CN106182045B

CN106182045B - 物品搬运系统

Info

Publication number: CN106182045B
Application number: CN201510455398.2A
Authority: CN
Inventors: 小田胜
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2018-03-02
Anticipated expiration: 2035-07-29
Also published as: JP2016055389A; US20160068352A1; DE102015011527B4; DE102015011527A1; JP5893695B1; CN106182045A; US9665946B2

Abstract

本发明提供一种物品搬运系统，具备：搬运装置，按照将被搬运物搬运至对象物中的目标位置的指令来搬运被搬运物；视觉检测装置，具有以能够获取图像的方式安装在上述搬运装置的摄像装置，并对上述摄像装置所获取的图像进行解析而检测出被搬运物及对象物的各自的位置，上述图像是包括由搬运装置进行搬运后的被搬运物和对象物这两者的图像；以及判定装置，判定视觉检测装置所检测出的被搬运物的位置是否在相对于对象物的位置而设定的许可区域内。

Description

物品搬运系统

技术领域

本发明涉及物品搬运系统，该物品搬运系统在朝向对象物搬运被搬运物的搬运工序中能够确认被搬运物相对于对象物是否准确地被定位了。

背景技术

以往已知朝向对象物搬运各种被搬运物的物品搬运系统。另外，近年来正在普及具备能够从视觉上检测出被搬运物及对象物的位置的视觉传感器的物品搬运系统。例如，在JP2005－11580A中提出了使用由视觉传感器获取的位置信息而朝向对象物搬运被搬运物的机器人系统。更具体而言，在JP2005－11580A所记载的机器人系统中，首先，由安装在第二手上的视觉传感器获取由第一手所把持的带连接器的电缆的位置信息、和放置在工作台上的对方连接器的位置信息。然后，第一手使用由视觉传感器获取的位置信息，朝向对方连接器搬运带连接器的电缆。通过如此，被搬运物(带连接器的电缆)被组装在对象物(对方连接器)上。

但是，在即使使用视觉传感器获取准确的位置信息，机器人的动作精度也不充分的情况下，无法避免在由机器人进行的搬运工序中产生一定程度的搬运误差。换言之，即使使用视觉传感器获取准确的位置信息，也无法保证被搬运物相对于对象物的定位精度。另外，在JP2005－11580A记载的机器人系统中，想要确认被搬运物是否相对于对象物准确地定位了，则例如需要使安装在第二手上的视觉传感器移动到被搬运物及对象物的附近，然后利用视觉传感器获取包括搬运物及对象物这两者的图像。如此在以往的物品搬运系统中，确认被搬运物是否相对于对象物准确地定位了需要很多的作业工时。

在朝向对象物搬运被搬运物的搬运工序中，要求能够简单地确认被搬运物是否相对于对象物准确地定位了的物品搬运系统。

发明内容

根据本发明的第一方案，提供一种物品搬运系统，具备：搬运装置，按照将被搬运物搬运至对象物中的目标位置的指令来搬运被搬运物；视觉检测装置，具有以能够获取图像的方式安装在搬运装置的摄像装置，并对摄像装置所获取的图像进行解析而检测出被搬运物及对象物的各自的位置，上述图像是包括由搬运装置进行搬运后的被搬运物和对象物这两者的图像；以及判定装置，判定视觉检测装置所检测出的被搬运物的位置是否在相对于对象物的位置而设定的许可区域内。

根据本发明的第二方案，提供一种物品搬运系统，其在第一方案的基础上，在视觉检测装置所检测出的被搬运物的位置不在许可区域内的情况下，搬运装置执行将被搬运物朝向目标位置移送的移送工序，视觉检测装置执行检测由移送工序移送后的被搬运物的位置的二次检测工序，判定装置执行判定在二次检测工序中所检测出的被搬运物的位置是否在许可区域内的二次判定工序，上述物品搬运系统还包括控制装置，控制装置对搬运装置、视觉检测装置及判定装置进行控制，使得移送工序、二次检测工序及二次判定工序以预定的次数为上限反复执行。

根据本发明的第三方案，提供一种物品搬运系统，其在第二方案的基础上，控制装置设定小于视觉检测装置所检测出的被搬运物的位置与目标位置之间的距离的值作为移送工序中的移送距离的设定值。

根据本发明的第四方案，提供一种物品搬运系统，其在第三方案的基础上，控制装置以随着移送工序的反复序数变大而使移送距离的设定值相对于距离的比例变小的方式，变更移送距离的设定值。

这些及其它的本发明的目的、特征、及优点，通过参照附图所示的本发明的示例性的实施方式的详细说明，而将变得更加明确。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的物品搬运系统的结构的框图。

图2是表示图1的物品搬运系统的搬运装置及视觉检测装置的立体图。

图3是表示由图2的视觉检测装置的摄像装置产生的拍摄图像的一例的概略图。

图4是由本实施方式的物品搬运系统进行的搬运、定位工序的步骤的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。在各附图中，对同样的结构要素标注同样的附图标记。此外，以下记载的内容并不是限定权利要求书记载的发明的技术范围和技术用语的意义等的内容。

参照图1～图4，对本发明的一个实施方式的物品搬运系统进行说明。图1是表示示例性的物品搬运系统1的结构的框图。在此，本例的物品搬运系统1是将供给到预定的供给位置的被搬运物W1朝向设定在对象物W2上的目标位置进行搬运，然后，将搬运后的被搬运物W1相对于目标位置进行定位的自动化系统(参照图2)。以下，将物品搬运系统1朝向目标位置搬运被搬运物W1的工序称为“搬运工序”，以下将物品搬运系统1相对于目标位置对被搬运物W1进行定位的工序称为“定位工序”。而且，以下将由搬运工序及定位工序构成的一系列工序称为“搬运、定位工序”。

如图1所示，本例的物品搬运系统1包括搬运装置2、视觉检测装置3、判定装置4、及控制装置5。在此，本例的搬运装置2按照将被搬运物W1搬运至对象物W2中的目标位置的指令，搬运被搬运物W1。这种指令预先存储在控制装置5的存储部50中。另外，本例的视觉检测装置3获取由搬运装置2搬运的被搬运物W1的位置信息。另外，本例的判定装置4使用视觉检测装置3所获取的位置信息，执行预定的判定。而且，本例的控制装置5使用基于判定装置4的判定结果对搬运装置2及视觉检测装置3等的动作进行控制。以下对这些装置的功能及结构等进行详细说明。

图2是将图1的物品搬运系统1中的搬运装置2及视觉检测装置3与被搬运物W1及对象物W2一起表示的立体图。如图2所示，本例的被搬运物W1呈细长的板材的形式，本例的对象物W2呈比被搬运物W1大型且厚的板材的形式。换言之，对象物W2的延伸方向的长度大于被搬运物W1的延伸方向的长度，且对象物W2的与延伸方向垂直的宽度大于被搬运物W1的与延伸方向垂直的宽度。因此，若被搬运物W1相对于对象物W2适当地进行定位，则被搬运物W1的整个主面S11与对置的对象物W2的主面S2接触。此外，本例的对象物W2在进行搬运工序之前，配置在搬运装置2的附近。图2表示由物品搬运系统1进行的搬运工序刚结束之后的被搬运物W1与对象物W2的位置关系。

如图2所示，本例的搬运装置2是由在前端具有手腕部RW的臂RA、和安装在手腕部RW的手RH构成的垂直多关节机器人。更具体而言，本例的臂RA具有固定在地面上的固定基部21、安装在固定基部21的回转基部22、与回转基部22的上端部连结的转动式的下臂部23、与下臂部23的前端部连结的转动式的上臂部24、以及与上臂部24的前端部连结的转动式的手腕部RW。而且，本例的臂RA通过使用伺服马达等驱动装置驱动各部分，从而能够自由地变更安装在手腕部RW上的手RH的位置及姿态。由此，本例的臂RA能够将在上述的供给位置由手RH所把持的被搬运物W1朝向预先配置在搬运装置2的附近的对象物W2进行搬运。关于由手RH把持被搬运物W1的原理，在后面进行叙述。

如图2所示，本例的手RH具有安装在臂RA的手腕部RW的基端部25、从基端部25延伸的主体部26、以及安装在主体部26的前端部的吸附部27。更具体而言，手RH的主体部26呈L字形的形式，并且包括从基端部25向手腕部RW的相反侧突出的突出部分、和从突出部分的前端部垂直地延伸的垂直部分。另外，手RH的吸附部27具有嵌入到设置在主体部26的垂直部分上的贯通孔中的喷嘴271、和安装在喷嘴271的前端部的真空垫272。而且，喷嘴271的基端部经由未图示的气管与真空泵等真空供给源连接。从而，在使真空垫272与被搬运物W1的主面S12接触的状态下，若利用真空供给源排出真空垫272内的气体，则通过形成在真空垫272内的负压的作用，被搬运物W1被真空垫272吸附。

接着，对本例的视觉检测装置3进行说明。本例的视觉检测装置3包括：经由预定的安装部件311安装在手RH上的摄像装置31、和对摄像装置31所获取的图像进行解析的解析装置32。本例的摄像装置31是具备CCD(Charge Coupled Device)图像传感器或者CMOS(Complementary Metal－Oxide Semiconductor)图像传感器等摄像元件的数字摄像机。如图2所示，本例的摄像装置31安装在手RH上，以便在搬运工序结束时能够获取包括被搬运物W1和对象物W2这两者的图像。更具体而言，本例的摄像装置31以位于其摄像面的前方的透镜组的前端面312从包括真空垫272的吸附面的虚拟平面向上方分离、且摄像面与上述的虚拟平面大致平行的方式，安装在手RH上。因此，摄像装置31能够将搬运后的被搬运物W1的主面S12与位于其背后的对象物W2的主面S2一起拍摄。此外，在本例的物品搬运系统1中，无需对被搬运物W1及对象物W2全体进行拍摄，仅对被搬运物的主面S12的一部分和位于其背后的对象物W2的主面S2的一部分进行拍摄即可。

图3是表示由图2的视觉检测装置3的摄像装置31拍摄的拍摄图像的一例的概略图。这种拍摄图像被发送到视觉检测装置3的解析装置32(参照图1)。视觉检测装置3的解析装置32既可以是从摄像装置31独立的装置，也可以内置于摄像装置31内。另外，视觉检测装置3的解析装置32也可以内置于上述的判定装置4或控制装置5内。而且，本例的解析装置32通过对所接收的拍摄图像进行解析，从而检测对象物W2及被搬运物W1的各自的位置。更具体而言，本例的解析装置32根据所接收的拍摄图像的解析结果，检测被搬运物W1的代表点P1的位置和对象物W2的代表点P2的位置。以下将由解析装置32所检测出的代表点的位置称为检测位置。

在图3的例子中，作为被搬运物W1的代表点P1，选择了被搬运物W1的矩形状的主面S12的右上的顶点，作为对象物W2的代表点P2，选择了对象物W2的矩形状的主面S2的右上的顶点。但是，上述的代表点P1、P2能够在被搬运物W1及对象物W2的主面中任意选择。此外，在图3的拍摄图像中，用实线表示了搬运工序后的被搬运物W1的检测位置，用单点划线表示了预先设定在对象物W2的主面S2上的上述的目标位置。而且，在图3的拍摄图像中，用附图标记P0表示了与目标位置对应的被搬运物W1的代表点。由视觉检测装置3的解析装置32所检测出的被搬运物W1及对象物W2的位置信息被发送到上述的判定装置4。

接着，对本例的判定装置4进行说明。如图1所示，本例的判定装置4具有如下功能，基于从视觉检测装置3所获取的位置信息，判定被搬运物W1的检测位置是否在针对对象物W2的检测位置设定的许可区域A内。参照图3，在本例的物品搬运系统1中，以对象物W2的代表点P2为中心的半径r的扇形区域被设定为上述的许可区域A。而且，本例的判定装置4基于从视觉检测装置3所获取的位置信息，判定被搬运物W1的代表点P1的检测位置是否在上述的扇形的许可区域A的内侧。

此外，上述的许可区域A的大小、即、扇形的半径r考虑针对目标位置的被搬运物W1的定位误差的允许范围而决定。换言之，在被搬运物W1的代表点P1的检测位置在许可区域A内的情况下，视为针对目标位置的被搬运物W1的定位误差在允许范围内。在此情况下，省略上述的定位工序。另一方面，在被搬运物W1的代表点P1的检测位置不在许可区域A内的情况下，由搬运装置2、视觉检测装置3、及判定装置4执行上述的定位工序。关于这一点，在后面进一步进行叙述。基于判定装置4的判定结果被发送到上述的控制装置5，并且根据需要，能够显示在设置于物品搬运系统1内的显示装置上。这种显示装置例如设置在判定装置4或控制装置5上。

接着，对本例的控制装置5进行说明。如图1所示，本例的控制装置5具有：存储各种数据的存储部50；对上述的搬运工序中的系统的动作进行控制的搬运控制部51；以及对上述的定位工序中的系统的动作进行控制的定位控制部52。在此，本例的搬运控制部51按照存储在存储部50中的上述的指令，对搬运工序中的搬运装置2的动作进行控制。其结果，搬运装置2在上述的供给位置把持被搬运物W1，然后，朝向对象物W2中的目标位置搬运被搬运物W1。另外，本例的定位控制部52对定位工序中的搬运装置2、视觉检测装置3、及判定装置4的动作进行控制。以下对本例的定位工序中的各装置的动作进行详细说明。

在本例的定位工序中，首先，由搬运装置2朝向上述的指令所记述的目标位置移送被搬运物W1。以下有时将该工序称为“移送工序”。移送工序中被搬运物W1被移送的方向用图3中的箭头A30表示。在本例的定位工序中，接着，由视觉检测装置3检测移送工序后的被搬运物W1的位置。以下有时将该工序称为“二次检测工序”。在本例的定位工序中，接着，由判定装置4判定在二次检测工序中所检测出的被搬运物W1的位置是否在上述的许可区域A内。以下有时将该工序称为“二次判定工序”。如此，本例的定位工序包括由搬运装置2进行的移送工序、由视觉检测装置3进行的二次检测工序、以及由判定装置4进行的二次判定工序。而且，本例的定位控制部52对搬运装置2、视觉检测装置3、及判定装置4的各自的动作进行控制，使得上述的移送工序、二次检测工序、及二次判定工序以预定的次数为上限反复执行。但是，即使这些工序的反复序数未达到上限，在二次判定工序中的判定结果成为真的时刻(即，移送工序后的被搬运物W1的检测位置进入许可区域A内的时刻)，定位工序也结束。

以下，对本实施方式的物品搬运系统1的动作的概要进行说明。图4是表示由本实施方式的物品搬运系统1进行的搬运、定位工序的步骤的流程图。如图4所示，首先，在步骤S401中，由搬运装置2的手RH吸附并把持供给到预定的供给位置的被搬运物W1。然后，在步骤S402中，由搬运装置2的臂RA将用手RH把持的被搬运物W1朝向对象物W2中的目标位置进行搬运。用步骤S401及S402表示的一系列步骤相当于上述的搬运工序。如上所述，搬运装置2按照存储在控制装置5的存储部50中的指令执行搬运工序。

然后，在步骤S403中，由视觉检测装置3检测搬运工序后的被搬运物W1的位置和对象物W2的位置(参照图3)。在步骤S403中检测出的被搬运物W1及对象物W2的位置信息被发送到判定装置4。然后，在步骤S404中，由判定装置4判定步骤S403中的被搬运物W1的检测位置是否在上述的许可区域A内。在此，在被搬运物W1的检测位置在许可区域内A内的情况下(步骤S404的是)，物品搬运系统1省略定位工序并进入步骤S407。另一方面，在被搬运物W1的检测位置不在许可区域A内的情况下(步骤S404的否)，搬运装置2执行上述的移送工序(步骤S405)。

更具体而言，在步骤S405中，由搬运装置2将被搬运物W1朝向对象物W2中的目标位置进行移送。如上所述，在图3中，用实线表示了被搬运物W1的检测位置，用单点划线表示了被搬运物W1的目标位置。另外，在图3中，用箭头A30表示了移送工序中的被搬运物W1的移送方向。继续参照图3，当进行移送工序(步骤S405)时，上述的定位控制部52设定小于被搬运物W1的检测位置(P1)与目标位置(P0)之间的距离d的值作为被搬运物W1的移送距离。由此，能够防止因搬运装置2的定位误差而导致被搬运物W1超过目标位置而移送。被搬运物W1如此超过目标位置而移送的现象被称为“越过”。此外，移送距离的设定值x相对于被搬运物W1的检测位置(P1)与目标位置(P0)之间的距离d的比例α例如设为70％(α＝x/d＝0.7)。

再次参照图4，在步骤S406中，由视觉检测装置3执行上述的二次检测工序。更具体而言，在步骤S406中，由视觉检测装置3检测移送工序后的被搬运物W1的位置。在步骤S406中所检测出的被搬运物W1的位置信息被发送到判定装置4。然后，在第二次以后的步骤S404中，由判定装置4执行上述的二次判定工序。更具体而言，在第二次以后的步骤S404中，由判定装置4判定在其之前的二次检测工序(步骤S406)中的被搬运物W1的检测位置是否在上述的许可区域A内。用这种步骤S405、S406、及S404表示的一系列步骤相当于反复执行的定位工序的一个循环。该一系列步骤反复执行，直至二次判定工序(第二次以后的步骤S404)中的判定结果称为真，即，直至二次检测工序(步骤S406)中的被搬运物W1的检测位置进入许可区域A内。

此外，在被搬运物W1的移送工序(步骤S405)反复进行两次以上的情况下，以移送距离的设定值x相对于上述的距离d的比例α随着移送工序的反复序数逐渐变小的方式，变更移送距离的设定值x。例如，在第一次的移送工序中的上述的比例α为70％的情况下，以第二次的移送工序中的上述的比例α成为40％的方式，变更移送距离的设定值x。而且，在执行第三次的移送工序的情况下，以上述的比例α变成小于40％的方式，移送距离的设定值x进一步产生变更。通常，随着移送工序的反复序数变大，被搬运物W1的检测位置P1与目标位置P0之间的距离d缩小，因此容易产生因搬运装置2的定位误差而引起的越过。但是，若以上述的比例α逐渐变小的方式适当变更移送距离的设定值x，则即使在第二次以后的移送工序中也能够防止越过的产生。其结果，能够使被搬运物W1逐渐接近目标位置，因此能够减少被搬运物W1的检测位置进入许可区域A内为止的移送工序的反复次数。由此，能够缩短搬运、定位工序的所需时间。

再次参照图4，在步骤S407中，由搬运装置2的手RH解除被搬运物W1的吸附。由此，被搬运物W1从手RH释放，因此被搬运物W1被载置在对象物W2的主面S2上。然后，在步骤S408中，由搬运装置2的臂RA使手RH从对象物W2的周边区域退避。之后，物品搬运系统1结束搬运、定位工序，但是根据需要开始执行针对新的被搬运物W1的搬运、定位工序。

如上所述，在本实施方式的物品搬运系统1中，由搬运装置2进行搬运后的被搬运物W1及对象物W2的各自的位置利用安装在搬运装置2上的视觉检测装置3检测，并且基于由视觉检测装置3检测的位置信息，判定被搬运物W1是否相对于对象物W2准确地定位了。从而，根据本实施方式的物品搬运系统1，在将被搬运物W1朝向对象物W2进行搬运的搬运工序中，能够简单地确认被搬运物W1是否相对于对象物W2准确地定位了。

发明的效果

根据本发明的第一方案，由搬运装置进行搬运后的被搬运物及对象物的各自的位置利用安装在搬运装置上的视觉检测装置检测，并且基于由视觉检测装置所检测出的位置信息，判定被搬运物是否相对于对象物准确地定位了。从而，根据第一方案，在将被搬运物朝向对象物进行搬运的搬运工序中，能够简单地确认被搬运物是否相对于对象物准确地定位了。

根据本发明的第二方案，反复执行被搬运物的移送工序，直至由视觉检测装置所检测出的被搬运物的位置进入许可区域内，因此能够将被搬运物相对于对象物高精度地进行定位。

根据本发明的第三方案，作为被搬运物的移送距离，设定小于被搬运物的检测位置与目标位置之间的距离的值，因此能够防止因搬运装置的定位误差而导致被搬运物超过目标位置而移送。

根据本发明的第四方案，以随着移送工序的反复序数变大而移送距离的设定值相对于上述距离的比例变小的方式，变更移送距离的设定值，因此即使在反复执行被搬运物的移送工序的情况下，也能够防止因搬运装置的定位误差导致被搬运物超过目标位置而移送。

本发明并不仅限于上述的实施方式，在权利要求书记载的范围内能够进行各种改变。例如，在上述的实施方式中，虽然作为搬运装置2示例了垂直多关节机器人，但是本发明中的物品搬运系统1的搬运装置2也可以是包括水平多关节机器人及正交机器人等的、能够将被搬运物W1朝向预先设定的目标位置搬运的任意的机械装置。另外，本发明中的物品搬运系统1的搬运装置2也可以代替上述的实施方式中示例的真空吸附式的手RH，而具备电磁吸附式或伺服驱动式的手RH。另外，上述的实施方式记载的物品搬运系统1的各装置的结构及功能等只不过是一个例子而已，为了达到本发明的效果而能够采用各种结构及功能等。而且，上述的实施方式记载的被搬运物W1及对象物W2的尺寸及形状等只不过是一个例子而已，能够采用具有各种尺寸及形状等的被搬运物W1及对象物W2。

Claims

1.一种物品搬运系统，具备：

搬运装置，按照将被搬运物搬运至对象物中的目标位置的指令来搬运上述被搬运物；

视觉检测装置，具有以能够获取图像的方式安装在上述搬运装置的摄像装置，并对上述摄像装置所获取的上述图像进行解析而检测出上述被搬运物及上述对象物的各自的位置，上述图像是包括由上述搬运装置进行搬运后的上述被搬运物和上述对象物这两者的图像；以及

判定装置，判定上述视觉检测装置所检测出的上述被搬运物的端部是否在设定于上述对象物上的范围内的许可区域内，

上述物品搬运系统，其特征在于，上述许可区域是处于从上述对象物的端部开始测定的预定半径内的上述对象物上的区域，

在上述视觉检测装置所检测出的上述被搬运物的端部不在上述许可区域内的情况下，上述搬运装置执行将上述被搬运物的端部朝向上述目标位置移送的移送工序，

上述视觉检测装置执行检测由上述移送工序移送后的上述被搬运物的端部的二次检测工序，

上述判定装置执行判定在上述二次检测工序中所检测出的上述被搬运物的端部是否在上述许可区域内的二次判定工序，

上述物品搬运系统还包括控制装置，该控制装置对上述搬运装置、上述视觉检测装置及上述判定装置进行控制，使得上述移送工序、上述二次检测工序及上述二次判定工序以预定的次数为上限反复执行，

上述控制装置设定小于上述视觉检测装置所检测出的上述被搬运物的端部与上述目标位置之间的距离的值作为上述移送工序中的移送距离的设定值。

2.根据权利要求1所述的物品搬运系统，其特征在于，

上述控制装置以随着上述移送工序的反复序数变大而使上述移送距离的设定值相对于上述距离的比例变小的方式，变更上述移送距离的设定值。