ITMO20130125A1 - Apparecchiatura di visione per robot - Google Patents

Description

“APPARECCHIATURA DI VISIONE PER ROBOT†.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un’apparecchiatura di visione per robot industriali.

Sono noti robot industriali per la depallettizzazione, ad esempio di tipo antropomorfo, dotati di un braccio articolato che supporta un mezzo di presa, in corrispondenza della sua estremità distale.

I mezzi di presa sono sovente del tipo a suzione, sostanzialmente piastriformi, e sono predisposti per prelevare un intero strato di prodotti alla volta dal pallet.

Ogni strato viene poggiato dal robot su un supporto, come ad esempio un bancale.

Un grande limite di questa soluzione à ̈ costituito dal fatto che essa non consente il prelievo individuale dei prodotti.

Pertanto, lo strato rimosso dal robot deve essere frazionato manualmente da personale preposto, in modo che i diversi prodotti possano essere mandati alle loro rispettive destinazioni.

Questo sistema à ̈ molto lento, inefficiente e soprattutto molto costoso a causa della necessità dell’ impiego della manodopera.

Tuttavia, esso continua ad essere impiegato per le ragioni seguenti.

I prodotti sono distribuiti e disposti nei rispettivi strati in diverse posizioni ed orientamenti in funzione del loro formato, del loro numero, e del formato del pallet.

Inoltre, per motivi di economia dello spazio, essi sono collocati adiacenti l’uno all’altro, all’intemo dello stesso strato.

Di conseguenza, gli strati di pallet diversi, ed al limite diversi strati del medesimo pallet, possono avere una configurazione differente, vale a dire che possono comprendere prodotti disposti in modo diverso da quelli di altri strati o altri pallet.

Pertanto, anche i tradizionali robot industriali che comprendono mezzi di presa atti ad afferrare il singolo prodotto, ad esempio del tipo a pinza, non sono impiegabili per depallettizzare singolarmente i prodotti, in quanto l’unità di controllo a cui tali mezzi sono assoggettati non ha informazione della specifica disposizione dei prodotti all’ interno dei rispettivi strati.

Di conseguenza, tale unità non può comandare il robot in maniera tale da riuscire a prendere il prodotto nel modo corretto, e tale da prelevarlo senza danneggiare o maldisporre gli altri prodotti.

Per cercare di risolvere questo problema, sono stati escogitati dei robot dotati di mezzi di visione, come telecamere, ad esempio montati sulle pinze.

Questa soluzione può in parte funzionare per certi tipi di prodotti ma presenta anch’essa almeno due inconvenienti.

Innanzitutto, essa non à ̈ adatta all’impiego per pallet monoprodotto di bottiglie in plastica lardellate.

Infatti, essa non à ̈ in grado di rilevare in modo soddisfacente la disposizione dei fardelli di bottiglie in uno strato del pallet, perché il film termoretraibile, che avvolge le bottiglie nei relativi fardelli, produce riflessi ed ombre che impediscono di distinguere con efficacia il confine tra un fardello e l’altro.

Inoltre, l’ingombro costituito dai citati mezzi di visione impedisce di impiegare questa soluzione nota per trasferire prodotti tra pallet diversi, ciò che invece à ̈ un’esigenza attualmente sentita nel settore della logistica che serve la grande distribuzione organizzata.

Infatti, capita frequentemente che sui pallet di destinazione si formino dei muri di prodotti, costituiti in pratica da una pila di prodotti che sporge superiormente nel pallet.

I prodotti successivamente caricati sul pallet di destinazione debbono spesso essere collocati in adiacenza di uno di questi muri, e ciò non può essere effettuato da un robot che porta i mezzi di visione sopra descritti, perché questi, a causa dell’ ingombro, finirebbero per urtare il muro facendo cadere al suolo i prodotti già caricati.

II compito principale della presente invenzione à ̈ quello di escogitare un’apparecchiatura di visione per robot industriali che consenta di rilevare la disposizione individuale dei prodotti compresi in uno degli strati di un pallet.

All’interno di questo compito, à ̈ uno scopo del presente trovato quello di escogitare un’apparecchiatura di visione per robot industriali che consenta la pallettizzazione (ed in particolare la ripallettizzazione) di prodotti su un pallet di destinazione, anche nel caso in cui in questo si siano formati dei muri di prodotti.

Altro scopo del presente trovato à ̈ quello di escogitare di escogitare un’apparecchiatura di visione per robot industriali che consenta di superare i menzionati inconvenienti della tecnica nota nell’ambito di una soluzione semplice, razionale, di facile ed efficace impiego e dal costo contenuto. Gli scopi sopra esposti sono raggiunti dalla presente un’apparecchiatura di visione per robot industriali, in accordo con la rivendicazione 1.

Altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un’apparecchiatura di visione per robot industriali, illustrata a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui:

la figura 1 Ã ̈ una vista laterale di un robot che monta apparecchiatura di visione secondo il trovato;

la figura 2 à ̈ una vista dall’alto, in pianta, del apparecchiatura di visione secondo il trovato;

la figura 3 à ̈ una vista laterale dell’apparecchiatura di visione secondo il trovato, in cui l’unità di visione à ̈ nella sua posizione inoperativa;

la figura 4 à ̈ una vista laterale dell’apparecchiatura di visione secondo il trovato, in cui l’unità di visione à ̈ nella sua posizione di lavoro;

la figura 5 à ̈ una vista laterale di detto robot, quando apparecchiatura à ̈ impiegata su pallet sorgente;

la figura 6 Ã ̈ il particolare K della figura precedente;

la figura 7 à ̈ una vista dal basso dell’apparecchiatura secondo il trovato; e la figura 8 à ̈ una vista laterale del robot, mentre viene impiegato per caricare un fardello su un pallet di destinazione.

Con riferimento a tali figure, si à ̈ indicata globalmente con 1 apparecchiatura di visione dell’ invenzione.

Il trovato à ̈ stato escogitato per l’impiego con un robot industriale, in particolare di tipo antropomorfo, dotato di almeno tre (ma preferibilmente sei) gradi di libertà, e comprendente un braccio articolato rappresentato indicativamente nelle figure dalla sua articolazione distale 2.

In dettaglio, l’apparecchiatura 1 può essere fissata in corrispondenza dell’estremità distale del braccio, nel caso di specie a detta articolazione 2. Tale fissaggio può essere attuato o tramite mezzi di fissaggio rilasciabile, come bulloni o simili (come nell’esempio rappresentato nelle figure), oppure tramite un cambia-utensili automatico per robot.

Ad ogni buon conto, come mostrato nella figura 1, apparecchiatura 1 proposta comprende innanzitutto un telaio di supporto 3, che à ̈ la parte fissabile al braccio articolato 2 ed atta a supportare un mezzo di presa 4. In particolare, l’invenzione à ̈ specialmente destinata a supportate una pinza 4 per robot, ad esempio del tipo avente una ganascia fissa 5 ed una mobile 6, ad azionamento pneumatico.

In dettaglio, l’apparecchiatura 1 proposta può prevedere, fissato sotto il telaio 3 ed in interposizione tra questo e la pinza 4, un cambia-utensili automatico 7, 70 per robot (mostrato in dettaglio nella figura 6).

I cambia-utensili automatici sono ben noti nel settore e sono di norma formati da due dispositivi di attacco 7, 70, sovente di forma sostanzialmente discoidale, ognuno fissato ad una delle due componenti che si vuole unire, configurati in maniera tale da poter attaccare in modo rilasciabile le componenti, e tale da collegare (anche) la componente distale sia ai mezzi di azionamento (ad esempio di tipo pneumatico od oleodinamico) sia all’unità di controllo elettronico del robot, grazie ad appositi connettori elettronici dotati di usuali pin o altro sistema analogo. Nella configurazione rappresentata nelle tavole di disegno allegate, la pinza 4 rappresenta il vero end effector del robot 2, laddove l’apparecchiatura 1 dell’invenzione risulta incorporata nella porzione distale braccio articolato 2.

Tuttavia, sono possibili configurazioni alternative.

Di preferenza, l’articolazione 2, l’apparecchiatura 1 e la pinza 4 si sviluppano lungo un asse A che, in uso, à ̈ disposto verticale.

Di seguito, per comodità illustrativa, ci riferirà all’insieme articolazione 2, apparecchiatura 1 e pinza 4 come ad un gruppo operativo di visione e manipolazione del robot.

L’invenzione, nei suoi aspetti più generali, comprende un dispositivo di illuminazione 8, portato dal telaio 3 ed un dispositivo per l’acquisizione di immagini 9, supportato direttamente dal dispositivo di illuminazione 8, a definire un’unità di visione 8, 9.

In dettaglio, il dispositivo di acquisizione 9, che può essere una fotocamera o una telecamera, à ̈ fissato a quello di illuminazione 8 con un orientamento tale da poter “vedere†(cioà ̈ acquisire immagini di) un’area illuminata dal dispositivo di illuminazione 8.

Di preferenza, il dispositivo di acquisizione 9 à ̈ montato a bordo del dispositivo di illuminazione 8, secondo modalità meglio spiegate in seguito.

Secondo un aspetto importante dell’invenzione, il dispositivo di illuminazione 8 à ̈ montato retrattile sul telaio 3.

In particolare, nella forma preferita dell’invenzione, il dispositivo di illuminazione 8 (e, più in dettaglio, l’unità di visione 8, 9) à ̈ mobile tra una posizione di lavoro, in cui sporge, sostanzialmente a sbalzo, dal telaio 3, ed una posizione inoperativa retratta.

Per la precisione, quando l’unità di visione à ̈ nella posizione di lavoro (condizione mostrata nelle figure 2, 4, 5 e 6), apparecchiatura 1 presenta le sue massime dimensioni perimetrali, mentre quando à ̈ nella sua posizione inoperativa, definisce le minime dimensioni perimetrali della apparecchiatura 1 (si vedano le figure 1, 3 e 7).

Si noti che l’espressione “a sbalzo†indentifica la posizione dell’unità di visione 8, 9 quando il succitato gruppo operativo 2, 1, 4 à ̈ nella disposizione d’uso, in cui il suddetto asse A à ̈ disposto in verticale.

In particolare, nella sua posizione di lavoro, l’unità di visione 8, 9 sporge a sbalzo da tutto il gruppo operativo 1, 2, 4, ed in dettaglio à ̈ disposta in un semispazio esterno E definito da un piano P frontale parallelo all’asse A del gruppo operativo, mentre nella posizione inoperativa essa si colloca nell’altro semispazio I, cioà ̈ quello interno (si veda in particolare la figura 4)·

Nel prosieguo della presente descrizione, per ragioni di chiarezza esplicativa, le parti del gruppo operativo 2, 1, 4, o di altre entità sotto nominate, che sono affacciate o comunque più vicine al piano P suddetto, saranno caratterizzate dall’aggettivo “frontale†o “anteriore†; ad esempio, la ganascia 5 affacciata al piano P, verrà di seguito chiamata “ganascia frontale†5.

Le parti opposte, più lontane dal piano frontale P, saranno denominate “posteriori†.

Nella forma di realizzazione preferita dell’invenzione, il dispositivo di illuminazione comprende almeno un pannello luminoso 8, ad esempio di forma quadrangolare, avente una faccia luminosa 10, da cui à ̈ emessa la luce da esso prodotta.

Quando l’unità di visione 8, 9 à ̈ nella posizione di lavoro ed il gruppo operativo 1, 2, 4 à ̈ nella disposizione d’uso, allora la faccia luminosa 10 à ̈ rivolta verso il basso, e pertanto anche il dispositivo di acquisizione 9 deve essere orientato in modo da riprendere gli oggetti collocati in basso.

A tale fine, il pannello 8 può comprendere una sede 1 1 per accogliere il dispositivo di acquisizione 9, la quale à ̈ di preferenza un alloggiamento passante atto a ricevere l’obiettivo 12 della fotocamera o telecamera.

Questo accorgimento consente di contenere al massimo ingombro dell’unità 8, 9 di visione, perché questa presenta uno sviluppo sostanzialmente planare, con un ingombro perimetrale definito solo da quello del pannello luminoso 8.

Vantaggiosamente, la sede 11 può essere disposta nel pannello 8 in posizione centrale, quest’ultimo presentando quindi una forma sostanzialmente anulare.

I pannelli luminosi sono di per sé noti, sebbene non in combinazione con gli altri componenti dell’invenzione, e possono includere una pluralità di lampade LED, sostanzialmente complanari e distribuite uniformemente. Prima di descrivere ulteriori particolari aspetti costruttivi e funzionali dell’invenzione, si spiega il funzionamento dell’apparecchiatura 1 proposta, facendo riferimento, per comodità esplicativa, alla sua forma di realizzazione preferita ed al suo impiego per depalletizzare (ed eventualmente ripalettizzare) bottiglie di platica fardellate.

I fardelli 14 da prelevare sono presentati su pallet sorgente, in uno strato di sommità 13, accessibile dall’ alto.

II robot à ̈ azionato in modo tale da portare il suo gruppo operativo 1, 2, 4 presso il pallet, sostanzialmente sopra lo strato di sommità 13, nella suddetta disposizione d’uso.

Inizialmente, l’unità di visione 8, 9 à ̈ nella configurazione inoperativa mostrata ad esempio nella figura 1.

Dopodiché, l’unità 8, 9 à ̈ azionata (mediante mezzi sotto dettagliati) in modo da protendersi frontalmente oltre il piano verticale P fino alla posizione di lavoro.

In questa situazione, il pannello luminoso 8 e la fotocamera 9 sporgono, preferibilmente per intero, rispetto all’unità 1, 2, 4 e si trovano affacciati direttamente a detto strato di sommità 13, senza l’interposizione di alcuna schermatura.

In particolare, il pannello 8 à ̈ disposto orizzontale, parallelo allo strato di sommità 13, con la suddetta faccia luminosa 10 posta di fronte allo strato 13.

In questo caso, chiaramente, l’obiettivo 12 della fotocamera 9 à ̈ puntato verso lo strato 13 di fardelli.

A questo punto il pannello 8 e la fotocamera 9 sono attivati in modo tale, rispettivamente, da illuminare dall’alto lo strato 13 e da riprendere la faccia superiore dei fardelli, colpita dalla luce.

Soprattutto nel caso in cui l’obiettivo 11 della fotocamera 9 sia disposto centrale rispetto al pannello 8, dato che la luce da questo proiettata colpisce superiormente i fardelli 14, secondo una molteplicità di angolazioni, partendo da diversi punti di origine distribuiti uniformemente attorno all’obiettivo 11, allora immagine ripresa da quest’ultimo non presenta riflessi ed ombreggiature in grado di falsare i confini tra un fardello 14 e l’altro.

Di conseguenza, impiegando appositi programmi per elaboratore atti a processare le immagini, l’unità di elaborazione del robot à ̈ in grado di rilevare la disposizione e l’orientamento reciproco dei fardelli 14 dello strato.

In questa maniera, tale unità può poi comandare il braccio articolato 2 e la pinza 4 in modo da prelevare un fardello 14 alla volta dallo strato 13.

A questo punto, l’unità di visione 8, 9 può tornare nella sua posizione inoperativa.

L’unità operativa 1, 2, 4, una volta prelevato il fardello 14, può recarsi presso il pallet di destinazione 15.

Vantaggiosamente, il robot che monta l’apparecchiatura 1 dell’invenzione può collocare il fardello prelevato 14 in una posizione di carico nel pallet di destinazione 15 che à ̈ adiacente ad un muro di prodotti 16, di cui si à ̈ parlato in sede di descrizione della tecnica nota.

Infatti, come ben visibile nella figura 8, avendo l’accortezza di eseguire la fase di carico del fardello 3 disponendo l’unità 1, 2, 4 in modo che la ganascia 5 più vicina al muro 16 sia quella frontale, à ̈ chiaro che l’unità di visione 8, 9 non può urtare il muro 16 e non può causare la caduta dei prodotti che lo compongono.

Il carico del fardello 14 può essere eseguito disponendolo dapprima in una configurazione inclinata, in cui i suoi i lati perimetrali sono obliqui rispetto al muro 16, ed in cui contatta il pallet 15 solo lungo un proprio spigolo 17 definito in corrispondenza del bordo inferiore del lato posteriore 18 (il più distante dal piano frontale P), in modo tale che lo spigolo 17 sia sostanzialmente parallelo al muro 16.

Dopodiché, il fardello 4 à ̈ fatto ruotare verso il muro 16, fino a disporsi coi lati perimetrali paralleli al muro 16, così da risultare in libero appoggio in detta posizione di carico.

In ogni caso, la disposizione del pannello luminoso 8 nella posizione inoperativa deve essere opportunamente scelta dalla persona esperta del ramo, in funzione della configurazione del robot, dell’ articolazione 2, della pinza 4 e del tipo di prodotto manipolato, in modo che il pannello 8 non contatti il muro 16 durante la posa del fardello 14 o altro prodotto sul pallet di destinazione 15.

In dettaglio, il telaio 3 può essere vantaggiosamente provvisto di un alloggiamento interno 19 atto a ricevere l’unità di visione 8, 9, quando si trova nella posizione inoperativa.

In questo caso, l’unità 8, 9 può essere montata a scomparsa nel telaio 3, vale a dire che, nella posizione inoperativa, pannello 8 e fotocamera 9, sono contenuti sostanzialmente per intero nell’alloggiamento 19 del telaio 3 (si veda ad esempio la figura 1).

Questo accorgimento à ̈ particolarmente vantaggioso perché consente la riduzione dell’ingombro ai minimi termini, perlomeno nello spazio di fronte all’apparecchiatura 1 proposta, soprattutto se attuata assieme (ed in sinergia) con l’accorgimento di disporre la fotocamera 9 a bordo del pannello luminoso 8.

In particolare, il telaio 3 può avere una forma generalmente parallelepipeda ed una configurazione scatolare, e può comprendere due elementi sostanzialmente piastriformi 20, 21, paralleli e sovrapposti, i quali sono posti ad una distanza reciproca tale da definire, tra loro, detto alloggiamento 19.

In particolare, tali elementi sono perpendicolari a detto asse A, e sono disposti in modo che uno di questi elementi, quello superiore, definisce il soffitto 20 del telaio 3 ed à ̈ fissato all’articolazione 2 più volte citata, mentre l’altro definisce il fondo 21 del telaio ed à ̈ fissato al suddetto cambia-utensili automatico 7, 70.

In questo caso, il pannello di illuminazione 8 à ̈ accolto nell’alloggiamento 19, parallelo al soffitto 20 ed al fondo.

A tal fine, il telaio 3 può avere almeno il lato di spessore anteriore aperto, in modo da consentire l’ingresso e l’uscita dell’unità di visione 8, 9 nel/dal alloggiamento 19, di preferenza per traslazione.

A tale fine, come sopra anticipato, l’apparecchiatura 1 proposta comprende mezzi di movimentazione 22, 23, 26, 27 per spostare l’unità di visione 8, 9 tra la posizione di lavoro e quella inoperativa,

I mezzi di movimentazione possono comprendere almeno un cilindro pneumatico 22, 23 (ma di preferenza due, come mostrato nelle figure) montato sul telaio 3, avente uno stelo 24, 25 la cui estremità distale ed anteriore à ̈ fissata al pannello di illuminazione 8 (si vedano le figure 2, 3, 4 e 7).

Inoltre, i mezzi di movimentazione possono comprendere almeno una guida lineare 26, 27 per cooperare col cilindro 22, 23, montata tra il telaio 3 ed il pannello 8, ed atta a vincolare quest’ultimo nel suo moto di traslazione.

In dettaglio, possono essere previste due guide 26, 27 che hanno anche una funzione portante.

Infatti, al pannello 8 possono essere fissati posteriormente due membri 28, 29 ad esso sostanzialmente complanari, di preferenza conformati a mo’ di rebbio.

I binari 26, 27 delle guide possono essere fissati sia sopra il pannello 3 che i rebbi 28, 29, a collegarli superiormente, così da definire con essi una slitta che à ̈ montata scorrevole sul telaio 3, in modo da esserne supportata.

In particolare, i binari 26, 27 possono impegnare scorrevolmente dei pattini 30 fissati al telaio.

In questo caso, anche il lato di spessore posteriore del telaio 3 à ̈, di preferenza, aperto, in modo da consentire il libero scorrimento di detti rebbi 28, 29 che possono avere una lunghezza tale da non poter essere contenuti nell’alloggiamento 19 suddetto.

Si à ̈ in pratica constatato come invenzione descritta raggiunga gli scopi proposti e in particolare si sottolinea il fatto che essa rende disponibile un’apparecchiatura di visione 1 che comprende un’unità di visione 8, 9 retraibile che permette di poter determinare la mutua disposizione dei prodotti in uno strato di un pallet e consente di caricare un prodotto su un diverso pallet anche in presenza di muri di prodotti.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1) Apparecchiatura di visione (1) per robot industriali, comprendente almeno un telaio di supporto (3), fissabile ad un braccio articolato (2) di detto robot, ed atto a supportare un mezzo di presa (4); caratterizzata dal fatto di comprendere un’unità di visione (8, 9) che include almeno un dispositivo per l’acquisizione di immagini (9) ed almeno un dispositivo di illuminazione (8), detta unità (8, 9) essendo montata retrattile su detto telaio (3).
2. 2) Apparecchiatura (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta unità (8, 9) à ̈ mobile tra una posizione di lavoro in cui sporge da detto telaio (3), a definire le massime dimensioni perimetrali di detta apparecchiatura (1), ed una posizione inoperativa in cui definisce le minime dimensioni perimetrali di detta apparecchiatura (1).
3. 3) Apparecchiatura (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto dispositivo di acquisizione (9) à ̈ montato a bordo di detto dispositivo di illuminazione (8).
4. 4) Apparecchiatura (1) secondo la rivendicazione 2 o la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detto telaio (3) ha un alloggiamento interno atto a ricevere detta unità (8, 9) in detta posizione inoperativa.
5. 5) Apparecchiatura (1) secondo una o più delle rivendicazioni 2, 3 o 4, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi di movimentazione (22, 23, 26, 27) per traslare detta unità (8, 9) tra detta posizione di lavoro e detta posizione inoperativa.
6. 6) Apparecchiatura (1) secondo le rivendicazioni 4 e 5, caratterizzata dal fatto che detto telaio (3) comprende due elementi sostanzialmente piastriformi (20, 21) e paralleli, posti ad una distanza reciproca tale da definire detto alloggiamento (19) e dal fatto che detti mezzi sono atti a traslare detta unità (8, 9) in un piano parallelo a detti elementi (20, 21) 7) Apparecchiatura (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto dispositivo di illuminazione comprende almeno un pannello luminoso (8). 8) Apparecchiatura (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto dispositivo di acquisizione comprende almeno una fotocamera (9). 9) Apparecchiatura (1) secondo le rivendicazioni 7 ed 8, caratterizzata dal fatto che detto pannello comprende una sede (11) in cui à ̈ accolta detta fotocamera (9). 10) Apparecchiatura (1) secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che detta sede (1 1) à ̈ disposta centralmente al pannello (8). 11) Apparecchiatura (1) secondo la rivendicazione 3 ed una o più delle rivendicazioni dalla 5 alla 10, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di movimentazione (22, 23, 26, 27) comprendono almeno un cilindro pneumatico (22, 23) montato su detto telaio (3), avente uno stelo (24, 25) la cui estremità distale à ̈ fissata a detto dispositivo di illuminazione (8). 12) Apparecchiatura (1) secondo la rivendicazione 3 ed una o più delle rivendicazioni dalla 5 alla 11, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di movimentazione (22, 23, 26, 27) comprendono almeno una guida lineare (26, 27), montata tra detto telaio (3) e detto dispositivo di illuminazione (8). 13) Apparecchiatura (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere, fissato sotto il telaio (3), un cambiautensili automatico (7, 70) per robot.