CN1733579A - 搬运机器人系统 - Google Patents

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Abstract

一种具备机械手的搬运机器人系统。搬运机器人系统具备：行走路径，在放置容纳工件的集装箱的第1位置与提供集装箱内的工件的第2位置之间延伸；机械手，可沿行走路径移动，并且可把持集装箱及工件；集装箱暂置场，可与机械手同步沿行走路径移动，暂置由机械手从第1位置搬出的集装箱；工件检测部，在机械手与集装箱暂置场沿行走路径同步移动期间，检测容纳于设置在集装箱暂置场中的集装箱中的工件在集装箱内的位置和姿势；和搬运控制部，根据工件检测部的检测结果，控制机械手，在从设置在集装箱暂置场中的集装箱中取出工件的同时，将取出的工件提供给第2位置。

Description

搬运机器人系统
技术领域
本发明涉及一种搬运机器人系统。
背景技术
在工厂等中，从放置于集装箱堆放场(在本申请中称为集装箱站)中的任意集装箱中取出容纳于该集装箱中的指定工件，并搬运到加工工序或熔接工序等规定的作业场(在本申请中称为作业站)的工件搬运系统近年来倾向于通过导入也称为操作机器人的机械手而促进无人化。就这种使用机械手的工件搬运系统(在本申请中称为搬运机器人系统)而言，已知机械手构成为在堆放于集装箱等第1位置处的多个集装箱中选择指定的集装箱并从第1位置搬出后，将该集装箱暂置于固定设定在第1位置附近的集装箱暂置场(例如参照特开2004-196548号公报(JP-A-2004-196548))。
在该构成中，对于在固定的集装箱暂置场中以静止状态暂置的集装箱，具有视觉传感器的工件检测装置检测容纳于集装箱中的一个或以上的工件的位置和姿势。之后，根据该检测结果，机械手从集装箱暂置场的集装箱中顺利地取出期望的工件，提供给作业站等的第2位置。另外，JP-A-2004-196548中记载的搬运机器人系统使用两台机器人，第1机器人从第1位置搬出集装箱后，定位于在规定的集装箱暂置场(这里为两个机器人的作业区域内的规定空间位置)，并静止保持，同时，第2机器人利用视觉传感器来检测并取出静止保持于第1机器人中的集装箱内的工件。这里，作为搭载于这种搬运机器人系统上的工件检测装置，最好应用例如特开2000-293695号公报(JP-A-2000-293695)中公开的图像处理装置。
如上所述，在现有的搬运机器人系统中，在将从第1位置搬出的集装箱暂置于固定的集装箱暂置场中的状态下，检测集装箱内的工件的位置和姿势，并之后从集装箱中取出该工件，提供给第2位置。因此，工件搬运工序的循环时间变为单纯累计这些各个作业所需的时间。尤其是在第1位置和第2位置的任一个处于机械手的作业区域之外的情况下，需要利用适当的行走装置来在两个位置之间移动机械手。此时，在机械手从集装箱中取出工件之后，由行走装置来移动机械手，所以还将移动所需的时间加到循环时间中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种搬运机器人系统，就具备机械手的搬运机器人系统而言，在从第1位置向第2位置搬运工件时伴随机械手的移动的情况下，也可有效缩短工件搬运工序的循环时间，提高使用该工件的制造产品的生产性。
为了实现上述目的，本发明提供一种搬运机器人系统，具备：行走路径，在放置容纳工件的集装箱的第1位置与提供集装箱内的工件的第2位置之间延伸；机械手，可沿行走路径移动，并且可把持集装箱及工件；集装箱暂置场，可与机械手同步沿行走路径移动，暂置由机械手从第1位置搬出的集装箱；工件检测部，在机械手与集装箱暂置场沿行走路径同步移动期间，检测容纳于设置在集装箱暂置场中的集装箱中的工件在集装箱内的位置和姿势；和搬运控制部，根据工件检测部的检测结果，控制机械手，在从设置在集装箱暂置场中的集装箱中取出工件的同时，将取出的工件提供给第2位置。
在上述搬运机器人系统中，搬运控制部在机械手与集装箱暂置场沿行走路径同步移动期间，根据工件检测部的检测结果，控制机械手，以从设置在集装箱暂置场中的集装箱中取出工件。
另外，工件检测部在机械手与集装箱暂置场沿行走路径同步移动期间，从容纳于设置在集装箱暂置场中的集装箱中的多种工件中，识别并选择指定工件，同时，检测指定工件在集装箱内的位置和姿势，搬运控制部根据工件检测部的检测结果，控制机械手，从集装箱中取出指定工件。
上述搬运机器人系统还可具备沿行走路径移动的移动台。此时，可将机械手搭载于移动台上，集装箱暂置场具有搭载在移动台上的支撑台，搬运控制部还控制沿行走路径的移动台的移动。
在第1位置，可设置堆放多个集装箱的集装箱站。此时，搬运控制部控制机械手，以在该多个集装箱中选择指定集装箱后并从集装箱站中搬出。
工件检测部可具有二维或三维的视觉传感器。
附图说明
通过对参照附图的以下最佳实施方式的说明，本发明的上述和其它目的、特征和优点将进一步清楚。图中，
图1是示意图地表示本发明的搬运机器人系统的基本构成的框图，
图2是表示图1的搬运机器人系统中的工件检测部的一例的构成的框图，
图3是示意图地表示本发明一实施方式的搬运机器人系统的构成的框图，
图4是示意表示图3的搬运机器人系统的整体构成的立体图，
图5是表示图4的搬运机器人系统的工件搬运工序的一阶段的局部放大立体图，
图6是表示图4的搬运机器人系统的工件搬运工序的另一阶段的局部放大立体图，
图7是表示图4的搬运机器人系统的工件搬运工序的再一阶段的局部放大立体图，
图8是表示图4的搬运机器人系统的工件搬运工序的再一阶段的局部放大立体图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。图中，对相同或类似的构成要素附加相同的参照符号。
参照附图，图1用框图表示本发明的搬运机器人系统的基本构成。本发明的搬运机器人系统10从第1位置12搬出设置于第1位置12的集装箱(未图示)，将容纳于该集装箱中的工件(未图示)提供给第2位置14。搬运机器人系统10具备行走路径16，在第1位置12与第2位置14之间延伸；机械手18，可沿行走路径16移动，并且可把持集装箱及工件；集装箱暂置场20，可与机械手18同步沿行走路径16移动，暂置由机械手18从第1位置12搬出的集装箱；工件检测部22，在机械手18与集装箱暂置场20沿行走路径16同步移动期间，检测容纳于设置在集装箱暂置场20中的集装箱中的工件在集装箱内的位置和姿势；和搬运控制部24，根据工件检测部22的检测结果，控制机械手18，在从设置在集装箱暂置场20中的集装箱中取出工件的同时，将取出的工件提供给第2位置14。另外，所谓机械手18与集装箱暂置场20‘同步移动’是指二者沿行走路径16在同一时期以同一速度向同一方向移动。
具有这种构成的搬运机器人系统10中，在机械手18将从第1位置12搬出的集装箱暂置于与机械手18同步移动的可动的集装箱暂置场20中的状态下，沿行走路径16使机械手18与集装箱暂置场20从第1位置12同步移动到第2位置14(图示箭头α方向)，在该同步移动中，可由工件检测部22来检测工件的位置和姿势。因此，与在固定的集装箱暂置场中检测工件后使机械手从第1位置移动到第2位置的构成相比，可有效将工件搬运工序的循环时间削减同时(或重叠)实施工件检测作业与机械手18的移动所需时间。结果，根据搬运机器人系统10，可提高使用该工件的制造产品的生产性。
在上述构成中，搬运控制部24在机械手18与集装箱暂置场20沿行走路径16同步移动期间，根据工件检测部22的检测结果，控制机械手18，使得其从设置于集装箱暂置场20中的集装箱中取出工件。根据这种构成，由于除工件检测作业外，工件取出作业也在机械手18的移动中实施，所以可进一步有效削减工件搬运工序的循环时间。
另外，在上述构成中，工件检测部22在机械手18与集装箱暂置场20沿行走路径16同步移动期间，从容纳于设置在集装箱暂置场20中的集装箱内的多种工件中，识别并选择指定工件，同时，还可检测指定工件在集装箱内的位置和姿势。此时，搬运控制部24根据工件检测部22的检测结果，控制机械手18，从集装箱中取出指定工件。根据这种构成，即便在一个集装箱中混合容纳多种工件的情况下，也可由机械手18顺利地取出指定工件并提供给第2位置14。
在上述搬运机器人系统10中，机械手18作为操作机器人是公知的，可具有直角坐标形、圆筒坐标形、极坐标形、多关节形等各种关节机构。另外，在机械手18中可安装适应于把持对象的集装箱或工件形状的多种手。例如，也可由公知的ATC(自动工具交换装置)等来适当交换把握集装箱的手与把持工件的手。并且，也可将机械手18搭载在沿行走路径16移动的适当行走装置上，也可将移动机构组合在机械手18上，构成为所谓的移动机器人。
另外，集装箱暂置场20可由相对机械手18的基础部分固定配置的构造体(即支撑台)来构成，如已述的JP-A-2004-196548中所记载的那样，也可使用其它机械手在适当的空间位置设定集装箱暂置场20。另外，搬运控制部24可由控制机械手18的动作的控制装置的CPU(中央处理装置)构成。并且，工件检测部22可包含例如已述的JP-A-2000-293695中记载的图像处理装置来构成。参照图2来简单说明这种工件检测部22的一例的构成。
工件检测部22包含将工件的外形作为图像数据输入的视觉传感器26；和处理由视觉传感器26输入的图像数据并识别工件及检测位置和姿势的图像处理装置28。视觉传感器26可采用CCD摄像机等公知的摄像器件。另外，视觉传感器26除由摄像器件得到的二维图像数据外，也可构成为能利用激光的光斑照射输入距离数据的三维视觉传感器。
图像处理装置28具备CPU30；存储CPU30执行的系统程序等的ROM32；执行图像处理的图像处理处理器34；连接于视觉传感器26上的传感器接口36；用于操作者参照各种指令或数据输入输出的带显示功能的MDI38；存储由视觉传感器26输入的图像数据的图像存储器40；存储工件的形状模型(也称为示教模型)的非易失性存储器42；暂时存储数据等所利用的RAM44；和连接于搬运控制部24上的通信接口46。CPU30对由视觉传感器26输入的工件的图像数据，使用存储在非易失性存储器42中的该工件的形状模型，执行图案匹配处理，从而检测工件的位置和姿势。
另外，在将视觉传感器26构成为二维视觉传感器的情况下，将对应于工件的倾斜角度的多种二维图像的采样存储在非易失性存储器42中，通过比较这些采样图像与由视觉传感器26输入的二维图像数据，可检测出工件的位置、距离、倾斜等。另外，在将视觉传感器26构成为三维视觉传感器的情况下，除由视觉传感器26输入的二维图像数据外，还可使用利用激光的光斑照射输入的距离数据来检测工件的位置、距离、倾斜等。
图3和图4表示本发明一实施方式的搬运机器人系统50。搬运机器人系统50除图1所示的基本构成外，还具备沿行走路径16移动的移动台52。机械手18以其基础部分固定搭载于移动台52上。另外，集装箱暂置场20具有同样固定搭载于移动台52上的支撑台54。此时，搬运控制部24构成为进一步控制沿行走路径16的移动台52的移动。
移动台52与行走路径16联动，构成在第1位置与第2位置之间使机械手18移动的行走装置。具体而言，行走路径16具备彼此平行延伸设置的一对线性引导装置56(图中仅示出一个线性引导装置56)，各线性引导装置56的可动体被固定在移动台52上。在移动台52上，例如在机械手18搭载面的相反侧的背面，设置作为驱动源的电动机(未图示)。在电动机的输出轴上安装小齿轮(未图示)，小齿轮啮合于沿行走路径16铺设的齿条(未图示)上，通过将电动机的输出转矩传递给齿条，移动台52在行走路径16上沿期望方向移动。因此，通过控制该电动机的动作，搬运控制部24可使搭载机械手18和集装箱暂置场20(支撑台54)的移动台52沿行走路径16向期望方向以期望速度移动。
另外，支撑台54被固定设置在从移动台52向外沿行走路径16的延长方向突出设置的固定梁58的末端。支撑台54是具有充足刚性的平板状部件，其大致平坦的上面54a用作暂置集装箱60的支撑面54a。
在图示的实施方式中，在第1位置12上设置堆放多个集装箱60的集装箱站62。集装箱站62构成为具有多层搁板的多层架，在设置在这些搁板上的多个容纳区域上，可单独取出地容纳无盖箱状的集装箱60。此时，搬运控制部24控制机械手18，在容纳于集装箱站62中的多个集装箱60中，选择指定的集装箱60，从集装箱站62中搬出。
另外，在图示的实施方式中，如图5放大所示，在机械手18的手腕处安装可把持集装箱60和集装箱60内的工件64的手66。并且，在机械手18的手腕区域，邻接于手66设置作为工件检测部22一构成要素的所述视觉传感器(摄像器件)26。
参照图5～图8来说明具有上述构成的搬运机器人系统50的工件搬运工序的一例。
作为该工件搬运工序的前提，在集装箱站62中，于规定的存储区域中分别容纳多个集装箱60，该多个集装箱60分别容纳不同种类工件64的。在各集装箱60中，以适当的配置容纳相同种类的多个工件64。另外，在构成工件检测部22的图像处理装置28的非易失性存储器42(图2)中，存储容纳于集装箱站62中的全部集装箱60内的工件64的图像数据(形状模型)。使工件检测部22对应于从集装箱站62中搬出的集装箱60的属性(容纳工件的种类等)，选择工件64的图像数据(形状模型)，通过上述图案匹配处理，检测搬出的集装箱60内的工件64的位置和姿势。
在工件搬运工序中，首先，根据来自搬运控制部24(或机械手18的控制装置)的指令，移动台52将机械手18和支撑台54配置在第1位置(正确的是邻接于第1位置12的位置)上。在第1位置12，机械手18根据来自搬运控制部24的指令动作，使用手66从集装箱站62中搬出指定的集装箱60(图5)，同时，将搬出的集装箱60搭载(即暂置)在设置于移动台52上的支撑台54的支撑面54a上(图6)。
之后，根据来自搬运控制部24的指令，移动台52从第1位置12向第2位置14以规定速度移动机械手18和支撑台54(图7箭头α)。之后，在机械手18与支撑台54沿行走路径16同步移动期间，机械手18根据来自搬运控制部24的指令，使视觉传感器26移动到可对容纳于设置在支撑台54上的集装箱60中的多个工件64进行摄像的适当的摄像位置。并且，根据来自搬运控制部24的指令，构成工件检测部22的图像处理装置28的CPU30经传感器接口36向视觉传感器26给予摄像指令，对集装箱60内的多个工件64进行摄像。之后，CPU30如上所述，使用摄像到的多个工件64的图像数据，检测这些工件64的位置和姿势(图7)。
接着，在机械手18与支撑台54沿行走路径16同步移动期间，机械手18根据来自搬运控制部24的指令动作，根据工件检测部22检测的工件64的位置及姿势的检测结果，使用手66从集装箱60中取出期望的一个工件64(例如最易取出的位置和姿势的工件64)(图8)。在取出工件64的状态下，机械手18待机，直到通过移动台52的移动到达第2位置14(图4)(正确的是邻接第2位置14的位置)。之后，在机械手18和支撑台54到达第2位置14之后，机械手18根据来自搬运控制部24的指令动作，将取出的工件64提供给第2位置14(例如下一工序的作业站)。之后，例如通过移动台52的移动，机械手18和支撑台54返回第1位置12，机械手18动作，将支撑台54上的集装箱60搬入集装箱站62中，由此完成工件搬运工序的一个循环。
这样，在上述工件搬运工序中，通过从一个集装箱60中取出一个工件64并提供给第2位置14，完成一个循环。如上所述，由于同时执行机械手18的移动与工件64的检测及取出的本发明的特征构成，该循环时间被有效缩短。尤其是在搬运机器人系统50中，具有机械手18与集装箱暂置场20(支撑台54)可利用共同的移动台52沿行走路径16容易且确实地同步移动的优点。另外，因为从容纳于集装箱站62中的多个集装箱60中选择并搬出指定集装箱60，所以可对容纳于这些集装箱60中的各种各样的工件64有效地执行工件搬运工序。并且，因为工件检测部22中可使用二维或三维的视觉传感器26，所以可迅速且正确地执行工件64的位置及姿势的检测。
在上述工件搬运工序中，在从一个集装箱60中取出多个工件64的情况下，在机械手18在行走中取出一个工件64的状态(图8)下，也可由视觉传感器26再次输入集装箱60内的工件群64的图像数据，之后检测取出的工件64的位置及姿势。这里，由于每当取出一个工件64时，集装箱60内的工件群64的位置和姿势都可能偏离，所以这种图像数据的再输入被作为必需的工序来实施。这样，从一个集装箱60中取出多个工件64时的循环时间也被有效削减。并且，若使用可同时把持多个工件64的手，则在本发明的作用效果下，也可从一个集装箱60中取出多个工件64。另外，行走路径16较短，即便在机械手18在从支撑台54上的集装箱60中取出工件64之前要到达第2位置14的情况下，在机械手18的移动中执行工件检测的本发明的构成也对工件搬运工序的循环时间缩短很有帮助。
以上关联于最佳实施方式来说明了本发明，但在不脱离后述的权利要求范围的精神及公开范围的情况下，本领域的技术人员可进行各种修正及变更。

Claims (6)

1.一种搬运机器人系统，其特征在于，具备：
行走路径(16)，在放置容纳工件(64)的集装箱(60)的第1位置(12)与提供该集装箱内的该工件的第2位置(14)之间延伸；
机械手(18)，可沿所述行走路径移动，并且可把持所述集装箱及所述工件；
集装箱暂置场(20)，可与所述机械手同步沿所述行走路径移动，暂置由该机械手从所述第1位置搬出的所述集装箱；
工件检测部(22)，在所述机械手与所述集装箱暂置场沿所述行走路径同步移动期间，检测容纳于设置在该集装箱暂置场中的所述集装箱中的所述工件在该集装箱内的位置和姿势；和
搬运控制部(24)，根据所述工件检测部的检测结果，控制所述机械手，在从设置在所述集装箱暂置场中的所述集装箱中取出所述工件的同时，将取出的该工件提供给所述第2位置。
2.  根据权利要求1所述的搬运机器人系统，其特征在于，
所述搬运控制部在所述机械手与所述集装箱暂置场沿所述行走路径同步移动期间，根据所述工件检测部的检测结果，控制该机械手，以从设置在该集装箱暂置场中的所述集装箱中取出所述工件。
3.根据权利要求1所述的搬运机器人系统，其特征在于，
所述工件检测部在所述机械手与所述集装箱暂置场沿所述行走路径同步移动期间，从容纳于设置在该集装箱暂置场中的所述集装箱中的多种所述工件中，识别并选择指定工件，同时检测该指定工件在该集装箱内的位置和姿势，所述搬运控制部根据该工件检测部的检测结果，控制该机械手，从该集装箱中取出该指定工件。
4.根据权利要求1所述的搬运机器人系统，其特征在于，
还具备沿所述行走路径移动的移动台(52)，将所述机械手搭载于该移动台上，同时所述集装箱暂置场具有搭载在该移动台上的支撑台(54)，所述搬运控制部还控制该移动台沿该行走路径的移动。
5.根据权利要求1所述的搬运机器人系统，其特征在于，
在所述第1位置设置堆放多个所述集装箱的集装箱站(62)，所述搬运控制部控制所述机械手，以在该等多个集装箱中选择指定集装箱后将其从该集装箱站中搬出。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的搬运机器人系统，其特征在于，
所述工件检测部具有二维或三维的视觉传感器(26)。
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