JP2012171039A

JP2012171039A - 棒状部材の搬送装置

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Publication number: JP2012171039A
Application number: JP2011034413A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hariki; 和夫針木; Shigenari Kajio; 重順梶尾; Takaki Aiba; 隆樹饗場
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2012-09-10
Anticipated expiration: 2031-02-21
Also published as: CN102642211A; DE102012002914B4; CN102642211B; US8630736B2; US20120213623A1; DE102012002914A1; JP5085749B2

Abstract

【課題】複雑な機構を利用せずに、ランダムに配置された棒状部材を逐次的に効率よく取出し、取出した棒状部材を所定の場所に搬送することができる搬送装置の提供。
【解決手段】吸引装置１８は、ロボットハンド２２に取付けられたノズル２４を有し、取出し対象の棒状部材１４ａの第１の円柱状部分３０の端部にノズル２４を接近させ、第１の円柱状部分３０をノズル２４内に吸引しながら、ノズル２４を上昇させて棒状部材１４ａを保持するように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、棒状部材の搬送装置に関し、特には、ランダムに置かれた複数の棒状部材をロボットにより逐次取出し、所定の場所に搬送する搬送装置に関する。

パレットやコンベア等の上にランダムに配置された複数の棒状部材を、ロボットを用いて１つずつ取出して搬送する際は、該棒状部材のいずれの部位を把持又は吸着するかによって、その搬送効率やコストが異なってくる。例えば特許文献１には、フローティング機構９１を介してロボット手首部に取付けられたロボットハンド６２を用いて、箱内の棒状の工作物２２の側面を電磁吸着して取り出すことを企図した構成が開示されている。

また特許文献２には、ロボットアーム１の先端に設けたグリッパ４によって把持した棒状部材Ａを、渦巻状に移動させながらスプール穴Ｃ内に挿入することを企図した構成が開示されている。

特開平４−９３１９１号公報特開平４−３４８８８７号公報

特許文献１のように棒状部材の側面を吸着する方法では、棒状部材を立てた形で搬送するためには、該棒状部材の一端を把持する機構を別途設け、該棒状部材を持ち直す動作が必要である。また、棒状部材とハンドとの微小な位置ズレによって発生し得る把持ミスを防ぐためにフローティング機構が必要であり、コスト的にも不利である。

一方、特許文献２のように棒状部材の一端をチャックのような機構で把持する方法では、供給される棒状部材は予め立てた状態とすることが必要であり、故に該方法の適用範囲は限定される。また該方法では、バラ積み等の密集した状態の複数の棒状部材から、該棒状部材を１つずつ取出すことは困難である。

そこで本発明は、複雑な機構を利用せずに、ランダムに配置された棒状部材を逐次的に効率よく取出し、取出した棒状部材を所定の場所に搬送することができる搬送装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ランダムに置かれた複数の同種の棒状部材をロボットによりピックアップして所定の場所に搬送する搬送装置であって、前記複数の棒状部材のうち、少なくとも取出し対象となる棒状部材の位置及び姿勢を検出する第１の検出手段と、前記棒状部材の端部の少なくとも一方の外径よりも大きな内径を有し、該棒状部材を吸引保持するように構成されたノズルを備えた吸引装置と、前記ノズルをロボットアーム先端のロボットハンドに取り付けたロボットと、を具備し、前記ロボットは、前記第１の検出手段により検出された棒状部材の位置及び姿勢に基づいて、前記ノズルによって前記棒状部材のいずれかの端部から、該棒状部材をその長手方向に沿って少なくとも部分的に吸引保持し、該吸引保持した棒状部材を所定の場所まで搬送することを特徴とする、搬送装置を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の搬送装置において、前記ノズルによる前記棒状部材の吸引方向は、前記第１の検出手段により検出された前記棒状部材の位置及び姿勢に基づいて求め、該棒状部材を吸引しながら前記ノズルを上昇させることにより、前記棒状部材を少なくとも部分的に前記ノズル内に吸引して、該棒状部材を立てた状態で所定の場所まで搬送することを特徴とする、搬送装置を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の搬送装置において、前記ノズルに吸引保持された前記棒状部材を検出するための第２の検出手段を有し、前記ロボットは、前記第２の検出手段により検出された、前記ノズルに吸引保持された状態での前記棒状部材の位置情報に基づいて、該棒状部材を所定の回転位置に位置決めし、該棒状部材を所定の場所まで搬送することを特徴とする、搬送装置を提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の搬送装置において、前記ノズルに吸引保持された前記棒状部材を検出するための第２の検出手段を有し、前記ロボットは、前記第２の検出手段により検出された、前記ノズルに吸引保持された状態での前記棒状部材の情報を取得し、該取得した情報に対応する搬送先を求め、該求めた搬送先に前記棒状部材を搬送することを特徴とする、搬送装置を提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の搬送装置において、前記第２の検出手段が第２の視覚センサであることを特徴とする、搬送装置を提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の搬送装置において、前記第１の検出手段が第１の視覚センサであることを特徴とする、搬送装置を提供する。

本発明によれば、ロボットに取付けられたノズルにより棒状部材を吸引保持できるので、吸引時にノズルを棒状部材に対して高精度に位置決めする必要はなく、またロボットにフローティング機構等の特別な構造が設ける必要もない。さらに、ノズルによる吸引前に棒状部材を供給する際にも複雑な装置を必要としないので、コスト面で有利な搬送装置を構築できる。またノズルを用いた吸引保持では、容易に棒状部材を立てた状態で搬送できるため、従来の方法に比べ作業時間を短縮でき、生産能力が向上する。

ノズルに吸引保持された棒状部材を検出するための第２の検出手段を用いることにより、棒状部材の位置に基づいた位置決め操作や、ノズルに吸引保持された棒状部材の状態に応じて搬送先を変更する等の効率的な搬送を実現することができる。

第１及び第２の検出手段として視覚センサを利用することにより、ランダムに置かれた棒状部材の位置及び姿勢、並びにノズルに吸引保持された棒状部材の姿勢や種類を、画像処理によって容易に検出できるようになる。

本発明の一実施形態に係る搬送装置を示すとともに、第１の検出手段によって棒状部材を検出している状態を示す図である。ロボットハンドに取付けたノズルを用いて棒状部材を吸引している状態を示す図である。棒状部材の一構成例を示す図である。ノズルで吸引保持した棒状部材を第２の検出手段によって検出している状態を示す図である。ノズルで吸引保持した棒状部材を所定の搬送先に搬送した状態を示す図である。本発明の一実施形態に係る搬送装置を用いた、棒状部材の搬送手順を示すフローチャートである。

図１は、本発明に係る搬送装置１０の概略構成を示す図である。搬送装置１０は、ロボット１２と、ランダムに配置された複数の（図示例では同種の）棒状部材１４を検出可能な第１の検出手段又は検出装置１６とを有する。ロボット１２は、複数の棒状部材１４から該棒状部材を逐次的に吸引して取り出すように構成された吸引装置１８を有し、吸引装置１８は具体的には、各軸回りに可動に構成された（例えば６軸の）ロボットアーム２０の先端に設けられたロボットハンド２２に取付けられたノズル２４（図２参照）と、ノズル２４に配管・チューブ等により連結されノズル２４内を負圧にする真空装置等（図示せず）を有する。ノズル２４は、ロボットハンド２２に取付けられることによってその位置及び姿勢が変更可能であるとともに、棒状部材１４の少なくとも一方の端部の外径より大きい内径を有する円筒状の部材であり、吸引操作により棒状部材１４を逐次的に（図示例では１つずつ）ピックアップして吸引保持できるように構成されている。

第１の検出手段１６は、ランダムに配置又はバラ積みされた複数の棒状部材１４の少なくとも１つ、好ましくは全体を検出できるように構成され、図１ではロボット１２の本体の下面に固定配置された第１の視覚センサとして示されている。但し第１の検出手段１６は、棒状部材の検出機能を発揮できるものであればよく、他の固定部位、或いはロボットアーム等の可動部に取付けられてもよい。

棒状部材１４は、図示例ではベルトコンベヤ２６上にランダムに配置され、すなわち各棒状部材１４の長手軸が概ね水平になるように配置されているが、本発明はこのような形態に限られず、例えばパレット上にランダム配置されていたり、箱又はコンテナ内にバラ積みされていたりしてもよい。

図３は、棒状部材１４の一構成例を示す図である。棒状部材１４は、ノズル２４の内径より小さい外径部分を備えた第１の円柱状部分３０と、ノズル２４の内径より小さい外径部分を備えかつ第１の円柱状部分３０より軸方向長さが短い第２の円柱状部分３２と、第１の円柱状部分３０及び第２の円柱状部分３２を同軸に連結するとともにノズル２４の内径より大きい外形部分を備えた第３の円柱状部分３４とからなり、本実施形態では、第１の円柱状部分３０がノズル２４内に吸引された状態で棒状部材１４が搬送されるべきものとする。ここで第３の円柱状部分３４の外径はノズル２４の内径より大きいので、ノズル２４に正しい姿勢で吸引保持された棒状部材１４は、第１の円柱状部分３０がノズル内に位置し、第２及び第３の円柱状部分３２、３４がノズル２４外に位置することになる。

次に、上記搬送装置１０による棒状部材１４の搬送手順について、図１−図５及び図６のフローチャートを参照しつつ説明する。先ず図１に示すように、第１の視覚センサ１６を用いて、コンベヤ２６上にランダム配置された棒状部材１４の各々の位置及び姿勢を検出する（ステップＳ１）。第１の視覚センサ１６による取出し対象の検出については周知技術が適用可能なので詳細な説明は省略するが、例えば複数の棒状部材全体を撮像して得られた画像を処理し、各棒状部材の位置及び姿勢（向き）を求め、ノズル２４がいずれかの棒状部材を吸引するために必要なノズル２４の位置及び姿勢の変化量が最も少なく（又は変化に要する時間が最も短く）なるような棒状部材を選択すること、さらに棒状部材が互いに重なっているときは上側の棒状部材を取出し対象として優先すること、等の条件に基づく処理が具体的な検出方法として考えられる。

取出し対象とすべき棒状部材が検出されたら（ステップＳ２）、図２に示すように、ロボット１２を制御してノズル２４による該取出し対象の棒状部材１４を吸引保持する（ステップＳ３）。具体的には、ノズル２４の先端を取出し対象の棒状部材（ここでは１４ａとする）の第１の円柱状部分３０の端部に接近させ、ノズル２４に連結された図示しない真空装置等を作動させてノズル先端から空気を吸引し、該吸引により生じる吸引力によって棒状部材１４ａの第１の円柱状部分３０をノズル２４内に吸引しながら、ノズル２４を上昇させて棒状部材１４ａを保持する。従って棒状部材１４ａは、その長手方向に沿って少なくとも部分的に（本実施形態では第１の円柱状部分３０が）ノズル２４内に収容される。或いは、例えば棒状部材が単純な円柱形状である場合は該棒状部材の全てをノズル内に収容することも可能であるし、棒状部材が釘のような形状であれば釘の頭部分を除いてノズル内に収容することも可能である。

また図２に示すように、多くの場合棒状部材はその長手軸が概ね水平方向に延びるように配置されているので、取出し対象の棒状部材１４ａの長手軸と、ノズル２４の長手軸（吸引方向）とが鈍角を形成するように、ノズル２４を棒状部材１４ａの第１部分３０側端部に接近させることが好ましい。

なおステップＳ２において棒状部材が適切に検出できなかった場合、例えば上述のような所定の条件に基づいて取出し対象の棒状部材を決定できなかった場合等は、ステップＳ１に戻って、条件を変更して検出処理をやり直す等の措置をとる。

ステップＳ３の次に、図４に示すように、ノズル２４に吸引保持された棒状部材１４ａを、第２の検出手段又は検出装置３６によって検出する（ステップＳ４）。図４の例では、第２の検出手段はノズル２４の下方において架台等に固定配置された第２の視覚センサであり、ノズル２４に吸引保持された棒状部材の画像を撮像できるように構成されている。ここで、図４に示すように、ロボットアーム又はロボットハンド２２が所定の動作（図示例では旋回動作）を行い、第２の視覚センサ２６の視野内にノズル２４及びノズル２４に吸引保持された棒状部材１４ａを移動できるように構成してもよい。

次のステップＳ５では、ノズル２４に吸引保持されている棒状部材１４ａを検出する。具体的には、棒状部材がノズル２４に保持されているか否か等が検出され、ノズル２４に棒状部材が吸引保持されていればステップＳ６に進む。ノズル２４に棒状部材が保持されていない場合（すなわち吸引失敗）はステップＳ３に戻って吸引操作をやり直す。また第２の視覚センサ自体の不具合等により検出が失敗したときは、その原因を取り除く等の措置をとった上でステップＳ４に戻る。

次にステップＳ６において、ノズル２４に吸引保持されている棒状部材１４が、起立状態（吸引保持された状態）ではあるが、上下逆に吸引保持されていないかを第２の視覚センサ３６によって検出する。本実施形態では、ノズル２４に吸引保持される棒状部材１４の両端（第１及び第２の円柱状部分３０及び３２）の外径はいずれもノズル２４の内径より小さいので、誤って第２の円柱状部分３２がノズル２４内に吸引されてしまう場合もあり得る。そのような場合、第２の検出手段すなわち視覚センサ３６は、ノズル２４から外側に見えている部分が第２の円柱状部分３２ではないことを検出することができる。例えば、予め第１の円柱状部分３０及び第２の円柱状部分３２の少なくとも一方の端面にマーク刻印等をしておき、マークの検出結果を含む情報に基づいて、ノズル２４から外部に見えている部分が第２の円柱状部分３２でないことを検出できる。或いは、第２の視覚センサを棒状部材１４ａの側方から撮像できる位置に配置し、ノズル２４から外部に見えている部分の長さを棒状部材の情報として検出し、該部分の長さが本来なら比較的短い第２の円柱状部分３２と第３の円柱状部分３４の長さの和に一致すべきはずが、比較的長い第１の円柱状部分３０と第３の円柱状部分３４との和になっていることを検出することもできる。

また第２の検出手段３６として、視覚センサの代わりに、ノズル２４外の棒状部材の長さを測定可能に構成された、レーザ光を利用した測長センサやスリットセンサを用いることもできる。さらに第２の検出手段は、図４に示すような固定部位ではなく、ロボットアーム等の可動部に取付けてもよい。

第２の視覚センサ３６によって、ノズル２４に保持されている棒状部材１４ａの姿勢が正しい（第１の部分３０がノズル内にある）旨の情報が得られたときは、図５に示すように、ステップＳ７に進み、ロボットを動作させて該棒状部材を所定の搬送先に搬送する。図５に示す例では、該所定の搬送先は、ノズル２４の可動範囲内に設けられたスタンド３８であり、スタンド３８には、棒状部材１４の各々の第２部分を鉛直方向に受容可能な受容孔４０が複数形成されている。そこで、図４に示すように第２の視覚センサ３６によってノズル２４に吸引保持されている棒状部材１４ａの位置情報を検出し、該位置情報に基づいて、棒状部材１４ａを所定の回転位置（ここでは棒状部材１４ａを挿入すべきスタンド３８の受容孔４０の鉛直上方）に位置決めし、その後ノズル２４を下降させて棒状部材１４ａを受容孔４０内に挿入する。

上述のように本実施形態では、ロボットハンド２２の姿勢制御によってノズル２４に吸引保持された棒状部材１４を立てた状態でスタンド３８の上方まで移動させ、次にノズル２４を下降させ、吸引解除することで所定の受容孔４０内に棒状部材１４を起立状態に挿入することができる。このように本願発明では、ノズルが棒状部材の一方の端部からその長手方向に該棒状部材を吸引保持するので、ロボットハンドの姿勢制御により容易に棒状部材を直立状態にして搬送することができ、従来に比べ作業時間を短縮でき、生産能力の向上を実現できる。

一方、吸引保持された棒状部材の姿勢が誤っているとき（第２の部分３２がノズル内にあるとき）は、該棒状部材を正しい姿勢でスタンド３８に配置することができないので、該棒状部材をスタンド３８等の所定の搬送先に搬送せず、ステップＳ８に進んで他の場所に排出するか、コンベヤ２６上に再び戻す等、スタンド３８とは異なる他の搬送先に搬送する措置がとられる。

なお本実施形態では同種の棒状部材を検出する例を示しているが、異種の棒状部材を用いて、第２の視覚センサ３６にてノズルに吸引保持された棒状部材の種類をその形状やマーク等から識別し、その識別結果に関する情報に応じて、棒状部材を種類別に異なる搬送先に搬送するようにすることもできる。

以上、各棒状部材についてステップＳ１〜Ｓ７又はＳ８を繰り返すが、ステップＳ１及びＳ２において取出し対象の棒状部材を、取出し順序も含め複数検出できている場合は、ステップＳ１及びＳ２を省略してもよい。

１０搬送装置
１２ロボット
１４棒状部材
１６第１の検出手段
１８吸引装置
２４ノズル
２６ベルトコンベヤ
３６第２の検出手段
３８スタンド

Claims

ランダムに置かれた複数の同種の棒状部材をロボットによりピックアップして所定の場所に搬送する搬送装置であって、
前記複数の棒状部材のうち、少なくとも取出し対象となる棒状部材の位置及び姿勢を検出する第１の検出手段と、
前記棒状部材の端部の少なくとも一方の外径よりも大きな内径を有し、該棒状部材を吸引保持するように構成されたノズルを備えた吸引装置と、
前記ノズルをロボットアーム先端のロボットハンドに取り付けたロボットと、を具備し、
前記ロボットは、前記第１の検出手段により検出された棒状部材の位置及び姿勢に基づいて、前記ノズルによって前記棒状部材のいずれかの端部から、該棒状部材をその長手方向に沿って少なくとも部分的に吸引保持し、該吸引保持した棒状部材を所定の場所まで搬送することを特徴とする、搬送装置。
前記ノズルによる前記棒状部材の吸引方向は、前記第１の検出手段により検出された前記棒状部材の位置及び姿勢に基づいて求め、該棒状部材を吸引しながら前記ノズルを上昇させることにより、前記棒状部材を少なくとも部分的に前記ノズル内に吸引して、該棒状部材を立てた状態で所定の場所まで搬送することを特徴とする、請求項１に記載の搬送装置。
前記ノズルに吸引保持された前記棒状部材を検出するための第２の検出手段を有し、
前記ロボットは、前記第２の検出手段により検出された、前記ノズルに吸引保持された状態での前記棒状部材の位置情報に基づいて、該棒状部材を所定の回転位置に位置決めし、該棒状部材を所定の場所まで搬送することを特徴とする、請求項１又は２に記載の棒状部材搬送装置。
前記ノズルに吸引保持された前記棒状部材を検出するための第２の検出手段を有し、
前記ロボットは、前記第２の検出手段により検出された、前記ノズルに吸引保持された状態での前記棒状部材の情報を取得し、該取得した情報に対応する搬送先を求め、該求めた搬送先に前記棒状部材を搬送することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の搬送装置。
前記第２の検出手段が第２の視覚センサであることを特徴とする、請求項３又は４に記載の搬送装置。
前記第１の検出手段が第１の視覚センサであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の搬送装置。