JP5523385B2 - ピックアップ装置およびピックアップ方法 - Google Patents

Description

本発明は、上流から下流に向けて移動するワークを追従しながらピックアップするピックアップ装置およびピックアップ方法に関する。

ロボットアームの先端に設けられたハンドなどのピックアップ部で、上流から下流に向けて移動するワークをピックアップするピックアップ装置が用いられている。例えば、特許文献１には、移動するワークを追従しながらピックアップするピックアップ装置が開示されている（以下、ワークを追従しながらピックアップすることをトラッキングともいう）。

特開２００２−１１３６７８号公報

しかしながら、ピックアップ部の動作範囲内には、ワークを追従しながらピックアップすることが困難となる特異点が存在する場合がある。そのため、従来はワークの移動方向に沿った特異点からの延長線上を流れるワークをピックアップすることができなかったり、特異点からの延長線上から強制的にワークを避けるための部材を別途設けたりする必要があった。そのため、ピックアップ効率の低下や、コストの増加を招いてしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、動作範囲内に特異点の存在するピックアップ部であっても、ピックアップ効率の低下や、コストの増加を抑えつつワークを追従しながらピックアップすることのできるピックアップ装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、動作範囲内に特異点が存在するピックアップ部で、上流から下流に向けて移動するワークを追従しながらピックアップするピックアップ装置であって、ワークの位置情報を取得する位置情報取得部と、位置情報に基づいて、動作範囲内にあるワークの中からピックアップする候補となる候補ワークを決定する候補ワーク決定部と、候補ワークが特異点の近傍にあるか否かを判別し、候補ワークが特異点の近傍にあると判別された場合に候補ワークと異なるワークの中から他の候補ワークを候補ワーク決定部に決定させる特異点判別部と、候補ワークが特異点の近傍から外れた位置にあると判別された場合にピックアップ部に候補ワークをピックアップさせる動作制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、動作範囲内に特異点の存在するピックアップ部であっても、候補ワークが特異点内にある場合には、別のワークを候補ワークとするので、ピックアップ効率の低下や、コストの増加を抑えつつ、ワークを追従しながらのピックアップが可能なピックアップ装置を得ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかるピックアップ装置の概略構成を示す図である。 図２は、ロボットアームの詳細な構成を示す図である。 図３は、ベルトコンベアの平面図である。 図４は、位置データ登録用メモリに記憶されたワークの位置データを示す図である。 図５は、ピックアップ装置によってワークをトラッキングする際の処理を説明するためのフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態にかかるピックアップ装置およびピックアップ方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるピックアップ装置の概略構成を示す図である。ピックアップ装置５０は、ロボットアーム１、ベルトコンベア２、ビジョンセンサ（位置情報取得部）３、位置データ受信部１４、ワーク位置データ登録部５、位置データ登録用メモリ６、コンベア連動エンコーダ７、位置データ更新処理部８、優先度記憶部９、候補ワーク決定部１０、特異点判別部１１、ロボット動作制御部１２、姿勢検知部１３を備える。

ロボットアーム１は、ベルトコンベア２上を移動するワーク４を追従しながらピックアップする。ピックアップ装置５０は、複数のロボットアーム１を備えており、ワーク４の移動方向（矢印Ｘに示す方向）に対して最も上流に配置された上流側ロボットアーム１ａと、最も下流に配置された下流側ロボットアーム１ｃと、上流側ロボットアーム１ａと下流側ロボットアーム１ｃとの間に配置された中間ロボットアーム１ｂとで構成される。

図２は、ロボットアーム１の詳細な構成を示す図である。ロボットアーム１は、第１アーム２１と第２アーム２２とピックアップ部２３とを備える。第１アーム２１は、天井などの固定された基礎部分に対して、回転軸Ｐ１を中心に回転可能に取り付けられている。第２アーム２２は、第１アーム２１に対して、回転軸Ｐ２を中心に回転可能に連結されている。ピックアップ部２３は、第２アーム２２に対して、回転軸Ｐ３を中心に回転可能に取り付けられている。

ピックアップ部２３には、複数の吸着部２３ａが設けられている。それぞれの吸着部２３ａが、ワーク４を吸着して保持することができるようになっている。例えば、吸着部２３ａには図示しないコンプレッサが接続されて、吸着部２３ａからの吸引によってワーク４を保持するように構成してもよい。

ロボットアーム１は、１つの吸着部２３ａでワーク４をピックアップした際に、ワーク４を保持していない他の吸着部２３ａがあれば、その吸着部２３ａでワーク４をピックアップするための動作を行う。すべての吸着部２３ａにワーク４が保持された時点で、ロボットアーム１は、例えばベルトコンベア２の脇に用意された梱包材（図示せず）にワーク４を納める。

ロボットアーム１は、回転軸Ｐ１と回転軸Ｐ２との距離Ｌ１と、回転軸Ｐ２と回転軸Ｐ３との距離Ｌ２が略等しい距離となるように構成されている。図３は、ベルトコンベア２の平面図である。ロボットアーム１は、自身の動作範囲内でワーク４をピックアップすることが可能であり、図３では、その動作範囲をピックアップ領域４０として示している。なお、上流側ロボットアーム１ａの動作範囲をピックアップ領域４０ａとし、中間ロボットアーム１ｂの動作範囲をピックアップ領域４０ｂとし、下流側ロボットアーム１ｃの動作範囲をピックアップ領域４０ｃとしても示している。

上述したように、ロボットアーム１が、距離Ｌ１と距離Ｌ２とが略等しく構成されていることで、ピックアップ領域４０の中央部分が特異点となる。そして、その特異点の近傍を特異点近傍領域４１と定義する。

なお、図３では、上流側ロボットアーム１ａに対する特異点近傍の領域を特異点近傍領域４１ａとし、中間ロボットアーム１ｂに対する特異点近傍の領域を特異点近傍領域４１ｂとし、下流側ロボットアーム１ｃに対する特異点近傍の領域を特異点近傍領域４１ｃとしても示している。

この特異点近傍領域４１で、ワーク４の移動に追従するようにロボットアーム１のピックアップ部２３を移動させると、他の領域でピックアップ部２３を移動させる場合に比べて、第１アーム２１と第２アーム２２の移動速度が大きくなる。そのため、特異点近傍領域４１では、各アーム２１，２２を回転させるために設けられるモータ（図示せず）の能力を超えた回転速度が要求されることとなり、特異点近傍領域４１ではトラッキングをすることができない場合がある。

ベルトコンベア２は、ワーク４を矢印Ｘに示す方向に移動させる移動手段である。ビジョンセンサ３は、ベルトコンベア２上の撮影領域３０を定期的に撮影し、撮影データを位置データ受信部１４に送信する。ビジョンセンサ３は、例えばＣＣＤカメラである。

位置データ受信部１４は、受信した撮影データから、撮影領域３０内にあるワーク４を認識し、ワーク４ごとの位置データを生成する。位置データ受信部１４は、生成した位置データをワーク位置データ登録部５に送信する。

ワーク位置データ登録部５は、受信した位置データを位置データ登録用メモリ６に記憶させる。図４は、位置データ登録用メモリ６に記憶されたワーク４の位置データを示す図である。図４に示すように、ワーク４ごとにユニークなワーク番号が付与され、位置データとしての座標値や角度値が、ワーク４（ワーク番号）と対応付けられて記憶される。

コンベア連動エンコーダ７は、ベルトコンベア２の移動量を検出して、検出データを位置データ更新処理部８に送信する。位置データ更新処理部８は、位置データを受信すると、ベルトコンベア２の移動量に応じて、位置データ登録用メモリ６に記憶されたワーク４の位置データを更新する。このように、ベルトコンベア２の移動量に応じてワーク４の位置データを定期的に更新することで、撮影領域３０から外れて撮影データに含まれなくなったワーク４であっても、現在位置を把握することができる。

優先度記憶部９には、ロボットアーム１がピックアップ領域４０にあるワーク４のうち、次にピックアップしようとするワーク４（候補ワーク）を決定する際に参照される優先度アルゴリズムが記憶されている。

本実施の形態１では、上流側ロボットアーム１ａに対しては、ピックアップ領域４０ａにあるワーク４のうち、最も上流にあるワーク４を候補ワークとして決定するように、優先度アルゴリズムが定められている。また、中間ロボットアーム１ｂに対しては、ピックアップ領域４０ｂにあるワーク４のうち、最もピックアップ部２３の近くにあるワーク４を候補ワークとして決定するように、優先度アルゴリズムが定められている。また、下流側ロボットアーム１ｃに対しては、ピックアップ領域４０ｃにあるワーク４のうち最も下流にあるワーク４を候補ワークとして決定するように優先度アルゴリズムが定められている。

姿勢検知部１３は、ロボットアーム１の姿勢を検知して、候補ワーク決定部１０に送信する。候補ワーク決定部１０は、位置データ登録用メモリ６に記憶されたワーク４の位置データ、優先度記憶部９に記憶された優先度アルゴリズム、および姿勢検知部１３から送信された姿勢データに基づいて、ロボットアーム１が次にピックアップするワーク４（候補ワーク）を決定する。

具体的には、ロボットアーム１が、上流側ロボットアーム１ａであれば、ピックアップ領域４０ａにあるワーク４のうち、最も上流にあるワーク４を候補ワークとして決定する。また、ロボットアーム１が、中間ロボットアーム１ｂであれば、ピックアップ領域４０ｂにあるワーク４のうち、最もピックアップ部２３の近くにあるワーク４を、姿勢データと用いて算出し、そのワーク４を候補ワークとして決定する。また、ロボットアーム１が、下流側ロボットアーム１ｃであれば、ピックアップ領域４０ｃにあるワーク４のうち最も下流にあるワーク４を候補ワークとして決定するように優先度アルゴリズムが定められている。

候補ワーク決定部１０は、決定した候補ワークに関する情報を、特異点判別部１１に送信する。特異点判別部１１は、候補ワークが特異点近傍領域４１の内側にあるか否かを判別する。候補ワークが特異点近傍領域４１の内側にある場合には、その時点での候補ワークをピックアップ対象から外した上で、候補ワーク決定部１０に同様の手順で候補ワークを決定させる。

候補ワークが特異点近傍領域４１から外れた位置にある場合には、その候補ワークに関するデータをロボット動作制御部１２に送信する。ロボット動作制御部１２は、位置データ登録用メモリ６からの候補ワークの位置データの取得や、姿勢検知部１３からのロボットアーム１の姿勢データの取得などを行って、ロボットアーム１の動作を制御して候補ワークのトラッキングを行わせる。

図５は、ピックアップ装置５０によってワークをトラッキングする際の処理を説明するためのフローチャートである。

まず、ベルトコンベア２上の撮影領域３０にあるワーク４の位置データが記憶される（ステップＳ１）。次に、ベルトコンベア２の移動量に応じてワーク４の位置データが更新される（ステップＳ２）。

そして、優先度アルゴリズムにしたがって、候補ワークが決定される（ステップＳ３）。次に、候補ワークが特異点近傍領域４１内にあるか否かが判別され、候補ワークが特異点近傍領域４１内にある場合には（ステップＳ４，Ｙｅｓ）、その時点での候補ワークとなっているワーク４がピックアップの候補から外される（ステップＳ５）。そして、ステップＳ３に戻って、再度候補ワークが決定される。

候補ワークが特異点近傍領域４１から外れた位置にある場合には（ステップＳ４，Ｎｏ）、ロボットアーム１に候補ワークをトラッキングさせる（ステップＳ６）。ピックアップ部２３のすべての吸着部２３ａにワーク４が保持されるまで（ステップＳ７，Ｎｏ）、ステップＳ３からステップＳ６までの処理が繰り返される。すべての吸着部２３ａにワーク４が保持されると（ステップＳ７，Ｙｅｓ）、ピックアップされたワーク４を、ロボットアーム１が例えば梱包材などに納める。

なお、ステップＳ１からステップＳ２の処理は、ステップＳ３からステップＳ７までの処理に関わらず定期的に行われる。

以上説明したように、ロボットアーム１の動作範囲（ピックアップ領域４０）内に特異点が存在する場合であっても、候補ワークが特異点内にある場合には、別のワークを候補ワークとするので、ピックアップ効率の低下や、コストの増加を抑えつつ、ワーク４のトラッキングが可能となる。

また、優先度アルゴリズムにしたがって候補ワークを決定するので、ピックアップ効率の向上を図ることができる。本実施の形態では、ロボットアーム１が配置された位置に応じて異なる優先度アルゴリズムを用いることで、ピックアップ効率の向上を図っている。

ロボットアーム１が上流側ロボットアーム１ａであれば、ワーク４の取り逃しがあったとしても、下流にはまだロボットアーム１ｂ，１ｃが配置されているので、最も上流にあるワーク４を優先的にピックアップする。

ロボットアーム１が中間ロボットアーム１ｂであれば、より多くのワーク４をピックアップできるように、候補ワークを決定する時点でピックアップ部２３の最も近くにあるワーク４を候補ワークとしてピックアップする。

ロボットアーム１が下流側ロボットアーム１ｃであれば、それよりも下流にはロボットアーム１が配置されていないため、最も上流にあるワーク４を優先的にピックアップすることで、ワーク４の取り逃しの削減を図る。

このように、ロボットアーム１の配置された位置にしたがって優先度アルゴリズムを異ならせることで、ピックアップ装置５０全体としてピックアップ効率の向上を図ることができる。

なお、いずれの優先度アルゴリズムを適用して候補ワークを決定するかは、上述した例に限られない。例えば、ピックアップ領域４０内にあるワーク４の配置状況に応じて適宜変更するように構成してもよい。また、優先度アルゴリズムも、上述した例に限られず、例えば、ワーク４の移動方向に沿った特異点近傍領域４１からの延長領域上にあるワーク４を候補ワークとするような優先度アルゴリズムが設定されていてもよい。

以上のように、本発明にかかるピックアップ装置は、動作範囲内に特異点が存在するロボットアームを備えるピックアップ装置に有用である。

１ ロボットアーム
１ａ 上流側ロボットアーム
１ｂ 中間ロボットアーム
１ｃ 下流側ロボットアーム
２ ベルトコンベア
３ ビジョンセンサ（位置情報取得部）
４ ワーク
５ ワーク位置データ登録部
６ 位置データ登録用メモリ
７ コンベア連動エンコーダ
８ 位置データ更新処理部
９ 優先度記憶部
１０ 候補ワーク決定部
１１ 特異点判別部
１２ ロボット動作制御部
１３ 姿勢検知部
１４ 位置データ受信部
２１ 第１アーム
２２ 第２アーム
２３ ピックアップ部
２３ａ 吸着部
３０ 撮影領域
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ ピックアップ領域（動作範囲）
４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 特異点近傍領域
５０ ピックアップ装置
Ｌ１，Ｌ２ 距離
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 回転軸
Ｘ 矢印

Claims (5)

1. 動作範囲内に特異点が存在するピックアップ部で、上流から下流に向けて移動するワークを追従しながらピックアップするピックアップ装置であって、
   前記ワークの位置情報を取得する位置情報取得部と、
   前記位置情報に基づいて、前記動作範囲内にある前記ワークの中からピックアップする候補となる候補ワークを決定する候補ワーク決定部と、
   前記候補ワークが前記特異点の近傍にあるか否かを判別し、前記候補ワークが前記特異点の近傍にあると判別された場合に前記候補ワークと異なる前記ワークの中から他の候補ワークを前記候補ワーク決定部に決定させる特異点判別部と、
   前記候補ワークが前記特異点の近傍から外れた位置にあると判別された場合に前記ピックアップ部に前記候補ワークをピックアップさせる動作制御部と、を備えることを特徴とするピックアップ装置。
2. 前記候補ワーク決定部は、前記動作範囲内で最も上流にある前記ワークを前記候補ワークとすることを特徴とする請求項１に記載のピックアップ装置。
3. 候補ワーク決定部は、前記動作範囲内で最も下流にある前記ワークを前記候補ワークとすることを特徴とする請求項１に記載のピックアップ装置。
4. 候補ワーク決定部は、前記動作範囲内で前記ピックアップ部に最も近い位置にある前記ワークを前記候補ワークとすることを特徴とする請求項１に記載のピックアップ装置。
5. 動作範囲内に特異点が存在するピックアップ部で、上流から下流に向けて移動するワークを追従しながらピックアップするピックアップ方法であって、
   前記ワークの位置情報を取得し、
   前記位置情報に基づいて、前記動作範囲内にある前記ワークの中からピックアップする候補となる候補ワークを決定し、
   前記候補ワークが前記特異点の近傍にあるか否かを判別し、
   前記候補ワークが前記特異点の近傍にあると判別された場合に前記候補ワークと異なる前記ワークの中から他の候補ワークを決定し、
   前記候補ワークが前記特異点の近傍から外れた位置にあると判別された場合に前記ピックアップ部に前記候補ワークをピックアップさせることを特徴とするピックアップ方法。

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