测上述吸附喷嘴接触到上述对象物的装置。

或者，上述抵接检测部是设于上述吸附喷嘴与上述机器人的可动部之间的伸缩自如的浮动机构，该浮动机构还可以构成为在上述吸附喷嘴接触到上述对象物时压缩。

还可以在上述吸附喷嘴上设置用于限制上述对象物嵌入上述吸入喷嘴的量的限制部件。

本发明的吸附搬运装置还可以具有检测上述对象物由上述吸附喷嘴保持的吸附检测部。例如上述吸附检测部是检测从上述吸附喷嘴至上述吸引装置之间的空气压、空气流量及空气流速中的至少一个的吸附检测传感器。

在最优的实施方式中，为将一次取出操作中的上述对象物的取出数量限定为一个，而使上述吸附喷嘴的开口部比该对象物的吸附部位小。

附图说明

通过参照附图对以下最优的实施方式进行说明，可以进一步明确本发明的上述或者其他的目的、特征及优点。

图1是本发明的一个实施方式的吸附搬运装置的外观立体图。

图2是表示使用本发明的一个实施方式的吸附搬运装置的、工件的取出顺序的流程图。

图3是表示使用摄像机对工件进行拍摄的状态的图。

图4是表示将吸附喷嘴配置在接近开始位置上的状态的图。

图5是表示吸附喷嘴与取出对象工件抵接的状态的图。

图6是表示利用吸附喷嘴的吸引力来修正取出对象工件的姿势，且由该吸附喷嘴吸附并保持该取出对象工件的状态的图。

图7是由第二摄像机对吸附并保持在吸附喷嘴上的取出对象工件进行拍摄的状态的图。

图8是表示将由吸附喷嘴吸引并保持的工件配置在临时放置台上的状态的图。

具体实施方式

图1是表示本发明的吸附搬运装置10的概略结构的外观图。吸附搬运装置10具有：机器人12；以及能检测散装于容器14内等的规定场所的多个（在图示的例子中为相同种类的）工件16的视觉传感器18。在机器人12上搭载有构成为从多个工件16中一个一个地吸引并取出该工件的吸附喷嘴20，更具体地讲，吸附喷嘴20设于绕各轴可动地构成的（例如6轴的）机器臂22的前端。吸附喷嘴20安装于机器臂22上从而可改变其位置及姿势，并且通过配管、管、导管等的送风用部件24与吸引装置26流体性地连接。吸引装置26通过吸附喷嘴20吸入空气，并在吸附喷嘴20上产生将下述的取出对象工件向吸附喷嘴20的方向吸引的吸引力，由此吸附喷嘴20能够吸附并保持取出对象工件。作为吸引装置26选定如下规格的装置，即、基于工件的重量和/或吸附喷嘴的尺寸等，能够得到由该吸附喷嘴吸附并保持该工件所需的风量（线速）。

视觉传感器18具有：安装于机器人12的可动部（在图示的例子中为机器臂22的前端）并构成为能够对散装于容器14内的多个工件16中的至少一个、最好为整体的二维图像进行拍摄的摄像机28；以及对摄像机28所拍摄的二维图像进行处理的图像处理部（未图示）。图像处理部基于摄像机28所拍摄的二维图像选择一个工件作为应取出的对象物，并求出该对象物的二维位置、以及从该二维位置连接该对象物和摄像机28的三维空间上的摄像机28的视线。但是，只要能够拍摄工件16，摄像机28能够设置在任何位置上，例如可以设置在机器人12的固定部、或机器人12以外的部位。另外，虽然在图示中工件16散装、即无规则地收放在箱型的容器14内，但是本发明并不限于这种方式，也可以无规则地配置在例如托盘上。

机器人12具备吸附检测部，该吸附检测部检测取出对象工件16由吸附喷嘴20保持的情况。在图示的例子中，该吸附检测部是构成为对检测吸附喷嘴20内或从吸附喷嘴20至吸附装置26之间的压力、风量及线速中的至少一个进行检测的吸附检测传感器30。在吸附喷嘴20吸附并保持着工件16时，由于吸附喷嘴20的开口端的至少一部分被该工件遮住，因此与没有吸附并保持工件时相比，吸附喷嘴20内的压力、风量及线速降低。通过由吸附检测传感器30对压力、风量或线速的变化进行检测，从而能够检测出吸附喷嘴20是否吸附并保持工件16。

另外，吸附搬运装置10具有抵接检测部（在图示的例子中为设置在吸附喷嘴20上的抵接检测传感器32），该抵接检测部检测吸附喷嘴20与工件16抵接的情况。图示的抵接检测传感器32是设于吸附喷嘴20与机器臂22的前端之间的伸缩自如的浮动机构，该浮动机构做成在吸附喷嘴20抵接在物体上时压缩。通过检测该压缩，能够检测吸附喷嘴20与工件16等的某个物体抵接的情况。

作为抵接检测部，还能够代替上述浮动机构而利用对驱动机器人12的各轴的伺服机构的反馈进行解析的控制装置等的装置。若吸附喷嘴20与工件等接触，则伺服机构的电流值和/或马达的转矩上升等、的反馈信息会产生变化，因此通过监视伺服机构的反馈信息对其变化进行解析，能够检测吸附喷嘴20与某个物体抵接的情况。

此外，如下述的图5中明确所示，本实施方式的工件16包括：具备比吸附喷嘴20的内径大的外径部分的第一圆柱形部分34；以及直径比第一圆柱形部分34的外径小且与第一圆柱形部分34同轴连接的第二圆柱形部分36，并且在本实施方式中，工件16以作为与吸附喷嘴20的抵接部分的第一圆柱形部分34的侧面被吸附喷嘴20吸附的状态被搬运。这样，通过使吸附喷嘴20的开口部比取出对象工件16的吸附部位小，能够将一次操作中的工件的取出数量可靠地限定为一个。

但是，本发明的工件的搬运方式并不限于此，例如可以吸附并保持图示的例子中的工件16中的第二圆柱形部分的侧面，也可以吸附并保持第一或第二圆柱形部分的端面。另外，在工件为圆盘状的情况下可以考虑吸附并保持其表面或背面的一部分等，这样，工件的吸附方式能够根据工件搬运目的地、即下一工序的内容等适当地进行设定。

其次，参照图2的流程图及图3~图6对利用上述吸附搬运装置10的工件16的搬运顺序进行说明。首先，如图3所示，操作机器人12将摄像机28移动至能够对容器14内的工件16进行拍摄的位置上（步骤S1），使用摄像机28对该工件16的二维图像进行拍摄（步骤S2）。其次，对利用摄像机28所得到的二维图像进行图像处理，并检测、选择应成为取出对象的一个工件16（步骤S3）。由于能够适用公知技术，因此省略对利用第一视觉传感器18的取出对象的检测、选择的详细说明，但是作为具体的检测方法可以考虑基于如下条件的处理，即、例如对拍摄容器14内的多个工件16所得到的图像进行处理，求出各工件的位置及姿势（朝向），选择吸附喷嘴20吸引工件所需的吸附喷嘴20的位置及姿势的变化量成为最少（或者变化所需的时间最短）的工件，进一步在工件相互重叠时将上侧的工件作为取出对象而优先取出等。

若检测出应作为取出对象的工件（步骤S3），则如图4所示地控制机器人12的动作使吸附喷嘴20向接近开始位置移动（步骤S4）。在此，接近开始位置是指从取出对象的工件16离开规定距离且吸附喷嘴20朝向容器14内（例如箭头所示）沿摄像机28的视线方向移动，由此吸附喷嘴20的前端（吸引口）能最先与该取出对象工件16（更详细地讲是工件16的第一圆柱形部分34的侧面）抵接的位置。另外，摄像机28的该视线是指基于摄像机28所拍摄的工件16的二维图像选择应取出的对象物，并求出该对象物的二维位置，且从该二维位置连接取出对象工件和摄像机28的三维空间上的摄像机的视线。

其次，起动图1所示的吸引装置26，以便从吸附喷嘴20的前端吸入空气得到规定的吸引力（步骤S5），在该状态下使吸附喷嘴20向取出对象工件16接近（移动）（步骤S6）。此外，吸引装置26的起动也可以在下述的吸附喷嘴20与取出对象工件16将要接触之前或者刚接触之后进行。

在步骤S6所说明的吸附喷嘴20的移动一直持续至上述抵接检测传感器32检测到移动中的吸附喷嘴20与取出对象工件16抵接为止（步骤S7）。在此，如图5所示，在吸附喷嘴20的前端刚与工件16（在图示的例子中为第一圆柱部分34的侧面）抵接之后的状态（抵接时的姿势）下，该工件16相对于吸附喷嘴20还没有成为适当的姿势，但是由于如上所述，与吸附喷嘴20连接的吸引装置26处于工作状态中，因此利用在吸附喷嘴20上产生的吸引力，如图6所示，对取出对象工件16的姿势（三维的倾斜）进行修正，使该工件16成为适当地吸附并保持于吸附喷嘴20的状态（吸附保持姿势）。换言之，在本申请发明中，若吸附喷嘴20与取出对象工件16抵接，则利用该吸附喷嘴的吸引力，将取出对象工件的姿势从抵接时的姿势自动修正为吸附保持姿势。因此，在本申请发明中，没有必要严密地规定在使吸附喷嘴20向取出对象工件接近时的吸附喷嘴的位置、姿势。

在此，如图5及图6所示，吸附喷嘴20还可以具有用于限制取出对象工件16嵌入吸附喷嘴20内的量的限制部件38。图示的例子的限制部件38是安装在从吸附喷嘴20的前端仅离开相当于工件16的允许嵌入量的距离的位置上的螺钉或销状的部件，延伸至吸附喷嘴20的内部，能够将工件16在吸附喷嘴20内的移动距离限制在允许值范围内。此外，也可以代替螺钉或销状的部件而在吸附喷嘴20内设置网格。

若检测到吸附喷嘴20与取出对象工件16抵接，则暂且停止吸附喷嘴20的移动，其次，使吸附喷嘴20进行退避移动（通常是上升），以便取出该取出对象工件16（步骤S8）。在此，使用上述的吸附检测传感器30测定吸附喷嘴20内的压力、风量及线速中的至少一个，并基于测定值来判断吸附喷嘴20是否保持着工件（步骤S9）。即、若吸附喷嘴20内的压力为规定值以下、或者风量为规定值以下、或者线速为规定值以下，则由于这就意味着如图6所示地取出对象工件16适当地吸附并保持于吸附喷嘴20上，因此操作机器人12将吸附并保持着的工件搬运至规定的搬运目的地（步骤S10）。

另一方面，在利用吸附检测传感器30测定的吸附喷嘴20内的压力没有减至规定的负压时是意味着利用吸附喷嘴20进行的工件的吸附保持失败（吸附喷嘴20没有保持工件），因此暂时停止吸引装置26（步骤S11），返回步骤S1重新进行处理。

若已结束某个取出对象工件的取出、搬运，则按照图2的流程图进行新的取出对象工件的检测、取出（吸附）及搬运。但是，对于其他工件的位置及姿势没有因上一回的工件取出操作而产生较大的变化的情况等，可以省略步骤S 1及S2。

如上所述，本申请发明中，使用利用由空气的吸引产生的吸引力的吸附喷嘴，从而能够提高关于吸引时的该吸附喷嘴的位置及姿势的自由度，但认为：由该吸附喷嘴吸附并保持的工件的相对于该吸附喷嘴的姿势对于每个取出的工件不都一样。因此，如图7所示，还可以使用与摄像机28不同的固定配置的第二摄像机40来检测由吸附喷嘴20保持的工件16的姿势。由此，通过进行与预先测定了由吸附喷嘴保持的工件16的姿势的检测结果的基本姿势比较等的处理，能够使下一工序中的该工件的姿势在工件之间总是是一定的。

另外，根据由吸附喷嘴20保持的工件16的姿势的检测结果，存在需要对该工件的保持进行改变的情况。在这种情况下，如图8所示，将由吸附喷嘴20取出来的工件16暂时放置在临时放置台42上，由视觉传感器的摄像机28检测临时放置台42上的工件16，能够利用该检测结果由吸附喷嘴20重新进行工件16的吸附保持。

根据本发明，仅通过吸附喷嘴的前端与工件的接触便能进行工件的取出，因此没有必要准确地控制相对于工件的吸附喷嘴的位置及姿势，可以改善因工件的状态和/或紧贴程度引起的取出的难度，明显提高散装状态的工件的取出效率。另外，还能减少视觉传感器的检测精度的影响。再有，通过使吸附喷嘴形状与工件相似，能容易防止同时取出多个工件，可实现所谓的工件的单取。

作为抵接检测部能够利用伺服机构的反馈或浮动机构等的比较简单的装置。另外，在利用反馈的情况下，不需要在吸附喷嘴附近设置部件及装置，能够使吸附搬运装置进一步紧凑化。

在吸附喷嘴上设置限制部件，从而能够可靠地防止工件不良地嵌入吸附喷嘴内。

设置吸附检测部，从而能够可靠地检测取出对象物由吸附喷嘴吸附保持的情况。另外，作为吸附检测部能够适于利用检测吸附喷嘴内的压力、风量或线速的传感器。

使吸附喷嘴的开口部比对象物的吸附部位小，从而能够可靠地将一次取出操作中的对象物的取出数量限定为一个。

虽然参照为了说明而选定的特定的实施方式对本发明进行了说明，但是显然本领域技术人员能够在不脱离本发明的基本概念及范围内进行各种变更。

Claims (7)

1.一种吸附搬运装置（10），将散装的多个工件（16）中的一个工件作为对象物，并由搭载于机器人（12）的吸附喷嘴（20）进行吸附、取出并搬运，其特征在于，具备：

视觉传感器（18），该视觉传感器（18）包括：拍摄上述散装的多个工件（16）的二维图像的摄像机（28）；以及处理该摄像机（28）所拍摄的图像的图像处理部，并基于上述所拍摄的二维图像选择应取出对象物，求出该对象物的二维位置、以及从该二维位置连接上述对象物和上述摄像机（28）的三维空间上的摄像机的视线；

吸引装置（26），该吸引装置（26）与上述吸附喷嘴（20）流体性地连接，并且通过该吸附喷嘴（20）吸引空气，使得在该吸附喷嘴（20）上产生向该吸附喷嘴（20）的方向吸引上述对象物的吸引力；以及

抵接检测部（32），该抵接检测部（32）检测上述吸附喷嘴（20）接触到上述对象物，

利用上述机器人（12）进行使上述吸附喷嘴（20）沿上述所求出的摄像机（28）的视线接近上述对象物的接近动作，在该接近动作中，在由上述抵接检测部（32）检测到上述吸附喷嘴（20）抵接到上述对象物上时，停止上述接近动作，利用上述吸引装置（26）的吸引力将相对于上述吸附喷嘴（20）的上述对象物的姿势从上述抵接时的抵接时姿势修正为由上述吸附喷嘴（20）吸附并保持时的吸附保持姿势。

2.根据权利要求1所述的吸附搬运装置，其特征在于，

上述抵接检测部（32）是监视上述机器人（12）的伺服机构的反馈信息，通过检测基于上述吸附喷嘴（20）和上述对象物接触后的该反馈信息的变化来检测上述吸附喷嘴（20）接触到上述对象物的装置。

3.根据权利要求1所述的吸附搬运装置，其特征在于，

上述抵接检测部（32）是设于上述吸附喷嘴（20）与上述机器人（12）的可动部之间的伸缩自如的浮动机构（32），该浮动机构（32）构成为在上述吸附喷嘴（20）接触到上述对象物时压缩。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的吸附搬运装置，其特征在于，

在上述吸附喷嘴（20）上设有用于限制上述对象物嵌入上述吸入喷嘴（20）的量的限制部件（38）。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的吸附搬运装置，其特征在于，

具有检测上述对象物由上述吸附喷嘴（20）保持的吸附检测部（30）。

6.根据权利要求5所述的吸附搬运装置，其特征在于，

上述吸附检测部（30）是检测从上述吸附喷嘴（20）至上述吸引装置（26）之间的空气压、空气流量及空气流速中的至少一个的吸附检测传感器（30）。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的吸附搬运装置，其特征在于，

为将一次取出操作中的上述对象物的取出数量限定为一个，而使上述吸附喷嘴（20）的开口部比该对象物的吸附部位小。

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