JP6659744B2

JP6659744B2 - ロボットシステム

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Publication number: JP6659744B2
Application number: JP2018010754A
Authority: JP
Inventors: 雅文大場
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2038-01-25
Also published as: CN110077810B; DE102019101121B4; US10807243B2; US20190224851A1; DE102019101121A1; CN110077810A; JP2019126885A

Description

本発明は、ロボットシステムに関するものである。

従来、供給位置の始端に連続的に物品を載置しても、物品を１個ずつリフト装置まで搬送供給する物品供給装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この物品供給装置は、常時作動される第１ベルトコンベヤと、第１ベルトコンベヤの前方に配置され、第１ベルトコンベヤより速い搬送速度を有する第２ベルトコンベヤと、第１ベルトコンベヤにより搬送されてきた物品の第２ベルトコンベヤへの前進の禁止または許容を切り替える第１ストッパと、第２ベルトコンベヤにより搬送されている物品をリフト装置によるリフト位置に堰き止めるために固定配置された第２ストッパとを備えている。

特許文献１の物品供給装置においては、物品がリフト装置によってリフトされるリフト位置が定まっており、第２ストッパにおいて堰き止められている状態でのみリフト装置によるリフト作業が行われる。

特開平７−３１５５４７号公報

コンベヤの近傍に設置したロボットを備えるロボットシステムにおいては、ストッパにより堰き止められた状態の物品に対してのみ作業を行うよりも、コンベヤによって搬送されている状態の物品にロボットを追従させて作業を行う方が作業効率を向上することができる。しかしながら、コンベヤによって搬送されている状態の物品にロボットを追従させて作業を行う場合には、何らかの原因によってロボットの作業が遅れると、作業が完了しないままロボットの動作範囲外に送られてしまうという不都合が発生する。

本発明は、搬送装置の近傍に設置されたロボットによって、搬送装置によって搬送されている物品に対し高効率に作業を行いながら、物品に対する作業をより確実に完了させることができるロボットシステムを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、物品を一方向に搬送する搬送装置と、該搬送装置の搬送方向の途中位置に配置され前記搬送装置の作動を停止せずに前記物品を堰き止め可能な物品滞留部と、該物品滞留部よりも前記搬送方向の下流側に配置される作業領域において前記搬送装置によって搬送されている前記物品に対して作業を行うロボットと、該ロボットを制御する制御装置と、前記作業領域内において前記物品の速度を低下可能な物品減速部と、前記搬送装置による前記物品の移動量を逐次検出する移動量検出部と、前記作業領域よりも上流側において前記物品の位置を検知する物品検知部と、前記ロボットによる前記作業を監視し、前記作業領域内において前記作業が完了しないと判定したときに、前記物品滞留部により前記物品を堰き止めさせ、かつ、前記物品減速部により前記物品の速度を低下させる生産管理部とを備え、前記制御装置が、前記物品検知部により検知された前記物品の位置および前記移動量検出部により検出された前記物品の移動量に基づいて前記物品の現在位置を算出し、算出された前記現在位置に前記ロボットを追従させて前記物品に対する前記作業を遂行させるロボットシステムである。

本態様によれば、搬送装置により物品が搬送されてくると、物品検知部により物品の位置が検出され、移動量検出部により物品の移動量が逐次検出される。これにより、作業領域内における物品の現在位置が制御装置によって算出され、算出された現在位置にロボットが追従させられて物品に対する作業が遂行される。

ロボットの作業は生産管理部によって監視される。何らかの原因によってロボットの作業が遅れた場合等に、生産管理部は作業が作業領域内において完了しないと判定したときには、物品滞留部により物品がそれ以上作業領域内に入ってこないように堰き止めた上で、物品減速部により作業領域内の物品の速度を低下させる。これにより、ロボットの作業時間を確保して、遅れを取り戻させ、作業領域内における作業を完了させることができる。

作業が完了したときには、物品減速部による減速状態を解除して作業完了済みの物品を作業領域の下流側に流すとともに、物品滞留部による物品の堰き止めを解除して、堰き止められていた物品を作業領域内に導入する。これにより、新たな物品に対してロボットによる作業を行うことができる。この場合に、物品滞留部が搬送装置の動作を停止させずに物品を堰き止めるので、堰き止められた物品よりも上流側においては物品の搬送を継続することができる。その結果、搬送装置への物品の供給を停止させずに済み、生産性の低下を防止することができる。

上記態様においては、前記物品滞留部が、前記搬送装置による前記物品の搬送空間に進退可能に設けられたストッパであり、前記生産管理部からの指令信号に基づいて前記物品の搬送空間に突出させられて前記物品の下流側の側面を突き当てることにより前記物品を堰き止めてもよい。
この構成により、搬送装置の動作を継続したまま、物品滞留部により物品を堰き止めることができ、堰き止められた物品よりも上流側においては、物品の搬送速度を変化させることなく搬送を継続することができる。

また、上記態様においては、前記搬送装置が、前記物品滞留部よりも上流側に配置される第１コンベヤと、前記物品滞留部よりも下流側に配置される第２コンベヤとを備え、前記移動量検出部が、前記第２コンベヤによる前記物品の移動量を逐次検出し、前記物品減速部が、前記生産管理部からの指令信号に基づいて前記第２コンベヤの動作を減速させてもよい。
この構成により、物品滞留部により堰き止められた物品よりも上流側における第１コンベヤによる物品の搬送状態に影響を与えることなく、第２コンベヤの動作を減速させ、作業領域内の物品の速度を低下させることができる。そして、第２コンベヤの減速により低減した移動量を移動量検出部により検出し、物品にロボットを精度よく追従させて作業を完了させることができる。

また、上記態様においては、前記物品減速部が、前記生産管理部からの指令信号に基づいて前記第２コンベヤの動作を停止させてもよい。
この構成により、物品滞留部により堰き止められた物品よりも上流側における第１コンベヤによる物品の搬送状態に影響を与えることなく、第２コンベヤの動作を停止させ、作業領域内に物品を停止させることができる。そして、第２コンベヤの停止を移動量検出部により検出し、停止した物品に対してロボットによる作業をより確実に完了させることができる。

また、上記態様においては、前記物品減速部が、前記搬送装置による前記物品の搬送空間に進退可能に設けられたストッパであり、前記生産管理部からの指令信号に基づいて前記物品の搬送空間に突出させられて前記物品の下流側の側面を突き当てることにより、前記搬送装置を作動させたまま前記物品を停止させ、前記制御装置が、前記物品検知部により検知された前記物品の位置、前記移動量検出部により検出された前記物品の移動量および前記指令信号に基づいて前記物品の前記現在位置を算出してもよい。

この構成により、搬送装置の動作を継続したまま、物品減速部を構成するストッパにより物品を作業領域内に堰き止めることができる。制御装置は、物品検知部により検知された物品の位置および移動量検出部により検出された物品の移動量に加えて、生産管理部から出力された指令信号にも基づいて物品の現在位置を精度よく算出し、ロボットによる物品に対する作業を完了させることができる。

本発明によれば、搬送装置の近傍に設置されたロボットによって、搬送装置によって搬送されている物品に対し高効率に作業を行いながら、物品に対する作業をより確実に完了させることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るロボットシステムを示す全体構成図である。図１のロボットシステムを示す部分的な拡大図である。図１のロボットシステムにおけるロボットのトラッキング制御の座標系を説明する図である。図１のロボットシステムの動作を説明するフローチャートである。図１のロボットシステムの第１の変形例を示す拡大図である。図１のロボットシステムの第２の変形例を示す拡大図である。図１のロボットシステムの第３の変形例を示す拡大図である。

本発明の一実施形態に係るロボットシステム１について、図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１は、図１に示されるように、直列に配置され、一方向に物品Ｏを搬送する第１コンベヤ２および第２コンベヤ（搬送装置）３と、第１コンベヤ２と第２コンベヤ３との境界位置に配置された物品滞留部４と、第２コンベヤ３の近傍に設置され、第２コンベヤ３上に配置された作業領域Ａ内において、第２コンベヤ３によって搬送されている物品Ｏに対して作業を行うロボット５と、ロボット５を制御する制御装置６とを備えている。

また、ロボットシステム１は、第２コンベヤ３による物品Ｏの移動量を検出するエンコーダ（移動量検出部）７と、作業領域Ａよりも上流側において物品Ｏの通過を検出するセンサ（物品検知部）８と、ロボット５による作業を監視する生産管理部９と、生産管理部９からの指令信号により第２コンベヤ３のモータ１０の起動または停止を切り替えるコンベヤ制御部（物品減速部：図示略）とを備えている。

第１コンベヤ２は、図１に示す例では、常時一定速度で動作させられて、上流に配置された１以上の供給コンベヤ１１から移載された物品Ｏを一方向に搬送するローラコンベヤである。
第２コンベヤ３は、第１コンベヤ２の下流側に配置され、第１コンベヤ２によって搬送されてきた物品Ｏを移載することにより一方向に搬送するベルトコンベヤである。第２コンベヤ３はモータ１０によって駆動され、コンベヤ制御部によって起動と停止とが切り替えられる。

ロボット５は、例えば、６軸多関節型のロボットであり、手首の先端に収納物Ｘを把持可能なハンドを備えている。
本実施形態においては、例えば、物品Ｏは、上方に開口した収納容器である。ロボット５は、ハンドによって収納物Ｘを１個ずつ把持して、第２コンベヤ３によって搬送されている物品Ｏが作業領域Ａ内に配置されている間に４個収納する作業を行う。

物品滞留部４は、生産管理部９からの指令信号に応じて第１コンベヤ２および第２コンベヤ３により物品Ｏが搬送される空間（搬送空間）に進退可能に設けられたストッパ１２を備えている。
ストッパ１２は、図２に示されるように、搬送空間内に突出させられることにより、第１コンベヤ２によって搬送されてくる物品Ｏの下流側の側面に突き当たる位置関係に配置される。ストッパ１２に突き当たった物品Ｏは、ストッパ１２によって堰き止められ、第１コンベヤ２の各ローラ（図示略）を空転させることにより、第１コンベヤ２を動作させたままの状態で、その場に滞留させられる。
ストッパ１２は、搬送空間の外側に退避させられることにより、第１コンベヤ２によって搬送されてくる物品Ｏの進行を遮らない位置に配置される。

センサ８は、例えば、第２コンベヤ３の幅方向に水平に光軸を有する光学式のセンサであって、発光部１３と受光部１４とを備え、発光部１３と受光部１４との間を物品Ｏが通過する際に光が遮られることによって、物品Ｏの通過を検知することができる。受光部１４によって光が受光されている状態から受光されなくなる状態に切り替わる瞬間に物品Ｏの前端の通過が検知され、受光部１４によって光が受光されていない状態から受光される状態に切り替わる瞬間に物品Ｏの後端の通過が検知される。センサ８は、例えば、物品Ｏの前端の通過を検知したときに、検知信号を出力する。

制御装置６は、センサ８による検知信号およびエンコーダ７による移動量の情報を受け取る。制御装置６は、センサ８により物品Ｏの前端が検知された瞬間に物品Ｏの位置を特定し、その瞬間からのエンコーダ７による移動量によって物品Ｏの現在位置を特定する。
制御装置６は、トラッキング制御により、予め教示された動作プログラムに従うとともに、特定した物品Ｏの現在位置に従って、第２コンベヤ３によって搬送されている物品Ｏに追従してロボット５を動作させ、物品Ｏ内に収納物Ｘを収納していく作業をロボット５に行わせる。また、センサ８としては、カメラを用いてもよい。この場合は、位置だけでなく物品Ｏの位相も特定できる。

ここで、トラッキング制御について説明する。
図３に示されるように、センサ８により物品Ｏが検出された時点で物品Ｏに対してトラッキング座標系ＴＦを定義し、現在のトラッキング座標系ＴＦ′を定義すると、トラッキング座標系ＴＦ，ＴＦ′は以下の関係式を満たす。

ＴＦ′＝Ｔ・ＴＦ
ここで、Ｔは座標変換行列である。
座標変換行列Ｔの成分は、（ｅ２−ｅ１）／Ｓｃａｌｅである。
ここで、ｅ１はセンサ８による検出時のエンコーダカウント、ｅ２は現在のエンコーダカウント、Ｓｃａｌｅは、エンコーダカウントと移動量との変換係数である。

図３において、符号ａはセンサ８による検出時のトラッキング座標系ＴＦからみた物品Ｏの位置であり、符号ａ′は現在のトラッキング座標系ＴＦ′から見た物品の位置である。
ロボット５はトラッキング座標系ＴＦ′を基準として物品Ｏに追従しながら作業を行う。

生産管理部９は、制御装置６に接続され、ロボット５による作業を常時監視している。例えば、図２に示されるように、作業領域Ａの最も下流位置に限界領域Ｂを定義しておき、ロボット５による作業が終了していない状態で限界領域Ｂ内に物品Ｏが進入したときには、物品滞留部４およびコンベヤ制御部に対して停止指令信号を出力する。

物品滞留部４は、停止指令信号を受け取ったときには、ストッパ１２を搬送空間内に突出させて、物品Ｏを堰き止めることにより、それ以上の物品Ｏの第２コンベヤ３への進入を阻止する。また、コンベヤ制御部は、停止指令信号を受け取ったときには、第２コンベヤ３のモータ１０を停止させる。

これにより、収納物Ｘを収納する作業が完了しないままの状態で物品Ｏが作業領域Ａよりも下流側に流れることを防止することができる。この場合においても、第２コンベヤ３の移動量と物品Ｏの移動量とが一致しているので、制御装置６は、第２コンベヤ３が動作している状態と同じ制御方式により、センサ８からの物品Ｏの位置を基準としたエンコーダ７からの移動量により物品Ｏの現在位置を特定することができ、ロボット５を物品Ｏに精度よく追従させて作業を遂行させることができる。

そして、制御装置６からロボット５による作業が完了した旨の信号が生産管理部９に送られたときには、生産管理部９は、物品滞留部４およびコンベヤ制御部に解除指令信号を出力する。
物品滞留部４は、解除指令信号を受け取ったときには、ストッパ１２を搬送空間外に退避させて堰き止められていた物品Ｏを第２コンベヤ３側に流入させる。また、コンベヤ制御部は、第２コンベヤ３のモータ１０の動作を再開させ、作業領域Ａ内に停止していた作業完了後の物品Ｏを下流側に排出し、新たな物品Ｏがセンサ８により検出されるのを待機する。

ここで、本実施形態に係るロボットシステム１の動作について説明する。
ロボットシステム１が作動させられると、図４に示されるように、第１コンベヤ２および第２コンベヤ３が起動され（ステップＳ１）、物品滞留部４による物品Ｏの停止状態が解除される（ステップＳ２）。

次いで、センサ８により物品Ｏの通過が検知されるまで待機され（ステップＳ３）、物品Ｏが検知された時点のエンコーダカウントが記憶されて（ステップＳ４）、ロボット５のトラッキング制御が開始される（ステップＳ５）。トラッキング制御においては現在のエンコーダカウントとセンサ８により検知された時点のエンコーダカウントとから、物品Ｏの移動量が算出され（ステップＳ６）、物品Ｏの現在位置が逐次算出される（ステップＳ７）。

生産管理部９は、ロボット５の作業を監視して、作業が終了しているか否かを判定し（ステップＳ８）、終了している場合にはトラッキング制御を終了し（ステップＳ９）、全ての物品Ｏが終了したか否かを判定し（ステップＳ１０）、終了していない場合には、ステップＳ１からの工程を繰り返す。終了している場合にはロボットシステム１の動作を終了する。

生産管理部９は、ステップＳ８においてロボット５による作業が終了していないと判定した場合には、物品Ｏが限界領域Ｂに到達したか否かを判定する（ステップＳ１１）。到達していない場合には、ステップＳ６からの工程を繰り返す。

生産管理部９は、物品Ｏが限界領域Ｂに到達したと判定した場合には、物品滞留部４およびコンベヤ制御部に停止指令信号を出力し、物品滞留部４による物品Ｏの堰き止め（ステップＳ１２）およびコンベヤ制御部による第２コンベヤ３の停止（ステップＳ１３）を実施させる。これにより、物品Ｏがロボット５の作業領域Ａ内に停止するので、ロボット５が物品Ｏに対する作業を継続することができる。その後ステップＳ６からの工程を繰り返す。

このように、本実施形態に係るロボットシステム１によれば、物品Ｏを一方向に搬送する搬送装置を第１コンベヤ２と第２コンベヤ３とに分割したので、物品滞留部４により物品Ｏを堰き止めるとともにコンベヤ制御部により第２コンベヤ３のみを停止して、ロボット５による物品Ｏに対する作業を確実に完了させることができる。このとき、第１コンベヤ２を停止させずに済むので、供給コンベヤ１１からの物品Ｏの供給を滞らせずに済み、生産性を安定させることができる。

なお、本実施形態においては、物品Ｏが作業領域Ａの最も下流位置の限界領域Ｂに進入したときに、生産管理部９が、ロボット５による作業の完了が間に合わないと判定して、第２コンベヤ３を停止させることとしたが、これに代えて、生産管理部９が、第２コンベヤ３を減速させることにしてもよい。この場合においても、第２コンベヤ３の移動量と物品Ｏの移動量とが一致しているので、制御装置６は、ロボット５を物品Ｏに精度よく追従させて作業を遂行させることができる。そして、これにより、物品Ｏを停止させることなくロボット５による作業時間を延長して、作業を完了させることができ、生産性をより向上することができる。

また、生産管理部９は制御装置６内に備えられていてもよい。
また、複数台のロボット５を第２コンベヤ３の近傍に配置して、作業を分担することにしてもよい。これにより、作業の効率化を図ることができる。この場合には、図５に示されるように、一方の制御装置６において、センサ８およびエンコーダ７からの情報に基づき物品Ｏの現在位置を算出し、算出された現在位置を他の制御装置６においてもロボット５の制御に利用することにしてもよい。

また、複数台のロボット５を第２コンベヤ３の近傍に配置する場合に、図６に示されるように、各ロボット５の制御装置６をセル制御装置１５に接続し、セル制御装置１５に、センサ８およびエンコーダ７からの情報に基づき物品Ｏの現在位置を算出する位置算出部１６を設け、算出された現在位置を各制御装置６において各ロボット５の制御に利用することにしてもよい。さらに、生産管理部９もセル制御装置１５内に配置して、全てのロボット５による物品Ｏに対する作業を一括して監視することにしてもよい。セル制御装置１５内において物品Ｏの現在位置を算出することにすれば、メインテナンス等でいずれかのロボット５の電源が一時的にＯＦＦ状態になったとしても、他のロボット５により作業を継続することができる。

また、本実施形態においては、搬送装置の動作を継続させながら作業領域Ａ内に物品Ｏを停止させるために、搬送装置を第１コンベヤ２と第２コンベヤ３とに分割し、第１コンベヤ２を常時動作させ第２コンベヤ３を停止可能とした。これに代えて、図７に示されるように、搬送装置として、単一の連続的なローラコンベヤを採用し、物品減速部として、コンベヤ制御部に代えて、物品滞留部４と同様の搬送空間内への進退可能なストッパ１７を採用してもよい。これによっても搬送装置を動作させ続けながら、ストッパ１７によって作業領域Ａ内に物品Ｏを堰き止めておくことができる。

この場合には、ストッパ１７によって物品Ｏが堰き止められた瞬間以降は、エンコーダ７により検出された移動量と物品Ｏの移動量とが一致しなくなる。しかしながら、ストッパ１７は生産管理部９からの停止指令信号により搬送空間内に突出させられ、かつ、物品Ｏがストッパ１７に堰き止められるまでの移動量は算出できる。したがって、制御装置６は、停止指令信号が出力されている状態では、物品Ｏがストッパ１７に突き当たるまでは、エンコーダ７からの移動量を参照し、物品Ｏがストッパ１７に突き当たった後には、堰き止められた時点での移動量に固定されるものとしてロボット５をトラッキング制御すればよい。

１ロボットシステム
２第１コンベヤ（搬送装置）
３第２コンベヤ（搬送装置）
４物品滞留部
５ロボット
６制御装置
７エンコーダ（移動量検出部）
８センサ（物品検知部）
９生産管理部
１２ストッパ
Ａ作業領域
Ｏ物品

Claims

物品を一方向に搬送する搬送装置と、
該搬送装置の搬送方向の途中位置に配置され前記搬送装置の作動を停止せずに前記物品を堰き止め可能な物品滞留部と、
該物品滞留部よりも前記搬送方向の下流側に配置される作業領域において前記搬送装置によって搬送されている前記物品に対して作業を行うロボットと、
該ロボットを制御する制御装置と、
前記作業領域内において前記物品の速度を低下可能な物品減速部と、
前記搬送装置による前記物品の移動量を逐次検出する移動量検出部と、
前記作業領域よりも上流側において前記物品の位置を検知する物品検知部と、
前記ロボットによる前記作業を監視し、前記作業領域内において前記作業が完了しないと判定したときに、前記物品滞留部により前記物品を堰き止めさせ、かつ、前記物品減速部により前記物品の速度を低下させる生産管理部とを備え、
前記制御装置が、前記物品検知部により検知された前記物品の位置および前記移動量検出部により検出された前記物品の移動量に基づいて前記物品の現在位置を算出し、算出された前記現在位置に前記ロボットを追従させて前記物品に対する前記作業を遂行させるロボットシステム。
前記物品滞留部が、前記搬送装置による前記物品の搬送空間に進退可能に設けられたストッパであり、前記生産管理部からの指令信号に基づいて前記物品の搬送空間に突出させられて前記物品の下流側の側面を突き当てることにより前記物品を堰き止める請求項１に記載のロボットシステム。
前記搬送装置が、前記物品滞留部よりも上流側に配置される第１コンベヤと、前記物品滞留部よりも下流側に配置される第２コンベヤとを備え、
前記移動量検出部が、前記第２コンベヤによる前記物品の移動量を逐次検出し、
前記物品減速部が、前記生産管理部からの指令信号に基づいて前記第２コンベヤの動作を減速させる請求項１または請求項２に記載のロボットシステム。
前記物品減速部が、前記生産管理部からの指令信号に基づいて前記第２コンベヤの動作を停止させる請求項３に記載のロボットシステム。
前記物品減速部が、前記搬送装置による前記物品の搬送空間に進退可能に設けられたストッパであり、前記生産管理部からの指令信号に基づいて前記物品の搬送空間に突出させられて前記物品の下流側の側面を突き当てることにより、前記搬送装置を作動させたまま前記物品を停止させ、
前記制御装置が、前記物品検知部により検知された前記物品の位置、前記移動量検出部により検出された前記物品の移動量および前記指令信号に基づいて前記物品の前記現在位置を算出する請求項１または請求項２に記載のロボットシステム。