JP4827731B2 - システム、コンピュータプログラム、データ信号、及びguiを含むマシンの制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、産業マシンを制御してアイテムを一の場所から別の場所に移すか、又はアイテムをコンテナに梱包する操作を実行する方法及びシステムに関する。特に、システムは、産業ロボット又はマニピュレータを含むピックアンドプレースマシンに関する。
本発明は、複数のオブジェクトの中から1つのオブジェクトを抽出するシステムに関する。これらのオブジェクトは、静止しているか、又は連続生産フローの中にある。本明細書におけるこれらのオブジェクトは、同じ構成のオブジェクト、及び形、色硬度などが異なるオブジェクト又はオブジェクトグループの両方であると理解する必要がある。これらのオブジェクトは、回転プレートなどの上の複数層のパレットに位置するロボットの作業範囲に配置されるか、又はそこに到達し、コンベヤー上に連続ストリームとして送り込まれる。このようなシステムのマシンが実行する共通作業は、一般的にピックアンドプレースと呼ばれる作業である。ピックアンドプレース作業はコンベヤーベルトからオブジェクトをピックアップし、それらを出荷パレットの上にプレースするか、又はオブジェクトをピックアップして出荷カートンの上にプレースする。公知の一例は、コンベヤーベルトからチョコレートをピックアップしてパックトレイ又はチョコレートボックスにプレースするものである。
「Divert apparatus for Conveyor system」と題する米国特許第6401936号には、コンベヤーシステムの迂回装置が記載されている。これは、3次元非フラット物品を含む無秩序に流れるアイテムを処理するソーティングシステムである。この装置は、所謂一本化プロセス(singulating process)において、互いに離間する単一アイテム群からなる一本のストリームを無秩序のストリームから生成することにより、システムを通過する物品の流れを調整する。アイテム群とゲートとの間隔を機械的に大きくして物品群をストリームから放出する手段もある。公知のシステムは一種類のみの物品群を対象として設計されている。しかしながら、生産に含まれるオブジェクトのタイプ又は複数のオブジェクトタイプの分布が変化すると、装置を機械的に調整し直さなければならない。
本発明は上に記載した種々の問題の一つ以上を解決する。本発明の第1の態様では、アイテムを第1ポジションからピックアップし、アイテムを第2ポジションにプレースするマシンを制御する方法が提供され、本方法では、センサ手段が前記第1ポジションに関するデータを制御手段に供給し、この制御手段は、一つ以上の前記第1ポジションを含むメッセージを、制御手段のマスタープロセスから、前記制御手段によって制御される全ての前記マシンに送信し;一つ以上の前記第1ポジションの内のいずれの第1ポジションを使用すべきかを指定する通知手段を用いて、前記制御手段から全ての前記マシンに対してメッセージを送信し;前記第1ポジションが使用済みであるというステータスを有する一つの前記マシンからメッセージを受信するように構成されている。
本発明の別の態様では、マシングループを動作させて本発明の方法を実行し、第1ポジションから第2ポジションにオブジェクトを適応的に移動させるマスター制御手段及び制御手段を備えるシステムが提供される。
別の実施形態では、本発明は、複数のロボットにこのようなポジションを効率的に分布する新規の解決方法を開示する。利点をもたらす更に別の実施形態では、ポジションをハンドリングするロボットの間で負荷平衡化を実行する。
本発明の更に別の態様では、本発明により搬送波に含まれるコンピュータデータ信号を開示する。
本発明の更に別の態様では、本発明によるグラフィカルユーザインターフェースを開示する。
本発明に記載される方法の別の利点は、プロセスが設備における個々のマシンの停止に関して堅牢であることであり、これは全てのマシンが常に全てのポジションを受信し、且つ無事に使用されたポジションのみが動作中のマシンから返信として報告されるからである。動作していないか、又はオフにされたマシン又はロボットは、無事に動作していることを報告することができない。
本発明の方法及びシステムは、製造の自由度を高くするという点で特に有利である。これは、扱う製品のタイプ又は範囲の変化を、主として再構成又は再プログラムにより調整することができるので、先行技術の一部の機器が通常必要とする設備及び/又はレイアウトに複雑でコストの掛かる機械的又は電気的変更を加える必要がないためである。本発明の利点は、新規のマシン又は設備に限定されず、既存の設備にも有利に適合させることができる点である。
図1は2つのセンサ7、8及びコンベヤーベルト5により構成される第1領域を示している。3台のマシン(図示せず)はそれぞれ、囲い10、11、12により示される作業範囲の作業エリアを有する。2で示す1個のアイテムのような一連のアイテムをコンベヤーベルト5の上にプレースする。アイテムがまずセンサ7又は8によって登録されると、この箇所はアイテムの第1ポジション3と呼ばれる。第1ポジション3が識別され、制御システム(図示せず)に送信される。次に、アイテム2、3がそれぞれ、マシン10又は11又は12の内の一つによって第2ポジションに搬送され、この第2ポジションは、本実施例では複数のコンテナ4a又は4b又は4c又は4dの内の一つである。コンベヤーベルト5は、ピックアンドプレースマシンの作業エリアA10、A11、A12に、図の矢印で示すように左から右に向かってアイテムを移動させる。しかしながら、これらのアイテムは、コンベヤーベルトが移動せず、周期的に停止するときに、ベルトの上にプレースするか、又はドロップすることもでき、これによって、本方法が持つ上記の順応性により、静止状態でのアイテムの充填を実行することができる。例えば、バッチ処理においては、満杯のコンテナはマシンの作業エリアから、コンテナ4Dに示すように取り除くことができ、コンテナ14のような空のコンテナを作業エリアにプレースすることができる。本明細書で開示されるマシンは、マニピュレータ、ロボット、ABBが供給するFlex Picker(登録商標)型のロボット、ピックアンドプレースマシン、又はこれらの等価物とすることができる。連携動作するマシンから成るグループをワークグループと呼ぶか、又はワークグループがアダプティブに作業を実行する場合には、アダプティブタスクコンプリート(Adaptive task completion)グループAtcと呼ぶ。
別の実施形態では、第2コンベヤー6が、マシンの作業エリアA10〜A12から離れる方向にコンテナ4a〜4dを移動させる。図に示すように、コンテナ4a〜4dにはそれぞれ、これらのコンテナが全ての作業エリア10、11、12を通過するときに、複数のマシンによって適切な方法で徐々に充填が行なわれる。本実施例では、コンテナがマシン12の作業エリアを離れる時点で、コンテナ(4d)は完全に充填されている。
複数のピックアンドプレースマシン10〜12を制御するシステムは、次の構成要素を有する。全てのマシンコントローラに接続されるコンピュータは、マスタープロセス40と呼ばれるプロセスを有する。第1ポジション3(図1〜3を参照)は、搬送方向において第1マシン10の手前のコンベヤー5の一つのポジションに登録される。システムによって登録される各第1ポジションには固有の識別情報が付与される。マスタープロセス40は全第1ポジションのリストを維持する。第1ポジションには一つのステータスがマークされる。ステータスは、マシンが第1ポジションを使用したかどうかを示す。
−マスターは全ての第1ポジションを全てのマシンコントローラに送信する。
−マスターは、マシンコントローラに送信されるポジションを、これらのポジションを使用すべきかどうかについて指示する一つのステータスでマークする。
−マシンコントローラは、マシンが第1ポジションを使用(ハンドリング)したとき、該当ポジションに使用済み(利用済み)のマークを付け、メッセージをマスターに送信する。
−マスターは、マスターリストの該当ポジションに使用済みのマークを付け、メッセージを全てのマシンコントローラマスターに送信して、ポジションが使用されたと宣言する。
−「ポジション使用済み」メッセージを受信する各マシンは、次に、マシン又はロボットが保持するリストのコピーの該当ポジションに使用済みのマークを付ける。
従って、マシン群のいずれのマシンも、ポジションの使用、又はポジションのハンドリングを再度試みることがない。
本発明を発展させた別の実施形態では、同期方法を取り入れることができる。第1ポジションを複数回に渡って起動することにより、既に登録されている第1ポジションの精度を必要に応じて補正することができるので、精度が向上する。この操作は、全てのロボットが同期するタイムスタンプのようなグローバルトリガーを、全てのロボットに対して使用することにより行なうことができる。これにより、生じ得る環境の変化、コンベヤーベルトの緩み、検査者又はクライアントによる作業エリアからのオブジェクトの除去に対処することができ、ポジションの2回目のチェック、及び/又は第1ポジションの登録精度の向上を可能にする。更に発展させた別の実施形態では、第2トリガーを各マシンの横に配置することができる。非常に高い精度が必要である場合、第2センサ又はカメラを全てのマシンの横に設けて第1ポジションの位置精度を大きく向上させることができる。
例えば、X、Y及びZ軸ポジションにオブジェクトを載せる作業では、各ロボットは、時間的にピックアップすることが可能なオブジェクトをピックアップしてプレースする。これらのオブジェクトは、ロボットの前にプレースされるか、又はロボットの前をコンベヤーベルトに載って流れて行くと、パレット又はボックス、或いは他のコンテナが徐々に充填される。
全てのオブジェクトに関する、ポジション、向き、タイプ及びサイズのような情報は、産業用マシンコントローラのバッファに保存され、その一部はセンサ7又はセンサ7及び8によって提供される。マシン又はロボットがオブジェクトを目標として使用しようとするとき、すなわち当該オブジェクトが第1ポジションになるとき、バッファは新規のオブジェクトをリクエストする。ロボット操作は、第1ポジションがX方向の搬入リミット及び搬出リミットの内側に位置するときにのみ実行することができる。各マシン(10、11、12)又はロボットのマシンコントローラ(41a、41b、41c)がこの操作を監視する。この作業エリアの内部では、X及びY方向及び/又はZ方向の優先ルールに基づいてオブジェクトを選択することが可能である。
ソート方向:
どの方向からソーティングが行われるか。オブジェクトリクエスト命令に格納される。
安全距離:
ソーティングのクリアランスエリア。オブジェクトリクエスト命令に格納される。
搬入リミット:
マシンがオブジェクトに対する操作を開始することができるリミット。新規のオブジェクトバッファを定義する際に与えられる。
搬出リミット:
ロボットがオブジェクトに対する操作を実行することができないリミット。オブジェクトがこのリミットを越えると、オブジェクトはバッファから消去される。新規のオブジェクトバッファを定義する際に与えられる。
チェックリミット:
随意で設けられるロボットがオブジェクトに対する操作を実行することができない操作リミット。オブジェクトがこのリミットを越えると、オブジェクトはバッファから消去されない。オブジェクトリクエスト命令に含まれる。
オブジェクトバッファが新規のオブジェクトをリクエストするとき、ソート方向及び安全距離がパラメータとしてリクエスト命令に与えられる。次に、ソーティングアルゴリズムは、ロボットがどのオブジェクトを操作するのかを選択する。
方向ソーティングをタイプリクエストと組み合わせることができる。従って、生産フロー中の特定のタイプの第1オブジェクトが、前述のアルゴリズムに従って選択される。
センサ又はセンサ群7、8は、あらゆる適切なセンサとすることができる。センサは、磁気変換器、超音波変換器、圧力変換器、又は力変換器のような非光学的手段とすることができる。光センサは、光電セル、IRセンサ、ビデオ又はCCDカメラのようなあらゆる適切な光センサとすることができる。センサはまた、信号を処理するか、又は画像を処理して必要に応じてオブジェクトの有無を検出するコンピュータアプリケーションを備えるか、又はコンピュータアプリケーションに何らかの方法により接続することができる。
マシンコントローラ41a、41b、41cは、少なくとも一つのメモリ手段を含み、このメモリ手段では、全ての第1ポジションのリストの個々のマシンコピーが保存され、更新される。コントローラはまた、コンピュータプログラムに含まれるようなマシン制御命令を処理する何らかのプロセッサを備えることができる。
記載のコンピュータプログラムの一部を、幾つかの異なるコンピュータ又はコンピュータシステムでほぼ同時に動作することができる分散アプリケーションとして配置することができる。
グラフィカルユーザインターフェース(GUI)を使用して本発明の特定の実施形態の方法を動作させるか、又は制御することができる。図10〜13は、例示的グラフィックユーザインターフェースの幾つかを示している。図10は、アダプティブワークグループ、すなわちAtcGroup108及びAtcGroup2 109の形成及び構成方法を示している。新規のAtcGroup106又は新規のWorkArea107をインターフェースの右の領域からドラッグし、インターフェースの左の一ポジションにドロップして、WorkAreaがどのAtcGroupに属するのかを表わすことができる。「ドラッグアンドドロップ」という用語は、概念オブジェクト又は実世界オブジェクトであるテクニカルオブジェクトを表わすソフトウェアオブジェクト表示を操作して、操作を制御するか、又は実行する方法の一例として使用されるに過ぎない。
アイテム分布Item2は、番号119により示され、且つItem2は負荷平衡化グループLbGroup132の一例を含み、この実施例では、WorkArea111に対し、本実施例ではWorkArea1及びWorkArea3に33%〜67%の割合で作業を割り当てて平衡化する。
Claims (27)
- 第1ポジション(3)からアイテム(2)をピックアップして第2ポジション(4a、4b、4c)にプレースする、以下この操作をハンドリングと呼ぶ、マシン(10、11、12)を制御する方法であって、センサ手段(7)が前記第1ポジション(3)に関するデータを制御手段(40)に供給し、
制御手段(40)のマスタープロセスから一つ以上の前記第1ポジションを含むメッセージを前記制御手段が制御する全ての前記マシン(10、11、12)に送信し、
前記制御手段(40)から全ての前記マシン(10、11、12)に対し、一つ以上の前記第1ポジション(3)の内のいずれの第1ポジション上のアイテムをハンドリングすべきかを指定する通知手段を付してメッセージを送信し、
前記制御手段(40)が、全ての前記マシン(10、11、12)のそれぞれがハンドリングするアイテムの合計数が概ね同一となるように、特定のマシン(10、11、12)によってアイテムをハンドリングする一つ以上の前記第1ポジションを決定し、当該決定された一つ以上の前記第1ポジションを前記特定のマシンに割り当て、
前記制御手段(40)が、前記マシン毎に、当該マシンに割り当てられた第1ポジションであって、当該第1ポジション上のアイテムのハンドリングが当該マシンによってなされていない第1ポジションの合計数を計算し、前記合計数の多い前記マシンから前記合計数の少ない前記マシンへ一つ以上の前記第1ポジションを再割り当てすることを特徴とする、方法。 - 前記制御手段(40)は、前記第1ポジション(3)上のアイテムがハンドリング済みであるというステータスを有するメッセージ(65)を前記マシン(10、11、12)から受信し、
前記第1ポジション(3)、又はそれよりも多くの前記第1ポジションを含むメッセージを、前記制御手段(40)が制御する全ての前記マシン(10、11、12)に送信し、このメッセージにおいて、前記第1ポジションの各々が、このポジション上のアイテムがハンドリング済みかどうかのステータスでマークされることを特徴とする、請求項1記載の方法。 - 前記マシン(10、11、12)において、一つ以上の前記第1ポジションを含むメッセージを受信し、
一つ以上の前記第1ポジションの内の一つの第1ポジション上のアイテムをハンドリングし、
そのような一つの前記第1ポジション上のアイテムがハンドリング済みであるという情報を含むメッセージを制御手段(40)に送信することを特徴とする、請求項1又は2記載の方法。 - 制御手段(40)がアルゴリズムを使用して、全てのマシン(10、11、12)の内の一つの特定のマシンによってアイテムをハンドリングする一つの前記第1ポジションを選択することを特徴とする、請求項1記載の方法。
- アイテムの前記第1ポジション(3)の登録を、固有の識別手段を一緒に付ける形で行ない、
前記第1ポジション上のアイテムがハンドリング済みであるかどうかを示すステータスで前記第1ポジションの各々をマークすることを特徴とする、請求項1記載の方法。 - 固有の識別手段は数字の形をとることを特徴とする、請求項5記載の方法。
- 固有の識別手段は英数字列の形をとることを特徴とする、請求項5記載の方法。
- 制御手段(40)が制御するマシンの全ての負荷平衡化に応じて、前記第1ポジションを特定のマシンに割り当てることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 制御手段(40)が制御するワークグループに生じた停止に応じて、前記第1ポジションを特定のマシンに割り当てることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 制御手段(40)が制御するワークグループの別の特定のマシンがサービスから除去されたことに応じて、前記第1ポジションを特定のマシンに割り当てることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 第1ポジションからアイテムをピックアップして第2ポジションにプレースするマシンを制御し、前記第1ポジションに関するデータを供給するセンサ手段(7、8)、第1ポジション(3)からアイテム(2)をピックアップして第2ポジション(4a、4b、4c)にプレースする、以下この操作をハンドリングと呼ぶ、複数のマシン(10、11、12)、及び前記複数のマシン(10、11、12)を制御する制御手段(40)を備えるシステムであって、
制御手段(40)が、前記複数のマシン(10、11、12)の内の一つに対応する少なくとも一つのマシン制御手段(41a、41b、41c)に接続され、この制御手段(40)が全ての前記第1ポジション(3)のリストを備え、
前記制御手段(40)が、全ての前記マシン(10、11、12)のそれぞれがハンドリングするアイテムの合計数が概ね同一となるように、特定のマシン(10、11、12)によってアイテムをハンドリングする一つ以上の前記第1ポジションを決定し、当該決定された一つ以上の前記第1ポジションを前記特定のマシンに割り当て、
前記制御手段(40)が、前記マシン毎に、当該マシンに割り当てられた第1ポジションであって、当該第1ポジション上のアイテムのハンドリングが当該マシンによってなされていない第1ポジションの合計数を計算し、前記合計数の多い前記マシンから前記合計数の少ない前記マシンへ一つ以上の前記第1ポジションを再割り当てすることを特徴とする、システム。 - 制御手段(40)が、全ての前記第1ポジションのリストに載っている前記第1ポジション上のアイテムがハンドリング済みであるか否かを示すステータスを変えるコンピュータプログラム要素を含むことを特徴とする、請求項11記載のシステム。
- 制御手段に接続される少なくとも一つのマシン制御手段(41a、41b、41c)の各々が、全ての前記第1ポジションのリストに載っている前記第1ポジション上のアイテムがハンドリング済みであるか否かを示すステータスを変えるコンピュータプログラム要素を含むことを特徴とする、請求項11記載のシステム。
- 少なくとも一つのマシン制御手段(41a、41b、41c)が、制御手段(40)からメッセージを受信すると、全ての前記第1ポジションのリストに載っている前記第1ポジション上のアイテムがハンドリング済みであるか否かを示すステータスを更新するコンピュータプログラム要素を含むことを特徴とする、請求項13記載のシステム。
- 少なくとも一つのマシン制御手段(41a、41b、41c)が、前記第1ポジション上のアイテムがハンドリングされると、制御手段(40)にメッセージを送信するコンピュータプログラム要素を含むことを特徴とする、請求項14記載のシステム。
- リストに載っている全ての前記第1ポジションが固有の識別手段と一緒に記録されることを特徴とする、請求項11記載のシステム。
- 少なくとも一つの前記センサ手段(7、8)が非光学的検出器を備えることを特徴とする、請求項11記載のシステム。
- 少なくとも一つの前記センサ手段(7、8)が、目視検出手段又は光検出手段を備えることを特徴とする、請求項11記載のシステム。
- 少なくとも一つの前記センサ手段(7、8)が光電セルを備えることを特徴とする、請求項18記載のシステム。
- 少なくとも一つの前記センサ手段(7、8)がカメラ及び画像処理手段を備えることを特徴とする、請求項18記載のシステム。
- 画像処理手段が、画像を認識するように構成されるコンピュータプログラム要素を含むことを特徴とする、請求項20記載のシステム。
- コンピュータ又はプロセッサに取り込まれるとコンピュータ又はプロセッサに請求項1ないし10のいずれか一項に記載の方法のステップを実行させるコンピュータコード手段またはソフトウェアコード部分を含むコンピュータプログラム。
- 一つ以上のコンピュータで読み取り可能な媒体に格納される、請求項22記載のコンピュータプログラム。
- 第1ポジション(3)からアイテム(2)をピックアップして第2ポジション(4a、4b、4c)にプレースするマシン(10、11、12)を制御するコンピューティングデバイスのグラフィカルユーザインターフェースであって、請求項1ないし10のいずれか一項に記載の方法を実行することを特徴とするグラフィカルユーザインターフェース。
- マシン(10、11、12)によりオブジェクト(3)を適応的に移動させるワークグループ(108)、
ハンドリング対象のオブジェクトの識別情報に従って配置されるマシン(10、11、12)の分布(118、119)、
ワークエリア(110、111)として表示されるマシン(10、11、12)にオブジェクトが到達すべき順番、及び
マシン(10、11、12)のいずれかの間で負荷を平衡化させる負荷平衡化グループ(132、133、134)
から成るリストのいずれかとして複数のマシン(10、11、12)のいずれかを構成するソフトウェアオブジェクト表示手段(108、109、110、111)を含むことを特徴とする、請求項24記載のグラフィカルユーザインターフェース。 - 一つ以上のマシン(10、11、12)を含む一つ以上の生産エリアのグラフィカル表示の一部が、コンピュータマウス、キーボード、キーパッド、タッチスクリーンまたはスタイラスによって起動されると、表示または編集されるように構築されることを特徴とする、請求項25記載のグラフィカルユーザインターフェース。
- ソフトウェアオブジェクト表示手段(110、111)上でドラッグアンドドロップ操作を実行することにより、第1ポジションからオブジェクトをピックアップして第2ポジションにプレースするように、一つ以上のマシン(10、11、12)を構成できることを特徴とする、請求項24ないし26のいずれか一項に記載のグラフィカルユーザインターフェース。
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