JP2017196685A - 物品供給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】省スペース化を図りながら１台のロボットアームで扱える物品の種類を増やすことのできる物品供給装置を提供する。【解決手段】この物品供給装置は、所定方向に向かって下り傾斜をなす傾斜路１１と、傾斜路１１に振動を付与する振動付与装置１３と、傾斜路１１の上端側に複数の物品を供給する物品供給手段と、傾斜路１１上の物品を撮像し、傾斜路１１上の各物品の少なくとも位置を特定できる情報を得る視覚センサ２２と、視覚センサ２２で得た情報を用いて、傾斜路１１から物品を１つずつ取出し、取出した物品を所定の供給先に供給するロボットアーム２３とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明はロボットアームにより物品を１つずつ取出して所定の供給先に供給する物品供給装置に関する。
この種の物品供給装置としては、ボウルに複数の物品を入れると共に物品をボウルから回転テーブルに移動させ、回転テーブル上の物品の位置や姿勢を視覚センサを用いて検出し、当該検出結果を用いてロボットアームにより回転テーブルから物品を１つずつ取出して所定の供給先に供給するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、ボウルに入れた物品に振動を加えてボウル内に設けられた搬送路上を移動させることにより物品の姿勢を制御し、物品を当該搬送路の終端から所定の供給先に供給する物品供給装置も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００６−０８２１８６号公報 特開２０１５−０３０５４３号公報
前記何れの物品供給装置も、ボウル等の大きな容器に物品を入れ、ボウル内又は回転テーブル上で物品を移動させることにより物品の姿勢を整えた上で、ロボットアームによる取出しやボウルからの物品排出を行う。このため、１種類の物品のために使われる面積が大きく、多種類の物品を扱う場合に広いスペースが必要となっていた。
また、ロボットアームを用いて物品供給を行う場合に、１台のロボットアームが届く範囲に配置できるボウルや回転テーブルの数に限りがあるので、ロボットアームの数が多くなり製造コストを上げる要因の一つとなっていた。さらに、後者の物品供給装置では、全ての物品の姿勢が整うまで振動を加えるので、振動により物品に傷や破損が生ずる可能性もあった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、省スペース化を図りながら１台のロボットアームで扱える物品の種類を増やすことのできる物品供給装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の一態様の物品供給装置は、所定方向に向かって下り傾斜をなす傾斜路と、該傾斜路に振動を付与する振動付与部と、該傾斜路の上端側に複数の物品を供給する物品供給手段と、該傾斜路上の前記複数の物品を撮像し、前記各物品の少なくとも位置を特定できる情報を得る視覚センサと、該視覚センサで得られた前記情報を用いて、前記傾斜路から前記物品を１つずつ取出し、取出した前記物品を所定の供給先に供給するロボットアームとを備えている。
当該態様では、所定方向に向かって下り傾斜をなす傾斜路上の各物品をロボットアームで取出して所定の供給先に供給するので、１種類の物品あたりに使われる面積を小さくすることができる。また、傾斜路は所定方向に向かって下り傾斜を有するものなので、前記所定方向を傾斜路の長手方向とした場合に、例えば複数の傾斜路を互いに長手方向と直交する方向に並ぶように配置すると、小さなスペースに複数の傾斜路を設けることが可能になる。また、複数の傾斜路に各々異なる物品を供給することにより、多種類の物品を扱う場合でも広いスペースを必要とせず、１つのロボットアームで扱うことのできる物品の種類を増やすことができる。
上記態様において、前記振動付与部、前記視覚センサ、および前記ロボットアームを制御する制御部をさらに備え、該制御部が、前記振動付与部による前記振動付与を停止させている間に、前記視覚センサに前記撮像を行わせると共に、前記ロボットアームに前記物品の取出しを行わせることが好ましい。
このように構成すると、物品に振動が加わる時間を低減して物品に傷や破損が生ずる可能性を低減することができる。また、ロボットアームで取出す際に各物品は検出された位置に止まっているので、ロボットアームによる物品供給の効率も向上する。
上記態様において、前記傾斜路の下側に配置されると共に該傾斜路の下端側から落下する前記物品を受け、前記所定方向と反対方向に前記物品を戻す物品戻り路をさらに備え、前記物品供給手段が、前記物品戻り路の下端側から物品を受取り、受取った前記物品を前記傾斜路の前記上端側に供給するように構成されていることが好ましい。
このように構成すると、傾斜路の下端側まで移動した物品が傾斜路の下側に配置された物品戻り路を介して傾斜路の上端側に戻されるので、小さなスペースに複数の傾斜路を設ける上で極めて有利である。
上記態様において、前記物品戻り路が、前記所定方向と逆側に向かって前記傾斜路よりも傾斜角が大きい下り傾斜をなす樋状の傾斜路であることが好ましい。
このように構成すると、物品戻り路上の物品を傾斜路上の物品よりも速く移動させることが可能となるので、傾斜路の上端側に物品を供給する迄の時間短縮を行い、傾斜路の上端側に供給される物品の量を確保する上で有利である。
上記態様において、前記物品供給手段が、物品供給容器と、前記傾斜路の上端側に前記物品を供給する物品供給位置と前記物品戻り路の下端から前記物品を受取る物品回収位置に前記物品供給容器を移動させる昇降手段と、前記物品供給容器が前記物品回収位置以外に配置されている時に、前記物品戻り路の下端側における排出防止位置に配置されて前記物品が前記物品戻り路から排出されることを防止するシャッターとを有することが好ましい。
この構成は、昇降する物品供給容器により物品戻り路の下端側から傾斜路の上端側に物品を移動するので、装置により占有される面積を小さくする上で有利である。
上記態様において、前記物品供給容器が、該物品供給容器内の容量を調整するために上下方向に移動可能な底板と、該底板の傾斜角度を調整する底板角度調整手段とをさらに備えていることが好ましい。
このように構成すると、物品供給容器から傾斜路の上端側に供給する物品の量を調整し、視覚センサによる検出やロボットアームによる取出し効率を調整することが可能となる。
上記態様において、前記制御部が前記昇降手段も制御するように構成されていることが好ましい。
制御部は振動付与部、視覚センサ、およびロボットアームに加え、昇降手段も制御するので、振動付与部、視覚センサ、およびロボットアームに連動させた昇降手段の制御が容易になり、循環する物品の量、傾斜路の上端側への物品の供給タイミング等を最適化する上で有用である。
本発明によれば、省スペース化を図りながら１台のロボットアームで扱える物品の種類を増やすことができる。
本発明の一実施形態に係る物品供給装置の概略構成図である。 図１の物品供給装置の物品搬送装置の斜視図である。 図２の物品搬送装置の断面図である。 本実施形態の物品供給装置の概略のブロック図である。 本実施形態のロボット制御部による制御を示すフローチャートである。
本発明の一実施形態に係る物品供給装置を、図面を参照しながら以下に説明する。
この物品供給装置は、図１に示すように、水平方向に並べられた複数の物品搬送装置１０と、複数の物品搬送装置１０の上方に配置された視覚センサ付きロボット２０とを備え、物品を各々の物品カートリッジ（物品の供給先）３０に供給するものである。
各物品搬送装置１０は、図２および図３に示すように、所定方向（図２における左方向）に下り傾斜をなす第１の傾斜路１１と、第１の傾斜路１１の下方に配置されると共に第１の傾斜路１１の下端側から落下する物品を受け、前記所定方向と反対の方向（図２における右方向）に物品を戻す物品戻り路としての第２の傾斜路１２と、第１の傾斜路１１に振動を付与する振動付与装置１３と、第１の傾斜路１１の上端側に物品を供給する物品供給容器１４とを備えている。
第１の傾斜路１１は、図３に示すように、底面１１ａと一対の側面１１ｂとを有する樋状に形成され、底面１１ａが傾斜角度αで傾斜している。第２の傾斜路１２も底面１２ａと一対の側面１２ｂとを有する樋状に形成され、底面１２ａが傾斜角度βで傾斜している。傾斜角度βは傾斜角度αよりも大きく、好ましくは、第２の傾斜路１２に振動を加えなくても物品が第２の傾斜路１２の下端側に向かって移動するように傾斜角度βが設定されている。
振動付与装置１３は、周知の振動発生装置により生ずる振動を第１の傾斜路１１に付与するように構成されている。振動発生装置としては、例えば、電磁石と、電磁石に磁力により引き寄せられる被着部と、被着部を電磁石から所定の距離だけ離れた位置に保持する弾性部材と、電磁石にパルス電力を供給する電力供給部とを備えたものを用いることができる。
物品供給容器１４は、図３に示すように、エアシリンダ、電動シリンダ等の電動アクチュエータから成る昇降装置１４ａにより昇降し、上昇した際に実線で示す物品供給位置に配置され、下降した際に二点鎖線で示す物品回収位置に配置される。
物品供給容器１４は、底板１４ｂと、４つの側壁１４ｃとを備えている。４つの側壁１４ｃのうち第１の傾斜路１１側の側壁１４ｃには物品供給用の開口部が設けられている。また、底板１４ｂはエアシリンダ等の底板駆動装置１４ｄにより上下方向に移動するようになっている。
このため、物品供給容器１４内に複数の物品を入れ、物品供給容器１４を物品供給位置に配置し、底板駆動装置１４ｄにより底板１４ｂを上昇させると、物品供給容器１４内の物品が第１の傾斜路１１の上端側に供給される。
一方、物品回収位置は、第２の傾斜路１２の下端側から排出される物品を物品供給容器１４の中に回収する位置である。
物品搬送装置１０は、物品供給容器１４が物品供給位置に配置されている時に第２の傾斜路１２の下端側に配置されるシャッター１５を備えている。
シャッター１５は例えば板状に形成され、エアシリンダから成るシャッター移動装置１５ａにより上下方向に移動する。本実施形態では、シャッター移動装置１５ａによりシャッター１５が上方に移動すると、シャッター１５が第２の傾斜路１２の下端側における排出防止位置（図３の実線の位置）に配置される。シャッター１５が排出防止位置に配置されると、物品が第２の傾斜路１２の下端側から排出されなくなる。一方、シャッター移動装置１５ａによりシャッター１５を下方に移動させると、物品が第２の傾斜路１２の下端側から排出される。
視覚センサ付きロボット２０は、フレーム２０ａに支持されたロボット本体２１と、ロボット本体２１内に配置された視覚センサ２２と、ロボット本体２１に支持された３本のロボットアーム２３と、各ロボットアーム２３を制御するロボット制御部２４とを有する。
視覚センサ２２は、図４に示すように、例えば複数の物品搬送装置１０の第１の傾斜路１１上の複数の物品を撮像する撮像装置２２ａと画像処理部２５とを有する。撮像装置２２ａで撮像された画像は画像処理部２５により画像処理され、処理後画像に基づく情報がロボット本体２１内に配置されたロボット制御部２４に送信される。
画像処理部２５は、撮像された画像に静的２値化処理、動的２値化処理等の周知の画像処理を施す処理部２５ａと、画像処理後の画像を記憶する画像記憶部２５ｂ等を有する。処理部２５ａはＣＰＵやメモリを有するコンピュータであり、メモリに記憶された所定のプログラムに基づき前記画像処理を行う。処理部２５ａは、画像処理後の画像を前記処理後画像に基づく情報としてロボット制御部２４に送信しても良いし、画像処理後の画像にあらわれる各物品の特徴点（特徴的な形状を有する部分）の位置情報を前記処理後画像に基づく情報としてロボット制御部２４に送信しても良い。
ロボット制御部２４はメモリ装置２６に格納されたプログラムに基づき動作し、前記処理後画像に基づく情報と、メモリ装置２６に保存されている基準部品情報とに基づき、各第１の傾斜路１１上でロボットアーム２３により取出し可能な位置にあり、且つ、取出し可能な姿勢や形状を有する物品を判別する。そして、ロボット制御部２４は各ロボットアーム２３を動かすための複数のサーボモータをそれぞれ制御する。これにより、ロボットアーム２３により物品が第１の傾斜路１１から１つずつ取出されると共に、取出された物品が対応する物品カートリッジ３０に供給される。
また、本実施形態では、前記プログラムに基づきロボット制御部２４が動作して振動付与装置１３、昇降装置１４ａ、底板駆動装置１４ｄ、およびシャッター移動装置１５ａにも制御信号を送信し、これら装置と各ロボットアーム２３を制御するように構成されている。
ロボット制御部２４の動作の一例を図５のフローチャートを参照しながら説明する。ここで、複数の物品搬送装置１０にはそれぞれＮｏ．１〜Ｎｏ．４の番号が付与されているものとする。
先ず、Ｎｏ．１の物品搬送装置１０から物品を取出して対応する物品カートリッジ３０に供給する指示を作業者が所定の入力装置で入力し、当該指示信号をロボット制御部２４が受付けると（ステップＳ１）、Ｎｏ．１の物品搬送装置１０について、シャッター移動装置１５ａによりシャッター１５が排出防止位置に配置された状態としながら（ステップＳ２）、昇降装置１４ａにより物品供給容器１４を物品供給位置に移動させ（ステップＳ３）、底板駆動装置１４ｄにより底板１４ｂを上昇させる（ステップＳ４）。これにより、物品供給容器１４中の複数の物品が第１の傾斜路１１の上端側に載置される。なお、底板１４ｂの上昇量や傾きを底板駆動装置１４ｄにより調整することもできる。
続いて、底板駆動装置１４ｄにより底板１４ｂを下降させると共に（ステップＳ５）、昇降装置１４ａにより物品供給容器１４を下降させて物品回収位置に移動する（ステップＳ６）。また、シャッター移動装置１５ａによりシャッター１５を下方に移動する（ステップＳ７）。これにより、第２の傾斜路１２上に物品が配置されると、当該物品が第２の傾斜路１２の下端側から物品供給容器１４に排出される。
次に、振動付与装置１３により第１の傾斜路１１に振動を付与する（ステップＳ８）。これにより、複数の物品が第１の傾斜路１１の下端側に向かって移動する。ステップＳ８を行った後に例えば所定時間が経過すると（ステップＳ９）、振動付与装置１３による振動の付与を停止させる（ステップＳ１０）。この状態で視覚センサ２２により第１の傾斜路１１を撮像し（ステップＳ１１）、続いて、画像処理部２５から送信される前記処理後画像に基づく情報と、メモリ装置２６に保存されている基準部品情報とに基づき、第１の傾斜路１１上でロボットアーム２３により取出し可能な位置にあり、且つ、取出し可能な姿勢や形状を有する物品を判別する（ステップＳ１２）。
次に、取出し可能な位置にあり、且つ、取出し可能な姿勢や形状を有する物品を１つずつ取出して、取出した物品を対応する部品カートリッジ３０に供給するように、各ロボットアーム２３に設けられた複数のモータを制御する（ステップＳ１３）。
そして、例えば、所定個数の部品を部品カートリッジ３０に供給するという条件、所定時間が経過するという条件、第１の傾斜路１１上に取出し可能な物品が無くなるという条件等の所定の条件が充足されると次のステップに進む（ステップＳ１４）。そして、ステップＳ８〜ステップＳ１４を繰り返し（ステップＳ１５）、ステップＳ８〜ステップＳ１４の繰り返しは所定回数行われる（ステップＳ１６）。
上記はＮｏ．１の物品搬送装置１０について説明したが、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４の物品搬送装置１０についても同じようにロボット制御部２４による制御が行われる。
Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４の物品搬送装置１０の物品供給容器１４に同じ物品を入れておいても良いが、異なる物品を入れておくと、物品搬送装置１０を選ぶだけで物品を選択することが可能となる。
上記のように、本実施形態では、所定方向に向かって下り傾斜をなす第１の傾斜路１１上の物品をロボットアーム２３で取出して物品カートリッジ３０に供給するので、１種類の物品あたりに使われる面積を小さくすることができる。また、第１の傾斜路１１は所定方向に向かって下り傾斜を有するものなので、複数の第１の傾斜路１１を図１に示すように並べると、小さなスペースに複数の第１の傾斜路１１を設けることが可能になる。
また、複数の第１の傾斜路１１に各々異なる物品を供給することにより、多種類の物品を扱う場合でも広いスペースを必要とせず、このため１つのロボットアーム２３で扱うことのできる物品の種類を増やすことができる。即ち、省スペース化を図りながら１台のロボットアーム２３で扱える物品の種類を増やすことができる。
また、本実施形態では、振動付与装置１３、視覚センサの撮像装置２２ａ、およびロボットアーム２３を制御するロボット制御部２４を備え、ロボット制御部２４が、振動付与装置１３による前記振動付与を停止させている間に、視覚センサ２２に第１の傾斜路１１上の物品の撮像を行わせると共に、ロボットアーム２３に物品の取出しを行わせる。このため、物品に振動が加わる時間を低減して物品に傷や破損が生ずる可能性を低減することができる。また、ロボットアーム２３で取出す際に各物品は検出された位置に止まっているので、ロボットアーム２３による物品供給の効率も向上する。
また、第２の傾斜路１２が、第１の傾斜路１１の下側に配置されると共に第１の傾斜路１１の下端側から落下する物品を受け、前記所定方向と反対方向に物品を戻し、物品供給容器１４が、第２の傾斜路１２の下端側から物品を受取り、受取った物品を第１の傾斜路１１の上端側に供給するように構成されている。このように、第１の傾斜路１１の下端側まで移動した物品が第１の傾斜路１１の下側に配置された第２の傾斜路１２を介して第１の傾斜路１１の上端側に戻されるので、小さなスペースに複数の第１の傾斜路１１を並べる上で極めて有利である。
また、第２の傾斜路１２は、前記所定方向と逆側に向かって第１の傾斜路１１よりも傾斜角が大きい下り傾斜をなす樋状の傾斜路であるから、第２の傾斜路１２上の物品を第１の傾斜路１１上の物品よりも速く移動させることが可能となる。このため、第１の傾斜路１１の上端側に物品を供給する迄の時間の短縮を行い、第１の傾斜路１１の上端側に供給される物品の量を確保する上で有利である。
また、この物品搬送装置１０は、物品供給容器１４と、第１の傾斜路１１の上端側に物品を供給する物品供給位置と第２の傾斜路１２の下端から物品を受取る物品回収位置に物品供給容器１４を移動させる昇降装置１４ａと、物品供給容器１４が物品回収位置以外に配置されている時に、第２の傾斜路１２の下端側における排出防止位置に配置されて物品が第２の傾斜路１２から排出されることを防止するシャッター１５とを有する。このように、昇降する物品供給容器１４により第２の傾斜路１２の下端側から第１の傾斜路１１の上端側に物品を移動するので、物品搬送装置１０により占有される面積を小さくすることができる。
また、物品供給容器１４が、物品供給容器１４内の容量を調整するために上下方向に移動可能な底板１４ｂを備え、各底板駆動装置１４ｄによる底板１４ｂの上昇量を調整することにより底板１４ｂの傾斜角度を調整することができる。このため、物品供給容器１４から第１の傾斜路１１の上端側に供給する物品の量を調整し、視覚センサ２２による検出やロボットアーム２３による取出し効率を調整することが可能となる。
また、ロボット制御部２４が、振動付与装置１３、視覚センサ２２、およびロボットアーム２３に加え、昇降装置１４ａも制御するように構成されているので、振動付与装置１３、視覚センサ２２、およびロボットアーム２３に連動させた昇降装置１４ａの制御が容易になり、循環する物品の量、第１の傾斜路１１の上端側への物品の供給タイミング等を最適化する上で有用である。
本実施形態では、第２の傾斜路１２を第１の傾斜路１１よりも傾斜角度が大きい傾斜路とし、これにより第１の傾斜路１１の下端側から落下する物品を物品供給容器１４に移動させるようにしている。これに対し、第１の傾斜路１１の下端側から落下する物品を第１の傾斜路１１の下側に設けられたベルトコンベヤにより物品供給容器１４に移動させることも可能である。この場合、当該ベルトコンベヤが物品戻り路として機能する。
また、第２の傾斜路１２にも第１の傾斜路１１と同様に振動を加えて物品を第２の傾斜路１２上でその下端側に向けて移動させても良い。
本実施形態では、ロボット制御部２４がロボットアーム２３により取出し可能な位置にあり、且つ、取出し可能な姿勢や形状を有する物品を判別するために、視覚センサ２２が各物品の位置、姿勢、および形状を特定できる情報を得ている。これに対し、視覚センサ２２が各物品の位置および姿勢を特定できる情報を得て、ロボット制御部２４がロボットアーム２３により取出し可能な位置にあり、且つ、取出し可能な姿勢を有する物品を判別する場合でも、ロボットアーム２３による物品の取出しが可能である。更には、ロボット制御部２４がロボットアーム２３により取出し可能な位置にある物品を判別するだけでも、ロボットアーム２３による物品の取出しが可能な場合がある。
また、本実施形態では、昇降する物品供給容器１４を用いて第２の傾斜路１２の下端側から第１の傾斜路１１の上端側に物品を移動させているが、物品供給容器１４の代わりに、物品を第２の傾斜路１２の下端側から第１の傾斜路１１の上端側に移動する周知のスパイラルコンベヤ、マグネット等で物品を付着させる周知のベルトコンベヤ等を用いることも可能である。この場合、スパイラルコンベヤやベルトコンベヤが第１の傾斜路１１の上端側に物品を供給する物品供給手段として機能する。
１０ 物品搬送装置
１１ 第１の傾斜路
１２ 第２の傾斜路
１３ 振動付与装置
１４ 物品供給容器
１５ シャッター
２０ 視覚センサ付きロボット
２２ 視覚センサ
２２ａ 撮像装置
２３ ロボットアーム
２４ ロボット制御部
２５ 画像処理部
２６ メモリ装置
３０ 物品カートリッジ

Claims (7)

  1. 所定方向に向かって下り傾斜をなす傾斜路と、
    該傾斜路に振動を付与する振動付与部と、
    該傾斜路の上端側に複数の物品を供給する物品供給手段と、
    該傾斜路上の前記複数の物品を撮像し、前記各物品の少なくとも位置を特定できる情報を得る視覚センサと、
    該視覚センサで得られた前記情報を用いて、前記傾斜路から前記物品を１つずつ取出し、取出した前記物品を所定の供給先に供給するロボットアームとを備えている物品供給装置。
  2. 前記振動付与部、前記視覚センサ、および前記ロボットアームを制御する制御部をさらに備え、
    該制御部は、前記振動付与部による前記振動付与を停止させている間に、前記視覚センサに前記撮像を行わせると共に、前記ロボットアームに前記物品の取出しを行わせるものである請求項１に記載の物品供給装置。
  3. 前記傾斜路の下側に配置されると共に該傾斜路の下端側から落下する前記物品を受け、前記所定方向と反対方向に前記物品を戻す物品戻り路をさらに備え、
    前記物品供給手段が、前記物品戻り路の下端側から前記物品を受取り、受取った前記物品を前記傾斜路の前記上端側に供給するように構成されている請求項１又は請求項２に記載の物品供給装置。
  4. 前記物品戻り路が、前記所定方向と逆側に向かって前記傾斜路よりも傾斜角が大きい下り傾斜をなす樋状の傾斜路である請求項３に記載の物品供給装置。
  5. 前記物品供給手段が、物品供給容器と、前記傾斜路の上端側に前記物品を供給する物品供給位置と前記物品戻り路の下端から前記物品を受取る物品回収位置に前記物品供給容器を移動させる昇降手段と、前記物品供給容器が前記物品回収位置以外に配置されている時に、前記物品戻り路の下端側における排出防止位置に配置されて前記物品が前記物品戻り路から排出されることを防止するシャッターとを有する請求項４に記載の物品供給装置。
  6. 前記物品供給容器が、該物品供給容器内の容量を調整するために上下方向に移動可能な底板と、該底板の傾斜角度を調整する底板角度調整手段とをさらに備えている請求項５に記載の物品供給装置。
  7. 前記制御部が前記昇降手段も制御するように構成されている請求項２に記載の物品供給装置。
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