JP3172494B2 - 衝撃式パーツフィーダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパーツフィーダーに
関し、より詳しくは、選択ゾーン（領域）で小さな電子
部品、機械部品、食品あるいはその他の対象物を分析し
て、必要に応じてそれらの向きを所望の向きに変更する
ことができるようにしたパーツフィーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】機械部品を自動組み立てするには、部品
を梱包したり検査する前に正確に方向付ける必要があ
る。最近の製造工業界にあっては、パーツフィーダはあ
る部品に対して専用機として一台一台が手作りで開発さ
れている。そしてこの種のパーツフィーダは、機械的な
フィルタ（ふるい）を用い、所望の向きを持った部品だ
けを供給する。はじかれた部品は方向変更機構により他
の通路を循環する。部品の外形が変わると、フィルタも
機械的に設計し直さなくてはならない。この場合、トラ
イアンドエラーが通常は数ヶ月必要であり、自動化され
た組立セルのコストの５０％を超える。

【０００３】最近では、部品の向きを変える振動ボウル
フィーダーがもっとも一般的である。これは、特殊な形
状をしたボウルの中に部品を入れて、回転運動で部品を
振動させるものであり、このパーツフィーダーによれ
ば、螺旋状トラックを部品が上っていく。部品が上るに
したがい、螺旋状トラックの中で部品が進路変更したり
部品同士の固まりがほぐされることにより機械的なフィ
ルターとして機能する。そして、このようなフィルター
機能により、全ての部品が一つの方向に向いて別のボウ
ルへ落下される。この別のボウルでは、部品を所望の向
きに向ける他の動作を行う。上記トラックの中で部品を
所望の向きに機械的に回転させるように設計することも
できる。他の方向変更方法は、振動ではなく遠心力、ベ
ルト、あるいは往復動するフォークを使用するもので、
部品はパーツフィーダー機構を介して移動される。

【０００４】ボウルフィーダーにおいて部品形状が変わ
る場合には、設計者はボウルおよび／または他の機構部
品を設計し直して、新しい部品が収容できるようにす
る。その機構は、何回もテストして仕様変更を行い、も
っとも効率の良い部品供給が実現でき、かつ部品がジャ
ムらないようにする（つまらないようにする）。部品の
ジャム（つまり）は次のようなことによって引き起こさ
れる。たとえば、トラック内で部品を進路変更したり、
あるいは部品同士をバラバラにすることによって部品の
向きが変更されたり「ふるい」にかけられることを、外
部の寸歩公差の緩い装置で行うことによって引き起こさ
れる。あるいは部品形状が制御されていないことによっ
て引き起こされる。

【０００５】その他のパーツフィーダーとして、振動プ
レートに巣のようにアレイ状に切り込まれたシルエット
トラップ（部品の形状に即した形状の凹部）を使用する
ものがある。そのプレートとトラップは振動して、部品
を特定の方向に向かせてトラップの中に入り込ませる。
プレートを傾斜させると部品はトラップを横切って移動
し、これにより、トラップは、所望の方向に向いた部品
で一杯になる。振動動作はソフトウエアにより制御され
るが、依然として新たな部品ごとに特別に機構的な巣
（トラップ）を設計し直す必要がある。そして、ボウル
フィーダーと同様に、ジャミングの問題や、トラップ内
で整列した不適切な部品があるといった問題が残る。そ
の他、プログラマブルなパーツフィーダがいくつか提案
されている。それらのパーツフィーダーは、振動を変更
可能として、部品を安定した向きに駆動する。これらの
方法は、部品を「低エネルギ」位置および向きに移動す
るのには有用であり、それぞれの部品の重心位置ができ
るだけ低くなるようにされる。しかしながら、選択面内
に対する向きを変更する他の方法が必要である。

【０００６】触覚センサ、光電セル、光ファイバセンサ
のようなセンサとビジョンシステムが使用されてきてお
り、振動トラックによって供給されてきた部品の向きと
位置を演算する。部品の位置と向きがいったん演算され
たら、エアジェットとエアトラップを用いて、似通った
位置と向きの部品ごとに分類する。このようなシステム
構成では、部品のタイプを切り換えるとき面倒で時間が
かかる物理的変更を余儀なくされる。

【０００７】この１０年間、研究者たちは「ビンピッキ
ング」問題を研究してきた。すなわち、部品がバラバラ
（無秩序状態）に収容された容器（ビン）中から所望の
部品を取り出す問題である。任意な方向を向いて重なり
合っているビンを認識することが困難であり、そのた
め、上述したいくつかのシステムが実際の装置として採
用されてきた。標準的なビジョンシステムでは、さらに
別の拘束条件、すなわち平面上に部品を隔離して置くと
いう条件を設定することにより、システムとしてうまく
動作することがしばしばあった。ロース氏の米国特許第
４，８７６，７２８号には、コンベア上で互いに接触し
ている２以上の部品を弁別する改良型のビジョンシステ
ムが開示されている。なお、本明細書では上記米国特許
第４，８７６，７２８号の詳細を省略するが、そこに記
載された技術は本明細書のパーツフィーダで使用可能で
ある。このビジョンシステムは、形状がはっきりしない
特徴に代えて、バイナリ画像を処理し、線、孤、角およ
び穴のような輪郭形状からその対象物を認識する。この
システムでは、ロボットシステムとインターフェース接
続され、最大で１秒間に５個の部品を認識することがで
きる。しかし、このビジョンシステムでは、部品を早く
高信頼度で認識する能力が依然として検査対象である部
品の重なり程度と向きに依存する。

【０００８】最終的に望まれる向きに部品を提示するよ
うにしたボウルフィーダーとは異なり、上記米国特許に
示されるように、平面コンベア表面に載置される部品
は、いくつかの安定状態の中のいずれか１つの状態で載
置される。通常、これらの安定状態が部品の最終的な向
きとはならい。一般的には、部品を最終的な向きと目的
とする位置にするために、部品は６軸自由度で位置が変
更され回転することが要求される。周知の６軸ロボット
を使用して部品を平面コンベア表面から掴むことが可能
である。しかしながら、このようなロボットは、自由度
が少なくなるほどコストパフォーマンス、速さ、あるい
は正確さにかける。６軸ロボットのこれらの欠点はパー
ツフィーダのあらゆる効率を悪化させる。

【０００９】さらに、６軸ロボットは通常、１点におい
て交差する手首に３軸自由度がある。そのため、手首の
大きさと指のオフセットに起因して、各軸とロボット指
先端との間の距離が実質的に長くなってしまう。このよ
うな手首と指の配置には次のような欠点がある。第１
に、この配置では、手首と指を適切に操作して部品を掴
むようにするため、部品選択ゾーンの実質面積が特定さ
れてしまい、パーツフィーダが大型化されてしまう。第
２に、指の長手軸をコンベア表面に対して傾けて部品を
再位置決めする必要があり、互いに混在されている複数
の部品の中から部品を選択して掴む能力がかなり損なわ
れる。第３に、上述した手首と指の配置では、掴まれた
部品の中心から実質的に外れた３つの回転軸の内の少な
くとも２つの軸を備えるているから、落下位置、すなわ
ち組み立て位置に部品を位置させ直すことは、最終位置
決めあるいは組立の邪魔になったり障害となる。

【００１０】既知のパーツフィーダーでは、選択ゾーン
において、マシンビジョンシステムで部品を解析してそ
の向きを適切に変え、その選択ゾーンを通った部品がロ
ボットで取り除かれる。この発明の譲受人が開発したこ
のようなパーツフィーダの一例が米国出願第０８／４２
８，６７９号（１９９５年４月２５日出願、米国特許第
５，６８７，８３１号）に開示されている。なお、本明
細書では上記米国出願第０８／４２８，６７９号の詳細
を省略するが、そこに記載された技術は本明細書のパー
ツフィーダで使用可能である。この出願にすでに述べら
れているように、ビジョンシステムに対して、部品は、
コンベア上でランダムな向きでランダムな位置に置かれ
る。選択されなかった部品は、選択が完了するまで振動
され、もしくは新しい向きとなるように誘導された後、
選択ゾーンを通って再循環される。

【００１１】部品が選択ゾーンで散乱しているときは、
それらは様々な安定状態で置かれている。所望のスルー
プットを実現するため、ビジョンシステムはプログラム
され、高い確率で安定状態を特定する。一般には、この
ような高い確率の安定した状態は所望の組み立て方向と
同一ではない。その結果、部品を所望の組立方向、もし
くは場所もしくは向きを変更する２次的な操作が必要と
なる。この２次的な変更操作は、ロボットそれ自身でし
ばしば行われる。あるいは外部のフリップステーション
（部品をはじき飛ばしてその向きを変更するステーショ
ン）に部品が置かれ、引き続き、ロボットにより部品を
掴む。その結果、ロボットシステムの設計はより複雑と
なり、外部のフリップステーションが必要となり、ロボ
ットのサイクルタイムのみならずシステム全体のコスト
が増加する。さらに、このような振動などにより、部品
の向きはランダムでコントロールされない状態となり、
所望の向きになるまでに選択ゾーンを何回も循環する。
このような循環により部品が不所望に摩耗する。

【００１２】したがって、フレキシブルで汎用性の高い
パーツフィーダが要望されている。そのようなパーツフ
ィーダは、機械的な調節を必要とせずに、あるいはパー
ツフィーダに物理的な変更を必要とせずに、多くの異な
った部品を処理できる。そして、かかるパ−ツフィーダ
は、所望の（最終的な、もしくはほぼ最終的な）組立位
置で部品を所望の方向に向け、これにより、ロボット、
そのグリパーあるいは外部機器により順次に行われる部
品把持操作を避け、あるいは把持操作を最小化して低コ
スト化を図る。また、あらかじめ決定できず、そして制
御できない部品の再循環を低減し、もしくは再循環しな
いようにして部品の摩耗を避けるようにしたパーツフィ
ーダも要望されている。さらに、サイクルタイムの変動
を低減したパーツフィーダも要望されている。

【００１３】さらにまた、パーツフィーダ自身の部品供
給制御を能動的に自動算出あるいは最適化するパーツフ
ィーダが要望されている。このようなパーツフィーダで
は、スループットを予測できるし、コンピュータシミュ
レーションによってその制御と設計パラメータをコンピ
ュータ支援設計モデルから導き出すことができる。さら
には、導き出されたパラメータをパーツフィーダにダウ
ンロードしてプログラミングと部品の供給量を予測でき
る。同様にして、同じようなシミュレ−ション技術によ
り、初期の設計段階で部品設計変更を提示してパーツフ
ィーダの性能を改良することできる。

【００１４】さらに次のようなパーツフィーダも要望さ
れている。すなわち、表面に沿った部品の滑り運動に起
因したジャミング問題を防止し、また、必要に応じて部
品搬送速度を可変として、大きな部品も小さな部品も搬
送できるようなパーツフィーダである。さらにまた、簡
単にかつ容易に組み立てられるパーツフィーダーも要望
されている、このようなパーツフィーダは、小型化さ
れ、コストパーフォーマンスに優れ、効率的な性能を有
する。そして、既存の組立および材料ハンドリングワー
クセルに容易に組み付けられる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】従来のこのような問題を
解決するため、本発明によるパーツフィーダの一実施の
形態は、部品が供給され縁が設けられたフレキシブルな
平面支持部を含み、その支持部には、選択／方向変更領
域が規定されて、そこで部品がマシンビジョンシステム
により検出される。部品の位置状態は、個別にもしくは
選択的に変更器で変更されて、部品の向きが変更されあ
るいは部品供給（補給）が行われ、これにより、所望の
方向を向きかつ所望の位置にされた部品が選択用ロボッ
トに提示される。変更器は、支持部上で選択された位置
に衝撃エネルギを印加する。この衝撃エネルギは、マシ
ンビジョンシステムで検出された部品の位置状態に基づ
いて決定される。本発明の他の態様では、パーツフィー
ダーは、複数のモードで変更器を操作するコントローラ
を含む。このモードは、センサで検出されている少なく
とも１つの部品の向きに基づいて、支持部に衝撃エネル
ギを印加する第１のモードを含む。コントローラは他の
モードで変更器を操作することができる。この他のモー
ドでは、変更器が支持部に対して移動しながら、あらか
じめ定めた所定の周波数で支持部へ衝撃エネルギを印加
する。本発明はさらに他の態様で実現できる。すなわ
ち、本発明は、フレキシブル膜によって選択ゾーン内で
部品を支持することにより、選択ゾーン内で部品の位置
状態を制御する方法に適用される。この方法は、選択ゾ
ーン内で少なくとも１つの部品の位置状態を検出し、そ
して、検出された少なくとも１つの部品の位置状態に基
づいて、フレキシブル膜の少なくとも一箇所に衝撃エネ
ルギを印加することにより、少なくとも１つの部品の位
置状態をあらかじめ定めた選択状態へ変更する。このよ
うな本発明の特徴と利点は実施の形態に詳細に記述さ
れ、またその記述から明らかである。

【００１６】

【発明の実施の形態】本実施の形態で使用する用語「部
品」は、選択ゾーン（領域）に供給することが可能な一
般的なあらゆる個別の物体を指すものとする。部品に
は、製造や組立作業などに使用される、小さな機械部
品、医療に関する部品（もの）、薬剤に関する部品（も
の）、電気部品、電子部品などを含み、また、食料品な
どの他の部品を含み、さらには部分品や完成品などのデ
バイスや製品なども含むものであり、なんら制限、限定
はないものとする。

【００１７】図１は、本発明によるパーツフィーディン
グシステム（パーツフィーダ、部品供給システム）２０
の一実施の形態を示す図である。パーツフィーディング
システム２０は、変更ユニット２３に部品を供給するパ
ーツディスペンサー（部品供給器）２２を有する。変更
ユニット２３は、支持部（支持台）５０と変更器８０を
備える。なお、ここでいう「変更」とは、後に詳述する
通り、部品の姿勢や方向や、部品の位置や配置などを変
更（変換、修正）させたりすることを言う。支持部５０
は、縁（枠）が設けられ、実質的に平面からなるピック
アップ面を提供し、ピックアップ面は変更／選択ゾーン
を規定する。変更／選択ゾーンでは、部品の位置状態を
規定する少なくとも一つの位置パラメータがマシンビジ
ョンシステム６０により検出され、分析／解析される。
マシンビジョンシステム６０は、例えばＣＣＤなどから
なるイメージセンサ６１を有し、イメージセンサ６１に
より撮像された像を画像処理する画像処理部（不図示）
を内部に有する。画像処理部は、ＤＳＰやマイクロプロ
セッサおよびその周辺回路からなり、一定のプログラム
により画像処理を行う。ここに使用する部品についての
用語「位置状態」とは、変更ゾーン（領域）ににおける
部品の位置、および変更ゾーンにおける他の部品に対す
る相対位置の両方の概念を含むものであり、またその姿
勢、すなわちフィーダの座標系あるいはロボット選択器
の座標系に対する部品の座標系の位置および方向なども
含むものである。

【００１８】変更器８０は、不所望の位置状態であると
認められる部品の位置状態を変更するために、マシンビ
ジョンシステム６０の出力に対応して衝撃（インパル
ス）エネルギを支持部５０に与え、その選択された部品
を所望の選択状態に再分配あるいは再方向揃えあるいは
その両方を行う。所望の選択状態となった部品は、ロボ
ット１００により保持され支持部５０から取り除かれ
る。

【００１９】パーツディスペンサー２２は、支持部５０
へ連続して部品を供給するために一群の部品を受領し収
納する収納容器を有する。パーツディスペンサー２２の
容量は、補給のための所望の自律的な実行時間を達成す
るように決められる。部品の補給は任意の大容量のばら
部品入れ（不図示)を使って、手動あるいは自動で行わ
れる。部品の残量が所定の下限値を下回った場合には、
センサ（不図示）は補給が必要である旨の信号を出力す
る。

【００２０】パーツディスペンサー２２は、共有に係る
米国特許出願番号０８／９３９，５５１号（１９９７年
９月２９日出願）に開示されている内容と同様に構成さ
れている。従って、その出願内容を本明細書の一部とし
て組み込むものとし、その内容の詳細な説明は省略す
る。図２に示すように、パーツディスペンサー２２は実
質的に水平な放出部分（放出端）２４と傾斜インレット
部（インレット端）２６とを有する。部品がパーツディ
スペンサー２２に入ってくると、その部品は放出部２４
に向けてインレット部２６を滑り落ちてくるあるいは転
がり落ちてくる。

【００２１】振動（発振）器２８は、モータ連結あるい
はベルトアセンブリあるいは他の装置によるものである
が、パーツディスペンサー２２を旋回点３０を中心に振
動させる。その結果、パーツディスペンサー２２は振動
し、かたまりとなった部品群（密集している場合も含
む）を分離しもつれ状態あるいはかたまり状態をほぐす
ように働く。振動器２８は傾斜部２６あるいは放出部２
４どちらに取り付けてもよい。振動器２８の振幅（大き
さ）および振動周波数は不図示のコントローラにより制
御される。例えば、振幅を１７．８ｍｍ（０．７イン
チ）、周波数を２Ｈｚに設定すると、もつれた重なり合
った部品を供給するときに有効に機能することが確認さ
れている。

【００２２】かたまりとなったあるいは絡み合った部品
群をさらに分離するために、パーツディスペンサー２２
は、放出部２４に実質垂直な上方向に延びたゲートある
いはリップ３２を備える。かたまりとなったあるいは絡
み合った部品がリップ３２に向けて移動するとき、部品
は空中に軽く放出されリップ３２上に落ちてくる。ディ
スペンサ面上ではねた部品は少なくともリップ３２から
下流側の部分はリップ３２の後方に残された大きな固ま
りから分離される。リップ３２の高さは、手動であるい
は自動で、例えば部品のタイプ、部品間の摩擦や部品と
入れ物との摩擦の違い（シリコンゴム部品などのひっつ
きやすい部品は固まりとなりやすい傾向にある）、振動
器２８の振幅や周波数などに依存して、所望の値に調整
される。例えば、リップ３２の高さを１５．２ｍｍ
（０．６インチ）にすると、中ぐらいのサイズ（最大１
９ｍｍ（０．７５インチ）の寸法）のプラスティック部
品を、パーツディスペンサー２２の振幅を１７．８ｍｍ
（０．７インチ）、周波数を２Ｈｚで振動させて給送す
るときに有効に働くことが確認されている。もし使用す
る部品が固まりになりにくいものであれば、リップ３２
は完全に引っ込めて使用してもよい。

【００２３】パーツディスペンサー２２は、支持部５０
へ所定量の部品を供給する任意の測定装置３４を備える
ようにしてもよい。測定装置３４は、スループットを向
上し、支持部面の過密状態／過疎状態を避けるため、所
定量の部品を支持部５０へきわめて接近したところで供
給する。

【００２４】測定装置３４は、放出端２４から部品を受
け、支持部５０へその部品を送る傾斜してかつカーブし
たトラック３６を有する。このようにして、トラック３
６は放出端２４と支持部５０間のパス（経路）を規定す
る。旋回可能なゲート３８は、部品が放出端２４から出
てきたとき、トラック３６上にあるそれらの部品を集め
保持し、トラック３６から支持部５０へのそれらの部品
の移動を制御する。

【００２５】センサ４０はゲート３８の後方（放出端２
４側）にあるトラック３６上に保持された部品量を検出
する。センサ４０は、トラック３６上に保持されている
部品の重量を検出する重量センサであるか、ゲート３８
によって蓄積された部品の高さを検出するレベルセンサ
であるか、あるいは、部品の重さやかさなどの量あるい
は数量を検出する他の公知のセンサのいずれであっても
よい。

【００２６】パーツディスペンサー２２または測定装置
３４あるいはその両方は、マシンビジョンシステム６０
の出力に基づく制御信号に応答するものであり、支持部
５０上の部品数がマシンビジョンシステム６０による認
識のため最適な数量となるように部品の供給が制御され
る。部品を供給するために、ゲート３８の後方に保持さ
れている部品を支持部５０へ流れ出させるように、ゲー
ト３８は閉位置から反時計方向に旋回される。また、ゲ
ート３８を閉位置に維持するために、マシンビジョンシ
ステム６０の出力に基づく制御信号に応答するラッチ機
構（不図示）を使用するようにしてもよい。ラッチが解
放されると、ゲートはモータなどにより能動的に開けら
れるか、あるいは、単に部品の自重により開位置に開け
られる。フィーダ制御システムは、マシンビジョンシス
テム６０の出力に基づき、十分な数量の部品が供給され
たと認識すると、ゲート３８を逆旋回させ閉位置にす
る。

【００２７】測定装置３４の動作中、部品が誤ってパー
ツディスペンサー２２から測定装置３４へ出てしまうこ
とを防ぐために、パーツディスペンサー２２は放出端２
４を封じる選択的なゲート３２を備えるようにしてもよ
い。センサ４０はゲート３８と連係して選択的にゲート
４２の開閉を制御する。例えば、センサ４０は部品の所
定量がトラック３６上に集められるまでゲート４２を開
いているようにゲート４２を制御する。その後、センサ
４０はゲート４２を閉じ、部品を支持部５０へ供給する
ようにゲート３８を開く。いったんゲート３８が閉位置
に戻ると、センサ４０は次の所定量の部品をトラック３
６に供給するように再度ゲート４２を開く。

【００２８】図３に示すように、支持部５０は縁が設け
られた平らなフレキシブル（柔軟性のある）な面を有す
る。面はピント張ったフレキシブルな膜（メンブレン）
５２が設けられ、フレキシブルな膜５２は、上方向に延
び膜５２の面を取り囲むように形成された縁を構成する
側壁５４によって支持されている。膜５２をピンと張る
ために、締め付け具（不図示）が側壁５４に、あるいは
フレキシブルな膜の端部をつかむためにさらに外側に設
けた縁（不図示）にしっかりと取り付けられる。締め付
け具は側壁５４あるいは外側に設けた縁にねじで取り付
けられるのが有効であり、膜５２の張力（引っ張り力）
は締め付け具を外側に引っ張るようにそのねじを回すこ
とによって調整することができる。それにより、膜は引
き延ばされるようになる。締め付け具はそれ自体、膜５
２を取り囲む直立の縁を規定するように構成するように
してもよい。

【００２９】あるいは他の方法として、側壁５４あるい
は縁を構成する他の部材が、膜５２の周囲に形成された
穴（不図示）に係合する複数の取り付けピン（不図示）
を有するようにしてもよい。膜５２の穴パターンが形成
される領域は、穴とピンが合うとき膜が引き延ばされる
ように、取り付けピンのパターンによって規定される領
域に対してサイズが決められる。この取り付け方法は、
フィーディングシステムにおいて異なる膜を容易に交換
することを可能とする。そして、この方法は、同じタイ
プの膜には、締め付け具を調整することもなく、同じ張
力を与えることができる。（異なるタイプの膜に付加す
る張力は、膜の相対的なサイズあるいは膜の外周端から
の取り付け穴の位置を、あるいはその両方を調整するこ
とにより変えることができる。）

【００３０】膜の材料としては、織物材を含むか含まな
いかどちらかで、ポリウレタンを含むものが適してい
る。あるいは、工業ベルトコンベアのベルトに使用され
る代表的な材料であってもよい。膜材料の厚さは公称約
１ｍｍであるが、厚さは膜材料の例えば、材質、組織構
成、織り具合等により変化する。これについては後述す
る。

【００３１】フレキシブル膜５２は、張力が付加される
下部層と下部層の上にのせられた上部層の２層構造にし
てもよい（不図示）。好ましくは、上部層は張力を与え
ることなく側壁５４あるいは他の縁を構成する部材にし
っかりととりつけられているのがよい。上部層は張力が
付加されていないので、衝撃生成器により衝撃エネルギ
が付加（印加）されたとき、膜内において生成される振
動を減衰させることが可能である。これについては、後
に詳述する。織物材を有しないポリウレタンからなる２
層膜は、織物材を有してポリウレタンからなる１層の膜
の減衰特性と大体同じである。しかしながら、２層構造
は、膜構造全体を交換しなくても、単に上部層のみ交換
することにより、膜材料のきめや手触りなどの表面状態
あるいは色具合などあるいはその両方をユーザにとって
容易に変更することができる。

【００３２】膜５２の表面領域は、選択／変更ゾーン
（領域）を規定し（図１において点線５６によって示さ
れている）、そこではパーツディスペンサー２２から部
品を受け取り、マシンビジョンシステム６０により分析
（解析）し、その分析に基づき必要に応じて選択的に部
品方向を変更する。マシンビジョンシステム６０は、変
更ゾーンで確実に部品を認識し、バックグラウンド（膜
の上部表面あるいは上層面）と部品間における良好な一
定のコントラストが確立される。異なる色の裁断された
膜あるいは上層膜の一セットが、最適なコントラストを
決定するのに使用することが可能である。その際、上部
照明との兼ね合いで決定するようにしてもよいし、上部
照明を考慮せず決定するようにしてもよい。また、準備
時間を削減するために、例えば、円筒状の部品であれ
ば、織り目状の（textured）上部表面あるいは上部層を
使用するようにしてもよい。そのような織り目状の膜材
料は、好ましくは、膜面上で部品が転がったりするのを
防ぐことができるランダムな非対称な幾何学的パターン
であるのがよい。この織り目状は、織物部材を織り込む
ように形成してもよいし、織物部材を織り込むのではな
く単に表面に織り目状の模様を形成するように加工して
もよい。

【００３３】変更ゾーン（膜５２の有効な動作領域）の
サイズは変更可能である。最小の実用的なサイズとして
は、単一の部品がいずれかの安定した姿勢で膜面上に置
かれることを可能とし、その部品に対して所望の変更を
行うことが可能な十分な大きさの領域である。複数の部
品を収容するために変更ゾーンのサイズを大きくするこ
とは、より短かいより一定したサイクル時間を達成する
ことができるので有効である。変更ゾーンに多くの部品
があるということは、少なくとも一つの部品が所望の姿
勢にある確率が統計的により大きいということである。
変更ゾーンの実用的な最大の大きさは、マシンビジョン
システム６０の解像可能なまた撮像が有効な領域であ
り、かつ、ロボット選択器１００の作業可能範囲の大き
さである。

【００３４】大きな変更ゾーンは（図４（ａ））、１個
あるいはそれ以上の仕切５８を設けることにより複数の
より小さい変更ゾーン（図４（ｂ）（ｃ））に分割する
ことが可能である。マシンビジョンシステム６０のセン
サ６１の分解能が、異なる部品の姿勢を識別する微妙な
外観（造作）を認識するのに十分でない場合には、追加
の供給器を設けるのと同様に追加のセンサ６１を設ける
ようにしてもよい。しかし、供給器やセンサ６１を追加
するようにしたとしても、パーツフィーダの基本的な基
礎構造（例えば変更ユニット２３）はＮ種の異なる部品
の供給においても共通に使用することができ（図４
（ｂ）の例ではＮ＝２）、供給部品単位のコストを劇的
に低減することができ、ほぼＮ倍の係数である。そのよ
うな構成にすることにより、Ｎ種の異なる部品の供給が
可能となるだけでなく、サイクルタイムを改善するため
に同種の部品を２あるいは３以上に分けて異なる変更ゾ
ーンに供給することも可能である。加えて、大きな変更
ゾーン（非分割）は、大きな部品を扱うのに使用するこ
とができる。通常パーツディスペンサー２２が変更ゾー
ンに追加の部品を入れると、サイクルタイムが少し増加
する。物理的に分割された変更ゾーンを独立した供給器
とともに持つことは、部品を選択するためにロボット１
００が２以上の変更ゾーンを切り換えることになり、そ
れゆえ、遅延（ロボットの待ち時間等）が縮減される。

【００３５】マシンビジョンシステム６０は、好ましく
は、前述した米国特許４，８７６，７２８号（Ｒｏｔ
ｈ）に開示された内容と同様に、支持部５０上の部品の
位置番号と部品方向を検出するように構成されている。
従って、その出願内容を本明細書の一部として組み込む
ものとし、その内容の詳細な説明を省略する。すなわ
ち、マシンビジョンシステム６０のセンサ６１により支
持部５０を撮像し、その撮像した像を画像処理部により
画像処理をし、支持部５０上の各部品の形状等を認識
し、各位置および各方向を認識するものである。また、
３次元スキャナーのような他のセンサを使用することも
可能である。すなわち、支持部５０上の部品の形状、姿
勢、方向、あるいはその位置などが認識できるようなも
のはすべて本実施の形態のマシンビジョンシステムとし
て使用することができる。

【００３６】マシンビジョンシステム６０は、好ましく
は、部品の選択および変更をするためにフィーディング
システムの様々な態様の制御に使用される。例えば、上
述したように、マシンビジョンシステム６０の出力は変
更ゾーンに最適な数の部品を維持するためにパーツディ
スペンサー２２を制御するのに使用される。マシンビジ
ョンシステム６０は、好ましくは、支持部５０上で部品
がかたまりとなっているか重なり合い絡み合っているか
を検出することが可能な構成となっており、変更器８０
はその検出に応答してかたまりあるいは絡み合いを分離
するように制御される。マシンビジョンシステム６０
は、また、支持部５０上の部品の方向を検出し、検出し
た方向が所定の部品方向かどうかを比較することができ
るように構成されている。所定の方向とは、ロボット１
００によってピックアップすることが可能な所望の方向
に対応した方向である。マシンビジョンシステム６０の
出力は、変更器８０を制御するのに使用され、変更器８
０は部品を所望の方向に新しく向きを変える（あるいは
一定の方向に揃える）働きをする。最後に、マシンビジ
ョンシステム６０は、好ましくは、所望の方向に揃えら
れている部品を支持部５０から取り除くようにロボット
１００を制御するため情報をフィードバックする。

【００３７】ロボット１００は、直角座標ロボット（デ
カルト座標ロボット）、垂直方向関節ロボット、水平方
向関節ロボットなどどのようなものでもよい。これらの
ロボットは、例えば米国特許出願０８／４２８，６７９
号に開示され、その内容を本明細書の一部として組み込
むものとし、詳細な説明は省略する。ロボットは、米国
出願０８／４２８，６７９号に開示するように、つかみ
具により部品をピックアップする、あるいは、部品の外
部をつかむ必要がないのであれば、吸い込みノズルを使
用することも可能である。ロボットの具体的な構造につ
いては、本願発明の主とする内容ではなく、他の様々な
構造のロボットを使用することができる。

【００３８】図５に示すように、変更器８０は、１個あ
るいはそれ以上の衝撃生成器８２と、衝撃生成器８２の
位置決めを行いマシンビジョンシステム６０の分析に基
づき支持部５０へ衝撃エネルギを付加するよう衝撃生成
器８２を制御するコントローラ８４とを備える。衝撃生
成器８２は、下部方向から膜５２を打つ（たたくあるい
はタップする）ようにして、変更ゾーンにおいて部品の
方向変えおよび再分配を行う。膜への衝撃のエネルギお
よび周波数はプログラムで設定変更が可能である。

【００３９】異なるユーザの要望に応じて、変更ゾーン
にある全てのパーツの方向変更を行い、また、ばらばら
にする方法にはいくつかの方法がある。最も柔軟なアプ
ローチは、膜５２と平行な面内を膜５２に対して相対的
に移動する単一の衝撃生成器８２（図７（ａ））を使用
することである。単一衝撃生成器８２の柔軟性をなおも
維持しながら処理能力を向上させるために、平均的な移
動距離を最小にするよう複数の衝撃生成器８２からなる
アレイを動かすようにすることも可能である（図７
（ｂ））。ランダム変更モードの場合と同様に、衝撃生
成器は、そのうちの一つが所望の部品に到達するように
動かさなければならない。部品をより早くばらばらにす
るためには、すべてのあるいは選択された衝撃生成器を
同時に動作させる。他の方法としては、固定の衝撃生成
器８２のアレイを設けることであり（図７（ｃ））、ラ
ンダム変更モード（後述）専用でフィーディングシステ
ムを動作させる。そして、所定の方向に部品グループを
移動させあるいは散らかった部品範囲を分解分散などし
て変更させるように、個々に順番に衝撃生成器８２を動
作させる（例えば、コイルの作動を位相シフトしながら
行う）。マシンビジョンシステム６０は常に変更ゾーン
を分析し、衝撃生成器８２を制御するために、特定され
た部品の姿勢、位置、方向などと同様に、部品で散らか
った領域についてのフィードバック情報を提供する。

【００４０】衝撃生成器８２の一実施の形態は、プログ
ラムで設定変更可能な周波数およびエネルギ（強さ）の
単一衝撃あるいは複数の衝撃を生成する電気コイルおよ
びプランジャーとを備える。図５に示すように、衝撃生
成器８２は、電磁コイル８８、９０に囲まれた空間を移
動可能に支持されたプランジャー８６を有する。プラン
ジャー８６はコイル８８、９０に反応する磁石芯９２を
有する。その結果、プランジャー８６は、コントローラ
８４によりコイル８８、９０が選択的に励起され膜５２
を垂直方向に打つ（たたく）ように移動される。プラン
ジャーの端部に配置されたハンマー９４は膜５２を打
ち、ハンマー９４をその震央として膜５２の全体に伝わ
る波動を励起する。ばね９６は、コイル８８、９０が励
起されていないときには、プランジャー８６をコイル８
８と９０の中間に保持するよう備えられている。ハンマ
ー９４は図５に示すように半球状の端部を有する。この
端部は、円錐状、切頭円錐状（frusto-conical)、円筒
状、あるいは他の形状であってもよい。

【００４１】ハンマーの形状は様々な要因に依存するも
のである。例えば、部品の種類や幾何学形状、部品が膜
と通常点接触、線接触あるいは面接触をしているか否
か、膜に付加する衝撃エネルギの精密度、膜の許容され
る消耗度などに依存する。点状ハンマー（例えば円錐）
の形状は、衝撃エネルギを膜上の精細な位置に付加する
場合に使用するのに適している。そのような精細な形状
は、一般に平らな面を有する部品の場合に要求される。
しかしながら、点状のハンマーはとがっていない端部を
有するハンマーより早く膜の消耗をきたす。精細さはそ
れほど要求されず、膜のどこに衝撃エネルギを付加する
かが不確かであるような場合は、先がとがっていない形
状の（例えば半球状）ハンマーを使用するのがよい。そ
のようなとがっていない形状は、一般に部品が薄い端部
を有するか繊細な形状、外観（特徴）を有する場合に使
用するのがよい。ハンマーの部材は、好ましくは、堅い
部材、例えばアルミニウムや鋼鉄（スチール）などの部
材を使用するのがよい。

【００４２】ハンマーの衝撃を局部に限るような場合に
は（すなわち、衝撃波をどの程度まで伝えどの部品まで
対象とするか）、各ハンマー９４と同心円状に設けら
れ、負圧（真空、吸い込み）源９９に接続されたリング
状の真空（吸い込み）ゾーン９８が、選択的に膜５２に
下から設定される。その結果、リング状の真空ゾーン９
８の、直径ｄの円９７の領域内においてのみその波動エ
ネルギを感じることができる（図６）。これにより、後
述する２つの特徴あるモードにおいて部品の変更を可能
とする。

【００４３】部品に伝わる衝撃エネルギは部品を他の姿
勢に並べ変えるのに使用される。部品のどこに衝撃が伝
えられるか、また、そのパルスのエネルギの程度に依存
して、部品は空中に放り出され回転する。衝撃の印加さ
れる点の部品の重心からのかたより（オフセット）と方
向と供給されるエネルギ量が、部品をどの程度空中に放
り出す（移動させる）か、またどの軸を中心にどの程度
の速さで回転させるかを制御するのに使用される。

【００４４】一般的に、部品は、適正エネルギの衝撃
を、部品の重心および方向に関して適正な位置に与える
ことにより、現在の姿勢から所望の姿勢に変更すること
ができる。例えば、デルコ（Ｄｅｌｃｏ）製の内部プッ
シュボタン部品は、８個の安定した状態を有する形状を
している。直径２０ｍｍの吸い込みリングによって押さ
えられた厚さ１ｍｍ−９０ショア硬さのポリウレタン膜
に置かれている場合に、３ｍＪの大きさを有する単一の
衝撃エネルギを部品の重心からかつ主軸上の４ｍｍのポ
イントに付加すると、部品は正面を上に向けた（フェー
スアップ）姿勢に並べ変えることができる。これらの値
は一例である。

【００４５】部品を高い確率の安定状態から非常に低い
確率の安定状態に変更することは、実用的に有効な変更
成功率を得ることできないという実用的な限界が存在す
る。例えば、コインの裏表を交互にひっくり返すことは
容易である。しかし、裏か表のどちらかから端部への変
更、すなわちコインの裏面か表面がフェースアップして
いる状態から端部を下にして立てるような姿勢状態にす
ることは、非常に低い成功率となる。また、様々な要
因、例えば衝撃やオフセットのわずかな変動による残余
運動エネルギの誤差などの要因などが、変更に対して影
響を及ぼす。

【００４６】ハンマーの先端の形状、膜の材料および厚
さ、膜への横方向の張力などは、好ましくは、ハンマー
から膜を介して部品へ伝わるエネルギを最適化するよう
な組み合わせで選択されるのが望ましい。例えば、丸い
あるいは半球状のハンマー形状と次のような条件を持つ
ポリウレタン膜との組み合わせでは、軽い部品を扱う場
合に有効な内容を示す。その膜の条件とは、１ｍｍピッ
チで膜締め付け具を支持するＭ６ねじに５ｌｂ−ｉｎの
トルクを与えることにより張力が加えられ、膜の厚さは
１ｍｍである場合である。

【００４７】プログラマブルなｘｙ位置設定機構上に設
けられた単一の衝撃生成器についての動作モードに関し
て以下説明する。以下の説明は、プログラマブルなｘｙ
位置設定機構上に設けられた衝撃生成器アレイによる変
更に対してもすべて適用できる。固定型衝撃生成器アレ
イは、以下で説明する最初のモードにおいてのみ有効に
動作させることができる。以下の動作モードは、変更ゾ
ーンにおいて所望の部品ふるまいを達成するためにある
いは様々な部品供給の方法を実現するために、個々にあ
るいはその組み合わせによって使用することができる。

【００４８】ａ）部品をランダムに散らばらせ広がらせ
る 真空による吸い込みはオフし、衝撃生成器８２は所定の
周波数、例えば２−２５Ｈｚで膜５２を打つ（たた
く）。同時に、衝撃生成器８２は、変更ゾーンで、散ら
かった領域を再分解再分散などして変更し、部品を再分
配（広げる）し新しい方向に向けるなどするために、ユ
ーザが規定するパス上を、あるいはランダムなパス上
を、あるいはマシンビジョンシステム６０が導くパス上
を移動する。ある状況下においては、例えば、ばね、板
金、複雑なプラスチック部品などの部品がばらで供給さ
れると、絡まりやすい傾向にある。ロボット１００によ
ってピックアップする前にこれらの部品はその絡まりを
ほぐしておく必要がある。本モードは部品をほぐしばら
ばらにするものである。図８（ａ）（ｂ）は、支持部５
０上のかたまりとなった部品の位置について、この「ラ
ンダム」変更モード動作前（図８（ａ））とその動作後
（図８（ｂ））の様子を示す。

【００４９】膜５２の任意の位置におけるハンマー９４
の衝撃は、膜５２を通して伝わる波動を生成し、震央付
近の部品は散らばらされ、ランダムに新しい方向に向き
なおし、もつれがほぐされる。部品の重さ、サイズ、形
状、材料、もつれ具合などについて異なる様々な部品に
対しても、所望の結果が得られるよう衝撃のエネルギお
よび周波数はプログラマブルである。

【００５０】ランダム変更モードは、ロボット１００に
よってピックアップすることができるあるいは個々に所
望の姿勢に変更することができるところの分離した部品
をマシンビジョンシステム６０が特定できないとき、ま
たは、さらにほぐしが必要なときに、一般的に使用され
る。

【００５１】ｂ）単一化された部品の所望の安定状態へ
のねらいをつけた変更 ねらいをつけた変更モードでは、マシンビジョンシステ
ム６０により検出され方向および位置が分かっている分
離した個々の部品が、所定のエネルギで十分にねらいが
定められた衝撃でもって個々に所望の安定した状態への
変更がなされる。真空による吸い込みをオンし、衝撃生
成器８２は新しく向きを変えるべき部品の位置に対応す
る所定の位置に移動し、選択された部品を現在の状態か
ら中間のあるいは最終（所望）の安定状態へ変更するた
めに所定のエネルギの単一衝撃を付加する。一般に、上
記の所定の位置は部品と膜との接触点付近の位置であ
る。所定のエネルギは、マシンビジョン／フィーダコン
トローラのメモリに格納されている部品の所望の方向
と、マシンビジョンシステム６０によって検出された方
向との比較に基づいて決められる。所定の位置および所
定のエネルギは、後に詳述するように、計算されるかあ
るいは前もって得られた値から与えられる。マシンビジ
ョンシステム６０は、回りに十分な空間をもつ個々に分
離した部品を特定するのに使用される。回りに十分な空
間をもつ部品が特定されるので、例えば衝撃エネルギが
その部品に加えられたとしても、その部品は安全に着地
し、ある安定状態へ変更される。負圧源９９による真空
ゾーン９８を介した吸い込みは、選択部品への衝撃から
の影響を削減する。

【００５２】例えば、図９（ａ）の部品１０は、１ある
いは１以上の衝撃によるエネルギで所望の方向１０’
（図９（ｂ））に個々に新しく方向変えをする。黒く塗
りつぶされた四角で示されるそれらの部品は、所望の方
向を有した部品であり、白抜きで示された部品は所望の
方向を有していない部品である。

【００５３】ｃ）部品群を所望の方向に進ませる（行
進） もし、衝撃生成器８２が、図１０（ａ）（ｂ）に示すよ
うに、細かいピッチのジグザグパス１１０に沿って、高
い周波数で動作しながら（例えば１５−２０Ｈｚ）移動
すると、図１０（ｂ）に示すように。ジグザグパスの前
および直角方向にある部品は所望の方向に移動させるこ
とができる。マシンビジョンシステム６０はこの部品の
「行進」を制御するのに使用される。例えば、もし個々
のあるいは一群の部品が所望の行進方向からそれている
ことがマシンビジョンシステム６０により検出される
と、衝撃生成器８２はそれらの部品を所望のパスに戻す
ようにすることができる。付加される衝撃エネルギは、
好ましくは部品の方向を変えずに部品を移動するように
制御されるのがよい。これは、比較的小さい大きさでか
つ高い周波数の衝撃を使用することによって達成され
る。

【００５４】この方法は、図１０（ｃ）（ｄ）に示すよ
うに、衝撃生成器８２を限定されたパス１１２に沿って
動かすことにより単一の分離した部品に対しても適用す
ることができる。この方法は、また、欠陥部品、汚れた
あるいは不適切なアイテム（これらはマシンビジョンシ
ステム６０により検出される）を選択的に膜の隅に行進
させるのに使用することもできる。膜の隅ではメインロ
ボットの部品処理装置の動作を邪魔せずそれらの不所望
のアイテムを取り除くことができる。例えば、側壁に設
けられたゲート（不図示）がそれらのアイテムを膜から
排出させるため開けられる。膜上の部品をより速くきれ
いに取り除く他の方法は、どの部品を取り除くかが選択
的ではないが、変更ゾーンを例えば５度ぐらい傾けるこ
とができるように膜５２と衝撃生成器８２のｘｙ位置設
定機構とを一緒に旋回可能にしておくことである。衝撃
生成器８２が膜５２を振動させるよう作動している間、
変更ゾーンの傾きの下側でゲートを開き部品を脱出させ
る。

【００５５】ｄ）一対の触れあった部品の分離 二つの部品の中心位置を下から打つことにより、触れあ
った二つの部品（図１１（ａ））を分離させる（図１１
（ｂ））。マシンビジョンシステム６０は、衝撃生成器
８２による打つ位置を最適に調整するように、その中心
位置のｘｙ座標を繰り返し更新するためにも使用され
る。このモードは吸い込みノズルを有するロボットと触
れあった部品の間を認識することが可能なマシンビジョ
ンシステムを使用する場合はそれほど重要ではない

【００５６】部品をある姿勢から他の姿勢に変更させる
ため衝撃付加ポイントおよびその衝撃の大きさを決定す
るのに少なくとも二つの方法がある。（ａ）理論に基づ
く方法と（ｂ）経験に基づく方法である。前者の方法
は、部品を各姿勢から他の姿勢へ変更するための最適な
打つポイント（タップポイント）と見積もりエネルギを
部品のＣＡＤによる部品モデルから、例えばハンマーの
形状、膜材料の特性、表面の張力の正確なパラメータ、
材料の特性などのパーツフィーダの構成上の特性を組み
込んで、計算される。これらのパラメータに基づき、ま
た物の動きについての力学上の公式などを使用すれば、
部品が触れあっているとか室内の空気の流れがあるとか
の外的阻害要因が無視できる限り、部品の動きを決定す
ることができる。

【００５７】経験に基づく方法は、異なるエネルギで異
なる位置において部品を打ち、部品の安定状態の変化を
マシンビジョンシステム６０で検出するようにして観察
することに基づくものである。それぞれ異なるポイント
において、非常に低いエネルギでスタートし、部品をそ
の状態が他の状態に変化するまで打つ。まずこの処理を
開始するために、単一の部品が膜５２上に置かれマシン
ビジョンシステム６０は部品の姿勢と位置を決定する。
この決定された姿勢で、計算され見積もられた初期の制
御パラメータを使用して正しいポイント付近の初期位置
において部品を打つ。マシンビジョンシステム６０は、
衝撃生成器８２が、初期決定値より明らかに低いレベル
からマシンビジョンシステム６０が姿勢変化の信号を出
すまで徐々にエネルギを増加させる間部品をモニタす
る。この処理は数回繰り返される。もし、期待したある
いは所望の成功率に達しない場合には、打つポイントお
よびエネルギレベルを体系的に変化させ、最適なパラメ
ータセットを見つける。

【００５８】経験上の打つポイントは、好ましくは、す
べてランダムなものであることがないこと、あるいは、
徹底して細かく格子状にサーチしたものに基づくもので
はないことが望ましい。むしろ、本処理の力学上の基本
的な法則に基づくものである。例えば、衝撃生成器８２
は、新しく向きを変えるための部品の回転軸そのものの
位置に置かれ、低いレベルのエネルギを付加し部品の安
定状態が変更されるかどうかを見る。もし変更されない
のであれば、衝撃生成器８２をその部品から離れた位置
に設定し同じレベルのエネルギを付加する。安定状態の
変化がマシンビジョンシステム６０によって検出されそ
の内容が格納されるまでこの処理を繰り返す。

【００５９】マシンビジョンシステムによって「学習
（トレーニング、trained）」されるニューラルネット
ワークをこの経験に基づく方法を実現するのに使用する
ようにしてもよい。加えて、マシンビジョンシステム
は、準備的な学習操作を実行することにより、部品の安
定状態を認識するように最初学習される。この準備的な
学習操作では、ユーザは膜上の部品を順次様々な安定状
態に置き、マシンビジョンシステムに各安定状態を認識
するよう指示する。他の方法では、部品を変更させマシ
ンビジョンシステムによって認識するのに統計的に十分
であると決定できる時間の間学習処理を続けることによ
り、各安定状態に対する適当な打つポイントおよび衝撃
エネルギを学習（learn）するのと同時に、マシンビジ
ョンシステムは、部品の安定状態を学習するように構成
してもよい。

【００６０】いったん部品が変更ゾーンに供給される
と、全ての部品がロボット１００により取り除かれるま
で、ユーザは、繰り返し部品を散らばらせ、選択的に変
更させるようにする。個々の部品の姿勢を変更すること
により、変更ゾーンに供給されたある数の部品はロボッ
ト１００により所定の時間内に部品の摩耗などを最小限
に押さえて、つかみ取り取り除かれる。これにより、従
来技術にあるような部品の循環、再循環が必要とされず
部品の摩耗が押さえられる。

【００６１】次に、本発明のパーツフィーダ（パーツフ
ィーディングシステム２０）の動作例について説明す
る。最初、変更ゾーンは空の状態でありパーツディスペ
ンサー２２には部品が装填されているものとする。この
状態で、パーツディスペンサー２２は、最初所望の量の
部品を変更ゾーンへ供給する。上述したように、パーツ
フィーディングシステムの実施の形態では、マシンビジ
ョンシステム６０は部品供給プロセスをモニタし、所望
量の部品が変更ゾーンに供給されたことを検出すると、
パーツディスペンサー２２に部品供給プロセスを停止す
るよう信号を出力する。その後、マシンビジョンシステ
ム６０は、所望の方向を有する部品、部品が散らばった
領域、および所望の安定状態へ姿勢を変更することが可
能な部品（すなわち単一化（単独化）されたあるいは分
離された個々の部品）について変更ゾーンを分析解析す
る。ロボット１００は、最初所望の方向を有する部品に
ついてそのすべてを取り除くよう制御される。ロボット
１００が部品を置きに行く間に、変更器８０は繰り返し
散らかった領域を分解分散などして変更し、分離した部
品を所望の安定状態に変更する。

【００６２】また、マシンビジョンシステム６０は、ト
ータル約何個の部品が変更ゾーンに存在し、そのうちつ
かむことが可能な部品、すなわち適当な方向を向いた単
一化あるいは単独化された部品が何個変更ゾーンにある
かを、常に記録して保持しているのが好ましい。変更ゾ
ーンにおける計算された全数量とつかみ上げることが可
能な部品のソフトウェア（プログラム）上のキューは、
パーツディスペンサー２２が新しい部品群を供給するた
めに作動する必要があるタイミングを決定するのに使用
される。ソフトウェア上のあるいはヴァーチャルなピッ
クアップ可能なキュー（列）は、振動ボウルフィーダに
おける供給された物理的なキュー（列）と同等であり、
非常に大きなサイクルタイムの変動の低減につながる。

【００６３】もし、十分にねらいを定めた衝撃による所
望の安定状態への部品の変更成功率が低い場合、変更器
８０はランダム変更モードにおいて任意的に動作するの
みかも知れない。変更ゾーンにある大体の部品数量およ
び安定状態の分布を知ることによって、つかみ上げるこ
とが可能な部品の平均数量を計算し見積もることができ
る。代わりの方法としては、前述した目標変更モードを
使用するのであるが、しかし、次にベストな安定状態、
すなわち高い確率を有しかつ続いて操作するのに適した
姿勢に部品をまず変更し、第２の操作においてその部品
を最終的なアセンブリ／配置方向および位置に持ってい
くように操作することである。ピックアップ後、部品が
搭載されている面に対して９０度以下の角度で部品方向
を新しく変更することは単純なロボット操作である。

【００６４】部品方向を新しく変更するための処理には
二つの方法がある。（ａ）間欠的に方向変更をすること
と、（ｂ）連続的に方向変更をすることである。前者の
方法は、所望の部品をつかみ上げた後においてのみ、変
更ゾーンで部品の方向を新しくする。ロボットが離れた
時間からロボットがビジョンセンサをクリアするまでの
間で、変更器はできるだけ速く部品の方向変えを行う。
いったん、ロボットがビジョンセンサをクリアすると、
ロボットは変更器にその操作を停止するよう信号を出力
し、ビジョンシステムに次のイメージを撮像して処理す
るようメッセージを出力する。他の方法の連続的に方向
変えをする方法では、ロボットが部品をピックアップし
ている間変更器に対して操作を止めるようにはしない。
しかしながら、ロボットによって現在ピックアップされ
ようとしている部品のじゃまをするのを避けるために変
更作業領域は制限される。すなわち、選択された部品の
回りには、衝撃が付加されない「安全な」範囲を、その
部品のピックアップを正しく行わせるために設定する。

【００６５】本発明によるパーツフィーディングシステ
ムは、個々のモジュラーコンポーネントから構成され
る。あるいは、ばらの部品を受け所望の方向および位置
に揃えてその部品を出力する非常にコンパクトな、単一
のスタンドアローンシステムに統合される機能モジュー
ルから構成される。モジュラータイプのものは他の従来
のタイプのフィーダと組み合わせて使用できるメリット
がある。例えば、効率よく単一化された部品を所望のピ
ックアップ姿勢に変更するために、少なくとも一つの部
品を収容することが可能な変更ゾーンを有する小さな変
更器２３を、部品を単一化する例えば振動ボウルフィー
ダなどの従来の伝統的なフィーダの出口に据え付けるこ
とが可能となる。統合されたシステムでは、フィーディ
ングシステムのコストダウンおよびコンパクト化を可能
としている。本発明に従って組み立てられ十分に統合さ
れたフィーディングシステムは、使用容易性、コンパク
ト化、設置および準備時間の短縮化などが可能となる長
所を有する。さらに、通信インターフェースを備えるよ
うにすれば、統合されたフィーディングシステムは変化
に富んだアセンブリおよび材料を扱うセルに容易に統合
することが可能である。加えて、そのようなフィーディ
ングシステムの供給者は、特別な顧客のために工場内で
そのシステムの準備およびプログラムの準備をすること
が可能となり、テストが完了しすぐに使用が可能な状態
で顧客に出荷することが可能となる。

【００６６】他の部品フィーダの形態も可能である。例
えば、図１２に示すようなトレイマガジン１２０をパー
ツディスペンサー２２の代わりに使用することも可能で
ある。トレイマガジン１２０はいくつかのトレイを有
し、各トレイは図３に示す支持部５０と類似した構造を
有するものである。トレイは前述の膜と同じような働き
をする柔軟性のあるプラスチックによりモールドにより
形成するようにしてもよい。例えば、底層を薄いものと
し、側壁を厚くするようにして形成する。トレイ１２２
はトレイマガジン１２０から取り外しが可能で、選択さ
れたトレイはトレイマガジン１２０から取り出され、図
１に示す支持部５０と同じように、マシンビジョンシス
テム６０のセンサ６１の下でパーツディスペンサー２２
に隣接して配置される。搬送システムとロボット（不図
示）により、あるいはどちらか一方により、空になった
トレイを取り除いた後、トレイマガジン１２０から選択
されたトレイを取り出し、センサ６１の下にそれを搬送
する。要求に応じて、所望の部品を運ぶトレイは変更器
８０の上およびセンサ６１の下に配置されると、ロボッ
ト１００はトレイから１個あるいは複数個の部品をピッ
クアップの開始が可能となる。スムーズな動作を可能と
するため、オペレータが手際よく短時間に部品の補給が
できるように、トレイマガジンは同種の部品を有する複
数のトレイを有するようにしてもよい。トレイマガジン
１２０は、また、ロボットの作業範囲に様々な部品を供
給するものとし、他のロボット周辺器により作業するよ
うにしてもよい。

【００６７】トレイマガジン１２０から取り出されたト
レイ１２２は、図１の支持部５０と同様な場所に設置さ
れたテーブル（不図示）上に取り外しが可能な状態で置
かれる。従って、テーブルとテーブル上に置かれたトレ
イとが図１の支持部５０と同様の機能を有する。

【００６８】以上、本発明は特定の実施の形態で説明を
したが、上記説明は例示であり、本発明の範囲をこれら
に限定するものではない。他の、様々に修正あるいは変
更を加えるものが考えられるが、それらについても本発
明の範囲に入るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパーツフィーディングシステムの
側面図である。

【図２】図１のパーツフィーディングシステムのパーツ
ディスペンサーの側面図である。

【図３】図２のパーツディスペンサーおよび図１のパー
ツフィーディングシステムの支持部を上から見た平面図
である。

【図４】本発明のパーツフィーディングシステムに使用
する変更ゾーンの変形例を説明する上から見た概略平面
図である。

【図５】図１のパーツフィーディングシステムの変更器
についての側面断面図である。

【図６】図５の変更器に使用する真空ゾーンを示す図で
ある。

【図７】本発明のパーツフィーディングシステムに使用
する変更器の実施の形態を示す上から見た概略図であ
る。

【図８】本発明のパーツフィーディングシステムに使用
する変更器による部品の動きを示す上から見た概略図で
ある。

【図９】本発明のパーツフィーディングシステムに使用
する変更器による部品の他の動きを示す上から見た概略
図である。

【図１０】本発明のパーツフィーディングシステムに使
用する変更器による部品の他の動きを示す上から見た概
略図である。

【図１１】本発明のパーツフィーディングシステムに使
用する変更器による部品の他の動きを示す上から見た概
略図である。

【図１２】本発明のパーツフィーディングシステムに使
用する変更器によるトレイマガジンの側面概略図であ
る。

【符号の説明】

２０ パーツフィーディングシステム ２２ パーツディスペンサー ２３ 変更ユニット ２４ 放出部 ２６ インレット部 ２８ 振動器 ３０ 旋回点 ３２ リップ ３４ 測定装置 ３６ トラック ３８ ゲート ４０ センサ ４２ ゲート ５０ 支持部 ５２ 膜 ５４ 縁 ５６ 選択／変更ゾーン ５８ 仕切 ６０ マシンビジョンシステム ６１ イメージセンサ ８０ 変更器 ８２ 衝撃生成器 ８４ コントローラ ８６ プランジャー ８８、９０ 電磁コイル ９２ 磁石芯 ９４ ハンマー ９６ ばね ９７ 円 ９８ 真空ゾーン ９９ 負圧源 １００ ロボット １１０、１１２ ジグザグパス １２０ トレイマガジン １２２ トレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カーライソル アール．ブライアン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94301，パロ アルト，ロマーナストリ ート1013 (56)参考文献 特開 平４−93125（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−251918（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−31547（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−22420（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−60807（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23P 19/00 301 B65G 47/12

Claims (42)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】部品を支持する柔軟性のあるフレキシブル
   表面を有する支持部と、 前記フレキシブル表面上で前記部品の位置状態を規定す
   る少なくとも１つの位置パラメータを検出するマシンビ
   ジョンシステムと、 前記マシンビジョンシステムの検出結果に応答して前記
   支持部のフレキシブル表面の少なくとも一箇所に衝撃エ
   ネルギを与え、前記フレキシブル表面上で少なくとも１
   つの部品の位置状態を選択的に変更する変更器とを備え
   るパーツフィーダ。
2. 【請求項２】前記変更器は、検出された少なくとも１つ
   の位置パラメータに基づき、前記フレキシブル表面上で
   選択された位置において、選択された大きさを有する少
   なくとも１つの衝撃エネルギを印加して、前記フレキシ
   ブル表面上で少なくとも１つの部品の位置変更と向き変
   更を行う請求項１のパーツフィーダ。
3. 【請求項３】前記変更器は、検出された個々に分離した
   部品の検出された位置と向きに基づいて、少なくとも一
   つの前記衝撃エネルギを印加して、前記個々に分離した
   部品の向きを所望の方向に変更する請求項２のパーツフ
   ィーダ。
4. 【請求項４】前記変更器は、前記フレキシブル表面に対
   して移動可能である請求項１のパーツフィーダ。
5. 【請求項５】前記マシンビジョンシステムの検出結果に
   応答して、前記フレキシブル表面に対して前記変更器を
   移動するコントローラをさらに備える請求項４のパーツ
   フィーダ。
6. 【請求項６】前記変更器は、前記フレキシブル表面と接
   触しおよび離れるように移動可能にされて、前記フレキ
   シブル表面にあらかじめ定めたレベルの衝撃エネルギを
   印加する少なくとも１つのハンマをさらに有する請求項
   １のパーツフィーダ。
7. 【請求項７】前記変更器は、前記ハンマが複数配列され
   たハンマアレイを有する請求項６のパーツフィーダ。
8. 【請求項８】前記ハンマアレイは、前記フレキシブル表
   面に対してｘｙ平面内で移動可能である請求項７のパー
   ツフィーダ。
9. 【請求項９】前記ハンマアレイは、前記フレキシブル表
   面に対して固定する請求項７のパーツフィーダ。
10. 【請求項１０】前記変更器は、その変更器により前記フ
    レキシブル表面の少なくとも一箇所に与える衝撃エネル
    ギを局所的に限定する手段をさらに有する請求項１のパ
    ーツフィーダ。
11. 【請求項１１】前記ハンマの各々は、前記フレキシブル
    表面に衝撃エネルギを選択的に印加するように個別に制
    御可能である請求項７のパーツフィーダ。
12. 【請求項１２】前記変更器は、その変更器によって前記
    フレキシブル表面の少なくとも一箇所に印加される衝撃
    エネルギを局所的に限定するため、少なくとも１つの前
    記ハンマの周囲のフレキシブル表面に対して設定される
    吸引領域を制御可能とする吸引部材をさらに有する請求
    項６のパーツフィーダ。
13. 【請求項１３】前記マシンビジョンシステムは、選択さ
    れた部品の検出された向きをあらかじめ定めた向きと比
    較し、そして、前記変更器は、前記検出された向きから
    あらかじめ定めた向きへ方向変更するに必要なエネルギ
    に基づいて、前記フレキシブル表面へ衝撃エネルギを印
    加する請求項１のパーツフィーダ。
14. 【請求項１４】前記マシンビジョンシステムは、前記フ
    レキシブル表面上で部品の相対位置関係を検出し、前記
    変更器は、前記検出された部品間の相対位置関係に基づ
    いて少なくとも１つの衝撃エネルギを印加して、もつれ
    ている、あるいはかたまっている部品を分離する請求項
    １のパーツフィーダ。
15. 【請求項１５】縁が設けられた、ほぼ平面であり、張力
    がかけられているフレキシブル膜が前記フレキシブル表
    面を構成する請求項１のパーツフィーダ。
16. 【請求項１６】前記膜は織り込んだ表面を有する請求項
    １５のパーツフィーダ。
17. 【請求項１７】前記織り込んだ表面は非対称パターンを
    有する請求項１６のパーツフィーダ。
18. 【請求項１８】前記膜は、張力がかけられている下部層
    とこの下部層の上の張力がかけられていない上部層とを
    有する請求項１５のパーツフィーダ。
19. 【請求項１９】前記フレキシブル表面は、複数の異なっ
    た選択領域を備え、各選択領域は、前記マシンビジョン
    システムにより個別に検出される請求項１のパーツフィ
    ーダ。
20. 【請求項２０】前記支持部は、テーブルと、前記フレキ
    シブル膜を設けたトレイとを備え、前記トレイは、前記
    テーブルに取り外し可能に支持されている請求項１５の
    パーツフィーダ。
21. 【請求項２１】複数の前記トレイを収容するトレイマガ
    ジンをさらに有し、前記トレイマガジンは、選択された
    トレイを前記支持部に供給し、前記支持部から除去され
    たトレイを受け取る請求項２０のパーツフィーダ。
22. 【請求項２２】部品を前記支持部へ供給する部品供給器
    をさらに有する請求項１のパーツフィーダ。
23. 【請求項２３】前記部品供給器は、前記マシンビジョン
    システムの検出結果に応答して制御され、あらかじめ定
    めた所定数の部品を前記支持部へ供給する請求項２２の
    パーツフィーダ。
24. 【請求項２４】前記部品供給器は、前記マシンビジョン
    システムで検出された、部品の総数および／またはあら
    かじめ定めた所定の状態にある部品の数に依存して、部
    品を前記支持部へ供給する請求項２３のパーツフィー
    ダ。
25. 【請求項２５】前記あらかじめ定めた所定の状態は、選
    択するために所望の方向を向いている個々に分離した部
    品の状態に対応する請求項２４のパーツフィーダ。
26. 【請求項２６】前記マシンビジョンシステムの検出によ
    り、あらかじめ定めた方向を向いている部品を前記支持
    部から除去する選択器をさらに有する請求項１のパーツ
    フィーダ。
27. 【請求項２７】前記変更器は、複数のモードで変更器を
    操作するコントローラを含み、前記モードは、前記マシ
    ンビジョンシステムで検出されている少なくとも１つの
    部品の位置状態に基づいて、大きさが制御されている衝
    撃エネルギを前記フレキシブル表面に印加する第１のモ
    ードを含む請求項１のパーツフィーダ。
28. 【請求項２８】前記コントローラは、前記変更器が前記
    フレキシブル表面に対して移動しながら、あらかじめ定
    めた所定の周波数で前記フレキシブル表面へ衝撃エネル
    ギを印加する第２のモードで変更器を操作する請求項２
    ７のパーツフィーダ。
29. 【請求項２９】前記コントローラは、前記変更器が前記
    フレキシブル表面に対して経路に沿って移動しながら、
    あらかじめ定めた所定の周波数で前記フレキシブル表面
    を振動する第３のモードで前記変更器を操作する請求項
    ２７のパーツフィーダ。
30. 【請求項３０】前記コントローラは、前記変更器が前記
    マシンビジョンシステムで接触していることが検出され
    ている前記フレキシブル表面上の少なくとも２つの部品
    間の中心に対応する前記フレキシブル表面の位置へ前記
    衝撃エネルギを印加する第４の モードで変更器を操作す
    る請求項２７のパーツフィーダ。
31. 【請求項３１】選択機構により除去される選択領域内の
    部品の位置状態を制御する方法は、 選択領域内の柔軟性のあるフレキシブル膜で前記部品を
    支持し、 前記選択領域内における少なくとも１つの部品の位置状
    態を規定する少なくとも１つの位置パラメータを検出
    し、 検出された少なくとも１つの位置パラメータに基づいて
    前記フレキシブル膜の少なくとも一箇所に衝撃エネルギ
    を印加し、 前記選択領域内において少なくとも１つの部品の位置状
    態をあらかじめ定めた選択状態へ選択的に変更する。
32. 【請求項３２】前記選択領域内で前記選択状態として検
    出されている部品を取り除くステップをさらに有する請
    求項３１の方法。
33. 【請求項３３】部品の位置状態は、前記選択領域を通っ
    て部品を再循環させることなく制御される請求項３１の
    方法。
34. 【請求項３４】前記衝撃エネルギは、前記フレキシブル
    膜と接触しおよび離れるように移動可能なハンマによっ
    て前記フレキシブル膜に印加される請求項３１の方法。
35. 【請求項３５】前記ハンマは、少なくとも検出された１
    つの位置パラメータに基づいて、前記フレキシブル膜に
    平行な平面内で移動する請求項３４の方法。
36. 【請求項３６】前記印加ステップは、少なくとも検出さ
    れた１つの位置パラメータに基づいて少なくとも１つの
    衝撃エネルギを印加し、その衝撃エネルギの大きさは、
    前記フレキシブル膜の少なくとも１つの選択された位置
    で選択された値とされる請求項３１の方法。
37. 【請求項３７】少なくとも１つの衝撃エネルギは、検出
    された個々に分離した部品の検出され た位置と向きに基
    づいて印加され、前記個々に分離した部品の向きを所望
    の方向に変更する請求項３６の方法。
38. 【請求項３８】前記フレキシブル膜の少なくとも一箇所
    に印加する衝撃エネルギを局所的に限定するステップを
    さらに有する請求項３１の方法。
39. 【請求項３９】前記検出するステップは、選択された部
    品の検出された向きをあらかじめ定めた向きと比較し、
    そして、選択された部品の向きを、検出された向きから
    前記あらかじめ定めた向きへ変更するに必要なエネルギ
    に基づいて、前記フレキシブル膜へ衝撃エネルギを印加
    する請求項３１の方法。
40. 【請求項４０】前記検出するステップは、前記フレキシ
    ブル膜上で部品の相対位置関係を検出し、前記検出され
    た部品間の相対位置関係に基づいて少なくとも１つの衝
    撃エネルギを印加して、もつれている、あるいはかたま
    っている部品を分離する請求項３１の方法。
41. 【請求項４１】前記検出ステップの検出にしたがって、
    部品の総数および／またはあらかじめ定めた所定の状態
    にある部品の数に依存して、前記選択領域へ部品を供給
    する請求項３１の方法。
42. 【請求項４２】前記あらかじめ定めた選択状態は、選択
    するために所望の方向を向いている個々に分離した部品
    の状態に対応する請求項３１の方法。