CN105270856B - 物品排列装置 - Google Patents
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Abstract
物品排列装置具备：间隔指定部，其指定沿输送机的移动方向排列的物品之间的距离；移动量获取部，其从检测器获取输送机的载置部的移动量；虚拟目标生成部，其在利用机器人执行物品的载置动作之前生成虚拟目标，该虚拟目标作为在载置部中对物品进行定位时的基准；以及载置动作执行部，其基于检测器的检测信息，追随与输送机一起移动的虚拟目标来将物品载置于虚拟目标内。
Description
技术领域
本发明涉及一种使物品排列到输送机上的物品排列装置。
背景技术
众所周知一种利用产业用机器人使物品沿输送机的行进方向排列的物品排列装置。例如，众所周知将物品依次载置于将收容物品的斗等间隔地配备的斗式输送机(bucketconveyor)的物品排列装置以及将物品依次载置于带式输送机(belt conveyor)的行进方向上的固定位置的物品排列装置(参照日本JP2002-316716A)。
另外，在多个输送机之间移动物品时，有时为了下一个工序而要求使物品以规定的间隔排列。然而，在利用以规定的间隔排列的托盘等收容器来排列物品的情况下，需要在后续工序中回收收容器，还需要用于检测托盘的位置的光电管传感器等，成本增大。
另外，根据将物品依次载置于固定位置的公知技术，物品在输送方向上的间隔根据输送机的输送速度以及利用机器人进行的物品的取出工序及载置工序的周期时间而发生变化。因此，需要在后续工序中修正物品之间的间隔。如果使用以规定的间隔进行间距进给的输送机，则虽然可以使物品排列成等间隔，但是需要使用由昂贵的伺服电动机来驱动的输送机，因此导致成本增大。
另外，根据利用光电管传感器对在输送机的带上以规定的间隔附加的标记进行检测并基于其检测结果来排列物品的技术，每次更换带时都需要附加标记，若标记消失，则无法按目的排列物品。
因而，寻求一种尽管是简化的结构但是使物品以规定间隔排列的物品排列装置。
发明内容
根据本申请所涉及的第一发明，提供一种物品排列装置，该物品排列装置具备：输送机，其具备用于载置物品的载置部以及检测该载置部的移动量的检测器；以及机器人，其具备能够保持物品的工具，将物品或具有规定的位置关系的物品群以沿上述输送机的移动方向排列的方式依次载置于上述载置部，该物品排列装置还具备：间隔指定部，其指定沿上述输送机的移动方向排列的物品之间的距离、或物品群之间的距离；移动量获取部，其从上述检测器获取上述载置部的移动量；虚拟目标生成部，其在利用上述机器人执行上述物品或上述物品群的载置动作之前生成虚拟目标，该虚拟目标作为在上述载置部中对物品进行定位时的基准；以及载置动作执行部，其基于上述检测器的检测信息，追随与上述载置部一起移动的上述虚拟目标来将上述物品或上述物品群载置于上述虚拟目标内。
根据本申请所涉及的第二发明，在第一发明所涉及的物品排列装置中，上述物品或上述物品群被载置于上述虚拟目标内的任意位置。
根据本申请所涉及的第三发明，在第一发明或第二发明所涉及的物品排列装置中，上述虚拟目标是具有至少一个载置位置的虚拟托盘。
这些以及其它本发明的目的、特征及优点通过参照附图所表现的本发明的例示性的实施方式所涉及的详细说明会变得更明确。
附图说明
图1是表示一个实施方式所涉及的物品排列装置的结构的图。
图2是表示物品排列装置的对机器人进行控制的控制装置的结构例的图。
图3是表示控制装置的另一结构例的图。
图4是控制装置的功能框图。
图5是表示生成虚拟托盘的处理的流程图。
图6是表示在多个控制装置之间传输信息的处理的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的实施方式。对于附图适当变更了比例尺地进行记载以助于理解本发明。另外，对于相同或对应的结构要素，使用相同的参照标记。
图1是表示一个实施方式所涉及的物品排列装置10的结构的图。物品排列装置10具备：供给输送机11，其输送具有不规则的位置和姿势的物品1；排出输送机12，其输送按照规定的排列图案进行排列的物品1；使物品1从供给输送机11移动到排出输送机12的第一机器人21和第二机器人22；以及对第一机器人21和第二机器人22分别进行控制的第一控制装置31和第二控制装置32。物品排列装置10没有特别限定，但是例如在食品、医药品等的生产设备中使用。
供给输送机11和排出输送机12分别具有载置面11A、12A，该载置面11A、12A具有能够载置物品1的大致平面的形态。该载置面11A、12A均从图面的左侧向右侧朝箭头的方向移动，由此，载置面11A、12A上的物品1被输送。
第一机器人21位于供给输送机11和排出输送机12的比第二机器人22靠上游的位置。第一机器人21和第二机器人22分别具备能够保持物品1的工具。工具例如是手、气压式或磁力式的吸盘等。
第一控制装置31和第二控制装置32经由通信线缆33而相互连接于未图示的网络集线器。由此，第一控制装置31和第二控制装置32能够相互发送接收数据和信号。第一控制装置31与第二控制装置32之间的数据等的发送接收也可以通过其它方式、例如无线通信来进行。
在供给输送机11的比第一机器人21靠上游的位置处设置有照相机13。照相机13经由线14而与内置于第一控制装置31的图像处理装置50(参照图2)连接。照相机13拍摄照相机13的视场13A的范围。利用图像处理装置50对拍摄得到的图像进行图像处理，由此检测出物品1的位置和姿势。
在供给输送机11上设置有编码器15。编码器15根据供给输送机11的移动量来输出脉冲信号。第一控制装置31基于从编码器15输出的脉冲信号来计算供给输送机11的移动量。另外，第二控制装置32能够与第一控制装置31进行通信，获取从设置于供给输送机11的编码器15输出的脉冲信号。
同样地，在排出输送机12上设置有编码器16。编码器16根据排出输送机12的移动量来输出脉冲信号。第二控制装置32基于从编码器16输出的脉冲信号来计算排出输送机12的移动量。另外，第一控制装置31能够与第二控制装置32进行通信，获取从设置于排出输送机12的编码器16输出的脉冲信号。
在排出输送机12上，在排出输送机12的比第一机器人21靠上游的任意位置处生成虚拟目标17。虚拟目标17是在利用第一机器人21和第二机器人22执行载置动作之前在规定的定时生成的。例如，每当排出输送机12移动规定的移动量就生成虚拟目标17。或者，也可以响应于以规定的间隔输入到第二控制装置32的信号来生成虚拟目标17。另外，也可以与第一机器人21或第二机器人22执行供给输送机11上的物品1的取出动作的定时相配合地生成虚拟目标17。下面，以每当排出输送机12移动规定的移动量就生成虚拟目标17的实施方式为例来进行说明，但是在其它方法中也只不过是生成虚拟目标17的定时或条件不同，以同样的方式生成虚拟目标17。虚拟目标17作为在排出输送机12的载置面12A上排列物品1时的定位基准而发挥作用。虚拟目标17具有至少一个用于载置物品1的载置位置，例如作为虚拟的托盘而发挥功能。在图示的实施方式中，虚拟目标17具有托盘的形状，该托盘具有在与排出输送机12的输送方向正交的方向上彼此相离的两个载置位置，物品1载置于各个载置位置。此外，载置位置设定于虚拟目标17内的任意位置。
根据本实施方式，第一机器人21和第二机器人22分别依次取出通过供给输送机11输送的物品1，将物品1载置于在排出输送机12上以规定间隔、例如等间隔生成的虚拟目标17内的规定的载置位置。虚拟目标17的位置是基于由设置于排出输送机12的编码器16检测出的排出输送机12的移动量来计算的。由此，第一机器人21和第二机器人22能够追随与排出输送机12一起移动的虚拟目标17来将物品1载置于规定的载置位置。
图2表示第一控制装置31的硬件结构。第一控制装置31具备：机器人控制部40，其控制第一机器人21；以及图像处理装置50，其对由照相机13拍摄的图像进行处理，来获取物品1在供给输送机11上的位置和姿势。
图像处理装置50具备由微处理器构成的CPU 51。在CPU 51上经由总线54分别连接有ROM 52、RAM 53、与设置于第一控制装置31的外部的监视器18连接的监视器接口(监视器IF)61以及与照相机13连接的照相机接口(照相机IF)62。由照相机13拍摄到的图像被保存在RAM 53。由CPU 51对RAM 53中保存的数据进行分析。分析程序与针对图像处理装置50的各种设定信息一起保存在ROM 52中。
如图2所示，图像处理装置50的CPU 51经由第一控制装置31的总线55而与机器人控制部40的CPU 41连接。在机器人控制部40的CPU 41上经由总线49分别连接有ROM 42、RAM43、SRAM 44、数字信号处理器用数据存储器(DSP存储器)45以及数字信号处理器(DSP)47。ROM 42中保存有对系统整体进行控制的程序，RAM 43中临时保存有由CPU 41处理的数据。SRAM 44中保存有针对第一机器人21的动作程序和设定数据等。
DSP 47是对设置于供给输送机11的编码器15的输出信号进行处理的处理器。DSP存储器45保存由DSP 47处理后的数据和设定参数等。DSP 47具有以下功能：按照CPU 41的命令来在任意的时间点探测编码器15的输出，将探测出的信息写入到DSP存储器45的规定区域。另外，也能够从图像处理装置50的CPU 51经由机器人控制部40的CPU 41访问DSP存储器45。
机器人控制部40具备控制第一机器人21的轴控制装置46。轴控制装置46经由伺服电路48而与第一机器人21连接，由此，第一控制装置31能够控制第一机器人21。机器人控制部40还具备通信接口(通信IF)63，能够经由通信IF 63而与第二控制装置32和外围装置等进行通信。
图3表示第一控制装置31的另一结构例。如图3所示，也可以用机器人控制部40的对应部分来代替图像处理装置50的CPU 51、ROM 52以及RAM 53。各结构要素的功能与图2的各结构要素相同，因此省略说明。
虽未进行图示，但第二控制装置32具有与第一控制装置31大致相同的结构。然而，根据图1也可知，第二控制装置32不与照相机13直接连接，因此不需要具有图像处理装置50的结构，在这一点上与第一控制装置31不同。
图4以框图示出了第一控制装置31和第二控制装置32中的对与物品1的检测工序和排列工序有关的信息进行处理的功能。图中的箭头表示各信息的流动。
如图4所示，第一控制装置31具有排列图案设定部311、作业内容设定部312、物品检测部313、信息管理部314以及作业执行部315。另外，第二控制装置32具有排列图案设定部321、作业内容设定部322、虚拟目标生成部323、信息管理部324以及作业执行部325。
排列图案设定部311、321对物品1的排列图案进行定义。在图1所示的实施方式的情况下，排列图案被定义为在与排出输送机12的输送方向正交的方向上相离规定的距离的两个单元(载置位置)。即，排列图案设定部311、321作为指定沿排出输送机12的移动方向排列的物品1之间的距离的间隔指定部而发挥作用。由排列图案设定部311、321的任一方定义的单元的位置经由通信单元被发送到另一方的排列图案设定部321、311，由此，在双方的排列图案设定部311、321中定义共同的单元的位置。
每当供给输送机11移动规定的距离，物品检测部313就检测物品1在供给输送机11上的位置和姿势。或者，物品检测部313也可以在由光电管传感器等外部传感器探测出物品1的到来时执行物品1的位置和姿势的检测。此外，在不需要确定物品1的姿势的情况下，能够仅将物品1的位置作为检测对象。
作为根据所拍摄的图像来检测对象物(即物品1)的位置和姿势的方法，存在很多公知技术。物品检测部313利用任意的公知技术来根据照相机13的拍摄图像检测由供给输送机11输送的物品1的位置和姿势。例如，物品检测部313可以构成为：按照归一化相关法，从由照相机13拍摄到的图像检测与预先登记的模型图像一致的图像。或者，物品检测部313也可以如广义霍夫变换那样从预先登记的模型图像提取物品1的轮廓，基于该轮廓的信息来求出物品1在拍摄图像中的位置和姿势。
物品检测部313将检测出的物品1的位置和姿势以及由照相机13拍摄物品1的瞬间的供给输送机11的编码器15的输出值等信息传输到信息管理部314。
此外，物品1在供给输送机11上的位置和姿势虽然表现为针对照相机13定义的坐标系(照相机坐标系)，但是能够基于照相机坐标系与作为机器人的动作的基准的坐标系(机器人坐标系)之间的相对位置关系，通过周知的坐标变换来计算出物品1在机器人坐标系中的位置和姿势。并且，在机器人坐标系在第一控制装置31和第二控制装置32中通用的情况下，所检测出的物品1的位置和姿势在第一机器人21和第二机器人22中共同使用。例如，如果通过图像处理装置50获取到物品1的位置和姿势，则第一控制装置31和第二控制装置32能够分别控制第一机器人21和第二机器人22来取出物品1。
虚拟目标生成部323监视编码器16的值，每当排出输送机12移动规定的距离就生成虚拟目标17。虚拟目标17被生成的瞬间的排出输送机12的编码器16的输出值的信息被传输到第一控制装置31的信息管理部314。即，虚拟目标生成部323具有作为从编码器16获取排出输送机12的载置面12A的移动量的移动量获取部的功能、以及基于排出输送机12的移动量来以规定间隔生成虚拟目标17的功能。
使预先决定的虚拟目标17的生成位置与相对于排出输送机12的行进方向的第一机器人21的机器人坐标系预先相关联。由此，信息管理部314能够基于排出输送机12的编码器16的输出值来获取虚拟目标17在机器人坐标系中的当前位置。同时，信息管理部314能够从第一控制装置31的排列图案设定部311获取按照排列图案对虚拟目标17定义的单元的位置和姿势。在机器人坐标系在第一控制装置31和第二控制装置32中通用的情况下，与单元的位置和姿势有关的信息在第一机器人21和第二机器人22中共同利用。此外，在不需要指定物品1的姿势的情况下，也可以仅获取单元的位置。
作业执行部315、325从信息管理部314、324接收与进入第一机器人21和第二机器人22各自的作业区域内的物品1在供给输送机11上的位置和姿势有关的信息，执行利用第一机器人21和第二机器人22取出物品1的工序。另外，作业执行部315、325从信息管理部314、324接收与进入第一机器人21和第二机器人22各自的作业区域内的虚拟目标17内的单元在排出输送机12上的位置和姿势有关的信息，执行将由第一机器人21和第二机器人22保持的物品1载置于单元的位置的工序。即，作业执行部315、325具有作为载置动作执行部的功能，该载置动作执行部追随与排出输送机12的载置面12A一起移动的虚拟目标来将物品1载置于虚拟目标17内的单元。
第一控制装置31和第二控制装置32的任一方的作业内容设定部312、322对第一机器人21和第二机器人22的作业比例进行设定。在与另一方的作业内容设定部322、312之间共享所设定的作业比例。例如，在第一机器人21和第二机器人22的作业比例为1:1的情况下，位于上游的第一机器人21每隔一个物品地取出由供给输送机11输送的物品1，将物品1载置于与排出输送机12一起移动的虚拟目标17的规定的单元的位置。另一方面，第二机器人22将经过了对供给输送机11分配的第一机器人21的作业区域的物品1全部取出，将物品1依次载置于虚拟目标17的规定的单元的位置。
图5是表示由虚拟目标生成部323以规定的控制周期执行的处理的流程图。首先在步骤S401中，虚拟目标生成部323基于上一次生成虚拟目标17的时间点的排出输送机12的编码器16的值与当前的编码器16的值之差来检测排出输送机12的移动量。
接着在步骤S402中，判定排出输送机12是否移动了预先指定的距离。在步骤S402的判定被否定的情况下，返回到步骤S401。另一方面，在步骤S402的判定被肯定的情况下，进入步骤403，在排出输送机12的规定的位置处生成虚拟目标17。例如，生成虚拟目标17的位置被设定为以程序开始时最初生成的虚拟目标17为基准来依次错开所指定的距离而得到的位置。即，虚拟目标17的间隔与所指定的距离相等。或者，也可以以所指定的距离的N倍的间隔来生成虚拟目标17。例如在排出输送机12的移动速度快而在执行步骤S402的判定时排出输送机12已经移动了所指定的距离的N倍以上的距离(N>1)的情况下，难以将物品1载置于距刚才的虚拟目标17相离所指定的距离的位置。因而，在该情况下，也可以以使虚拟目标17的间隔变大的方式变更虚拟目标17的生成位置。
图6是表示由第一控制装置31的信息管理部314以规定的控制周期执行的处理的流程图。首先在步骤S501中，信息管理部314基于由照相机13拍摄到的物品1的移动量来更新由供给输送机11输送的各个物品1的当前位置。由物品检测部313基于由照相机13拍摄物品1的时间点的编码器15的输出值与当前的编码器15的输出值之差，来获取物品1的移动量。
接着在步骤S502中，判定物品1的当前位置是否处于第一机器人21的作业范围外。在步骤S502的判定被否定的情况下，返回到步骤S501。另一方面，在步骤S502的判定被肯定的情况下，进入步骤S503，第一控制装置31的信息管理部314将与物品1有关的信息(物品信息)传输到位于下游的第二控制装置32的信息管理部324。所传输的物品信息中包含物品1的位置和姿势、拍摄物品1的时间点的编码器15的输出值等，但是不限定于此。
在步骤S504中，获取按照排列图案定义的虚拟目标17内的单元的位置。单元的位置是基于虚拟目标17的生成位置、虚拟目标17的移动量以及虚拟目标17与单元的位置关系来获取的。
在步骤S505中，判定单元的位置是否处于第一机器人21的作业范围外。在步骤S505的判定被否定的情况下，返回到步骤S504。另一方面，在步骤S505的判定被肯定的情况下，进入步骤S506，第一控制装置31的信息管理部314将与虚拟目标17有关的信息(虚拟目标信息)传输到位于下游的第二控制装置32的信息管理部324。所传输的虚拟目标信息中包含虚拟目标17的单元的位置和姿势、由照相机13拍摄物品1的时间点的编码器15的输出值以及表示利用第一机器人21进行的物品1的取出工序已完成的作业完成标志等，但是不限定于此。
第二控制装置32基于从第一控制装置31的信息管理部314传输的物品信息和虚拟目标信息来控制第二机器人22，将物品1从供给输送机11取出，并且将物品1载置于排出输送机12上的虚拟目标17内。
如前所述，根据本实施方式所涉及的物品排列装置10，追随在排出输送机12上生成的虚拟目标17来载置从供给输送机11取出的物品1。由此，无需为了使物品1以规定的间隔排列而使用实际的托盘和用于检测托盘的传感器。另外，无需使用用于使排出输送机以规定的间距移动的伺服电动机。因而，能够提供结构简单且廉价的物品排列装置。
基于图示的实施方式说明了具备两个机器人以及控制这两个机器人的两个控制装置的物品排列装置，但是具备一个或三个以上的机器人和控制装置的物品排列装置也能够实施本发明。
发明的效果
根据具有前述结构的物品排列装置，基于输送机的移动量，机器人追随与输送机一起移动的虚拟目标来依次载置物品，使物品排列。由此，不再需要作为使物品排列时的定位基准的标记或用于检测收容器的传感器。另外，不需要用于驱动输送机的昂贵的伺服电动机。因而，能够提供具有简化的结构且廉价的物品排列装置。
以上，说明了本发明的各种实施方式，但是本领域技术人员应该认识到通过其它实施方式也能够实现本发明所意图的作用效果。特别是，能够不脱离本发明的范围地删除或置换前述的实施方式的结构要素，还能够进一步附加公知手段。另外，通过将本说明书中明示或暗示地公开的多个实施方式的特征任意地组合，也能够实施本发明，这对本领域技术人员来说是不言而喻的。
Claims (3)
1.一种物品排列装置，具备：
输送机，其具备用于载置物品的载置部以及检测该载置部的移动量的检测器；以及
机器人，其具备能够保持物品的工具，将物品或具有规定的位置关系的物品群以沿上述输送机的移动方向排列的方式依次载置于上述载置部，
该物品排列装置还具备：
间隔指定部，其指定沿上述输送机的移动方向排列的物品之间的距离、或物品群之间的距离；
移动量获取部，其从上述检测器获取上述载置部的移动量；
虚拟目标生成部，其在利用上述机器人执行上述物品或上述物品群的载置动作之前基于上述移动量获取部获取到的上述载置部的移动量依次生成虚拟目标，该虚拟目标沿上述输送机的移动方向相离根据由上述间隔指定部指定的上述物品之间的距离、或上述物品群之间的距离来决定的距离，作为在上述载置部中对物品进行定位时的基准；以及
载置动作执行部，其基于上述检测器的检测信息，追随与上述载置部一起移动的上述虚拟目标来将上述物品或上述物品群载置于上述虚拟目标内，
其中，上述移动量获取部获取上述载置部从上一次生成虚拟目标的时间点起的移动量，并且在判定为上述载置部从上一次生成虚拟目标的时间点起移动了根据由上述间隔指定部指定的上述物品之间的距离、或上述物品群之间的距离来决定的距离的情况下，上述虚拟目标生成部在上述载置部的规定位置处生成虚拟目标。
2.根据权利要求1所述的物品排列装置，其特征在于，
上述物品或上述物品群被载置于上述虚拟目标内的任意位置。
3.根据权利要求1或2所述的物品排列装置，其特征在于，
上述虚拟目标是具有至少一个载置位置的虚拟托盘。
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