KR101634463B1 - 부품 공급 장치 - Google Patents

Abstract

벌크 상태에서 공급된 여러 가지 형상의 부품을, 범용적 수단으로 고속으로 정렬시킬 수 있는 부품 공급 장치를 얻는다. 거리 화상을 계측하는 3 차원 비전 센서(1)와, 벌크 부품 박스(2)와, 벌크 부품 박스(2)로부터 부품을 픽업하는 로봇(3)과, 몇 개의 수의 부품을 굴리는 임시 배치대(2)와, 부품의 외형을 계측하는 2 차원 비전 센서(5)와, 임시 배치대(2)에 굴려진 부품을 픽업하여, 부품의 위치 자세를 변경하면서, 미리 지정되는 위치 자세에 대해서 일정한 오차 이하의 위치 자세로 변경하는 로봇군(6)과, 각 수단을 제어하는 제어 장치(7)를 구비한다.

Description

부품 공급 장치{COMPONENT SUPPLY APPARATUS}

본 발명은, 자동 조립 장치나 자동 조립 로봇 등에 대해서, 벌크(bulk) 공급되는 부품을 정렬시키는 부품 공급 장치에 관한 것으로, 특히 복수의 수직 다관절형 로봇(이하, 간단히 「로봇」이라고 함)을 이용하여 정렬시키는 부품 공급 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 제품 조립 라인에 있어서, 구입처나, 전(前)공정으로부터 반송되는 부품은, 부품의 반송 및 스톡(stock)시에 필요한 차량, 또는 부품 박스가 차지하는 공간 체적을 작게 하기 위해서, 이른바 벌크 상태의 패키지로 도달하는 것이 많다.

따라서, 제품 조립의 자동화를 추진하기 위해서는, 조립 장치에 공급하는 부품을, 임의 수단으로 위치 자세를 정렬할 필요가 있다.

종래부터, 벌크 상태의 부품을 자동 정렬하는 수단으로서, 파트 피더(parts feeders)로 불리는 전용의 부품 정렬 장치가 널리 사용되고 있다. 그러나, 파트 피더는, 부품마다 전용으로 설계되기 때문에 범용성이 없고, 그 때문에 설계 기간이 길고, 가격이 높으며, 가동중에 진동 및 소음이 발생하는, 공장내에서 막대한 바닥 면적을 차지한다고 하는 문제가 있다.

또한, 부품 형상이 복잡한 경우에는, 부품이 파트 피더내에서 얽혀져서, 워크 인터럽션(work interruption)이라 불리는 일시적인 동작 정지가 발생하여, 오퍼레이터 콜(call)이 다발한다고 하는 문제도 있다.

또한, 파트 피더에 의한 부품 정렬이 불가능한 형상의 부품이 존재하므로, 파트 피더조차 사용할 수 없는 경우도 있다.

그래서, 상기 파트 피더를 대신하는 자동화 수법으로서, 벌크 상태의 부품을, 어떠한 하드웨어 기구를 이용하여, 어느 정도, 부품끼리가 겹치지 않은 상태로 변화시킨 후, 비전 센서를 이용하여, 바람직한 자세를 취하고 있는 부품만을 인식하여 위치 자세 보정을 행하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

또는, 벌크 상태의 부품의 위치 자세를 인식하고, 필요가 있으면 방향을 변경하여 임시 배치 후, 더 필요가 있으면 방향을 변경하여 정렬시키는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조).

특허 문헌 1에 기재된 기술은, 부품 수를 충분히 공급해 놓은 후에, 바람직한 자세로 되어 있는 부품만을 선택하여 취급한다고 하는 확률적인 사상에 의존하므로, 부품 수가 줄어들면, 바람직한 자세의 부품이 존재하지 않게 되는 확률이 높아져서, 부품이 남아 있음에도 오퍼레이터 콜의 발생이 증가하는 문제가 있다.

또한, 바람직한 자세로 될 확률이 낮은 부품을 공급 대상으로 했을 경우에는, 보다 많은 부품을 투입해 두지 않으면 안 되기 때문에, 보유 재고를 많이 거느릴 필요가 있고, 공장의 공간 체적(바닥 면적, 높이)을 낭비한다고 하는 문제가 있다.

한편, 특허 문헌 2에 기재된 기술은, 흡착 패드에 의해, 공기가 누출되지 않도록 정확하게 맞닿는 것이 가능하여, 목적의 흡착이 가능한 입방체 형상의 부품을 대상으로 하고 있다. 따라서, 평면 형상의 부품, 복잡한 형상의 부품, 표면에 요철이 있는 부품, 작은 구멍이 많은 부품, 가는 형상으로 이루어지는 부품 등과 같이 흡착 패드가 기능을 발휘할 수 있는 부위가 없고, 흡착 패드에 부착되지 않는 부품에 있어서는 대응할 수 없다고 하는 문제가 있다.

또한, 흡착 패드가 사용 불가인 경우에, 블로어(blower)로 끌어당기는 것도 생각할 수 있지만, 이 경우에는, 소음이 크고 또한, 전력 소비가 크다고 하는 문제가 생긴다.

또한, 특허 문헌 1, 2 중 어느 하나의 경우에도, 최종적인 정렬을 실패하게 하는 큰 오차를 흡수하기 위해서, 부품마다 설계한 특화 핸드(hand)를 사용하고 있으므로, 복수 종류의 부품을 동일한 핸드로 정렬할 수 없고, 부품 수와 동수의 핸드가 필요하여, 핸드 전환 시간, 핸드 임시 배치용의 넓은 장소가 필요하게 된다고 하는 문제가 있다.

또한, 부품마다 핸드를 다시 설계하지 않으면 안되고, 생산하는 기종의 전환시에, 핸드를 다시 만들기 위한 비용(설계, 제작, 조정비)을 필요로 한다고 하는 문제가 있다.

(선행 기술 문헌)

(특허 문헌)

특허 문헌 1 : 일본 특개평 제6－127698호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특개 제2011－685호 공보

종래의 부품 공급 장치는, 특허 문헌 1의 기술에서는, 확률적인 사상에 의존하고 있으므로, 다수의 부품을 투입하기 위해서 보유 재고를 많이 유지할 필요가 있고, 공장의 공간 체적을 낭비한다고 하는 과제가 있었다.

또한, 특허 문헌 2의 기술에서는, 흡착 패드가 닿을 수 있는 부위가 없는 부품에 있어서는 대응할 수 없다고 하는 과제가 있었다.

또한, 종래의 부품 공급 장치는, 부품마다 설계한 특화 핸드를 사용하고 있으므로, 막대한 설계 비용, 핸드 전환 시간 및 핸드 임시 배치 장소를 필요로 한다고 하는 과제가 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 비전 센서와 평행 척 핸드(parallel chuck hand)를 갖는 복수의 로봇을 이용하여 부품을 핸들링함으로써, 다종 다양의 부품에 대해서 전용의 지그(jig)나 핸드를 설계하는 일 없이, 벌크 상태의 부품을 정렬할 수 있는 부품 공급 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 부품 공급 장치는, 벌크된 부품을 수납하는 벌크 부품 박스와, 벌크 부품 박스내의 부품의 거리 화상을 계측하는 거리 화상 계측 수단과, 거리 화상에 근거하여 벌크 부품 박스로부터 부품을 픽업(pick up)하는 분리 수단과, 분리 수단에 의해 분리된 부품의 위치 자세를, 미리 지정되는 최종 위치 자세에 대해서 일정한 오차 이하의 위치 자세로 변경하는 위치 자세 변경 수단을 구비한 것이다.

본 발명에 의하면, 비전 센서로 부품의 위치 자세를 인식한 후에, 복수의 로봇으로 부품을 교환하면서 파이프라인 처리로 핸들링함으로써, 벌크 상태의 부품을 고속으로 정렬시킬 수 있다.

또한, 복잡한 형상의 부품이어도, 정렬 처리의 사이클 타임의 연장을 회피할 수 있다. 또한, 소프트웨어의 변경만으로 생산 기종의 전환을 신속히 행할 수 있으므로, 부품마다 전용 핸드를 필요로 하지 않고, 핸드의 비용 삭감, 핸드 설계 시간의 단축, 핸드 임시 배치 장소의 삭감이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 부품 공급 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에서 이용하는 거리 화상의 구체적인 예를 나타내는 설명도이다.
도 3은 도 1내의 로봇의 핸드의 구성예를 구체적으로 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 1내의 로봇의 핸드의 다른 구성예를 구체적으로 도시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전체의 동작 시퀀스를 나타내는 플로우차트이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 로봇 동작시의 파라미터의 구체적인 예를 나타내는 설명도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 자세 변경 조작의 원리를 나타내는 설명도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 3 가지의 자세 변경 궤도를 나타내는 설명도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 4에 따른 부품 공급 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 측면도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 4에 의한 동작 시퀀스를 나타내는 플로우차트이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태 4에 의한 동작을 나타내는 설명도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태 5에 따른 부품 공급 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 측면도이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태 6에 따른 부품 공급 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 측면도이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태 7에 따른 부품 공급 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 측면도이다.
도 15는 본 발명의 실시 형태 9에 있어서 파지 대상이 되는 부품의 입체 형상을 나타내는 사시도이다.
도 16은 본 발명의 실시 형태 9에 의한 해결 과제를 부품의 측면도 및 정면도로 도시하는 설명도이다.
도 17은 본 발명의 실시 형태 9에 의한 해결 과제를 벌크 부품의 측면도로 도시하는 설명도이다.
도 18은 본 발명의 실시 형태 9에 의한 복수의 3 차원 비전 센서를 나타내는 측면도이다.

(실시 형태 1)

이하, 도 1∼도 5를 참조하면서, 본 발명의 실시 형태 1에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 부품 공급 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 측면도이며, 복수(여기에서는 4대)의 로봇(3, 6a, 6b, 6c)을 이용하여, 벌크 부품을 정렬 공급하는 구성을 나타내고 있다.

도 1에 있어서, 부품 공급 장치는, 3 차원 비전 센서(1)와, 다수의 부품(예를 들어, L자 형상의 부품)이 수납된 벌크 부품 박스(2)와, 벌크 부품 박스(2)에 근접 배치된 제 1 로봇(3)(이하, 간단히 「로봇(3)」이라고 함)과, 부품의 임시 배치대(4)와, 임시 배치대(4)를 촬상하는 2 차원 비전 센서(5)와, 로봇(6a∼6c)으로 이루어지는 로봇군(6)(제 2 로봇)과, 3 차원 비전 센서(1) 및 2 차원 비전 센서(5)의 검출 결과에 근거하여 로봇(3) 및 로봇군(6)을 제어하는 제어 장치(7)와, 정렬된 부품이 탑재되는 팔렛(pallet)(8)을 구비하고 있다.

3 차원 비전 센서(1)는, 제어 장치(7)와 함께 거리 화상 계측 수단으로서 기능하고, 벌크 부품 박스(2)내에 적층된 부품을, 대략 위쪽으로부터 촬상하고, 3 차원 비전 센서(1)로부터 각 부품이 요철로(랜덤하게) 나열된 표면까지의 다수의 거리 데이터를 계측하는 기능을 갖는다.

또한, 3 차원 비전 센서(1)에 의해 거리 데이터를 취득하기 위한 계측 원리로서는, 스테레오법, 광 절단법, 공간 코드법, 랜덤 코드법, 타임 오브 플라이트(time of flight)법 등의 주지의 수법이 적용 가능하다. 3 차원 비전 센서(1)에 부여된 2개의 파선은, 각 수법에 의해 거리의 삼각측량을 행하는 형태를 나타내고 있다.

3 차원 비전 센서(1)에서 얻어진 거리 데이터는, 3 차원 비전 센서(1)내 또는 제어 장치(7)에 있어서 좌표 변화 연산 등이 실시되어, 거리 화상의 산출에 기여한다.

거리 화상은, 촬상된 장면의 화상의 각 픽셀에 대해서, 임의의 좌표계로부터 보았을 때의 「특정 좌표축 방향의 좌표치를 매핑한 것」으로, 예를 들어, 로봇(3)의 베이스 좌표계로부터 보았을 때의, 부품이 적층된 높이의 맵이다.

도 2는 거리 화상의 구체적인 예를 나타내는 설명도이며, 벌크 부품 박스(2)의 상부에 벌크된 부품군의 높이(거리) 분포를 로봇 좌표계의 XY 평면상에 플롯하여, 가장 높은 Z 좌표 위치의 계측치를 매핑한 상태를 나타내고 있다.

도 2에 있어서는, Z 좌표의 각 값의 크기를 막대 그래프의 길이로 도시하여, 그래프 전체를 플롯하고 있다. 도 2에 있어서, 중앙 부근에 돌기 형상으로 연장하고 있는 개소는, 부품의 일부가 우뚝 솟아 있는 상태라고 추정된다. 마찬가지로, 바로 앞쪽에서 함몰이 생겨 있는 개소에 인접한 돌출부는, 부품의 돌기 부위(파지가능 부위)가 존재하는 것으로 추정된다.

벌크 부품 박스(2)는, 특별한 기능을 구비하지 않고 상면이 개방된 간단하고 용이한 박스이며, 기본적으로는, 이른바 소지량분 또는 스톡량분의 수만큼의 부품을 저장할 수 있는 크기를 갖고 있다.

또한, 벌크 부품 박스(2)는, 내부를 구분하여 복수 종류의 부품을 저장 가능한 구성으로 해도 좋고, 이 경우, 구분 구획의 크기는 균등하지 않더라도 좋다.

또한, 벌크 부품 박스(2)의 내부 바닥면이나 외부 바닥면에 스펀지 등의 쿠션재를 마련하거나, 또는 벌크 부품 박스(2)를 용수철재 등으로 지지함으로써, 내충격성을 향상시켜도 좋다.

또한, 벌크 부품 박스(2)의 내부에 판 형상 돌기 등의 구조물을 마련하여, 부품의 자세가 특정의 범위로 정렬되기 쉽도록 구성해도 좋다.

또한, 팔렛 체인저(pallet changer)나 벨트 컨베이어 등으로 벌크 부품 박스(2)를 교환 가능하게 함으로써, 부품이 계속 놓여지도록 구성해도 좋다.

로봇(3), 로봇군(6)은, 일반적으로 널리 보급되어 있는 수직 다관절형 로봇으로 이루어진다.

로봇(3)은, 3 차원 비전 센서(1), 임시 배치대(4) 및 제어 장치(7)와 함께, 분리 수단(후술함)으로서 기능하고, 핀셋 형상 또는 핀셋 형상의 가는 집게(claw)(3t)를 갖는 핸드(3h)를 구비하고 있다.

한편, 로봇군(6)은, 2 차원 비전 센서(5) 및 제어 장치(7)과 함께, 부품의 위치 자세 변경 수단으로서 기능하고, 로봇군(6)내의 로봇(6a∼6c)은, 각각 평행 척 핸드를 갖고 있다.

다음에, 도 1에 나타낸 본 발명의 실시 형태 1에 의한 개략 동작에 대해 설명한다.

우선, 3 차원 비전 센서(1)는, 거리 화상을 해석함으로써, 벌크 부품 박스(2)내에 적층된 부품 중에서, 로봇(3)이 파지 가능한 부위 후보(이하, 간단히 「후보」라고도 함)를 산출하고, 더 최적화함으로써, 파지 가능한 부위 후보를 1개로 좁힌다.

또한, 파지 가능한 후보의 연산 처리 시에는, 미리, 로봇(3)의 핸드(3h)의 집게(3t)의 형상 및 사이즈를 수치화해 둔다.

예를 들어, 핸드(3h)가 도 3 또는 도 4에 나타내는 바와 같은 형상이면, 벌크 부품의 더미(heap)에 대해서, 부품과 접촉하지 않고, 핸드(3h)의 2개의 집게(3t)의 선단부를 동시에 삽입하고자 하는 것이므로, 집게(3t)의 열림 폭 W만큼의 거리를 이간한, 각 집게(3t)를 내포하는 최소의 크기의 2개의 원기둥 또는 각기둥으로 하여, 수치 모델화해 둔다.

이 때, 원기둥 또는 각기둥의 굵기는, 집게(3t)의 굵기를 근사하고, 원기둥 또는 각기둥의 길이는, 파지할 때에 부품에 집게(3t)를 거는 깊이를 근사하게 된다.

다음에, 3 차원 비전 센서(1)는, 최신의 거리 화상이 얻어지고 있는 것으로서, 최신의 거리 화상 중에서, 미리 수치화한 원기둥 또는 각기둥이 들어가는 공간이며, 또한, 공간의 사이에 부품이 존재하는 장소를 탐색한다.

도 2의 경우이면, 도 2의 중앙 부근에 돌기 형상으로 연장하고 있는 개소와, 도 2중의 바로 앞쪽에서 함몰이 생겨 있는 개소에 인접한 개소의 2 개소가 발견되게 된다.

또는, 로봇(3)의 핸드(3h)에 의해 파지 가능한 소돌기 부위의 형상(예를 들어, 열려진 핸드(3h)의 집게(3t)의 사이에 들어가는 각기둥, 원기둥, 평판, 원반)을, 거리 화상에 대해서 템플릿 매칭(template matching)을 행하여, 복수의 후보를 탐색 및 추출한다.

다음에, 3 차원 비전 센서(1)는, 추출된 복수의 후보에 평가치를 부여하여, 가장 평가치가 높은 1개의 후보만을 선택한다고 하는 최적화 연산을 행한다.

최적화 연산의 방법으로서, 2개의 원기둥에 끼인 돌기물(또는, 발견된 미소한 각기둥) 중, 가장 높은 Z축치를 평가치로서 채용하여, 그 평가치가 최대로 되는 후보를 선택한다.

이 최적화 연산은, 벌크된 부품 중, 가장 위쪽에 쌓여 있는 부품을 선택하는 것에 상당한다. 즉, 최대의 평가치를 선택함으로써, 부품의 후보를 최적화한 것으로 된다.

도 2의 경우이면, 도 2의 중앙의 돌기가 존재하는 개소가, 최적화된 후보가 된다.

이하, 선택된 최적화 후보에 접근하여 파지하기 위해서, 로봇(3)의 핸드(3h)의 집게(3t)를 어떻게 걸지에 대해서는, 간단한 계산으로 구할 수 있다.

즉, 부품을 파지할 수 있는 로봇(3)의 위치 자세를, 로봇 좌표계에 있어서의 XYZ 값 및 각 축 주위의 회전각으로서, 파지 가능한 후보의 위치 자세에 대한 상대 위치 자세를 부가함으로써, 산출할 수 있다.

또한, 거리 화상에 대해서, 핸드(3h)에서 파지 가능한 크기의 미소한 각기둥 형상의 부위를 템플릿 매칭하여 후보점을 추출하고, 그 후보점의 Z축 높이를 이용하여 최적화하는 것에 의해서도, 파지 위치 자세를 산출할 수 있어, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

로봇(3)은, 그 후, 파지한 부품을 임시 배치대(4)로 옮기고, 임시 배치대(4)의 위쪽에서 부품을 해방한다.

이 때, 로봇(3)은, 부품을 살며시 임시 배치대(4)에 놓는 것이 아니라, 던지듯이 임시 배치대(4)에 놓는 것이 바람직하다. 이에 의해, 얽혀진 부품이 풀려서, 1개씩 분리한 상태에서 임시 배치대(4)에 굴러서 정지할 확률이 높아진다.

여기서, 로봇(3)의 툴(tool) 좌표계를, 툴이 진행 방향을 Z축으로 잡고, 오른손 좌표계를 X, Y, Z축으로 하고, 각 축 X, Y, Z의 주위로 A, B, C축을 정의했을 때, 로봇(3)이 부품을 픽업하기 위해서, 벌크 부품 박스(2)의 부품에 근접해 가는 동작에 대해 설명한다.

예를 들어, 로봇(3)의 핸드(3h)의 집게(3t)가, 툴 좌표계의 A축 값 및 B축 값에 관해서는 반드시 동일한 값으로 되는 자세로, 또한 C축에 관해서는, 집게(3t)가 부품 사이의 극간에 들어가도록 회전시킨 자세로, Z축 방향으로 진행하는 것으로 한다.

이 때, 3 차원 비전 센서(1)의 좌표계와 로봇(3)의 좌표계의 캘리브레이션 오차 중, 자세 오차가 작아지는 영역을 사용하게 되어, 분리 성공 확률 P를 향상시키는 것이 가능해진다. 예를 들어, 로봇(3)은, 수직 하향으로 핸드(3h)를 낮추어 가도록 동작한다. 즉, 툴 좌표계의 Z축을, 세계 좌표계의 수직 하향, 또는, 중력 가속도의 방향과 동일한 것으로 한다.

또한, 「분리」란, 벌크 부품 박스(2) 중에서 1개의 부품만을 픽업하는 것을 지칭한다.

임시 배치대(4)는, 아무것도 구비하지 않은 간단하고 용이한 받침대이지만, 받침대상에 배제해야 할 물품(이물)이 실렸을 때에, 받침대면을 반전시키는 등 이물을 자기 무게로 미끄러져 떨어지게 하는(또는, 튕겨 날리는) 것과 같은 기구가 부가되어도 좋다.

임시 배치대(4)에 배제 기구를 마련했을 경우에는, 에러 복구가 신속히 행해지고, 택트 타임(Tact Time)이 늘기 어려워진다고 하는 효과가 있다.

또한, 임시 배치대(4)의 천판 표면의 높이(로봇 좌표계 Z축 방향)는, 미리 계측되고, 제어 장치(7)의 기억 영역에 기억되어 있는 것으로 한다.

로봇(3)은, 벌크 부품 박스(2)내에 벌크된 부품을, 상기 로봇 좌표 산출 처리에 근거하여, 핸드(3h)의 집게(3t)가 열려진 상태로 한 후에, 그 시점에서 얻어지고 있는 파지 위치로 이동하여, 핸드(3h)를 닫는다.

계속해서, 로봇(3)은, 핸드(3h)를 로봇 좌표계 Z축 방향을 따라 들어 올리도록 이동시키고, 벌크 부품 박스(2)로부터 파지할 수 있었던 부품을 끌어 올리는 동작을 행하고, 그 후, 파지한 부품을 임시 배치대(4) 상에 굴린다.

이상과 같이, 로봇(3)은, 벌크 부품 박스(2)내에 다수 들어가 있는 부품 중에서, 1개의 부품만을 취출한다고 하는 분리 기능을 구비하고 있다.

단, 로봇(3)은, 부품의 취출에 실패하여 부품을 파지할 수 없는 경우도 있고, 복수의 부품이 얽혀서, 한 덩어리의 상태에서 임시 배치대(4)에 구르는 경우도 있고, 또한, 복수의 부품이 얽히지 않고, 각각이 임시 배치대(4) 상에 구르는 경우도 있다.

상기의 어느 상태도, 로봇(3)이 상기 동작을 실행한 직후에, 임시 배치대(4)를 2 차원 비전 센서(5)로 촬상함으로써, 용이하게 판별할 수 있다.

예를 들어, 벌크 부품 박스(2)로부터의 부품의 취출에 실패했을 경우에는, 로봇(3)에 의한 픽업 조작을 재차 행한다.

또한, 복수의 부품이 얽혀서, 한 덩어리의 상태로 임시 배치대(4)에 구른 경우에는, 임시 배치대(4)의 천판을 반전시키는 배제 수단 등(도시하지 않음)을 이용하여, 부품을 라인 아웃시킨다.

또한, 라인 아웃은, 예를 들어, 부품 폐기 박스(도시하지 않음)를 준비해 두고, 부품 폐기 박스내에 부품을 폐기하는 등을 행함으로써, 용이하게 실현될 수 있다.

한편, 복수의 부품이 얽히는 일 없이 임시 배치대(4)에 구른 경우에는, 후단의 로봇군(6) 중 하나의 로봇이, 부품을 1개씩 핸들링하거나, 1개의 부품만을 핸들링한 후에, 임시 배치대(4)의 천판을 반전시키는 배제 수단 등으로, 나머지의 부품을 라인 아웃시킨다.

2 차원 비전 센서(5)는, 부품 외형 계측 수단으로서 기능하고, 널리 보급되어 있는 센서로 이루어지고, 임시 배치대(4)에 굴려진 부품을 촬상하여, 그 외형 형상을 취득한다. 이하, 계측에 의해 취득한 부품의 외형은, 부품의 위치 자세의 산출에 기여한다.

부품의 위치 자세의 산출 연산 처리는, 2 차원 비전 센서(5)내 또는 제어 장치(7)에 있어서, 예를 들어, 템플릿 매칭법에 의해 행해진다.

템플릿 매칭법에 있어서, 템플릿 화상은 미리 등록되지만, 여기에서는, 취급하는 부품을 임시 배치대(4) 상에 굴려 보고, 안정하게 정지하는 자세의 수만큼의 템플릿 화상을 등록하는 것으로 한다.

취급하는 부품에 대해서 등록되는 화상은, 표리가 관계가 없는 부품의 경우에는 1개, 표리에 관계가 있는 부품의 경우에는 2개, 5 가지의 자세로 정지하는 부품의 경우에는 5개가 된다.

또한, 취급하는 부품의 형상이 원통 형상이며, 축 주위의 각도를 구별할 필요가 있는 경우에는, 임시 배치대(4)에 전용의 지그(jig)를 마련하여 각도를 고정하거나, 로봇군(6)에 의한 교환 동작에 있어서 각도를 결정한다.

로봇군(6)에 있어서, 로봇(6a)은, 평행 척 핸드에 의해 임시 배치대(4)로부터 부품을 픽업한다. 이후, 로봇(6a, 6b, 6c)의 상호 간에서, 부품의 표리 등을 반전시키면서, 교환한 후, 로봇(6c)은, 부품 정렬용의 팔렛(8) 상에 부품을 정렬 배치한다.

여기서, 상기 부품 공급 동작에 의한 부품의 핸들링 순서에 대해 설명한다.

우선, 3 차원 비전 센서(1)에 의한 부품 인식을 행하고, 인식된 부품의 파지 가능한 부품의 일부분(예를 들어, 로브(lobe)와 같이 돌출된 부분, 또는, 돌출된 형상으로 추정되는 부분)의 위치 자세를 1개로 좁힌다.

다음에, 제어 장치(7)는, 좁힌 위치 자세와 로봇(3)의 핸드(3h)의 집게(3t)의 위치 자세가 일치하도록, 로봇(3)을 동작시킨 후에, 집게(3t)를 닫아서 부품을 파지시킨다.

계속해서, 로봇(3)은, 벌크 부품 박스(2)로부터 부품을 취출하여, 임시 배치대(4)의 위쪽에서 집게(3t)를 열어서, 부품을 임시 배치대(4)에 굴림으로써, 부품을 임시 배치대(4) 상에 놓는다.

이 결과, 부품은 몇 가지의 안정 상태 중 하나의 자세로, 임시 배치대(4) 상에서 정지한다. 여기에서는, 설명을 간단하게 하기 위해, 부품이 얽힘이나 중첩을 일으키는 일 없이, 임시 배치대(4)에 놓여졌을 경우에 대해 설명한다.

또한, 부품이 얽힘이나 중첩을 일으키지 않고 임시 배치대(4)에 놓여진 상태를, 「분리된 상태」라고 기재하기로 한다.

다음에, 2 차원 비전 센서(5)는, 미리 등록된 템플릿 화상과, 패턴 매칭법을 이용하여, 임시 배치대(4)에 놓여진 부품의 위치 자세를 인식한다.

이 때, 부품에 복수의 안정 상태가 있는 경우에는, 2 차원 비전 센서(5)는, 그들 모든 안정 상태에 대해서 인식 프로그램을 실행하고, 인식 결과의 신뢰성이 가장 높은 안정 상태의 결과를, 전체의 인식 결과로서 채용한다.

전술과 같이, 표리가 관계가 없는 부품인 경우에는, 안정 자세는 1개로만 된다.

이상의 처리에 의해, 임시 배치대(4)에 놓여진 부품이, 어떤 안정 상태에서 또한 어느 위치 자세에 있는지를, 3 차원적으로 파악할 수 있다.

그 이유는, 임시 배치대(4)의 높이가 기지이고, 또한 부품이 분리되어 있으므로, 어떤 안정 상태인지를 판별할 수 있으면, 부품의 높이 위치가 결정되어, 부품의 자세 어긋남도 평면내의 회전으로만 되기 때문이다.

또한, 부품의 평면내의 위치 어긋남 및 회전은, 2 차원 비전 센서(5)에 의해 계측할 수 있다.

2 차원 비전 센서(5)는, 부품의 위치 자세의 좌표가 어떤 템플릿 화상과 매칭했는지를 나타내는 「패턴의 식별 정보」를 출력한다.

또한, 2 차원 비전 센서(5)는, 임시 배치대(4)상에 부품이 존재하지 않았던 경우, 부품이 센서 시야로부터 벗어나고 있는 경우, 또는, 부품의 위치 자세의 좌표가 어느 하나의 템플릿 화상과도 매칭하지 않았던 경우를 나타내는 「식별 정보」를 출력한다.

이상과 같이, 2 차원 비전 센서(5)에 의해, 임시 배치대(4)의 상면에 굴려진 부품의 3 차원적인 위치 자세가 계측된 후, 로봇군(6)내의 하나의 로봇(6a)은, 각 안정 상태에 따라, 미리 결정된 동작으로 부품을 파지하여, 로봇(6b)과의 부품 교환 동작을 행한다.

계속해서, 로봇(6b)은, 2 차원 비전 센서(5)에서 계측한 부품의 안정 상태로부터, 로봇(6a)이 어떠한 동작을 행하는지 알 수 있으므로, 각 안정 상태에 따라 미리 결정된 동작으로, 로봇(6a)과의 사이에서 부품 교환 동작을 행한다.

마지막으로, 로봇(6c)은, 로봇(6b)과 마찬가지로, 2 차원 비전 센서(5)가 인식한 부품의 안정 상태로부터, 로봇(6b)이 어떠한 동작을 행하는지 알 수 있으므로, 각 안정 상태에 따라 미리 결정된 동작으로, 로봇(6b)과의 사이에서 부품 교환 동작을 행하고, 또한 정렬용의 팔렛(8)에의 정렬 공급을 행한다.

로봇(6a)은, 로봇(6b)에의 부품 교환 후에는, 임시 배치대(4)상의 다음의 부품의 파지로 향하고, 로봇(6b)은, 로봇(6c)에 부품을 교환한 후에는, 다음의 로봇(6a)으로부터의 부품 교환에 대비한 이동을 행하고, 로봇(6c)은, 부품의 정렬 후에는, 로봇(6b)으로부터의 부품 교환에 대비한 이동을 행한다.

이상의 순서에 의해, 각 로봇(3, 6a∼6c)이 항상 계속 움직이는 파이프라인 처리가 실현되므로, 부품의 자세를 복수회 변경했다고 해도, 부품의 정렬 간격은, 단일의 로봇이 부품을 이동시키는 한 동작 중 가장 시간이 긴 것에 의해 결정된다. 또한, 각 로봇의 동작 시간은, 실험적으로 거의 동일한 정도인 것이 관측되어 있다.

도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전체의 동작 시퀀스를 나타내는 플로우차트이며, 3 차원 비전 센서(1), 로봇(3), 2 차원 비전 센서(5) 및 로봇(6a∼6c)의 각 동작 시퀀스를, 서로 관련지어 병렬로 나타내고 있다.

도 5의 시퀀스는, 제어 프로그램으로서 소프트웨어화되어 있고, 제어 장치(7)내에 저장되어 있는 것으로 한다.

도 5에 있어서, 3 차원 비전 센서(1)는, 점선 화살표로 도시한 바와 같이, 로봇(3)의 처리 순서(후술의 스텝 S12)에 응답하여 동작을 개시하고, 우선, 벌크 부품 박스(2)내의 부품의 거리 화상을 계측한다(스텝 S1).

계속해서, 3 차원 비전 센서(1)는, 파지 후보를 최적화하고(스텝 S2), 점선 화살표로 도시한 바와 같이, 파지 후보의 좌표를, 제어 장치(7)를 거쳐서 로봇(3)에 송출한다(스텝 S3). 이하, 스텝 S1∼S3의 동작 완료에 의해, 스텝 S1로 복귀한다.

로봇(3)은, 우선, 3 차원 비전 센서(1)의 시야를 차단하지 않도록 대피 좌표로 이동하고(스텝 S11), 3 차원 비전 센서(1)에 의한 전술의 계측을 요구한다(스텝 S12).

로봇(3)은, 3 차원 비전 센서(1)의 계측에 의해 파지 후보의 좌표를 취득하면, 파지 좌표로 이동하고(스텝 S13), 핸드(3h)를 폐쇄 동작시켜 파지 후보를 파지한다(스텝 S14).

계속해서, 로봇(3)은, 임시 배치대(4)의 좌표로 이동하고(스텝 S15), 핸드(3h)를 개방 동작시켜, 파지한 부품을 임시 배치대(4) 상에 굴린다(스텝 S16). 이하, 스텝 S11∼S16의 동작 완료에 의해, 스텝 S11로 복귀한다.

2 차원 비전 센서(5)는, 점선 화살표로 도시한 바와 같이, 로봇(6a)의 처리 순서(후술의 스텝 S32)에 응답하여 동작을 개시하고, 우선, 임시 배치대(4)상의 화상을 계측한다(스텝 S21).

계속해서, 2 차원 비전 센서(5)는, 계측 화상과 템플릿 화상의 패턴 매칭을 행하고(스텝 S22), 점선 화살표로 도시한 바와 같이, 패턴 식별 정보 및 파지 좌표를, 제어 장치(7)를 거쳐서 로봇(6a)에 송출한다(스텝 S23). 이하, 스텝 S21∼S23의 동작 완료에 의해, 스텝 S21로 복귀한다.

로봇(6a)은, 우선, 2 차원 비전 센서(5)의 시야를 차단하지 않도록 대피 좌표로 이동하고(스텝 S31), 2 차원 비전 센서(5)에 의한 전술의 계측을 요구한다(스텝 S32).

로봇(6a)은, 2 차원 비전 센서(5)의 계측에 의해 패턴 식별 정보 및 파지 좌표를 취득하면, 계측 결과(제어 장치(7)내의 부품 정보)에 따라, 스텝 S31, S32, S34에의 분기 판정을 행하고, 판정 결과에 따른 분기 동작을 행한다(스텝 S33).

로봇(6a)은, 2 차원 비전 센서(5)로부터 적정한 파지 좌표가 얻어진 경우에는, 임시 배치대(4)상의 파지 좌표로 이동하고(스텝 S34), 핸드를 폐쇄 동작시켜 임시 배치대(4)상의 부품을 파지한다(스텝 S35).

계속해서, 로봇(6a)은, 인접하는 로봇(6b)에의 부품 전달 자세로 이동하고(스텝 S36), 부품의 인수 대기 상태로 이행한다(스텝 S37). 스텝 S37은, 점선 화살표로 도시한 바와 같이, 로봇(6b)의 부품 대기 상태(스텝 S42)에 링크한다.

로봇(6a)은, 파선 화살표로 도시한 바와 같이, 로봇(6b)의 핸드 폐쇄 동작(스텝 S44)을 확인한 시점에서, 핸드를 개방 동작시켜, 자신이 파지하고 있던 부품을 로봇(6b)에 전달한다(스텝 S38). 이하, 스텝 S31∼S38의 동작 완료에 의해, 스텝 S31로 복귀한다.

로봇(6b)은, 우선, 로봇(6a)의 동작 공간을 차단하지 않도록 대피 좌표로 이동하고(스텝 S41), 로봇(6a)의 인수 대기 상태(스텝 S37)에 응답하여, 로봇(6a)으로부터의 부품 대기 상태로 이행한다(스텝 S42).

로봇(6b)은, 로봇(6a)의 부품 전달 좌표로 이동하고(스텝 S43), 핸드를 폐쇄 동작시켜, 로봇(6a)이 파지하고 있던 부품을 파지한다(스텝 S44).

계속해서, 로봇(6b)은, 부품 자세를 변경시키고(스텝 S45), 또한 인접하는 로봇(6c)에의 부품 인도 자세로 이동하고(스텝 S46), 부품의 인수 대기 상태로 이행한다(스텝 S47). 스텝 S47은, 점선 화살표로 도시한 바와 같이, 로봇(6c)의 부품 대기 상태(스텝 S52)에 링크한다.

로봇(6b)은, 파선 화살표로 도시한 바와 같이, 로봇(6c)의 핸드 폐쇄 동작(스텝 S54)을 확인한 시점에서, 핸드를 개방 동작시켜, 자신이 파지하고 있던 부품을 로봇(6c)에 전달한다(스텝 S48). 이하, 스텝 S41∼S48의 동작 완료에 의해, 스텝 S41로 복귀한다

로봇(6c)은, 우선, 로봇(6b)의 동작 공간을 차단하지 않도록 대피 좌표로 이동하고(스텝 S51), 로봇(6b)의 인수 대기 상태(스텝 S47)에 응답하여, 로봇(6b)으로부터의 부품 대기 상태로 이행한다(스텝 S52).

로봇(6c)은, 로봇(6b)의 부품 전달 좌표로 이동하고(스텝 S53), 핸드를 폐쇄 동작시켜, 로봇(6b)이 파지하고 있던 부품을 파지한다(스텝 S54).

계속해서, 로봇(6c)은, 부품 자세를 변경시키고(스텝 S55), 팔렛(8)에의 부품 삽입 좌표로 이동하고(스텝 S56), 핸드를 개방 동작시켜, 자신이 파지하고 있던 부품을 팔렛(8)에 삽입한다(스텝 S57). 이하, 스텝 S51∼S57의 동작 완료에 의해, 스텝 S51로 복귀한다.

여기서, 2 차원 비전 센서(5)의 계측 결과(부품 정보)에 근거하는 로봇(6a)의 분기 동작(스텝 S33)에 대해, 구체적으로 설명한다.

로봇(6a)은, 스텝 S33에 있어서, 계측 결과에 근거하는 이하의 판정 처리와, 판정 결과에 따른 분기 동작을 행한다.

우선, 2 차원 비전 센서(5)의 계측 결과가, (A) 임시 배치대(4)상에 부품이 1개도 존재하지 않는 상태를 나타내는 경우에는, 로봇(6a)은, 스텝 S31로 복귀하여, 자신의 대기 좌표로 이동한다. 이와 동시에, 제어 장치(7)는, 로봇(3)의 동작이 적정하게 행해지지 않았던 것이라고 간주하여, 로봇(3)에 대한 동작 지령을 생성하여, 로봇(3)으로 하여금 일련의 동작(스텝 S11∼S16)을 재차 실행하게 한다.

또한, 2 차원 비전 센서(5)의 계측 결과가, (B) 임시 배치대(4)상의 부품이 2 차원 비전 센서(5)의 시야로부터 벗어나고 있는 상태를 나타내는 경우에는, 로봇(6a)은, 임시 배치대(4)로부터 부품을 배제하는 동작을 행한다. 구체적인 예로는, 로봇(6a)이 임시 배치대(4)상의 부품을 튕겨 날리게 하여, 임시 배치대(4)상으로부터 배제한다.

또는, 임시 배치대(4)의 천판을 반전시키는 배제 기구를 마련하여, 제어 장치(7)로부터의 지시에 의해 배제 기구를 동작시키는 등의 처리가 행해진다.

임시 배치대(4)로부터 부품을 배제한 후에는, 로봇(6a)은, 스텝 S31로 복귀하여, 대기 자세로 이동한다. 이와 동시에, 제어 장치(7)는 로봇(3)에 대한 동작 지령을 생성하고, 로봇(3)으로 하여금 일련의 동작(스텝 S11∼S16)을 재차 실행하게 한다.

또한, 2 차원 비전 센서(5)의 계측 결과(부품 정보)가, (C) 임시 배치대(4)상의 부품의 정지 자세가 이 이후에 자세 반전 수고가 많아지는 상태를 나타내는 경우에는, 로봇(6a)은, 임시 배치대(4)상의 부품을 접촉하여 넘어뜨리는 등으로 하여, 자세 반전 수고를 줄이는 동작을 행한다.

이 부품 자세 반전 수고 저감 동작의 종료 후, 로봇(6a)은, 스텝 S32로 복귀하여, 2 차원 비전 센서(5)의 계측 동작을 재차 실행시킨다.

또한, 2 차원 비전 센서(5)의 계측 결과(부품 정보)가, (D) 본 장치가 공급 대상으로 하여 취급하는 부품의 종류가 복수 존재하고 또한 부품 자세가 적정하지 않은 것을 나타내는 경우에는, 로봇(6a)은, 임시 배치대(4)로부터 부품을 배제하는 동작을 행하고, 스텝 S31로 복귀하여 대기 자세로 이동한다. 이와 동시에, 제어 장치(7)는, 로봇(3)에 대한 동작 지령을 생성하여, 로봇(3)으로 하여금 일련의 동작(스텝 S11∼S16)을 재차 실행하게 한다.

상기 (D)와 같이, 복수 종류의 부품을 공급 대상으로 하는 경우에는, 벌크 부품 박스(2)내에 칸(compartment)을 절단하여 상이한 부품을 분리 공급하게 되지만, 작업자가 다른 칸에 종류가 상이한 부품을 잘못하여 넣어 버리는 경우가 있다.

이 경우, 로봇(3)이 각 칸에 대해서 순차적으로 추출 작업을 행하면, 잘못된 부품에 맞닥뜨렸을 때, 본래의 순서와는 상이한 부품을 추출하여 임시 배치대(4)상에 싣게 되지만, 2 차원 비전 센서(5)의 패턴 계측 결과에 의해, 이종 부품인 것을 판정할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 실시 형태 1(도 1∼도 5)에 따른 부품 공급 장치는, 벌크된 부품을 수납하는 벌크 부품 박스(2)와, 벌크 부품 박스(2)내의 부품의 거리 화상(도 2)을 계측하는 3 차원 비전 센서(1)(거리 화상 계측 수단)와, 거리 화상에 근거하여 벌크 부품 박스(2)로부터 부품을 파지하여 픽업하는 로봇(3)(분리 수단)과, 로봇(3)에 의해 분리된 부품의 위치 자세를, 미리 지정되는 최종 위치 자세에 대해서 일정한 오차 이하의 위치 자세로 변경하는 로봇군(6)(위치 자세 변경 수단)을 구비하고 있다.

위치 자세 변경 수단은, 로봇(3)으로부터 부품을 수취하여, 부품의 위치 자세를 변경하는 로봇군(6)(제 2 로봇)을 구비하고 있다.

또한, 분리 수단은, 로봇(3)에 의한 파지 후에 해방되어(굴려진) 1개 이상의 부품이 탑재되는 임시 배치대(4)를 구비하고 있다.

또한, 위치 자세 변경 수단은, 임시 배치대(4)상의 부품의 외형을 계측하는 2 차원 비전 센서(5)(부품 외형 계측 수단)를 구비하며, 로봇군(6)(제 2 로봇)은, 임시 배치대(4)상에 굴려진 부품을 픽업하여, 부품의 위치 자세를 변경한다.

또한, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 부품 공급 장치는, 로봇(3)(제 1 로봇) 및 로봇군(6)(제 2 로봇), 및 3 차원 비전 센서(1) 및 2 차원 비전 센서(5)의 동작 및 동작 타이밍을 제어하는 제어 장치(7)를 구비하고 있다.

로봇군(6)은, 복수의 로봇(6a∼6c)으로 이루어지고, 임시 배치대(4)로부터 픽업된 부품을 복수의 로봇(6a∼6c)의 상호 간에 교환하면서, 부품의 위치 자세를 변경한다.

본 발명의 실시 형태 1에 의하면, 3 차원 비전 센서(1) 및 로봇(3)에 의해, 벌크 상태의 부품을 임시 배치대(4)상에 위치 결정하고, 2 차원 비전 센서(5)로 부품의 위치 자세를 인식한 후에, 복수의 로봇(6a∼6c)에 의해 부품을 교환하면서 파이프라인 처리로 핸들링하여 팔렛(8)에 정렬시키므로, 벌크 상태의 부품을 고속으로 정렬시킬 수 있다.

또한, 병렬 처리 시간을 각 로봇(3, 6a∼6c)의 동작 시간과 동등 정도의 시간으로 억제하는 것이 가능해서, 복잡한 형상의 부품이어도, 정렬 처리의 사이클 타임의 연장을 회피할 수 있다.

또한, 소프트웨어의 변경만으로 생산 기종의 전환을 신속히 행할 수 있으므로, 부품마다 전용 핸드를 필요로 하지 않고, 핸드의 비용 삭감, 핸드 설계 시간의 단축, 핸드 임시 배치 장소의 삭감이 가능해진다.

또한, 복수 종류의 부품을 공급 대상으로 했을 경우에서도, 부품마다 전용 핸드를 필요로 하지 않고, 핸드의 비용 삭감, 핸드 설계 시간의 단축, 핸드 임시 배치 장소의 삭감이 가능해진다.

또한, 도 1에서는, 3 차원 비전 센서(1), 2 차원 비전 센서(5)를, 로봇(3, 6a)과는 별개 구성으로 했지만, 3 차원 비전 센서(1)를 로봇(3)의 핸드 옆쪽에 장착하고, 2 차원 비전 센서(5)를 로봇(6a)의 핸드 옆쪽에 장착하여, 각각 핸드 아이(hand-eye) 구성으로 해도 좋다. 이 경우, 택트 타임은 증가하지만, 벌크 부품 박스(2)의 사이즈를 3 차원 비전 센서(1)의 시야보다 크게 할 수 있고, 또한, 임시 배치대(4)의 사이즈를 2 차원 비전 센서(5)의 시야보다 크게 할 수 있다.

(실시 형태 2)

또한, 상기 실시 형태 1(도 1∼도 5)에서는, 특히 언급하지 않았지만, 3 차원 비전 센서(1) 및 제어 장치(7)와 관련하는 로봇(3)의 동작에 있어서, 벌크 부품 박스(2)내의 부품의 픽업 성공률을 최선화하기 위해서, 최적인 파라미터를 선택하는 파라미터 최적화 수단을 설치해도 좋다.

이하, 도 1∼도 4를 참조하면서, 파라미터 최적화 수단을 마련한 본 발명의 실시 형태 2에 대해 설명한다.

로봇(3)의 동작에 있어서, 부품의 로브의 위치 자세와, 로봇(3)의 핸드(3h)의 집게(3t)의 위치 자세가 일치하도록 로봇(3)을 동작시킨 후에, 집게(3t)를 닫아, 부품을 파지하는 동작이 있다.

이 때, 핸드(3h)의 집게(3t)의 열림 폭 W를 어느 정도로 설정하여 부품에 근접해 가거나, 또는, 위치 자세를 일치시킬 때에, 부품의 로브에 대해서, 어떤 정도의 폭 W으로 집게(3t)를 걸지, 부품의 로브에 대해서 어떠한 자세로 집게(3t)를 걸지, 부품의 로브에 대해서 어떠한 상대 위치 자세까지 집게(3t)를 이동시켜 정지시킬지, 또한, 집게(3t)를 닫아 부품을 파지한 후에, 어떠한 궤도에서 핸드(3h)를 들어 올릴지에 대해서, 폭 W의 값, 자세의 값, 궤도의 형상을 결정하는 각 수치 파라미터에 대해, 조정을 행할 필요가 있다.

실험에 의하면, 상기 각 파라미터의 값과, 분리 성공 확률 P의 사이에는, 부품마다 관계가 존재한다. 분리 성공 확률 P는, 재시도(redo) 동작의 발생 확률과 표리의 관계에 있으므로, 택트 타임의 증감에 영향이 있고, 분리 성공 확률 P가 낮으면 택트 타임이 연장해 버린다.

따라서, 택트 타임이 짧아지도록 하는 파라미터를 선택하는 것이 중요하다.

그래서, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 부품 공급 장치에 있어서는, 로봇(3) 또는 제어 장치(7)에 파라미터 최적화 수단이 설치되어 있고, 파라미터 최적화 수단은, 제어 장치(7)에 의해 기동된다.

제어 장치(7)는, 로봇(3)을 동작시킬 때에, 예를 들어, 핸드(3h)의 집게(3t)의 열림 폭 W를 제어하고, 열림 폭 W는, 파라미터의 하나로서 기억되어 있다. 또한, 파라미터의 초기치는 미리 주어져 있다.

파라미터 최적화 수단이 기동되면, 로봇(3)은, 각 파라미터를, 미리 정한 방법으로 변화시키면서, 각 파라미터 값의 임의의 조합에 대한 분리 성공 확률 P를 관측한다고 하는 실험 시행을 반복하여 행한다.

이 때, 주어진 파라미터 값과, 각 파라미터 값에서 얻어진 분리 성공 확률 P로 이루어지는 복수의 조합 맵 데이터는, 제어 장치(7)내에 기록되어 간다.

그 후, 각 파라미터의 조합과 분리 성공 확률 P의 관계를, 예를 들어, 회귀식을 이용하여 모델화한다. 또한, 어느 정도의 횟수만큼의 실험을 시행한 후, 모델을 이용하여 파라미터의 최적화를 행한다. 즉, 분리 성공 확률 P가 가장 높아지는 파라미터 값 벡터를 판독하는 것이다.

또한, 시행을 행할 때에, 수학 모델이 정확한 것이 되도록, 시행하는 파라미터의 조합을 최적화해도 좋다.

또한, 시행을 시작하기 전에, 파라미터의 조합을 최적화한다면, 직교 어레이 또는 D 최적 등의 수법을 이용하면 된다. 또한, 시행의 중간에 동적으로 최적화를 행하는 것도 가능하다. 이에는, 공지 문헌(예를 들어, 일본 특개 제2008－36812호 공보)에 나타나는 실험 조건의 자동 발생 방법을 사용할 수 있다.

다음에, 도 6을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 로봇(3)의 동작시의 파라미터의 구체적인 예에 대해 설명한다.

도 6에 있어서, 도 6(a)는, 분리 성공 확률 P가 낮은 픽업 동작을 나타내고, 도 6(b)는, 본 발명의 실시 형태 2에 의한 분리 성공 확률 P가 높은 픽업 동작을 나타내고, 도 6(c)는, 도 6(b)에 있어서의 핸드(3h)의 동작 파라미터를 나타내고, 도 6(d)는, 분리 성공 확률 P를 최대화하는 파라미터(수평 거리 d, 각도 θ) 의 조합(흑색 원형 참조)을 나타내고 있다.

도 6(a)에 있어서, 핸드(3h)는, 굵은선 화살표로 도시한 바와 같이, 벌크 부품 박스(2)내의 하나의 부품을 파지하여, 수직 위쪽으로 똑바로 끌어 올려져 있다.

한편, 도 6(b), 도 6(c)에 있어서, 부품을 파지한 핸드(3h)는, 굵은선 화살표로 도시한 바와 같이, 각도 θ 방향으로 수평 거리 d만큼 이동한 후에, 수직 위쪽으로 끌어 올려져 있다.

로봇(3)의 동작에 있어서, 벌크 상태의 부품으로부터 1개의 부품만을 뽑아낼 때에, 파지한 부품과 파지하지 않는 부품이 접촉하고 있고, 파지 부품은, 파지하지 않는 부품을 밀어 헤치면서 끌어 올려지게 된다.

즉, 파지 부품이 인발(引拔) 궤도를 이동하고 있는 기간에 있어서, 파지점에는 외력이 가해지므로, 이 외력이, 파지 초기의 안정 파지 상태를 파괴하여, 분리 성공 확률 P를 저하시키는 요인이 되고 있다.

그래서, 분리 성공 확률 P를 향상시키기 위해서는, 1개의 부품을 파지했을 때에, 도 6(a)의 궤도(굵은선 화살표)와 같이, 즉시 수직 위쪽으로 똑바로 핸드(3h)를 끌어 올리지 않고, 도 6(b)의 궤도와 같이, 각도 θ 방향으로 수평 거리 d만큼 이동한 후에, 수직 위쪽으로 끌어 올리는 것이 유효하게 된다.

도 6(b)의 궤도에서 핸드(3h)를 동작시킴으로써, 외력의 영향을 작게 할 수 있어, 분리 성공 확률 P를 향상시키는 것이 가능해지지만, 각 파라미터는, 부품의 형상 및 크기에 의존한다.

따라서, 본 발명의 실시 형태 2에 의한 파라미터 최적화 수단을 이용하여, 각도 θ와 수평 거리 d를 직교 어레이로 조합한 후에, 파라미터 조합마다 n회의 시행을 행하고, 각도 θ와 수평 거리 d의 조합에 대한 분리 성공 확률 P의 맵 데이터를 취득한다.

그 후, 분리 성공 확률 P를 각도 θ 및 수평 거리 d의 함수로 간주하여, 분리 성공 확률 P를 계산하기 위한 회귀식, 예를 들어, 이하의 식(1)에 있어서, 각 계수 A, B, C, D, E를 구한다.

P=A×θ＾2＋B×θ＋C×d＾2＋D×d＋E···(1)

또한, 각 계수 A, B, C, D, E를 결정하기 위해서는, 예를 들어, 최소 제곱법이 이용된다.

회귀식이 구해지면, 분리 성공 확률 P를 최대화하는 각도 θ 및 수평 거리 d를 맵 데이터로부터 판독한다.

이와 같이 하여, 시행과 회귀식 계수 A, B, C, D, E의 연산을 행하여, 구해진 회귀식으로부터, 분리 성공 확률 P를 최대화하는 파라미터(각도 θ, 수평 거리 d)의 판독을 행함으로써, 도 6(d)에 나타낸 바와 같이, 각도 θ 및 수평 거리 d의 선택치가 결정된다.

이상과 같이, 본 발명의 실시 형태 2(도 6)에 의하면, 분리 수단을 구성하는 로봇(3) 또는 제어 장치(7)는, 파라미터 최적화 수단을 구비하고 있고, 파라미터 최적화 수단은, 벌크 부품 박스(2)로부터의 부품의 픽업 동작을 정의하는 파라미터를 자동적으로 변화시키면서, 픽업 성공률을 관측하여 기록하고, 픽업 성공률이 최선으로 되는 파라미터를 선택한다.

이에 의해, 분리 성공 확률 P를 높게 하여 택트 타임을 짧게 하도록 하는 최선의 파라미터(각도 θ, 수평 거리 d)를, 벌크 부품 박스(2)로부터의 부품의 픽업시에, 자동적으로 선택할 수 있다.

(실시 형태 3)

또한, 상기 실시 형태 1, 2에서는, 각 부의 기능 및 특징에 대해, 총괄적으로 언급하지 않았지만, 본 발명에 의한 벌크 부품의 정렬 효과는, 이하의 제 1∼제 5 특징(기능)에 의해 실현되어 있다.

우선, 제 1 특징은, 3 차원 비전 센서(1) 및 제어 장치(7)로 이루어지는 거리 화상 계측 수단을 구비하고 있는 것이다.

예를 들어, 종래 장치에서는, 부품을 파지하는 위치 자세를, 미리 부품의 종류마다 1개로 정하고 있던 것에 대해, 본 발명에 있어서는, 1개로 정하는 일 없이, 파지 동작의 직전에 3 차원 비전 센서(1)에 의한 계측을 행하고, 얻어진 계측 데이터에 따라, 임기응변으로 파지 위치와, 그 후의 동작을 변경하는 기능을 구비하고 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 3 차원 비전 센서(1) 및 2 차원 비전 센서(5) 및 제어 장치(7)에 의한 계측을 최저 2회 행함으로써, 벌크 상태로부터 팔렛(8)으로의 정렬 상태로 부품을 옮길 수 있다.

제 2 특징은, 3 차원 비전 센서(1), 로봇(3) 및 제어 장치(7)(분리 수단)를 구비하고 있는 것이다. 이 분리 기능은, 벌크 부품 박스(2)로부터 부품을 취출할 때에 효과를 얻는다.

종래 장치에 있어서는, 센서 계측치에 근거하여, 대상 부품을 파지할 수 있는 위치 자세를 취득하고 있었지만, 실제로는, 벌크 부품 박스(2)내에는, 파지 대상이 되는 부품의 주위에, 파지 대상 부품 이외의 다른 부품도 동시에 존재하고 있으므로, 부품 파지시에 다른 부품과 핸드(3h)의 사이에서 간섭이 발생하여, 주위의 부품을 튕겨 날려 버릴 가능성이 있다.

이 결과, 종래 장치에 있어서는, 부품의 위치 자세가 변화해 버리는 등, 파지할 수 없는 경우가 많이 발생한다. 또한, 파지 대상 부품이 벌크 부품 박스(2)내의 단부에서 발견되었을 경우에는, 로봇(3)이 파지 대상 부품에 접근할 때에, 핸드(3h)와 벌크 부품 박스(2)내의 칸막이나 벽이 간섭하는 경우도 많아, 파지가 성공하지 않을 가능성이 높아진다고 하는 문제가 생긴다.

이에 대해, 본 발명에 있어서는, 3 차원 비전 센서(1) 및 로봇(3)(분리 수단)에 의해, 다른 부품 등의 간섭도 포함한 후, 집게(3t)를 걸어 파지할 수 있는 개소를 탐색하여, 대상 부품을 파지하러 가므로, 확실하게 대상 부품을 파지할 수 있는 확률이 높아진다고 하는 효과가 있다.

또한, 로봇(3)에 의한 분리 기능은, 임시 배치대(4)상에 부품을 굴린 상태로부터, 팔렛(8)에 부품을 정렬시키는 과정에 있어서도 효과를 얻는다.

즉, 부품이 굴려진 자세마다, 이하의 로봇군(6)이 어떤 위치 자세의 부품을 핸드에서 파지하면 좋을 것인지의 순서 시퀀스를 유한개 마련하고, 그 순서 시퀀스 중 어느 하나를 선택할지를, 2 차원 비전 센서(5)의 계측치의 결과에 근거하여 결정할 수 있다. 이와 같이, 임기응변으로 파지 위치 자세의 시퀀스를 변경함으로써, 부품 정렬의 성공 확률을 확실하게 향상시킬 수 있다.

제 3 특징은, 3 차원 비전 센서(1) 및 제어 장치(7)(거리 화상 계측 수단)에 의해 얻어진 센서 계측치의 사용법에 있다.

종래 장치에서는, 부품 전체의 형상 모델과 계측 데이터의 매칭이 행해지고 있었지만, 본 발명에 있어서는, 파지 가능한 부품의 부위(예를 들어, 부품의 로브)를 탐색하여, 그 부위가 집게(3t)의 사이에 들어가는 위치까지 집게 선단부를 이동시키고, 로봇(3)을 동작시켜 집게 선단부를 이동한 후, 집게(3t)를 닫는 기능을 갖는다. 이에 의해, 확실하게 부품을 파지할 수 있는 확률이 높아진다고 하는 효과가 있다.

제 4 특징은, 임시 배치대(4), 2 차원 비전 센서(5), 로봇군(6) 및 제어 장치(7)(위치 자세 변경 수단)이다.

종래 장치에서는, 부품을 파지하는 위치 자세(부품과 집게의 상대 위치 자세)를, 미리 1개만 설정하고, 설정한 위치 자세를 변경하는 일 없이, 일단 파지한 후에는, 상대 자세를 고정한 상태에서 최후까지 계속해서 파지 작업이 행해지고 있었다.

즉, 종래 장치에서는, 벌크 부품 박스(2)로부터, 로봇(3)이 부품을 파지할 수 있었다고 해도, 부품을 들어올려 갈 때에, 주위의 부품을 밀어 헤치면서 파지 부품을 들어올려 가게 되고, 의도하지 않게, 파지 부품이 외력으로 회전하거나 위치 어긋남을 일으키거나, 집게(3t)로부터 뜯어지거나 하는 현상이 발생할 가능성이 있다. 이러한 파지 자세의 의도하지 않는 변화는, 부품 정렬 작업의 실패를 의미한다.

이에 대해, 본 발명에 있어서는, 임시 배치대(4), 2 차원 비전 센서(5), 로봇군(6) 및 제어 장치(7)(위치 자세 변경 수단)가, 3 차원 비전 센서(1) 및 제어 장치(7)(거리 화상 계측 수단)의 계측 결과를 처리함으로써, 임시 배치대(4)상의 부품과 파지 자세의 관계를 단지 1개로 고정하는 일 없이, 2 차원 비전 센서(5)에서 계측한 값에 따라 파지 위치를 변화시키는 능력을 발휘한다.

이에 의해, 본 발명에 의하면, 부품 정렬 작업의 실패 확률을 낮게 할 수 있다.

실험에서는, 부품 정렬 작업의 성공 확률은, 부품의 종류에도 따르지만, 예를 들어, 9할 이상 얻을 수 있음을 알 수 있다. 비록 실패했다고 해도, 재차, 계측 및 파지의 동작을 반복함으로써, 먼저 도시하는 바와 같은 성공 확률 하에서는, 계속 실패하는 확률은 극단적으로 낮아진다.

제 5 특징은, 임시 배치대(4), 2 차원 비전 센서(5), 로봇군(6) 및 제어 장치(7)(위치 자세 변경 수단)의 추가 기능으로서, 파지 자세로서 최초에 파지한 자세를 계속 이용하는 것이 아니라, 작업 도중에 파지를 해방하고 다시 파지하는 파지 위치 변경 기능을 갖는 것에 있다.

본 발명의 파지 위치 변경 기능에 의해, 벌크 부품 박스(2)로부터 부품을 분리할 때에, 상술한 부품의 위치 자세 차이 현상이 발생해도, 벌크 부품 박스(2)로부터 부품을 취출하여 팔렛(8)에 정렬시키는 것에 이르는 작업 전체의 성공에는, 영향을 미치는 것이 없다고 하는 효과를 갖는다.

또한, 파지 위치 변경 기능에 의하면, 다른 방향으로부터 다시 파지함으로써, 작업의 최종 단계에서 필요한 부품의 위치 자세의 정밀도가, 다시 파지를 행할 때마다 현재 정밀도보다 높아지므로, 최종 단계에서 필요한 정밀도를 얻을 수 있다고 하는 효과가 있다.

또한, 위치 자세 변경 수단에 관해서, 이하의 효과가 있다.

종래 장치와 같이, 1대의 로봇만으로 부품을 핸들링했을 경우, 부품 자세 반전 조작(예를 들어, 부품의 표리를 뒤집는 작업)이 성공하지 않는다고 하는 문제가 있다.

그 이유는, 1대의 로봇이 한번 파지한 부품의 표리를 반전시키는 조작에 있어서, 부품을 파지한 채로 반전시키고, 반전 상태에서 파지를 해방하여 임시 배치하고, 다시 파지할 필요가 있지만, 반전 상태에서 파지를 해방하여 임시 배치하려고 해도, 부품의 중력 방향으로 핸드가 존재하므로, 임시 배치대에 둘 수 없기 때문이다.

상기 문제를 해결하기 위해, 종래 장치에 있어서는, 로봇과는 별도의 동력 제어된 전용의 부품에 개재된 유지 지그 등을 설계하여, 설비에 장착함으로써 다시 파지를 성공시키고 있었지만, 생산 시스템의 확립과 기종 전환 시에 시간과 비용을 필요로 한다고 하는 새로운 문제도 생기고 있다.

이에 대해, 본 발명에 있어서는, 위치 자세 변경 수단으로서, 공중에서 반전한 부품을, 로봇군(6)(복수의 로봇(6a∼6c))의 상호 간에 교환함으로써, 다시 파지를 행하도록 구성되어 있다.

이에 의해, 생산 시스템의 확립과 기종 전환 시에, 제어 장치(7)내의 소프트웨어의 변경만으로 로봇군(6)의 동작을 변경하여, 부품의 반전을 실현할 수 있다.

또한, 여기에서는, 부품의 자세 변경 조작으로서, 대표적으로 표리 반전을 예로 들어, 설명했지만, 실제로는, 표리 반전 뿐만 아니라, 여러 가지 자세 변경 조작을 부품에 부가하도록 구성되게 된다.

또한, 그 때, 최종적으로 팔렛(8)에 부품을 정렬시킬 때에, 부품의 파지 위치에 따라서는, 팔렛(8)과 로봇(6c)의 핸드의 집게가 간섭하여 정렬시킬 수 없기 때문에, 팔렛(8)에 정렬되는 위치에서 부품을 파지해 둘 필요가 있다.

이 최종적인 파지 위치와 부품의 자세를 제약 조건으로 하여, 임시 배치대(4)에 굴려진 부품의 자세로부터 출발하여, 최종적인 파지 위치 및 자세에 이르는 위치 자세 변경 수단으로서, 복수대의 로봇(6a∼6c)을 구비하고 있다.

도 7은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 자세 변경 조작의 원리를 나타내는 설명도이며, 로봇군(6)(3대의 로봇(6a∼6c))을 이용하여 파지 위치 변경 기능을 실현한 예를, 6 차원의 공간 좌표로 도시하고 있다.

도 7에 있어서는, 로봇(6a)이 파지했을 때의 부품의 위치 자세의 실현치(파선)와, 로봇(6a)에 의한 임시 배치대(4)상의 부품의 파지 위치(파선과 실선의 접속점), 로봇(6b)이 파지했을 때의 부품의 위치 자세의 실현치(파선)와, 로봇(6a)으로부터 로봇(6b)으로의 부품의 교환 위치(파선과 실선의 접속점)와, 로봇(6c)이 파지했을 때의 부품의 위치 자세의 실현치(파선)와, 로봇(6b)으로부터 로봇(6c)으로의 부품의 교환 위치(파선과 실선의 접속점)와, 로봇(6c)에 의한 팔렛(8)에의 정렬 위치(파선과 실선의 접속점)가, 로봇군(6)의 측면도와 함께 도시되어 있다.

로봇(6a∼6c)은, 각각, 부품을 임의 위치(파선과 실선의 접속점)에서 파지하면, 파지한 부품의 위치 자세를 변화시킬 수 있지만, 그 실현 가능한 값은, 각 로봇(6a∼6c)의 신체성의 제약을 받아, 위치 자세의 자유도 「6」의 공간내에 다양체(manifold)로서 표현되게 된다.

도 7에 있어서, 굵은실선으로 이루어지는 궤적은, 로봇군(6)에 의한 부품의 이동 경로에 대응하며, 부채형 도형으로 도시하는 위치 자세의 실현치(파선)는, 부품의 위치 자세의 다양체를 형식적으로 표현하고 있다.

각 부채형 도형(파선) 내의 점유 공간은, 각 로봇(6a∼6c)의 이동 가능 범위에 대응하여, 각 점유 공간에는 제한이 주어져 있지만, 이 제한은, 부품의 표리 반전 동작에 제한이 있는 것을 표현하고 있다.

또한, 위치 자세의 다양체는, 부품의 파지 위치마다 도시되어야 할 것이다. 특히, 로봇군(6)내의 최종단의 로봇(6c)에 대해서는, 전술과 같이, 파지 위치에 팔렛(8)에의 정렬시의 간섭에 기인하는 제약이 생기므로, 사용 가능한 다양체가 형성되는 공간(부채형 도형의 점유 공간)을 줄임으로써, 제약을 표현할 수 있다.

이 경우, 로봇(6a)으로부터 로봇(6b)으로의 부품의 교환과 로봇(6b)으로부터 로봇(6c)으로의 부품의 교환이 행해짐으로써, 개개의 로봇(6a∼6c)에 의한 부품 위치 자세의 실현치(다양체)의 제약 범위를 넘어, 임시 배치대(4)로부터 팔렛(8)으로의 정렬에 필요한, 부품의 위치 자세의 변경 조작을 실현할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 3 가지의 자세 변경 궤도 M1∼M3을 나타내는 설명도이며, 도 7에 대응한 부채형 도형(파선)의 다양체와 함께, 6 차원의 공간 좌표로 도시하고 있다.

도 8에 있어서는, 임시 배치대(4)상에 임의 부품을 분리하여 굴렸을 때에 3 가지의 안정적인 자세를 취하는 경우에서의, 3 가지의 자세 변경 조작을 예로 들어, 로봇(6a)에 의한 임시 배치대(4)상의 부품의 3 가지의 파지 위치 자세 L1∼L3(파선과 실선의 접속점)과, 로봇(6b)에 의한 3 가지의 자세 변경 궤도 M1∼M3이 관련지어 도시되어 있다.

또한, 「3 가지」라고 하는 것은, 임시 배치대(4) 상에서 3 가지의 안정 자세를 취하는 것을, 실험으로 통계적으로 확인하면 된다. 또는, 2 차원 비전 센서(5)에 의해, 굴려진 부품의 자세를 계측하여, 3 가지로 계측 데이터를 분류할 수 있음을 확인하면 된다.

부품의 형상에 따라서는, 표리조차 불문인 경우도 있고, 표리의 2 가지인 경우, 도 8과 같이 3 가지인 경우, 또는 복잡한 형상의 부품이면, 5 가지 이상의 안정 자세를 취할 수 있음이 실험적으로 관측되어 있다.

임의의 수 가지(1∼5 가지)의 안정 자세의 어느 하나의 경우이더라도, 임시 배치대(4)상의 부품의 위치 자세로부터, 로봇군(6)을 거쳐서 최종적으로 팔렛(8)에 정렬되는 위치 자세에 이를 때까지, 파지 위치 자세의 동작 시퀀스를 설계할 수 있다.

따라서, 2 차원 비전 센서(5)에 의해 임시 배치대(4)상의 부품의 위치 자세를 계측하고, 각 경우에 있어서 임의 동작 시퀀스를 선택한 후에, 부품을 파지하는 위치 자세를 산출하여, 동작 시퀀스를 제어 장치(7)에서 행하도록 구성한다.

이에 의해, 벌크 공급된 부품을 팔렛(8)에 정렬 공급 가능하게 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 공급 대상 부품을 최종적으로 팔렛(8)에 정렬시키는 경우에 대해 설명했지만, 팔렛(8)에의 정렬로 한정되지는 않고, 최종 단계에서 부품끼리를 순차적으로 감합(勘合)시켜 제품을 조립하도록 구성해도 좋다.

이와 같이, 벌크 공급된 부품을 제품에 조립하도록 구성한 부품 공급 장치에 있어서도, 마찬가지의 효과를 얻는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 2 차원 비전 센서(5)에 의한 부품의 계측을 1회만 행하는 경우에 대해 설명했지만, 로봇(6a∼6c)에서 부품을 파지한 상태 중 어느 하나, 또는 모두를 2 차원 비전 센서(5)(또는, 3 차원 비전 센서(1))로 계측하여, 그 후의 로봇 동작을 변화시키도록 구성해도 좋다. 이 경우, 파지 미스에 의한 에러에 대응하는 동작 시퀀스를 추가함으로써, 성공률이 더 높은 부품 공급 장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

이상 서술해 온 바와 같이, 본 발명의 동작 원리는, 부품의 파지점을, 임의의 시점에 있어서의 센서 계측치를 이용하여, 동적으로 변경하여 가는 것이, 불확정인 벌크 부품의 위치 자세를 조작하는 것에 유효하게 기여하는 점에 있다.

(실시 형태 4)

또한, 상기 실시 형태 1∼3(도 1∼도 8)에서는, 3 차원 비전 센서(1)를, 로봇(3)과는 별개 구성으로 했지만, 도 9와 같이, 3 차원 비전 센서(1)를 로봇(3)의 핸드 옆쪽에 장착하여 핸드 아이 구성으로 해도 좋다.

도 9는 본 발명의 실시 형태 4에 따른 부품 공급 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 측면도이며, 전술(도 1 참조)과 마찬가지의 것에 대해서는, 전술과 동일 부호를 부여하고, 또는 부호의 뒤에 「A」를 부여하고 상술을 생략한다.

도 9에 있어서, 제어 장치(7A)는, 제어 순서 프로그램의 일부가 전술과 상이한 것으로 한다.

3 차원 비전 센서(1)는, 로봇(3)의 핸드(3h)의 옆쪽에 장착되어, 핸드(3h)와 함께 핸드 아이 구성을 실현하고 있다. 이에 의해, 3 차원 비전 센서(1)는, 로봇(3)의 운동에 따라 촬상 위치 자세를 변경 가능하게 구성되어 있다.

도 10은 본 발명의 실시 형태 4에 의한 3 차원 비전 센서(1) 및 로봇(3)의 동작을 나타내는 플로우차트이며, 전술(도 5 참조)과 마찬가지의 처리 스텝에 대해서는, 전술과 동일 부호를 부여하고 상술을 생략한다.

또한, 도 11은 본 발명의 실시 형태 4에 의한 로봇(3)의 동작을 나타내는 설명도이다.

도 10에 있어서, 스텝 S71∼S73은, 3 차원 비전 센서(1)에 의한 계측 처리(스텝 S12)에 대응한다.

우선, 로봇(3)은, 자신의 대기 위치(스텝 S11)를 출발하여, 촬상 궤도에 의한 운동을 개시한다(스텝 S70).

또한, 촬상 궤도란, 예를 들어, 벌크 부품 박스(2)의 위쪽으로부터, 3 차원 비전 센서(1)의 촬상 소자의 촬상 방향이 벌크 부품 박스(2)를 향하도록, 좌우로 이동하도록 하는 궤도를 지칭한다.

또는, 촬상 궤도란, 벌크 부품 박스(2)를 3 차원 비전 센서(1)의 시야에 넣으면서, 3 차원 비전 센서(1)가 서서히 벌크 부품 박스(2)에 근접하여 가도록 하는 궤도, 또는, 기하학 곡선(나선이나 원호 등)을 그리면서, 서서히 벌크 부품 박스(2)에 근접하여 가도록 하는 궤도를 지칭한다.

다음에, 스텝 S70에 이어서, 촬상 궤도에 의한 로봇(3)의 이동 중에, 3 차원 비전 센서(1)에 대해서 복수회(여기에서는, 2회)의 촬상 지시 F1, F2를 생성한다(스텝 S71, S72).

이에 의해, 3 차원 비전 센서(1)는, 복수회(여기에서는, 2회)의 화상 촬상 G1, G2를 행한다(스텝 S61, S62).

이하, 3 차원 비전 센서(1)는, 제어 장치(7A)와 협동하여 전술과 마찬가지의 연산 처리를 행하고, 스텝 S61, S62에서 얻어진 복수의 화상 데이터에 근거하여, 거리 화상을 계측한다(스텝 S1).

또한, 3 차원 비전 센서(1) 및 제어 장치(7A)는, 파지 후보의 좌표를 최적화하고(스텝 S2), 파지 좌표를 확정하여, 파지 후보의 좌표를 로봇(3)에 송출하고(스텝 S3), 스텝 S61로 복귀한다.

로봇(3)은, 3 차원 비전 센서(1)로부터 파지 후보의 좌표(파지 좌표)를 수신하면(스텝 S73), 전술과 마찬가지로, 얻어진 파지 좌표로 이동하고(스텝 S13), 핸드 폐쇄 동작(스텝 S14)에 의해 부품을 파지하여, 임시 배치대(4)의 좌표로 이동하고(스텝 S15), 핸드 개방 동작(스텝 S16)에 의해 임시 배치대(4)상에 부품을 굴리고, 스텝 S11로 복귀한다.

이하, 2 차원 비전 센서(5), 제어 장치(7A) 및 로봇군(6)은, 전술(도 5)과 마찬가지의 처리 동작을 행한다.

도 11은 도 10 중의 스텝 S61, S62, S70∼S73, S13의 동작을 나타내고 있다.

도 11에 있어서는, 촬상 지시 F1에 있어서의 핸드(3h)(F1) 및 3 차원 비전 센서(1)(F1)의 자세와, 촬상 지시 F2에 있어서의 핸드(3h)(F2) 및 3 차원 비전 센서(1)(F2)의 자세와, 파지 좌표로 이동한 핸드(3h)의 자세가 도시되어 있다.

도 11에 있어서, 파선 화살표는, 파지 좌표 계측시의 로봇(3)의 이동 순서를 나타내고, 2점쇄선 화살표는, 각 이동 위치에서의 3 차원 비전 센서(1)(F1), (F2)에 의한 화상 촬상 G1, G2를 나타내고 있다.

이상과 같이, 본 발명의 실시 형태 4(도 9∼도 11)에 의하면, 3 차원 비전 센서(1)가 로봇(3)에 일체적으로 설치되어 핸드 아이 구성을 실현하고 있고, 3 차원 비전 센서(1)에 의한 촬상 가능 범위와, 로봇(3)의 동작 가능 범위가 거의 일치하고 있다.

이에 의해, 전술보다 택트 타임이 증가하지만, 3 차원 비전 센서(1)와 로봇(3)의 레이아웃 상의 제약이 느슨해지므로, 시스템의 레이아웃 설계가 용이하게 된다고 하는 효과가 있다.

또한, 3 차원 비전 센서(1)의 촬상시에 로봇(3)의 운동을 정지하지 않아도 되기 때문에, 동작 시간이 짧아지는 효과도 있다.

또한, 벌크 부품 박스(2)의 사이즈를, 3 차원 비전 센서(1)의 시야보다 크게 구성할 수 있는 효과가 있다.

(실시 형태 5)

또한, 상기 실시 형태 4(도 9∼도 11)에서는, 위치 자세 변경 수단으로서, 전술의 실시 형태 1∼3과 마찬가지로, 로봇군(6)(로봇(6a∼6c))을 이용했지만, 도 12와 같이, 1대의 로봇(6b)을 이용하더라도 좋다.

도 12는 본 발명의 실시 형태 5에 따른 부품 공급 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 측면도이며, 전술(도 1, 도 9 참조)과 마찬가지의 것에 대해서는, 전술과 동일 부호를 부여하고, 또는 부호의 뒤에 「B」를 부여하고 상술을 생략한다.

여기에서는, 임시 배치대(4)로부터 팔렛(8)까지의 부품의 위치 자세 변경 수단이, 1대의 로봇(6b)에 의해 구성되어 있는 점이 전술(도 9)과 상이하다. 또한, 이 경우, 전술의 2 차원 비전 센서(5)가 생략되어 있고, 제어 장치(7B)내의 제어 시퀀스 프로그램의 일부가 전술과 상이한 것으로 한다.

도 12에 있어서, 로봇(3, 6b)은, 예를 들어, 일반적인 수직 다관절형 로봇, 또는 수평 관절 로봇, 직동 로봇 등으로 이루어진다.

로봇(3)은, 핀셋 형상 또는 핀셋 형상의 가는 집게(3t)(도 3, 도 4 참조)를 갖는 핸드(3h)를 구비하고 있고, 로봇(6b)은, 평행 척 핸드를 구비하고 있다.

로봇(3)의 핸드(3h)에 일체적으로 장착된 3 차원 비전 센서(1)(거리 화상 계측 수단)은, 벌크 부품 박스(2)내의 대상 부품의 거리 화상을 산출한다.

또한, 전술과 마찬가지로, 거리 화상을 해석함으로써, 적층된 부품 중에서, 로봇(3)이, 파지할 수 있는 부위(도 2 중의 중앙 부근에 돌기 형상으로 연장하고 있는 개소, 바로 앞쪽에 함몰이 생겨 있는 개소)의 후보를 산출하여, 최적화함으로써 후보를 1개로 좁힌다.

또한, 전술과 마찬가지로, 복수의 후보에 평가치를 부여하여, 가장 평가치가 높은 후보를 1개 선택한다고 하는 최적화 연산을 행함으로써, 부품의 후보를 최적화한다.

그 후, 로봇(3)은, 부품을 임시 배치대(4)에 옮기고, 살며시 임시 배치대(4)상에 놓는 것이 아니라, 임시 배치대(4)의 위쪽에서 부품을 해방하여, 던져지도록 임시 배치대(4)에 굴린다.

이에 의해, 얽혀진 부품이 풀려, 1개씩 분리한 상태에서 임시 배치대(4)에 굴러 정지하는 확률이 높아진다.

또한, 전술과 마찬가지로, 3 차원 비전 센서(1)의 좌표계와 로봇(3)의 좌표계의 캘리브레이션 오차 중, 자세 오차가 작아지는 영역을 사용함으로써, 분리 성공 확률을 향상시키는 것이 가능해진다.

여기서, 3 차원 비전 센서(1)(거리 화상 계측 수단)는, 임시 배치대(4)에 구른 부품을 촬상하여 부품의 외형 형상을 취득하는 부품 외형 계측 수단으로서의 기능을 갖고, 계측한 외형 형상으로부터, 부품의 위치 자세를 산출한다.

또한, 위치 자세의 산출 연산은, 전술과 마찬가지로, 3 차원 비전 센서(1)내, 또는 제어 장치(7B)내에서 행해진다. 또한, 산출 연산은, 예를 들어, 템플릿 매칭법에 의해 행해지고, 템플릿 화상은 미리 등록되는 것으로 한다.

이하, 평행 척 핸드를 구비한 로봇(6b)은, 임시 배치대(4)로부터 부품을 픽업하여, 팔렛(8)에 부품을 정렬 배치한다.

다음에, 도 12에 나타낸 본 발명의 실시 형태 5에 따른 부품 공급 장치의 동작에 대해, 부품이 핸들링되어 가는 순서에 따라 설명한다.

우선, 3 차원 비전 센서(1)(거리 화상 계측 수단)는, 부품 인식을 행하고, 인식된 부품의 파지 가능한 부위(로브와 같이 돌출한 부분), 또는, 파지 가능한 형상으로 추정할 수 있는 부분의 위치 자세를 1개로 좁힌다.

로봇(3)은, 거리 화상에 의해 좁혀진 위치 자세와, 핸드(3h)의 집게(3t)의 위치 자세가 일치하도록 동작하고, 집게(3t)를 닫아 부품을 파지한 후, 벌크 부품 박스(2)로부터 부품을 취출하여, 임시 배치대(4)의 위쪽에서 집게(3t)를 열어, 부품을 임시 배치대(4) 상에 굴려 탑재한다.

이 결과, 부품은, 임시 배치대(4)상에서, 몇 가지의 안정 상태 중 하나의 위치 자세로 정지한다.

여기에서는, 설명을 간단하게 하기 위해, 분리 상태(부품이 얽힘이나 중첩을 일으키는 일 없이, 임시 배치대(4)에 놓여진 상태)에서 안정되었을 경우에 대해 설명한다.

다음에, 3 차원 비전 센서(1)는, 임시 배치대(4)상의 부품을 촬상하여, 미리 등록된 템플릿 화상과, 거리 화상의 패턴 매칭법에 의해, 임시 배치대(4)에 놓여진 부품의 위치 자세를 인식한다.

이에 의해, 임시 배치대(4)의 상면에 굴려진 부품의 3 차원적인 위치 자세를 계측할 수 있었으므로, 계속해서, 로봇(6b)은, 임시 배치대(4)상의 부품을 파지한다.

이 때, 부품의 방향을 변경할 필요가 있는 경우에는, 로봇(6b)은, 일단 임시 배치대(4)상에서 부품을 떼어 놓아, 재차, 다른 방향으로부터 부품을 다시 파지한다.

제어 장치(7B)는, 3 차원 비전 센서(1)(거리 화상 계측 수단), 로봇(3)(분리 수단) 및 로봇(6b)(위치 자세 변경 수단)에 대해서 시퀀스 제어 지령을 출력하여, 상기 일련의 동작을 반복하여 실행시킨다.

또한, 여기에서는, 3 차원 비전 센서(1)가, 부품 외형 계측 수단의 기능을 겸하는 구성으로 했지만, 부품 외형 계측 수단으로서, 전술의 2 차원 비전 센서(5)를 구비하고 있어도 좋다.

이상과 같이, 본 발명의 실시 형태 5(도 12)에 의하면, 거리 화상을 계측하는 3 차원 비전 센서(1)(거리 화상 계측 수단)와, 벌크 부품 박스(2)와 벌크 부품 박스(2)로부터 부품을 픽업하는 로봇(3)(분리 수단)과, 1개 이상의 부품을 굴리는 임시 배치대(4)와 부품의 외형을 계측하는 부품 외형 계측 수단(3 차원 비전 센서(1))과, 임시 배치대(4) 상에 굴려진 부품을 픽업하여, 부품의 위치 자세를 변경하면서, 미리 지정되는 위치 자세에 대해서 일정한 오차 이하의 위치 자세로 변경하는 로봇(6b)(위치 자세 변경 수단)을 구비하고 있다.

로봇(3)(제 1 로봇)은, 벌크 부품 박스(2)로부터 부품을 파지하여 픽업하고, 로봇(6b)(제 2 로봇)은, 로봇(3)이 임시 배치대(4) 상에 굴린 부품을 픽업하여, 부품의 위치 자세를 변경한다.

로봇(3)이 파지하여 굴린 1개 이상의 부품을 탑재하는 임시 배치대(4)는, 분리 수단의 일부 기능을 구비하고 있다.

로봇(3)과 일체의 3 차원 비전 센서(1)는, 임시 배치대(4)상의 부품의 외형을 계측하는 부품 외형 계측 수단으로서도 기능하고, 위치 자세 변경 수단의 일부 기능도 구비하고 있다.

이에 의해, 전술과 마찬가지로, 부품마다 전용 핸드를 필요로 하지 않고, 핸드의 비용 삭감, 핸드 설계 시간의 단축, 핸드 임시 배치 장소의 삭감을 실현할 수 있다.

또한, 소프트웨어의 변경만으로 생산 기종의 전환이 가능해져서, 생산 기종 전환의 신속화를 실현할 수 있다.

또한, 로봇(3)은, 3 차원 비전 센서(1)가 일체적으로 설치된 핸드 아이 구성을 가지므로, 택트 타임이 증가하지만, 벌크 부품 박스(2) 및 임시 배치대(4)의 사이즈를 3 차원 비전 센서(1)의 시야보다 크게 구성할 수 있다.

(실시 형태 6)

또한, 상기 실시 형태 5(도 12)에서는, 로봇(3)의 핸드(3h)에만 3 차원 비전 센서(1)(거리 화상 계측 수단)를 부착했지만, 도 13과 같이, 로봇(6b)의 핸드(6h)에도 3 차원 비전 센서(1C)(거리 화상 계측 수단)를 부착하여, 임시 배치대(4)를 생략해도 좋다.

도 13은 본 발명의 실시 형태 6에 따른 부품 공급 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 측면도이며, 전술(도 12 참조)과 마찬가지의 것에 대해서는, 전술과 동일 부호를 부여하고, 또는 부호의 뒤에 「C」를 부여하고 상술을 생략한다.

이 경우, 임시 배치대(4)가 제거된 점과, 로봇(6b)에 3 차원 비전 센서(1C)가 추가된 점이 전술과 상이하다.

도 13에 있어서, 3 차원 비전 센서(1, 1C)는, 전술과 마찬가지로, 대상물의 거리 화상(도 2)을 산출한다.

즉, 로봇(3)에 장착된 3 차원 비전 센서(1)는, 거리 화상의 해석 결과에 의해, 적층된 부품 중에서, 로봇(3)이, 파지할 수 있는 부위의 후보를 산출하여, 최적화함으로써 후보를 1개로 좁힌다.

예를 들어, 전술의 도 3 또는 도 4에 나타내는 바와 같은 핸드(3h)이면, 벌크 부품의 더미에 대해서, 부품과 접촉하지 않고, 핸드(3h)의 2개의 집게 선단부를 동시에 삽입하고자 하는 것이므로, 집게(3t)의 열림 폭 W만큼의 거리를 이간한 각 집게를 내포하는 최소의 크기의 2개의 원기둥(또는 각기둥)로 하여, 수치 모델화해 둔다.

다음에, 최신의 거리 화상이 얻어진다고 하고, 최신의 거리 화상 중에서, 상기 수치화한 원기둥이 들어가는 공간이며, 또한, 공간의 사이에 부품이 존재하는 장소를 탐색한다.

도 2의 예이면, 중앙 부근에 돌기 형상으로 연장하고 있는 개소와, 바로 앞쪽에 함몰이 생겨 있는 개소의 2 개소가 발견되게 된다.

또는, 로봇 핸드에서 파지할 수 있는 소돌기 부위의 형상, 예를 들어, 열려진 핸드(3h)의 집게(3t)의 사이에 들어가는 각기둥, 원기둥, 평판, 원반을, 거리 화상에 대해서, 템플릿 매칭을 행하여, 복수의 후보를 탐색 및 추출한다.

다음에, 복수의 후보에 평가치를 부여하여, 가장 평가치가 높은 후보를 1개 선택한다고 하는 최적화 연산을 행한다. 최적화의 방법으로서, 2개의 원기둥에 개재된 돌기물 중, 또는 발견된 미소한 각기둥 중, 가장 높은 Z축 값을 평가치로서 채용하여, 그 평가치가 최대로 되는 후보를 선택한다. 이것은, 벌크된 부품 중, 가장 위쪽에 쌓여 있는 부품을 선택하는 것에 상당한다. 즉, 이것은, 최대의 평가치를 선택함으로써 부품의 후보를 최적화한 것으로 된다. 도 2의 예이면, 중앙의 돌기 개소가 최적화된 후보로 된다.

상기 최적화 후보에 대해서, 로봇(3)의 핸드(3h)의 집게(3t)를 어떻게 걸면 부품을 파지할 수 있는지는, 로봇(3)의 위치 자세를, 로봇 좌표계에 있어서의 XYZ 값 및 각 축 주위의 회전각으로서, 앞의 후보의 위치 자세에 대한 상대 위치 자세를 부가함으로써, 간단한 계산으로 얻을 수 있다.

또한, 거리 화상에 대해서, 핸드(3h)에서 파지할 수 있는 크기의, 미소한 각기둥 형상의 부위를 템플릿 매칭하여 후보점을 추출하고, 그 Z축 높이로 최적화하는 것에 의해서도, 파지 위치 자세를 산출 가능하며, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

로봇(3)은, 벌크 부품 박스(2)내에 벌크된 부품을, 상기 로봇 좌표 산출 방법에 따라, 핸드(3h)의 집게(3t)가 열려진 상태로 한 후에, 그 시점에서 얻어지는 파지 위치로 이동하여, 핸드를 닫는다.

계속해서, 로봇(3)은, 핸드(3h)를 Z축 방향으로 이동시켜, 벌크 부품 박스(2)로부터 파지할 수 있었던 부품을 끌어 올리고, 그 후, 픽업된 부품을 로봇(6b)에 전달한다.

이 때, 로봇(6b)은, 로봇(3)이 파지한 부품을, 핸드(6h)에 설치된 3 차원 비전 센서(1C)(거리 화상 계측 수단)로 계측하고, 부품의 위치 자세를 인식한 후에 파지 위치를 판정하며, 부품에 접근해서, 부품을 파지한다.

단, 로봇(3)은, 벌크 부품 박스(2)로부터의 부품의 취출 동작에 실패하는 경우도 있거나, 또는, 복수의 부품이 얽혀져서, 한 덩어리의 상태로 픽업되는 경우도 있다.

상기와 같은 분리 실패 상태는, 로봇(3)과 로봇(6b)의 사이의 부품 교환 동작시에, 로봇(6b)에 장착된 3 차원 비전 센서(1C)의 촬상 결과에 의해, 판별할 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 분리 상태(단지 1개의 부품도 얽혀져 있지 않다고 하는 바람직한 상태)로 취입하지 않고, 부품의 취출에 실패하고 있었던 경우에는, 로봇(3)은, 현재 파지하고 있는 부품을 라인 아웃시켜, 픽업 조작을 재차 행한다.

이에 의해, 벌크 부품 박스(2)내의 부품의 분리가 성공한 시점에서, 로봇(6b)은, 평행 척 핸드로 이루어지는 핸드(6h)에 의해, 로봇(3)으로부터 전달된 부품을 파지하고 팔렛(8)에 정렬 배치하여, 일련의 동작을 완료한다.

여기서, 본 발명의 실시 형태 6(도 13)에 의한 장치 전체의 동작에 대해, 부품이 핸들링되어 가는 순서에 따라 설명한다.

우선, 로봇(3)의 3 차원 비전 센서(1)(거리 화상 계측 수단)은, 벌크 부품 박스(2)내의 부품을 인식하여, 인식된 부품의, 파지 가능한 부위(예를 들어, 로브와 같이 돌출한 부분, 또는, 그러한 형상으로 되어 있는 것으로 추정할 수 있는 부분)의 위치 자세를 1개로 좁힌다.

계속해서, 제어 장치(7C)의 제어 하에서, 파지 가능한 부위의 위치 자세와 로봇(3)의 핸드(3h)의 집게(3t)의 위치 자세가 일치하도록 로봇(3)을 동작시킨다.

그 후, 로봇(3)은, 집게(3t)를 닫고 부품을 파지한 상태에서, 벌크 부품 박스(2)로부터 부품을 취출하여, 로봇(6b)의 근처에 제공한다.

다음에, 로봇(6b)의 3 차원 비전 센서(1C)(거리 화상 계측 수단)는, 돌출한 부품의 위치 자세를 인식한다.

이 때, 로봇(6b)은, 부품의 방향을 변경할 필요가 있는 경우에는, 핸드(6h)를 회전 동작시키면서 부품을 파지하고, 또한, 복잡하게 자세를 변경할 필요가 있는 경우에는, 일단 로봇(3)에 부품을 다시 반환하고, 로봇(3)으로 하여금 부품을 인수하게 한 후, 다른 방향으로부터 부품을 다시 파지한다.

제어 장치(7C)는, 로봇(3)(분리 수단), 로봇(6b)(위치 자세 변경 수단) 및 3 차원 비전 센서(1), 1C(거리 화상 계측 수단)에 대해서 시퀀스 제어 지령을 출력하고, 상기 일련의 동작을 반복하여 실행시킨다.

이상과 같이, 본 발명의 실시 형태 6(도 13)에 의하면, 거리 화상을 계측하는 3 차원 비전 센서(1)(거리 화상 계측 수단)와, 벌크 부품 박스(2)와, 벌크 부품 박스(2)로부터 부품을 픽업하는 로봇(3)(분리 수단)과, 로봇(3)이 파지한 부품의 외형 계측 수단으로서 기능하는 3 차원 비전 센서(1C)(거리 화상 계측 수단)와, 로봇(3)이 파지한 부품을 다시 파지하여, 부품의 위치 자세를 변경하면서, 미리 지정되는 위치 자세에 대해서 일정한 오차 이하의 위치 자세로 변경하는 로봇(6b)(위치 자세 변경 수단)을 구비하고 있다.

이에 의해, 전술과 마찬가지로, 부품마다 전용 핸드를 필요로 하지 않고, 핸드의 비용 삭감, 핸드 설계 시간의 단축, 핸드 임시 배치 장소의 삭감을 실현할 수 있다.

또한, 소프트웨어의 변경만으로 생산 기종의 전환이 가능해져서, 생산 기종 전환의 신속화를 실현할 수 있다.

또한, 로봇(3, 6b)은, 각각에 일체적으로 설치된 3 차원 비전 센서(1, 1C)를 구비하며, 핸드 아이 구성을 가지므로, 택트 타임이 증가하지만, 벌크 부품 박스(2) 및 팔렛(8)의 사이즈를 3 차원 비전 센서(1, 1C)의 시야보다 크게 구성할 수 있다.

(실시 형태 7)

또한, 상기 실시 형태 5, 6(도 12, 도 13)에서는, 로봇(3)과의 사이에서 부품의 교환을 행하는 로봇(6b)을 마련했지만, 도 14와 같이, 3 차원 비전 센서(1)를 갖는 로봇(3D)이 위치 자세 변경 수단의 기능을 겸하는 구성으로 하고, 전술의 로봇(6b)을 생략해도 좋다.

도 14는 본 발명의 실시 형태 7에 따른 부품 공급 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 측면도이며, 전술(도 12 참조)과 마찬가지의 것에 대해서는, 전술과 동일 부호를 부여하고, 또는 부호의 뒤에 「D」를 부여하고 상술을 생략한다.

이 경우, 로봇(6b)이 제거된 점만이 전술과 상이하고, 전술과 마찬가지로, 로봇(3D)은, 도 3 또는 도 4와 같은 핸드(3h)를 갖는 것으로 한다.

도 14에 있어서, 우선, 제어 장치(7D)와 협동하는 3 차원 비전 센서(1)는, 전술과 마찬가지로, 벌크 부품 박스(2)의 거리 화상(도 2)을 취득하여, 템플릿 매칭을 행하고, 파지 가능한 부위의 최적화 후보에 대해서, 로봇(3D)의 핸드(3h)의 집게(3t)를 거는 것이 가능하도록, 로봇(3D)을 동작시킨다.

로봇(3D)(분리 수단)은, 벌크 부품 박스(2)내에 다수 들어가 있는 부품 중에서, 1개의 부품만을 취출한다. 이 때, 분리 성공 확률을 향상시키기 위해서, 3 차원 비전 센서(1)의 좌표계와 로봇(3D)의 좌표계의 캘리브레이션 오차 중, 자세 오차가 작아지는 영역을 사용하도록 한다.

로봇(3D)은, 벌크 부품 박스(2)로부터 파지한 부품을 임시 배치대(4)로 옮기고, 임시 배치대(4)의 위쪽에서, 던져지도록 부품을 해방한다.

이 때, 로봇(3D)이 벌크 부품 박스(2)로부터의 부품의 취출에 실패하는 경우도 있고, 복수의 부품이 얽혀져서, 한 덩어리의 상태로 임시 배치대(4)에 구르는 경우도 있거나, 또는, 복수의 부품이 얽히지 않고, 임시 배치대(4)에 구르는 경우도 있다.

상기와 같은 상태는, 로봇(3D)이 파지한 부품을 해방한 직후에, 임시 배치대(4)를 3 차원 비전 센서(1)로 촬상함으로써, 판별할 수 있다.

로봇(3D)이 부품의 취출에 실패했을 경우에는, 픽업 조작을 재차 행한다.

또한, 복수의 부품이 얽혀져서, 한 덩어리의 상태로 임시 배치대(4)에 구른 경우에는, 임시 배치대(4)의 천판을 반전시키는 수단 등으로, 부품을 라인 아웃시킨다.

또한, 복수의 부품이 얽히지 않고 임시 배치대(4)에 구른 경우에는, 로봇(3D)이, 부품을 1개씩 핸들링하거나, 1개만을 핸들링한 후, 임시 배치대(4)의 천판을 반전시키는 수단 등으로, 나머지의 부품을 라인 아웃시킨다.

이 때, 제어 장치(7D)와 협동하는 3 차원 비전 센서(1)(거리 화상 계측 수단)는, 임시 배치대(4)에 굴려진 부품을 촬상하여 외형 형상을 취득하는 부품 외형 계측 수단으로서의 기능을 갖고, 계측된 외형 형상으로부터, 템플릿 매칭법에 의해, 임시 배치대(4)상의 부품의 위치 자세를 산출한다.

이하, 로봇(3D)은, 임시 배치대(4)로부터 부품을 픽업하여, 팔렛(8)상에 정렬 배치한다.

여기서, 본 발명의 실시 형태 7(도 14)에 의한 장치 전체의 동작에 대해, 부품이 핸들링되어 가는 순서에 따라 설명한다.

우선, 3 차원 비전 센서(1)(거리 화상 계측 수단)는, 벌크 부품 박스(2)내의 부품의 인식을 앵하여, 파지 가능한 부위를 1개로 좁히고, 파지 가능한 부위의 위치 자세와, 로봇(3D)의 핸드(3h)의 집게(3t)(도 3, 도 4 참조)의 위치 자세가 일치하도록 로봇(3D)을 동작시킨다.

계속해서, 로봇(3D)은, 집게(3t)를 닫고, 부품을 파지한 상태에서, 벌크 부품 박스(2)로부터 부품을 취출하고, 임시 배치대(4)의 위쪽에서 집게를 열어, 부품을 임시 배치대(4)에 굴린다. 이 결과, 부품은 몇 가지의 안정 상태 중 하나에서, 임시 배치대(4) 상에서 정지한다.

여기에서는, 설명을 간단하게 하기 위해, 분리 상태에서, 부품이 얽힘이나 중첩을 일으키는 일 없이 임시 배치대(4)에 놓여졌을 경우에 대해 설명한다.

다음에, 3 차원 비전 센서(1)는, 임시 배치대(4)상의 촬상 화상과, 미리 등록된 템플릿 화상의 패턴 매칭법에 의해, 임시 배치대(4)에 놓여진 부품의 위치 자세를 인식한다.

이에 의해, 임시 배치대(4)의 상면에 굴려진 부품의, 3 차원적인 위치 자세를 계측할 수 있었으므로, 로봇(3D)은, 임시 배치대(4)상의 부품을 파지한다. 이 때, 부품의 방향을 변경할 필요가 있는 경우에는, 일단 임시 배치대(4)상에서 부품을 떼어 놓아, 재차, 다른 방향으로부터 다시 파지한다.

제어 장치(7D)는, 로봇(3D)(분리 수단 및 위치 자세 변경 수단)과, 3 차원 비전 센서(1)(거리 화상 계측 수단)에 대해서 시퀀스 제어 지령을 출력하고, 상기 일련의 동작을 반복하여 실행시킨다.

이상과 같이, 본 발명의 실시 형태 7(도 14)에 의하면, 벌크된 부품을 수납하는 벌크 부품 박스(2)와, 벌크 부품 박스내의 부품의 거리 화상을 계측하는 3 차원 비전 센서(1)(거리 화상 계측 수단)와, 거리 화상에 근거하여 벌크 부품 박스(2)로부터 부품을 픽업하는 로봇(3D)(분리 수단)과, 로봇(3D)에 의해 분리된 부품의 위치 자세를, 필요에 따라서 부품의 위치 자세를 변경하면서, 미리 지정되는 최종 위치 자세에 대해서 일정한 오차 이하의 위치 자세로 변경하는 위치 자세 변경 수단(임시 배치대(4), 로봇(3D), 3 차원 비전 센서(1), 제어 장치(7D))을 구비하고 있다.

분리 수단 및 위치 자세 변경 수단은, 공통으로 기능하는 1대의 로봇(3D)을 갖는다.

3 차원 비전 센서(1)(거리 화상 계측 수단)는, 로봇(3D)에 일체적으로 설치되어 있다.

이에 의해, 전술과 마찬가지로, 부품마다 전용 핸드를 필요로 하지 않고, 핸드의 비용 삭감, 핸드 설계 시간의 단축, 핸드 임시 배치 장소의 삭감을 실현할 수 있다.

또한, 소프트웨어의 변경만으로 생산 기종의 전환을 할 수 있어, 생산 기종 전환의 신속화를 실현할 수 있다.

(실시 형태 8)

또한, 전술의 실시 형태 1에서는, 로봇(3)이 부품을 파지하기 위해서, 벌크 부품 박스(2)에 접근해 가는 동작에 있어서, 로봇(3)의 핸드(3h)의 자세를 나타내는 좌표축의 Z축을, 세계 좌표계의 수직 하향, 또는 중력 가속도의 방향으로 고정했지만, 핸드(3h)의 방향은, Z축 주위로 회전하기만 하면 된다.

즉, 실시 형태 1에서는, 로봇(3)으로서 수직 관절형의 로봇을 이용하고 있었지만, 본 발명의 실시 형태 8에서는, 로봇(3)으로서, 스칼라형 로봇(수평 다관절 로봇) 또는 직교형 로봇을 이용하는 것으로 한다.

본 발명의 실시 형태 8에 의하면, 스칼라형 로봇이나 직교형 로봇(도시하지 않음)을 이용함으로써, 수직형 로봇에 비해 모터 수가 적게 되므로, 시스템 비용을 저감시킬 수 있다.

(실시 형태 9)

또한, 상기 실시 형태 1∼8에서는, 구체적으로 언급하지 않았지만, 벌크 상태의 부품 중, 파지 가능한 부품을, 우선 3 차원 비전 센서로 계측할 때에, 도 18과 같이, 복수의 3 차원 비전 센서(1D)를 이용하더라도 좋다.

이하, 도 15∼도 18을 참조하면서, 복수의 3 차원 비전 센서(1D)를 이용한 본 발명의 실시 형태 9에 대해 설명한다.

도 15는 본 발명의 실시 형태 9에 있어서 파지 대상이 되는 부품(10)의 입체 형상을 나타내는 사시도이며, 도 16 및 도 17은 본 발명의 실시 형태 9에 의한 해결 과제를 나타내는 설명도이다.

도 16에 있어서, 도 16(a)는 벌크된 부품(10)의 측면도, 도 16(b)는 동일한 부품(10)의 정면도이다. 도 17에 있어서, 도 17(a)는 중첩 부품(10a, 10b)의 측면도, 도 17(b)는 차광 상태의 부품(10c, 10d)의 측면도이다.

또한, 도 18은 본 발명의 실시 형태 9에 의한 복수의 3 차원 비전 센서(1D)를 나타내는 측면도이며, 도 17과 동일한 상태의 부품(10a∼10d)에 대응시켜 나타내고 있다.

우선, 도 15에 나타내는 직방체 형상의 부품(10)을 벌크 부품 박스(2)내에서 벌크했을 때에, 3 차원 비전 센서에 의해 돌기 부분(도 2 참조)이 관측되었을 경우의 파지 동작에 대해 설명한다.

도 16과 같이 경사진 자세의 부품(10)에 대해, 예를 들어, 도 16(a)에 나타낸 방향으로 핸드(3h)를 이동시키고, 집게(3t)를 닫았다고 해도, 집게(3t)가 닫히는 중간에 부품(10)이 도망가 버려, 부품(10)을 파지할 수 있는 확률은 낮다.

이 경우, 부품(10)에 대해서, 도 16(b)에 나타낸 바와 같이, 정면 방향의 방향으로 집게(3t)를 닫아야 하는 것이며, 이에 의해, 부품(10)을 파지할 수 있는 확률이 높아진다.

따라서, 도 16(a)과 같이, 부품(10)의 돌기물(코너부)의 측면이 비스듬하게 되어 있는 방향으로부터 파지하는 것이 아니라, 도 16(b)과 같이, 측면이 수직으로 솟아 있는 방향을 찾아서 선택하도록, 인식 알고리즘을 구성하면 된다.

그러나, 도 17에 나타낸 바와 같이, 1개의 3 차원 비전 센서(1)를 이용하여, 도 17(a)에 나타낸 바와 같이 중첩 상태의 부품(10a, 10b)을 관측했을 경우, 중첩된 부품(10a)이 3 차원 비전 센서(1)의 시야를 차단하고 있다. 이 경우에는, 차단된 시선의 범위내의 거리 데이터(거리 화상)가 얻어지지 않는다.

도 17(a) 상태에서, 거리 데이터가 취득되지 않는 공백 영역은, 부품(10a)이 솟아 있는 것으로 간주하여, 파지 가능한 부위이라고 판정하여 핸드(3h)의 집게(3t)를 낮추어 가면, 그늘에 있어 보이지 않은 부품(10b)과 집게(3t)가 충돌하고, 최악의 경우에는, 집게(3t)가 파손할 가능성도 있다. 또한, 즉시 파손하지 않아도, 마모나 금속 피로가 진행되어, 머지않아 파손이나, 파지 확률의 저하로 이어질 가능성이 있다.

이에 대해, 거리 데이터가 취득되지 않는 공백 영역을, 다른 부품(10b)이 잠복하고 있는 것으로 간주하였을 경우에는, 예를 들어, 도 17(b)과 같이, 다른 부품(10c)으로 차단되어 있지만, 용이하게 파지할 수 있는 솟아 있던 부위를 갖는 부품(10d)을 놓치게 된다.

그래서, 본 발명의 실시 형태 9에 있어서는, 도 18에 나타낸 바와 같이, 복수(예를 들어, 3개)의 3 차원 비전 센서(1D)를 이용한다.

각 3 차원 비전 센서(1D)로 계측된 거리 데이터는, 제어 장치(7)에 전송되어, 1개의 공간내의 데이터로서 합성된다. 또는, 1개의 3 차원 비전 센서(1D)가 계측한 거리 데이터에 대해, 다른 3 차원 비전 센서(1D)가 계측한 거리 데이터가 전송되어 합성된다.

이에 의해, 각 3 차원 비전 센서(1D)의 공백 영역이 서로 보완되고, 도 2와 같이 합성된 거리 데이터를 얻을 수 있다.

이하, 전술의 실시 형태 1과 마찬가지로, 돌기하고 있는 부위를 찾는 동작에 이어서, 예를 들어, 부품(10d)의 파지 동작이 행해진다. 이것은, 다른 실시 형태 2, 3, 5, 7에 있어서도, 마찬가지로 적용 가능하다.

또한, 복수의 3 차원 비전 센서(1D)의 좌표계, 및 로봇(3)의 좌표계는, 미리 교정되어 있는 것으로 한다.

또한, 3 차원 비전 센서(1D) 대신에, 전술의 실시 형태 4, 6과 같이 로봇(3)에 접착한 상태로 하여, 복수 개소로 이동시키면서 정지시키고, 각각의 정지 위치에서 복수의 거리 데이터를 계측하더라도 좋다. 단, 전체의 계측 시간은 연장되게 된다.

본 발명의 실시 형태 9(도 18)에 의하면, 복수의 거리 데이터를 취득함으로써, 벌크 부품 박스(2)내의 부품(10) 중, 로봇(3)이 파지할 수 있는 확률이 높은 부품과, 파지할 수 있는 확률이 낮은 부품을 구별할 수 있다.

따라서, 부품(10d)을 파지하는 성공률이 높아져서, 파지의 재시도 회수가 줄어들므로, 시스템 전체의 택트 타임이 높아지는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 부품(10b)과 집게(3t)의 충돌에 의한 시스템 고장을 회피하는 효과도 얻는다.

이상과 같이, 본 발명의 실시 형태 1∼9에 의하면, 3 차원 비전 센서(1)를 이용함으로써, 벌크 공급되는 부품을 정렬시키는(또는, 조립하는) 장치를 얻을 수 있어, 자동 조립 장치, 자동 조립 로봇 등에 대해서 반드시 필요한 부품 공급 공정을 혁신할 수 있다.

특히, 부품의 위치 자세 변경 수단을 로봇으로 구성했을 때에, 로봇의 범용성에 있어서는, 제어 장치내의 소프트웨어 변경 및 로봇의 하드웨어 변경에 의해 대응 가능하다. 또한, 하드웨어 변경에 있어서는, 기본적으로는 로봇 핸드의 크기의 변경 정도의 엔지니어링을 행하고, 그 후에 하드웨어를 사용하여 여러 가지 부품 취급에 대응할 수 있어, 생산 기종 전환의 신속화, 기종 전환의 저비용화에 기여한다.

1, 1C, 1D : 3 차원 비전 센서 2 : 벌크 부품 박스
3, 3D, 6a, 6b, 6c, 6B : 로봇 3h, 6h : 핸드
3t : 집게 4 : 임시 배치대
5 : 2 차원 비전 센서 6 : 로봇군
7, 7A, 7B, 7C, 7D : 제어 장치 8 : 팔렛
10 : 부품

Claims (11)

1. 벌크된 부품을 수납하는 상면이 개방된 벌크 부품 박스 내의 상기 부품의 거리 화상을 계측하는 거리 화상 계측 수단과,
   상기 거리 화상에 근거하여 상기 벌크 부품 박스로부터 상기 부품을 파지하여 임시 배치대의 위쪽에서 상기 부품을 해방하는 제 1 로봇과,
   상기 임시 배치대에 놓여진 상기 부품의 위치 자세를 인식하고 상기 부품의 안정 상태에 대응한 템플릿(template) 화상과 매칭하는지를 나타내는 패턴의 식별 정보를 출력하는 부품 외형 계측 수단과,
   상기 임시 배치대에 놓여진 상기 부품이 일품(一品)이 아닌 경우 및 상기 임시 배치대에 놓인 상기 부품이 이종(異種) 부품이고 상기 템플릿 화상과 매칭하지 않은 경우에는 상기 부품을 상기 임시 배치대로부터 배제하는 수단과,
   상기 패턴의 식별 정보가 상기 템플릿 화상과 매칭한 경우에는 미리 지정되는 최종 위치 자세에 대하여 소정의 오차 이하의 위치 자세로 되도록 상기 안정 상태에 따라서 미리 정해진 동작으로 상기 임시 배치대에 놓여진 상기 부품의 주고받음을 행하고, 상기 부품을 팔렛에 정렬시키는 로봇군으로 이루어지는 제 2 로봇
   을 구비한 것을 특징으로 하는 부품 공급 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 로봇이 상기 제 2 로봇 중의 1대를 겸하는 것을 특징으로 하는 부품 공급 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 로봇의 동작 및 동작 타이밍과, 상기 거리 화상 계측 수단 및 상기 부품 외형 계측 수단의 동작 및 동작 타이밍을 제어하는 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 부품 공급 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제

Images