JP2010069542A

JP2010069542A - バラ積みピッキング装置におけるワークピッキング方法

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Publication number: JP2010069542A
Application number: JP2008236250A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Hayashi; 俊寛林; Mitsuharu Sonehara; 光治曽根原
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2010-04-02
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: JP5196156B2

Abstract

【課題】ワーク同士の絡まりや把持不良等があっても正確に把持ミスを検出して効率的にリトライすることができ、ワーク把持目標位置に誤差が含まれる場合であっても、短時間にワークを把持することができ、これによりピッキング時間を短縮し、ピッキングの成功率と装置の稼働率を高めることができるバラ積みピッキング装置におけるワークピッキング方法を提供する。
【解決手段】ロボットハンド２４をワーク把持目標位置へ前進させ（Ｓ３）、把持状態を確認し（Ｓ４）、把持状態が良好でない場合は、ワーク把持目標位置を変更して（Ｓ８）、把持状態となるまでロボットハンドを前進させる（Ｓ３）。また、前記把持状態が良好である場合に、ワークの取出しのためロボットハンド２４を後退させ（Ｓ５）、再度把持状態を確認し（Ｓ６）、把持状態が良好でない場合は、ワーク把持目標位置を変更して（Ｓ８）、再度、ロボットハンドをワーク把持目標位置へ移動する（Ｓ３）。
【選択図】図３

Description

本発明は、バラ積みピッキング装置において、ロボットにより１つずつワークを取出すワークピッキング方法に関する。

バラ積みピッキング装置とは、乱雑に重なり合って置かれたバラ積み部品等から個別にワークの位置・姿勢を認識し、ロボットにより１つずつワークを取出す装置をいう。
かかるバラ積みピッキング装置に適用するためのワークピッキング方法として、例えば特許文献１、２が提案されている。

特許文献１は拾い出しできないと判断された時でも、拾い出し作業を継続することを目的とする。
そのため、この装置は、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、Ｓ１で視覚認識装置５３が対象物を検出できなかった時、又はＳ２で視覚認識装置５３が検出したすべての対象物が干渉チェックの結果、拾い出しできないと判断された時に、Ｓ３でマニプレータ５４を箱の中で動作させて、Ｓ１で視覚認識装置５３により部品の検出を再度行い、拾い出し作業を継続するものである。
なお、図４(A)において、５１、５２はカメラ、５５はロボットコントローラ、５６は通信回線である。

特許文献２は、把持ミスが生じた場合に再度把持動作を試みることにより、警報出力、運転停止頻度をできうる限り減少させることを目的とする。
そのため、この装置及び方法は、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、進退動可能に設けられたハンド６４を前進させて搬送物６５のハンド受け取手６７を把持させるようにした搬送物６５の把持装置において、ハンド６４による取手６７の把持ミスを検出する把持ミス検出手段（６５，６６，６０）と、把持ミス検出手段により把持ミスが検出された場合に、ハンド６４を後退させると共に、ハンド６４の前進量を変更して再度前進させて、取手６７を把持するように制御する制御部６０とを備えるものである。
なお、図５（Ａ）（Ｂ）において、６３はプッシャである。

特開２０００−２６３４８０号明細書、「ビンピッキング装置」特許第３５４０６７６号明細書、「搬送物の把持装置及び把持方法」

特許文献１の方法は、視覚認識装置が対象物を検出できない等の場合に、マニプレータを箱の中で動作させるため、次のワークの把持に時間がかかる問題点があった。

特許文献２の装置及び方法では、把持ミス検出手段により把持ミスが検出された場合に、リトライのためにハンドを後退させ、ハンドの前進量を変更して再度前進させるため、動作の効率が低い問題点があった。もしくは、ハンドを後退させることでワークの把持部にハンドを係合させる構造を有するため、把持ミスが検出された場合に、一旦前進位置に移動した後に後退する動作が必要となるため、動作の効率が低い問題があった。

また、乱雑に重なり合って置かれたバラ積み部品に対して、吸着パット方式のハンドでワークを把持する場合は、たとえハンドがワークに密着した状態では把持状態が良好であっても、ワーク同士の絡まりや吸着不良等のためワークの取出し時にワークが外れる等、把持に失敗することがあった。

さらに、バラ積みされたワークの３次元形状を計測する距離センサは、検出誤差（奥行き方向の誤差）が大きいため、ハンドを検出位置に移動しても把持ミスが生じることが多く、リトライの頻度が高い問題点があった。

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、ワーク同士の絡まりや把持不良等があっても正確に把持ミスを検出して効率的にリトライすることができ、ワーク把持目標位置に誤差が含まれる場合であっても、短時間にワークを把持することができ、これによりピッキング時間を短縮し、ピッキングの成功率と装置の稼働率を高めることができるバラ積みピッキング装置におけるワークピッキング方法を提供することにある。

本発明によれば、ロボットハンドをワーク把持目標位置へ前進させ、把持状態を確認し、把持状態が良好でない場合は、ワーク把持目標位置を変更して、把持状態となるまでロボットハンドを前進させる、ことを特徴とするバラ積みピッキング装置におけるワークピッキング方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記把持状態が良好である場合に、ワークの取出しのためロボットハンドを後退させ、再度把持状態を確認し、把持状態が良好でない場合は、ワーク把持目標位置を変更して、再度、ロボットハンドをワーク把持目標位置へ移動する。

また、バラ積みされたワークを距離センサで３次元計測し、得られた計測結果とワークの３ＤＣＡＤモデルとを照合することによって、個別のワークの３次元位置と姿勢を認識した後、ロボットハンドをハンド待機位置へ移動する。

上記本発明の方法によれば、ワーク把持目標位置で把持状態を確認し、把持状態が良好でない場合に、ワーク把持目標位置を変更して把持状態となるまでロボットハンドを前進させるので、ワーク把持目標位置に誤差が含まれる場合であっても、把持が確認できるまで後退させないため、動作の効率が良い。

また、前記把持状態が良好である場合に、ワークの取出しのためロボットハンドを後退させ、再度把持状態を確認し、把持状態が良好でない場合にワーク把持目標位置を変更して、再度、ロボットハンドをワーク把持目標位置へ移動するので、ワーク同士の絡まりや把持不良等があっても正確に把持ミスを検出することができる。

従って、ワーク同士の絡まりや把持不良等があっても正確に把持ミスを検出して効率的にリトライすることができ、ワーク把持目標位置に誤差が含まれる場合であっても、短時間にワークを把持することができ、これによりピッキング時間を短縮し、ピッキングの成功率と装置の稼働率を高めることができる。

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、本発明のワーク供給装置を備えたバラ積みピッキング装置の全体構成図である。

このバラ積みピッキング装置は、距離センサ２０、ロボット２２、ロボットハンド２４、および３次元物体認識装置２６を備える。

距離センサ２０は、距離センサ制御装置２１により制御され、ワーク供給装置１０内にバラ積みされたワーク１の３次元形状を計測する。
ロボット２２は、ロボット制御装置２８により制御され、対象となるワーク１をワーク供給装置１０から取り出し、図示しない整列トレイ内に整列させて配置する。
ロボットハンド２４は、ワーク１を把持するためにロボット２２の手先に取り付けられ、ハンド制御装置２５により制御される。
３次元物体認識装置２６は、距離センサ制御装置２１及びロボット制御装置２８と距離情報及び位置情報を通信し、対象となるワーク１の３次元位置と姿勢を認識する。
さらにロボット制御装置２８は、ハンド制御装置２５から把持状態を受信し、把持指令を送信するようになっている。

この例において、ロボット２２は多関節型ロボットである。しかし、本発明はこれに限定されず、ワーク供給装置１０の上方からワークを取り出せる限りでその他の形式であってもよい。
距離センサ２０は、この例ではレーザ光を用いて三角測量の原理で計測するレーザレーダである。この距離センサ２０はレーザ光を２次元的にスキャンすることで、対象物の３次元形状情報を得ることができる。

上述したバラ積みピッキング装置は、バラ積みされたワーク１を距離センサ２０で３次元計測し、得られた計測結果とワークの３ＤＣＡＤモデルとを照合することによって、個別のワークの３次元位置と姿勢を認識する。

このバラ積みピッキング装置は、カメラを用いた画像処理方式のバラ積みピッキング装置と比較して、（１）ワークとして複雑な形状を取り扱うことができ、（２）ワークが傾いている場合、重なりあっている場合、異物が混入した場合でも安定して取り出しができる、という特徴がある。

図２は、図１のロボットハンドの構成図である。
ロボットハンド２４は、この例では下端に吸着パッド２４ａを有するエアー吸着式であり、ワーク１の中央の平面部分を吸着してワークを取り出すようになっている。
さらに、ロボットハンド２４又はハンド制御装置２５は、吸引装置（図示せず）と把持検出装置（図示せず）を備えている。
吸引装置は、吸着パッド２４ａの内側から空気を吸引して減圧する。把持検出装置は、吸着パッド２４ａの内側の圧力変化からワークが吸着パッド２４ａに吸着された状態（「把持状態」と呼ぶ）を検出するようになっている。

この図において、ロボットハンド２４をワーク１に向けて移動する（図で下降する）ことを「前進」と呼び、逆にワークから離れる方向に移動する（図で上昇する）ことを「後退」と呼ぶ。
また、吸着パッド２４ａの吸着面（図で下面）がワークを把持する目標位置を「ワーク把持目標位置」と呼び、吸着面（図で下面）がワーク把持目標位置より上方（手前）でワークから離れて待機する位置を「ハンド待機位置」と呼ぶ。

図３は、本発明のワークピッキング方法を示すフロー図である。この図に示すように、本発明のワークピッキング方法は、Ｓ１〜Ｓ１０の各ステップからなる。なおここでは、ワークの把持をエアー吸着式で説明する。

上述したバラ積みピッキング装置により、バラ積みされたワーク１を距離センサ２０で３次元計測し、得られた計測結果とワークの３ＤＣＡＤモデルとを照合することによって、個別のワークの３次元位置と姿勢を認識した後、本発明のワークピッキング動作（把持動作）を開始する。

まず、ロボットハンド２４をハンド待機位置へ移動する（ステップＳ１）。この移動は、ワークとの干渉のおそれがなく、高速でできる。

次いで、吸引を開始し（ステップＳ２）、ロボットハンド２４をワーク把持目標位置（以下、ワーク吸着目標位置という）へ前進させ（ステップＳ３）、把持状態（すなわち吸着状態）を確認する（ステップＳ４）。このステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４は、連続的に行っても、同時に並行して行ってもよい。

次いで、ステップＳ４で吸着状態が良好な場合（ＹＥＳ）は、ワークの取出しのためロボットハンド２４を後退させ（ステップＳ５）、再度吸着状態を確認する（ステップＳ６）。
ステップＳ６で吸着状態が良好な場合（ＹＥＳ）は、ワーク同士の絡まりがあってもワークの把持・取出しに成功しており、本発明に把持動作を完了する。

ステップＳ４で吸着状態が良好でない場合（ＮＯ）は、ワーク吸着目標位置でのワークの把持に失敗しており、リトライ回数を確認し（ステップＳ７）、リトライ回数の設定回数をオーバーしていない（ＮＯ）の場合はワーク吸着目標位置を変更して（ステップＳ８）、吸着状態となるまでロボットハンド２４を前進させる。

ステップＳ４，Ｓ７，Ｓ８は、各動作を停止することなく連続的に行われるため、ワーク吸着目標位置に誤差が含まれる場合であっても、吸着状態が確認されるまで、後退させることなく前進を繰り返すことができ、ステップＳ４で吸着状態を繰り返し確認することができる。

ステップＳ６で吸着状態が良好でない場合（ＮＯ）は、ワーク同士の絡まりや吸着不良等によりワークの把持・取出しに失敗しており、同様にリトライ回数を確認し（ステップＳ７）、リトライ回数の設定回数をオーバーしていない（ＮＯ）の場合はワーク吸着目標位置を変更して（ステップＳ８）、再度、ロボットハンド２４をワーク吸着目標位置へ移動する（ステップＳ３）。
なおステップＳ６で吸着状態が良好でない場合（ＮＯ）に、一旦吸引を停止し、その後、再度吸引を開始してリトライを行うようにしてもよい。

ステップＳ６，Ｓ７，Ｓ８は、吸引以外の各動作を停止することなく連続的に行われるため、ワーク同士の絡まりや吸着不良等によりワークの把持・取出しに失敗した場合であっても、吸着状態が確認されるまでワーク吸着目標位置を変更しながらリトライを繰り返すことができ、ステップＳ６で吸着状態を繰り返し確認することができる。

ステップＳ８におけるワーク吸着目標位置の変更量（変更距離）は、前進量がリトライ回数の設定回数でワーク吸着目標位置の誤差を超えるように設定するのがよい。また、リトライの動作中にワークのバラ積み状況が変化したとしても動作できるように、ステップＳ８においてセンサ２０で３次元計測し、得られた計測結果とワークの３ＤＣＡＤモデルとを照合することによって、個別のワークの３次元位置と姿勢を再度認識してもよい。
ステップＳ７でリトライ回数をオーバーした場合（ＹＥＳ）、すなわち前進量が所定の設定距離を超えたら、リトライ回数オーバー（Ｓ９）として吸着ミスを警告し（Ｓ１０）、把持動作を完了する。

上述した本発明のワークピッキング方法によれば、ワークの取出しのためロボットハンド２４を後退させ（ステップＳ５）、再度吸着状態を確認し（ステップＳ６）、吸着状態が良好でない場合（ＮＯ）は、ワーク吸着目標位置を変更して（ステップＳ８）、吸着状態となるまでロボットハンド２４を前進させるので、ワーク同士の絡まりや吸着不良等があっても正確に把持ミスを検出して効率的にリトライすることができる。

また、ロボットハンド２４をワーク吸着目標位置へ前進させ（ステップＳ３）、吸着状態を確認し（ステップＳ４）、吸着状態が良好でない場合（ＮＯ）は、ワーク吸着目標位置を変更して（ステップＳ８）、把持状態となるまでロボットハンド２４を前進させるので、ワーク吸着目標位置に誤差が含まれる場合であっても、短時間にワークを把持することができる。

従って、本発明の方法は、把持が確認できるまで後退させないため動作の効率が良く、正確な把持ミスの検出が可能となることから、無人システムの稼働率を向上して人による復旧作業の低減が可能となり、かつワーク把持目標位置に誤差が含まれる場合であっても、良好に把持することができる。

上述したロボットハンド２４は、エアー吸着式であるが、本発明はこの例に限定されず、ワーク１を１つずつ取り出せる限りで、電磁石式でも、ツメによるピッキングと近接センサの組合せであってもよい。
例えば、ロボットハンドが電磁石式又はツメによるピッキングと近接センサの組合せの場合でも、把持の確認手段を単に変更することで、同様に適用することができる。

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。

本発明のワークピッキング方法を実行するバラ積みピッキング装置の全体構成図である。図１のロボットハンドの構成図である。本発明のワークピッキング方法を示すフロー図である。特許文献１の装置の模式図である。特許文献２の装置及び方法の模式図である。

符号の説明

１ワーク、１０ワーク供給装置、
１２容器本体、１２ａ外壁、１２ｂ底板、
１４ワーク移動装置、１５傾斜部材、１６加振装置、
２０距離センサ、２１距離センサ制御装置、
２２ロボット、２４ロボットハンド、
２４ａ吸着パッド、２５ハンド制御装置、
２６３次元物体認識装置、２８ロボット制御装置

Claims

ロボットハンドをワーク把持目標位置へ前進させ、把持状態を確認し、把持状態が良好でない場合は、ワーク把持目標位置を変更して、把持状態となるまでロボットハンドを前進させる、ことを特徴とするバラ積みピッキング装置におけるワークピッキング方法。
前記把持状態が良好である場合に、ワークの取出しのためロボットハンドを後退させ、再度把持状態を確認し、把持状態が良好でない場合は、ワーク把持目標位置を変更して、再度、ロボットハンドをワーク把持目標位置へ移動する、ことを特徴とする請求項１に記載のバラ積みピッキング装置におけるワークピッキング方法。
バラ積みされたワークを距離センサで３次元計測し、得られた計測結果とワークの３ＤＣＡＤモデルとを照合することによって、個別のワークの３次元位置と姿勢を認識した後、ロボットハンドをハンド待機位置へ移動する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバラ積みピッキング装置におけるワークピッキング方法。