JP2016199400A - 物品供給装置 - Google Patents
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Abstract
Description
生産設備においては、容器の形状に合わせた内側形状、寸法を有する、外形状が一定であるホルダや袴(はかま)と呼ばれる搬送用部材を使用することで、これらの様々な容器を扱い生産することを可能としている。
このような生産設備において、様々な大きさや形状の容器を搬送用部材に自動投入することは困難で、手作業で行っていることが多い。
また、容器に装着されるキャップについても、機能やデザインの面等から様々な大きさおよび形状のものが存在している。
キャップにおいても容器と同様に自動機械では扱える範囲に限界があり、手作業によってキャップを搬送用部材、搬送装置、また容器そのものに供給していることが多い。
キャップ、容器共に、手作業者や自動機械への供給は、納入された箱から直接であったり、ホッパーに貯めた状態からであったり、ベルトコンベヤなどの搬送装置などからによる。
手作業や自動機械の作業は、容器が一定方向で寝ている状態、バラバラの向きで寝ている状態または完全にランダムな方向にある状態から、容器への内容物の充填やキャップ締めするために行われる。この作業は、容器を起立させて、目的の位置へ置くという、複雑な動作を要する作業となる。
従来は動きのパターンが、ある一定範囲に定まった機械装置で行っていた物品のハンドリング作業、特に、ピックアンドプレイスと呼ばれる、物品を把持して持ち上げ(ピックする)、所定の位置に移動して所望する方向にして置く(プレイスする)ハンドリング作業においても、ロボットを使用することが増えつつある。
ロボットを用いれば、容易に、様々な大きさや形状の容器やキャップをピックアンドプレイスし、搬送用部材に供給することができる。
例えば、特許文献1に記載の容器整列装置1では、容器5を整列させるロボット2の下流側で、多数の仕切り部材を有するバケットコンベヤからなる第1搬送コンベア3を有する。第1搬送コンベア3は、搬送方向の下流から上流側(ロボット8側)に向かって徐々に高くなるように全体として傾斜されている。容器5は、各バケットに1つずつ載置され第1搬送コンベア3の長手方向に沿って搬送された後、上流側のロボット2でピックされる。また検出手段は、容器に対して鉛直方向から撮像しており、しかも、ロボット2によるピック位置よりも下流側の離間した位置に配されている。
また、特許文献2に記載の容器整列装置1では、第1搬送コンベアで、扁平な容器3を横転状態(水平状態)にしてロボット12まで搬送する。ロボット12は、容器3をピックして、第2搬送コンベア上で、第2搬送コンベアの搬送方向と平行な状態(すなわち水平状態)で落下し、落下した容器3は、バケット28により正立される。
この問題は、例えばピック面が水平面であると、物品の形状によっては、物品が水平面と、直線、点、または小さい面で接触するため、物品がピック面で転がりやすかったり、揺れたり、回転しやすくなったりして発生する場合がある。
特に、物品が、長尺方向に対して垂直方向の断面が楕円形、または円形のボトルの場合に発生しやすい。または、長尺方向の断面が胴膨れのボトルの場合に、上記の問題が発生しやすい。
特許文献1に記載の容器整列装置1では、容器5は、ロボット8に到達するまでに第1搬送コンベア3で移動されており、広い設置スペースを要する。また、検出手段とロボット8とが離れているため、動きやすい形状の容器では、移動の間に容器5が動いてしまいロボット8による容器5の保持が失敗してしまう可能性がある。
また、特許文献2に記載の容器整列装置1においても、ロボット12に到達するまでに第1搬送コンベアで移動されており、同様に広い設置スペースを要する。さらに、容器3をバケット28のガイド部28Bに落下しながら起立させるため、ガイド部28Bの中で容器が斜めに詰まってしまうことがある。また、ガイド部28Bの型を容器の形状に合わせているため、1種類のガイド部28Bでは様々な形状や大きさの容器には対応できない。
本発明は、様々な大きさや形状の物品を確実にピックアンドプレイスする物品供給装置の提供を課題とする。
前記固定斜面部を撮像する撮像装置と、前記撮像された画像によって前記物品のピック位置を決定する位置決定手段とをさらに備え、
前記固定斜面部は、前記固定斜面部の下端側から立設され、前記固定斜面部に置かれた状態の物品の下方側に当接して前記固定斜面部上に前記物品を静止状態で保持する支持部材を備え、
前記撮像装置は、前記固定斜面部との位置関係およびその撮像方向が固定されており、
前記ピックアンドプレイス装置が、前記位置決定手段により決定したピック位置にて前記物品のピック動作を行う
物品供給装置を提供する。
撮像装置30は、予め定められた一定の方向、すなわち所定の撮像方向から静止した物品1を撮像する。画像処理装置31は、撮像装置30より伝送された画像データIdに基づいて、物品1の位置と首部4の方向を特定する画像認識を行う。
そして、ピックアンドプレイス装置40が当該位置にて物品1をピックし、空間位置を定める動作と腕部43の先端3軸の回転動作とで、物品1の首部を上に向けて、搬出装置50の袴51に入れる。
このため、各種形状の物品をピックアンドプレイスすることができ、上記課題を効果的に解決することができる。
図16に示すように、第2の実施の形態の物品供給装置100では、ピックアンドプレイス装置40が物品1をプレイスするプレイス面62は、固定斜面部20と同じ方向に傾斜している。上記同じ方向に傾斜しているとは、固定斜面部20と、プレイス面62に置かれた物品のプレイス面62との接触部が概平行であることを意味する。ピックアンドプレイス装置40は、物品1を搬出装置50のプレイス面62に物品1の側面にて安定的にプレイスすることができる。すなわち、プレイス面62の斜面に沿うように物品1を倒して安定的にプレイスすることができる。なお、固定斜面部20は、ベルトコンベヤなどの搬送装置のように物品1に力を加えて水平方向に移動させる機能は有さない。
また、ピックアンドプレイス装置40は、固定斜面部20とプレイス面62が概ね同じ方向に傾斜しているので、空間位置を定める動作と、腕部43の先端1軸のみの回動動作で物品1の首部4を上に向けてプレイス面62にプレイスすることができる。
物品供給装置100は、このように物品1の起立動作を搬出装置50に分担させることにより、ピックアンドプレイス装置40の軸数を少なくすることができる。
また、ピックアンドプレイス装置40は、支持部材21とプレイス面62が概ね同じ方向に傾斜している。このため、空間位置を定める動作と、腕部43(図12参照)の先端1軸のみの回転動作で物品1の首部4を上に向けてプレイス面62にプレイスすることができる。なお、固定斜面部20は、ベルトコンベヤなどの搬送装置のように物品1に駆動装置によって力を加えて水平方向に移動させる機能は有さない。
物品供給装置100は、このように物品1の起立動作を搬出装置50に分担させることにより、ピックアンドプレイス装置40の軸数を少なくできる。
図1は、第1の実施の形態に係る物品供給装置100の全体を示した図である。
物品供給装置100は、本実施の形態においては、長尺形状を有し、当該長尺方向の一端側を底部、他端側を首部とする物品1を生産ラインに供給する装置である。任意の位置および方向に投入された物品1をピックアンドプレイス動作によって物品1の首部4が上となるように整列して後工程に搬出する。
また、一般的な蓋(キャップ)や特殊機能を有する蓋も物品1の例として挙げることができる。特殊機能を有する蓋としては、使用者がトリガを引くことにより製品をチューブで吸い上げて噴霧または吐出するディップチューブ付きのトリガーキャップ、ポンプキャップ等がある。
なお、以下では、同種の構成要素については、構成要素を特定する数字に英小文字を添付して区別し、特に区別しない場合は数字のみによって表記するものとする。
例えば、撮像装置30a、30bやピックアンドプレイス装置40a、40bは、特に区別しない場合は、単に撮像装置30、ピックアンドプレイス装置40と記す。
容器貯蔵部11に貯蔵された物品1の位置や方向は、投入時のままの乱雑な状態となっている。
供給装置10は、固定斜面部20と同じ方向で傾斜した床面と、該床面を固定斜面部20より下位から固定斜面部20の高さまで昇降させる不図示の昇降装置とを備える。この床面は、具体的には、床面が上下移動を繰り返す幅広上下移動床12と、床面が固定された幅広固定床13とが固定斜面部20に向かって登り階段状に配置されている。さらに上下移動床14と、床面が固定した固定床15とを固定斜面部20に向かって登り階段状に交互に配置して、構成されている。また、幅広上下移動床12と幅広固定床13の床面、上下移動床14と固定床15の床面は、物品1の供給方向に下るように傾斜しており、固定斜面部20に物品1を供給するための階段状の床面をなしている。
最下部の幅広上下移動床12は、容器貯蔵部11の傾斜シュートの出口と隣接している。出口で幅広上下移動床12に拾い上げられた物品1は、幅広上下移動床12の上下移動によって上側に隣接する幅広固定床13に移される。そして、当該幅広固定床13を自重によって降下する。次に、上下移動床14の上下移動によって上側に隣接する固定床15に移され、当該固定床15を自重によって降下する。以降、物品1は、同様にして、上下移動床14の上下移動によって上側に隣接する固定床15に移され、当該固定床15を自重によって降下することにより順次中継されながら固定斜面部20に供給される。
なお、供給装置10の床面上下運動は、ピックアンドプレイス装置40や搬出装置50から独立または、連動して上下運動を繰り返している。
固定斜面部20の下端部には、固定斜面部20の下端全長に渡って支持部材21が設けられている。そして、固定斜面部20を転がり下る、または滑り下る物品1は、支持部材21に当接して、長尺方向を物品1の供給方向Sに直角に向けて固定斜面部20の上に静止する。
また、本実施の形態では、固定斜面部20の傾斜方向の幅は、物品1の1つ分程度の幅に設定されている。そして、既に物品1が置かれている位置に供給装置10により、物品1が更に供給されることがないようになっている。
本実施の形態では、供給装置10として、固定斜面部20に物品1を供給できるものであれば、例えば、ベルトコンベヤなど、他の装置を用いてもよい。
撮像装置30は、固定斜面部20に対して所定の方向から、より具体的には概垂直方向を撮像方向として物品1を撮像する。すなわち、撮像装置30は、固定斜面部20に対して概垂直上方の位置から物品1を撮像する。このような撮像は、後述の物品情報を、より精度の高いピック処理に貢献するものとして生成する観点から好ましい。ここでいう「概垂直上方の位置」とは、撮像装置30の撮像方向と固定斜面部20の面とが成す角度を固定斜面部20の面に対して65°〜115°、好ましくは75°〜105°、さらに好ましくは80°〜100°を成し撮像装置30が固定斜面部20の上方である位置をいう。撮像装置30の撮像方向と固定斜面部20の面とが成す角度を設置可能な範囲で90°に近づけることで、物品1をより歪が少なく撮像することが可能である。また、固定斜面部20から上方への距離は遠いほうが物品1を撮像したときの歪みの影響を少なくすることが可能である。撮像装置30は、ピックアンドプレイス装置40の動作を妨げず、また撮像装置30の調整が容易な高さに設置されることが好ましい。
物品供給装置100は、長手方向に延設された固定斜面部20の全領域を撮像範囲とするために、固定斜面部20の一端側を撮像する撮像装置30aと、他端側を撮像する撮像装置30bを備えている。
撮像装置30の種類は特に限定されない。撮像装置30には、高速処理が可能で、高解像度を有するものが好ましい。
画像処理装置31は、物品1の形状を認識するための登録画像(基本画像)を参照データとして記憶しており、撮像装置30から送られてきた画像データIdと登録画像とをパターンマッチングなどの処理を行う。この処理により、画像上の物品1を認識し、その位置と方向を示す物品情報を生成する。
このように本実施の形態では、画像処理装置31で「物品1の位置と方向の解析」を行う。制御装置32で「エンドエフェクタ46が作用する目標座標値と目標方向の演算」を行う。この様に画像処理装置31と制御装置32とで機能分担をしており、両者でピック位置の位置決定手段33となる。このように、位置決定手段33は、撮像装置30により撮像された撮像データに基づいて物品1の位置および方向を解析する機能を有する。それとともに、位置決定手段33は、位置および方向を解析して得た物品1の位置情報Ipから目標座標値と目標方向とを演算して、その演算結果をエンドエフェクタ46に指示するものである。ただし、ピック位置の位置決定手段33としては、この形態に限定されるものでなく種々の形態をとり得る。例えば、「物品1の位置と方向の解析」および「エンドエフェクタ46が作用する目標座標値と目標方向の演算」を、画像処理装置31および制御装置32のいずれか一方が行い、ピック位置の位置決定手段33として機能してもよい。上記ピック位置は一つの物品1ごとに計算により1箇所が決定される。
何れを用いる場合も大量の物品1を処理するため高精度で高速処理が可能なものが望ましい。
本実施の形態のごとく、固定斜面部20を、透明部材、半透明部材、または透明部と半透明部とを組み合わせた部材のいずれかの透光性部材からなる。固定斜面部20は、その背面より後述のごとくミラーを介した照明装置で照らされる。このようなバックライト方式で固定斜面部20を照明することは、物品1の輪郭の認識性が向上するため、高速画像処理に適している。このバックライト方式については、図3を参照して後述する。
具体的には、制御装置32は、画像処理装置31からの物品情報に基づき制御装置32で生成した制御信号Scによりピックアンドプレイス装置40の動作を制御する。その動作は、ピックするためのエンドエフェクタ46の目標座標値と目標方向に基づいた動作で固定斜面部20から物品1をピックして拾い上げる。さらに、指定された目標方向に物品1の向き合わせをして、物品1の底部3が下、首部4が上になるように物品1の姿勢を変えることで物品1を起立させて袴51に挿入する。これにより、物品1は、搬出装置50の袴51に起立した状態でプレイスされる。
プレイスの際に、制御装置32が、各種センサなどにより、挿入対象となる空の袴51の位置を認識すると、プレイスの失敗を防止できて好ましい。
制御装置32は、通常、これら2台のピックアンドプレイス装置40それぞれに設けられている(図示せず)。それぞれの制御装置32を一括して制御すると、2台のピックアンドプレイス装置40を連動して制御することができる。すなわち、ピックアンドプレイス装置40a、40bを同時に並行運転したり、順序だてて運転したりすることができる。これによって袴51に物品1の無い空き袴51を発生させることを防止できる。それとともに、2台のピックアンドプレイス装置40の処理能力を同等にすることができる。上流側のピックアンドプレイス装置40bと下流側のピックアンドプレイス装置40aの処理能力を同等にするには、ピックアンドプレイス装置40bは、搬出方向に、1個挿入、1個空きを繰り返す。搬出方向とは、図1中に示した矢印Pの方向である。以下、搬出方向Pともいう。ピックアンドプレイス装置40aは、当該1つおきの空き袴51に物品1を挿入すると良い。また、それぞれの制御装置32を個別に動作させる。例えば、搬出方向Pの上流側のピックアンドプレイス装置40bを最大能力で動作させる。その場合と、搬出方向Pの下流側のピックアンドプレイス装置40aは、空の袴51に物品1をプレイスする。このようにして、2台のピックアンドプレイス装置40の合計能力を高めることができる。
そして、ピックアンドプレイス装置40は、物品1を腕部43によって搬出装置50の方に移動させ、首部が上になるように向き合わせをして袴51に挿入し、その後、吸着を停止して真空破壊を行い、物品1を袴51内に解放する。
袴51には、物品1の底側を下に向けて挿入する凹部が形成されている。通常、物品1を、ベルトコンベヤなどの搬送装置に直接プレイスすると、不安定になりがちである。これに対し、袴51に挿入することにより、首部を上にした物品1を安定的に立てることができる。
また、形状や大きさが異なる物品1であっても、袴51の外形を同一にできるので、搬出後の処理が容易である。例えば、袴51を位置決めすることにより物品1の充填口部の位置決めが成されるため、液体製品の充填やキャップ締めなどの下流の工程の効率を高めることができる。
ベルトコンベヤ52は、ピックアンドプレイス装置40が物品1をプレイスする際に、搬出方向Pに移動していたり、一旦停止したりするなど、各種の運転方法が可能である。
図2(a)に示したように、物品1は、側面底部で平面上22と1本の直線で接触するため、両矢印で示した方向、即ち、側面で転がる方向に自由度を有している。そのため、物品1を安定的に置くことはできない。このように物品1が動きやすいと、撮像中または撮像後に物品1が動く場合がある。または、ピック時に物品1が動いたりするなどして、画像認識した物品1の位置または方向と、ピックアンドプレイス装置40がピックする際の物品1の位置または方向との間に差異が生じる場合がある。この差異により、ピックアンドプレイス装置40が物品1をピックできない。または、認識した物品情報と異なる位置もしくは向きでピックすることになる。その結果、プレイスする場所が所望の位置と異なることになる。
図2(b)は、当該物品1を本発明の固定斜面部20に置いた状態を固定斜面部20の長手方向から見た正面図を表している。
固定斜面部20は、物品1が自重で固定斜面部20を降下するのに十分な勾配を有している。
また、固定斜面部20の下端部分には、固定斜面部20から不図示のブラケットにて、固定斜面部20から張り出して固定斜面部20と共に物品1の保持部201を形成する壁面である支持部材21が設けられている。
なお、固定斜面部20を転がって降下する物品1に対しては、斜面と水平面とが成す角度である傾斜角度を小さくすると、物品1の落下速度が速くなりすぎることを抑制できる。また固定斜面部20を降下した物品1が支持部材21を乗り越えることを防止できる。その結果、物品1が確実に固定斜面部20の支持部材21に支持できるので好ましい。固定斜面部20上を滑って降下する物品1に対しては、固定斜面部20との摩擦力に対抗して物品1が滑り降りる程度に傾斜角度を大きく調節すると、物品1が確実に固定斜面部20の支持部材21に達するので好ましい。
物品1は、側面が固定斜面部20と直線で接触し、かつ、支持部材21とも他の直線で接触するので確実に停止する。
そのため、ピックアンドプレイス装置40は、画像認識で特定した位置および方向にて物品1を確実にピックすることができる。
図2(c)は、楕円断面を有すると共に、長尺方向に丸みを帯びた物品1を、平面22に置いた状態を示した正面図、側面図、および上面図である。
図2(c)に示したように、物品1は、側面底部で平面22と点、もしくは小さい面で接触する。そのため、物品1は、両方向矢印で示した方向に、平面22と接触している点を中心に四方に揺れたり、もしくは回転したりする不安定性を有する。
物品1が上記の楕円形断面を有する場合であっても、物品1が自重により固定斜面部20と支持部材21の2カ所に当接するため安定的に停止する。しかも固定斜面部20上には、供給方向に重なることなく物品1が停止するようになっている。
また、物品1は、物品1の楕円形断面の長軸が固定斜面部20の傾斜と概平行になる姿勢で停止すると安定性が高くなる。しかも、物品1を真空吸着にてピックできる位置となる物品1の胴部が、固定斜面部20に概垂直な方向に対して平らでかつ大きくとれるので好ましい。
このため、撮像後に物品1が動いてしまい、画像処理装置31からの情報と実際の物品1の位置や方向に差が生じることを防止でき、ピック動作も安定する。特に、空ボトルやキャップなど軽量な物品に対して、ピックアンドプレイス装置40のピック動作が安定する。また、これにより、ピックアンドプレイス装置40の高速稼働に合わせて、上記のような軽量物品をタイミングよく安定的に連続供給することが可能となる。
図3に示したように、本実施の形態において、固定斜面部20は、物品1を乗せる水平に対し傾いた上側斜面部材としての透明板23と、透明板23の下側に透明板23と重ねて配置された下側斜面部材としての半透明板24とで構成されている。半透明板24は、光拡散機能を有する透光部材であり、入射した光を拡散させて射出する機能を有する。
半透明板24の下部の領域には、照明装置として、物品1に照射する光の光源25と、当該光を固定斜面部20の方向に反射するミラー26が収納されている。
このように、光源25は、ミラー26と組み合わせられることで照明装置として機能しており、固定斜面部20を透過する光Rを物品1の背後より照射している。即ち、固定斜面部20に対して撮像装置30が設置された側とは反対側より、光Rが照射される。このように、照明装置は、固定斜面部20の背後より撮像装置30に向かう光Rを、固定斜面部20を通過するように与える。
また、光源25は、ミラー26を用いたことで固定斜面部20から離れた位置に設置できるため、メンテナンスを容易に行うことができる。
光源25としては、撮像範囲にむら無く均一に光を照射できるものが好ましい。特にLEDは、低電力でしかも長期間に渡って光量が安定しているので好適に用いられる。
また、光源25から照射した光Rが半透明板24に平行光として投射されるようにミラー26を凹面形状とするなど、曲面形状を用いてもよい。
透明板23の表面は、固定斜面部20を構成するため、長期使用によって表面に傷が発生しないように、硬度が高く、滑りの良いものが好ましい。
また、透明板23の固定方法は特に限定されない。本例では、半透明板24と支点27で着脱可能に接合されている。そのため、透明板23が傷ついた場合、支点27から透明板23を取り外して容易に交換することができる。
半透明板24は、ガラス、またはポリカーボネート、ポリスチレンなどの樹脂により構成された光拡散機能を有する半透明の板部材であり、下側固定斜面部材として機能している。半透明板24は、例えば表面が粗さを有することで光拡散機能を有する。
半透明板24は、ミラー26で反射した光を分散して透過し、固定斜面部20全体に平均化して照射されるようにする。
1重構造の場合は、半透明板24が固定斜面部20の構成と光の均一化とを同時に行うため、固定斜面部20の構造を単純化することができる。
また、固定斜面部20の表面に傷つき防止用の保護膜を設けることが好ましい。傷防止用の保護膜には、可視光線の光透過性を有しかつ滑り性の良い、例えば高分子ポリエチレンテープ、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)含浸ガラスクロステープ等が用いられる。
また、1重構造であっても固定斜面部20の角度は調節可能とすることができる。
図4(a)に示すように、照明装置は、光源25を備えている。この光源25には、例えば、半導体発光素子として、例えば発光ダイオード(LED)を用いることができる。また、蛍光管、電球等を用いてもよい。光源25には複数本の光ファイバ91が接続されている。各光ファイバ91の射出端には光ファイバ91内を伝送された光を拡散する光拡散部92が配されている。この光拡散部92は、光拡散機能を持つものであればよく、光ファイバ91の先端部を球状体としたものでもよい。また不図示の凸レンズもしくは凹レンズを配しても良く、または、不図示の凸レンズと凹レンズとを組み合わせた光学系を配してもよい。さらには、光ファイバ91の先端に凸状のミラーを配置して光を拡散させてもよい。各光ファイバ91の射出端は、射出された光が固定斜面部20の裏面方向から固定斜面部20に対して垂直方向に入射されるように配されている。例えば、光ファイ91の射出端が固定斜面部20の全面にわたって固定斜面部20の長手方向およびその長手方向に直交する幅方向に、それぞれ、等間隔になるように配されることが好ましい。
このように光ファイバ91、93を用いると、特に固定斜面部20の隅部にまで均質に光を行き渡らせることが容易になる。
更に、通常光量または高光量の場合は、高コントラストで物品1を撮像できるため、物品1の位置や方向を高精度で認識することができる。
図5に示すように、固定斜面部20の傾斜角度αは5°(度)〜75°であればよく、好ましくは15°〜65°である。
15°以上とすることで物品1を確実に速やかに降下させることが可能となる。また65°以内とすることで、固定斜面部20を降下した物品1が支持部材21を乗り越えることを防止できる。さらに、速やかに固定斜面部20の支持部材21で確実に停止する。
これにより固定斜面部20に供給された物品1がさらに速やかに停止するようになる。そのため、物品1を供給した後直ちに画像認識処理を開始して画像認識し、ピックアンドプレイス装置40によるピック動作を行うことができる。
なお、例えば、支持部材21を円柱形状の棒やパイプなど他の形状の部材で構成したり、支持部材21そのものが、衝撃吸収機能を有す部材で構成するなどしても良い。
さらに、固定斜面部20および支持部材21には、物品1の降下速度を高める機能を配しても良い。そのような機能としては、固定斜面部20自身を振動させるバイブレータ、上下動を行う電動装置またはエアシリンダ、スイング動作を行う回転モータや電動装置またはエアシリンダなどが挙げられる。
支持部材21は、通常の円形あるいは楕円形断面のボトルを扱う場合、斜面に対して概ね垂直に立てる、すなわち角度βは約90°とするのが好ましい。
図6に示すように、固定斜面部20の下部にて支持部材21を貫通するエアブローノズル28を設けることが好ましい。エアブローノズル28は、固定斜面部20の上に残った物品1が邪魔な場合にエアブローノズル28から高圧エアを噴射して物品1を固定斜面部20から吹き飛ばすようにして除去することができる。物品1が邪魔な場合として、物品1の姿勢が悪くピックアンドプレイス装置40でピックできない場合、または物品1が重なって画像認識が困難な場合が挙げられる。
再度の搬入作業は、吹き飛ばされた物品1を供給装置10や容器貯蔵部11や物品ホッパーなどへ戻すベルトコンベヤなどの搬送装置を設けて戻してもよい。または、一度系外に排出したものを手作業で戻してもよい。
棒状の支持部材21の断面形状は特に限定されず、例えば四角棒でも丸棒でも良い。棒状の支持部材21の表面が物品1と接する部分は、滑らかな平面や曲面とすると物品1を傷つけることがないので好ましい。棒状の支持部材21の材質は特に限定されず、例えば、樹脂、金属、ゴムなどが挙げられる。支持部材21は、物品1が跳ね返ることを防止する衝撃吸収機能を有する部材としたり、衝撃吸収機能を有する部材を支持部材21張ることが好ましい。棒状の支持部材21の間隔Dbは物品1の長さLcの60%未満とすることで、棒状の支持部材21の間から物品1が落下することを防止できる。長さLcは、物品1の底部3から首部4の上端までの長さをいう。言い換えれば、物品1の高さである。棒状の支持部材21の高さHは、物品高さhの90%以上とすることで、物品1が棒状の支持部材21を乗り越えて落下することを防止できる。また、物品高さhの150%未満とすることで、ロボットが物品1をピックして移動する際に、棒状の支持部材21を回避することが容易となり好ましい。
物品1が支持部材および固定斜面部20に、点と線、点と面、線と線、もしくは面と面、といったように複数個所で接触する。すなわち物品1は少なくとも2カ所で接触することで、画像認識からピックに至るまでの間、物品1をより安定的に保持することができる。加えて物品1が線、点、面、もしくはこれらの組み合わせにより3カ所以上で固定斜面部20および支持部材21と接触すると、さらに安定的に物品1を保持することができる。
さらに、ピックアンドプレイス装置40がピック動作を行う際に、物品1が動いて、制御装置32が演算したエンドエフェクタ46が向かうべき目標座標値とエンドエフェクタ46の目標方向からずれることを抑制することもできる。ピック時にこれらのずれが発生すると、ピックそのものが行えなかったり、不正確なピックで物品1のプレイス時に目標から位置や姿勢などがずれることとなったりして、プレイスに失敗する原因となる。これに対し、本発明で用いる固定斜面部20および支持部材21は、上記問題を回避すべく、前述のとおり物品1を安定的に保持することができる。したがって、正確なピックを可能とする物品1の静止状態を提供することができる。
また、面接触部は広い方が、線接触部は長いほど、安定的に物品1を保持することができる。
例えば、固定斜面部20を傾斜方向に湾曲させた曲面としたり、平板部分(平面部分)と湾曲部分(曲面部分)を組み合わせたり、もしくは、3次元的により複雑な形状としてもよい。
一方、固定斜面部20を平板形状とすることで、固定斜面部20の加工が容易となるとともに多様な形状の物品1を保持できるので好ましい。
図8(a)は、長尺方向の断面形状変化が少ない物品1を傾斜方向に湾曲した固定斜面部20で保持する場合を示した図である。図8の各図面中の左側の図面(以下左図という)は固定斜面部20の長手方向から見た正面図であり、各図面中の右側の図面(以下右図という)は物品1の上面図である。
図8(a)に示すように、固定斜面部20は、物品1の側面に沿うように傾斜方向に湾曲しており、長手方向より見た断面は曲線となっている。物品1は、楕円形の断面を有する筒状の形状を有している。
これらの箇所2a〜2cは、右図に示したように物品1の長尺方向に延びる3本の平行な直線となる。このように物品1の長尺方向の断面形状変化が少ない場合、物品1は、傾斜方向にのみ湾曲した固定斜面部20により複数の直線箇所で接触し、安定的に停止することができる。
これら箇所2a〜2cは、右図に示したように同一直線上にない3点となる。そして、物品1の重心は、これら3点を頂点とする三角形の内側にある。そのため、これら3つの点状の箇所2a〜2cで固定斜面部20および支持部材21と接することにより物品1は、安定的に保持される。
このように物品1の長尺方向の断面形状変化が大きい場合、固定斜面部20を、その長手方向に対しての幅方向の断面形状が、物品1の外形に対応した形状とすることで、物品1は、傾斜方向に湾曲した固定斜面部20に複数の点箇所で接触し、安定的に停止することができる。
図4に示したように、物品1は、固定斜面部20と箇所2aで接触し、支持部材21と箇所2bで接触する。物品1の長尺方向の断面形状変化が少ない場合であっても、固定斜面部20を、その長手方向に対しての幅方向の断面形状を、物品1の外形に対応した形状とすることで、物品1は、傾斜方向に湾曲した固定斜面部20に複数の点箇所で接触し、安定的に停止することができる。
物品1が固定斜面部20に接触する箇所が2本の平行な直線であるため、平板状の固定斜面部20でも物品1を安定的に保持することができる。
また、支持部材21も同様に湾曲、三角状、台形状、長方形状などの凹凸形状のものを設けても、物品1を安定的に保持することができる。支持部材21にこのような凹凸形状を設けることで、撮像やピックの際に物品1が供給方向に対して左右方向に振れることを防止できる。
また、固定斜面部20と支持部材21の少なくとも一方の上面の物品1と接する箇所に凹凸を形成することもできる。
固定斜面部20の幅L(固定斜面部20を構成するピック側部材の長手方向と直角方向の長さ:傾斜方向の長さ)は、物品1の供給方向長さ、即ち、物品1が固定斜面部20に置かれた際の、物品1の幅、すなわち幅L方向の長さの、0.8倍以上、1.8倍以下とすることが好ましい。
これにより、物品1を固定斜面部20の長さの範囲内に収めることが可能となる。また、物品1を固定斜面部20の長手方向にn個同時に乗せたい場合は、長さWを物品1の長尺方向の長さ×n×1.05以上とすることが望ましい。
本図においては、支持部材21を2分割としている。支持部材21は、分割型でも一体型でもよく、製作の容易な方とすればよい。
側面ガイド29の材質は特に限定されないが、磨きステンレス板、滑りの良い樹脂などを選択することができる。
側面ガイド29を透明部材とすると、作業者が物品1の供給状況を確認しやすくなるため、固定斜面部20への物品1の供給量調整が容易になる。
図10(a)に示した例では、固定斜面部20の表面に複数の棒状の縦方向部材18が設けられている。
縦方向部材18は、台形状の断面を有し斜面方向に延設された細長い棒状の突起であり、上方(斜面から遠く斜面に平行な側)は、幅が細くなって上端面が平坦である峰部16を形成している。
供給装置10から供給された物品1は、切り欠き部17を経由して縦方向部材18の峰部16に乗り上げる。その後、物品1は、峰部16に沿って固定斜面部20を降下し、支持部材21に当接して停止する。
供給装置10から固定斜面部20の上端部に供給された物品1は、固定斜面部20の上面から切り欠き部17へ、更に、切り欠き部17から峰部16へと滑らかに導かれる。そのため、供給装置10から固定斜面部20への物品1の供給が円滑に行われる。
縦方向部材18の長さは、物品1が固定斜面部20のどこにあっても接触点を増やせるように、供給を妨げない範囲で、供給方向のほぼ全域にあった方が良い。
縦方向部材18は、物品1が固定斜面部20のどこにあっても接触点を増やせるように、供給を妨げない範囲で、供給方向のほぼ全域にあるのが好ましい。
縦方向部材18は、物品1の供給方向に平行に延在させて複数配置するのが好ましく、その配置のピッチD(図10(b)参照)は、細かい方が物品1との接触点を増やせて好ましい。
具体的には、ピッチDは、物品1の長尺方向の長さの10%から40%が好ましく、さらに好ましくは、20%から30%である。ピッチDは全て同一でも、異なるピッチDが混在していても良い。
バックライト方式でなく、撮像装置30側から物品1を照明するフロントライト方式の照明の場合は、ギラつきやハレーションを防止するため、2B材など反射性の低いステンレス板などの金属板や、表面が艶消しで明度が高い色の樹脂板などの、いわゆるレフ板を使用してもよい。
縦方向部材18を別体とする場合は、固定斜面部20に接着し、もしくは、ブラケットを設けて着脱可能に嵌め込んでも良い。
縦方向部材18を固定斜面部20から着脱可能に形成すると、縦方向部材18が摩耗した場合に、縦方向部材18を取り替えるだけで性能が維持でき、コスト低減を図ることができる。
このように縦方向部材18だけを用いて実質的な固定斜面部を形成する場合、塵などのゴミは、縦方向部材18の間を抜けて床面に落ちるため、清掃が容易となり固定斜面部を清潔に保てる。
以上、縦方向部材18を設け固定斜面部20を形成する場合について説明したが、支持部材21の表面についても同様の形状が可能である。
ピックアンドプレイス装置40は、ピック位置からプレイス位置まで物品1の方向を所望の向きとして移動させるものであり、腕部(アーム)43を備えている。
物品供給装置100では、ピックアンドプレイス装置40を用いて横に倒れている長尺形状の物品1を画像処理装置31が認識したピック位置にてピックする。そして、空間位置を定める動作と、腕部43の先端の回転動作とで、物品1の首部4を上に向け、底面3が下方になるように物品1を一定方向に揃えて、搬出装置50の袴51にプレイスする。
ピックアンドプレイス装置40の設置位置は特に限定されないが、固定斜面部20の鉛直上方、または固定斜面部20の鉛直上方に対して撮像装置30側とは反対側の何れかに配されていると、設備全体の設置面積をコンパクトにできるので好ましい。ピックアンドプレイス装置40の腕部(アーム)43が、物品1を自在にピックアンドプレイス可能なように、腕部43の先端がピック位置付近とプレイス位置付近とを固定斜面部20の鉛直上方を跨いで行き来できるように、ピックアンドプレイス装置40を配置せねばならない。
産業用に使用されている垂直多関節型ロボットは、動作速度はやや遅いものの、一般に5軸から7軸の自由度を有するため、広範囲で様々な姿勢をとることが可能である。このため、物品1を様々な位置に様々な姿勢で置く場合に好ましく用いることができる。また、ロボットの配置が容易であり、更に、腕を伸ばすような姿勢で物品1をピックできるため撮像装置30の視界を遮りにくい。
パラレルリンク型4軸ロボットは、一般にXYZ座標の空間位置決めを行う3軸と腕部43の先端の回転動作を行う1軸の計4軸を有する。Z軸(高さ)の移動範囲はXY軸(水平面)の移動範囲より小さいので、物品を置く場所や姿勢がやや限定される。
動作速度がスカラ型ロボットよりもさらに速いので効率よく物品1を処理することができる。腕部43が、スカラ型ロボットや垂直多関節型ロボットに対して細いので、撮像装置30の視界を遮る範囲は僅かである。更に、動作が非常に速いため、撮像のためにロボットが退避する時間を減らすことができ、撮像時間を十分に得ることができる。
このように、パラレルリンク型の6軸ロボットは、高速で様々な姿勢をとることが可能であり、画像認識処理に与える影響も限定的であるため、物品供給装置100で用いるピックアンドプレイス装置として好適である。
物品1をピックするエンドエフェクタ46には、一般的に、開閉式のものと真空吸着式のものがある。
他の形態として、物品1が鉄などの強磁性体を含み、磁石によって吸着できるものの場合は、電磁石のオンオフにより吸着と解放を行っても良い。
以上のように、エンドエフェクタ46が物品1をピックする方法には、「把持」によるものと「吸着」によるものが含まれる。
一方、物品1が軽く、吸着用の十分な広さの平面や曲面があって吸着位置が確保でき、これを高速で扱う場合は、吸着と解放が迅速に行える真空吸着式のエンドエフェクタ46が好ましく用いられる。
本実施の形態の物品供給装置100では、物品1として主に樹脂製の長尺形状を有する空ボトルを扱うため、吸着式のエンドエフェクタ46を用いることが好ましい。
これにより、物品1のピックに際して腕部43やエンドエフェクタ46が遮る物品1の画像領域を最少限に抑え得ることができる。さらに、固定斜面部20に沿って傾いて置かれた物品1をピックする側からの正面、言い換えると、物品1の側面から撮像することができる。
図11(a)は、以下の説明で用いる物品1の底面図(左図)、側面図(中図)、および上面図(右図)を表している。
図11に示したように、物品1は、例えば、円筒形を有し、一端側に底部3が配され、他端側に首部4が配されている。
図11(b)に示すように、ピックアンドプレイス装置40として、垂直多関節型ロボットを用いている。しかし、以下の説明は、ピックアンドプレイス装置40の種類を限定せずに成り立つ。
一方、本発明の物品供給装置100では、撮像装置30aを固定斜面部20に対し概垂直な上方に設置している。図1に示した撮像装置30bも上記撮像装置30aと同様である。
これにより、ピックアンドプレイス装置40の腕部43が撮像装置30aの視界を遮ることが殆ど無いようにすることが可能である。また、エンドエフェクタ46が僅かに視界を遮るだけにすることができ、画像認識が容易となる。
この例では、ピック方向と撮像方向が異なるため、エンドエフェクタ46が物品1をピックする際に、画像認識範囲131aにおいてエンドエフェクタ46や腕部43が物品1の像に殆ど干渉しない。このため、撮像装置30cで撮像した場合(図11(c)参照)よりも物品1の多くの範囲を撮像することができる。
これにより、登録画像とパターンマッチングなどの処理を行うことによる画像認識率を飛躍的に高めることができる。
図12(a)は、固定斜面部20に置かれた物品1をピックアンドプレイス装置40が物品1をピックする前の状態を固定斜面部20の長手方向に見た図である。図12(b)は、この状態を撮像装置30の方向から見た図である。
図12(b)に示すように、固定斜面部20には、一例として、長手方向に物品1aから物品1cの3個の物品1が供給されている。物品1aから物品1cは、何れも画像認識範囲131にある。
図12(c)から図12(f)に示したように、ピックアンドプレイス装置40が物品1bをピックしてプレイスしている間に腕部43およびエンドエフェクタ46が撮像範囲130に入り、画像認識範囲131の画像が損なわれる。
固定斜面部20に一度に1個の物品1しか置けないと、以下の制約が生じる。つまり、ピックアンドプレイス装置40が当該物品1を処理している間、ピックアンドプレイス装置40の腕部43やエンドエフェクタ46が画像認識範囲131の外に待避するまで待たなければならない。および、物品1が固定斜面部20に供給されていてもピックアンドプレイス装置40が画像認識範囲131にある場合も同様に、ピックアンドプレイス装置40が画像認識範囲131の外に待避するまで待たなければならない。つまり図12の例で固定斜面部20に一度に1個の物品1しか置けないと、1個の当該物品1を処理するには1回の画像認識が必要であり、3個の当該物品1を処理するには3回の画像認識が必要となる。
そのため、ピックアンドプレイス装置40は、ピックアンドプレイスの1回作業毎に画像認識範囲131の外に待避する必要が無くなる。よって、ピックアンドプレイス装置40は、当該物品1をプレイスした後、直ちに次の物品1のピックを行うことができ、作業効率を高めることができる。
図13(a)は、以下の説明で用いる物品1の上面図(最上段の図)、正面図(中段の左図)、右側面図(中段の右図)、および下面図(最下段の図)を示している。
図に示したように物品1は、楕円形の断面を有する筒状をしており、楕円形の長軸に対応する幅広面6と楕円形の短軸に対応する幅狭面5を有している。
このため、固定斜面部20に対向するように配置された撮像装置30aで物品1を撮像すると、図13(d)に示したように幅広面6が正面となるように撮像される。これは図13(a)に示す30a方向からの撮像に相当する。
このため、図13(c)の登録画像を用いて撮像装置30aで撮像した図13(d)の画像を画像認識すると、両画像が良好に対応し、画像認識率が高まる。
一方、撮像装置30cで撮像した場合は、その撮像画像は図13(e)のように実線で示したようになり、物品1の正面から撮像した撮像画像と形状が一致せず、画像認識率が低下する。
この搬出装置50としては、シュート、または搬送装置を用いる。
一般的に、シュートの場合は、シュート途中、または、シュート出口で、物品1に対して方向調整などの処理が行われる。シュートの傾斜方向や搬送装置の移動方向、即ち、物品1を移動して搬出する方向は、現場に合わせてレイアウトされ、特に限定されない。
物品1を任意の位置にプレイスできるものとしては、ベルトコンベヤ、トップチェーンコンベヤ、ローラーコンベヤなど、ピックアンドプレイス装置40が物品1をプレイスする場所が連続的に連なっているものがある。
このような搬出装置は、一般に水平に配置される。また物品1が長尺物である場合に、より安定的に搬送したり、搬送しながら起立させるために、斜め配置されることがある。
このように斜め配置される場合は、第2、第3の実施の形態で説明する。
また、容器の形状に合わせた内側形状および寸法を有する、外形状が一定であるホルダまたは袴(はかま)も一般に投入部が鉛直方向となるように水平に配置される。
もしくは、スクリューコンベヤも搬送装置として使用できる。スクリューコンベヤは傾斜面を有するので、前述の斜めに配置された搬送装置同様の使用方法も可能である。
さらに、これらの搬送装置を組み合わせることで、より安定な搬送を行うことも可能である。
これらのプレイスする位置が決まっている搬送形態では、ピックアンドプレイス装置40が搬送装置の決まった場所に物品1をプレイスするので、タイミングを制御する必要がある。
搬送装置を動かしながらプレイスする形態では、プレイス時に搬送装置を停止しなくても良いなど、搬送装置側の自由度が向上する。
ピックアンドプレイス装置40の動作範囲の広さに応じ、搬送装置の一度の停止で、複数の物品1を複数の目標位置にプレイスしてもよい。
この例では、物品1のプレイス先は、ベルトコンベヤ52の搬送面であるコンベヤベルト面上に置かれた袴51となっている。
その後、物品1は、袴51に挿入された起立状態で、ベルトコンベヤ52によって、固定斜面部20と平行な矢印Pで示した方向に安定的に搬出される。
この例では、物品1のプレイス先は、水平に設置されたベルトコンベヤ52の搬送面であり、固定斜面部20と平行な矢印Pで示した方向に移動している。
ベルトコンベヤ52の固定斜面部20から遠い側には、ベルトコンベヤ52の全長に渡って物品1の転倒防止のためのガイド53bが配されている。
固定斜面部20に近い側のガイド53aの端部は、物品1の位置が固定斜面部20側にずれてプレイスされた場合に、当接してこれを揃えるため、固定斜面部20の側に緩やかに湾曲している。
物品1は、ベルトコンベヤ52上の搬出方向Pのうち、ガイド53aは存在せずガイド53bのみ存在する区間にプレイスされ、ベルトコンベヤ52上を起立した状態で安定的に搬送される。
まず、供給装置10によって、支持部材21を有する固定斜面部20に上方から物品1が1個、供給方向に供給される。すなわち、固定斜面部20の傾斜方向に対して物品1が1個となるように供給される。なお、これは、固定斜面部20の傾き方向である幅L方向(図9参照)について1個という意味であって、長手方向には、複数個であってもよい。
固定斜面部20上の物品1を固定斜面部20に対して概垂直な上方に設けた撮像装置30によって撮像し、その情報として画像データが、画像処理装置31へと送られる。
そして、画像処理装置31は、求めた物品の位置と方向に関する情報、すなわち位置情報Ipを制御装置32に送信する。
そして、ピックアンドプレイス装置40は、ピックした物品1を予め定められた位置へ移動させ、物品1の姿勢を変えることで、首部4が上に向くように物品1の方向を合わせてからプレイスする。
この供給は物品1のプレイスを待つこと無く、物品1が固定斜面部20からピックアンドプレイス装置40によって持ち上げられて固定斜面部20が空くタイミングに行われる。空くタイミングとは、新たに処理する物品1と現在処理中の物品1が固定斜面部20で干渉しないタイミングである。したがって、処理時間の短縮が可能になる。
固定斜面部20が、物品1の供給方向に直角な方向、すなわち直交する方向に、概水平に延びている。この固定斜面部20に対して、同時に複数の物品1が供給されている場合は、1つの物品1がプレイスされた後、固定斜面部20上に残った他の物品1についても処理が行われる。
第2の実施の形態の物品供給装置100は、前記第1の実施の形態の搬出装置50の形態が異なり、出口搬送装置55が付加されたものである。その他の構成は、前記第1の実施の形態と同様の構成を有するものである。すなわち、供給装置10、固定斜面部20、支持部材21、撮像装置30、ピックアンドプレイス装置40、位置決定手段33等は同様の構成を有する。
したがって、第2の実施の形態では、第1の実施の形態と構成が異なる搬出装置50および出口搬送装置55について説明し、その他の構成の説明については省略する。
搬出装置50と出口搬送装置55は、長尺形状の物品1を最終的に立てて搬出することを目的とした装置である。搬出装置50は、下部固定ガイド65と第1ベルトコンベヤ66とにより構成されている。出口搬送装置55は、第1ベルトコンベヤ66、第2ベルトコンベヤ67、および側面ガイド68などから構成されている。
第1ベルトコンベヤ66は、搬出装置50から出口搬送装置55に渡って設置されている。
以下では、搬送元の側を上流側、搬送先の側を下流側と呼ぶことにする。
第2ベルトコンベヤ67は、不図示のローラおよびローラ64dによって張られた無端ベルトであって、搬送面67Sが搬出方向Pに向って駆動される。
ローラ64a、64bは、それぞれ、搬出装置50の上流側端部と下流側端部に設置されており、その回動軸は、固定斜面部20の傾斜方向と概ね同じ方向に傾斜している。
ローラ64cは、出口搬送装置55の下流側に設置されており、その回動軸は、鉛直方向に向いている。
以下では、第1ベルトコンベヤ66の搬出装置50における区間を斜面区間と呼び、出口搬送装置55における区間を捻れ区間と呼ぶ。第1ベルトコンベヤ66は、斜面区間で物品1の移動装置として機能し、捻れ区間で物品1の起立装置として機能する。
次工程での物品1の起立を容易とし、ピックアンドプレイス装置40の動作を最小限度にするために、斜面区間の傾斜角度γは、固定斜面部20の傾斜角度αと同程度かこれより急角度となっている。
下部固定ガイド65は、ピックアンドプレイス装置40が物品1を第1ベルトコンベヤ66にプレイスした際に、物品1の底部3に接触して物品1を支え、物品1が第1ベルトコンベヤ66によって安定的に搬送されるようにする。
出口搬送装置55は、搬出装置50から物品1を受け渡された後、これを第2ベルトコンベヤ67で搬送しつつ、第1ベルトコンベヤ66の捻れによってこれを起立させる。
まず、ピックアンドプレイス装置40は、固定斜面部20から物品1をピックする。そしてピックアンドプレイス装置40は、固定斜面部20の傾斜角度以上に傾斜している搬出装置50の搬送面であるプレイス面62に、物品1の底部が下側になるように物品1を側面にてプレイスしている。
このように斜面区間の第1ベルトコンベヤ66は、移動装置として機能している。
物品1は、側面ガイド68によって転倒を防止されながら第2ベルトコンベヤ67によって搬送されつつ、第1ベルトコンベヤ66の捻れた搬送面67Sよって次第に起立する。
そして、物品1は、第2ベルトコンベヤ67の上で起立した状態で、第2ベルトコンベヤ67によって搬送力が加えられて出口搬送装置55から搬出される。
このように、斜面区間は、一定速度で移動しながら当該移動方向に渡って複数の物品1の供給を受け、捻れ区間は、これら供給を受けた複数の物品1を順次起立させる。
以上のとおり、第1ベルトコンベヤ66は、物品1の移動装置および起立装置として機能している。
次に、図15を参照して、第3の実施の形態に係る物品供給装置の搬出装置50、および出口搬送装置55の形態について説明する。この実施の形態では、プレイス面を斜面で構成する。
図15(a)は、搬出装置50の下流側と出口搬送装置55の上流側の上面図を示している。図15(b)は、図15(a)のA−A’断面を矢印方向に視た図を表している。
すなわち、第1ベルトコンベヤ66は、搬出装置50から出口搬送装置55に渡って設置されている。
以下では、搬送元の側を上流側、搬送先の側を下流側と呼ぶことにする。
ローラ64a、64bは、それぞれ、搬出装置50の上流側端部と下流側端部に設置されており、その回動軸は、支持部材21の傾斜方向と概ね同じ方向に傾斜している。
ローラ64cは、出口搬送装置55の下流側に設置されており、その回動軸は、鉛直方向に向いている。
以下では、第1ベルトコンベヤ66の搬出装置50における区間を斜面区間と呼び、出口搬送装置55における区間を捻れ区間と呼ぶ。第1ベルトコンベヤ66は、斜面区間では物品1の移動装置として機能し、捻れ区間では物品1の起立装置として機能する。
次工程での物品1の起立を容易とし、ピックアンドプレイス装置40の動作を最小限度にするために、斜面区間の傾斜角度δは、支持部材21の傾斜角度λ(図5参照)と同程度かこれより急角度となっている。
下部固定ガイド65は、ピックアンドプレイス装置40が物品1を第1ベルトコンベヤ66にプレイスした際に、物品1の底部3に接触して物品1を支え、物品1が第1ベルトコンベヤ66によって安定的に搬送されるようにする。
出口搬送装置55は、搬出装置50から物品1を受け渡された後、これを第2ベルトコンベヤ67で搬送しつつ、第1ベルトコンベヤ66の捻れによってこれを起立させる。
このように受け面69に物品1をプレイスすると、出口搬送装置55の捻れ区間での起立時に物品1を桟63によって押して搬送力を伝達できる。また、物品1が搬出方向の前後に転倒するのを防ぐことができる。そのため、より効果的に、かつ安定的に物品1を起立させることができる。
つまり、対面するとは、第1ベルトコンベヤ66の搬送面66Sに沿って下方へ伸ばした延長線と、固定斜面部20の斜面に沿って下方へ伸ばした延長線が交わることをいう。言い換えると、第1ベルトコンベヤ66の搬送面66Sが支持部材21と概ね同じ方向に傾斜していることである。もしくは、第1ベルトコンベヤ66の搬送面66Sと固定斜面部20とが、搬出方向Pに沿った仮想鉛直面301を挟んで、互いに反対方向に傾斜していることである。
図15(c)は、起立ガイドを用いた、搬出装置50の下流側と出口搬送装置55の上流側の上面図を示している。図15(d)は、図15(c)のA−A’断面図を表している。
この例では、搬出装置50と出口搬送装置55はつながっている。スクリュー72、下方ガイド73および側面下方ガイド74から成るスクリューコンベヤと起立ガイド71を設置して構成されている。この例では、スクリューコンベヤが物品1の移動装置として機能する。
溝部75の溝幅と深さは、物品1を立て掛けた際に物品1が溝内に収まる大きさに設定されている。
溝部75のピッチは、スクリュー72の出口付近において、搬送方向Pに対して徐々に小さくなるものとして、起立後の物品1のピッチを詰めるようにしている。また溝部75のピッチは、所望する起立後の物品1のピッチに応じて、搬送方向Pに対して徐々に大きくなるものとしても良く、または、変化無しとしても良い。
溝部75は、ピックアンドプレイス装置40によって物品1のプレイスを受け付ける搬送面(プレイス面)を構成している。
下方ガイド73は、水平な板面を有し、側面下方ガイド74は、スクリュー72から遠い側の下方ガイド73の端部に配され、下方ガイド73の板面に対して垂直な板面を有している。
側面下方ガイド74は、物品1の底部3が下方ガイド73を滑ってスクリュー72から離れる方向に移動しないように、物品1の底部3に、スクリュー72とは反対の側から、垂直面で接している。
この状態で、溝部75による凹形状が搬出方向Pに移動する方向にスクリュー72を回動軸の周りに回動させると、物品1に溝部75から搬出方向Pに移送する力が作用し、これにより物品1を搬出方向Pに移動させる。
起立ガイド71は、棒状の部材で構成されており、固定斜面部20の下流側端部付近に対応する位置から下流方向に延設されている。
起立ガイド71の上流側端部は、回動軸の方に湾曲しており、スクリュー72によって搬送されてきた物品1を起立ガイド71が受け止めやすくなっている。
まず、ピックアンドプレイス装置40が固定斜面部20から物品1をピックし、底部3を下げながら首部4が上側になるように物品1を溝部75にプレイスする。
プレイスされた物品1は、底部3を下方ガイド73と側面下方ガイド74に支えられながらそれらの面をすべるように、かつスクリュー72の回動によって溝部75の内面に押されて生じる搬送力により溝部75の内面を滑るようにして搬送される。
物品1と起立ガイド71との当接点が搬送に従って起立方向に移動してくるため、移動と共に物品1には起立方向のモーメントが作用し、物品1は、出口搬送装置55にて起立する。
また、下方ガイド73の代わりに搬送面が水平なベルトコンベヤを配してもよい。または、途中で下方ガイド73から搬送面が水平なベルトコンベヤに物品1を受け渡したりするように構成すると、より安定的に物品1を起立させることができる。
つまり、対面するとは、溝部75によって構成される搬送面の下方へ伸ばした延長線と、固定斜面部20の斜面に沿って下方へ伸ばした延長線が交わることをいう。言い換えると、溝部75によって構成される搬送面が支持部材21と概ね同じ方向に傾斜していることである。もしくは、溝部75によって構成される搬送面と固定斜面部20とが、搬出方向Pに沿った仮想鉛直面301を挟んで、互いに反対方向に傾斜していることである。
第4の実施の形態としての物品供給装置100は、搬出装置50のベルトコンベヤと物品1を起立させる出口搬送装置55のベルトコンベヤとを別々のベルトコンベヤで構成している。以下、図17を参照して説明する。
また、第1ベルトコンベヤ66と第3ベルトコンベヤ70との間には渡りガイド80が配されている。渡りガイド80は、表面が滑らかな平板からなる。第2ベルトコンベヤ67は、第3ベルトコンベヤ70の下方に配置されている。
以下では、搬送元の側を上流側、搬送先の側を下流側と呼ぶことにする。
ローラ64a、64bは、それぞれ、搬出装置50の上流側端部と下流側端部に設置されており、その回動軸は、固定斜面部20の傾斜方向と概ね同じ方向に傾斜している。
また第2ベルトコンベヤ67は、出口搬送装置55の上流側端部に設置されたローラ64cおよび出口搬送装置55の下流側端部に設置された64dによって張られた無端ベルトであって、上記搬送面67Sが搬出方向Pに向って駆動される。ローラ64cおよび64dのそれぞれの回動軸は水平になっている。これによって第2ベルトコンベヤ67の搬送面は水平面となっている。
さらに第3ベルトコンベヤ70は、ローラ64eおよび64fによって張られた無端ベルトであって、上記搬送面70Sが搬出方向Pに向って駆動される。ローラ64eは、ローラ64a、64bと同様に、固定斜面部20の傾斜方向と概ね同じ方向に傾斜している。ローラ64fは、出口搬送装置55の下流側に設置されており、その回動軸は、鉛直方向に向いている。これによって、第3ベルトコンベヤ70は、搬送面70Sが捻れて徐々に立ち上がり、最終的に水平に対して垂直面となる。また、ローラ64bとローラ64eは、第1ベルトコンベヤ66および第3ベルトコンベヤ70の回動を阻害することなく、できうる限り接近した状態に配されていることが好ましい。
以下、第1ベルトコンベヤ66における区間を斜面区間と呼び、第3ベルトコンベヤ70における区間を捻れ区間と呼ぶ。第1ベルトコンベヤ66は、斜面区間で物品1の移動装置として機能し、第2、第3ベルトコンベヤ67、70は、捻れ区間で物品1の起立装置として機能する。
次工程での物品1の起立を容易とし、ピックアンドプレイス装置40の動作を最小限度にするために、斜面区間の傾斜角度δは、固定斜面部20の傾斜角度α(図5参照)と同程度かこれより急角度となっている。
下部固定ガイド65は、ピックアンドプレイス装置40が物品1を第1ベルトコンベヤ66にプレイスした際に、物品1の底部3に接触して物品1を支え、物品1が第1ベルトコンベヤ66によって安定的に搬送されるようにする。
例えば出口搬出装置55を搬送面が平行に向かい合った一対のベルトコンベヤとする。一対のベルトコンベヤのそれぞれの搬送面を搬出装置50と同じ角度の傾きとする。一対のベルトコンベヤ間に複数個の物品を溜めて搬送を一時停止し、出口搬送装置55を物品が起立する方向、例えば搬送方向と平行な軸を中心に回動する。その後、搬送を再開して物品を払い出し、逆方向に回転してもとの傾きとなって物品を受け取るなどの方法がある。
搬送を停止して物品1を起立させる方法では、確実に物品1を起立させることが可能で、起立時の物品転倒などのトラブルを防止できる。
搬送を停止させるため、その間にピックアンドプレイスも停止し、全体の処理能力が低下する。処理能力の低下を防止するには、出口搬送装置55と搬出装置50の間に、物品1のピッチを詰めて滞留させる搬送装置を設置してピックアンドプレイスは止めないようにすればよい。その搬送装置としては、例えば、搬送面が滑りの良い樹脂であるトップチェーン式のコンベヤなどが選定される。搬送面では、物品が滑りながら転倒することなく滞留させることができる。
ピックアンドプレイス装置40に供給されるため、搬送中の物品1はその最大長さLCを有する側面部分がピックする固定斜面部20上に接触するように寝転がったものが大部分となる。さらに形状によって接触面が最大となるような向きで安定する。その際の高さが横たわって置かれたときの物品高さhとなる。
物品供給装置100の対象物品となる物品1には、各種の形状のものがあり、図18に、物品1がボトルの例をいくつか示す。
図18(b)は、物品1が楕円形の断面を有し、更に胴膨れしているボトルの一例を示している。左図が上面図であり、右図は、2方向から見た側面図である。
図18(c)は、物品1が長円形で非対称の断面を有し、底面断面が大きいボトルの一例を示している。左図が上面図であり、右図は、側面図である。
図19(e)は、物品1がキャップの一例を示している。左図、および右図は、それぞれ上面図と側面図である。
図20(g)は、物品1がディップチューブ付きポンプキャップの一例であり、予めノズル部が上昇しているタイプである。上図は、上面図を示しており、下の3つの図面は、3方向から見た側面図である。
図21(i)も物品1がディップチューブ付きトリガーキャップの一例である。上図は、上面図を示しており、下の3つの図面は、3方向から見た側面図である。
<1>
固定斜面部にある物品をピックするピック動作と、該物品をプレイス位置にプレイスするプレイス動作を行うピックアンドプレイス装置を備えた物品供給装置であって、
前記固定斜面部を撮像する撮像装置と、前記撮像された画像によって前記物品のピック位置を決定する位置決定手段とをさらに備え、
前記固定斜面部は、前記固定斜面部の下端側から立設され、前記固定斜面部に置かれた状態の物品の下方側に当接して前記固定斜面部上に前記物品を静止状態で保持する支持部材を備え、
前記撮像装置は、前記固定斜面部との位置関係およびその撮像方向が固定されており、
前記ピックアンドプレイス装置が、前記位置決定手段により決定したピック位置にて前記物品のピック動作を行う
物品供給装置。
前記固定斜面部および前記支持部材は、前記物品を複数箇所で支持して前記物品を前記固定斜面部上に静止させる
<1>に記載の物品供給装置。
<3>
前記撮像装置の撮像方向が、前記固定斜面部の斜面に対し垂直上方の位置から前記固定斜面部に向かっている
<1>または<2>に記載の物品供給装置。
<4>
前記固定斜面部の背後より前記撮像装置に向う光を、固定斜面部を通過するように与える照明装置を具備する、
<1>から<3>のいずれか1に記載の物品供給装置。
<5>
前記ピックアンドプレイス装置は、前記固定斜面部の鉛直上方、または前記固定斜面部の鉛直上方に対して前記撮像装置側とは反対側の何れかに配されて、
前記ピックアンドプレイス装置のアームは、前記固定斜面部の鉛直上方を跨いで、前記撮像装置側とその反対側とを移動自在に配されている
<1>から<4>のいずれか1に記載の物品供給装置。
<6>
前記固定斜面部の上端側に隣接して前記物品を前記固定斜面部へ供給する供給装置が配され、
前記供給装置で供給された物品を前記固定斜面部が受けることが可能であって、
前記固定斜面部は前記供給装置側から下るように傾斜している
<1>から<5>のいずれか1に記載の物品供給装置。
<7>
前記固定斜面部は平面であり、前記支持部材は板材である
<1>から<6>のいずれか1に記載の物品供給装置。
<8>
前記固定斜面部は平面であり、前記支持部材は複数の柱状部材である
<1>から<7>のいずれか1に記載の物品供給装置。
<9>
前記固定斜面部は、その長手方向に対して幅方向の断面形状が、前記物品の外形に対応した形状である
<1>から<5>のいずれか1に記載の物品供給装置。
<10>
前記固定斜面部の傾斜方向に対して前記物品が1個となるように供給される
<1>から<9>のいずれか1に記載の物品供給装置。
<11>
前記ピックアンドプレイス装置は、ピックした物品を一定の方向に揃えてプレイスする
<1>から<10>のいずれか1に記載の物品供給装置。
<12>
前記固定斜面部は、前記物品の供給装置の供給方向と直交する方向において複数の物品を同時に静止させ、
前記撮像装置は、静止した前記複数の物品を同時に2個以上撮像する
<1>から<11>のいずれか1に記載の物品供給装置。
<13>
前記固定斜面部は、光拡散機能を有する透光性部材からなる
<4>に記載の物品供給装置。
<14>
前記照明装置は光源およびミラーを有し、
前記ミラーは、前記光源からの光を反射して、前記固定斜面部に対して垂直方向に入射させる、
<4>または<13>に記載の物品供給装置。
<15>
前記固定斜面部まで前記物品を搬送する供給装置を有し、
前記供給装置は、前記固定斜面部と同じ方向に傾斜した床面と、前記床面を前記固定斜面部より低い位置から前記固定斜面部の高さまでの間で昇降させる昇降装置と、を備え、
前記昇降装置は前記床面に前記物品を乗せた状態で前記床面を上昇させ、前記床面は、前記物品の自重によって前記物品を前記固定斜面部に向けて降下させて、前記物品を前記固定斜面部に移動させる
<5>または<9>に記載の物品供給装置。
<16>
前記支持部材は、衝撃吸収機能を有している
<1>から<15>のいずれか1に記載の物品供給装置。
<17>
前記固定斜面部は、その上面の前記物品と接する箇所に凹凸が配されている
<9>に記載の物品供給装置。
<18>
前記固定斜面部は、前記物品と接する上側斜面部材と、前記上側斜面部材の下側に配置された下側斜面部材より構成されており、
前記上側斜面部材は透光部材であり、前記下側斜面部材は光拡散機能を有する透光部材である
<13>または<14>に記載の物品供給装置。
<19>
前記ピックアンドプレイス装置は、ロボットであり、前記ピック位置から前記プレイス位置まで前記物品の方向を所望の向きとして移動させるものであり、かつ前記ピック動作と前記プレイス動作を行うアームを備えている
<1>から<18>のいずれか1に記載の物品供給装置。
<20>
前記ピックアンドプレイス装置は、前記物品を把持または吸引して前記物品をピックする
<1>から<19>のいずれか1に記載の物品供給装置。
<21>
前記撮像装置は、前記固定斜面部に対して、その位置および撮像方向が固定されている
<1>から<20>のいずれか1に記載の物品供給装置。
<22>
前記物品は長尺形状を有している
<1>から<21>のいずれか1に記載の物品供給装置。
<23>
前記物品はボトルである
<22>に記載の物品供給装置。
2 箇所
3 底部
4 首部
5 幅狭面
6 幅広面
10 供給装置
11 容器貯蔵部
12 幅広上下移動床
13 幅広固定床
14 上下移動床
15 固定床
16 峰部
17 切り欠き部
18 縦方向部材
20 固定斜面部
21 支持部材
22 平面
23 透明板
24 半透明板
25 光源
26 ミラー
27 支点
28 エアブローノズル
29 側面ガイド
30 撮像装置
31 画像処理装置
32 制御装置
33 位置決定手段
40 ピックアンドプレイス装置
43 腕部
46 エンドエフェクタ
50 搬出装置
51 袴
52 ベルトコンベヤ
55 出口搬送装置
62 プレイス面
64a、64b、64c、64d、64e、64f ローラ
65 下部固定ガイド
66 第1ベルトコンベヤ
66S 搬送面
67 第2ベルトコンベヤ
67S 搬送面
68 側面ガイド
69 受け面
70 第3ベルトコンベヤ
70S 搬送面
71 起立ガイド
72 スクリュー
73 下方ガイド
74 側面下方ガイド
80 渡りガイド
100 物品供給装置
130 撮像範囲
131 画像認識範囲
201 保持部
202 平面状斜面部
301 仮想鉛直面
Claims (23)
- 固定斜面部にある物品をピックするピック動作と、該物品をプレイス位置にプレイスするプレイス動作を行うピックアンドプレイス装置を備えた物品供給装置であって、
前記固定斜面部を撮像する撮像装置と、前記撮像された画像によって前記物品のピック位置を決定する位置決定手段とをさらに備え、
前記固定斜面部は、前記固定斜面部の下端側から立設され、前記固定斜面部に置かれた状態の物品の下方側に当接して前記固定斜面部上に前記物品を静止状態で保持する支持部材を備え、
前記撮像装置は、前記固定斜面部との位置関係およびその撮像方向が固定されており、
前記ピックアンドプレイス装置が、前記位置決定手段により決定したピック位置にて前記物品のピック動作を行う
物品供給装置。 - 前記固定斜面部および前記支持部材は、前記物品を複数箇所で支持して前記物品を前記固定斜面部上に静止させる
請求項1に記載の物品供給装置。 - 前記撮像装置の撮像方向が、前記固定斜面部の斜面に対し垂直上方の位置から前記固定斜面部に向かっている
請求項1または2に記載の物品供給装置。 - 前記固定斜面部の背後より前記撮像装置に向かう光を、固定斜面部を通過するように与える照明装置を具備する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の物品供給装置。 - 前記ピックアンドプレイス装置は、前記固定斜面部の鉛直上方、または前記固定斜面部の鉛直上方に対して前記撮像装置側とは反対側の何れかに配されて、
前記ピックアンドプレイス装置のアームは、前記固定斜面部の鉛直上方を跨いで、前記撮像装置側とその反対側とを移動自在に配されている
請求項1から4のいずれか1項に記載の物品供給装置。 - 前記固定斜面部の上端側に隣接して前記物品を前記固定斜面部へ供給する供給装置が配され、
前記供給装置で供給された物品を前記固定斜面部が受けることが可能であって、
前記固定斜面部は前記供給装置側から下るように傾斜している
請求項1から5のいずれか1項に記載の物品供給装置。 - 前記固定斜面部は平面であり、前記支持部材は板材である
請求項1から6のいずれか1項に記載の物品供給装置。 - 前記固定斜面部は平面であり、前記支持部材は複数の柱状部材である
請求項1から7のいずれか1項に記載の物品供給装置。 - 前記固定斜面部は、その長手方向に対して幅方向の断面形状が、前記物品の外形に対応した形状である
請求項1から5のいずれか1項に記載の物品供給装置。 - 前記固定斜面部の傾斜方向に対して前記物品が1個となるように供給される
請求項1から9のいずれか1項に記載の物品供給装置。 - 前記ピックアンドプレイス装置は、ピックした物品を一定の方向に揃えてプレイスする
請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の物品供給装置。 - 前記固定斜面部は、前記物品の供給装置の供給方向と直交する方向において複数の物品を同時に静止させ、
前記撮像装置は、静止した前記複数の物品を同時に2個以上撮像する
請求項1から11のいずれか1項に記載の物品供給装置。 - 前記固定斜面部は、光拡散機能を有する透光性部材からなる
請求項4に記載の物品供給装置。 - 前記照明装置は光源およびミラーを有し、
前記ミラーは、前記光源からの光を反射して、前記固定斜面部に対して垂直方向に入射させる、
請求項4または13に記載の物品供給装置。 - 前記固定斜面部まで前記物品を搬送する供給装置を有し、
前記供給装置は、前記固定斜面部と同じ方向に傾斜した床面と、前記床面を前記固定斜面部より低い位置から前記固定斜面部の高さまでの間で昇降させる昇降装置と、を備え、
前記昇降装置は前記床面に前記物品を乗せた状態で前記床面を上昇させ、前記床面は、前記物品の自重によって前記物品を前記固定斜面部に向けて降下させて、前記物品を前記固定斜面部に移動させる
請求項5または9に記載の物品供給装置。 - 前記支持部材は、衝撃吸収機能を有している
請求項1から15のいずれか1項に記載の物品供給装置。 - 前記固定斜面部は、その上面の前記物品と接する箇所に凹凸が配されている
請求項9に記載の物品供給装置。 - 前記固定斜面部は、前記物品と接する上側斜面部材と、前記上側斜面部材の下側に配置された下側斜面部材より構成されており、
前記上側斜面部材は透光部材であり、前記下側斜面部材は光拡散機能を有する透光部材である
請求項13または14に記載の物品供給装置。 - 前記ピックアンドプレイス装置は、ロボットであり、前記ピック位置から前記プレイス位置まで前記物品の方向を所望の向きとして移動させるものであり、かつ前記ピック動作と前記プレイス動作を行うアームを備えている
請求項1から18のいずれか1項に記載の物品供給装置。 - 前記ピックアンドプレイス装置は、前記物品を把持または吸引して前記物品をピックする
請求項1から19のいずれか1項に記載の物品供給装置。 - 前記撮像装置は、前記固定斜面部に対して、その位置および撮像方向が固定されている
請求項1から20のいずれか1項に記載の物品供給装置。 - 前記物品は長尺形状を有している
請求項1から請求項21のいずれか1項に記載の物品供給装置。 - 前記物品はボトルである
請求項22に記載の物品供給装置。
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