JP6470321B2

JP6470321B2 - 物品搬送装置

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Publication number: JP6470321B2
Application number: JP2017002446A
Authority: JP
Inventors: 雅文大場
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2037-01-11
Also published as: CN108298311B; US20180194005A1; US10589422B2; DE102018100049A1; JP2018111156A; DE102018100049B4; CN108298311A

Description

本発明は、物品搬送装置に関するものである。

従来、コンベアによってランダムに搬送されてくるらっきょうの３次元形状を３次元センサによって測定し、取得された３次元形状に基づいて、ロボットアームの先端に取り付けた吸着パッドによる吸着位置を決定するロボットシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１のロボットシステムは、らっきょうの最も太い球根部からその両端の根毛部および茎部を切断加工して取り除くためのシステムである。このロボットシステムは、吸着パッドによって球根部を吸着したままの状態で根毛部および茎部を切除するために３次元形状において最も厚さのある位置を球根部として特定するとともに、特定された球根部近傍に所定の面積以上の平坦面積を備える部位を吸着部位として検出している。

特開２０１３−８６２２９号公報

しかしながら、らっきょうのようにある程度の形状が定まっている物品については最も太い球根部を吸着しさえすれば、高い確率で持ち上げて搬送することが可能であるが、不定形の物品や柔軟な物品については、単に最も厚い部位を吸着しただけでは持ち上げて搬送することが困難であるという不都合がある。
例えば、カレーやシチューのような流動する食材をラミネート袋に封入した物品等は、内容物の分布によって最も厚い部位が異なる。このため、最も厚い部位を検出してその近傍を吸着するだけでは持ち上げたときにラミネート袋が変形して、吸着が解除され、物品を落下してしまうという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、不定形の物品や柔軟な物品であっても、より確実に吸着状態を維持して搬送することができる物品搬送装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の一態様は、物品の３次元形状を計測する３次元センサと、前記物品の表面を吸着する吸着部と、該吸着部の位置を３次元的に移動させる移動機構と、該移動機構を制御する制御部とを備え、該制御部が、前記３次元センサにより計測された前記物品の３次元形状に基づいて、前記物品の重心位置を算出する重心位置算出部と、該重心位置算出部により算出された前記重心位置近傍に前記吸着部による吸着に必要な面積以上の平坦部を探索する吸着部位探索部とを備え、該吸着部位探索部により探索された前記平坦部に前記吸着部を一致させるように前記移動機構を制御する物品搬送装置である。

本態様によれば、３次元センサによって物品の３次元形状が計測されると、計測された３次元形状に基づいて、制御部の重心位置算出部により物品の重心位置が算出され、吸着部が算出された重心位置近傍に吸着部が配置されるように移動機構が制御される。この状態で吸着部を作動させ、物品を吸着することにより、重量バランスの良好な位置において持ち上げる力を物品に作用させることができる。その結果、物品が不定形の物品や柔軟な物品であっても、より確実に吸着状態を維持して搬送することができる。

上記態様においては、前記制御部が、前記３次元センサにより計測された前記物品の３次元形状に基づいて前記重心位置算出部により算出された前記重心位置近傍に前記吸着部による吸着に必要な面積以上の平坦部を探索する吸着部位探索部を備え、該吸着部位探索部により探索された前記平坦部に前記吸着部を一致させるように前記移動機構を制御する。

このようにすることで、吸着部位探索部により重心位置近傍に探索された平坦部を吸着部により吸着することができる。これにより、最初の吸着状態をより確実なものとして、持ち上げたときに物品が変形しても吸着状態が解除され難くすることができ、物品をより確実に搬送することができる。

また、上記態様においては、前記制御部は、前記吸着部位探索部により探索された前記平坦部が複数存在する場合に、前記重心位置に最も近い前記平坦部に前記吸着部を一致させるように前記移動機構を制御してもよい。
このようにすることで、吸着部位探索部により探索された平坦部の内、重心位置に最も近い平坦部を吸着部により吸着することができる。これにより、最初の吸着状態をより確実なものとして、かつ、重量バランスをより良好な状態として、持ち上げたときに物品が変形しても吸着状態が解除され難くすることができ、物品をより確実に搬送することができる。

本発明の他の態様は、物品の３次元形状を計測する３次元センサと、前記物品の表面を吸着する吸着部と、該吸着部の位置を３次元的に移動させる移動機構と、該移動機構を制御する制御部と、前記吸着部による前記物品の吸着位置と、前記物品の任意の基準位置とを対応づけて記憶する記憶部とを備え、前記制御部が、前記３次元センサにより計測された前記物品の３次元形状に基づいて、前記物品の重心位置を算出する重心位置算出部を備え、該重心位置算出部により算出された前記重心位置近傍に前記吸着部を配置するように前記移動機構を制御し、第１の場所において前記吸着部により吸着した前記物品を第２の場所に移動させるよう前記移動機構を制御する際に、前記記憶部に記憶された前記基準位置と前記吸着位置との関係に基づいて、前記吸着部の移動位置を補正する物品搬送装置である。

例えば、ある程度一定の外形を有するラミネート袋のような物品の内容物の状態によって重心位置が変動すると、外形に対して物品毎に異なる位置が吸着部によって吸着される。このような場合に、吸着部による吸着位置と物品の任意の基準位置を対応付けて記憶部に記憶しておくことにより、第１の場所において吸着された物品を第２の場所に移動する際に、第２の場所において物品を所定の位置に配置するための吸着部の移動位置を簡易に算出することができる。

本発明の他の態様は、物品の３次元形状を計測する３次元センサと、前記物品の表面を吸着する吸着部と、該吸着部の位置を３次元的に移動させる移動機構と、該移動機構を制御する制御部と、前記物品の平面視の２次元形状を計測する２次元センサと、該２次元センサにより計測された前記物品の平面視の２次元形状と、前記吸着部による前記物品の吸着位置とを対応づけて記憶する記憶部とを備え、前記制御部が、前記３次元センサにより計測された前記物品の３次元形状に基づいて、前記物品の重心位置を算出する重心位置算出部を備え、該重心位置算出部により算出された前記重心位置近傍に前記吸着部を配置するように前記移動機構を制御し、第１の場所において前記吸着部により吸着した前記物品を第２の場所に移動させるよう前記移動機構を制御する際に、前記記憶部に記憶された前記物品の２次元形状と前記吸着位置との関係に基づいて、前記吸着部の移動位置を補正する物品搬送装置である。

ある程度一定の外形を有するラミネート袋のような物品の内容物の状態によって重心位置が変動すると、外形に対して物品毎に異なる位置が吸着部によって吸着される。このような場合に、２次元センサによって物品の平面視の２次元形状を計測するとともに、吸着部による吸着位置と２次元形状とを対応付けて記憶部に記憶しておくことにより、第１の場所において吸着された物品を第２の場所に移動する際に、第２の場所において物品を所定の位置に配置するための吸着部の移動位置を簡易に算出することができる。

これにより、搬送元の第１の場所において物品の状態によって吸着位置が異なっても、搬送先の第２の場所における定位置に物品を搬送することができ、第２の場所における後続の作業、例えば、物品の箱詰め作業や包装作業等を容易に行うことができる。

本発明によれば、不定形の物品や柔軟な物品であっても、より確実に吸着状態を維持して搬送することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る物品搬送装置を示す全体構成図である。図１の物品搬送装置の３次元センサにより計測された物品の３次元形状と重心位置とを示す平面図である。図１の物品搬送装置の制御部を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る物品搬送装置を示す全体構成図である。図４の物品搬送装置の制御部を示すブロック図である。図５の物品搬送装置の制御部の変形例を示すブロック図である。

本発明の第１の実施形態に係る物品搬送装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る物品搬送装置１は、図１に示されるように、コンベア２（第１の場所）上を流れてくる物品Ｘを吸着して取り上げ、搬送先（第２の場所）に搬送する装置である。コンベア２にはエンコーダ３が備えられ、搬送位置情報を検出するようになっている。

本実施形態に係る物品搬送装置１は、コンベア２の鉛直上方に配置され、コンベア２上を流れてくる物品Ｘの３次元形状を計測する３次元センサ４と、物品Ｘを吸着して搬送するロボット（吸着部、移動機構）５と、ロボット５を制御する制御部６とを備えている。

物品Ｘは、例えば、不定型な食材、例えば、カレーやシチュー等を柔軟なラミネート袋に収容したものであり、平坦なコンベア２上に置かれた状態では、ある程度のラミネート袋の外形形状は維持されるものの、内容物であるにんじんやジャガイモ等の固形物の配置は定まっていないために厚さ方向に不定型な形状を有している。

３次元センサ４によってコンベア２上に置かれた物品Ｘの３次元形状を計測することにより、図２に示されるように、物品Ｘのコンベア２表面からの高さ分布情報が測定される。図２中、物品Ｘ内に描かれた線は等高線である。

ロボット５は、例えば、天吊り型ロボットであり、３次元センサ４よりも下流側のコンベア２の上方に配置されていて、所定の可動範囲内において、３次元的に任意の位置に移動することができるアーム（移動機構）７の先端に、鉛直下方に向かう吸着パッド（吸着部）８を備えている。ロボット５の作動により、吸着パッド８を鉛直下方に向けたままの状態で３次元的に移動させることができるようになっている。

吸着パッド８は、所定の大きさの円形に形成された可撓性を有するゴム等の素材により構成された吸着面を備えており、接触させられる物品Ｘの表面形状に合わせて変形することにより、物品Ｘの表面に全周にわたって密着させられた状態で、内部が減圧されることによって、物品Ｘを吸着することができるようになっている。

制御部６は、図３に示されるように、３次元センサ４によって計測された物品Ｘの３次元形状に基づいて、物品Ｘの重量中心位置（重心位置）を算出する重心位置算出部９と、ロボット５の駆動制御を行う駆動制御部１０とを備えている。重心位置算出部９は、例えば、物品Ｘを構成しているラミネート袋および内容物の比重が一定であると仮定して、高さ分布が重量分布に等しいと仮定することにより、物品Ｘ内の各位置の座標と高さ情報とに基づいて物品Ｘの重心位置を算出している。図２に示す例では、例えば、符号Ａで示される位置が重心位置であるとして算出されている。

駆動制御部１０は、コンベア２からの搬送位置情報と、重心位置算出部９により算出した物品Ｘの重心位置の情報とに基づいて、コンベア２により搬送されている物品Ｘをトラッキングしながら、アーム７の先端の吸着パッド８を物品Ｘの重心位置近傍に移動させて、吸着パッド８によって物品Ｘを吸着させるようにロボット５を制御するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る物品搬送装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る物品搬送装置１によれば、コンベア２によって上流側から流れてくる物品Ｘが３次元センサ４の鉛直下方を通過すると、３次元センサ４によって、コンベア２表面からの高さ分布が３次元形状として計測される。計測された３次元形状は制御部６に送られる。

制御部６においては、送られて来た高さ分布の情報に基づいて、重心位置算出部９により物品Ｘの重心位置が算出される。そして、駆動制御部１０は、コンベア２のエンコーダ３から送られてくる搬送位置情報と、重心位置算出部９により算出された重心位置の情報とに基づいてロボット５を制御し、アーム７の先端に取り付けられている吸着パッド８が物品Ｘの重心位置において物品Ｘの上表面に接触させられるように、コンベア２によって搬送されている物品Ｘをトラッキングしながら吸着パッド８を移動させる。

そして、吸着パッド８が物品Ｘの上表面に接触させられた時点で、駆動制御部１０が吸着パッド８を作動させることにより、吸着パッド８によって物品Ｘを吸着する。駆動制御部１０は、物品Ｘを吸着した状態の吸着パッド８を上昇させることにより、物品Ｘをコンベア２から取り上げ、搬送先まで搬送するようにロボット５を動作させる。

この場合において、本実施形態に係る物品搬送装置１によれば、３次元センサ４によって物品Ｘの３次元形状を計測し、３次元形状から物品Ｘの重量位置を算出し、算出された重量位置近傍（吸着位置）を吸着パッド８により吸着するので、コンベア２から物品Ｘを取り上げたときに吸着パッド８を中心とした物品Ｘの重量バランスが良好である。したがって、柔軟なラミネート袋のような物品Ｘであっても、取り上げた際に物品Ｘを大きく変形させずに済むという利点がある。

すなわち、重心位置とは異なる位置を吸着した場合に、重量バランスが悪いために物品Ｘが大きく変形したり、吸着パッド８に偏った荷重が作用して吸着状態が解除されてしまったりするが、本実施形態に係る物品搬送装置１によれば、それらの不都合の発生を防止することができる。
その結果、物品Ｘが不定形の物品や柔軟な物品であっても、より確実に吸着状態を維持して搬送することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、物品Ｘにおける任意の基準位置（例えば、物品Ｘの重量中心位置）を基準として設定し、設定された基準位置と吸着パッド８により吸着される吸着位置との関係に基づいて、搬送先における物品Ｘの置き位置を調整してもよい。この場合、物品搬送装置１が、物品Ｘの吸着位置の情報と、設定された基準位置の情報とを対応づけて記憶する記憶部を備えている。物品Ｘをコンベア２上から搬送先に移動させる際に、制御部６が、記憶部に記憶されている吸着位置と基準位置との関係に基づいて、ロボット５を制御して、搬送先における物品Ｘの置き位置を調整する。

次に、本発明の第２の実施形態に係る物品搬送装置１１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る物品搬送装置１１は、図４に示されるように、３次元センサ４とロボット５との間においてコンベア２の上方に配置され、コンベア２により搬送されてくる物品Ｘの平面視の２次元形状を計測する２次元センサ１２をさらに備えている。また、制御部６が、図５に示されるように、２次元センサ１２により計測された２次元形状の情報と、重心位置算出部９により算出された重心位置の情報とを対応づけて記憶する記憶部１３を備えている。

そして、駆動制御部１０は、第１の実施形態に係る物品搬送装置１と同様にして、物品Ｘの算出した重心位置近傍を吸着パッド８により吸着してコンベア２上（第１の場所）から取り上げて、搬送先（第２の場所）に搬送するようになっている。
この場合において、本実施形態においては、駆動制御部１０は、吸着パッド８が物品Ｘを吸着している重心位置と、物品Ｘの２次元形状とを記憶部１３から読み出し、物品Ｘが搬送先において所定の位置に所定の方向に配置されるように、搬送先における吸着パッド８の目標位置を補正するようになっている。

例えば、駆動制御部１０により実行されるプログラム上では、搬送先における吸着パッド８の目標位置が物品Ｘの２次元形状の重心位置に設定されている場合について説明する。
３次元センサ４により計測された３次元形状に基づいて重心位置算出部９により算出された重心位置は、物品Ｘの重量分布に応じて２次元形状の重心位置とは相違し、差分が発生する。したがって、駆動制御部１０は、物品Ｘの３次元形状の重心位置と２次元形状の重心位置との差分だけ、搬送先における吸着パッド８の目標位置を補正するようになっている。

このように、本実施形態に係る物品搬送装置１１によれば、第１の実施形態に係る物品搬送装置１と同様にして、吸着パッド８により３次元形状の重心位置近傍を吸着するので、コンベア２から物品Ｘを取り上げたときに吸着パッド８を中心とした物品Ｘの重量バランスを良好にすることできる。したがって、物品Ｘが不定形の物品や柔軟な物品であっても、より確実に吸着状態を維持して搬送することができるという利点がある。

さらに、本実施形態に係る物品搬送装置１１によれば、物品Ｘ毎に重心位置を算出して異なる位置を吸着するが、物品Ｘの平面視の２次元形状と重心位置との関係を記憶して、搬送先における吸着パッド８の移動目標位置を補正するので、搬送先において、物品Ｘを常に所定の位置および所定の方向に配置することができる。その結果、搬送先における後続の作業、例えば、物品Ｘの箱詰め作業や包装作業等を容易に行うことができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、３次元センサ４と２次元センサ１２とを別々に備える場合を例示したが、これに代えて、２次元形状および３次元形状の両方を計測可能な単一のセンサを採用してもよい。また、２次元センサ１２が３次元センサ４よりも上流側のコンベア２の上方に配置されていてもよい。

また、上記各実施形態においては、重心位置算出部９により算出された重心位置を吸着パッド８により吸着することとしたが、これに代えて、図６に示されるように、制御部６が吸着部位探索部（吸着位置探索部）１４を備え、吸着パッド８の吸着面を包含する大きさ（吸着に必要な面積以上）の平坦部を重心位置近傍に探索し、検出された平坦部に一致する位置に吸着パッド８を移動するようにロボット５を制御することにしてもよい。例えば、吸着パッド８が円形である場合、吸着パッド８の外径より大きな円形の平坦部を探索し、吸着パッド８の移動先の目標位置を平坦部の中心に設定すればよい。

これにより、算出された重心位置近傍の物品Ｘの表面が平坦ではない場合であっても、重心位置に近接する平坦部を吸着することができ、吸着パッド８により物品をより確実に吸着することができる。
また、吸着部位探索部１４による探索の結果、複数の平坦部が検出された場合には、重心位置に最も近い平坦部に吸着パッド８を移動させるようにロボット５を制御することにしてもよい。

また、このようにして算出された重心位置とは異なる位置に配置されている平坦部に吸着パッド８による吸着位置を設定する場合には、記憶部１３に２次元形状と吸着位置とを対応づけて記憶すればよい。
また、重心位置近傍の所定の領域内に平坦部が検出されない場合には、エラーを報知することにしてもよい。

また、上記各実施形態においては、単一の吸着パッド８を物品Ｘに吸着させるものを例示したが、複数の吸着パッド８を物品Ｘに吸着させてもよい。
この場合、制御部６の吸着部位探索部１４が、単一の吸着パッド８の吸着面を包含する大きさ、かつ少なくとも２つの吸着パッド８を吸着可能な略同一高さに位置する複数の平坦部を重心位置近傍に探索する。そして、探索結果に基づいて、制御部６が、検出された各平坦部に一致する位置に各吸着パッド８を移動するようにロボット５を制御して、物品Ｘに複数の吸着パッド８を吸着させるようになっている。

また、上記各実施形態においては、ロボット５として、天吊り型ロボットを採用した一例を説明したが、これに代えて、他の方式のロボット（例えば、直立多関節ロボット、スカラー型ロボットあるいは門型ロボット等）を採用してもよい。

１，１１物品搬送装置
２コンベア（第１の場所）
４３次元センサ
５ロボット（移動機構）
６制御部
７アーム（移動機構）
８吸着パッド（吸着部）
９重心位置算出部
１２２次元センサ
１３記憶部
１４吸着部位探索部
Ａ重心位置
Ｘ物品

Claims

物品の３次元形状を計測する３次元センサと、
前記物品の表面を吸着する吸着部と、
該吸着部の位置を３次元的に移動させる移動機構と、
該移動機構を制御する制御部とを備え、
該制御部が、前記３次元センサにより計測された前記物品の３次元形状に基づいて前記物品の重心位置を算出する重心位置算出部と、該重心位置算出部により算出された前記重心位置近傍に前記吸着部による吸着に必要な面積以上の平坦部を探索する吸着部位探索部とを備え、該吸着部位探索部により探索された前記平坦部に前記吸着部を一致させるように前記移動機構を制御する物品搬送装置。
前記制御部は、前記吸着部位探索部により探索された前記平坦部が複数存在する場合に、前記重心位置に最も近い前記平坦部に前記吸着部を一致させるように前記移動機構を制御する請求項１に記載の物品搬送装置。
物品の３次元形状を計測する３次元センサと、
前記物品の表面を吸着する吸着部と、
該吸着部の位置を３次元的に移動させる移動機構と、
該移動機構を制御する制御部と、
前記吸着部による前記物品の吸着位置と、前記物品の任意の基準位置とを対応づけて記憶する記憶部とを備え、
前記制御部が、
前記３次元センサにより計測された前記物品の３次元形状に基づいて、前記物品の重心位置を算出する重心位置算出部を備え、該重心位置算出部により算出された前記重心位置近傍に前記吸着部を配置するように前記移動機構を制御し、
第１の場所において前記吸着部により吸着した前記物品を第２の場所に移動させるよう前記移動機構を制御する際に、前記記憶部に記憶された前記基準位置と前記吸着位置との関係に基づいて、前記吸着部の移動位置を補正する物品搬送装置。
物品の３次元形状を計測する３次元センサと、
前記物品の表面を吸着する吸着部と、
該吸着部の位置を３次元的に移動させる移動機構と、
該移動機構を制御する制御部と、
前記物品の平面視の２次元形状を計測する２次元センサと、
該２次元センサにより計測された前記物品の平面視の２次元形状と、前記吸着部による前記物品の吸着位置とを対応づけて記憶する記憶部とを備え、
前記制御部が、
前記３次元センサにより計測された前記物品の３次元形状に基づいて、前記物品の重心位置を算出する重心位置算出部を備え、該重心位置算出部により算出された前記重心位置近傍に前記吸着部を配置するように前記移動機構を制御し、
第１の場所において前記吸着部により吸着した前記物品を第２の場所に移動させるよう前記移動機構を制御する際に、前記記憶部に記憶された前記物品の２次元形状と前記吸着位置との関係に基づいて、前記吸着部の移動位置を補正する物品搬送装置。