JP2018122370A - 少なくとも１つのセンサを用いた物品搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物品が重なった状態で運搬されていても、取り出し対象物品を適切に選択して取り出せる物品搬送装置を提供する。
【解決手段】物品搬送装置１０は、複数の物品１２を運搬する供給部１４と、供給部１４上の物品１２の３次元的な位置姿勢を検出する位置姿勢検出部１６と、供給部１４の移動量を検出する移動量検出部１８と、検出された物品１２の位置姿勢、及び移動量検出部１８で検出された供給部１４の移動量に基づいて、供給部１４の運搬動作に追従しながら物品１２を取り出す作業部２０と、物品１２が重なって流れてきた際に、検出された位置姿勢に基づいて、複数の物品１２の各々について定めた取り出し方向に関して他の物品が重なっていない物品を取り出し対象物品として選択し、該取り出し対象物品を取り出す旨の指示を作業部２０に送る物品選択部２２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つのセンサを用いた物品搬送装置に関する。

コンベヤにより運搬されている複数の物品を視覚センサで検出し、検出された物品の位置情報に基づいてロボットが、コンベヤの動作に追従しながら各物品を把持して搬送するシステムが知られている（例えば特許文献１参照）。また、コンベヤによって搬送される物品の取りこぼしを防止する技術が知られている（例えば特許文献２参照）。

さらに、コンベヤ上の物品の位置や姿勢が変化した場合でも、物品を取り出す動作を適切に制御又は補正する技術も知られている（例えば特許文献３、４参照）。

特開平０８−０６３２１４号公報 特開２０１３−０００８５４号公報 特開２００４−００１１２２号公報 特開２０１６−１０７３４９号公報

複数の物品が互いに重なった状態で搬送されている場合、その重なりを排除するためには、物品を取り出す工程の前に専用の装置を設ける必要があり、設備が高価になってしまう。また専用の装置を使用しても、不規則に供給・運搬される物品の重なりを完全に排除することは困難であることから、重なった物品が視覚センサ等で検出できずに見逃され、所定の搬送先に搬送できない物品が発生し、搬送装置の処理能力の低下につながるという問題があった。

本開示の一態様は、複数の物品を運搬する供給部と、前記供給部上の前記物品の３次元的な位置姿勢を検出する少なくとも１つの位置姿勢検出部と、前記供給部の移動量を検出する移動量検出部と、前記位置姿勢検出部で検出された前記物品の位置姿勢、及び前記移動量検出部で検出された前記供給部の移動量に基づいて、前記供給部の運搬動作に追従しながら前記物品を取り出す少なくとも１つの作業部と、前記物品が互いに重なった状態で運搬されてきたときに、前記位置姿勢検出部で検出された３次元的な位置姿勢に基づいて、前記複数の物品の各々について定めた取り出し方向に関して他の物品が重なっていない物品を取り出し対象物品として選択し、該取り出し対象物品を取り出す旨の指示を前記作業部に出力する物品選択部と、を備えた物品搬送装置である。

本開示の態様によれば、複数の物品が互いに重なった状態で搬送されている場合、重なりを解消する専用の装置等を使用せずとも、他の物品の位置姿勢を変更せずに取り出し対象物品を取り出すことができる。

第１の実施形態に係る物品搬送装置の概略構成を示す図である。 図１の物品搬送装置の具体的な構成例を示す斜視図である。 複数の物品が重なった状態と、各物品の取り出し方向とを例示する概略図である。 図１の物品搬送装置において、取り出すべき物品を選択する処理の一例を示すフローチャートである。 物品のトラッキング方法の一例を説明する図である。 第２の実施形態に係る物品搬送装置の概略構成を示す図である。 第３の実施形態に係る物品搬送装置の概略構成を示す図である。

図１は、第１の実施形態に係る物品搬送装置１０の一構成例を示す概略図であり、図２は、図１の物品搬送装置１０の具体的な構成例を示す斜視図である。物品搬送装置１０は、複数の物品（ワーク）１２を運搬する供給部１４と、供給部１４上のワーク１２の３次元的な位置姿勢を検出する少なくとも１つの位置姿勢検出部１６と、供給部１４の移動量を検出する移動量検出部１８と、位置姿勢検出部１６で検出されたワーク１２の位置姿勢、及び移動量検出部１８で検出された供給部１４の移動量に基づいて、供給部１４の運搬動作に追従しながらワーク１２を取り出す少なくとも１つの作業部２０と、ワーク１２が重なって流れて来た際に位置姿勢検出部１６で検出された位置姿勢に基づいて、複数のワーク１２の各々について定めた取り出し方向に関して他のワークが重なっていないワークを取り出し対象ワークとして選択し、該取り出し対象ワークを取り出す旨の指示を作業部２０に出力する物品選択部２２とを備える。

供給部１４は、例えばベルトコンベヤ等のコンベヤであり、複数のワーク１２が載置可能なベルト等の搬送部材２４と、ワーク１２が一方向（図１では左方から右方、図２では略右方から略左方）に運搬されるように搬送部材２４を駆動する電動機等の駆動機構（図示せず）とを有する。

位置姿勢検出部１６の構成は特に限定されるものではなく、例えば、空間コード方式、位相シフト方式、ランダムドットパターン方式、ＴＯＦ（Time Of Flight）方式、光切断方式、ステレオカメラ方式等の、公知の原理を利用した任意のセンサが使用可能である。また、これらのセンサによる３次元位置姿勢等の３次元情報の出力形式にも何らの制約はない。図２の例では、位置姿勢検出部１６は、２台の２次元カメラ２６ａ及び２６ｂ、並びにプロジェクタ２６ｃから構成される３次元センサである。また物品搬送装置１０は、上記画像処理を行う画像処理装置（図示せず）を有するが、該画像処理装置の機能は後述する制御装置３０内に内蔵されてもよいし、パーソナルコンピュータ等の他の処理装置として実現されてもよい。

なお本開示におけるワークの「位置姿勢」とは、ワークの位置及び姿勢を意味するが、ワークが球状や円形であって該ワークの取り出しに際しその姿勢を考慮する必要がない場合は、位置のみを意味することもある。

移動量検出部１８は、例えばエンコーダであり、コンベヤ１４のベルトの回転速度や該ベルトを駆動する電動機の回転速度等を検出することによって、コンベヤ１４上のワーク１２の移動量（移動速度）を検出することができる。或いは、コンベヤ１４への駆動指令に含まれる指令速度や指令移動量を、検出した移動量として用いてもよい。

作業部２０は例えば、コンベヤ１４の側方の所定位置に配置された作業機械２８及び作業機械２８を制御する制御装置３０と有し、コンベヤ１４上の少なくとも１つのワーク１２を取り出して（ピックアップして）所定の搬送先（例えば図２に示すような箱３３）に搬送できるように構成されている。一例として、作業機械２８は、パラレルリンクロボットや多関節ロボット等のロボットであり、吸着式又は把持式のハンドを備える。図２の例では、架台３４に固定された作業機械として１台のパラレルリンクロボット２８が、概ね扁平形状を有するワーク（例えば内部に流動物を有するパウチ）１２を、同時に最大３つ吸着できるハンド３６を備えている。

物品選択部２２は例えば、プロセッサ等として制御装置３０又はパーソナルコンピュータ等の他の装置に内蔵され、複数のワークがコンベヤ１４上を互いに重なった状態で流れてきたときに、該複数のワークのいずれを取り出すべきかを選択し、選択されたワークをロボット２８で取り出す旨の指令を制御装置３０に送る。以下、その処理についての具体例を、図３及び図４を参照しつつ説明する。

ここでは一例として、図３のように、３つのワーク１２ａ、１２ｂ及び１２ｃが重なった状態でコンベヤ１４上を流れてきた場合を考える。先ずステップＳ１において、３次元センサ１６によって、ワーク（物品）１２ａ〜１２ｃを含む領域の３次元点を計測し、次にステップＳ２において、各ワークの３次元的な位置姿勢を求める。

ワークの３次元の位置姿勢を求める手法としては、撮像対象のワークの各々の形状を３次元モデル等として予め記憶しておき、これと撮像結果とに基づいてワーク形状を予測するマッチング等の周知の手法が挙げられる。マッチングでは、あるワークがカメラの画像では部分的にしか見えていない（他のワークが重なっている）場合に、見えている部分の形状に基づいてワークの全体形状を予測するが、その際に、見えている部分の全体に占める割合を評価値として求めることができる。この評価値が予め定めた閾値未満の場合は、物品選択部２２は、そのワークを後述する処理の前に、取り出し対象から除外してもよい。例えば、見えている部分が全体の２０％未満であるような場合、そのワークは明らかに取り出し対象として不適切と判断できるので、後述する処理をせずに取り出し対象から除外することにより、演算処理時間を短縮することができる。このことは、後述する実施形態でも同様である。

次にステップＳ３において、３次元の位置姿勢が検出された複数のワーク１２ａ〜１２ｃのうち、コンベヤ１４の運搬方向３２について最も下流側に位置するワーク（図３の例ではワーク１２ａ）を指定する。なおステップＳ３は必須ではないが、下流側のワークから優先的に、取り出し対象ワークとなり得るかを判断することにより、ワークがロボット２８の作業領域（可動範囲）を超えて下流側に流れてしまう確率を低減できる。このことは、後述する実施形態でも同様である。

次のステップＳ４では、指定されたワークについて、該ワークの取り出し方向に他のワークの３次元の計測点（干渉物）が存在するか否か、すなわち対象ワークを取り出し方向にみたときに、他のワークが重なっているか否かを検出する。ここで「計測点」とは、上述のマッチング等において使用する、ワークの輪郭や形状特徴を表す代表点を意味し、他のワークの存在によって指定されたワークの計測点の一部が検出を不能となっている場合、他のワークが指定されたワークに重なっていると判断できる。

また「取り出し方向」とは、ロボットハンド３６等に把持された直後の物品（ワーク）の移動方向を意味し、換言すれば、把持されたワークがコンベヤから離隔するときの物品（ハンド等）の移動方向である。図３の例では、ワーク１２ａ〜１２ｃの各々はハンド３６が吸着可能な被吸着面３８を有し、ハンド３６は被吸着面３８を吸着した状態でワークを被吸着面３８に垂直な方向に取り出す（ピックアップする）。従ってワーク１２ａ、１２ｂ及び１２ｃの取り出し方向はそれぞれ、矢印４０ａ、４０ｂ及び４０ｃで表される方向となる。このように取り出し方向は鉛直上方には限られず、ワークの形状やコンベヤ上での姿勢、被把持位置等によって異なる。

ステップＳ４において、最初に指定されたワーク１２ａは、その取り出し方向４０ａについてワーク１２ｂが重なっている（干渉している）ので、取り出し対象ワークとして選択されず、２番目に下流側にあるワーク１２ｂが指定される（ステップＳ３）。しかしワーク１２ｂも、その取り出し方向４０ｂについてワーク１２ｃが重なっている（干渉している）ので、取り出し対象ワークとして選択されず、３番目に下流側にあるワーク１２ｃが指定される（ステップＳ３）。従ってこの例では、取り出し方向４０ｃについて干渉物が存在しないワーク１２ｃが取り出し対象ワークとして選択され、ワーク１２ｃを取り出す旨の指令が作業部２０（制御装置３０）に送られる（ステップＳ５）。

本実施形態では、ワーク毎に定めた取り出し方向について他のワークとの重なりの有無を検出するので、最も取り出しに適したワーク（通常は、取り出し方向にみたときに全領域（全ての３次元点）が検出されたワーク）が取り出し対象として選択される。従来は、重なり合ったワークをピックアップする場合、鉛直方向の位置が最も高いワークを取り出し対象として選定することが多かったが、ワークの姿勢によっては、必ずしも鉛直方向について最も上方に位置するワークが取り出し対象として適当とは限らないことがある（例えば、ワーク１２ｂ（の重心）はワーク１２ｃよりも鉛直方向上方に位置するが、ワーク１２ｃが取り出し方向に関して干渉しているため、取り出し対象として適当ではない。また、図３に示すワーク１２ｄのように、被把持面が下向きの状態で載置されているワークも取り出し対象として適当ではない）。しかし本実施形態及び後述する実施形態ではそのような場合も、取り出し対象ワークを適切に選択することができる。

図５は、ロボット２８がコンベヤ１４の運搬動作に追従してワーク１２を把持する方法（トラッキング方法）の具体例を説明する図である。先ず、３次元センサ１６を用いて、ある時刻ｔ１において、トラッキング座標系ＴＦ上のワーク１２の位置姿勢ａを検出する。次に、現在の時刻（ロボットがワークを取り出すべき時刻）ｔ２におけるトラッキング座標系ＴＦ′を、以下の式（１）から求める。なおＴは座標変換行列である。
ＴＦ′＝Ｔ・ＴＦ ・・・（１）

Ｔの平行移動成分は、例えば、検出時（時刻ｔ１）のエンコーダ１８のカウント値ｅ１と、現在（時刻ｔ２）のエンコーダ１８のカウント値ｅ２とを用いて、（（ｅ２−ｅ１）/Scale）として表すことができる。なお「Scale」は、エンコーダのカウント値とコンベヤの移動量との関係を表す換算値であり、例えば（count/mm）等の単位を有する。

上述の処理により、時刻ｔ２における、トラッキング座標系ＴＦ′のワーク１２の位置姿勢ａ′を求めることができるので、ロボット２８は、ＴＦ′及びａ′に基づいて、ワーク１２の動きに追従した作業を行うことができる。このようなトラッキング動作は、後述する実施形態にも適用可能であることはもちろんである。

図６は、第２の実施形態に係る物品搬送装置１０′の一構成例を示す概略図である。なお第２の実施形態において、第１の実施形態と同様でよい構成要素については、第１の実施形態と同じ参照符号を付し、詳細な説明は省略する。

物品搬送装置１０′は、複数（図示例では２つ）の位置姿勢検出部と、複数（図示例では２つ）の作業部とを有し、より具体的には、コンベヤ１４の運搬方向３２について最も上流側に配置された第１の位置姿勢検出部（３次元センサ）１６より下流側に配置された第２の位置姿勢検出部１６′と、コンベヤ１４の運搬方向３２について第１の作業部２０より下流側に配置された第２の作業部２０′とをさらに有する。なお作業部２０′は、作業部２０と同様に、ロボット２８′及びこれを制御する制御部３０′とを有することができるが、これに限られるものではなく、所定の作業領域内のワーク１２を取り出す作業を行えるものであれば、どのような機構を具備してもよい。

第２の実施形態では、下流側に位置姿勢検出部１６′及び作業部２０′が設けられているので、コンベヤ１４上でワーク１２が３つ以上重なっている等、上流側の位置姿勢検出部１６で３次元の位置姿勢が検出できなかったワークがあった場合や、作業部２０で全てのワークを取り出すことができなかった場合に、下流側の位置姿勢検出部１６′で該ワークの３次元の位置姿勢を検出して、作業部２０′で取り出すことができる。従って第２の実施形態では、コンベヤ１４上のワークを全て取り出せる確率を大幅に向上させることができる。

なお図示していないが、多数のワークが重なり得るような場合は、３つ以上の位置姿勢検出部及び３つ以上の作業部を用いて、コンベヤ１４上のワークを全て取り出せる確率をさらに向上させるようにすることもできる。

また下流側の位置姿勢検出部１６′は、上流側の位置姿勢検出部１６と同様に、各ワークの３次元の位置姿勢を検出できる３次元センサとしてもよいが、ワーク１２が図２に示したパウチ等の実質的に平面に近い形状を有し、かつコンベヤ１４上で互いに重なるワークが２つである（３つ以上のワークが重なる可能性がほぼない）場合は、第１の位置姿勢検出部１６以外の位置姿勢検出部の少なくとも１つを、各ワークの２次元的な位置姿勢を検出する２次元センサ（例えば１つのＣＣＤカメラ）としてもよい。一般に２次元センサは３次元センサより低コストなので、２次元センサの使用により、装置全体のコストを抑制することができる。

図７は、第３の実施形態に係る物品搬送装置１０″の一構成例を示す概略図である。なお第３の実施形態において、第２の実施形態と同様でよい構成要素については、第２の実施形態と同じ参照符号を付し、詳細な説明は省略する。

物品搬送装置１０′は、少なくとも１つ、好ましくは複数（図示例では２つ）の位置姿勢検出部１６及び１６′と、複数（図示例では２つ）の作業部２０及び２０′とを有することに加え、作業部２０及び２０′（制御部３０及び３０′）を制御するセル制御装置４２をさらに有する。セル制御装置４２は、例えばパーソナルコンピュータやワークステーション等の、比較的大きな容量を有する演算処理装置として構成可能であり、位置姿勢検出部１６及び１６′、並びに作業部２０及び２０′（制御部３０及び３０′）に通信可能に接続されることにより、接続された各機器を制御することができる。

第３の実施形態では、セル制御装置４２の使用により、複数の作業部及び位置姿勢検出部の集中管理が容易になる。またセル制御装置４２を、物品搬送装置１０″とは離れた場所に設置することにより、物品搬送装置１０″を遠隔操作したり、物品搬送装置１０″とは離れた場所に居る作業者でも物品搬送装置１０″の状態を確認・監視したりすることができる。

１０、１０′、１０″ 物品搬送装置
１２、１２ａ〜１２ｄ ワーク
１４ 供給部
１６、１６′ 位置姿勢検出部
１８ 移動量検出部
２０、２０′ 作業部
２２ 物品選択部
２８、２８′ ロボット
３０、３０′ ロボット制御装置
３６ ロボットハンド
３８ 被吸着面
４２ セル制御装置

Claims (6)

1. 複数の物品を運搬する供給部と、
   前記供給部上の前記物品の３次元的な位置姿勢を検出する少なくとも１つの位置姿勢検出部と、
   前記供給部の移動量を検出する移動量検出部と、
   前記位置姿勢検出部で検出された前記物品の位置姿勢、及び前記移動量検出部で検出された前記供給部の移動量に基づいて、前記供給部の運搬動作に追従しながら前記物品を取り出す少なくとも１つの作業部と、
   前記物品が互いに重なった状態で運搬されてきたときに、前記位置姿勢検出部で検出された３次元的な位置姿勢に基づいて、前記複数の物品の各々について定めた取り出し方向に関して他の物品が重なっていない物品を取り出し対象物品として選択し、該取り出し対象物品を取り出す旨の指示を前記作業部に出力する物品選択部と、
   を備えた物品搬送装置。
2. 前記物品搬送装置は、複数の前記位置姿勢検出部と、複数の前記作業部とを有し、
   前記複数の位置姿勢検出部のうち、前記供給部の運搬方向について最も上流側に配置された第１の位置姿勢検出部で３次元的な位置姿勢が検出されなかった物品の３次元的な位置姿勢を、前記第１の位置姿勢検出部よりも下流側に配置された第２の位置姿勢検出部によって検出し、
   前記物品選択部は、前記第２の位置姿勢検出部で３次元的な位置姿勢が検出された物品を、前記複数の作業部のうち、前記供給部の運搬方向について上流側に配置された第１の作業部よりも下流側に設置された第２の作業部によって取り出す旨の指示を出力する、請求項１に記載の物品搬送装置。
3. 前記第１の位置姿勢検出部以外の位置姿勢検出部の少なくとも１つは、前記物品の２次元的な位置姿勢を検出するように構成されている、請求項１又は２に記載の物品搬送装置。
4. 前記位置姿勢検出部は、各物品の形状を予測するマッチングを行い、前記物品選択部は、前記マッチングの評価値が予め定めた閾値未満の物品については取り出し対象から除外する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の物品搬送装置。
5. 前記物品選択部は、互いに重なり合った物品のうち、前記供給部の運搬方向について最も下流側の物品から順に、前記取り出し対象物品として選択可能かを判断する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の物品搬送装置。
6. 前記物品搬送装置は、複数の前記作業部を有するとともに、前記少なくとも１つの位置姿勢検出部及び前記複数の作業部を制御するセル制御装置をさらに有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の物品搬送装置。

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