JP6734306B2 - 物品搬送システムおよびロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、物品搬送システムおよびロボットシステムに関するものである。

従来、搬送装置により搬送されてくる物品をカメラで撮影してその位置および姿勢を計測し、計測された位置および姿勢と、エンコーダにより検出された物品の移動量とに基づいて、ロボットをトラッキング制御して物品を搬送しながらロボットに作業を行わせ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。）。
このロボットシステムにおいては、物品の位置の検出に失敗した場合に、次の画像取り込みに備える体勢に入ることとしている。

特開２００５−１１１６０７号公報

しかしながら、カメラによる物品の位置の検出に失敗した位置に未検出の物品が存在する場合には、未検出の物品に対するロボットの作業が行われないために、次に検出された物品に対するロボットの作業において、ロボットのハンドあるいはハンドに把持した物品が搬送装置上の未検出の物品と干渉する虞がある。
本発明は、カメラによる物品の位置の検出に失敗した位置に物品が存在する場合であっても、他の物品に対する作業において干渉を発生させない物品搬送システムおよび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、前記搬送装置により搬送されてくる前記物品の通過を検知する物品検知部と、該物品検知部に対して前記搬送装置による搬送方向の下流において前記物品を撮影する撮像部と、該撮像部により取得された画像を処理して前記物品を抽出し、該物品の位置および姿勢を検出する位置姿勢検出部と、前記物品検知部において検知され、かつ、前記位置姿勢検出部による処理において抽出されなかった前記物品を、前記撮像部よりも前記下流側、かつ、前記撮像部の前記下流に配置されるロボットよりも前記搬送方向の上流側において、前記搬送装置上から払い出す払い出し部とを備える物品搬送システムである。

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通過が検知された後に、撮像部により物品が撮影され、画像が取得される。取得された画像が位置姿勢検出部において処理されることにより、物品が抽出され、抽出された物品の位置および姿勢が検出される。

一方、移動量検出部により物品の移動量が逐次検出されている。したがって、撮像部によって搬送装置を逐次撮影して位置姿勢検出部による画像処理が逐次行われていなくても、物品検知部において物品が検知された後、検知された物品が移動量検出部により逐次検出された移動量によって撮像部の視野内に入ったと判断される場合にのみ撮像部による撮影を行うことで、物品の位置および姿勢を検出することができる。これにより処理を軽減することができる。

この場合において、環境光等の何らかの原因によって、撮像部により取得された画像から物品検知部により検知された物品が抽出できない場合がある。このような場合に、物品検知部による物品の検知と移動量検出部による物品の移動量とに基づいて払い出し部が作動させられて、抽出されなかった物品が搬送装置から払い出される。これにより、搬送装置上に存在するにもかかわらず位置姿勢検出部において抽出されず、位置および姿勢が未検出の物品が、他の物品に対する作業において干渉することを防止することができる。

上記態様においては、前記搬送装置が、前記物品を搭載して搬送するコンベヤであり、前記物品検知部が、前記コンベヤの上方に間隔をあけて配置され幅方向に延びる光軸を有し、該光軸を横切る前記物品を検知してもよい。
この構成により、コンベヤ上に搭載された物品がコンベヤの作動により一方向に搬送されてきて、物品検知部の光軸が配置されている位置を通過すると、その瞬間に物品によって光が遮断されるので、物品の搬送方向の位置を精度よく検知することができる。また、物品が光軸位置を通過すると、物品によって遮られていた光の検出が再開されるので、その瞬間に物品が光軸位置を通過したことを精度よく検知することができる。

また、上記態様においては、前記撮像部が、前記搬送装置の上方から該搬送装置により搬送されている前記物品を撮影してもよい。
この構成により、取得された画像に基づいて位置姿勢検出部によって、物品の水平方向位置および物品の鉛直軸線回りの回転角度を容易に検出することができる。

また、上記態様においては、前記払い出し部が、前記物品を前記搬送装置の幅方向に押圧して前記搬送装置上から払い出してもよい。
この構成により、物品が搬送装置の幅方向のどの位置に配置されていても、払い出し部によって、確実に搬送装置上から払い出すことができる。すなわち、物品検知部および移動量検出部により物品の搬送方向の現在位置を正確に知ることができる。したがって、位置姿勢検出部において位置および姿勢が抽出されなくても、確実に搬送装置上から払い出すことができる。

また、本発明の他の態様は、上記いずれかの物品搬送システムと、該物品搬送システムの前記払い出し部よりも前記下流側に配置される作業領域において、前記搬送装置により搬送されている前記物品に対して作業を行う前記ロボットと、該ロボットを制御する制御部とを備え、該制御部が、前記移動量検出部により検出された前記物品の移動量と、前記位置姿勢検出部により検出された前記物品の位置および姿勢とに基づいて、前記物品に前記ロボットを追従させるロボットシステムである。

本態様によれば、搬送装置上に存在するにもかかわらず位置姿勢検出部において抽出されずに位置および姿勢が未検出の物品が、ロボットによる作業領域よりも上流側において払い出し部により搬送装置から払い出されるので、ロボットが他の物品を取り扱う際に干渉が発生することをより確実に防止することができる。

本発明によれば、カメラによる物品の位置の検出に失敗した位置に物品が存在する場合であっても、他の物品に対して干渉を発生させずに作業す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物品搬送システムおよび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の払い出し部の動作を説明する全体構成図である。 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。 図６のロボットシステムの払い出し部の動作を説明する全体構成図である。

本発明の一実施形態に係る物品搬送システム２およびロボットシステム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、物品搬送システム２と、ロボット３と、制御部４とを備えている。

本実施形態に係る物品搬送システム２は、物品Ｏを搭載して一方向（搬送方向）に搬送するコンベヤ（搬送装置）５と、コンベヤ５を駆動するモータ６に設けられモータ６の回転角度を検出するエンコーダ（移動量検出部）７と、コンベヤ５上の物品Ｏの通過を検知するセンサ（物品検知部）８と、センサ８よりも搬送方向の下流側に配置されたカメラ（撮像部）９と、カメラ９により取得された画像を処理して物品Ｏの位置および姿勢を検出する演算部（位置姿勢検出部）１０と、カメラ９よりも下流側においてコンベヤ５上の物品Ｏを払い出す払い出し部１１とを備えている。ここでエンコーダ（移動量検出部）７は先端にローラを取り付けてコンベヤ（搬送装置）５に押し付けるように構成してもよい。

センサ８は、例えば、コンベヤ５の幅方向に延びる光軸Ａをコンベヤ５の上方に物品Ｏの高さよりも大きな間隔をあけて配置した光学式のセンサである。センサ８は、光を発生する発光部１２と、コンベヤ５を幅方向に挟んで発光部１２に対向し、発光部１２により発生した光を受光する受光部１３とを備える。発光部１２から発せられた光がコンベヤ５によって搬送されてきた物品Ｏによって遮られることにより、物品Ｏの前端が検出され、物品Ｏによって遮られていた光が受光部１３によって受光されることにより、物品Ｏの後端が検出される。

カメラ９は、コンベヤ５の鉛直上方に間隔を空けて鉛直下方に光軸を向けて配置されており、コンベヤ５によって搬送されてきた物品Ｏを鉛直上方から撮影することができる。
演算部１０は、カメラ９によって取得された画像を処理して、例えば、パターンマッチング等により画像内の物品Ｏを抽出する。これにより、画像上において物品Ｏの水平方向位置および鉛直軸線回りの物品Ｏの回転角度（姿勢）を検出することができる。

演算部１０は、画像処理の結果、画像内において物品Ｏが抽出されなかった場合に、払い出し部１１に払い出し指令信号を出力する。演算部１０からの払い出し指令信号は、未検出の物品Ｏがセンサ８により検知されてからの移動量が、センサ８と払い出し部１１との間の距離に等しくなったときに払い出し部１１に対して出力される。

払い出し部１１は、例えば、図１および図２に示されるように、搬送方向に沿って延びる棒状の払い出し片１４と、この払い出し片１４をコンベヤ５の幅方向に直線移動させるシリンダ１５とを備えている。払い出し部１１は、演算部１０からの払い出し指令信号を受けたときに、シリンダ１５を作動させて払い出し片１４をコンベヤ５の幅方向の一側から他側に移動させる。これにより、図２に示されるように、コンベヤ５上に搭載されている物品Ｏをコンベヤ５の幅方向外方に押し出す（払い出す）ことができる。図中、ハッチングを付した物品Ｏが未検出の物品である。

ロボット３は、コンベヤ５の傍らに配置された、例えば、６軸多関節型のロボットであり、手首１６の先端にハンド１７を備え、コンベヤ５により搬送されてきた物品Ｏをハンド１７で把持して取り扱うことができる。ロボット３は、払い出し部１１よりも搬送方向の下流側に配置された作業領域Ｂ内に存在する物品Ｏを取り扱うことができる。

制御部４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。制御部４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。
制御部４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、コンベヤ５によって搬送されている物品Ｏに追従してロボット３を動作させ、物品Ｏに対する作業をロボット３に行わせる。

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Ｏの位置である。
制御部４はトラッキング座標系ＴＦ′を基準として物品Ｏにロボット３を追従させながら作業を行わせる。

このように構成された本実施形態に係る物品搬送システム２およびロボットシステム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システム２によれば、コンベヤ５により物品Ｏが搬送されてくると、まず、センサ８の光が遮られることにより物品Ｏの通過が検知される。その後に、カメラ９により物品Ｏが撮影され、画像が取得される。取得された画像が演算部１０において処理されることにより、物品Ｏが抽出され、抽出された物品Ｏの位置および姿勢が検出される。

一方、エンコーダ７により物品Ｏの移動量が逐次検出されている。したがって、カメラ９によってコンベヤ５上方から逐次撮影し、取得された画像に対して演算部１０による画像処理が逐次行われていなくても、センサ８において物品Ｏが検知された後、検知された物品Ｏがエンコーダ７により逐次検出された移動量によってカメラ９の視野内に入ったと判断される場合にのみカメラ９による撮影を行うことで、物品Ｏの位置および姿勢を検出することができる。これにより処理を軽減することができる。

この場合において、環境光等の何らかの原因によって、カメラ９により取得された画像からは、センサ８により検知された物品Ｏが抽出できない場合がある。このような場合に、演算部１０は、センサ８による物品Ｏの検知信号とエンコーダ７による物品Ｏの移動量とに基づいて払い出し部１１を作動させる。これにより、演算部１０において抽出されなかった物品Ｏがコンベヤ５から他のコンベヤ等の払い出し領域Ｃへと払い出される。

すなわち、センサ８による検知によってコンベヤ５上に存在することが確認されているにもかかわらず演算部１０において抽出されず、位置および姿勢が未検出の物品Ｏが、ロボット３の作業領域Ｂ内に入ることが防止される。これにより、ロボット３による他の物品Ｏに対する作業において、未検出の物品Ｏとの干渉が発生することを確実に防止することができる。

また、センサ８として、コンベヤ５の幅方向に光軸Ａを有する光学式のセンサを採用したので、物品Ｏの搬送方向位置を簡易にかつ精度よく検出することができる。
また、払い出し部１１として、物品Ｏをコンベヤ５の幅方向に押し出す構造のものを採用したので、カメラ９により取得された画像において物品Ｏが抽出されず、その位置や姿勢が未確認であっても、確実に払い出すことができる。

なお、本実施形態においては、演算部１０を制御部４とは別個に設けたが、演算部１０は制御部４内に備えられていてもよい。
また、図４に示されるように、複数台のロボット３をコンベヤ５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。

また、複数台のロボット３をコンベヤ５の近傍に配置する場合に、図５に示されるように、各ロボット３の制御部４をセル制御装置１８に接続し、セル制御装置１８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演算部１０を設け、算出された現在位置を各制御部４において各ロボット３の制御に利用することにしてもよい。セル制御装置１８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３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３により作業を継続することができる。

また、払い出し部１１として、棒状の払い出し片１４をコンベヤ５の幅方向に移動させて、物品Ｏを押し出す構造のものを例示したが、これに代えて、図６および図７に示されるように、コンベヤ５の上方において鉛直軸線回りに揺動させられる押し出し片１９を備え、コンベヤ５上の空間に搬送方向に対して斜めに突出させられることにより、コンベヤ５の動力を利用して、押し出し片１９に倣ってコンベヤ５の幅方向に物品Ｏを押し出すものを採用してもよい。また、払い出し部１１としては他の任意の構造のものを採用してもよい。

１ ロボットシステム
２ 物品搬送システム
３ ロボット
４ 制御部
５ コンベヤ（搬送装置）
７ エンコーダ（移動量検出部）
８ センサ（物品検知部）
９ カメラ（撮像部）
１０ 演算部（位置姿勢検出部）
１１ 払い出し部
Ａ 光軸
Ｂ 作業領域
Ｏ 物品

Claims (5)

1. 物品を一方向に搬送する搬送装置と、
   該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、
   前記搬送装置により搬送されてくる前記物品の通過を検知する物品検知部と、
   該物品検知部に対して前記搬送装置による搬送方向の下流において前記物品を撮影する撮像部と、
   該撮像部により取得された画像を処理して前記物品を抽出し、該物品の位置および姿勢を検出する位置姿勢検出部と、
   前記物品検知部において検知され、かつ、前記位置姿勢検出部による処理において抽出されなかった前記物品を、前記撮像部よりも前記下流側、かつ、前記撮像部の前記下流に配置されるロボットよりも前記搬送方向の上流側において、前記搬送装置上から払い出す払い出し部とを備える物品搬送システム。
2. 前記搬送装置が、前記物品を搭載して搬送するコンベヤであり、
   前記物品検知部が、前記コンベヤの上方に間隔をあけて配置され幅方向に延びる光軸を有し、該光軸を横切る前記物品を検知する請求項１に記載の物品搬送システム。
3. 前記撮像部が、前記搬送装置の上方から該搬送装置により搬送されている前記物品を撮影する請求項１または請求項２に記載の物品搬送システム。
4. 前記払い出し部が、前記物品を前記搬送装置の幅方向に押圧して前記搬送装置上から払い出す請求項１から請求項３のいずれかに記載の物品搬送システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の物品搬送システムと、
   該物品搬送システムの前記払い出し部よりも前記下流側に配置される作業領域において、前記搬送装置により搬送されている前記物品に対して作業を行う前記ロボットと、
   該ロボットを制御する制御部とを備え、
   該制御部が、前記移動量検出部により検出された前記物品の移動量と、前記位置姿勢検出部により検出された前記物品の位置および姿勢とに基づいて、前記物品に前記ロボットを追従させるロボットシステム。

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