JP2010005769A

JP2010005769A - デパレタイズ装置および方法

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Publication number: JP2010005769A
Application number: JP2008170398A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Hayashi; 俊寛林; Teruyuki Shima; 輝行島; Tomohiro Inoue; 智洋井之上
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2010-01-14

Abstract

【課題】第１位置において、複数のワークの位置と姿勢がランダムである場合でも、複数のワークを同時または集中して搬送することができ、第２位置において、ワークの向きを整列させることができ、ワークに吸着しにくい箇所があっても、効率よくワークを移載することができるデパレタイズ装置および方法を提供する。
【解決手段】１又は２以上の第１位置２にランダムに位置する複数の同一ワーク１を１又は２以上の第２位置４に移載するデパレタイズ装置１０。第１位置において複数のワークを上方から撮像する撮像装置１２と、撮像した画像から各ワークの上面位置と向きを検出する画像処理装置１４と、ワークの上面を吊り上げ可能に吸着するロボットハンド２０を有する搬送ロボット１６と、搬送ロボットを制御する制御装置１８とを備える。ロボットハンド２０は、その下面に複数のワークを同時に吸着可能でありかつそれぞれ独立に吸着力を制御可能な複数の吸着部２１を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワークを別の位置に載せかえるデパレタイズ装置に係わり、更に詳しくは、ランダムに位置する複数のワークの位置と姿勢を計測し、計測結果に応じてワークを移載（把持、搬送、荷下ろし）するデパレタイズ装置および方法に関する。

工場内の出荷ラインなどにおいて、上流側から搬送されたワーク（ダンボールなど）を別の搬送ラインに載せかえる工程が存在する。かかる工程を、「デパレタイズ工程」と呼ぶ。
ロボットを用いてデパレタイズ工程を行うために、特許文献１が既に提案されている。また、特許文献２は、本発明に関連する技術である。

特許文献１は、種々のワーク形状に対応できる安価なワーク供給装置を目的とする。
そのため、図８に示すように、特許文献１において、ロボット５０は磁石タイプのデパレタイズハンド５２でパレット５１内のワークを吸着してランダムな姿勢のままテーブル５３，５４上に交互に供給する。テーブル５３，５４が一体的に往復移動することで、カメラ５５はそのテーブル５３，５４上のワークを交互に撮像する。カメラ５５がとらえた視覚情報から画像処理装置５６で各ワークの姿勢を認識し、その姿勢認識情報をロボット５０に転送する。ロボット５０は移載ハンド５７の姿勢をテーブル５３，５４上のワークの姿勢に合わせて修正しつつテーブル５３，５４上のワークを交互に把持し、そのワークの姿勢を一定姿勢にそろえた上でラインコンベヤ５８に供給する。

特許文献２は、画像から目的とする物品の位置と姿勢を精密かつ確実に検出でき、かつＦＡなどに適用可能な高速処理ができる物品の位置及び姿勢を検出する方法および装置を目的とする。
そのため、図９に示すように、特許文献２において、複数の同一物品が同一平面上に並んだ画像６３を撮像し、画像から物品の位置及び姿勢６９を検出する。物品の形状データ６４から画像上の物品の輪郭を示すテンプレート６５を生成するテンプレート生成処理Ｓ１と、画像から物品の形状を強調した二値のエッジ画像６を作成するエッジ強調処理Ｓ２と、テンプレートとエッジ画像のベクトル相関により物品候補データ６７を作成する粗サーチ処理Ｓ３と、エッジ画像からエッジを構成する線分データ６８を作成する線分近似処理Ｓ４と、物品候補データと線分データから線分探索により物品の正確な位置と姿勢６９を決定する精密サーチ処理Ｓ５とからなる。

特開平９−２３９６８２号明細書、「ワーク供給方法およびワーク供給装置」特開２００７−１４０７２９号明細書、「物品の位置及び姿勢を検出する方法および装置」

従来のデパレタイズ装置は、整列したワークを対象とし、特殊ハンドを用いて一度に複数のワークを把持し搬送するようになっている。
しかし、かかる従来のデパレタイズ装置は、ワークの位置と姿勢がランダムである場合には対応できないという問題点があった。

一方、上述した特許文献１のデパレタイズ装置は、整列されていない非整列のワークを画像処理などで位置姿勢計測し、その結果に応じてワークを一つずつ把持、搬送する装置であり、ワークの位置と姿勢がランダムであっても対応できる。
しかし、この装置は、同時に複数のワークを把持し搬送することができない問題点があった。

そのため、ワークの位置と姿勢がランダムである場合、従来のデパレタイズ装置では、ワークを一つずつしか搬送できず、デパレタイズ作業が物流のボトルネックになり、高速化が困難である問題点があった。

本発明は上述した従来の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、第１位置において、複数のワークの位置と姿勢がランダムである場合でも、複数のワークを同時または集中して搬送することができ、第２位置において、ワークの向きを整列させることができ、ワークに吸着しにくい箇所があっても、効率よくワークを移載することができるデパレタイズ装置および方法を提供することにある。

本発明によれば、１又は２以上の第１位置にランダムに位置する複数の同一ワークを１又は２以上の第２位置に移載するデパレタイズ装置であって、
第１位置において前記複数のワークを上方から撮像する撮像装置と、
撮像した画像から第１位置の各ワークの上面位置と向きを検出する画像処理装置と、
ワークの上面を吊り上げ可能に吸着するロボットハンドを有し、ワークを第１位置から第２位置に移載する搬送ロボットと、
該搬送ロボットを制御する制御装置とを備え、
前記ロボットハンドは、その下面に複数のワークを同時に吸着可能でありかつそれぞれ独立に吸着力を制御可能な複数の吸着部を有する、ことを特徴とするデパレタイズ装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記吸着部の吸着力制御は、ＯＮ／ＯＦＦ制御又は吸着力の増減制御である。

また、前記各吸着部は、同一ワーク間の上面高さの相違に追従できるように所定のストロークで下向きに付勢されている。

また本発明によれば、１又は２以上の第１位置にランダムに位置する複数の同一ワークを１又は２以上の第２位置に移載するデパレタイズ方法であって、
第１位置において前記複数のワークを上方から撮像し、
撮像した画像から第１位置の各ワークの上面位置と向きを検出し、
下面に複数のワークを同時に吸着可能でありかつそれぞれ独立に吸着力を制御可能な複数の吸着部を有するロボットハンドを用いて、第１位置で複数のワークの上面を吸着し第２位置で荷下ろしする、ことを特徴とするデパレタイズ方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、第１位置で複数のワークを同時又は順に吸着し、第２位置で同時又は順に吸着力をＯＦＦまたは減少させて荷下ろしする。

また、別の実施形態によれば、第１位置で各吸着部の吸着力制御とハンドの位置制御を行いながら、複数のワークの向きを整列させて順に吸着する。

また、第２位置で、ワークの向きを整列させながら、順に吸着力をＯＦＦまたは減少させて１つずつ荷下ろしする。

上記本発明の装置および方法によれば、ロボットハンドが、その下面に複数のワークを同時に吸着可能でありかつそれぞれ独立に吸着力を制御可能な複数の吸着部を有するので、人間が積み付けたダンボール群など、ワークの位置と姿勢がランダムである場合でも、複数のワークを同時または集中して搬送することができ、従来より大幅に高速化できる。

また、第１位置において複数の同一ワークの向きがランダムであっても、第２位置において、ワークの向きを整列させながら１つずつ移載することができる。
さらに、ワークに吸着しにくい箇所があっても、ワークに関する情報を基に、吸着部の位置を設定し、効率よくワークを移載することができる。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明のデパレタイズ装置を備えたシステムの平面図である。この図において、本発明のデパレタイズ装置１０は、２つの搬入位置２に位置するワークを所定の搬出位置４に移載する装置である。
なおこの例では、パレット３、５を用いているが、各パレットは必須ではなく、これを省略することができる。

この例において、２つの搬入位置２には、２列の搬入コンベア装置６ａにより、順次パレット３が搬入され、デパレタイズ装置１０によりワークを搬出位置４に移載した後、空のパレット３は２列の搬出コンベア装置６ｂにより外部に搬出されるようになっている。
また、パレット５は、図示しない搬入コンベア装置により所定の搬出位置４に供給され、デパレタイズ装置１０によりワークを搬出位置４に移載した後、搬出コンベア装置６ｃにより外部に搬出されるようになっている。
以下、搬入位置２を「第１位置２」、搬出位置４を「第２位置４」と呼ぶ。
なお、本発明はこのシステムに限定されず、デパレタイズ装置１０によりワークを移載できる限りで、第１位置２および第２位置４の位置及び数を自由に設定することができる。

図２は、本発明のデパレタイズ装置の全体構成図である。この図において、本発明のデパレタイズ装置１０は、撮像装置１２、画像処理装置１４、搬送ロボット１６、および制御装置１８を備える。

第１位置２に位置するパレット３上の複数のワーク１は、同一のワーク（例えばパレット３上に人間が積み付けたダンボール群）であり、ランダムに位置するものとする。なお、ワークは単段積みでも多段積みでもよいが、その最上段のワークの上面１ａの高さは、ほぼ同一（上面高さの相違量が例えば５０ｍｍ以下）であるものとする。

撮像装置１２は、例えばデジタルスチールカメラ又はデジタルビデオカメラであり、第１位置２において複数のワーク１を上方から撮像する。
この撮像は、最上段のワーク全体の上面１ａの画像を撮影し、画像処理装置１４に画像を出力する。

画像処理装置１４は、撮像装置１２で撮像した画像から第１位置２の最上段の各ワーク１の上面１ａの位置と向きを検出する。
具体的には、特許文献２に開示した手段により、最上段の各ワーク１の上面１ａの位置および姿勢を検出する。

搬送ロボット１６は、例えば多関節ロボットであり、ワーク１の上面を吊り上げ可能に吸着するロボットハンド２０を有し、ワーク１を第１位置２から第２位置４に移載する。

制御装置１８は、搬送ロボット１６を制御する。
すなわち、制御装置１８は、画像処理装置１４の出力に基づき、パレット３上にワーク１が複数存在する場合に、その計測結果とワークに関する知識（ワークの形状や、あるワークのある箇所は吸着しにくい、といった情報）を用いて、ロボットハンド２０の吸着部２１を効果的に使用して同時に複数のワーク１を吸着できるような計画を立てる。
次いで、その計画に基づいて、ロボットハンド２０を移動し、第１位置２の最上段の高さにおいて、ワーク１の吸着を繰り返し、複数のワーク１を吸着する。
次に、一度に複数のワーク１を第２位置４（パレタイズエリア）まで搬送する。
次いで、パレタイズの際、向きをそろえて一個ずつ降ろす必要がある場合は、吸着箇所を制御して、ワークを一つずつ下ろすように制御する。

図３は、本発明による搬送ロボットのロボットハンド２０の模式図であり、ロボットハンドの下面を示している。
この図に示すように、ロボットハンド２０は、その下面に複数（この図で６×７＝４２）の吸着部２１を有する。ロボットハンド２０の下面の大きさ及び各吸着部２１の吸着力は、少なくとも２つ以上のワーク１を同時に吸着可能に設定されている。
また各吸着部２１は、ＯＮ／ＯＦＦ制御又は吸着力の増減制御により、それぞれ独立に吸着力を制御可能に構成されている。
なお、吸着部２１の吸着力は、ワーク１がダンボール等である場合には、バキュームを利用した吸上力であり、ワーク１が鉄製である場合には電磁石であるのがよい。

各吸着部２１は、所定のストローク（例えば５０ｍｍ）でバネ等で下向きに付勢されており、最上段のワークの上面１ａの高さに若干の相違（例えば５０ｍｍ以下）がある場合でも、その上面高さの相違に追従できるようになっている。

図４は、本発明の方法の第１実施形態を示す模式図である。この図において、（Ａ）はロボットハンド２０の平面図であり、各吸着部２１を矩形で示している。また、（Ｂ）は第１位置２におけるパレット３上のワーク１の位置と向き、（Ｃ）は第１位置２におけるロボットハンド２０とワーク１の位置と向きを示している。

本発明のデパレタイズ方法では、上述した撮像装置１２により、第１位置２において複数のワーク１を上方から撮像し、画像処理装置１４により、撮像した画像から第１位置２の各ワーク１の上面位置と向きを検出する（図４（Ｂ））。
次いで、上述したロボットハンド２０を用いて、第１位置２で複数のワーク１の上面を吸着し第２位置４で荷下ろしする。

図４（Ｃ）において、吸着部２１の黒丸２１ａは、バキューム又は電磁石により、吸着部２１の吸着力がＯＮ又は増大した吸着開始部を示している。
すなわち、この例では、第１位置２で複数（３つ）のワーク１を同時に吸着して、同時に３つのワーク１を第２位置４に移載する。
なお、第１位置２で複数のワーク１を順に吸着させてもよい。また、同様に第２位置４で吸着力２１の吸着力を同時に或いは順にＯＦＦまたは減少させて、複数のワーク１を同時に或いは順に荷下ろししてもよい。

図５は、本発明の方法の第２実施形態を示す模式図である。この図において、（Ａ）は、図４（Ｃ）において、同時に３つのワーク１（破線で示す）を第２位置４に移載した後の、第１位置２におけるパレット３上のワーク１の位置と向きを示している。

この例では、第１位置２で各吸着部２１の吸着力制御とロボットハンド２０の位置制御を行いながら、複数のワーク１の向きを整列させて順に吸着する。

すなわち、図５（Ｂ）では、図で右下のワーク１（第１ワーク）に合わせてロボットハンド２０の位置制御を行い、図で黒丸２１ａで示す吸着開始部の吸着力をＯＮ又は増大させて、右下のワーク１（第１ワーク）のみを吸着させる。
次いで、図５（Ｃ）では、図で白丸２１ｂで示す吸着保持部の吸着力を保持したまま、隣接するワーク１（第２ワーク）に合わせてロボットハンド２０の位置制御を行い、図で黒丸２１ａで示す吸着開始部の吸着力をＯＮ又は増大させて、隣接するワーク１（第２ワーク）を吸着させる。この状態では、第１ワークと第２ワークがロボットハンド２０に吸着されている。
次いで、図５（Ｄ）では、白丸２１ｂで示す吸着保持部の吸着力を保持したまま、右上のワーク１（第３ワーク）に合わせてロボットハンド２０の位置制御を行い、図で黒丸２１ａで示す吸着開始部の吸着力をＯＮ又は増大させて、右上のワーク１（第３ワーク）を吸着させる。この状態では、第１ワーク〜第３ワークがロボットハンド２０に吸着されている。
次いで、図５（Ｅ）では、白丸２１ｂで示す吸着保持部の吸着力を保持したまま、左下のワーク１（第４ワーク）に合わせてロボットハンド２０の位置制御を行い、図で黒丸２１ａで示す吸着開始部の吸着力をＯＮ又は増大させて、左下のワーク１（第４ワーク）を吸着させる。この状態では、第１ワーク〜第４ワークがロボットハンド２０に吸着されている。
最後に、図５（Ｆ）では、第１ワーク〜第４ワークの４つのワークをロボットハンド２０で吸着したまま、第２位置４で荷下ろしする。

第２位置４においては、すべての吸着保持部２１ｂの吸着力をＯＦＦ又は減少させて、図４（Ｃ）と同様に、４つのワークを同時に第２位置４で荷下ろしすることができる。
また、これと相違し、第２位置４で、ワーク１の向きを整列させながら、順に吸着力をＯＦＦまたは減少させて１つずつ荷下ろししてもよい。

図６は、本発明の方法の第３実施形態を示す模式図である。この図は、制御装置１８による吸着箇所の設定方法を示している。
制御装置１８には、ワーク１に関する知識、例えばワークの形状や、あるワークのある箇所は吸着しにくい、といった情報が予め入力され、記憶されている。図６（Ａ）は、ワーク１の上面形状の例であり、内側の直線は、上面１ａに位置するワーク（例えばダンボール）の段差や隙間である。
図６（Ｂ）は、このワーク１の吸着しにくい箇所を破線の円形で示している。制御装置１８はワークに関する情報を基に、ロボットハンド２０の吸着部２１を効果的に使用して同時に複数のワーク１を吸着できるような計画を立てる。
図６（Ｃ）は、この計画に基づく、ロボットハンド２０の位置と、その吸着開始部２１ａ（及び吸着保持部２１ｂ）を示す図である。この図に示すように、ワーク毎に適した吸着位置を計画し、その計画に基づいて、デパレタイズエリア内でのロボットハンド２０の移動、ワーク１の吸着を繰り返し、複数のワーク１を吸着することにより、効率的にワークを移載することができる。

図７は、本発明の方法の第４実施形態を示す模式図である。この図は、複数（この図で３箇所）の第１位置で各吸着部の吸着力制御とハンドの位置制御を行いながら、異なる種類Ａ，Ｂ，Ｃのワークの向きを整列させて順に吸着する方法を示している。
この図において、（Ａ）で異なる種類Ａ，Ｂ，Ｃのワークを載せたパレットが３箇所に配置されている。ロボットハンドは、各吸着部の吸着力制御とハンドの位置制御を行いながら、（Ｂ）でワークＡ、（Ｃ）でワークＢ，（Ｄ）でワークＣをそれぞれワークの向きを整列させて順に吸着し、同時に図示しない第２位置で同時又は順に吸着力をＯＦＦまたは減少させて荷下ろしする。（Ｄ）はワークＡ，Ｂ，Ｃを同時に搬送した後の３箇所のパレットを示している。
この方法により異なる種類のワークを同時に搬送できる。

上述した本発明の装置および方法によれば、ロボットハンド２０が、その下面に複数のワークを同時に吸着可能でありかつそれぞれ独立に吸着力を制御可能な複数の吸着部２１を有するので、人間が積み付けたダンボール群など、ワーク１の位置と姿勢がランダムである場合でも、複数のワーク１を同時または集中して搬送することができ、従来より大幅に高速化できる。

また、第１位置２において複数の同一ワークの向きがランダムであっても、第２位置４において、ワークの向きを整列させながら１つずつ移載することができる。
さらに、ワーク１に吸着しにくい箇所があっても、ワークに関する情報を基に、吸着部２１の位置を設定し、効率よくワーク１を移載することができる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。例えば、上述の例では、ワークとしてダンボールを想定しているが、ロボットとハンドの搬送・吸着能力によっては、エンジンブロックなどの重量物の搬送にも本発明を適用することができる。また、パレットは必須ではなく、これを省略することができる。

本発明のデパレタイズ装置を備えたシステムの平面図である。本発明のデパレタイズ装置の全体構成図である。本発明による搬送ロボットのロボットハンドの模式図である。本発明の方法の第１実施形態を示す模式図である。本発明の方法の第２実施形態を示す模式図である。本発明の方法の第３実施形態を示す模式図である。本発明の方法の第４実施形態を示す模式図である。特許文献１のワーク供給装置の模式図である。特許文献２の方法を示す模式図である。

符号の説明

１ワーク、１ａワーク上面、２搬入位置（第１位置）、３パレット、
４搬出位置（第２位置）、５パレット、６ａ搬入コンベア装置、
６ｂ搬出コンベア装置、６ｃ搬出コンベア装置、
１０デパレタイズ装置、１２撮像装置、
１４画像処理装置、１６搬送ロボット、
１８制御装置、２０ロボットハンド、
２１吸着部、２１ａ吸着開始部、２１ｂ吸着保持部

Claims

１又は２以上の第１位置にランダムに位置する複数の同一ワークを１又は２以上の第２位置に移載するデパレタイズ装置であって、
第１位置において前記複数のワークを上方から撮像する撮像装置と、
撮像した画像から第１位置の各ワークの上面位置と向きを検出する画像処理装置と、
ワークの上面を吊り上げ可能に吸着するロボットハンドを有し、ワークを第１位置から第２位置に移載する搬送ロボットと、
該搬送ロボットを制御する制御装置とを備え、
前記ロボットハンドは、その下面に複数のワークを同時に吸着可能でありかつそれぞれ独立に吸着力を制御可能な複数の吸着部を有する、ことを特徴とするデパレタイズ装置。
前記吸着部の吸着力制御は、ＯＮ／ＯＦＦ制御又は吸着力の増減制御である、ことを特徴とする請求項１に記載のデパレタイズ装置。
前記各吸着部は、同一ワーク間の上面高さの相違に追従できるように所定のストロークで下向きに付勢されている、ことを特徴とする請求項１に記載のデパレタイズ装置。
１又は２以上の第１位置にランダムに位置する複数の同一ワークを１又は２以上の第２位置に移載するデパレタイズ方法であって、
第１位置において前記複数のワークを上方から撮像し、
撮像した画像から第１位置の各ワークの上面位置と向きを検出し、
下面に複数のワークを同時に吸着可能でありかつそれぞれ独立に吸着力を制御可能な複数の吸着部を有するロボットハンドを用いて、第１位置で複数のワークの上面を吸着し第２位置で荷下ろしする、ことを特徴とするデパレタイズ方法。
第１位置で複数のワークを同時又は順に吸着し、第２位置で同時又は順に吸着力をＯＦＦまたは減少させて荷下ろしする、ことを特徴とする請求項４に記載のデパレタイズ方法。
第１位置で各吸着部の吸着力制御とハンドの位置制御を行いながら、複数のワークの向きを整列させて順に吸着する、ことを特徴とする請求項４に記載のデパレタイズ方法。
第２位置で、ワークの向きを整列させながら、順に吸着力をＯＦＦまたは減少させて１つずつ荷下ろしする、ことを特徴とする請求項４に記載のデパレタイズ方法。