JP5293442B2 - ロボットシステム及び物品並置方法 - Google Patents
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このため、作業の自動化のためには、人作業用のスペースに比べて広い設備用のスペースが必要となり、これが人手による作業の自動化を阻害する一因となっている。
このように、従来、物品の並置作業を自動化することが求められているが、かかる作業の自動化にあたっては、人手による作業のための既存の作業スペースや作業設備をできるだけ有効に利用することで、作業の自動化にかかる設備の拡張等のコストや作業用のスペースを抑制することが求められる。
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであって、人手による作業のための既存の作業スペースや作業設備をできるだけ用いながら、物品並置作業を精度良く行なうことができるようにしたロボットシステム及び物品並置方法を提供することを目的としている。
本願発明(請求項1)は、複数の関節部を有する第1アームと、前記第1のアームと別体に複数の関節部を有する第2アームと、前記第1アーム及び前記第2アームを支持する胴体部と、前記第1アームの先端に旋回可能に設けられる第1ハンド部と、前記第1アームに取り付けられ、前記第1ハンド部側に配向されるマーク検出センサと、前記第2アームに取り付けられ前記対象物を把持する第2ハンド部と、前記第1アーム及び前記第2アームの動作を制御するコントローラとを有し、前記コントローラは、前記第1アーム及び前記第1ハンド部を動作させて対象物を把持した後、前記第1ハンド部を旋回させ、前記マーク検出センサにより予め前記対象物に付されたマーク位置を検出し、かかる検出結果に基づいて、予め設定された位置で前記第1ハンド部の前記旋回を停止させ、前記第1ハンド部に把持された前記対象物を前記第2ハンド部に持ち替えた後、前記第2アーム及び前記第2ハンド部を動作させて予め教示された前記対象物の前記配置情報に基づいて前記対象物を載置位置に移送することを特徴としている。
また、前記胴体部の周囲には、複数種類の前記対象物をそれぞれストックするストッカが配置され、前記コントローラは、予め教示された前記対象物の前記配置情報を含む作業手順に基づいて、前記複数種類の対象物を前記配置情報に沿って前記載置位置に並置することが好ましい(請求項3)。
また、前記マーク検出センサは、前記第1ハンド部が把持する前記対象物に向けて配置されたカメラを有し、前記カメラにより前記対象物の表面を撮像して前記対象物に付されたマークを検知し、前記マークを検知したときの前記第1ハンド部の旋回位置をマーク検出位置として検出することが好ましい(請求項4)。
また、前記カメラの周囲に前記カメラの撮像方向と同じ方向に光を照射する光源が設けられていることが好ましい(請求項6)。
また、前記第1ハンド部は、前記旋回の軸と同じ方向である上下方向から前記対象物を把持し、前記第2ハンド部は、前記対象物を前記上下方向に対して直交する左右方向から把持することが好ましい(請求項7)。
また、前記コントローラは、前記第2アーム及び前記第2ハンド部を動作させて予め設定された載置位置に前記対象物を載置することと並行して、前記第1アーム及び前記第1ハンド部を動作させて新たな対象物を把持することが好ましい(請求項9)。
また、第1ハンド部側をカメラで撮像することにより、対象物を把持する際に精度よく対象物の位置を検知することができるという利点もある。
本願発明(請求項5)によれば、第1アームに固設されたブラケットを介してカメラを撮像に最適な位置に配置することができるとともに、第1アームの動作に連動してブラケット及びカメラも動作するため、第1アームを動作させても第1ハンド部とカメラとの位置関係を最適範囲に保つことができる。
本願発明(請求項7)によれば、対象物を第1ハンド部から第2ハンド部に持ち替える際に第1ハンド部が把持する方向(上下方向)と直交する左右方向から把持することで、第1ハンド部で位置決めされた対象物の旋回方向位置をずらすことなく、対象物を適切な向き(旋回方向位置)で載置部に載置することができる。
また、対象物を持ち替える際に左右方向から第2ハンド部をアプローチさせることにより、第1アーム及び第2アームの干渉を防止することができる。
本願発明(請求項9)によれば、第2アームが対象物を載置する間に第1アームが新たな対象物を把持することで、作業時間をより短縮することができる。
本実施形態では、ロボットシステム100の適用の一例として、3種類の飲料入り缶(対象物,ワーク)W1〜W3をそれぞれ所定の方向(即ち、缶の絵柄の正面側がケースの上方を向く方向)にしてケース内に所定の配置で並列する作業を行なう。なお、以下、ワークW1〜W3を特定しない場合は単にワークWという。
図2示すように、本実施形態にかかるロボットシステム100は、双腕ロボット101,作業台102,缶ストッカ(ストッカ)103〜105,ケースストッカ106,搬出路107及びコントローラ108を有して構成されている。
作業台102は双腕ロボット101の前方に配置された平面部を有する台であり、状面にはケースCを載置する載置位置を規定する為の複数のストッパ16〜18が配置されている(図1も参照)。
缶ストッカ103〜105には、それぞれ異なる種類の飲料入り缶(以下、ワーク)W1〜W3が複数ストックされている。
缶ストッカ103〜105のストックされる各ワークW1〜W3には、缶の表面にラベル絵柄が付されている。
搬出路107は、箱詰めケースCに所定の配置で各ワークW1〜W3を並置完了した箱詰めケースCを次工程へ送出する搬送ベルト等で構成されている。
コントローラ108は、記憶装置,電子演算器及び入力装置(いずれも図示省略)を有するコンピュータにより構成されており、双腕ロボット101と相互通信可能に接続されている。
なお、以下、後述する双腕ロボット101の各可動部(旋回部あるいは揺動部)には、それぞれサーボモータを有するアクチュエータ(図示省略)が内蔵されており、各可動部の回転位置は、サーボモータからの信号に基づいてコントローラ108によって制御されるようになっている。
また、コントローラ108には、教示情報として、作業手順、ケースCに配置される各ワークW1〜W3の組み合わせ及び配置位置情報(対象物の配置情報)、各ワークW1〜W3のラベル絵柄中の特徴となる絵柄パターンY(マーク,画素配置)がそれぞれのワーク毎に記憶されている。このマークYは、後述のカメラ13によりマークYが検出した位置で載置作業を行なうことで、缶の絵柄の正面側がケースの上方を向く位置の絵柄に設定される。
この旋回胴部2には、右腕部(第1アーム)3R及び左腕部(第2アーム)3Lがそれぞれ左右に設けられている。
右腕部3Rには、右肩部4Rが水平面(フロアと平行な面)に沿って旋回可能に設けてある。この右肩部4Rには右上腕A部5Rを揺動可能に設けている。この右上腕A部5R先端には右上腕B部6Rを設けている。なお、この右上腕B部6Rは旋回する捻り動作が付与されている。
なお、この右手首A部8Rは旋回する捻り動作、右手首B部9Rは曲げ動作を行う旋回動作が付与されている。
右手首B部9Rの先端には右フランジ10Rが設けてあり、右フランジ10Rには、右ハンドユニット(第1ハンド部)11が取り付けられている。右ハンドユニット(第1ハンド部)11は右フランジ10Rを可動させるサーボモータの駆動により、右ハンドユニット11を旋回させ、コントローラ108の指示する位置で停止(位置決め)することができるようになっている。
また、右手首A部8Rには、ブラケット15がボルト接合されている。ブラケット15は、右腕部3Rの下方及び基端側(基台側)に延びる部材15Aと、部材15Aから鉛直方向に屈曲して下向きに延びる部材15Bから形成されている。
部材15Bには、カメラ(マーク検出センサ)13が配設されている、カメラ13は右ハンドユニット11よりもやや下方(即ち、右ハンドユニット11に把持されたワークW)に向かって撮像するように設定されている。
カメラ13のレンズの周囲には、カメラ13の撮像方向と同じ方向に環状の発光面14Aを有するライト(光源)14が取り付けられている。
なお、カメラ13とワークWとの位置関係は、右手首B部9Rの揺動と右フランジ10Rの旋回とによって、微調整が可能となっている。
左フランジ10Lには、左ハンドユニット(第2ハンド部)12が取り付けられている。左ハンドユニット12は右フランジ10Rを可動させるサーボモータの駆動により、右ハンドユニット11を旋回させ、コントローラ108の指示する位置で停止(位置決め)することができるようになっている。
また、図5に示すように、左ハンドユニット12は、吸着ハンド12Aを備えており、吸着ハンド12Aの複数の吸着指からの負圧によりワークWを吸着保持するようになっている。
図6に示すように、まずステップS10として、作業開始すると、コントローラ108は、予め教示された教示情報を読み込む。
そして、ステップS20では、ケースストッカ106のストックされているケースCをケース挟持部19で挟持して作業台102上のストッパ16〜18で定義づけられた載置位置に挟持したケースCを載置する。この際、複数のストッパ16〜18にケースCを押しあてることで、ケースCが正確に位置決めされるとともに、ケース挟持部19で挟持したケースCを放すことができる。
そして、ステップS70では、図5に示すように、右ハンドユニット11で把持しているワークWを左ハンドユニット12の吸着ハンド12Aに持ち替える(持ち替えステップ)。
このとき、右フランジ10Rの旋回軸A1と直交する方向(左右方向)A2から左ハンドユニット12を接近させてワークWを保持させる。
なお、ステップS50,S60の処理によりワークWの旋回軸A1周りの回転位置が決められており、吸着ハンド12AがワークWを保持する位置がワークWをケースCに並置するときに上面側に位置するようになっている。
なお、ステップS90及びその後のステップS30の処理は、ステップS80の処理と並行して実行されるようになっている。これにより、作業時間の短縮を図ることができる。
また、複数のワークWのラベル絵柄中の特徴となる画素配置(絵柄パターンY)をコントローラ108に記憶させておくことで、ワークWに元々印刷された絵柄をマークとして検出することができるのでマーク専用の印等を新たに付けることなく、精度良くワークW表面のマークを検出することができる。
例えば、上述の実施形態では飲料入り缶をケースに並べ置きするものを例として説明しているが、配置する際の方向を所定に方向にして載置されるものであれば、対象物は缶に限るものではなく、また、ケース等は省略してもよい。あるいは、ケースに加えてケースに配置する中敷き等の部材を配置するようにしてもよい。
また、マーク検出センサは、カメラによるものでなく、磁気センサやレーザセンサ等適宜のセンサを用いることができる。また、ワークに付されるマークについても上述の実施形態のごとく絵柄パターンに限らず、マーク検出センサとの組み合わせで適宜選択可能である。また、対象物は1種類でもよく、また、2種類以上の何種類であってもよい。
2 旋回胴部(胴体部)
3R 右腕部(第1アーム)
3L 左腕部(第2アーム)
4R 右肩部
4L 左肩部
5R 右上腕A部
5L 左上腕A部
6R 右上腕B部
6L 左上腕B部
7R 右下腕A部
7L 左下腕A部
8R 右手首A部
8L 左手首A部
9R 右手首B部
9L 左手首B部
10R 右フランジ部
10L 左フランジ部
11 右ハンドユニット(第1ハンド部)
12 左ハンドユニット(第2ハンド部)
13 カメラ(マーク検出センサ)
14 ライト(光源)
14A 発光面
15 ブラケット
16〜18 ストッパ
100 ロボットシステム
101 双腕ロボット
102 作業台
103〜105 缶ストッカ(ストッカ)
106 ケースストッカ
107 搬出路
108 コントローラ
Claims (10)
- 複数の関節部を有する第1アームと、
前記第1のアームと別体に複数の関節部を有する第2アームと、
前記第1アーム及び前記第2アームを支持する胴体部と、
前記第1アームの先端に旋回可能に設けられる第1ハンド部と、
前記第1アームに取り付けられ、前記第1ハンド部側に配向されるマーク検出センサと、
前記第2アームに取り付けられ前記対象物を把持する第2ハンド部と、
前記第1アーム及び前記第2アームの動作を制御するコントローラとを有し、
前記コントローラは、
前記第1アーム及び前記第1ハンド部を動作させて対象物を把持した後、前記第1ハンド部を旋回させ、
前記マーク検出センサにより予め前記対象物に付されたマーク位置を検出し、かかる検出結果に基づいて、予め設定された位置で前記第1ハンド部の前記旋回を停止させ、
前記第1ハンド部に把持された前記対象物を前記第2ハンド部に持ち替えた後、前記第2アーム及び前記第2ハンド部を動作させて予め教示された前記対象物の前記配置情報に基づいて前記対象物を載置位置に移送する
ことを特徴とする、ロボットシステム。 - 前記コントローラにより制御され、前記胴体部を旋回させる導体旋回装置を有している
ことを特徴とする、請求項1記載のロボットシステム。 - 前記胴体部の周囲には、複数種類の前記対象物をそれぞれストックするストッカが配置され、
前記コントローラは、予め教示された前記対象物の前記配置情報を含む作業手順に基づいて、前記複数種類の対象物を前記配置情報に沿って前記載置位置に並置する
ことを特徴とする、請求項1又は2記載のロボットシステム。 - 前記マーク検出センサは、前記第1ハンド部が把持する前記対象物に向けて配置されたカメラを有し、
前記カメラにより前記対象物の表面を撮像して前記対象物に付されたマークを検知し、前記マークを検知したときの前記第1ハンド部の旋回位置をマーク検出位置として検出する
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のロボットシステム。 - 前記マーク検出センサは、
前記第1アームに固設されたブラケットに固設され、前記第1ハンド部に配向されている
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のロボットシステム。 - 前記カメラの周囲に前記カメラの撮像方向と同じ方向に光を照射する光源が設けられている
ことを特徴とする、請求項5記載のロボットシステム。 - 前記第1ハンド部は、前記旋回の軸と同じ方向である上下方向から前記対象物を把持し、
前記第2ハンド部は、前記対象物を前記上下方向に対して直交する左右方向から把持する
ことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のロボットシステム。 - 前記胴体部の周囲に、対象物ケースが複数ストックされているケースストッカが配置され、
前記コントローラは、予め教示された作業手順に基づいて、前記載置位置に前記対象物ケースを載置し、前記載置された前記対象物ケースに前記複数種類の対象物を並置する
ことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載のロボットシステム。 - 前記コントローラは、
前記第2アーム及び前記第2ハンド部を動作させて予め設定された載置位置に前記対象物を載置することと並行して、
前記第1アーム及び前記第1ハンド部を動作させて新たな対象物を把持する
ことを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載のロボットシステム。 - ロボットにより対象物を所定方向に並べる物品並置方法であって、
前記ロボットの第1アームを用いて前記対象物を把持する対象物把持ステップと、
前記第1アームにより把持された前記対象物を旋回させる旋回ステップと、
前記旋回ステップ実行中に前記第1アームに取り付けられたマーク検出センサを用いて前記対象物中のマークを検出するマーク検出ステップと、
前記マーク検出ステップの検出結果に基づいて前記旋回ステップを停止する対象物位置決めステップと、
前記対象物位置決めステップ終了後、前記第1アームにより把持された前記対象物を前記第2アームに持ち替える持ち替えステップと、
前記第2アームを動作させて、予め設定された位置に前記対象物を載置する対象物載置ステップと、を有している
ことを特徴とする、物品並置方法。
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