JP2020055059A

JP2020055059A - 作業システム

Info

Publication number: JP2020055059A
Application number: JP2018186471A
Authority: JP
Inventors: 陵平福本; Ryohei Fukumoto
Original assignee: Fuji Corp
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2018-10-01
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2020-04-09
Anticipated expiration: 2038-10-01
Also published as: JP7283881B2

Abstract

【課題】供給されたワークを効率よく且つ適切に採取する。【解決手段】供給部に供給された複数のワークをロボットにより採取して所定作業を行う作業システムは、供給部上の複数のワークを撮像する撮像装置と、撮像装置により撮像された複数の画像の変化量を取得し、変化量が収束したことに基づいてワークの静止を判定してから、ワークを採取するようにロボットを制御する制御部と、を備えるものである。【選択図】図６

Description

本明細書は、作業システムを開示する。

従来、ワークが載置された搬送路などの供給部に振動を付与することで、ワークを所定方向に搬送したり、重なっている状態のワーク同士を解きほぐしたりしてワークを供給するワーク供給装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１８−１２７３０１号公報

上述したワーク供給装置により供給されたワークをロボットにより採取する場合、供給部への振動の付与を終了してからワークが静止すると予想される所定時間が経過するのを待って、ワークの採取を開始することが考えられる。しかしながら、所定時間が短い時間に設定されると、ワークがまだ動いている状態でロボットがワークを採取する場合があり、採取ミスが生じ易くなる。一方で、採取ミスを防止するために所定時間が長い時間に設定されると、多数のワークを採取するのに多くの時間がかかり、作業効率の低下に繋がってしまう。また、特に円柱状などの姿勢が安定し難いワークについては、所定時間を適切に設定するのが困難である。

本開示は、供給されたワークを効率よく且つ適切に採取することを主目的とする。

本開示は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本開示の作業システムは、供給部に供給された複数のワークをロボットにより採取して所定作業を行う作業システムであって、前記供給部上の前記複数のワークを撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像された複数の画像の変化量を取得し、前記変化量が収束したことに基づいて前記ワークの静止を判定してから、前記ワークを採取するように前記ロボットを制御する制御装置と、
を備えることを要旨とする。

本開示の作業システムは、複数の画像の変化量が収束したことに基づいて供給部上のワークの静止を判定してから、ワークを採取するようロボットを制御する。これにより、ワークが動いていることによってロボットが採取ミスするのを防止してワークを適切に採取することができる。また、供給されたワークを採取し始めるまでの待ち時間を設定するもののように、待ち時間が短いことによる採取ミスが頻発したり、待ち時間が長いことによる作業効率の低下を招いたりするのを防止することができる。したがって、供給されたワークを効率よく且つ適切に採取することができる。

作業システム１０の構成の概略を示す構成図。ワーク搬送装置２０の構成の概略を示す構成図。ワーク搬送装置２０を裏側から見た部分外観図。制御装置７０の電気的な接続関係を示す説明図。ワークＷのばら積み状態が解きほぐされる様子を示す説明図。採取載置制御ルーチンの一例を示すフローチャート。ワークＷが静止する様子を示す説明図。変形例の採取載置制御ルーチンを示すフローチャート。

次に、本開示を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

図１は作業システム１０の構成の概略を示す構成図であり、図２はワーク搬送装置２０の構成の概略を示す構成図であり、図３はワーク搬送装置２０を裏側から見た部分外観図であり、図４は制御装置７０の電気的な接続関係を示す説明図である。なお、図１，２中、左右方向はＸ軸方向であり、前後方向はＹ軸方向であり、上下方向はＺ軸方向である。

本実施形態の作業システム１０は、供給ボックス１２に収容されているワークＷをトレイＴに整列した状態で載置するシステムである。この作業システム１０は、図１に示すように、トレイ搬送装置１６と、ワーク搬送装置２０と、供給ロボット４０と、採取ロボット５０とを備える。これらは、作業台１１上に設置されている。なお、作業システム１０が行う作業としては、ワークＷをトレイＴに載置する作業に限られず、ワークＷを所定の対象物に組み付ける組み付け作業などを挙げることができる。

トレイ搬送装置１６は、前後方向（Ｙ軸方向）に間隔を空けて左右方向（Ｘ軸方向）に架け渡された一対のベルトコンベアを有する。トレイＴは、ベルトコンベアによって左から右へと搬送される。

供給ロボット４０は、機械部品や電機部品などの各種部品としてのワークＷを供給ボックス１２から取り出してワーク搬送装置２０の供給エリアＡ１（図２参照）に供給するためのロボットである。この供給ロボット４０は、垂直多関節型のロボットアーム４１と、エンドエフェクタ４２とを備える。ロボットアーム４１は、複数のリンクと、各リンクを回転または旋回可能に連結する複数の関節と、各関節を駆動する駆動モータ４４（図４参照）と、各関節の角度を検出するエンコーダ４５（図４参照）とを有する。複数のリンクは、エンドエフェクタ４２が取り付けられる先端リンクと、作業台１１に固定される基端リンクとを含む。エンドエフェクタ４２は、ワークＷの保持とその解除とが可能となっている。エンドエフェクタ４２は、例えば、メカチャックや吸着ノズル、電磁石などを用いることができ、供給エリアＡ１にワークＷをばら積み状態で供給する。

採取ロボット５０は、ワーク搬送装置２０の採取エリアＡ２（図２参照）でワークＷを採取してトレイＴ上に移送，整列させるためのロボットである。この採取ロボット５０は、垂直多関節型のロボットアーム５１と、エンドエフェクタ５２とを備える。ロボットアーム５１は、複数のリンクと、各リンクを回転または旋回可能に連結する複数の関節と、各関節を駆動する駆動モータ５４（図４参照）と、各関節の角度を検出するエンコーダ５５（図４参照）とを有する。複数のリンクは、エンドエフェクタ５２が取り付けられる先端リンクと、作業台１１に固定される基端リンクとを含む。エンドエフェクタ５２は、ワークＷの保持とその解除とが可能となっている。エンドエフェクタ５２は、例えば、メカチャックや吸着ノズル、電磁石などを用いることができる。また、ロボットアーム５１の先端リンクには、ワーク搬送装置２０により搬送されたワークＷやトレイ搬送装置１６により搬送されたトレイＴを撮像してそれらの位置や状態を把握するためのカメラ５３も取り付けられている。カメラ５３は、各採取エリアＡ２を撮像範囲として画像の撮像が可能であり、静止画だけでなく、所定のフレームレート（数十ｆｐｓなど）で時系列に連続する複数の画像（動画）も撮像可能となっている。

ワーク搬送装置２０は、図１，２に示すように、ワークＷをそれぞれ供給エリアＡ１から採取エリアＡ２まで前後方向（Ｙ軸方向）に搬送可能な複数の搬送レーン２１を有する。ワーク搬送装置２０の後方には、複数の搬送レーン２１のそれぞれに供給するワークＷを収容するための複数の供給ボックス１２が配置されている。

ワーク搬送装置２０は、コンベアベルト２２と、仕切り２５とを備える。コンベアベルト２２は、図２に示すように、駆動ローラ２３ａと従動ローラ２３ｂとに架け渡されている。コンベアベルト２２は、上面部２２ａ（載置部）にワークＷが載置され、駆動モータ３８（図４参照）により駆動ローラ２３ａを回転駆動することによってワークＷをベルト送り方向に搬送する。コンベアベルト２２の両サイドには、側壁２４ａ，２４ｂが設けられている。駆動ローラ２３ａおよび従動ローラ２３ｂは、側壁２４ａ，２４ｂに回転自在に支持されている。また、図３に示すように、ワーク搬送装置２０は、コンベアベルト２２の上面部２２ａの裏側に、コンベアベルト２２を支持する支持プレート２８を有する。支持プレート２８は、複数の搬送レーン２１の採取エリアＡ２に対応する位置にそれぞれ開口部２８ａが形成されている。各開口部２８ａの下方には、上面部２２ａを裏面から突き上げて上下動させるための上下動装置３０が配置されている。上下動装置３０は、当接体３１と、開口部２８ａを貫通するように当接体３１を上下動させるシリンダ３２とを備える。シリンダ３２は、側壁２４ａ，２４ｂに固定された支持台２９に支持されている。仕切り２５は、側壁２４ａ，２４ｂに対して平行に延在し、コンベアベルト２２の上面部２２ａを等間隔の複数の搬送レーン２１に仕切る仕切り板である。

制御装置７０は、図示は省略するが、ＣＰＵやＲＯＭ、ＨＤＤ、ＲＡＭ、入出力インタフェース、通信インタフェースなどを備える周知のコンピュータとして構成されている。制御装置７０には、供給ロボット４０のエンコーダ４５や採取ロボット５０のエンコーダ５５、カメラ５３、入力装置８０などからの各種信号が入力される。制御装置７０からは、ワーク搬送装置２０の駆動モータ３８、上下動装置３０（シリンダ３２）、供給ロボット４０の駆動モータ４４、採取ロボット５０の駆動モータ５４、カメラ５３、トレイ搬送装置１６などへの各種制御信号が出力される。また、制御装置７０は、上下動装置３０に制御信号を出力してシリンダ３２の作動を制御することにより、シリンダ３２が当接体３１を上下動（振動）させるほぐし動作を行う。図５はワークＷのばら積み状態が解きほぐされる様子を示す説明図である。図示するように、ほぐし動作により、ばら積み状態のワークＷの塊が解きほぐされて分離状態となり、採取ロボット５０によりワークＷを採取し易いものとなる。また、このほぐし動作を行ってから制御装置がシリンダ３２の作動を停止させても、コンベアベルト２２の上面部２２ａの振動は直ちに収まらないから、分離状態となったワークＷも直ちに静止せず、微小な振動が収束するまでに時間を要する。

こうして構成された作業システム１０では、ワークＷの供給制御と搬送制御、ほぐし動作制御、採取載置制御などの各制御が順に行われる。供給制御は、必要なワークＷを供給ボックス１２から採取して、対応する搬送レーン２１の供給エリアＡ１に供給するように供給ロボット４０を駆動制御することにより行われる。搬送制御は、供給エリアＡ１に供給されたワークＷが採取エリアＡ２に到達するようにワーク搬送装置２０を駆動制御することにより行われる。ほぐし動作制御は、採取エリアＡ２にワークＷが到達した状態で、採取エリアＡ２に対応する上下動装置３０のシリンダ３２を駆動制御することにより行われる。採取載置制御は、ほぐし動作制御により解きほぐされて分離状態となったワークＷを採取し、トレイＴ上に整列して載置するように採取ロボット５０を駆動制御することにより行われる。各搬送レーン２１のワークＷに対して行われるこれらの制御は、他の搬送レーン２１のワークＷに対する制御に影響を及ぼさなければ並行して実行されるものとすればよい。以下、採取載置制御の詳細を図６に示すフローチャートに基づいて説明する。

図６の採取載置制御ルーチンでは、制御装置７０は、上下動装置３０によるほぐし動作が終了するのを待ち（Ｓ１００）、ほぐし動作が終了したと判定すると、所定のフレームレートで対象の採取エリアＡ２の画像Ｇをカメラ５３に撮像させる（Ｓ１１０）。なお、図７はワークＷが静止する様子を示す説明図であり、上面部２２ａ（採取エリアＡ２）にあるワークＷの振動が図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃの順に収束して静止していく様子を示す。制御装置７０は、カメラ５３により撮像された画像Ｇを画像処理し、時系列に連続する３つのフレーム画像である画像Ｇ（ｉ−２），Ｇ（ｉ−１），Ｇ（ｉ）の変化量を取得する（Ｓ１２０）。なお、ｉは撮像順に基づく画像の番号を示す。Ｓ１２０では、制御装置７０は、例えば画像Ｇの各画素のうち輝度値が特に高い画素を特徴点として抽出し、３つの画像Ｇ（ｉ−２），Ｇ（ｉ−１），Ｇ（ｉ）における特徴点の移動量を変化量として取得する。あるいは、制御装置７０は、画像Ｇの各画素の輝度値から輝度分布を求め、その輝度分布の変化量を取得するものなどとしてもよい。ほぐし動作が終了した後も、ワークＷはしばらくの間振動するため（図７Ａ，図７Ｂ参照）、画像Ｇ内のワークＷも位置が変化することになる。そのような変化は、画像Ｇにおける特徴点の移動や輝度分布の変化などとして現れるから、制御装置７０はＳ１２０で変化量を取得することにより、ワークＷの変位の度合いを判別することができる。

制御装置７０は、こうして変化量を取得すると、変化量が収束したか否かを判定し（Ｓ１３０）、収束していないと判定すると、Ｓ１２０に戻り処理を繰り返す。制御装置７０はＳ１２０で取得した変化量が所定範囲内の場合に、変化量が収束したと判定する。この所定範囲は、ワークＷが静止したことを判断できる範囲として予め実験などにより求められ、制御装置７０のＨＤＤなどに記憶されている。また、制御装置７０は、例えば２画像Ｇ（ｉ−１），Ｇ（ｉ）間の変化量や２画像Ｇ（ｉ−２），Ｇ（ｉ−１）間の変化量をそれぞれ取得し、各変化量がいずれも所定範囲内である場合に変化量の収束を判定する。なお、制御装置７０は、各画像Ｇ（ｉ−２），Ｇ（ｉ−１），Ｇ（ｉ）間の相互の変化量をそれぞれ取得して判定するものなどとしてもよい。制御装置７０は、Ｓ１３０で変化量が収束したと判定すると、ワークＷが静止したと判定して画像Ｇの撮像を終了する（Ｓ１４０）。本実施形態では、制御装置７０は、画像Ｇ内の各特徴点の変化量がいずれも収束したなど、画像Ｇの領域全体において変化量が収束したことに基づいて、対象の採取エリアＡ２にある複数のワークＷの全てが静止したこと（図７Ｃ参照）を判定する。

制御装置７０は、ワークＷの静止を判定すると、採取ロボット５０によるワークＷの採取を開始するため、Ｓ１３０の判定に用いた複数の画像Ｇのうち最後に撮像された画像Ｇから各ワークＷの位置を検出する（Ｓ１５０）。このように、最後の画像ＧからワークＷの位置を検出することで、ワークＷの静止を判定してから改めて画像Ｇを撮像することなく、速やかにワークＷの採取を開始することができる。制御装置７０は、採取ロボット５０によりワークＷを採取してトレイＴに載置する処理を対象の採取エリアＡ２にある全てのワークＷに対して実行して（Ｓ１６０）、採取載置制御ルーチンを終了する。このように、ワークＷの静止を判定してから採取ロボット５０によるワークＷの採取を開始するため、ワークＷの採取ミスを防止することができる。なお、制御装置７０は、Ｓ１６０の処理中に、必要に応じて画像を撮像してワークＷの位置を確認するものなどとしてもよい。

ここで、本実施形態の構成要素と本開示の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のワーク搬送装置２０のコンベアベルト２２（上面部２２ａ）が供給部に相当し、採取ロボット５０がロボットに相当し、作業システム１０が作業システムに相当し、カメラ５３が撮像装置に相当し、制御装置７０が制御部に相当する。

以上説明した本実施形態の作業システム１０では、複数の画像Ｇの変化量が収束したことに基づいてワークＷの静止を判定してから、ワークＷを採取するように採取ロボット５０を制御する。これにより、ワークＷが動いていることによる採取ミスを防止してワークＷを適切に採取することができる。また、ほぐし動作が終了してからワークＷを採取し始めるまでの待ち時間を設定するもののように、待ち時間が短いことによる採取ミスが頻発したり、待ち時間が長いことによる作業効率の低下を招いたりするのを防止することができる。したがって、供給されたワークＷを効率よく且つ適切に採取することができる。また、円柱状や円錐状などの静止しにくい形状のワークＷであっても、静止したことを確実に判定することができるから、ワークＷの形状によらず汎用性をもたせることができる。

また、ワークＷの静止の判定に用いた複数の画像Ｇのうち最後に撮像された画像ＧをワークＷの位置の検出に用いる。このため、ワークＷの静止を判定すると、新たに画像を撮像することなくワークＷの採取を開始することができるから、ワークＷをより効率よく採取することができる。また、時系列に連続する３つの画像Ｇ（ｉ−２），Ｇ（ｉ−１），Ｇ（ｉ）の変化量からワークＷの静止を判定するから、ワークＷの静止を誤判定するのを防止して判定精度を向上させることができる。

なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、最後に撮像された画像ＧをワークＷの位置の検出に用いるものとしたが、これに限られず、ワークＷの静止を判定した後に位置の検出に用いる画像を撮像するものなどとしてもよい。ただし、ワークＷの採取を速やかに開始するため、最後に撮像された画像Ｇを用いるものが好ましい。

上述した実施形態では、ワーク搬送装置２０としてコンベアベルト２２によりワークＷを搬送するものを例示したが、これに限られず、所定の動作を伴ってワークＷが供給されるものであればよい。例えば、採取ロボット５０側に向かって下り勾配で傾斜する傾斜部の上方にワークＷを投入することにより、ワークＷが傾斜部の表面（傾斜面）を伝い落ちて採取ロボット５０側に供給されるものなどとしてもよい。また、上下動可能な平坦状の供給部を、傾斜部の下端に繋がるように設けたり、供給ロボット４０が直接ワークＷを供給可能に設けたりしておき、ワークＷが供給されると供給部を上下動させてワークＷの塊を解きほぐすものなどとしてもよい。

上述した実施形態では、時系列に連続する３つの画像Ｇから変化量の収束を判定するものとしたが、これに限られず、複数の画像Ｇから変化量の収束を判定するものであればよく、２つの画像Ｇから判定してもよい。

上述した実施形態では、画像Ｇの領域全体において変化量が収束したことを判定することで複数のワークＷの全ての静止を判定してから、ワークＷの採取を開始するものとしたが、これに限られるものではない。図８は、変形例の採取載置制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図８では図６と同じ処理には同じステップ番号を付して説明は省略する。変形例の採取載置制御ルーチンでは、制御装置７０は、Ｓ１３０で画像全体で変化量が収束していないと判定すると、画像Ｇの一部の領域で変化量が部分的に収束したか否かを判定し（Ｓ１３２）、収束していないと判定するとＳ１２０に戻る。Ｓ１３２では、制御装置７０は、例えば画像ＧにおいていずれかのワークＷを示す領域の特徴点の変化量（移動量）が収束したことに基づいて、変化量が部分的に収束したと判定する。制御装置７０は、Ｓ１３２で変化量が部分的に収束したと判定すると、一部のワークＷが静止したと判定し、静止した一部のワークＷの位置を画像Ｇから検出して（Ｓ１３４）、採取ロボット５０によりそのワークＷを採取してトレイＴに載置する処理を実行して（Ｓ１３６）、Ｓ１２０に戻る。ここで、図７に示すようにワークＷの振動（動き）の程度は個々に異なる場合があり、例えば図７のワークＷ（１）は、他のワークＷよりも早く振動が収束している（図７Ｂ参照）。このため、Ｓ１３２〜Ｓ１３６では、振動が早く収束して静止したワークＷを見つけると、全てのワークＷが静止するのを待つことなく、静止したワークＷの採取を開始するのである。これにより、複数のワークＷの全ての静止を待つことなく、静止した一部のワークＷから採取を開始させることができるから、ワークＷをより効率よく採取して作業効率を向上させることができる。

上述した実施形態では、カメラ５３が採取ロボット５０に取り付けられているものとしたが、これに限られず、供給部上の複数のワークＷを撮像するカメラが作業システム１０の所定位置に固定されていてもよいし、作業システム１０の上方にある天井などの壁面にカメラが固定されていてもよい。

ここで、本開示の作業システムは、以下のように構成してもよい。例えば、本開示の作業システムにおいて、前記制御装置は、前記ワークの静止を判定するのに用いた前記複数の画像のうち最後に撮像された画像を、前記ロボットが前記ワークを採取する際の前記ワークの位置の検出に用いるものとしてもよい。こうすれば、ワークの静止を判定すると、新たに画像を撮像することなくワークの採取を開始させることができるから、ワークをより効率よく採取することができる。

本開示の作業システムにおいて、前記制御装置は、前記変化量が画像全体で収束したことに基づいて前記複数のワークの全ての静止を判定する前でも、前記変化量が部分的に収束したことに基づいて一部のワークの静止を判定すると、前記一部のワークを採取するように前記ロボットを制御するものとしてもよい。こうすれば、複数のワークの全ての静止を待つことなく、静止した一部のワークから採取を開始させることができるから、ワークをより効率よく採取して作業効率を向上させることができる。

本開示の作業システムにおいて、前記制御装置は、前記撮像装置により撮像された画像のうち、時系列に連続する３以上の画像から前記変化量を取得して、前記ワークの静止を判定するものとしてもよい。こうすれば、ワークの静止を誤判定するのを防止して判定精度を向上させることができるから、ワークをより適切に採取することができる。

本開示は、作業システムの製造産業などに利用可能である。

１０作業システム、１１作業台、１２供給ボックス、１６トレイ搬送装置、２０ワーク搬送装置、２１搬送レーン、２２コンベアベルト、２２ａ上面部、２３ａ駆動ローラ、２３ｂ従動ローラ、２４ａ，２４ｂ側壁、２５仕切り、２８支持プレート、２８ａ開口部、２９支持台、３０上下動装置、３１当接体、３２シリンダ、３８駆動モータ、４０供給ロボット、４１ロボットアーム、４２エンドエフェクタ、４４駆動モータ、４５エンコーダ、５０採取ロボット、５１ロボットアーム、５２エンドエフェクタ、５３カメラ、５４駆動モータ、５５エンコーダ、７０制御装置、８０入力装置、Ｔトレイ、Ｗワーク。

Claims

供給部に供給された複数のワークをロボットにより採取して所定作業を行う作業システムであって、
前記供給部上の前記複数のワークを撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された複数の画像の変化量を取得し、前記変化量が収束したことに基づいて前記ワークの静止を判定してから、前記ワークを採取するように前記ロボットを制御する制御装置と、
を備える作業システム。
請求項１に記載の作業システムであって、
前記制御装置は、前記ワークの静止を判定するのに用いた前記複数の画像のうち最後に撮像された画像を、前記ロボットが前記ワークを採取する際の前記ワークの位置の検出に用いる
作業システム。
請求項１または２に記載の作業システムであって、
前記制御装置は、前記変化量が画像全体で収束したことに基づいて前記複数のワークの全ての静止を判定する前でも、前記変化量が部分的に収束したことに基づいて一部のワークの静止を判定すると、前記一部のワークを採取するように前記ロボットを制御する
作業システム。