JP7436197B2

JP7436197B2 - 物品搬送システム

Info

Publication number: JP7436197B2
Application number: JP2019226302A
Authority: JP
Inventors: 好丈古屋; 啓介須賀
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: DE102020132519A1; US20210178599A1; US11407114B2; JP2021094626A; CN112978346A

Description

本開示は、物品搬送システムに関するものである。

協働ロボットによって可搬重量を超える物品を搬送するには、床面に置かれたトレイに物品を搭載し、協働ロボットによってトレイに横荷重をかけて床面上を滑らせることが行われる。
床面上でトレイを滑らせるには、床面とトレイとの間に発生する摩擦力よりも大きな横荷重を加える必要がある。床面とトレイとの間に発生する摩擦力は、床面あるいはトレイの裏面の状態、および、静摩擦か動摩擦かによって変動する。

協働ロボットは、人や物体との接触を検出するための力センサを搭載しているので、搬送中に摩擦力が変動すると、人や物体との接触と誤検出してアラームを出して停止してしまうことが考えられる。したがって、床面とトレイとの間に発生する摩擦力が変動しても、アラーム停止を回避して、物品を安定して搬送することが望まれている。

本開示の一態様は、床面上に配置され、搬送しようとする物品を搭載するトレイと、外力を検出する力センサを備えるロボットと、前記床面または前記トレイの少なくとも一方に設けられ、前記床面と前記トレイとの間の摩擦力を調整する摩擦力低減装置と、前記ロボットを制御して前記トレイに横荷重を加えることにより前記床面上を摺動させるとともに、横荷重を加えたときに前記力センサにより検出された前記横荷重方向の外力の大きさに基づいて前記摩擦力低減装置を制御する制御装置とを備える物品搬送システムである。

本開示の一実施形態に係る物品搬送システムであって、トレイが第１位置に配置されている状態を示す全体構成図である。図１の物品搬送システムにおいて、トレイが第２位置に配置されている状態を示す全体構成図である。図１の物品搬送システムに備えられる摩擦制御部を説明する図である。図３の摩擦制御部の動作を説明するフローチャートである。図１の物品搬送システムの変形例であって、トレイ上の物品の重心とロボットによる押圧位置とを示す模式的な平面図である。図１の物品搬送システムの他の変形例を示す側面図である。

本開示の一実施形態に係る物品搬送システム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システム１は、図１に示されるように、物品Ｗを載置するトレイ２と、ロボット３と、床面Ｆに設置された摩擦力低減装置４と、ロボット３および摩擦力低減装置４を制御する制御装置５とを備えている。

トレイ２は、平坦な底面と、物品Ｗを載置可能な上面と、４つの側面とを有するパレット状に形成されている。
ロボット３は、例えば、垂直６軸多関節型ロボットであって、手首６の先端に物品Ｗを把持可能なハンド７を備えるとともに、外力を検出可能な力センサ８を備えている。力センサ８はロボット３の各部における人や物体との接触による検出値の変動により接触を検出することができる他、ハンド７によって持ち上げる物品Ｗの重量、手首６によって物品Ｗを押圧する際の押圧力を検出することができる。

摩擦力低減装置４は、例えば、トレイ２による物品Ｗの搬送経路の全体にわたって、床面Ｆに開口する吐出口９と、各吐出口９に接続する配管１０と、配管１０に供給する加圧空気（加圧流体）を発生する空気圧源１３とを備えている。搬送経路は、例えば、図１に示されるように、ロボット３の設置位置に近接する第１位置と、図２に示されるように、ロボット３の設置位置から離間した第２位置との間の直線経路である。

制御装置５は、ロボット３を制御するロボット制御部１１と、摩擦力低減装置４を制御する摩擦制御部１２とを備えている。ロボット制御部１１は、プロセッサおよびメモリを備えている。

ロボット制御部１１は、予め教示されたプログラムに従って、物品Ｗをトレイ２上に移載する作業をロボット３に行わせる。また、ロボット制御部１１は、図１に示されるように、物品Ｗが搭載されたトレイ２の側面を水平方向に押圧する横荷重を加えて、床面Ｆ上でトレイ２を摺動させるようロボット３を制御する。

ロボット制御部１１は、ロボット３の作動中に、力センサ８による外力の監視を常時行っており、第１の閾値を超える過大な外力が作用したときには、ロボット３を停止させる。
また、ロボット制御部１１は、トレイ２を摺動させる搬送動作を行う際には、例えば、プログラム上においてその旨を示す信号を摩擦制御部１２に出力する。

摩擦制御部１２は、図３に示されるように、空気圧源１３からの加圧空気を供給する配管１０を切り替えるバルブ１４と、各配管１０に供給する加圧空気の圧力を調整可能なレギュレータ１５と、これらを制御する演算部１６とを備えている。演算部１６はプロセッサおよびメモリにより構成されている。

バルブ１４およびレギュレータ１５は、吐出口９毎に加圧空気の吐出または停止の切替、および、加圧空気の圧力を調整可能に、各配管１０に設けられていてもよいし、複数の吐出口９を含むグループ毎に設けられていてもよい。摩擦制御部１２は、ロボット制御部１１からトレイ２の位置情報を受け取る。そして、トレイ２が移動すると、トレイ２の下に位置する吐出口９が変わるので、トレイ２の進行に従って、加圧空気を吐出する吐出口９を切り替える。すなわち、トレイ２が配置されている領域内の摩擦力低減装置４のみを作動させる。

演算部１６は、図４に示されるように、ロボット制御部１１から搬送動作を知らせる信号が入力されたときには（ステップＳ１）、ロボット３の力センサ８により検出された、トレイ２を押圧する方向の外力が、第１の閾値よりも小さい第２の閾値Ｔｈ２を超えたか否かを判定する（ステップＳ２）。そして、演算部１６は、トレイ２を押圧する方向の外力が第２の閾値Ｔｈ２を超えた場合には、バルブ１４を制御して、トレイ２の下に位置する吐出口９から加圧空気を吐出させる（ステップＳ３）。

また、演算部１６は、加圧空気を吐出しても外力が第２の閾値Ｔｈ２を超えている状態が維持される場合には（ステップＳ４）、レギュレータ１５を制御して、吐出口９から吐出される加圧空気の圧力を増大させる（ステップＳ５）。一方、演算部１６は、バルブ１４およびレギュレータ１５の制御により、外力が第２の閾値Ｔｈ２以下となった場合には、第２の閾値Ｔｈ２よりも小さい第３の閾値Ｔｈ３以下となったか否かを判定する（ステップＳ６）。

演算部１６は、外力が第３の閾値Ｔｈ３を超え、第２の閾値Ｔｈ２以下となるように、レギュレータ１５を制御して吐出口９から吐出される加圧空気の圧力を増減させる（ステップＳ３からＳ７）。そして、演算部１６は、トレイ２が第２位置において停止するなどして、外力が閾値Ｔｈ３以下となった場合には、搬送終了か否かを判定し（ステップＳ８）、終了する場合には加圧空気の吐出を停止する（ステップＳ９）。終了しない場合には、ステップＳ２からの工程を繰り返す。
また、演算部１６は、トレイ２を押圧する方向の外力が、第２の閾値Ｔｈ２以下の場合には、ステップＳ８からの工程を繰り返す。

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１により物品Ｗを搬送するには、第１位置の床面Ｆ上に配置されたトレイ２に、物品Ｗを搭載する。物品Ｗの搭載は、ロボット３によって行ってもよいし、他の移載装置によって行ってもよい。

ロボット制御部１１が、プログラムに従ってロボット３に搬送動作を行わせる際には、例えば、図１に示されるように、ロボット３の手首６をトレイ２の一側面に接触させ、接触した側面を押圧する。このとき、ロボット３の力センサ８によって、ロボット３の手首６がトレイ２から受ける外力が検出される。

検出された搬送方向の外力の値は、摩擦制御部１２の演算部１６に送られて、外力の値が第２の閾値Ｔｈ２よりも大きいか否かが判定される。外力が第２の閾値Ｔｈ２を超えない場合には、ロボット３による搬送作業が継続される。

一方、搬送方向の外力の値が第２の閾値Ｔｈ２を超えた場合には、演算部１６は、バルブ１４を制御して、トレイ２の下に配置されている吐出口９から、トレイ２と床面Ｆとの間に加圧空気を吐出させる。
加圧空気が吐出口９から吐出されることにより、トレイ２を浮上させる力が発生し、トレイ２と床面Ｆとの間の摩擦力が低減する。

加圧空気を吐出しても摩擦力が十分に低下していない場合には、外力が第２の閾値Ｔｈ２を超えた状態に維持されるので、演算部１６は、レギュレータ１５を制御して、吐出口９から吐出させる加圧空気の圧力を上昇させる。そして、摩擦力が十分に低下した場合には、外力が第２の閾値Ｔｈ２以下となり、トレイ２が床面Ｆ上を摺動し始める。

トレイ２が静止している状態では、静摩擦が発生しているため、加圧空気の圧力を大きくして、摩擦力を十分に低減しなければ、トレイ２を動かすことができない。一方、一旦動き出した後には、動摩擦となるので加圧空気の圧力を大きくしたままでは、ロボット３が付与する外力が急激に低下する。したがって、演算部１６は、外力が第２の閾値Ｔｈ２よりも小さい第３の閾値Ｔｈ３以下であるか否かを判定し、第３の閾値Ｔｈ３以下である場合には、レギュレータ１５を制御して、加圧空気の圧力を低下させる。

これにより、第３の閾値Ｔｈ３と第２の閾値Ｔｈ２との間の範囲内の押圧力によってトレイ２を押圧して物品Ｗを安定的に搬送することができるという利点がある。
また、本実施形態においては、摩擦制御部１２が、ロボット制御部１１から受け取ったトレイ２の位置情報に基づいて、バルブ１４の切り替えによって加圧空気を吐出する吐出口９を切り替える。

これにより、搬送中のトレイ２と床面Ｆとの間の摩擦力を低下させた状態に維持することができるとともに、必要な吐出口９からのみ加圧空気を吐出させることにより、動力を節約することができる。

また、床面Ｆの状態が変動することにより、押圧力が変動したときにも、レギュレータ１５の制御によって、吐出口９から吐出する加圧空気の圧力を調整して、トレイ２と床面Ｆとの間の摩擦力を所定範囲内に維持することができる。

一方、搬送途中において、押圧力が急激に増大し、第１の閾値を超えた場合には、ロボット３が周囲の物体に接触したことが考えられ、ロボット制御部１１がロボット３を停止させる。
押圧力を第３の閾値Ｔｈ３より大きく第２の閾値Ｔｈ２以下の値に維持しておくことにより、トレイ２と床面Ｆとの間の摩擦力が維持されるので、ロボット３の停止によってトレイ２も停止させることができる。

なお、本実施形態においては、摩擦力低減装置４を床面Ｆに設けることにしたが、これに代えて、トレイ２側に設けることにしてもよい。トレイ２側に摩擦力低減装置４を設ける場合には、加圧空気を供給する配管１０が可動配管となる不都合がある一方、加圧空気を吐出させる吐出口９を切り替えることが不要となり、制御を簡便にすることができる。また、トレイ２および床面Ｆの両方に摩擦力低減装置４を設けてもよい。

また、本実施形態においては、摩擦力低減装置４として、加圧空気を吐出する場合を例示したが、吐出する流体は任意のものを採用してよい。また、流体の吐出によりトレイ２を浮上させる方向に押圧することに代えて、磁気反発力によってトレイ２を浮上させる方向に押圧してもよい。

この場合には、例えば、トレイ２の裏面に、一方の磁極（例えばＮ極）を下向きにした永久磁石を配置し、床面Ｆに電磁石を配置してもよい。電磁石に通電して、床面Ｆにトレイ２の永久磁石と同じ磁極（例えばＮ極）を発生させることにより、両者間に磁気反発力を発生させることができる。トレイ２側の永久磁石に代えて電磁石を配置してもよい。

また、本実施形態においては、ロボット３が、搭載しようとする物品Ｗの形状およびトレイ２上の空きスペースを検出するためのカメラを備えていてもよい。そして、ロボット制御部１１が、ハンド７によって把持した物品Ｗを、トレイ２上の空きスペースに物品Ｗの向きを調整しながら配置することにしてもよい。

この場合において、ロボット制御部１１は、図５に示されるように、トレイ２上に搭載された物品Ｗ群の水平方向の重心位置Ｇを算出し、重心位置Ｇを通過する鉛直平面上に配置される位置においてトレイ２を押圧するようロボット３を制御することが好ましい。
これにより、床面Ｆ上においてトレイ２を真っ直ぐに摺動させることができる。

重心位置Ｇの算出は、例えば、以下の通りに行われる。
まず、ロボット３が物品Ｗを把持して持ち上げたときに力センサ８により検出される物品Ｗの重量と物品Ｗの形状とから、各物品Ｗの重心位置Ｇを算出するとともに、トレイ２上に物品Ｗを載置したときの重心位置Ｇの座標を重量と対応付けて記憶する。そして、ロボット制御部１１は、全ての物品Ｗがトレイ２上に搭載された後に、記憶していた各物品Ｗの重量と重心位置Ｇの座標とから、物品Ｗ群の水平方向の重心位置Ｇを算出する。

また、本実施形態においては、ロボット３の設置位置に近接する第１位置からロボット３の設置位置から離間した第２位置まで搬送する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示されるように、ロボット３のベース３１の下方に空間を設け、空間内においてトレイ２を（紙面に直交する方向に）移動させる搬送経路を採用してもよい。

１物品搬送システム
２トレイ
３ロボット
４摩擦力低減装置
５制御装置
８力センサ
Ｆ床面
Ｇ重心位置
Ｗ物品

Claims

床面上に配置され、搬送しようとする物品を搭載するトレイと、
外力を検出する力センサを備えるロボットと、
前記床面または前記トレイの少なくとも一方に設けられ、前記床面と前記トレイとの間の摩擦力を調整する摩擦力低減装置と、
前記ロボットを制御して前記トレイに横荷重を加えることにより前記床面上を摺動させるとともに、横荷重を加えたときに前記力センサにより検出された前記横荷重方向の外力の大きさに基づいて前記摩擦力低減装置を制御する制御装置とを備える物品搬送システム。
前記摩擦力低減装置が、前記床面と前記トレイとの間に加圧流体を供給する請求項１に記載の物品搬送システム。
前記摩擦力低減装置が、前記床面と前記トレイとの間に磁気反発力を発生させる請求項１に記載の物品搬送システム。
前記制御装置が、前記摩擦力低減装置を制御して、前記力センサにより検出される前記横荷重方向の外力の大きさを所定の範囲内の値とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の物品搬送システム。
前記摩擦力低減装置が、前記床面に、前記物品の搬送経路に沿って分布して配置され、
前記制御装置が、前記トレイが配置されている領域内の前記摩擦力低減装置のみを作動させる請求項１から請求項４のいずれかに記載の物品搬送システム。
前記制御装置が、前記物品が搭載された状態の前記トレイの水平方向の重心位置を算出し、算出された前記重心位置を通過する鉛直な平面上に配置される前記トレイを押圧するよう前記ロボットを制御する請求項１から請求項５のいずれかに記載の物品搬送システム。