JP2012240166A - ビジョンセンサ及び吸引装置を備えた吸着搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットに設けられた取出し手段が取出し対象のワークに対して正確に位置決めされていなくとも、ワークを効率よく１つずつ取出して搬送可能な吸着搬送装置の提供。
【解決手段】吸着搬送装置１０は、ロボット１２と、容器１４内にばら積みされた複数のワーク１６を検出可能なビジョンセンサ１８とを有する。ロボット１２には、複数のワーク１６から該ワークを１つずつ吸引して取り出すように構成された吸着ノズル２０が搭載される。ノズル２０は、ロボットアーム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、送風用部材２４を介して吸引装置２６に流体的に連結されている。吸引装置２６は、ノズル２０を通して空気を吸引し、取出し対象ワークをノズル２０の方向に引きつける吸引力をノズル２０に生じさせ、これによりノズル２０は取出し対象ワークを吸着保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビジョンセンサ及び吸引装置を備えたロボットによって、ばら積みされたワークの取出しを行う吸着搬送装置に関する。

箱内やパレット上にランダムに配置された、いわゆるばら積みされた複数のワークを、ロボットを用いて１つずつ取出す装置は周知である。例えば特許文献１には、電磁石、吸着パッド又はチャック機構を先端に有したロボットを用いて、コンテナ内の部品を把持して取り出すように構成された物品取出し装置が開示されている。

特開２０１０−１２５６７号公報

特許文献１に記載の発明では、ロボットハンドが取出し対象ワークの近傍にある他のワークに干渉したり、カメラによる位置検出誤差に起因してロボットハンドが取出し対象ワークに対して適切な位置・姿勢となるように移動できなかったりする等の不具合が生じ、ワークを効率よく取出すことが困難な場合があった。またロボットハンドとして磁力式のものを用いた場合は、複数個のワークを同時に吸引保持してしまい、ワークを１つずつ取出すことが難しい場合があった。

そこで本発明は、ロボットに設けられた取出し手段が取出し対象のワークに対して正確に位置決めされていなくとも、ワークを効率よく１つずつ取出して搬送可能な吸着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、ばら積みされた複数のワークのうちの１つを対象物として、ロボットに搭載した吸着ノズルにより吸着して取出して搬送する吸着搬送装置であって、前記ばら積みされた複数のワークの２次元画像を撮像するカメラ、及び該カメラが撮像した画像を処理する画像処理部からなり、前記撮像した２次元画像に基づいて取出すべき対象物を選択し、該対象物の２次元位置、及び該２次元位置から前記対象物と前記カメラとを結ぶ３次元空間上のカメラの視線を求めるビジョンセンサと、前記吸着ノズルに流体的に連結されるとともに、該吸着ノズルを通して空気を吸引し、前記対象物を該吸着ノズルの方向に引きつける吸引力を該ノズルに生じさせる吸引装置と、前記対象物に前記吸着ノズルが接触したことを検知する突当検知部と、を備え、前記ロボットにより、前記吸着ノズルを前記求めたカメラの視線に沿って前記対象物に接近させる接近動作を行い、該接近動作中に、前記突当検知部により前記対象物に前記吸着ノズルが当接したことが検知されたとき、前記接近動作を停止させ、前記吸引装置による吸引力により、前記吸着ノズルに対する前記対象物の姿勢が、前記当接時の当接時姿勢から、前記吸着ノズルに吸着保持されているときの吸着保持姿勢に修正される、吸着搬送装置を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の吸着搬送装置において、前記突当検知部は、前記ロボットのサーボのフィードバック情報を監視し、前記ノズルと前記対象物が接触したことに基づく該フィードバック情報の変化を検知することによって、前記対象物に前記吸着ノズルが接触したことを検知する装置である、吸着搬送装置を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の吸着搬送装置において、前記突当検知部は、前記吸着ノズルと前記ロボットの可動部との間に設けられた伸縮自在なフローティング機構であり、該フローティング機構は、前記吸着ノズルが前記対象物に接触したときに圧縮されるように構成される、吸着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１項に記載の吸着搬送装置において、前記対象物が前記吸着ノズルに嵌まり込む量を制限するための制限部材が前記吸着ノズルに設けられる、吸着搬送装置を提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸着搬送装置において、前記対象物が前記吸着ノズルにより保持されていることを検知する吸着検知部を有する、吸着搬送装置を提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の吸着搬送装置において、前記吸着検知部は、前記吸着ノズルから前記吸引装置までの間の空気圧、空気流量及び空気流速の少なくとも１つを検出する吸着検知センサである、吸着搬送装置を提供する。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の吸着搬送装置において、１回の取出し操作における前記対象物の取出し数を１つに限定すべく、前記吸着ノズルの開口部を該対象物の吸着部位よりも小さくした、吸着搬送装置を提供する。

本発明によれば、吸着ノズルの先端がワークに接触するだけでワークの取出しができるようになるため、ワークに対するノズルの位置・姿勢を正確に制御する必要がなく、ワークの状態や密着度合いによる取出しの困難さが是正され、ばら積み状態のワークの取出し効率が飛躍的に向上する。また、ビジョンセンサの検出精度の影響も小さくなる。さらに、ノズル形状をワークに適合させることにより、容易にワークの複数個取出しを防止でき、いわゆるワークの１個取りが可能になる。

突当検知部としては、サーボのフィードバックや、フローティング機構等の比較的簡易な手段を利用することができる。またフィードバックを利用する場合、ノズル近傍に部材や装置を設ける必要がなく、吸着搬送装置をよりコンパクトにできる。

吸着ノズルに制限部材を設けることにより、吸着ノズル内にワークが不都合に嵌まり込んでしまうことを確実に防止できる。

吸着検知部を設けることにより、取出し対象物が吸着ノズルに吸着保持されていることを確実に検知できる。また吸着検知部としては、ノズル内の圧力、風量又は線速を測定するセンサが好適に利用できる。

吸着ノズルの開口部を対象物の吸着部位よりも小さくすることにより、１回の取出し操作における対象物の取出し数を確実に１つに限定することができる。

本発明の一実施形態に係る吸着搬送装置の外観斜視図である。 本発明の一実施形態に係る吸着搬送装置を用いた、ワークの取出し手順を示すフローチャートである。 カメラを用いてワークを撮像している状態を示す図である。 吸着ノズルをアプローチ位置に配置した状態を示す図である。 吸着ノズルが取出し対象ワークに当接した状態を示す図である。 吸着ノズルの吸引力によって取出し対象ワークの姿勢が修正され、該吸着ノズルに該取出し対象ワークが吸着保持された状態を示す図である。 吸着ノズルに吸引保持されている取出し対象ワークを、第２のカメラで撮像している状態を示す図である。 吸着ノズルで吸引保持したワークを、仮置き台上に配置した状態を示す図である。

図１は、本発明に係る吸着搬送装置１０の概略構成を示す外観図である。吸着搬送装置１０は、ロボット１２と、容器１４内等の所定の場所にばら積みされた複数の（図示例では同種の）ワーク１６を検出可能なビジョンセンサ１８とを有する。ロボット１２には、複数のワーク１６から該ワークを１つずつ吸引して取り出すように構成された吸着ノズル２０が搭載され、より具体的には吸着ノズル２０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２２の先端に設けられる。吸着ノズル２０は、ロボットアーム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、配管、チューブ、ダクト等の送風用部材２４を介して吸引装置２６に流体的に連結されている。吸引装置２６は、吸着ノズル２０を通して空気を吸引し、後述する取出し対象ワークを吸着ノズル２０の方向に引きつける吸引力を吸着ノズル２０に生じさせ、これにより吸着ノズル２０は取出し対象ワークを吸着保持することができる。吸引装置２６としては、ワークの重量や吸着ノズルの寸法等に基づいて、該吸着ノズルで該ワークを吸着保持するのに必要な風量（線速）が得られるような仕様のものが選定される。

ビジョンセンサ１８は、ロボット１２の可動部（図示例ではロボットアーム２２の先端）に取り付けられ、容器１４内にばら積みされた複数のワーク１６の少なくとも１つ、好ましくは全体の２次元画像を撮像できるように構成されたカメラ２８と、カメラ２８が撮像した２次元画像を処理する画像処理部（図示せず）とを有する。画像処理部は、カメラ２８が撮像した２次元画像に基づいて、１つのワークを取出すべき対象物として選択し、該対象物の２次元位置、及び該２次元位置から該対象物とカメラ２８とを結ぶ３次元空間上のカメラ２８の視線を求める。但しカメラ２８は、ワーク１６を撮像できるのであればどの部位に設けられてもよく、例えばロボット１２の固定部や、ロボット１２以外の箇所に設けられてもよい。またワーク１６は、図示例では箱型の容器１４内にばら積みすなわちランダムに収容されているが、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に配置されていてもよい。

ロボット１２は、取出し対象ワーク１６が吸着ノズル２０により保持されていることを検知する吸着検知部を具備する。図示例では、該吸着検知部は、吸着ノズル２０内又はノズル２０から吸引装置２６までの間の圧力、風量及び線速の少なくとも１つを検出するように構成された吸着検知センサ３０である。吸着ノズル２０がワーク１６を吸着保持しているときは、吸着ノズル２０の開口端の少なくとも一部が該ワークによって遮られるので、ワークを吸着保持していないときに比べ吸着ノズル２０内の圧力、風量及び線速が低下する。吸着検知センサ３０によって、圧力、風量又は線速の変化を検出することにより、ノズル２０がワーク１６を吸着保持しているか否かを検知できる。

また吸着搬送装置１０は、吸着ノズル２０がワーク１６に当接したことを検知する突当検知部（図示例では吸着ノズル２０に設けられた突当検知センサ３２）を有する。図示された突当検知センサ３２は、吸着ノズル２０とロボットアーム２２の先端との間に設けられた伸縮自在のフローティング機構であり、該フローティング機構は、吸着ノズル２０が物体に当接したときに圧縮されるようになっている。該圧縮を検知することにより、吸着ノズル２０がワーク１６等の何らかの物体に当接したことを検知できる。

突当検知部としては、上記フローティング機構の代わりに、ロボット１２の各軸を駆動するサーボのフィードバックを解析する制御装置等の装置を利用することもできる。吸着ノズル２０がワーク等に接触すれば、サーボの電流値やモータのトルクが上昇する等、フィードバック情報に変化が生じるので、サーボのフィードバック情報を監視してその変化を解析することにより、吸着ノズル２０が何らかの物体に当接したことを検知することができる。

なお本実施形態におけるワーク１６は、後述する図５により明確に示すように、ノズル２０の内径より大きい外径部分を備えた第１の円柱状部分３４と、第１の円柱状部分３４の外径より小径であって第１の円柱状部分３４に同軸に連結された第２の円柱状部分３６とからなり、本実施形態では、ノズル２０との当接部分として、第１の円柱状部分３４の側面がノズル２０に吸着された状態でワーク１６が搬送されるべきものとする。このように、吸着ノズル２０の開口部を取出し対象ワーク１６の吸着部位よりも小さくすることにより、１回の操作におけるワークの取出し数を確実に１つに限定することができる。

但し本発明におけるワークの搬送形態はこれに限られるものではなく、例えば図示例のワーク１６において第２の円柱状部分の側面を吸着保持してもよいし、第１又は第２の円柱状部分の端面を吸着保持してもよい。またワークがディスク状である場合にはその表面又は裏面の一部を吸着保持する等が考えられ、このようにワークの吸着形態はワーク搬送先すなわち次工程の内容等に応じて適宜設定することができる。

次に、上記吸着搬送装置１０によるワーク１６の搬送手順について、図２のフローチャート及び図３−図６を参照しつつ説明する。先ず図３に示すように、ロボット１２を操作して、容器１４内のワーク１６を撮像できる位置にカメラ２８を移動させ（ステップＳ１）、カメラ２８を用いて該ワーク１６の２次元画像を撮像する（ステップＳ２）。次にカメラ２８により得られた２次元画像について画像処理を行い、取出し対象とすべき１つのワーク１６を検出・選択する（ステップＳ３）。第１のビジョンセンサ１８による取出し対象の検出・選択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、例えば容器１４内の複数のワーク１６を撮像して得られた画像を処理し、各ワークの位置及び姿勢（向き）を求め、吸着ノズル２０がワークを吸引するために必要な吸着ノズル２０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）なるようなワークを選択すること、さらにワークが互いに重なっているときは上側のワーク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ワークが検出されたら（ステップＳ３）、図４に示すように、ロボット１２の動作を制御して、吸着ノズル２０をアプローチ開始位置へ移動させる（ステップＳ４）。ここでアプローチ開始位置とは、取出し対象のワーク１６から所定距離離れ、かつ吸着ノズル２０が容器１４内に向けて（例えば矢印で示すような）カメラ２８の視線方向移動することにより、吸着ノズル２０の先端（吸引口）が最初に該取出し対象ワーク１６（より詳細にはワーク１６の第１の円柱部分３４の側面）に当接し得る位置を意味する。またカメラ２８の該視線とは、カメラ２８が撮像したワーク１６の２次元画像に基づいて取出すべき対象物を選択し、該対象物の２次元位置、及び該２次元位置から取出し対象ワークとカメラ２８とを結ぶ３次元空間上のカメラの視線を意味する。

次に、吸着ノズル２０の先端から空気を吸引して所定の吸引力が得られるように、図１に示した吸引装置２６を起動し（ステップＳ５）、その状態でノズル２０を取出し対象ワーク１６に向けて接近（移動）させる（ステップＳ６）。なお吸引装置２６の起動は、後述するノズル２０と取出し対象ワーク１６との接触の直前又は直後に行ってもよい。

ステップＳ６で説明した吸着ノズル２０の移動は、上述の突当検知器３２が、移動中の吸着ノズル２０が取出し対象ワーク１６に当接したことを検知するまで続けられる（ステップＳ７）。ここで、図５に示すように、吸着ノズル２０の先端がワーク１６（図示例では第１の円柱部分３４の側面）に当接した直後の状態（当接時姿勢）では、該ワーク１６は吸着ノズル２０に対して適切な姿勢となっていないが、上述のように吸着ノズル２０に連結された吸引装置２６は作動中なので、吸着ノズル２０に生じる吸引力によって、図６に示すように、取出し対象ワーク１６の姿勢（３次元的な傾き）が修正され、該ワーク１６は吸着ノズル２０に適切に吸着保持された状態（吸着保持姿勢）となる。換言すれば本願発明では、吸着ノズル２０が取出し対象ワーク１６に当接すれば、該吸着ノズルの吸引力によって取出し対象ワークの姿勢が、当接時姿勢から吸着保持姿勢に自動的に修正される。従って本願発明では、取出し対象ワークに吸着ノズル２０をアプローチさせる際の吸着ノズルの位置・姿勢を厳密に規定する必要はない。

ここで図５及び図６に示すように、吸着ノズル２０は、取出し対象ワーク１６が吸着ノズル２０内に嵌まり込む量を制限するための制限部材３８を有してもよい。図示例の制限部材３８は、吸着ノズル２０の先端から、ワーク１６の許容嵌まり込み量に相当する距離だけ離れた位置に取り付けられたネジ又はピン状の部材であり、吸着ノズル２０の内部に延在し、吸着ノズル２０内でのワーク１６の移動距離を許容値内に制限できるようになっている。なおネジやピン状部材の代わりに、吸着ノズル２０内にメッシュを設けてもよい。

吸着ノズル２０が取出し対象ワーク１６に当接したことが検知されたら、吸着ノズル２０の移動を一旦停止させ、次に吸着ノズル２０を、取出し対象ワーク１６を取出すように退避移動（通常は上昇）させる（ステップＳ８）。ここで、上述の吸着検知センサ３０を用いて吸着ノズル２０内の圧力、風量及び線速の少なくとも１つを測定し、測定値に基づいて吸着ノズル２０がワークを保持しているか否かを判定する（ステップＳ９）。すなわち、吸着ノズル２０内の圧力が所定の負圧以下になっているか、風量が所定の値以下になっているか、線速が所定の値以下になっていれば、それは図６に示すように取出し対象ワーク１６が吸着ノズル２０に好適に吸着保持されていることを意味するので、ロボット１２を操作して吸着保持しているワークを所定の搬送先に搬送する（ステップＳ１０）。

一方、吸着検知センサ３０により測定された吸着ノズル２０内の圧力が所定の負圧まで減圧されていないときは、吸着ノズル２０によるワークの吸着保持が失敗している（吸着ノズル２０がワークを保持していない）ことを意味するので、一旦吸引装置２６を停止させ（ステップＳ１１）、ステップＳ１に戻って処理をやり直す。

ある取出し対象ワークの取出し・搬送が完了したら、図２のフローチャートに従って新たな取出し対象ワークの検出・取出し（吸着）及び搬送を行う。但し、前回のワーク取出し操作によって他のワークの位置・姿勢が大きく変化してない場合等は、ステップＳ１及びＳ２を省略することもできる。

上述のように本願発明では、空気の吸引により生じる吸引力を利用した吸着ノズルの使用により、吸引時の該吸着ノズルの位置・姿勢に関して自由度を向上させることができるが、該吸着ノズルに吸着保持されているワークの該ノズルに対する姿勢が、取出されるワーク毎に一定にならないことが考えられる。そこで図７に示すように、カメラ２８とは異なる、固定配置された第２のカメラ４０を使用し、吸着ノズル２０に保持されているワーク１６の姿勢を検出することも可能である。これにより、吸着ノズルに保持されているワーク１６の姿勢の検出結果を予め測定しておいた基本姿勢と比較する等の処理をすることにより、次工程での該ワークの姿勢を、ワーク間で常に一定にすることができる。

また吸着ノズル２０に保持されたワーク１６の姿勢の検出結果によっては、該ワークを保持し直す必要となる場合もある。そのような場合は、図８に示すように、吸着ノズル２０によって取出したワーク１６を一旦仮置き台４２に置き、ビジョンセンサのカメラ２８によって仮置き台４２上のワーク１６を検出して、該検出結果を利用して吸着ノズル２０によってワーク１６の吸着保持をやり直すことができる。

１０ 吸着搬送装置
１２ ロボット
１４ 容器
１６ ワーク
１８ ビジョンセンサ
２０ 吸着ノズル
２６ 吸引装置
２８ カメラ
３０ 真空圧センサ
３２ フローティング機構
３８ 制限部材
４０ 第２のカメラ
４２ 仮置き台

Claims (7)

1. ばら積みされた複数のワークのうちの１つを対象物として、ロボットに搭載した吸着ノズルにより吸着して取出して搬送する吸着搬送装置であって、
   前記ばら積みされた複数のワークの２次元画像を撮像するカメラ、及び該カメラが撮像した画像を処理する画像処理部からなり、前記撮像した２次元画像に基づいて取出すべき対象物を選択し、該対象物の２次元位置、及び該２次元位置から前記対象物と前記カメラとを結ぶ３次元空間上のカメラの視線を求めるビジョンセンサと、
   前記吸着ノズルに流体的に連結されるとともに、該吸着ノズルを通して空気を吸引し、前記対象物を該吸着ノズルの方向に引きつける吸引力を該ノズルに生じさせる吸引装置と、
   前記対象物に前記吸着ノズルが接触したことを検知する突当検知部と、を備え、
   前記ロボットにより、前記吸着ノズルを前記求めたカメラの視線に沿って前記対象物に接近させる接近動作を行い、該接近動作中に、前記突当検知部により前記対象物に前記吸着ノズルが当接したことが検知されたとき、前記接近動作を停止させ、前記吸引装置による吸引力により、前記吸着ノズルに対する前記対象物の姿勢が、前記当接時の当接時姿勢から、前記吸着ノズルに吸着保持されているときの吸着保持姿勢に修正される、吸着搬送装置。
2. 前記突当検知部は、前記ロボットのサーボのフィードバック情報を監視し、前記ノズルと前記対象物が接触したことに基づく該フィードバック情報の変化を検知することによって、前記対象物に前記吸着ノズルが接触したことを検知する装置である、請求項１に記載の吸着搬送装置。
3. 前記突当検知部は、前記吸着ノズルと前記ロボットの可動部との間に設けられた伸縮自在なフローティング機構であり、該フローティング機構は、前記吸着ノズルが前記対象物に接触したときに圧縮されるように構成される、請求項１に記載の吸着搬送装置。
4. 前記対象物が前記吸着ノズルに嵌まり込む量を制限するための制限部材が前記吸着ノズルに設けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸着搬送装置。
5. 前記対象物が前記吸着ノズルにより保持されていることを検知する吸着検知部を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸着搬送装置。
6. 前記吸着検知部は、前記吸着ノズルから前記吸引装置までの間の空気圧、空気流量及び空気流速の少なくとも１つを検出する吸着検知センサである、請求項５に記載の吸着搬送装置。
7. １回の取出し操作における前記対象物の取出し数を１つに限定すべく、前記吸着ノズルの開口部を該対象物の吸着部位よりも小さくした、請求項１〜６のいずれか１項に記載の吸着搬送装置。

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