CN109384027A - 机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在不对机器人施加多余负荷且防止动作程序复杂化、且对由输送机供给的物品不足进行调节的机器人系统(1)，其包括：搬运装置(2)；设置在其附近并处理搬运的物品的机器人(3)；将物品供给于搬运装置的第一供给部(6)和第二供给部(7)；依次检测由第一供给部供给到搬运装置的物品的移动量的移动量检测部；依次获取由搬运装置搬运的物品的视觉信息的单一的视觉传感器；处理获取的视觉信息并检测物品的位置和姿态的物品检测部；检测搬运装置上的物品的搬运方向的间隔的间隔检测部；基于检测的物品的移动量及位置和姿态控制机器人的控制部；以及在检测的间隔大于规定阈值时利用第二供给部将物品供给于间隔的位置上的生产管理部。

Description

机器人系统
技术领域
本发明涉及机器人系统。
背景技术
一直以来，已知有一种如下的机器人系统：其对于由输送机搬运过来的物品的位置和姿态进行检测，并在用机器人追赶的同时从输送机上取出物品(例如，参照专利文献1)。
该专利文献1的机器人系统具备临时放置台，在由输送机供给的物品过量时，该临时放置台将从输送机上取出的物品进行暂时存放，在由输送机供给的物品不足时，取出在临时放置台存放的物品并进行使用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-188231号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在像专利文献1那样通过在临时放置台预先存放物品、对由输送机供给的物品不足进行调节并且平均化的方法中，需要使机器人从输送机移动到临时放置台以及从临时放置台取出物品，存在对机器人施加的负荷变大的不良情况。另外，当从机器人一侧判断物品移动到临时放置台或从临时放置台取出物品的情况下，还存在动作程序变得复杂的不良情况。
本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种机器人系统，其在不对机器人施加多余的负荷且能够防止动作程序复杂化的同时、对由输送机供给的物品不足进行调节。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明提供以下的方案。
本发明的一个方案是提供一种机器人系统，具备：搬运装置，其沿一个方向搬运物品；机器人，其设置在所述搬运装置的附近，并且对由所述搬运装置搬运的所述物品进行处理；第一供给部和第二供给部，其将所述物品供给于所述搬运装置上；移动量检测部，其依次检测出由所述第一供给部供给到所述搬运装置的所述物品的通过所述搬运装置移动的移动量；单一的视觉传感器，其依次获取在比所述机器人更靠搬运方向的上游侧的位置由所述搬运装置搬运的所述物品的视觉信息；物品检测部，其处理由所述视觉传感器获取的所述视觉信息，并且检测所述物品的位置和姿态；间隔检测部，其处理由所述视觉传感器获取的所述视觉信息，并且检测所述搬运装置上的所述物品的搬运方向的间隔；控制部，其基于由所述移动量检测部检测出的所述物品的所述移动量、以及由所述物品检测部检测出的所述物品的位置和姿态，控制所述机器人；以及生产管理部，其在由所述间隔检测部检测出的所述间隔大于规定的阈值的情况下，利用所述第二供给部将所述物品供给于所述间隔的位置上。
根据本方案，在从第一供给部依次供给的物品被搬运装置进行搬运的期间，利用移动量检测部依次检测出由搬运装置移动的物品的移动量，并且利用视觉传感器获取视觉信息。利用物品检测部处理获取后的视觉信息，从而检测出物品的位置和姿态，并且利用间隔检测部进行处理，从而检测出物品之间的搬运方向的间隔。
利用控制部基于移动量以及位置和姿态控制机器人，对由搬运装置搬运的物品进行处理。
在该情况下，在由间隔检测部检测出的物品之间的间隔大于规定的阈值的情况下，生产管理部使第二供给部进行工作，并将物品供给于检测出的物品之间的间隔的位置上。由此，不用对机器人施加从临时放置台取出物品这样的负荷，并且能够防止使机器人判断是否从临时放置台取出物品这样的动作程序的复杂化，同时还能够防止因物品的供给不足而导致的生产率的下降。
在上述方案中，在所述间隔检测部在所述视觉传感器的视野内所配置的规定的物品存在确认区域中没有检测出所述物品的情况下，将检测出大于所述阈值的所述间隔的意思的信号输出到所述生产管理部，所述生产管理部在接收了所述信号时，利用所述第二供给部将所述物品供给于所述物品存在确认区域内。
通过如此，能够简便地检测出比规定的阈值更大的间隔，生产管理部利用第二供给部将物品供给于该间隔的位置上，从而能够容易地解决物品的供给不足。
另外，在上述方案中，所述视觉传感器以在所述视野内检测出两次以上相同的所述物品的帧率，获取所述视觉信息，所述物品存在确认区域配置在从所述视野的下游端向上游侧分离至少能够由所述视觉传感器获取所述视觉信息的距离的位置上。
通过如此，从第一供给部供给的一个物品由搬运装置沿一个方向搬运，在经过视觉传感器的视野内的期间获取两次以上的视觉信息。当在获取第一次的视觉信息时在物品存在确认区域内不存在物品的情况下，从第二供给部供给到物品存在确认区域内的物品被搬运装置移动到下游侧，所以在物品存在确认区域的下游端和视野的下游端之间，进行第二次的视觉信息的获取，并能够检测出位置和姿态。
另外，在上述方案中，所述第二供给部也可以配置在从所述物品存在确认区域的中心向下游侧分离、在从所述生产管理部接收指令之后直到将所述物品供给于所述搬运装置为止的所述移动量的位置。
通过如此，当在根据由视觉传感器获取的视觉信息而检测出在物品存在确认区域内不存在物品，并且从生产管理部向第二供给部输出了供给物品的指令的情况下，即使在实际上将物品供给于搬运装置之前存在时间滞后，并且物品之间的间隔仅仅留出了物品存在确认区域的宽度的量，也能够考虑到时间滞后而预先设置第二供给部，从而能够更可靠地将物品供给于物品的间隔的中心位置上。
发明效果
根据本发明，可发挥出如下效果：在不对机器人施加多余的负荷且能够防止动作程序复杂化的同时，能够对由输送机供给的物品不足进行调节。
附图说明
图1是表示本发明一个实施方式的机器人系统的整体结构图。
图2是表示图1的机器人系统所具备的控制部的框图。
图3是表示图1的机器人系统的输送机与摄像机的视野及物品存在确认区域之间的关系的俯视图。
图4是对在图1的机器人系统中的跟踪的坐标转换进行说明的图。
图5是表示在图1的机器人系统中检测出物品存在确认区域中不存在物品的时刻的一例的局部侧视图。
图6是表示在图5的检测之后、从第二供给部供给物品的时刻的一例的局部侧视图。
图7是表示对在图6中供给的物品进行拍摄的时刻的一例的局部侧视图。
图8是表示图1的机器人系统的变形例的整体结构图。
图9是图1的机器人系统的其他变形例，并且是用于说明从获取的图像中检测出由输送机移动的物品的移动速度的情况的图。
附图标记说明
1：机器人系统
2：输送机(搬运装置)
3：机器人
4：摄像机(视觉传感器)
6：第一供给部
7：第二供给部
9：编码器(移动量检测部)
12：物品检测部
13：空间检测部(间隔检测部)
14：驱动控制部(控制部)
15：生产管理部
O：物品
具体实施方式
下面在参照附图的同时，对本发明一个实施方式的机器人系统1进行说明。
如图1所示，本实施方式的机器人系统1具备：搬运物品O的输送机(搬运装置)2；将物品O从输送机2的上游侧供给于输送机2上的第一供给部6；设置在输送机2的附近的机器人3；在比机器人3更靠搬运方向的上游侧的输送机2的上方朝下设置的摄像机(视觉传感器)4；基于由摄像机4获取的图像(视觉信息)对机器人3进行控制的控制部5；以及将物品O供给于摄像机4的视野内的第二供给部7。
输送机2例如是带式输送机，并且具备用于搭载物品O并沿一个方向进行搬运的带8。带8由马达8a驱动。马达8a具备对马达8a的旋转角度进行检测的编码器(移动量检测部)9，基于从马达8a到带8的驱动力传递机构(省略图示)的减速比，间接地检测出由带8移动的物品O的移动量。另外，编码器9并不一定需要设置在马达8a中，也可以将旋转盘安装在编码器9的旋转轴上，并使旋转盘与带8抵接。
机器人3可以是平放式或吊挂式等任意形式的机器人，例如在手腕前端具备能够抓持物品O的机器人手10。
摄像机4具有固定在输送机2上的搬运方向的一部分区域中的视野(参照图3)A，并且获取在输送机2上搬运来的物品O的二维图像。摄像机4预先设定为，同一物品O在经过视野A的期间被拍摄两次以上的帧率。
如图2所示，控制部5具备：图像处理部11，其处理由摄像机4获取的图像并且识别由输送机2搬运的物品O；物品检测部12，其检测由该图像处理部11识别出的物品O的位置和姿态；空间检测部(间隔检测部)13，其检测识别出的物品O之间的空闲的空间(间隔)；驱动控制部(控制部)14，其基于由物品检测部12检测出的物品O的位置和姿态、以及由编码器9检测出的物品O的移动量，对机器人3进行控制；以及生产管理部15，其在由空间检测部13检测出的空间大于规定的大小(阈值)时，从第二供给部7供给物品O。控制部5由未图示的CPU和存储器等硬件构成。
驱动控制部14根据预先示教的动作程序而使机器人3进行动作，并且基于由编码器9检测出的物品O的移动量，实施追随输送机2上的物品O的跟踪，利用安装于手腕前端上的机器人手10，进行对移动的物品O进行抓持并从输送机2拿起的处理。
进一步具体而言，图像处理部11例如通过模式匹配等方法，在所获取的图像内识别物品O。另外，物品检测部12检测在图像处理部11中识别出的物品O的图像中有无物品O，并且在物品O存在时，检测该物品O的二维坐标(位置)和围绕铅垂轴线的旋转角度(姿态)。
并且，如图3所示，空间检测部13在摄像机4的视野A内设定特定的物品存在确认区域B，并且检测在该物品存在确认区域B内是否存在物品O。而且，当在物品存在确认区域B内不存在物品O的情况下，空间检测部13判定为存在用于投入物品O的足够的空闲的空间，并且将该意思的信号输出到生产管理部15。
设定于摄像机4的视野A内的物品存在确认区域B，相对于摄像机4的视野A的下游端，留出使摄像机4能够获取物品O的图像的空间而配置在上游侧。在本实施方式中，将摄像机4的视野A进行二等分、即由输送机2搬运的搬运方向的上游侧和下游侧，在上游侧设定物品存在确认区域B。
第一供给部6例如是将由未图示的其他输送机搬运过来的物品O、以规定的间隔移载到本实施方式的机器人系统1的输送机2上的移载机。例如，物品O利用其他的输送机以随机的间隔被搬运过来。由本实施方式的机器人系统1的输送机2搬运物品O的搬运速度始终保持恒定，所以在由其他的输送机密集地搬运过来物品O时能够使其他的输送机减速等，并将物品O以等间隔移载到本实施方式的机器人系统1的输送机2上。另一方面，在由其他的输送机稀疏地搬运过来物品O时，以拉长间隔的状态进行移载，其结果，输送机2上的物品O的间隔将会扩大。
第二供给部7是料斗，其收纳有多个物品O，并且根据来自生产管理部15的供给指令信号能够逐个供给物品O。
如图3所示，第二供给部7配置成，将物品O供给到从物品存在确认区域B的中心位置向搬运方向的下游侧分离规定距离L的位置。规定距离L被设定为，在接收到来自生产管理部15的指令信号之后直到将物品O供给于输送机2上所需要的时间、乘以输送机2的标准速度而得到的值。
下面对如此构成的本实施方式的机器人系统1的作用进行说明。
根据本实施方式的机器人系统1，若从第一供给部6向输送机2供给物品O，则所供给的物品O通过输送机2沿一个方向被搬运，并在经过摄像机4的视野A的范围的期间由摄像机4进行拍摄。通过拍摄而获取的图像被发送到图像处理部11，通过进行图像处理来识别物品O。
然后，识别出的物品O的信息被发送到物品检测部12和空间检测部13，在物品检测部12中检测出物品O的位置和姿态，并且在空间检测部13中检测出在物品O之间是否存在规定以上的间隔。例如，如果没有检测出物品O，则物品O的间隔扩大到物品存在确认区域B的输送机2的流动方向的宽度以上，并判断出存在规定以上的间隔。
如图4所示，驱动控制部14基于由物品检测部12检测出的物品O的位置和姿态，设定跟踪坐标系TF，并且基于在拍摄时刻和当前时刻分别由编码器9检测出的编码器计数e1、e2、以及表示这些编码器计数e1、e2与输送机2的移动量之间的关系的常数Scale，并通过(e2-e1)/Scale，来计算物品O的移动量。而且，通过将以该移动量作为分量的坐标转换矩阵T乘以跟踪坐标系TF，计算出当前的跟踪坐标系TF′。
TF′＝T·TF
另外，在图4中，附图标记a表示在拍摄时刻从坐标系TF观察时的物品O的位置和姿态，附图标记a′表示在当前从坐标系TF′观察时的物品O的位置和姿态。附图标记X、Y、X′、Y′分别表示坐标系TF、TF′的坐标轴。
而且，驱动控制部14能够以计算出的跟踪坐标系TF′为基准并且追随由输送机2搬运的物品O而使机器人手10移动，并且使其抓持物品O并从输送机2拿起。
如图5所示，根据本实施方式的机器人系统1，当通过对在任意的时刻由摄像机4获取的图像进行处理，并由物品检测部12检测出在摄像机4的视野A内所设定的物品存在确认区域B内不存在物品O的情况下，从生产管理部15输出供给指令。通过供给指令而使第二供给部7进行工作而从第二供给部7向输送机2上供给物品O。在图中，涂黑的圆圈表示：在拍摄时与物品存在确认区域B的中心位置相对应的输送机2的位置。
即、当在物品存在确认区域B内不存在物品O的情况下，存在至少大于等于该物品存在确认区域B的范围的空闲的空间，所以具有如下优点：通过将物品O供给于该空闲的空间，能够解决物品O的供给不足，并能够防止利用机器人3的生产率的下降。
在该情况下，如图6所示，由于构成第二供给部7的料斗配置在比物品存在确认区域B的中心更向下游侧分离规定距离L的位置，所以具有如下优点：时间滞后tL是在确认出不存在物品O的时刻从生产管理部15输出供给指令直到供给物品O为止的时间，即使输送机2移动了与该时间滞后tL相对应的距离L，也能够准确地将物品(画斜线的物品)O供给于空闲的空间的位置上、即拍摄时在物品存在确认区域B的中央所配置的涂黑的圆圈的位置上，并且不会使先行的物品O与后续的物品O之间的间隙变得过小。
另外，在本实施方式中，由于摄像机4的视野A沿搬运方向分割成两部分并且在上游侧的区域配置有物品存在确认区域B，所以通过检测出在第一次拍摄时在物品存在确认区域B中不存在物品O从而从第二供给部7供给的物品O如图7所示，在之后经过视野A内的下游侧的区域时通过第二次拍摄而被拍摄到，因此能够检测出物品O的位置和姿态。
即、根据本实施方式的机器人系统1，为了拍摄由输送机2搬运的物品O来检测物品O的位置和姿态，使用由摄像机4获取的图像并检测在输送机2上有无空闲的空间，并且将物品O供给于空闲的空间，所以具有如下优点：不用增加新的视觉传感器，且不需要临时放置台，不用使机器人3进行多余的动作，就能够弥补由第一供给部6供给的物品O的供给不足，并且能够提高生产率。
另外，还具有如下优点：不需要从机器人3一侧来判断物品O移动到临时放置台、和从临时放置台取出物品O，并且不会使动作程序复杂化。
此外，在本实施方式中，对包括单一的机器人3和控制部5的机器人系统1进行了说明，但可以取而代之，如图8所示，可以沿输送机2的搬运方向配置多台机器人3，并将它们的控制部5连接在上一级的单元控制装置16。
在用多台机器人3对由同一个输送机2搬运过来的物品O进行作业的情况下，能够将基于用一个摄像机4拍摄的图像而计算出的物品O的位置和姿态、用于所有的机器人3所进行的处理，并能够基于物品O之间的空间来供给物品O。
在该情况下，即使任意一个机器人3因维修等而处于电源关闭的状态，也能够利用单元控制装置16所具备的生产管理部15，对第二供给部7输出供给指令，以便根据剩余的机器人3的处理量，适当地调节由输送机2搬运过来的物品O的量。
另外，在本实施方式中，用编码器9来检测由输送机2移动的物品O的移动量，但可以取而代之，使用由对物品O的位置和姿态以及物品O之间的空间进行检测的摄像机4获取的图像，来检测物品O的移动量。
在该情况下，如图9所示，对在隔开规定时间间隔Δt而在不同的时刻t1、t2、t3在同一视野中获取的多个图像内所包含的物品O进行识别，并计算出识别后的物品O的重心的坐标位置d1、d2、d3。
然后，将在时间轴方向上相邻而获取的图像内的具有与搬运方向正交的方向上的相同坐标附近所配置的重心的物品O、识别为同一物品O，通过将各物品O的重心的搬运方向的坐标值之差d3-d2、d2-d1分别除以拍摄的时间间隔Δt，从而计算出搬运速度V。在对同一物品O多次计算出搬运速度V时，可以将其平均值或者通过最小二乘法等进行拟合后的数值作为搬运速度而输出。
另外，在该情况下，可以将用于确认在物品存在确认区域B中有无物品O和物品O的位置、姿态的图像的帧率设定得低，将用于检测由输送机2搬运的物品O的搬运速度V的图像的帧率设定得高。通过从以高帧率获取的图像检测物品O的搬运速度V，能够提高检测精度。
另外，在本实施方式中，预先设定了摄像机4的帧率，但可以取而代之，根据由编码器9检测出的物品O的移动量进行变更。

Claims (4)

1.一种机器人系统，其特征在于，具备：
搬运装置，其沿一个方向搬运物品；
机器人，其设置在所述搬运装置的附近，并且对由所述搬运装置搬运的所述物品进行处理；
第一供给部和第二供给部，其将所述物品供给于所述搬运装置上；
移动量检测部，其依次检测出由所述第一供给部供给到所述搬运装置的所述物品的通过所述搬运装置移动的移动量；
单一的视觉传感器，其依次获取在比所述机器人更靠搬运方向的上游侧的位置由所述搬运装置搬运的所述物品的视觉信息；
物品检测部，其处理由所述视觉传感器获取的所述视觉信息，并且检测所述物品的位置和姿态；
间隔检测部，其处理由所述视觉传感器获取的所述视觉信息，并且检测所述搬运装置上的所述物品的搬运方向的间隔；
控制部，其基于由所述移动量检测部检测出的所述物品的所述移动量、以及由所述物品检测部检测出的所述物品的位置和姿态，控制所述机器人；以及
生产管理部，其在由所述间隔检测部检测出的所述间隔大于规定的阈值的情况下，利用所述第二供给部将所述物品供给于所述间隔的位置上。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
当所述间隔检测部在所述视觉传感器的视野内所配置的规定的物品存在确认区域中没有检测出所述物品的情况下，将检测出大于所述阈值的所述间隔的意思的信号输出到所述生产管理部，
所述生产管理部在接收了所述信号时，利用所述第二供给部将所述物品供给于所述物品存在确认区域内。
3.根据权利要求2所述的机器人系统，其特征在于，
所述视觉传感器以在所述视野内检测出两次以上相同的所述物品的帧率，获取所述视觉信息，
所述物品存在确认区域配置在从所述视野的下游端向上游侧分离至少能够由所述视觉传感器获取所述视觉信息的距离的位置上。
4.根据权利要求2或3所述的机器人系统，其特征在于，
所述第二供给部配置在从所述物品存在确认区域的中心向下游侧分离在从所述生产管理部接收指令之后直到将所述物品供给于所述搬运装置为止的所述移动量的位置。
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