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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Robotersystem und insbesondere ein Robotersystem zum Ausrichten einer Orientierung eines Werkstücks, das mit einer vorbestimmten Orientierung gefördert wird.
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[Allgemeiner Stand der Technik]
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Herkömmlicherweise ist ein Robotersystem bekannt, das ein Bild eines Werkstücks erfasst, das in einer Fördereinrichtung gefördert wird, eine Orientierung des Werkstücks basierend auf dem Bild detektiert und die Orientierung des Werkstücks mit einer vorbestimmten Orientierung mit einem Roboter ausrichtet (siehe beispielsweise Patentliteratur (PTL) 1 bis 3). Der Roboter umfasst einen Greifer zum Halten des Werkstücks und ein Gelenk zum Drehen des Greifers, und die Orientierung des Werkstücks, das von dem Greifer gehalten wird, kann durch Drehung des Gelenks angepasst werden.
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In den Robotersystemen aus Patentliteratur 1 und 2 sind zwei Roboter unterschiedlichen Orientierungsbereichen zugeordnet und jeder Roboter wird dazu veranlasst, einen Werkstückorientierungsausrichtungsbetrieb in Bezug auf eine entsprechende Orientierung auszuführen, um hierdurch den Drehbetrag eines Gelenks von jedem Roboter auf innerhalb von ±90° zu beschränken, um so die Geschwindigkeit des Orientierungsausrichtungsbetriebs zu erhöhen.
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[Entgegenhaltungsliste]
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[Patentliteratur]
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- [PTL 1] Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2013-000855
- [PTL 2] Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2013-000861
- [PTL 3] Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2013-173196
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[Kurzdarstellung der Erfindung]
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[Technische Aufgabe]
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In dem Fall, in dem jedoch nur ein Roboter verwendet wird, ist erforderlich, dass der Drehbetrag des Gelenks ±180° beträgt. Das heißt, der Drehbetrag des Gelenks ist erhöht, und es entsteht der Nachteil, dass eine Zykluszeit für einen Orientierungsausrichtungsbetrieb erhöht ist.
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Die vorliegende Erfindung wurde mit Blick auf die obigen Umstände gemacht, und es ist ihre Aufgabe, ein Robotersystem bereitzustellen, das in der Lage ist, den Drehbetrag eines Gelenks eines Roboters zu beschränken, und eine Zykluszeit zu verringern, die zur Orientierungsausrichtung eines Werkstücks erforderlich ist.
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[Lösung der Aufgabe]
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Um die zuvor beschriebene Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung die folgenden Lösungen vor.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Robotersystem angegeben, umfassend eine Werkstückorientierungsdetektionseinheit, die eine Orientierung eines Werkstücks um eine Achse in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung detektiert; einen Roboter, umfassend einen Greifer, der das Werkstück hält, und ein Gelenk, das in der Lage ist, den Greifer um eine Drehachse in der im Wesentlichen vertikalen Richtung zu drehen; und eine Steuereinheit, die den Roboter basierend auf der Orientierung des Werkstücks, die von der Werkstückorientierungsdetektionseinheit detektiert wird, derart steuert, dass das Werkstück von dem Greifer aufgenommen wird und die Orientierung des Werkstücks, das von dem Greifer gehalten wird, mit einer vorbestimmten Zielorientierung durch die Drehung des Gelenks ausgerichtet wird, wobei die Steuereinheit den Roboter derart steuert, dass der Greifer das Werkstück in einer Referenzorientierung, einer Vielzahl von vorbestimmten Referenzorientierungen, hält und aufnimmt, die einer aktuellen Relativorientierung des Greifers und des Werkstücks am nächsten ist.
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Gemäß dem vorliegenden Aspekt wird das Werkstück von dem Greifer aufgenommen, und die Orientierung des Werkstücks ist mit der vorbestimmten Zielorientierung durch Drehung des Gelenks mittels des Drehbetrags ausgerichtet, die auf der Orientierung des Werkstücks basiert, das von der Werkstückorientierungsdetektionseinheit detektiert wird.
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In diesem Fall kann die Relativorientierung des Greifers und des Werkstücks zur Zeit des Aufnehmens des Werkstücks von dem Greifer aus einer Vielzahl von Referenzorientierungen gewählt werden, und die Steuereinheit wählt die Referenzorientierung, die der aktuellen Relativorientierung des Greifers und des Werkstücks am nächsten ist. Der Drehbetrag des Gelenks in einem Werkstückaufnahmebetrieb kann hierdurch begrenzt werden, und eine Zykluszeit kann verringert werden, die zur Orientierungsausrichtung eines Werkstücks erforderlich ist.
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Gemäß dem zuvor beschriebenen Aspekt können die Vielzahl vorbestimmter Referenzorientierungen Orientierungen sein, die durch gleichmäßiges Teilen eines Bereichs einer Relativorientierung des Greifers in Bezug auf das Werkstück erhalten werden.
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Der Drehbetrag des Gelenks im Werkstückaufnahmebetrieb kann somit effektiver begrenzt werden.
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Gemäß dem zuvor beschriebenen Aspekt kann die Werkstückorientierungsdetektionseinheit eine Kamera umfassen, die ein Bild des Werkstücks erfasst, und die Orientierung des Werkstücks kann basierend auf dem Bild, das von der Kamera erfasst wurde, detektiert werden.
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Die Orientierung des Werkstücks kann somit mittels einer einfachen Verarbeitung detektiert werden.
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Gemäß dem zuvor beschriebenen Aspekt kann der Greifer das Werkstück durch Ansaugen halten.
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Ein Sauggreifer kann das Werkstück in jeder Orientierung halten, und somit kann die Referenzorientierung auf eine beliebige Orientierung eingestellt werden. Zudem kann, im Vergleich zu einem Spanngreifer, der ein Werkstück mit einer Mehrzahl von Fingern greift, das Halten und Lösen des Werkstücks schneller ausgeführt werden, und die Zykluszeit kann weiter verringert werden, die zur Orientierungsausrichtung eines Werkstücks erforderlich ist.
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[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
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Die vorliegende Erfindung erzielt vorteilhafte Wirkungen, die darin bestehen, dass der Drehbetrag eines Gelenks eines Roboters begrenzt werden kann, und dass eine Zykluszeit verringert werden kann, die zur Orientierungsausrichtung eines Werkstücks erforderlich ist.
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Figurenliste
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- [1] 1 ist eine Abbildung einer Gesamtausgestaltung eines Robotersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- [2] 2 ist eine Draufsicht, die Werkstücke zeigt, die auf einem Förderer gefördert werden.
- [3] 3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Werkstück von einem Greifer in einer Relativorientierung von 0° in einem 0°-Aufnahmebetrieb gehalten wird.
- [4] 4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Werkstück von dem Greifer in einer Relativorientierung von 180° in einem 180°-Aufnahmebetrieb gehalten wird.
- [5] 5 ist ein Flussdiagramm, das einen Orientierungsausrichtungsbetrieb für ein Werkstück mittels des Robotersystems von 1 zeigt.
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[Beschreibung von Ausführungsformen]
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Nachfolgend wird ein Robotersystem 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Das Robotersystem 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein visuelles Verfolgungssystem, das eine Orientierungsausrichtung von Werkstücken W mittels eines Roboters 1 ausführt, während die Werkstücke W von einer Kamera 2 verfolgt werden. Die Werkstücke W werden kontinuierlich in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung von einem Förderer 20 gefördert. Wie in 1 gezeigt, umfasst das Robotersystem 10 den Roboter 1, der nahe dem Förderer 20 installiert ist, die Kamera 2 (Werkstückorientierungsdetektionseinheit), die auf einer in einer Förderrichtung stromaufwärts gelegenen Seite des Roboters 1 installiert ist, und eine Steuereinheit 3, die den Roboter 1 basierend auf einem Bild steuert, das von der Kamera 2 erfasst wurde. In 1 ist die Förderrichtung des Förderers 20 eine Richtung von einer linken Seite zu einer rechten Seite.
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Wie in 2 gezeigt, sind die Werkstücke W auf dem Förderer 20 mit Lücken in der Förderrichtung aufgereiht und werden von dem Förderer 20 in einer Richtung von einer stromaufwärts gelegenen Seite zu einer stromabwärts gelegenen Seite gefördert. Das Werkstück W weist eine Form mit einer Lage um eine Achse in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung auf, in einem Zustand, in dem es im Wesentlichen horizontal auf den Förderer 20 platziert ist. Das in 2 gezeigte Werkstück W ist ein im Wesentlichen scheibenförmiges Element, und ein Vorsprung P, der von einer Seitenoberfläche radial nach außen vorspringt, ist an einem Teil in einer Umfangsrichtung vorgesehen. Die Werkstücke W werden dem Förderer 20 auf der stromaufwärts gelegenen Seite mit verschiedenen Orientierungen θ (Phasen) zugeführt.
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Der Roboter 1 umfasst ein Gelenk 4, das in der Lage ist, eine Drehung um eine Drehachse durchzuführen, die im Wesentlichen in einer vertikalen Richtung orientiert ist, und einen Greifer 5, der an einem unteren Ende des Gelenks 4 fixiert ist und der in der Lage ist, das Werkstück W zu halten. Wie in 3 und 4 gezeigt, ist der Greifer 5 ausgestaltet, das Werkstück W mittels eines Saugnapfs 5a zu halten, der an einer oberen Oberfläche des Werkstücks W haftet. Als Roboter 1 kann jede Art von Roboter verwendet werden, wie ein horizontal monierter Typ oder ein deckenmontierter Typ. In der vorliegenden Ausführungsform wird von einem Parallelgelenkroboter ausgegangen, der in der Lage ist, das Werkstück W bei einer hohen Geschwindigkeit aufzunehmen.
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Ein drehbarer Bereich des Gelenks 4 ist zum Beispiel -360° oder mehr und +360° oder weniger. Wenn das Gelenk 4 gedreht wird, wird der Greifer 5 um die Drehachse gedreht und eine Orientierung des Greifers 5 um die Drehachse wird geändert. Für die Orientierung des Greifers 5 ist eine Orientierung, bei der ein Marker 6, der auf dem Greifer 5 vorgesehen ist, der der stromabwärts gelegenen Seite des Förderers 20 zugewandt ist, als 0° definiert und ein Bereich von Orientierungen, die von dem Greifer 5 eingenommen werden können, sind -180° oder mehr und +180° oder weniger.
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Die Kamera 2 wird oberhalb des Förderers 20 nach unten gerichtet fixiert und weist ein Sichtfeld auf, das an einer Teilregion auf dem Förderer 20 in der Förderrichtung fixiert ist. Die Kamera 2 erfasst von oben eine zweidimensionale Bildaufnahme, während das Werkstück W auf dem Förderer 20 gefördert wird, und übermittelt das erfasste Bild an die Steuereinheit 3.
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Die Steuereinheit 3 (Werkstückorientierungsdetektionseinheit) erkennt das Werkstück W in dem Bild, das von der Kamera 2 durch ein bekanntes Bilderkennungsverfahren wie Musterabgleich erfasst wurde, und detektiert die Orientierung des erkannten Werkstücks W um eine im Wesentlichen vertikale Achse. Wie in 2 gezeigt, gelten für eine Orientierung θ des Werkstücks W (eine Orientierung, in der der Vorsprung P der stromabwärts gelegenen Seite des Förderers 20 zugewandt ist, und die mit 0° definiert ist) und einen Bereich von Orientierungen, die von dem Werkstück W eingenommen werden können, -180° oder mehr und +180° oder weniger.
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Als nächstes veranlasst die Steuereinheit 3 den Roboter 1, einen Orientierungsausrichtungsbetrieb für das Werkstück W auszuführen, wobei die Orientierung des Werkstücks gemäß einem Betriebsprogramm detektiert wird, das im Voraus eingelesen wird. Insbesondere veranlasst die Steuereinheit 3 den Roboter 1, einen Betrieb des Aufnehmens des Werkstücks W von dem Förderer 20 mittels des Greifers 5 auszuführen, einen Betrieb des Ausrichtens der Orientierung des Werkstücks W mit einer vorbestimmten Zielorientierung mittels Drehung des Gelenks 4 auszuführen und einen Betrieb des Zurückverbringens des Werkstücks W zu dem Förderer 20 auszuführen.
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Hier erfasst die Steuereinheit 3 eine aktuelle Orientierung des Greifers 5 basierend auf einem aktuellen Drehwinkel des Gelenks 4 und steuert den Roboter 1 basierend auf der Orientierung des Werkstücks W, das von dem Bild und der aktuellen Orientierung des Greifers 5 detektiert wird, derart, dass der Greifer 5 das Werkstück W in einer Referenzorientierung, einer Vielzahl von vorbestimmten Referenzorientierungen, hält und aufnimmt, die einer aktuellen Relativorientierung des Werkstücks W und des Greifers 5 am nächsten ist. Die Vielzahl von Referenzorientierungen sind Orientierungen, die durch gleichmäßiges Teilen eines Bereichs von Relativorientierungen (-180° bis +180°) erhalten werden, die von dem Greifer 5 in Bezug auf das Werkstück W eingenommen werden können.
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Eine solche Steuereinheit 3 ist als ein Computer ausgestaltet, umfassend einen Prozessor wie eine CPU (Central Processing Unit - Zentraleinheit) und einen Speicher, der zum Beispiel ein Bildverarbeitungsprogramm und ein Betriebsprogramm speichert. Das heißt, wenn der Prozessor gemäß dem Bildverarbeitungsprogramm eine Verarbeitung ausführt, wird die Orientierung des Werkstücks W in einem Bild detektiert, das von der Kamera 2 erfasst wurde, und wenn der Prozessor nachfolgend eine Verarbeitung gemäß dem Betriebsprogramm ausführt, wird der Roboter 1 veranlasst, den Orientierungsausrichtungsbetrieb für das Werkstück W auszuführen.
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Als nächstes wird mit Bezug auf den Betrieb des Robotersystems 10 ein beispielhafter Fall beschrieben, in dem zwei Referenzorientierungen 0° und 180° in der Steuereinheit 3 eingestellt sind.
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Bei dem Robotersystem 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Werkstück W, das dem Förderer 20 auf der stromaufwärts gelegenen Seite zugeführt wird, von dem Förderer 20 in einer Richtung hin zu der stromabwärts gelegenen Seite gefördert und wird von der Kamera 2 zu der Zeit erfasst, in der es durch das Sichtfeld der Kamera 2 hindurchläuft, und das erfasste Bild wird an die Steuereinheit 3 übermittelt.
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Wie in 5 gezeigt, erkennt die Steuereinheit 3 durch Bildverarbeitung das Werkstück W in dem Bild und detektiert die Orientierung des Werkstücks W (Schritt 1). Die Steuereinheit 3 erfasst ferner Informationen über die aktuelle Orientierung des Greifers 5 (Schritt S2).
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Als nächstes bestimmt die Steuereinheit 3 basierend auf der Orientierung des Werkstücks W und der aktuellen Orientierung des Greifers 5, welcher Betrieb, ein 0°-Aufnahmebetrieb oder ein 180°-Aufnahmebetrieb, von dem Roboter 1 ausgeführt werden soll (Schritte S3 bis S5).
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Das heißt, in dem Fall, in dem sowohl die Orientierung des Werkstücks W und die Orientierung des Greifers 5 innerhalb von ±90° sind (JA in Schritt S3, und JA in Schritt S4), oder in dem Fall, in dem weder die Orientierung des Werkstücks W noch die Orientierung des Greifers 5 innerhalb von ±90° ist (NEIN in Schritt S3, und NEIN in Schritt S5), veranlasst die Steuereinheit 3 den Roboter 1, den 0°-Aufnahmebetrieb auszuführen (Schritt S6, Schritt S9).
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In dem 0°-Aufnahmebetrieb in Schritt S6 und Schritt S9 dreht die Steuereinheit 3 das Gelenk 4 bis die Relativorientierung des Greifers 5 in Bezug auf die Orientierung des Werkstücks W 0° wird, wie in 3 gezeigt. Der Drehbetrag des Gelenks 4 ist zu dieser Zeit innerhalb von ±90°. Als nächstes veranlasst die Steuereinheit 3 den Roboter 1, das Werkstück W mittels des Greifers 5 zu halten, das Werkstück W durch Anheben des Greifers 5 aufzunehmen, die Orientierung des Werkstücks W mit einer vorbestimmten Zielorientierung durch Drehen des Gelenks 4 in Übereinstimmung zu bringen und das Werkstück W auf dem Förderer 20 zu platzieren, indem der Greifer 5 abgesenkt und veranlasst wird, das Werkstück W zu lösen.
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Andererseits veranlasst die Steuereinheit 3 in den Fällen, in denen eine Orientierung, die Orientierung der Werkstücke W oder die Orientierung des Greifers 5, innerhalb von ±90° ist und die andere nicht innerhalb von ±90° ist (JA in Schritt S3, und NEIN in Schritt S4; oder NEIN in Schritt S3, und JA in Schritt S5), den Roboter 1, den 180°-Aufnahmebetrieb auszuführen (Schritt S7, Schritt S8).
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In dem 180°-Aufnahmebetrieb in Schritt S7 und Schritt S8 dreht die Steuereinheit 3 das Gelenk 4 bis die Relativorientierung des Greifers 5 in Bezug auf die Orientierung des Werkstücks W 180° beträgt, wie in 4 gezeigt. Der Drehbetrag des Gelenks 4 ist zu dieser Zeit innerhalb von ±90°. Als nächstes veranlasst die Steuereinheit 3 den Roboter 1, das Werkstück W mittels des Greifers 5 zu halten, das Werkstück W durch Anheben des Greifers 5 aufzunehmen, die Orientierung des Werkstücks W mit einer vorbestimmten Zielorientierung durch Drehen des Gelenks 4 in Übereinstimmung zu bringen und das Werkstück W auf dem Förderer 20 zu platzieren, indem der Greifer 5 abgesenkt und veranlasst wird, das Werkstück W zu lösen.
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Das Robotersystem 10 führt die Schritte S1 bis S9 jedes Mal aus, wenn ein Werkstück W von der Kamera 2 erfasst wird (Schritt S10), und führt hierdurch sequenziell eine Orientierungsausrichtung der Werkstücke W aus, die von dem Förderer 20 gefördert werden.
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Wie zuvor beschrieben, sind eine Vielzahl von Referenzorientierungen 0°, 180° für die Relativorientierungen des Greifers 5 in Bezug auf das Werkstück W in dem Werkstück W-Aufnahmebetrieb eingestellt, und die Referenzorientierung 0° oder 180°, die der aktuellen Relativorientierung des Werkstücks W und des Greifers 5 am nächsten ist, wird eingenommen. Entsprechend können vorteilhafte Wirkungen erreicht werden, die darin bestehen, dass der Drehbetrag des Gelenks 4 begrenzt werden kann, der zum Ausrichten der Orientierung des Greifers 5 in Bezug auf das Werkstück W nötig ist, so dass eine Zykluszeit verringert werden kann, die zur Orientierungsausrichtung eines Werkstücks W erforderlich ist, und dass eine Orientierungsausrichtung auch für das Werkstück W ausgeführt werden kann, wenn diese mit einer hohen Geschwindigkeit gefördert wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann für den Aufnahmebetrieb des Werkstücks W das Anlernen des Betriebs des Roboters 1 derart ausgeführt werden, dass die Relativorientierung des Greifers 5 in Bezug auf das Werkstück W aus drei oder mehr Referenzorientierungen gewählt wird. In diesem Fall werden die drei oder mehr Referenzorientierungen außerdem vorzugsweise durch gleichmäßiges Teilen des Bereichs der Relativorientierungen eingestellt, die von dem Greifer 5 in Bezug auf das Werkstück W eingenommen werden können.
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Ferner können all die Relativorientierungen, die von dem Greifer 5 in Bezug auf das Werkstück W eingenommen werden können, als die vorbestimmte Referenzorientierung eingestellt werden, um es dem Greifer 5 zu ermöglichen, den Werkstück W-Aufnahmebetrieb in einer beliebigen Relativorientierung auszuführen. In diesem Fall steuert die Steuereinheit 3 den Roboter 1 derart, dass der Greifer 5 das Werkstück W in einer aktuellen Orientierung hält und aufnimmt. In dem Aufnahmebetrieb wird eine Drehung des Gelenks 4 zum Ausrichten der Orientierung des Greifers 5 in Bezug auf das Werkstück W daher unnötig, und die Zykluszeit, die zur Orientierungsausrichtung eines Werkstücks W erforderlich ist, kann weiter verringert werden.
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In dem Fall der wie zuvor beschriebenen Ausführung des Werkstück W-Aufnahmebetriebs von dem Greifer 5 ohne Drehen des Gelenks 4, wie zuvor beschrieben, nähert sich der Drehwinkel des Gelenks 4 gegebenenfalls einer Hubbegrenzung (-360° oder +360°) an, wenn die Orientierungsausrichtungsbetriebe für die Werkstücke W wiederholt ausgeführt werden. Entsprechend kann die Steuereinheit 3 die Drehung des Gelenks 4 derart steuern, dass der Drehwinkel des Gelenks 4 die Hubbegrenzung nicht erreicht.
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Eine Lücke zwischen den Werkstücken W auf dem Förderer 20 kann ermittelt werden, indem die Kamera 2 verwendet wird, die sich auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Roboters 1 befindet. Entsprechend kann zum Beispiel die Steuereinheit 3 in einem Zeitraum einer großen Lücke zwischen den Werkstücken W das Gelenk 4 in eine Richtung des Drehwinkels drehen, die sich 0° annähert. Alternativ kann in einem Fall, in dem der Drehwinkel des Gelenks 4 einen vorbestimmten Winkel übersteigt, die Steuereinheit 3 das Gelenk 4 in dem Werkstück W-Aufnahmebetrieb in eine Richtung des Drehwinkels drehen, die sich 0° annähert.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Greifer 5 vom Saugtyp verwendet, um das Werkstück W zu halten, jedoch ist die Art des Greifers 5 nicht darauf beschränkt, und es kann ein Greifer 5 beliebiger Art verwendet werden, solange das Halten und Lösen des Werkstücks W ausgeführt werden kann. Beispielweise kann ein Magnetgreifer zum Halten des Werkstücks W durch eine magnetische Kraft oder ein Spanngreifer zum Greifen des Werkstücks W mit einer Mehrzahl von Fingern verwendet werden. Es ist zu beachten, dass der Greifer 5 wünschenswerter Weise in der Lage ist, das Werkstück W unabhängig von der Relativorientierung des Werkstücks W und des Greifers 5 zu halten.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Beschreibung eines visuellen Verfolgungssystems gegeben, wobei Werkstücke W, die kontinuierlich von dem Förderer 20 gefördert werden, von der Kamera 2 verfolgt werden, und wobei das Aufnehmen der Werkstücke W von dem Roboter 1 ausgeführt wird, wobei das Robotersystem 10 jedoch eine andere Art System sein kann. Beispielsweise kann in dem Fall, in dem die Werkstücke W von dem Förderer 20 mit Abstand zugeführt werden, das Robotersystem 10 eine Erfassung eines Bildes von der Kamera 2 und eine Orientierungsausrichtung von dem Roboter 1 ausführen, während die Werkstücke W sich nicht bewegen.
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Ferner kann das Robotersystem 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zum Aufnehmen von großen Werkstücken W eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Roboter
- 2
- Kamera (Werkstückorientierungsdetektionseinheit)
- 3
- Steuereinheit (Werkstückorientierungsdetektionseinheit)
- 4
- Gelenk
- 5
- Greifer
- 5a
- Saugnapf
- 10
- Robotersystem
- W
- Werkstück
