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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entnehmen eines Werkstücks aus einer Menge von in einem Container gelagerten Werkstücken unter Verwendung eines Roboters.
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2. Stand der Technik
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Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen wird ein Bild eines gesamten Bereichs einer Vielzahl von zufällig (in einer ungeordneten Menge) in einem Container angeordneten Werkstücken mit einer Kamera aufgenommen. Basierend auf dem aufgenommenen Bild werden Werkstücke erfasst und ein Werkstück automatisch unter Verwendung eines Robotermanipulators entnommen. Bei der in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4199264 (
JP4199264B ) beschriebenen Vorrichtung wird festgestellt, ob sich der Ladezustand der Werkstücke in einem Container verändert hat oder nicht. Anschließend wird, falls keine Veränderung des Ladezustand festgestellt wurde, ohne weitere Bildaufnahme der Werkstücke in dem nächsten Werkstückentnahmevorgang, ein Werkstück basierend auf dem vorrangehend aufgenommenen Bild erfasst. Dadurch kann auf den Schritt des Aufnehmens mit der Kamera verzichtet werden und dementsprechend die für den Werkstückentnahmevorgang verwendete Zeit reduziert werden.
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Im Allgemeinen verändert sich jedoch der Ladezustand der Werkstücke bei dem nächsten Werkstückentnahmevorgang. Demnach ist es bei der in
JP 4199264B beschriebenen Vorrichtung notwendig, falls eine Veränderung des Ladezustands der Werkstücke festgestellt wird, erneut mit der Kamera ein Bild des gesamten Bereichs einer Vielzahl von Werkstücken aufzunehmen und ein Werkstück basierend auf dem aufgenommenen Bild zu erfassen. Dementsprechend kann bei der in
JP 4199264B beschriebenen Vorrichtung nur in wenigen Fällen auf den Schritt des Aufnehmens mit der Kamera verzichtet werden. Es ist somit schwierig die Effizienz des Werkstückentladevorgangs zu verbessern.
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Abriss der Erfindung
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Werkstückentnahmevorrichtung bereit, umfassend eine Kamera zum Aufnehmen eines Werkstückladebereichs, der eine Vielzahl in einem ungeordneten Stapel gelagerter Werkstücke aufweist, einen Werkstückerfassungsabschnitt zum Erfassen eines Werkstücks basierend auf dem mit der Kamera aufgenommenen Kamerabild, einen Werkstückauswahlabschnitt zum Auswählen eines zum Entnehmen vorbestimmten Werkstücks basierend auf dem Erfassungsergebnis des Werkstückerfassungabschnitts, einen Roboter zum Entnehmen des durch den Werkstückauswahlabschnitt ausgewählten Werkstücks, einen Ladezustandfeststellungsabschnitt zum Feststellen, ob sich ein Ladezustand des Werkstücks in dem Werkstückladebereich aufgrund einer Operation des Roboters verändert hat, und einen Bereichbestimmungsabschnitt zum Bestimmen eines Werkstückerfassungsbereichs, in dem der Werkstückerfassungsabschnitt ein Werkstück erfasst, wobei, falls der Ladezustandfeststellungsabschnitt eine Veränderung des Ladezustands der Werkstücke feststellt, der Bereichsauswahlabschnitt den Werkstückerfassungsbereich in einem Abschnitt des Werkstückladebereichs festlegt, der ein Umfangsabschnitt einer veränderten Position des Ladezustand ist.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Werkstückentnahmeverfahren bereit, aufweisend einen Aufnahmeschritt zum Aufnehmen eines Werkstückladebereichs mit einer Kamera, der eine Vielzahl von in einem Stapel angeordneten Werkstücken umfasst, einen Werkzeugerfassungsschritt zum Erfassen eines Werkstücks basierend auf dem von der Kamera aufgenommenen Kamerabild, einen Werkstückauswahlschritt zum Auswählen eines zum Entnehmen vorbestimmten Werkstücks basierend auf einem Erfassungsergebnis des Werkstückerfassungsschritts, einen Werkzeugentladeschritt zum Entladen des durch den Werkzeugauswahlschritt ausgewählten Werkstücks mit einem Roboter, einen Ladezustandfeststellungsschritt zum Feststellen, ob sich ein Ladezustand der Werkstücke in dem Werkstückladebereich aufgrund einer Operation des Roboters verändert hat, und einen Bereichbestimmungsschritt zum Bestimmen eines Werkstückerfassungsbereichs zum Erfassen des Werkstücks in dem Werkstückerfassungsschritt, wobei in dem Bereichbestimmungsschritt, falls in dem Ladezustandfeststellungsschritt eine Veränderung des Ladezustands der Werkstücke festgestellt wird, der Werkstückerfassungsbereich in einem Abschnitt des Werkstückladebereichs bestimmt wird, wobei der Abschnitt ein Umfangsbereich einer veränderten Position des Ladezustands ist.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden von den im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich, in denen:
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1 eine Ansicht ist, die den allgemeinen Aufbau einer Werkstückentnahmevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel eines von einer CPU in einer Robotersteuerung gemäß 1 ausgeführten Verfahrensablaufs zeigt;
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3 ein Flussdiagramm ist, das Details eines Werkstückerfassungsbereichsauswahlverfahrens gemäß 2 zeigt;
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4 eine Ansicht zeigt, die zum Erläutern eines Verfahrens zum automatischen Verändern der Größe des Werkstückerfassungsbereichs verwendet wird;
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5a eine Ansicht ist, die zum Erläutern der Arbeitsweise der Werkstückentnahmevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
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5b eine Ansicht ist, die zum Erläutern der Arbeitsabläufe der Werkstückentnahmevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 5b beschrieben.
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1 ist eine Ansicht, die den allgemeinen Aufbau einer Werkstückentnahmevorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Vielzahl von Werkstücken 5 derselben Art sind zufällig (in einem Stapel gelagert) in einem Container 6 angeordnet. Die Werkstückentnahmevorrichtung 1 umfasst einen Roboter 2 zum Entnehmen eines Werkstücks 5, das aus der Vielzahl von in einem Stapel gelagerten Werkstücken 5 ausgewählt wird, eine fest oberhalb des Containers 6 angeordnete Kamera 7 und eine Robotersteuerung 8 zum Steuern des Roboters 2 basierend auf dem von der Kamera 7 aufgenommen Kamerabild.
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Der Roboter 2 ist ein Mehrachs-Roboter mit drehbar verbundenen Achsen. Ein Werkstück 5 wird durch eine Roboterhand 2b gegriffen, die an einem distalen Ende eines Roboterarms 2a vorgesehen ist. Ein visueller Sensor 3 ist an der Roboterhand 2b angeordnet und ein individuelles Werkstück 5 wird mit dem visuellen Sensor 3 vermessen. Der visuelle Sensor 3 ist ein 3-dimensionaler visueller Sensor eines Laserlichtprojezierenden Typs. Der visuelle Sensor 3 wird durch einen visuellen-Sensor-Steuerungsabschnitt 8h in einer Robotersteuerung 8 gesteuert. Die von dem visuellen Sensor 3 gemessenen Daten werden in einem Speicher 8g der Robotersteuerung 8 gespeichert, um eine 3-dimensionale Position und Lage des Werkstücks 5 im Detail in einem Verarbeitungsablauf in der Robotersteuerung 8 zu bestimmen. Ein Erschütterungssensor 4 ist an dem Roboterarm 2a vorgesehen und eine auf den Roboterarm 2a zu der Zeit der Werkstückentnahme ausgeübte Erschütterung wird durch den Erschütterungssensor 4 erfasst.
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Die Kamera 7 ist eine elektronische Kamera mit einem bildgebenden Element, wie einem CCD-Element, und ist eine bekannte Lichtempfangsvorrichtung, die die Funktion von Erfassen eines zweidimensionalen Bildes auf einer lichtempfindlichen Fläche (einer CCD-Anordnungsebene) aufweist. Der Aufnahmevorgang der Kamera 7 wird durch einen Kamerasteuerungsabschnitt 8f in der Robotersteuerung 8 gesteuert. Der Bereich eines Aufnahmeabschnitts wird derart bestimmt, dass der Werkstückladebereich (zum Beispiel der gesamte Container) mit einer Vielzahl von Werkstücken 5 in dem Blickfeld liegt. Das Kamerabild wird durch den Kamerasteuerungsabschnitt 8f aufgenommen und in dem Speicher 8g gespeichert. Die Robotersteuerung 8 umfasst einen Werkstückerfassungsabschnitt 8a zum Erfassen der Werkstücke 5 basierend auf dem in dem Speicher 8g gespeicherten Bild, einen Werkstückauswahlabschnitt 8b zum Auswählen eines zu entladenden Werkstücks aus den von dem Werkstückerfassungsabschnitt 8a erfassten Werkstücken 5, einen Werkstückladezustandfeststellungsabschnitt 8c zum Feststellen, ob sich der Ladezustand der Werkstücke 5 in dem Container 6 verändert hat, einen Werkzeugladezustandveränderungsposition-Speicherabschnitt 8d zum Speichern des Ladezustands der Werkstücke 5 mit veränderten Positionen und einen Werkstückerfassungsbereich-Bestimmungsabschnitt 8e zum Bestimmen eines Werkstückerfassungsbereich, in dem der Werkstückerfassungsabschnitt 8a Werkstücke 5 erfasst. Die genannten Abschnitte bilden zusammen mit dem Kamerasteuerungsabschnitt 8f und dem Speicher 8g eine Bildverarbeitungseinheit zum Verarbeiten des Kamerabilds.
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Der Werkzeugerfassungsabschnitt 8a erfasst Werkstücke 5 beispielsweise mit übereinstimmenden Formen. Dies bedeutet, dass ein zu der Form der Werkstücke 5 korrespondierendes Werkstückmodell im Voraus erzeugt wird und ein diesem Werkstückmodell entsprechendes Zielbild erhalten und von dem Kamerabild in dem Werkstückerfassungsbereich extrahiert wird, um die Werkstücke 5 zu erfassen. Mit diesem Arbeitsablauf in dem Werkstückerfassungsabschnitt 8a wird im Fall eines großen Werkstückerfassungsbereichs Zeit benötigt, um ein Zielbild zu erhalten. Darüber hinaus muss ein Roboter die Fertigstellung des zu erhaltenden Zielbilds abwarten, bevor mit dem Werkstückentladevorgang begonnen werden kann. Es ist dementsprechend schwer, den Werkstückentnahmevorgang effizient auszuführen. Gemäß dieser Ausführungsform wird die auf den Werkstückentnahmevorgang verwendetet Zeit durch Bestimmen des Werkstückerfassungsbereich reduziert, wie nachstehend beschrieben wird. 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrensablaufs darstellt, der in einer CPU der Robotersteuerung 8 ausgeführt wird. Der in dem Flussdiagramm dargestellte Verfahrensablauf beginnt beispielsweise, wenn ein Start-Befehl des Werkstückentnahmevorgangs eingegeben wird. Bei Schritt S1 des Verfahrens in dem Kamerasteuerungsabschnitt 8f wird ein Bildbefehl an die Kamera 7 ausgegeben, um ein Bild der Werkstücke 5 in dem Werkstückladebereich des Containers aufzunehmen. Das durch das Aufnehmen erhaltene Kamerabild wird in dem Speicher 8g gespeichert.
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Bei Schritt S2 werden die Werkstücke 5 von dem in dem Speicher 8g gespeicherten Kamerabild unter Verwendung des Kamerabilds in dem Werkstückerfassungsabschnitt 8a (Musterabgleich) erfasst. Die erfassten Werkstücke 5 werden in dem Speicher 8g gespeichert. In einem Anfangszustand unmittelbar nachdem die Verarbeitung gemäß 2 begonnen hat, wird der Werkstückerfassungsbereich entsprechend dem Werkstückladebereich bestimmt, sodass er den gesamten Container umgibt. Wie nachstehend beschrieben wird, werden im Fall der Bestimmung einer Vielzahl von Werkstückerfassungsbereichen in einem Abschnitt des Werkstückladebereichs (5b) Werkstücke 5 in jedem Werkstückerfassungsbereich erfasst.
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Bei Schritt S3 wird festgestellt, ob eines oder mehrere Werkstücke 5 in dem Verarbeitungsvorgang gemäß S2 erfasst wurde oder nicht. Wird in Schritt S3 eine negative Entscheidung getroffen, fährt das Verfahren mit Schritt S4 fort und es wird bestimmt, ob ein spezieller Abbruchzustand erfüllt wird oder nicht. Falls beispielsweise eine vorbestimmte Anzahl von Werkstücken 5 entladen wurde, wird die Erfüllung eines vorbestimmten Abbruchzustands festgestellt. Falls eine positive Entscheidung in Schritt 4 getroffen wird, wird das Verfahren beendet. Falls in Schritt S4 eine negative Entscheidung vorliegt, fährt das Verfahren mit Schritt S5 fort und ein Werkstückerfassungsbereich wird derart bestimmt, dass er den gesamten Container umgibt. Anschließend kehrt das Verfahren zu Schritt S1 zurück. Andererseits wird bei einer bejahenden Entscheidung in Schritt S2 das Verfahren mit Schritt S6 fortgeführt.
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Bei Schritt S6 wird aus allen Werkstücken 5 in dem Container, die in dem Speicher 8g bei Schritt S2 gespeichert wurden, ein durch den Roboter 2 zu entnehmendes Werkstück in dem Verfahrensablauf im Werkstückauswahlabschnitt 8b ausgewählt. In diesem Fall wird beispielsweise ein Werkstück 5, das sich in einer höheren Position als die Werkstücke 5 befindet und nicht von anderen Werkstücken verdeckt wird als zu entnehmendes Werkstück ausgewählt.
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Bei Schritt S7 wird bestimmt, ob ein Werkstück in dem Verarbeitungsablauf gemäß Schritt S6 ausgewählt wurde oder nicht. Im Fall einer negativen Entscheidung in Schritt S7 fährt das Verfahren mit Schritt S8 fort und Erfassungszustände oder Auswahlzustände werden derart modifiziert, dass sie die Auswahl eines Werkstücks 5 erlauben. Zum Beispiel kann die Lichtintensität zur Aufnahmezeit oder die Werkstückform bei dem Musterabgleich oder Ähnliches modifiziert werden und anschließend kehrt das Verfahren zu Schritt S1 zurück. Im Falle einer positiven Entscheidung bei Schritt S7 fährt das Verfahren mit Schritt S9 fort.
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Bei Schritt S9 wird ein Steuersignal an den Servomotor zum Antreiben des Roboters ausgegeben, um die Operation des Roboters 2 (Roboterarm 2a und die Roboterhand) zu steuern, sodass das ausgewählte Werkstück 5 aus dem Container entladen wird. In diesem Fall wird eine verlagerte Position des visuellen Sensors 3, der an dem distalen Ende des Roboterarms angeordnet ist, berechnet und die drei-dimensionale Position und Lage des ausgewählten Werkstücks 5 wird durch den visuellen Sensor 3 gemessen. Nachdem die Roboterhand zu ihrer Zielposition zum Entnehmen des Werkzeugs bewegt wurde, wird das Werkstück 5 durch die Roboterhand gegriffen und entnommen.
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Bei Schritt S10 wird durch ein Verfahren in dem Werkzeugladezustand-Feststellungsabschnitt 8c bestimmt, ob eine Erschütterung durch den Erschütterungssensor 4 während der Operation des Roboters 2 erfasst wurde oder nicht, das heißt ob eine Erschütterung von einem Kontakt des Roboters 2 mit Werkstücken 5 oder Ähnlichem herrührt, bevor das ausgewählte Werkstück 5 gegriffen wird. Anstelle des Erschütterungssensors 4 kann das Vorliegen einer Erschütterung auch durch Erfassen des Motorstroms aufgrund einer plötzlichen Veränderung der auf den Servomotor zum Antreiben des Roboters ausgeübten Last ermittelt werden.
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Falls eine positive Entscheidung bei Schritt S10 getroffen wird, fährt das Verfahren mit S11 fort. In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass sich der Ladezustand der Werkstücke 5 in dem Container, insbesondere der Ladezustand nahe dem zu entnehmenden Werkstück 5 aufgrund des Auftretens einer Erschütterung verändert hat. Daher wird bei Schritt S11 durch ein Verfahren in dem Werkstückladezustandveränderungspositions-Speicherabschnitt 8d die Position des zu entnehmenden, ausgewählten Werkstücks 5 als Ladezustandveränderungsposition gespeichert und anschließend fährt das Verfahren mit Schritt S6 fort, um das Auswahlverfahren für das Werkstück 5 zu wiederholen. In diesem wiederholten Werkstückauswahlverfahren kann ein Werkstück 5 an einer von der Ladezustandveränderungsposition getrennten Position ausgewählt werden, das heißt aus den Werkstücken 5, für die angenommen werden kann, dass ihr Ladezustand nicht verändert wurde. Die Ladezustandsveränderungspostition ist eine 3-dimensionale Position der Werkstücke 5, die durch den visuellen Sensor 3 erfasst wird. Die Ladezustandsveränderungspostitionen werden als Positionsdaten in dem Roboterkoordinatensystem gespeichert.
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Bei Schritt S10 ist es, falls bei einer Bewegung der Roboterhand zu der Position des zu entnehmenden Werkstücks 5 eine Erschütterung erfasst wurde, wahrscheinlich, dass sich der Ladezustand nahe dem zu entnehmenden Werkstück 5 nicht verändert hat, aber die Position verändert wurde, an der die Erschütterung des Roboters stattfand. In diesem Fall wird bei Schritt S11 die Position des distalen Endes des Roboterarms bei der Erschütterung des Roboters 2 als Ladezustandveränderungsposition in dem Speicher 8g gespeichert. Die Position des distalen Endes des Roboterarms kann mit verschiedenen Positionssensoren an dem Roboter 2 erfasst werden.
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Falls eine negative Entscheidung bei Schritt S10 getroffen wurde, fährt das Verfahren mit Schritt S12 fort. Bei Schritt S12 wird in dem Werkstückladezustand-Erfassungsabschnitt 8c festgestellt, ob die Roboterhand das zu entnehmende Werkstück greifen kann oder nicht.
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Insbesondere wird eine erfolgreiche oder fehlerhafte Greifoperation basierend auf einem erfassten Wert eines Offen-Geschlossen-Prüfsensors einer Handspannvorrichtung oder basierend auf dem erfassten Wert eines Saugprüfsensors festgestellt, ob die Roboterhand eine Saugvorrichtung verwendet. Es ist ebenso möglich eine erfolgreiche oder fehlerhafte Greifoperation basierend auf einem erfassten Wert eines Näherungssensors oder Ähnlichem zu erfassen, der erfasst, ob sich ein Werkstück 5 in einer korrekten Position relativ zu der Roboterhand befindet oder nicht.
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Falls in Schritt S12 eine positive Entscheidung getroffen wird, fährt das Verfahren mit Schritt S13 fort. In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass sich der Ladezustand der Werkstücke 5 in dem Container und insbesondere der Ladezustand nahe der Position des zu entnehmenden Werkstücks 5 aufgrund des Greifens und des Entnehmens des Werkstücks 5 verändert hat. Dementsprechend wird bei Schritt S13 in dem Werkstückladezustandveränderungspositions-Speicherabschnitt 8d ebenso wie in Schritt S11 die Position des zum Entfernen ausgewählten Werkstücks 5 als Ladezustandsveränderungsposition gespeichert und das Verfahren fährt mit Schritt S14 fort. Unter Berücksichtigung einer möglichen Abweichung zwischen der tatsächlichen Position des Werkstücks 5 und der Position des ausgewählten Werkstücks 5 kann der Roboter bewegt werden, um beispielsweise unterhalb der Position des ausgewählten Werkstücks 5 das Werkstück 5 zu greifen, und die tatsächliche Position, an der das Werkstück 5 gegriffen wurde, kann als Lagezustandveränderungsposition in dem Speicher 8g gespeichert werden. Bei einer negativen Entscheidung in Schritt S12 fährt das Verfahren mit Schritt S14 fort.
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Bei Schritt S14 wird in dem Werkstückerfassungsbereichs-Bestimmungsabschnitt 8e das in 3 gezeigte Verfahren zur Werkstückerfassungsbereich-Bestimmung ausgeführt. Zunächst wird bei Schritt S14a festgestellt, ob eine Ladezustandsveränderungsposition existiert oder nicht, d. h. ob das Verfahren gemäß Schritt S11 oder gemäß Schritt S13 ausgeführt wurde. Bei einer positiven Entscheidung in Schritt S14a, fährt das Verfahren mit Schritt S14b fort und die Ladezustandveränderungsposition in dem Roboterkoordinatensystem wird erhalten, die in dem Werkstückladezustandsveränderungsposition-Speicherabschnitt 8d gespeichert ist. Bei Schritt S14c wird die Ladezustandveränderungsposition in dem Roboterkoordinatensystem in eine Position in dem Bild umgewandelt. Im Speziellen wird die Ladezustandveränderungsposition in dem Roboterkoordinatensystem unter Verwendung der Kalibrationsdaten der Kamera 7 in eine Position auf dem Kamerabild durch eine bekannte Technik umgewandelt.
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Bei Schritt S14d wird ein Werkstückerfassungsbereich von vorbestimmter Form und Größe an der Ladezustandveränderungsposition auf dem Bild bestimmt. Beispielsweise wird, falls der Werkstückerfassungsbereich kreisförmig ist, ein Durchmesser oder Radius eines Kreises mit einem Zentrum an der Ladezustandveränderungsposition bestimmt. Falls der Werkstückerfassungsbereich rechteckig ist, wird die Länge in Längsrichtung und die Länge in Querrichtung eines rechteckigen Fensters mit einem Zentrum an der Ladezustandveränderungsposition bestimmt. In jedem Fall wird der Werkstückerfassungsbereich wenigstens in einem Abschnitt des von der Kamera 7 aufgenommenen Werkstückladebereichs bestimmt, d. h. einem engeren Bereich als dem Werkstückladebereich. Falls die Ladezustandveränderungsposition an einer Vielzahl von Positionen vorliegt, werden die Werkstückerfassungsbereiche an den entsprechenden Positionen bestimmt.
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Wenn das Verfahren bei Schritt S14d fertiggestellt wurde, kehrt das Verfahren zu Schritt S1 gemäß 1 zurück. Anschließend wird das Verfahren wiederholt. In dem wiederholten Verfahren werden bei Schritt S2 die Werkstücke 5 von dem Werkstückerfassungsbereich erfasst, der in einem Abschnitt des Werkstückladebereichs bestimmt wurde, und die Werkstückerfassungsdaten in dem Werkstückerfassungsbereich werden durch die neuen Werkstückerfassungsdaten ersetzt und in dem Speicher 8g gespeichert. Mit anderen Worten wird ein Umfangsbereich der Position, an der sich der Ladezustand der Werkstücke 5 verändert hat, als Werkzeugerfassungsbereich zum Ausführen der Erfassung der Werkstücke 5 bestimmt und die Werkstückerfassungsdaten in diesem Bereich werden erneuert. Da die Werkstücke 5 nicht über den gesamten Werkstückladebereich erfasst werden müssen, kann die zum Bearbeiten des Werkstückerfassungsbereichs 8a benötigte Zeit verkürzt werden.
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Andererseits kann, falls bei Schritt S14a festgestellt wird, dass keine Ladezustandveränderungsposition vorliegt, das Verfahren mit Schritt S14e fortfahren. Bei Schritt S14e wird ein Werkstückerfassungsbereich als der gesamte Werkstückladebereich bestimmt, um den gesamten Container zu umgeben und das Verfahren fährt mit Schritt S2 gemäß 2 fort. Da in diesem Fall keine Veränderungen in den Werkstückladezustand vorliegen, ist eine erneute Aufnahme mit der Kamera 7 nicht notwendig und bei Schritt S2 werden in dem wiederholten Verfahren die Werkstücke 5 in dem gesamten Container erfasst.
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Mit Bezug auf das Verfahren bei Schritt S14d zum Bestimmen des Werkstückserfassungsbereichd, kann die Größe des Werkstücks 5 auf dem mit der Kamera 7 aufgenommenen Bild nach Maßgabe der Distanz von der Kamera 7 zu dem Werkstück 5 verändert werden, d. h. nach Maßgabe der Höhe des in dem Container angeordneten Werkstücks 5. Berücksichtigt man dies, kann die Größe des Werkzeugerfassungsbereichs automatisch nach Maßgabe der Höhe der Werkstücke 5 verändert werden.
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Dementsprechend kann, falls sich ein Werkstück 5 in der Nähe der Kamera 7 befindet, der Werkstückerfassungsbereich groß gewählt werden. Falls das Werkstück 5 weit von der Kamera 7 entfernt ist, kann der Werkstückerfassungsbereich klein gewählt, sodass die Größe des Bildes eines in dem Werkstückerfassungsbereich liegenden Werkstücks 5 konstant wird. Dies nachstehend im Detail erläutert.
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4 wird zum Erläutern eines Verfahrens zum automatischen Verändern der Größe des Werkstückerfassungsbereichs verwendet. Nachstehend wird die Richtung der Höhe der Werkstücke 5 als Z-Achse in der Figur bestimmt. Zunächst werden die Bildgrößen SZ1 und SZ2 als Größe auf dem von der Kamera 7 aufgenommenen Bild gewählt, wenn das Werkstück 5 sich an einer Höhe Z1 und Z2 von einer Referenzposition ausgehend befindet. Die Größe auf dem Bild ist inversiv proportional zum Abstand des Werkstücks 5 zu der Kamera 7. Dementsprechend ist, falls der Abstand der Referenzposition zu der Kamera 7 (Kamerahöhe) Z0 ist, und die Abstände von der Kamera 7 zu den Werkstücken 5 an einer Hohe Z1 und Z2 A1 und A2 sind, die folgende Gleichung (I) erfüllt. SZ2/SZ1 = A1/A2 = (Z0 – Z1)/(Z0 – Z2) (I)
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Die Kamerahöhe Z0 kann mit der folgenden Gleichung (II) berechnet werden. Die Bildgröße SZ3, kann, falls die Höhe der Ladezustandveränderungsposition Z3 ist, mit der nachfolgenden Gleichung (III) berechnet werden. Z0 = (SZ2·Z2 – SZ1·Z1)/(SZ2 – SZ1) (II) SZ3 = ((Z0 – Z1)/(Z0 – Z3))·SZ1 (III)
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Falls beispielsweise der Werkstückerfassungsbereich kreisförmig ist, wird der Durchmesser D1 des Werkstückerfassungsbereichs entsprechend der Bildgröße SZ1 im Voraus festgelegt. Bei Schritt S14d wird unter Verwendung von D1 der Durchmesser D3 des Werkstückerfassungsbereichs korrespondierend zu der Bildgröße SZ3 mit der folgenden Gleichung (IV) berechnet. D3 = (SZ3/SZ1)·D1 = ((Z0 – Z1)/(Z0 – Z3))·D1 (IV)
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Nachstehend wird ein Arbeitsablauf der Werkstückentnahmevorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Es wird angenommen, dass beispielsweise eine Vielzahl von Werkstücken 5 in einem Stapel in einem Container 6, wie in 5a gezeigt, angeordnet sind. In diesem Fall wird zunächst der Werkstückerfassungsbereich derart bestimmt, dass er den gesamten Container umgibt. Anschließend werden die Abschnitte 5 in dem gesamten Bereich des Containers (Schritt S2) erfasst. Ein Werkstück 5a, das sich an einer höheren Position als die umgebenden Werkstücke 5 befindet und nicht durch andere Werkstücke 5 verdeckt ist, wird als durch den Roboter 2 zu entnehmendes Werkstücks 5 ausgewählt (Schritt S6).
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Beim Entnehmen des ausgewählten Werkstücks 5a wird, falls beispielsweise die Roboterhand mit dem Werkstück 5a vor dem Greifen des Werkstücks 5a durch die Roboterhand in Kontakt kommt, die Position des Werkstücks 5a verlagert, wie in 5b gezeigt. In diesem Fall wird eine Erschütterung durch den Erschütterungssensor 4 erfasst und die Position des ausgewählten Werkstücks 5a wird als Ladezustandveränderungsposition (Schritt S11) gespeichert. Darüber hinaus wird erneut ein Werkstück 5 ausgewählt (Schritt S6). Zu dieser Zeit wird, wie in 1 gezeigt, ein sich von dem vorherigen Werkstück unterscheidendes Werkstück 5b ausgewählt und dieses Werkstück 5b durch den Roboter 2 entnommen. Anschließend wird die Position des Werkstücks 5b als Ladezustandveränderungsposition gespeichert (Schritt S13).
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In diesem Fall wird, wie in 5b gezeigt, der Werkstückerfassungsbereich 12a in dem Bereich festgelegt, der die zu der Zeit der Erschütterungserfassung gespeicherte Position des Werkstücks 5a umfasst. Der Werkstückerfassungsbereich 12b wird in dem Bereich festgelegt, der die zu der Zeit der Entfernung des Werkstücks durch den Roboter 2 (Schritt S14d) gespeicherte Position umfasst. Anschließend wird nachdem der gesamte Bereich des Containers mit der Kamera 7 aufgenommen wird, das Kamerabild zum Erfassen der Werkstücke 5 in jedem der Werkstückerfassungsbereiche 12a und 12b (Schritt S2) verwendet. Da der Werkstückerfassungsbereich für die Werkstücke 5 begrenzt ist, kann die zum Erfassen der Werkstücke benötigte Zeit verkürzt werden. Dadurch wird ein effizienter Werkstückentnahmevorgang möglich.
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Falls zu der Zeit der Werkstückentnahme keine Erschütterung durch den Erschütterungssensor 4 erfasst und die Werkstückgreifoperation durch den Roboter 2 nicht erfasst wird, existiert keine Ladezustandveränderungsposition. Dementsprechend wird der gesamte Container als Werkstückerfassungsbereich festgelegt (Schritt S14e). Falls kein Werkstück 5 in dem in Schritt S14d bestimmten Werkstückerfassungsbereich erfasst wird (zum Beispiel wenn nur das Rücknahmefenster 12b in 5b bestimmt wurde), wird der gesamte Container als Werkstückerfassungsbereich (Schritt S5) festgelegt. In diesen Fällen wird das Werkstück 5 wiederum aus dem gesamten Container erfasst.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können die folgenden Effekte erzielt werden.
- (1) Durch das Verfahren in dem Werkstückladezustandfestlegungsabschnitt 8c (Schritt S10 und S12) wird festgestellt, ob sich der Ladezustand der Werkstücke 5 verändert hat. Falls eine Veränderung des Ladezustands 5 festgestellt wird, wird durch die Verarbeitung in dem Werkstückerfassungsbereichs-Bestimmungsabschnitt 8e (Schritt S14d) der Werkstückerfassungsbereich in einem Umgebungsbereich der Veränderungsposition des Ladezustands bestimmt. Durch das Verfahren in dem Werkstückerfassungsabschnitt 8a (Schritt S2) wird ein Werkstück 5 in dem Werkstückerfassungsbereich erfasst. Dementsprechend wird ein Werkstück 5 in einem Abschnitt des Werkstückladebereichs erfasst, sodass der Werkstückerfassungsbereich enger wird. Die zur Werkstückerfassung benötigte Zeit kann somit verkürzt und der Werkstückentnahmevorgang kann effizient ausgeführt werden.
- (2) Falls eine erfolgreiche Greifoperation eines Werkstücks 5 durch den Roboter 2 festgestellt wurde, wird eine Veränderung des Ladezustands der Werkstücke 5 festgestellt, sodass die Veränderung des Ladezustands nach der Entfernung des Werkstücks 5 korrekt bestimmt werden kann. In diesem Fall wird der Werkstückerfassungsbereich als ein Umfangsbereich der Position des Werkstücks 5 bestimmt, das durch den Werkstückauswahlabschnitt 8b ausgewählt wurde, sodass die Werkstückerfassungsbearbeitung effektiv an der Position ausgeführt werden kann, an der die Veränderung im Ladezustand am wahrscheinlichsten ist. Alternativ kann in dem Fall, in dem der Werkstückerfassungsbereich als ein Umfangsbereich der Position festgelegt wird, in dem das Werkstück 5 durch den Roboter 2 gegriffen wurde, die Werkstückerfassungsbearbeitung sogar dann effektiv ausgeführt werden, wenn die tatsächliche Position des Werkstücks 5 von der Position des ausgewählten Werkstücks 5 abweicht.
- (3) Wenn eine Erschütterung des Roboters festgestellt wird, bevor der Roboter 2 das Werkstück 5 greift, kann der Ladezustand des Werkstücks 5 als verändert wahrgenommen werden und dementsprechend kann die Veränderung des Ladezustands aufgrund der Erschütterung bestimmt werden. Da in diesem Fall der Werkstückerfassungsbereich als Umfangsbereich um die Position des durch den Werkstückauswahlabschnitt 8b ausgewählten Werkstücks 5 bestimmt wird, kann die Werkstückerfassung effektiv an der Position ausgeführt werden, an der eine Veränderung des Ladezustands am wahrscheinlichsten ist. Alternativ kann in dem Fall, in dem der Werkstückerfassungsbereich als ein Umfangsbereich der Position bestimmt wird, an der die Erschütterung auf den Roboter 2 ausgeübt wurde, die Werkstückerfassung sogar dann effektiv ausgeführt werden, wenn die tatsächliche Position, an der der Roboter 2 erschüttert wurde, von der Position des ausgewählten Werkstücks 5 abweicht.
- (4) Falls eine Vielzahl von Lagezustandveränderungspositionen existiert, zum Beispiel nachdem eine auf den Roboter 2 ausgeübte Erschütterung erfasst wurde, und ein Werkstück 5 an einer anderen Position als der der Erschütterungserfassungsposition entfernt wurde (Zum Beispiel wie in 5 gezeigt), werden die Werkstückerfassungsbereiche 12 und 12b entsprechend den Lagezustandveränderungspositionen bestimmt. Dementsprechend kann ein Werkstück 5 in dem Bereich, in dem sich der Lagezustand verändert hat, korrekt erfasst werden und die zur Werkstückerfassung benötigte Zeit verkürzt werden.
- (5) Falls die Größe des Werkzeugerfassungsbereichs automatisch nach Maßgabe einer Distanz zwischen dem ausgewählten Werkstück 5 und der Kamera 7 festgelegt wird, kann eine relative Größe des Werkstückerfassungsbereich zu den Werkstücken 5 konstant werden, unabhängig von der tatsächlichen Höhe der Werkstücke in dem Container. Dementsprechend kann ein Werkstück 5 effizient erfasst werden.
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Obwohl in der beschriebenen Ausführungsform der Werkstückerfassungsabschnitt 8a, der Werkstückauswahlabschnitt 8b, der Werkstücklagezustandfeststellungsabschnitt 8c (Lagezustandfeststellungsabsschnitt), der Werkstücklagezustandveränderungsposition-Speicherabschnitt 8d, der Werkstückerfassungsbereich-Bestimmungsabschnitt 8e (ein Bereichbestimmungsabschnitt), der Kamerasteuerungsabschnitt 8f, der Speicher 8g und der visuelle-Sensor-Steuerungsabschnitt 8h von der Robotersteuerung 8 umfasst werden, ist der Aufbau der Robotersteuerung 8 nicht auf diese Konstruktion beschränkt. Beispielsweise kann der Werkstückerfassungsabschnitt 8a, der Werkstückerfassungsbereich-Bestimmungsabschnitt 8e, der Kamerasteuerungsabschnitt 8f, und der visuelle-Sensor-Steuerungsabschnitt 8h außerhalb der Robotersteuerung 8 vorgesehen werden und Kommunikationsmittel können verwendet werden, um die Ergebnisse der Bildverarbeitung an die Robotersteuerung zu übertragen. Der Werkstückladezustandänderungspositions-Speicherabschnitt 8d kann weggelassen werden und die Änderungsposition kann in dem Speicher 8g gespeichert werden.
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Obwohl in der voranstehend beschriebenen Ausführungsform ein kreisförmiger oder rechteckiger Werkstückerfassungsbereich in einem Abschnitt des Werkstückladebereichs bestimmt wird, wenn eine Veränderung der Lage zu den Werkstücken festgestellt wird, kann die Form des Werkstückerfassungsbereich frei gewählt werden. Obwohl durch die Verarbeitung in der Robotersteuerung 8 eine erfolgreiche oder fehlerhafte Greifoperation eines Werkstücks 5 (Schritt S12) und das Vorliegen oder das Fehlen einer auf den Roboter 2 ausgeübten Erschütterung (Schritt S10) festgestellt werden kann, ist die Konstruktion des Werkstücklagezustandfeststellungsabschnitts als Greiffeststellungsabschnitt und die Konstruktion des Werkstücklagezustandfeststellungsabschnitts als Erschütterungsfeststellungsabschnitts nicht auf die voranstehend beschriebene Konstruktion beschränkt. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung nicht auf die in die Ausführungsform beschriebene Werkstückentnahmevorrichtung 1 beschränkt, solange alle Merkmale und Funktionen der vorliegenden Erfindung realisiert werden können.
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Zusammenfassend kann das Werkstückentnahmeverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet sein, das das Verfahren umfasst einen Aufnahmeschritt zum Aufnehmen eines Werkstückladebereichs mit einer Kamera 7, der eine Vielzahl von in einem Stapel angeordneten Werkstücken 5 (Schritt S1) aufweist; einen Werkzeugerfassungsschritt zum Erfassen der Werkstücke 5 basierend auf denm mit der Kamera 7 aufgenommenen Kamerabild (Schritt S2), einen Werkstückauswahlschritt zum Auswählen eines zu entnehmenden Werkstücks 5 basierend auf dem Erfassungsergebnis in dem Werkstückerfassungsschritt (Schritt S6); einen Werkstückentnahmeschritt zum Entnehmen des in den Werkstückauswahlschritt ausgewählten Werkstücks 5 mit einem Roboter 2 (Schritt S9); einen Ladezustandfestellungsschritt zum Feststellen, ob sich ein Lagezustand der Werkstücke 5 aufgrund einer Operation des Roboters (Schritt S10, Schritt S12) verändert hat; einen Bereichbestimmungsschritt zum Bestimmen eines Werkstückerfassungsbereich zum Erfassen der Werkstücke 5 in dem Werkstückerfassungsschritt (Schritt S14d); wobei, in dem Bereichbestimmungsschritt, falls in den Lagezustandfeststellungsschritt festgestellt wurde, dass sich der Lagezustand der Werkstücke 5 verändert hat, der Werkstückerfassungsbereich als ein Umfangsbereich der Veränderungsposition des Lagezustands bestimmt wird, d. h. als eine Position des Werkstückladebereichs. Solange diese Merkmale realisiert sind, kann die Konstruktion auf verschiedene Weisen modifiziert werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Werkstückerfassungsbereich als ein Umfangsbereich der Veränderungsposition bestimmt werden, in der sich der Lagezustand der Werkstücke verändert hat. Dementsprechend kann verglichen zu einem Werkstückerfassungsbereich, der über den gesamten Werkstückladebereich bestimmt wird, der Werkstückerfassungsbereich kleiner gewählt werden und die Verarbeitungszeit zur Werkstückerfassung kann signifikant verkürzt werden. Dies führt dazu, dass die Wartezeit des Roboters zum Aufnehmen und Erfassen der Werkstücke reduziert wird und die Werkstückentladeoperation effektiv ausgeführt werden kann.
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Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne sich vom Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu entfernen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 4199264 B [0002, 0003, 0003]
