JP7205906B2 - 部品供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数種類の部品を分別して次工程に供給するロボットビジョン方式の部品供給装置に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されているように、複数種類の部品が混在している部品混在物（多数の小物ワーク）を搬送するピッキング用コンベア（搬送コンベア）と、部品混在物をピッキング用コンベアの搬送面の上に不規則に投入する投入機構と、搬送面の上の部品混在物の画像データを取得するカメラと、この画像データに基づいて個々の部品を認識し、個別にピッキングして所定の供給場所に移送するロボットハンド装置（ワーク形状検出手段、目標位置検出手段、ロボット等）と、ピッキングできなかった部品を再びピッキング用コンベアに搬入する還流機構とを備えた受け渡し制御装置があった。投入機構には１つ以上の低速コンベアが設けられ、低速コンベアの部品搬送速度をピッキング用コンベアよりも低速に設定することによって、ピッキング用コンベアの上の部品を分散させている。

また、特許文献２に開示されているように、搬送面に部品が載置された状態で周回移動する搬送ベルトに、移動方向に適当な間隔をあけて複数の貫通孔を設け、貫通孔の内部を真空ポンプで吸引して部品の下面を吸着し、搬送面の上で部品が位置ずれするのを防止した搬送装置があった。

特開２００２－２７４６４１号公報 特開平１１－２７８６２６号公報

ロボットビジョン方式の部品供給装置は、ピッキング用コンベアの搬送面に載置された個々の部品の輪郭や位置を正確に画像認識するため、搬送面の上で各部品を分散させることと、搬送面の上で各部品が位置ずれしないようにすることが重要になる。

しかし、特許文献１の受け渡し制御装置の場合、ピッキング用コンベアの搬送面の上に部品が載置された後、ピッキング用コンベアの搬送面が移動又は停止する時に、部品が位置ずれしてしまう可能性がある。例えば、合成樹脂製の軽い部品は、搬送面の上を滑りやすく、円柱形や円錐形の部品は、搬送面の上に倒して置かれると転がりやすいという特徴があるので、このような部品は、搬送面の上に分散させて載置したとしても、その状態を維持することができない。

特許文献２の搬送装置は、部品の下面をエア吸着して部品の位置ずれを防止するものであるが、既存の汎用ベルトコンベアを改造して製作するのは困難であり、しかも真空ポンプのような特別な設備も用意しなければならないので、特許文献２の技術を上記のピッキング用コンベアに適用するのは容易ではない。また、特許文献２の技術は、平坦な下面を有した部品には効果的であるが、立体的でデコボコした形状の部品や転がりやすい形状の部品の位置ずれを防止することは難しい。

本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、搬送面の上の部品の位置ずれを容易に防止できるシンプルな構造のピッキング用コンベアを備えたロボットビジョン方式の部品供給装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数種類の部品が混在している部品混在物が搬送面の上に搬入されるベルトコンベア型のピッキング用コンベアと、前記搬送面の上に在る前記部品混在物の画像データを取得する撮像装置と、前記画像データに基づいて前記搬送面の上に在る個々の前記部品を認識し、個別にピッキングして所定の供給場所に移送するロボットハンド装置とを備えた部品供給装置であって、前記搬送面の最表層には、一定以上の柔軟性を有した素材で成り、表面に多数の微小凹部を有したエア吸着層が設けられ、前記搬送面の上に在る前記部品は、下面が前記エア吸着層の前記微小凹部により吸盤式に吸着されて位置決めされる部品供給装置である。

前記搬送面は、無端ベルトの表面に積層されたクッション層と、前記クッション層を覆う前記エア吸着層とで形成され、前記搬送面の、前記部品の荷重を受けた領域は、前記荷重により前記クッション層の厚みが薄くなり、前記荷重により前記エア吸着層が前記クッション層の表面形状に沿って変形することによって窪み、この窪んだ領域が前記部品の下面に密接するよう構成されている。

前記ピッキング用コンベアの部品搬出部と部品搬入部とを連結するベルトコンベア型の還流用コンベアが設けられ、前記還流用コンベアの部品搬送速度は、前記ピッキング用コンベアよりも低速であり、前記搬送面の上に在る前記部品混在物の中の、前記ロボットハンド装置によってピッキング不能と判断された前記部品は、前記ピッキング用コンベアによって前記還流用コンベアの搬送面の上に搬出され、前記還流用コンベアによって再び前記ピッキング用コンベアの搬送面の上に搬入される構成にしてもよい。この場合、前記還流用コンベアに前記部品混在物を投入する部品混在物投入装置を設けることが好ましい。

さらに、前記還流用コンベアは、複数の搬送コンベアを直列に連結することによって設けられ、最も上流側に位置する前記搬送コンベアに前記部品混在物投入装置が設置され、複数の前記搬送コンベアの部品搬送速度は、下流側に位置するものが上流側に位置するものよりも高速に設定され、最も下流側の前記搬送コンベアの部品搬送速度は、前記ピッキング用コンベアよりも低速に設定されている構成にしてもよい。

本発明の部品供給装置は、ピッキング用コンベアの搬送面の最表層に、一定以上の柔軟性を有した素材で成り、表面に多数の微小凹部を有したエア吸着層が設けられているという特徴があり、搬送面の上に在る部品は、下面がエア吸着層の微小凹部により吸盤式に吸着されて位置決めされる。したがって、搬送面が移動又は停止した時の部品の位置ずれが効果的に防止され、個々の部品の輪郭や位置を正確に画像認識することができる。

また、搬送面を、無端ベルトの表面にクッション層と、クッション層を覆うエア吸着層とで形成することによって、立体的でデコボコした形状の部品や転がりやすい形状の部品でも、部品の下面の広い面積を吸着することが可能になるので、優れた位置ずれ防止の効果が得られる。さらに、このピッキング用コンベアは、既存の汎用ベルトコンベアを改造することによって容易に製作できる構成なので、非常に導入しやすいものである。

本発明の部品供給装置の一実施形態を示す平面図（ａ）、投入される部品の外観を示す斜視図（ｂ）である。 図１のピッキング用コンベアを示す左側面図（ａ）、ロボットハンド装置を示す正面図（ｂ）である。 図１の第一の搬送コンベアを示す背面図（ａ）第二の搬送コンベアを示す右側面（ｂ）、第三の搬送コンベアを示す正面図（ｃ）である。 図１の部品切り離し装置を示す正面図（ａ）、平面図（ｂ）である。 図１のピッキング用コンベアの搬送面を示す図（ａ）、Ａ部を拡大した図（ｂ）、搬送面に部品が載置された状態を示す図（ｃ）である。 図１のピッキング用コンベアの搬送面の変形例を示す図（ａ）、Ｂ部を拡大した図（ｂ）、変形例の搬送面に部品が載置された状態を示す図（ｃ）である。

以下、本発明の部品供給装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態の部品供給装置１０は、２種類の部品Ｂ１，Ｂ２が混在している部品混在物Ｂを、部品Ｂ１とＢ２に分別して次工程に供給する装置である。部品Ｂ１，Ｂ２は、一対に組み合わせて使用される合成樹脂製の小形部品で、図１（ｂ）に示すように、相互に螺合させるためのネジ部が設けられている。また、部品Ｂ１は、外形が略筒形であり、転がりやすいものである。

部品供給装置１０は、図１～図３に示すように、ピッキング用コンベア１２、撮像装置１４、ロボットハンド装置１６、還流用コンベア１８及び部品混在物投入装置２０等で構成され、テーブル２２の上に設置されている。

ピッキング用コンベア１２は、２つのプーリに張架された無端ベルト２４の上側に搬送面１２ａが形成されるベルトコンベアであり、搬送面１２ａはほぼ水平に配置され、図示しない駆動装置によって駆動される。部品混在物Ｂが搬入される部品搬入部１２ｂは、図２（ａ）における右側の端部であり、搬送面１２ａの上に載置された部品混在物Ｂを、反対側の端部である部品搬出部１２ｃまで搬送することができる。

撮像装置１４及びロボットハンド装置１６は、ピッキング用コンベア１２の近傍に各々設置されている。撮像装置１４は、搬送面１２ａの上に在る部品混在物Ｂの画像データを取得するカメラ等であり、ピッキング用コンベア１２の中央部の上方に下向きに設置されている。

ロボットハンド装置１６は、図２（ｂ）に示すように、多関節アーム１６ａと、多関節アーム１６ａのヘッド部に設けられた部品把持機構１６ｂと、図示しないパソコン等の制御装置とで構成されている。ロボットハンド装置１６は、ピッキング用コンベア１２の側方に設置され、撮像装置１４が取得した画像データに基づいて搬送面１２ａの上に在る個々の部品Ｂ１，Ｂ２を認識し、これらを部品把持機構１６ｂで個別にピッキングし、所定の供給場所（図示せず）に移送する動作を行う。所定の供給場所とは、例えば、部品Ｂ１，Ｂ２を一対に整列させて次工程に送るための部品パレットの中等である。

還流用コンベア１８は、ピッキング用コンベア１２の部品搬出部１２ｃと部品搬入部１２ａとを連結するコンベアであり、３つの搬送コンベア２６，２８，３０を直列に連結することによってコの字形にレイアウトされている。搬送コンベア２６，２８，３０は、２つのプーリに張架された無端ベルトの上側に搬送面２６ａ，２８ａ，３０ａが各々形成されるベルトコンベアであり、図示しない駆動装置によって各々駆動される。

第一の搬送コンベア２６は、図３（ａ）に示すように、一方の端部である部品搬入部２６ｂがピッキング用コンベア１２の部品搬出部１２ｃの下方に配置され、搬送面２６ａの上に載置された部品混在物Ｂを、反対側の端部である部品搬出部２６ｃまで搬送することができる。第二の搬送コンベア２８は、図３（ｂ）に示すように、一方の端部である部品搬入部２８ｂが第一の搬送コンベア２６の部品搬出部２６ｃの下方に配置され、搬送面２８ａの上に載置された部品混在物Ｂを、反対側の端部である部品搬出部２８ｃまで搬送することができる。第三の搬送コンベア３０は、図３（ｃ）に示すように、一方の端部である部品搬入部３０ｂが第二の搬送コンベア２８の部品搬出部２８ｃの下方に配置され、搬送面３０ａの上に載置された部品混在物Ｂを、反対側の端部である部品搬出部３０ｃまで搬送することができる。

３つの搬送コンベア２６，２８，３０の部品搬送速度は、下流側に位置するものが上流側に位置するものよりも高速に設定されている。また、最も下流側の搬送コンベア３０の部品搬送速度は、ピッキング用コンベア１２よりも低速に設定されている。

部品混在物投入装置２０は、互いに並列に配置された２つの部品投入用コンベア３２，３４で構成され、３つの搬送コンベア２６，２８，３０の中の、最も上流側に位置する第一の搬送コンベア２６の側方に設置されている。部品投入用コンベア３２は、部品Ｂ１を第一の搬送コンベア２６の搬送面２６ａの上に不規則に投入し、部品投入用コンベア３４は、部品Ｂ２を第一の搬送コンベア２６の搬送面２６ａに不規則に投入するためのコンベアであり、挿入された部品Ｂ１，Ｂ２は搬送面２６ａの上で部品混在物Ｂとなる。なお、部品混在物投入装置２０は、１台の大型部品投入用コンベアや、部品投入用ホッパ等に変更してもよい。

さらに、ピッキング用コンベア１２の部品搬入部１２ｂには、独特な構成の部品切り離し装置３６が設置されている。部品切り離し装置３６は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、略直角三角形の固定板３８と可動板４０とを有している。固定板３８は、略直角三角形の斜辺がテーブル２２の角部から中央部に向かう角度に配置され、搬送面１２ａの上方に僅かに隙間を空けて固定されている。可動板４０は、略直角三角形の斜辺がテーブル２２の角部から中央部に向かく角度に配置され、固定板３８の上方に僅かに隙間を空けて支持され、アクチュエータ４２に駆動されて、第三の搬送コンベア３０の搬送方向とほぼ平行に往復移動する。

ピックアップ用コンベア１２は、他のコンベアとは異なる独特な構造の搬送面１２ａを有している。搬送面１２ａは、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、無端ベルト２４の平坦な上面に、クッション層４４及びエア吸着層４６が順に積層された構造になっている。最表層のエア吸着層４６は、一定以上の柔軟性を有した素材で成り、表面に多数の微小凹部４６ａを有している。クッション層４４は、搬送面１２ａに部品Ｂ１，Ｂ２が載置された時、搬送面１２ａの荷重を受けた領域を窪ませ、窪んだ領域を部品Ｂ１，Ｂ２の下面に密接させる働きをする。したがって、例えば部品Ｂ１が搬送面１２ａに載置されると、図５（ｃ）に示すように、部品Ｂ１の荷重を受けた部分が窪み、部品Ｂ１の下面の広い面積が搬送面１２ａに密接し、エア吸着層４６の微小凹部４６ａにより吸盤式に吸着され、しっかりと位置決めされる。

搬送面１２ａの構造は、立体的でデコボコした形状の部品や転がりやすい形状の部品を位置決めするのに適している。しかし、部品の形状によっては、クッション層４４が無くても、部品と搬送面との接触面積が十分に得られる場合があるので、クッション層４４は必要に応じて省略することができる（例えば、部品が平坦な板材等の場合）。

次に、部品供給装置１０の動作を説明する。まず、図１（ａ）に示すように、部品混在物投入装置２０（部品投入用コンベア３２，３４）が、第一の搬送用コンベア２６の搬送面２６ａの上に、部品混在物Ｂを不規則に投入する。そして、投入された部品混在物Ｂが、第一、第二及び第三の搬送コンベア２６，２８，３０を順に乗り継いでピックアップ用コンベア１２の部品搬入部１２ｂに搬入される。

第一、第二、第三の搬送コンベア２６，２８，３０及びピックアップ用コンベア１２の部品搬送速度は、下流側に位置するものが上流側に位置するものよりも高速に設定されている。したがって、部品混在物Ｂ内の各部品は、各コンベアを乗り継ぐ時にコンベアの搬送方向に少しずつ切り離されることになる。

例えば、部品混在物Ｂが第三の搬送コンベア３０の部品搬出部３０ｃに達した時の状態を考えると、図４（ｃ）に示すように、各部品はコンベアの搬送方向に切り離されているが、コンベアの幅方向の切り離しは十分でない可能性がある。そこで、部品切り離し装置３６が、各部品をコンベアの幅方向に切り離す動作を行う。

部品搬出部３０ｃから搬出された部品Ｂ１，Ｂ２は、部品切り離し装置３６の固定板３８又は可動板４０の上に落下する。例えば、可動板４０が第三の搬送コンベア３０の下方に退避しているタイミングで落下すると、部品混在物Ｂは、一旦固定板３８の上に載り、その後、固定板３８の方向に出てきた可動板４０の斜辺に側面が押されて斜めに移動し、搬送面１２ａの上に順に押し出される。また、可動板４０が固定板３８と重なっているタイミングで落下すると、部品混在物Ｂは、一旦可動板４０の上に載り、可動板４０が退避した時に固定板３８の上に落ち、その後、再び固定板３８の方向に出てきた可動板４０の斜辺に側面が押されて斜めに移動し、搬送面１２ａの上に順に押し出される。その結果、部品Ｂ１，Ｂ２は、搬送面１２ａの上でコンベアの幅方向に切り離されることになる。

搬送面１２ａに押し出された部品Ｂ１，Ｂ２は、図４（ｃ）に示すように、コンベアの搬送方向だけでなく幅方向にも切り離され、接触したり重なったりすることなく十分に分散した状態になる。そして、各部品は、下面がエア吸着層４６の微小凹部４６ａに吸着されてしっかりと位置決めされて保持されるので、搬送面１２ａが移動又は停止しても位置ずれしない。

その後、部品混在物Ｂは、撮像装置１４の下方に移送され、撮像装置１４が、搬送面１２ａに載置された部品混在物Ｂの画像データを取得する。ロボットハンド装置１６は、この画像データを解析して個々の部品の種類や位置を認識し、部品Ｂ及び部品Ｂ２を個別にピッキングして所定の供給場所に移送する。搬送面１２ａの上の各部品は、ほぼ確実に分散した状態になっているので、ロボットハンド装置１６は、個々の部品の輪郭や位置を正確に画像認識し、支障なくピッキングすることができる。また、部品Ｂ１，Ｂ２は、下面がエア吸着層４６の微小凹部４６ａに吸着されているだけなので、搬送面１２ａから簡単に引き離すことができ、部品Ｂ１，Ｂ２に粘着剤等の異物が残ることもない。

部品供給装置１０は、ロボットハンド装置１６のピッキング能力を上回る量の部品Ｂ１，Ｂ２が供給された場合や、認識不能な対象物が発生した場合、余剰の部品Ｂ１，Ｂ２や認識不能な部材をロボットハンド装置１６でピッキングせずに、ピッキング用コンベア１２から第一の搬送コンベア２６に送り返す。そして、第一の搬送コンベア２６に送り返された部品は、部品混在物投入装置２０から投入された新しい部品混在物Ｂの流れに合流し、再び第二及び第三の搬送コンベア２６，２８，３０を通じてピックアンプ用コンベア１２に搬入される。この動作を繰り返すことによって、最終的には全ての部品を正確に認識し、ピッキングすることができる。

以上説明したように、部品供給装置１０は、ピッキング用コンベア１２が独特な搬送面１２ａを有しており、搬送面１２ａの上に在る各部品は、下面の広い面積がエア吸着層４６の微小凹部４６ａにより吸盤式に吸着されて位置決めされる。したがって、搬送面１２ａが移動又は停止した時の各部品の位置ずれが効果的に防止され、個々の部品の輪郭や位置を正確に画像認識することができる。また、ピッキング用コンベア１２は、既存の汎用ベルトコンベアを改造することによって容易に製作可能な構成なので、非常に導入しやすいものである。

ここで、上述したピッキング用コンベア１２の搬送面１２ａと、図６（ａ）、（ｂ）に示す一般的な搬送面４８とを比較する。搬送面１２ａは、滑りやすい部品や転がりやすい部品でも適切に位置決めできるように、上面が平坦な無端ベルト２４にクッション層４４及びエア吸着層４６を積層した構造になっている。一方、搬送面４８は、表面に多数の凹凸が形成された無端ベルト５０に、上記と同様のエア吸着層４６を積層した構造になっており、例えば部品が小ネジＢ３の場合、図６（ｃ）に示すように、小ネジＢ３の頭部が凹部に入って転がりにくくなり、且つ小ネジＢ３と搬送面１２ａとの接触面積が広くなってエア吸着層４６の微小凹部４６ａに吸着されるので、小ネジＢ３を位置決めすることができる。しかし、搬送面４８は、クッション層４４を備えていないため位置決めの効果は限定的であり、上記の搬送面１２ａの方がより大きな効果が得られる。

なお、本発明の部品供給装置は、上記実施形態に限定されるものではない。部品供給装置１０は、ピッキング用コンベア１２と３つの搬送コンベア２６，２８，３０で成る還流用コンベア２０とを連結することによって四角形の循環路を形成しているが、搬送コンベアの数を増やして五角形や六角形の循環路を形成してもよい。あるいは、ピッキング用コンベア１２と１つの曲線コンベアで成る還流用コンベアとを連結することによって循環路を形成してもよい。また、部品を循環させる必要がない時は、還流用コンベアを省略してもよい。

部品供給装置１０は、ピッキング用コンベア１２の搬送面１２ａの上の各部品を効果的に分散させるため、独特な部品切り離し装置３６を備えている。ただし、部品切り離し装置３６は、ピッキング用コンベア１２と前段のコンベア（第三の搬送コンベア３０）の搬送方向が互いに交差していることを利用したものなので、搬送方向が互いに交差していない場合や前段にコンベアが無い場合は、部品切り離し装置３６とは異なる別の部品切り離し手段を設けると良い。

ロボットハンド装置は、ピッキング用コンベアの搬送面の上に在る個々の前記部品を、撮像装置が取得した画像データに基づいて認識し、個別にピッキングして所定の供給場所に移送できるものであればよく、ロボットハンド装置１６の形態（多関節アーム１６ａ及び部品把持機構１６ｂをパソコン等の制御装置で制御する形態）に限定されない。

撮像装置は、ピッキング用コンベアの搬送面の上に在る部品混在物を撮像し、ロボットハンド装置の動作に必要な情報を含んだ画像データを取得できるものであればよく、撮像素子の種類や撮像装置の設置方法は特に限定されない。また、画像データのディメンジョン（２次元又は３次元）ついても、部品形状の複雑さ等に鑑みて自由に決定することができる。

１０ 部品供給装置
１２ ピッキング用コンベア
１２ａ，４８ 搬送面
１２ｂ 部品搬入部
１２ｃ 部品搬出部
１４ 撮像装置
１６ ロボットハンド装置
１８ 還流用コンベア
２０ 部品混在物投入装置
２４，５０ 無端ベルト
２６，２８，３０ 搬送コンベア（還流用コンベア）
４４ クッション層
４６ エア吸着層
Ｂ１～Ｂ３ 部品

Claims (4)

1. 複数種類の部品が混在している部品混在物が搬送面の上に搬入されるベルトコンベア型のピッキング用コンベアと、前記搬送面の上に在る前記部品混在物の画像データを取得する撮像装置と、前記画像データに基づいて前記搬送面の上に在る個々の前記部品を認識し、個別にピッキングして所定の供給場所に移送するロボットハンド装置とを備えた部品供給装置において、
   前記搬送面は、無端ベルトの表面に積層されたクッション層と、前記クッション層を覆うエア吸着層とで形成され、前記エア吸着層は、一定以上の柔軟性を有した素材で成り、表面に多数の微小凹部を有した層であり、
   前記搬送面の、前記部品の荷重を受けた領域は、前記荷重により前記クッション層の厚みが薄くなり、前記エア吸着層が前記クッション層の表面形状に沿って変形することによって窪み、
   前記搬送面の上に在る前記部品は、この窪んだ領域に下面が密接し、前記エア吸着層の前記微小凹部により吸盤式に吸着されて位置決めされることを特徴とする部品供給装置。
2. 前記ピッキング用コンベアの部品搬出部と部品搬入部とを連結するベルトコンベア型の還流用コンベアが設けられ、前記還流用コンベアの部品搬送速度は、前記ピッキング用コンベアよりも低速であり、
   前記搬送面の上に在る前記部品混在物の中の、前記ロボットハンド装置によってピッキング不能と判断された前記部品は、前記ピッキング用コンベアによって前記還流用コンベアの搬送面の上に搬出され、前記還流用コンベアによって再び前記ピッキング用コンベアの搬送面の上に搬入される請求項１記載の部品供給装置。
3. 前記還流用コンベアに前記部品混在物を投入する部品混在物投入装置が設けられている請求項２記載の部品供給装置。
4. 前記還流用コンベアは、複数の搬送コンベアを直列に連結することによって設けられ、最も上流側に位置する前記搬送コンベアに前記部品混在物投入装置が設置され、
   複数の前記搬送コンベアの部品搬送速度は、下流側に位置するものが上流側に位置するものよりも高速に設定され、最も下流側の前記搬送コンベアの部品搬送速度は、前記ピッキング用コンベアよりも低速に設定されている請求項３記載の部品供給装置。

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